《工程数值计算及应用》机械电子 教学大纲

《工程数值计算及应用》教学大纲课程名称：[0110659]工程数值计算及应用课程类别（必修/选修）：选修课程英文名称：EngineeringNumericalComputationandApplications总学时/周学时/学分：24学时/2学时/1.5学分其中实验/实践学时：12学时先修课程：C语言、线性代数、高等数学后续课程支撑：机器人技术及应用、机电传动与控制、现代机械设计方法等授课时间：周三3-4节/1-12周授课地点：松山湖校区6A-204/12B-403机房答疑时间、地点与方式：周一、周三下午2:00-5:00、12N205以及线上答疑课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（√）其它（）使用教材：《数值计算方法（MATLAB版）》，马昌凤，柯艺芬编著，科学出版社，2020年教学参考资料：《MATLAB程序设计与应用（第3版）》，刘卫国主编，高等教育出版社，2017年《MATLAB程序设计》，王赫然主编，清华大学出版社，2020年中国大学慕课课程《科学计算与MATLAB语言》，中南大学刘卫国等主讲课程简介：《工程数值计算及应用》是机械设计制造及其自动化专业的一门选修课，本课程主要讲解数值计算方法的基本理论和方法，包括数值计算的基本概念、解线性方程组的直接法和迭代法、一元非线性方程迭代法、插值法与最小二乘拟合、数值微分和数值积分、特征值问题的数值方法、常微分方程初值问题的数值解法以及偏微分方程数值解简介等。作为一款优异的科学计算软件，MATLAB代表了当今国际科学计算软件的先进水平，其广泛应用于求解数学模型、数据处理及可视化、算法开发等场景，是科学家与工程师的必备工具。通过本课程的学习，一方面使使学生了解数值计算方法在工程中的应用，另一方面培养学生运用MATLAB解决实际工程问题的能力。课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑课程教学目标支撑毕业要求指标点毕业要求目标1培养学生根据工程问题构建数学模型的能力，能够对数值计算方法有初步的了解，有意识地运用相关方法解决实际工程问题。1.2能针对工程系统或过程建立数学模型并求解；1.工程知识：掌握扎实的数学知识、物理、化学等自然科学知识，力学、电工电子学、计算机学、工程材料学等工程基础知识以及机械制图、机械原理、机械设计、机电传动与控制等专业知识，并将其用于解决机电产品设计、开发、制造、管理等过程中的复杂机电工程问题。目标2培养学生MATLAB语言编程以及查阅帮助文档的能力，能够利用MATLAB在数学、图形、编程方面的优势，以及工具箱等组件，对复杂机械工程问题进行分析、计算与设计。5.2能够选择与使用恰当的仪器、信息资源、工程工具和专业模拟软件，对复杂机电工程问题进行分析、计算与设计；5.使用现代工具：能够针对机电产品设计、开发、制造、管理等过程中的复杂机电工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂机电工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。理论教学进程表周次教学主题授课教师学时数教学内容（重点、难点、课程思政融入点）教学模式（线上/线下）教学方法作业安排支撑课程目标1数值计算基本概念冯树飞2重点：了解数值计算的基本概念及MATLAB软件难点：数值计算中的误差来源课程思政融入点：从MATLAB被禁用谈自主创新的重要性线下讲授目标12线性方程组的求解冯树飞2线性方程组的求解重点：高斯消元法难点：迭代法线下讲授作业1目标13一元非线性方程的求解冯树飞2重点：二分法和不动点迭代法难点：不动点迭代法线下讲授作业2目标14插值与最小二乘拟合冯树飞2重点：数据插值和拟合的应用难点：最小二乘法线下讲授作业3目标15数值微分和数值积分冯树飞2重点：数值微分和数值积分的应用难点：数值微分及积分公式线下讲授作业4目标16最优化问题冯树飞2重点：最优化问题简介难点：梯度优化算法vs智能优化算法线下讲授作业5目标1合计：12实践教学进程表周次实验项目名称授课教师学时教学内容（重点、难点、课程思政融入点）项目类型（验证/综合/设计）教学方式支撑课程目标7熟悉MATLAB界面及基本操作冯树飞2熟系MATLAB的界面，掌握常用命令，掌握帮助文档的使用，了解MATLAB工具箱重点：帮助文档的使用难点：矩阵编程思想课程思政融入点：从矩阵编程思想谈工作效率的重要性综合上机实验，1人一组，完成布置的实验内容目标28MATLAB矩阵索引及运算冯树飞2MATLAB编程入门重点：矩阵操作及运算难点：矩阵的索引综合上机实验，1人一组，完成布置的实验内容目标29MATLAB程序流程控制冯树飞2MATLAB程序流程控制重点：三种基本流程结构难点：选择合适的程序控制结构综合上机实验，1人一组，完成布置的实验内容目标210利用MATLAB求解线性代数问题冯树飞2利用MATLAB求解线性代数问题重点：特征值求解、线性方程组求解难点：线性方程组求解综合上机实验，1人一组，完成布置的实验内容目标211利用MATLAB进行数据分析冯树飞2利用MATLAB进行数据分析重点：数据预处理、插值、拟合难点：数据插值及拟合综合上机实验，1人一组，完成布置的实验内容目标212利用MATLAB求解最优化问题中冯树飞2利用MATLAB求解最优化问题重点：线性和非线性规划难点：利用优化工具箱求解优化问题综合上机实验，1人一组，完成布置的实验内容目标2合计：12课程考核序号课程目标支撑毕业要求指标点评价依据及成绩比例（%）权重（%）作业期末考核1目标11.22525502目标25.2252550合计5050100注：各类考核评价的具体评分标准见《附录：各类考核评分标准表》大纲编写时间：2023-8-25系（部）审查意见：我系已对本教程教学大纲进行了审查，同意执行。系（部）主任签名：日期：2023年8月25日附录：各类考核评分标准表作业评分标准观测点评分标准A(100)B(85)C(70)D(0)基本概念掌握程度概念清楚，答题正确。概念比较清楚，作业比较认真，答题比较正确。概念基本清楚，答题基本正确。概念不太清楚，答题错误较多。解决问题的方案正确性解题思路清晰，计算正确概念比较清楚，作业比较认真，答题比较正确。概念基本清楚，答题基本正确。概念不太清楚，答题错误较多。作业完成态度按时完成，书写工整、清晰，符号、单位等按规范要求执行按时完成，书写清晰，主要符号、单位按照规范执行按时完成，书写较为一般，部分符号、单位按照规范执行未交作业或后期补交，不能辨识，符号、单位等不按照规范执行考核评分标准观测点评分标准A(100)B(85)C(70)D(0)报告完整和清晰度报告清晰，包含完整的问题、解决方案及实验结果报告较清晰，包含较完整的问题、解决方案及实验结果报告基本清晰，包含基本完整的问题、解决方案及实验结果报告不清晰，缺少完整的问题、解决方案及实验结果程序正确性数学模型合理，程序完整，注释清晰。数学模型较合理，程序较完整，注释较清晰。数学模型基本合理，程序基本完整，注释较清晰。数学模型不合理，程序不完整，注释混乱。实验结果数据结果正确，图形绘制美观。数据结果正确，图形绘制正常。数据结果基本正确，图形绘制正常。数据结果错误，图形无法正常绘制。

附录：各类考核评分标准表作业评分标准考核评分标准观测点评分标准A(90-100)B(80-89)C(60-