《工程计算技术》教学大纲-中外-32学时

PAGEPAGE6《工程计算技术》教学大纲一、课程基本信息课程名称工程计算技术课程编号课程性质专业必修课课程类别专业基础课开课单位机械制造教研室授课学期第六学期学分/学时2.0/32课内学时32理论授课16上机学时16课内实践0实验学时0课外学时0适用专业机械设计制造及其自动化（中外合作办学）是否双语否先修课程高等数学、线性代数后续课程优化方法二、课程简介本课程是数学科学与计算机技术结合的一门应用性很强的专业基础课程，是科学计算的基础。本课程重点介绍计算机上常用的工程基本计算方法的原理和使用，为解决工程中遇到的各类数学问题提供基本的算法。通过学习使学生掌握计算方法的基本知识，建立创造性思维。学会使用各种方法解决实际问题的技能技巧。并为后继应用型课程奠定基础。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1.掌握数值插值、数据拟合的基本方法和机械优化设计的基本步骤，能够运用数值分析的的基本原理对机械工程问题进行识别与描述，养成良好的算法设计思想。课程目标2.能够恰当的选用计算机软件编写相应程序，解决机械设计制造及其控制方面复杂工程数值分析的问题，并养成一丝不苟，精益求精，作风严谨的工匠精神。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标12-1能够运用数学、自然科学和机械工程学科的基本原理对机械工程问题进行识别与描述2-问题分析课程目标25-1能够合理选择与使用解决机械设计制造及其控制方面复杂工程问题所需的多种仪器设备、信息资源、现代工程工具和信息技术工具5-使用现代工具四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元数值分析引论（学时数：2学时）1、课程主要内容误差的来源与分类，绝对误差，相对误差，有效数字，函数的误差，用计算机求解的过程中应注意的事项。2、重点和难点重点:有效数字，相对误差，绝对误差，计算过程中的误差，避免误差影响的措施。难点:有效数字，函数的误差，误差限。3、教学方法基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习4.学生学习预期成果使学生了解数值分析与计算方法这门课程所研究的对象及其特点、理解数值分析这门课程是用计算机去解决各种数学问题的实用性很强的课程，在此基础上，学生能掌握数值计算中误差及其特点；从而激发学生对该课程的学习兴趣。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑的课程目标1。第二单元数值插值法（6学时）1、课程主要内容Lagrange插值，Newton插值，Newton等距插值，Hermite插值，插值余项，分段插值，三次样条插值。2、重点和难点重点:Lagrange插值、Newton插值、三次样条插值及余项。难点:Newton插值，三次样条插值。3、教学方法基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习4.学生学习预期成果使学生了解插值的基本原理及能够解决的实际问题的类型；理解插值函数与被插函数之间的近似关系.要求掌握Lagrange插值、Newton插值、三次样条插值、分段插值以及它们余项。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程目标1。第三单元数值拟合（4学时）1、课程主要内容最小二乘拟合及应用。2、重点和难点重点:曲线拟合的最小二乘法。难点:二次拟合函数的构造。3、教学方法基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习4.学生学习预期成果了解数值拟合的基本原理及能够解决的实际问题的类型；理解拟合这种数值计算方法属于一种逼近法，拟合的目标是要离散点尽量靠近拟合函数（这一点正好和插值相反）；掌握线性拟合函数和二次拟合函数的构造。曲线拟合的最小二乘法。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程目标1。第四单元机械优化设计（4学时）1、课程主要内容机械优化设计的基本概念和基本术语；优化设计的数学模型；优化问题的几何描述；多目标优化问题的惩罚函数法。2、重点和难点重点:优化设计的数学模型的构造难点:惩罚函数法。3、教学方法基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习4.学生学习预期成果掌握机械优化设计的一般步骤和建立优化数学模型的原则，能够对机械设计问题进行优化设计计算，能够对简单机构或者材料加工问题进行优化设计。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程目标1。第五单元上机实习（16学时）1、课程主要内容MATLAB模块及程序编写规则、优化工具箱常用的优化函数的使用；拉格朗日多项式插值、牛顿插值、三次样条曲线插值、线性拟合、二次拟合、机械优化设计的算法设计、程序上机调试、结果分析，并完成上机实习报告。2、重点和难点重点:优化设计的数学模型的构造难点:优化工具箱常用的优化函数的使用3、教学方法基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习4.学生学习预期成果了解科学和工程计算中常用算法的实现方法以及算法的有效性和可行性，加深学生对计算方法的理论及算法的理解，培养学生的实际动手能力和解决问题的能力，为今后更好地利用计算机解决实际问题奠定良好基础。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程目标2。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元数值分析引论基于问题教学法+互动式教学+小组合作学习课程目标121：1.5第二单元数值插值法基于问题教学法+互动式教学+小组合作学习课程目标161：1.5第三单元数值拟合基于问题教学法+互动式教学+小组合作学习课程目标141：1.5第四单元机械优化设计基于问题教学法+互动式教学+小组合作学习课程目标141：1.5第五单元上机实习基于问题教学法+互动式教学+小组合作学习+实操课程目标2161：1.5合计3232：48五、课程考核及对课程目标的支撑课程的考核以考核学生能力与培养目标的达成与否为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容，包括课堂作业、专题测试和上机实习等环节。课程总评成绩为百分制，课堂作业权重25%，专题测试权重25%，上机报告权重50%。各考核环节所占分值比例可根据具体情况进行调整，建议值及考核细则如下。课程成绩构成及比例考核环节目标分值考核/评价细则支撑的课程目标课堂作业25%课程作业100误差、拉格朗日插值、牛顿插值、三次样条曲线插值、机械优化设计等章节内容主要考核学生对各章知识点的理解和掌握程度、知识应用和工程态度；每次作业按100分制单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节最终成绩。课程目标1专题测试25%专题测试100在每个专题学习结束后的一两周内，完成指定的专题测试，系统自动记录成绩。课程目标1上机报告50%上机实习报告100根据实习报告的完成情况和结果分析的情况进行评分课程目标2课程考核标准如下表。考核环节基本要求评价标准75-89分60-74分0-59分课程作业误差、拉格朗日插值、牛顿插值、三次样条曲线插值、机械优化设计等章节内容（支撑课程目标1）认真完成作业；基本概念正确、逻辑清楚、结果正确、作答规范、层次分明，语言精炼。认真完成作业；基本概念正确结论基本正确、论述基本清楚，层次较规范。较认真完成；基本概念基本正确；论述基本清楚；层次基本规范。抄袭作业；基本概念不清楚、图及数据等不正确，解题过程不清。专题测试在每个专题学习结束后的一两周内，完成不少于3次的专题测试。（支撑课程目标1）按参考答案及评分标准进行上机报告拉格朗日多项式插值、牛顿插值、三次样条曲线插值、线性拟合、二次拟合、机械优化设计的算法设计、程序上机调试、结果分析。（支撑课程目标2）对算法的原理阐述准确；对算法实现的程序简单有效；结果分析正确；报告规范与格式对算法的原理阐述比较清晰准确；对算法实现的程序比较简单有效；结果分析比较正确；报告格式欠规范对算法的原理阐述比较清晰；对算法实现的程序比较麻烦有效；结果分析基本正确；报告格式不规范或不全面未完成报告内容六.使用教材、相关推荐书目及课程资源(一)使用教材马东升，董宁.《数值计算方法》，机械工业出版社，2017年。(二)相关推荐书目1．颜庆津.《计算方法》(修订版)，北京航空