《计算物理课程设计》课程教学大纲

《计算物理课程设计》教学大纲课程名称：计算物理课程设计课程编号：F098094992英文名称：CourseDesignforComputationalPhysics学时：2周 学分：2学分开课学期：第5学期适用专业：光电信息科学与工程专业课程类别：课程设计课程性质：专业方向与拓展先修课程：高等数学一、课程的性质及任务《计算物理课程设计》是光电信息科学与工程专业的一门主要专业选修课，是一门实践类课程。本课程设计的主要任务是学生在修完主要专业课程之后，通过完成一个综合性软件项目，加深学生对计算物理基本理论和基本知识的理解，引导学生综合应用前期所学知识，掌握程序设计，提高学生分析实际物理问题和解决实际问题的综合能力，培养学生应用计算机软件处理物理问题的专业技能。通过本课程，培养学生严谨的科学态度和分析问题的逻辑性与条理性、精益求精的工匠精神以及奋发图强的科技报国精神；培养学生从实际出发，在理论指导下灵活处理问题的能力，为学习后续课程打下基础。依据河北工程大学光电信息科学与工程专业培养计划，本课程需要培养学生的能力是：提高数据处理和解决实际物理问题的能力，培养科研创新素养，为今后科研和工作起到铺垫作用。具备解决物理建模等工程问题所需要的工程基础共性知识。能够运用工程科学原理，识别和判断工程问题的关键环节和参数。具备科学创新精神，勇于在物理学前沿及交叉领域探索与攀登。二、课程目标与要求2.1课程目标了解计算物理所需软件的安装，熟练掌握软件的使用方法。能够针对物理问题进行数学建模，并进行相应程序编写。提高综合运用所学的理论知识独立分析问题和解决问题的能力。培养学生的团队合作意识和精神、遵守职业道德和规范。

计算物理课程设计课程教学大纲数理科学与工程学院本科课程教学大纲.2课程目标与毕业要求对应关系课程目标毕业要求二级指标毕业要求1234●●1.3掌握光电信息科学与工程专业所需的计算机基础、软件开发及应用等必要的知识，具备从事信息系统技术工作的能力。1.能够运用数值分析计算软件对物理问题进行分析处理。●●●2.14掌握专业硬件和软件现代开发工具的使用方法，具备选择与使用专业工具的能力。2.掌握数值分析计算软件，并能熟练应用。●3.3在工程实践中，理解并遵守职业道德和规范，诚实公正、诚信守责，履行工程师的社会责任。3.能够遵守职业道德和规范、具有团队合作意识和精神。●3.4具有团队合作意识和精神，理解在多学科背景下团队中不同角色成员的职责，能够在团队中胜任成员以及负责人的角色。2.3课程目标与培养环节对应矩阵序号课程目标理论教学课内实验课后作业1了解计算物理所需软件的安装，熟练掌握软件的使用方法H2能够针对物理问题进行数学建模，并进行相应程序编写。H3提高综合运用所学的理论知识独立分析问题和解决问题的能力H4培养学生的团队合作意识和精神、遵守职业道德和规范。H注：H表示该能力的在此环节重点培养；M表示该能力在此环节有应用要求；L表示该能力在此环节有所涉及。2.4目标达成度的评价课程目标1、2、3主要通过理论教学和学生上机实践进行培养。主要通过学生进行课程设计过程中对问题的处理能力、编程能力进行评价，对课程设计的设计结果进行考核。课程目标4主要通过学生在课设过程中同学之间的任务分工与合作情况进行评价，同时也参考课程设计报告进行考核。三、教学方法及手段课程强调学生的自主学习，强调通过自学的方式消化、吸收课程的庞大知识量，并在此基础上举一反三。课程设计中老师起主导组织作用，采取独立课题与小组相结合的方式进行；教师指导过程中可集中指导也可根据小组、个人实际情况单独指导。四、课程的基本内容及要求[基本要求]课程设计的题目应提前一周布置，以便学生作好充分准备。选题原则:课程设计题目选择得是否合适，直接关系到它的教学效果。一般来将应当照顾到以下几个方面:1.设计的选题首先要符合教学要求，使学生能够运用理论课程中所学的基本知识，进行基本技能方面的训练。2.设计的选题的主要内容应当是学生在理论课程中学过的知识，有需要扩展的知识，应在设计过程中补充讲解。3.课题指标可从学生实际出发，做到难易适中，或因人而异，让不同程度的学生经过努力都能够完成任务，有所收获。[基本内容]从给定题目中选择一个题目按要求完成，必须每组独立完成题目。课程设计的题目：圆孔、方孔、双矩孔夫琅和费衍射的数值仿真杨氏双缝干涉、迈克尔逊干涉实验仿真正弦光栅、矩形孔的菲涅尔衍射仿真模拟带电粒子在电磁场中运动的MATLAB仿真；电磁波在非均匀介质内传播的MATLAB仿真基于Matlab的单摆阻尼、受迫振动模拟傅科摆的Matlab仿真驻波形成及其动画制作阻尼斜抛运动的模拟（没有空气阻力、空气阻力分别与速度一次方、二次方成正比时的轨迹及速度随时间变化图形，标注最大高度的位置及时间）利用转移矩阵法设计温控1D光子晶体滤波器趋向热平衡态模拟利用蒙特卡洛方法计算定积分实验数据的平滑滤波实验数据的统计处理及插值运算实验数据的拟合（自主编写的拟合与matlab内部函数拟合相比较）导弹追踪问题基于Matlab的图像增强研究基于Matlab的图像去噪处理研究基于matlab的图像边缘提取学生成绩管理设计（包括，学生姓名、各科成绩输入、成绩排序、统计分布、查询等功能）阿贝-波特实验的模拟透镜成像的试验模拟伪随机数的生成高中物理碰撞问题模拟高中物理追击和相遇问题模拟高中物理小船过河问题模拟高中物理动量守恒多过程问题模拟用牛顿定律解决临界、极值问题高中物理卫星变轨问题模拟高中物理皮带传输问题模拟五、课内实验无六、课程学时分配教学课次教学内容教学环节与计划时数教学环节计划时数1问题分析实践课42查阅资料实践课43解决问题的原理、理论实践课4４建模实践课45编程、调试程序实践课46数值模拟分析实践课47撰写课程设计报告实践课48代码考核、答辩实践课4七、课程考核与成绩评定7.1考核方式考核环节包括实践学习过程考核和答辩考核，其中课程过程考核占总成绩的80%，分别由课堂表现、设计方案的正确性、设计报告的内容及规范程度进行行评定；答辩考核成绩占总成绩的20%。各环节的比重如下。考核环节比重合计过程考核课堂表现20%20%结果考核功能实现40%80%设计报告的内容及规范程度40%总计100%100%7.2考核内容及要求本课程为考查课。考核内容及分值分配如下。考核方式考核内容分值课程目标总分值平时考核20%出勤0~10目标420分认真态度0~5目标1-3合作情况0~5目标1-3结果考核80%功能实现0~40目标1-380分课程设计报告0~40目标47.3成绩评定1.课堂表现课堂表现总分15分，由课堂出勤、认真态度以及合作情况评定。其中，课堂出勤满分10分，缺勤一次扣1分，迟到或请假扣0.5分。认真态度满分5分，闲聊或未学习发现一次扣0.5分；合作情况满分5分2.功能实现计分标准不及格：程序要求的基本功能没有完成，或者程序不能正常运行，或者有严重的抄袭现象。及格：程序要求的基本功能完成，程序能够正常运行。中：达到及格的要求，用户界面友好，操作方便。良：达到中的要求，具备良好的编码规范，主要的程序元素有注释，程序运行稳定。优：达到良的要求，程序具有很好的扩展性，界面优美，程序结构清晰。3.课程设计报告计分标准不及格：报告中的大部分内容叙述不正确，条理不清楚，或者有严重的抄袭现象。及格：报告中的内容基本正确，格式规范。中：达到及格的要求，条理清楚，内容完整。良：达到中的要求，结构合理，重点突出。优：达到良的要求，文字优美，图表正确，数据翔实，报告中没有明显的错误。八、课程评价与持续改进8.1课程评价课程评价周期定为每1年评价一次。设置达成情况目标值，采用成绩分析法进行评价。课程达成评价根据光学信息科学与工程专业课程达成评价方法进行计算，评价结果用于持续改进。光电系负责人组织教师实施课程评价，制定持续改进措施，监督持续改进过程。课程负责人负责撰写课程考核总结报告，实施课程评价持续改进。8.2持续改进1）日常教学：根据学生学习情况，教师采取座谈会、与学生单独交流，及时调整教学方法、进度，做出教学改进。2）设计教学：根据学生课程设计及设计报告情况，对学生理解计算物理知识进行分析，及时调整教学方法和内容，提出改进措施。3）课堂质疑或短时间交流讨论：对课堂质疑或讨论的效果进行分析，提出课程持续改进意见，用于本课持续改进。4）期末成绩分析总结：根据课程目标，实现课程达成评价，撰写课