《科學(xué)計算與MATLAB語言》課程教學(xué)大綱

科學(xué)計算與MATLAB語言（ScientificComputingandMATLABLanguage）課程基本信息課程編號：04021522課程總學(xué)時：32實驗學(xué)時：16學(xué)時課程性質(zhì)：選修課程屬性:專業(yè)類開設(shè)學(xué)期：第3學(xué)期適用專業(yè)：電子信息工程對先修的要求：高等數(shù)學(xué)、概率論、線性代數(shù)對后續(xù)的支撐：信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、通信原理、自動控制、數(shù)字圖像處理一、課程的教學(xué)理念、性質(zhì)、目標(biāo)和任務(wù)本課程是是電子信息工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)值計算與分析能力。本課程要求學(xué)生掌握MATLAB的數(shù)據(jù)類型、矩陣輸入和操作方法、語法結(jié)構(gòu)、函數(shù)的使用、及二維、三維繪圖功能、編寫代碼、仿真等內(nèi)容。使學(xué)生掌握MATLAB科學(xué)計算和系統(tǒng)仿真語言的基本編程思想和方法，并利用MATLAB對所學(xué)基礎(chǔ)課程進行上機模擬實驗和數(shù)值計算。鍛煉學(xué)生的數(shù)學(xué)建模、分析等所需的基礎(chǔ)知識和基本能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠運用MATLAB語言工具快速實現(xiàn)科學(xué)計算和工程計算的算法思想，完成對復(fù)雜工程問題的仿真模擬，為解決科學(xué)與工程中的數(shù)值計算問題打好基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)及對畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐序號課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點畢業(yè)要求1掌握數(shù)值計算和符號計算方法，能夠解決非線性方程求解、曲線擬合、插值、定積分的數(shù)值計算及常微分方程的數(shù)值問題解決數(shù)值計算問題。指標(biāo)點2.122能夠針對工程問題的數(shù)學(xué)模型合理地選用數(shù)值計算方法，并借助MATLAB軟件求解，能對軟件求解結(jié)果進行分析、解釋，得出合理有效的結(jié)論。指標(biāo)點4.243掌握數(shù)值計算的基本原理與方法；掌握MATLAB軟件的主要功能，能夠利用MATLAB軟件解決科學(xué)與工程中計算問題。指標(biāo)點1.11三、教學(xué)內(nèi)容及進度安排（一）理論教學(xué)序號教學(xué)內(nèi)容學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式支撐課程目標(biāo)1第1章MATLAB概述MATLAB發(fā)展史、主要功能及基本操作。了解MATLAB軟件的發(fā)展歷史，對MATLAB軟件的功能及基本操作有個初步了解。2多媒體課件，MATLAB軟件現(xiàn)場演示，案例分析。目標(biāo)1目標(biāo)32第2章MATLAB的數(shù)值計算變量和數(shù)值、矩陣和數(shù)組、稀疏矩陣、多項式、元胞數(shù)組和結(jié)構(gòu)數(shù)組、數(shù)據(jù)分析具備用MATLAB解決數(shù)值計算的問題的邏輯思維及代碼實現(xiàn)能力。2多媒體課件，MATLAB軟件現(xiàn)場演示，案例分析。目標(biāo)1目標(biāo)33第3章MATLAB的符號計算符號表達式的建立、符號表達式的代數(shù)運算、符號表達式的操作和轉(zhuǎn)換、符號極限、微積分和級數(shù)展開、符號積分變換、符號方程求解、符號函數(shù)的可視化掌握符號表達式的創(chuàng)建，掌握符號表達式的代數(shù)運算，掌握符號微積分和符號方程的求解。4多媒體課件，MATLAB軟件現(xiàn)場演示，案例分析。目標(biāo)1目標(biāo)34第4章MATLAB計算的可視化二維曲線的繪制、三維圖形繪制、MATLAB的特殊圖形繪制、圖形窗口的功能。熟悉對數(shù)據(jù)進行基本的繪圖，實現(xiàn)計算可視化，觀察波形，考察數(shù)據(jù)規(guī)律。4多媒體課件，MATLAB軟件現(xiàn)場演示，案例分析。目標(biāo)1目標(biāo)35第5章MATLAB程序設(shè)計腳本文件和函數(shù)文件、程序流程控制、函數(shù)調(diào)用和參數(shù)傳遞。掌握MATLAB編程思想，掌握流程控制語句的運用，掌握函數(shù)文件和腳本文件的編寫，掌握代碼調(diào)試方法。4多媒體課件，MATLAB軟件現(xiàn)場演示，案例分析。目標(biāo)1目標(biāo)36第6章Simulink仿真環(huán)境演示Simulink的簡單程序、Simulink文件操作和窗口、模型創(chuàng)建、Simulink基本模塊。掌握Simulink工具箱；掌握仿真模型的建立、參數(shù)設(shè)置、及結(jié)果調(diào)試。4多媒體課件，MATLAB軟件現(xiàn)場演示，案例分析。目標(biāo)1目標(biāo)3（二）實驗教學(xué)序號實驗名稱學(xué)時實驗教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)要求支撐課程目標(biāo)1實驗一MATLAB基礎(chǔ)操作2結(jié)合給定的題目或代碼，在MATLAB環(huán)境下進行基本操作，生成結(jié)果并分析，了解幫助系統(tǒng)，掌握常用的控制命令。熟悉MATLAB主界面，并學(xué)會簡單的菜單操作；熟練掌握MATLAB基本語法。目標(biāo)1目標(biāo)32實驗二MATLAB的數(shù)值計算2對給定的數(shù)值計算的題目，寫出MATLAB代碼并進行結(jié)果分析。掌握數(shù)值數(shù)組的創(chuàng)建和尋訪方法；理解數(shù)組運算和矩陣運算的含義；熟悉標(biāo)準數(shù)組生成函數(shù)和數(shù)組操作函數(shù)的運用；熟悉關(guān)系運算和邏輯運算及應(yīng)用。目標(biāo)2目標(biāo)33實驗三MATLAB的符號計算2對給定的符號計算的題目，寫出MATLAB代碼并進行結(jié)果分析。掌握MATLAB符號表達式的創(chuàng)建；掌握符號表達式的代數(shù)運算；掌握符號微積分；熟悉符號方程的求解。目標(biāo)2目標(biāo)34實驗四MATLAB計算的可視化3繪制二維圖；繪制三維圓柱螺線；繪制三維網(wǎng)線圖；繪制三維曲面圖；用函數(shù)bar繪制條形圖。熟練掌握二維曲線的繪制；掌握圖形的修飾；掌握三維圖的繪制；了解各種特殊圖形的繪制。目標(biāo)2目標(biāo)35實驗五MATLAB程序設(shè)計3編寫腳本文件代碼和函數(shù)文件代碼。熟悉和掌握腳本文件和函數(shù)文件建立與使用方法；掌握程序設(shè)計的流程控制語句；掌握函數(shù)調(diào)用和參數(shù)傳遞；熟悉程序調(diào)試方法。目標(biāo)2目標(biāo)36實驗六Simulink仿真4建立連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的仿真模型框，進行參數(shù)設(shè)置，并生成仿真結(jié)果。掌握Simulink工具箱；掌握Simulink模型窗口和模型創(chuàng)建；初步的仿真建模及仿真分析。目標(biāo)2目標(biāo)3四、課程思政本課程融合課程思政內(nèi)容，將德育內(nèi)容融入課程體系。通過融入學(xué)科前沿信息和社會發(fā)展需求動態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的使命感和愛國主義精神。通過課程任務(wù)驅(qū)動項目化訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實踐能力和實事求是、科學(xué)嚴謹?shù)穆殬I(yè)道德感。通過思政教育的有機融入，使學(xué)生在具備專業(yè)能力的基礎(chǔ)上，樹立正確的人生觀和價值觀，堅定積極健康的理想信念，不忘初心，為祖國科技發(fā)展而努力學(xué)習(xí)。主要從以下幾個方面開展課程思政教學(xué)：（1）明確課程的價值目標(biāo)，提高了育人效果，側(cè)重MATLAB編程邏輯思維培養(yǎng)和引導(dǎo)，對于培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力和探索能力等具有積極的教育作用。（2）以課程設(shè)計作品代替期末考試，滿足了大學(xué)生對有難度的高質(zhì)量學(xué)習(xí)的需求，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生的獲得感和成就感。（3）通過案例教學(xué)、現(xiàn)場演示及課后設(shè)計的安排，傳授知識的同時提高學(xué)生的工程實踐能力。五、教材及參考資料1.選用教材：（1）理論課教材：MATLAB程序設(shè)計與應(yīng)用（第3版），劉衛(wèi)國，高等教育出版社，2017（2）實驗課教材：自編2.參考書：（1）MATLAB基礎(chǔ)及應(yīng)用，李國朝，北京大學(xué)出版社，2011年（2）MATLAB編程指南，付文利，劉剛編著，清華大學(xué)出版社，2017年（3）MATLAB教程（R2018a），張志涌，楊祖櫻

編著，北京航空航天大學(xué)出版社，2019年3.推薦網(wǎng)站（線上資源）：（1）/（2）/（3）/六、教學(xué)條件計算機、MATLAB軟件等。七、課程考核、考核方式及成績評定序號課程目標(biāo)（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點）考核內(nèi)容評價依據(jù)及成績比例(%)成績比例(%)課堂表現(xiàn)作業(yè)實驗期末考試1目標(biāo)1：（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點2.1）數(shù)值計算和符號計算方法，非線性方程求解、曲線擬合、插值、定積分的數(shù)值計算及常微分方程計算55020302目標(biāo)2：（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點4.2）能夠針對工程問題的數(shù)學(xué)模型合理地選用數(shù)值計算方法，并借助MATLAB軟件求解，能對軟件求解結(jié)果進行分析、解釋，得出合理有效的結(jié)論。002020403目標(biāo)3：（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點1.1）科學(xué)計算的基本原理與方法；MATLAB軟件的主要功能，利用MATLAB軟件解決科學(xué)計算問題。5502030合計10102060100（1）課堂表現(xiàn)考核內(nèi)容及評分標(biāo)準課程目標(biāo)考核內(nèi)容評分標(biāo)準90-100分80-89分70-79分60-69分<60分課程目標(biāo)1（5%）考核學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、課堂參與情況。遵守課堂紀律，積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準確率大于90%遵守課堂紀律，認真參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準確率大于80%；遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于70%。遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于60%。遵守課堂紀律，但不能正常參與課堂教學(xué)活動，不能回答老師提出的問題。課程目標(biāo)3（5%）考核學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、課堂參與情況。遵守課堂紀律，積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準確率大于90%遵守課堂紀律，認真參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準確率大于80%；遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于70%。遵守課堂紀律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準確率大于60%。遵守課堂紀律，但不能正常參與課堂教學(xué)活動，不能回答老師提出的問題。（2）作業(yè)評分標(biāo)準成績課程目標(biāo)優(yōu)秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）課程目標(biāo)1（5%）按時上交，書寫規(guī)范工整；運用所學(xué)理論知識和公式正確，計算步驟完整，計算結(jié)果正確。按時上交，書寫工整；運用所學(xué)理論知識和公式正確，計算步驟較完整，計算結(jié)果正確。按時上交，書寫較工整；運用所學(xué)理論知識和公式正確，計算步驟較完整，計算結(jié)果基本正確。按時上交，書寫潦草；運用所學(xué)理論知識和公式基本正確，計算步驟簡單，計算結(jié)果基本正確。不按時上交書寫潦草；運用所學(xué)理論知識和公式不正確，計算步驟較少，計算結(jié)果不正確。課程目標(biāo)3（5%）按時上交，書寫規(guī)范工整；運用所學(xué)理論知識和公式正確，計算步驟完整，計算結(jié)果正確。按時上交，書寫工整；運用所學(xué)理論知識和公式正確，計算步驟較完整，計算結(jié)果正確。按時上交，書寫較工整；運用所學(xué)理論知識和公式正確，計算步驟較完整，計算結(jié)果基本正確。按時上交，書寫潦草；運用所學(xué)理論知識和公式基本正確，計算步驟簡單，計算結(jié)果基本正確。不按時上交書寫潦草；運用所學(xué)理論知識和公式不正確，計算步驟較少，計算結(jié)果不正確。每次作業(yè)按百分制評分，以所有作業(yè)的平均成績計入總成績。（3）實驗環(huán)節(jié)評分標(biāo)準成績課程目標(biāo)優(yōu)秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）課程目標(biāo)2（20%）實驗態(tài)度端正；實驗操作規(guī)范、實驗結(jié)果正確；考核中能準確地回答全部問題；實驗報告撰寫規(guī)范、整潔、全面。實驗態(tài)度端正；實驗操作規(guī)范、實驗結(jié)果正確；考核中能基本準確地回答全部問題；實驗報告撰寫規(guī)范整潔。實驗態(tài)度端正；實驗操作基本規(guī)范，實驗結(jié)果正確；考核中能準確地回答主要問題；實驗報告撰寫基本規(guī)范。實驗態(tài)度較端正；實驗操作基本規(guī)范，實驗結(jié)果基本正確；考核中能準確地回答部分問題；實驗報告撰寫基本規(guī)范。實驗態(tài)度不端正；無法獨立完成實驗操作，實驗結(jié)果不正確；考核中不能準確地回答主要問題；實驗報告書寫不規(guī)范。（4）期末考核內(nèi)容及評分標(biāo)準課程目標(biāo)考核內(nèi)容評分標(biāo)準90-100分80-89分70-79分60-69分<60分課程目標(biāo)1（20%）數(shù)值計算和符號計算方法，非線性方程求解、曲線擬合、插值、定積分的數(shù)值計算及常微分方程計算。熟練掌握數(shù)值計算和符號計算方法，非線性方程求解、曲線擬合、插值、定積分的數(shù)值計算及常微分方程計算。掌握數(shù)值計算和符號計算方法，非線性方程求解、曲線擬合、插值、定積分的數(shù)值計算及常微分方程計算?；菊莆諗?shù)值計算和符號計算方法，非線性方程求解、曲線擬合、插值、定積分的數(shù)值計算及常微分方程計算。了解數(shù)值計算和符號計算方法，非線性方程求解、曲線擬合、插值、定積分的數(shù)值計算及常微分方程計算。不了解數(shù)值計算和符號計算方法，非線性方程求解、曲線擬合、插值、定積分的數(shù)值計算及常微分方程計算。課程目標(biāo)2（20%）針對工程問題的數(shù)學(xué)模型合理地選用數(shù)值計算方法，并借助MATLAB軟件求解，能對軟件求解結(jié)果進行分析、解釋，得出合理有效的結(jié)論。熟練掌握數(shù)值計算方法，能夠針對工程問題進行建模。深刻理解求解的結(jié)果，能對結(jié)果進行深入分析。掌握數(shù)值計算方法，能夠針對工程問題進行建模。理解求解的結(jié)果，能對結(jié)果進行較全面的分析?；菊莆諗?shù)值計算方法，能夠針對工程問題進行建模。理解求解的結(jié)果，能對結(jié)果進行分析。了解數(shù)值計算方法，基本能夠針對工程問題進行建模?；纠斫馇蠼獾慕Y(jié)果，基本能對結(jié)果進行分析。不了解數(shù)值計算方法，不能夠針對工程問題進行建模。不理解求解的結(jié)果，不能對結(jié)果進行分析。課程目標(biāo)3（20%）科學(xué)計算的基本原理與方法、MATLAB軟件的主要功能，利用MATLAB軟件解決科學(xué)計算問題。熟練掌握科學(xué)計算的基本原理與方法、MATLAB軟件的主要功能，很好利用MATLAB軟件解決科學(xué)計算問題。掌握科學(xué)計算的基本原理與方法、MATLAB軟件的主要功能，較好利用MATLAB軟件解決科學(xué)計算問題。基本掌握科學(xué)計算的基本原理與方法、MATLAB軟件的主要功能，能