《計算物理課程設計》教學大綱課程名稱：計算物理課程設計課程編號：F098094992英文名稱：CourseDesignforComputationalPhysics學時：2周 學分：2學分開課學期：第5學期適用專業：光電信息科學與工程專業課程類別：課程設計課程性質：專業方向與拓展先修課程：高等數學一、課程的性質及任務《計算物理課程設計》是光電信息科學與工程專業的一門主要專業選修課，是一門實踐類課程。本課程設計的主要任務是學生在修完主要專業課程之后，通過完成一個綜合性軟件項目，加深學生對計算物理基本理論和基本知識的理解，引導學生綜合應用前期所學知識，掌握程序設計，提高學生分析實際物理問題和解決實際問題的綜合能力，培養學生應用計算機軟件處理物理問題的專業技能。通過本課程，培養學生嚴謹的科學態度和分析問題的邏輯性與條理性、精益求精的工匠精神以及奮發圖強的科技報國精神；培養學生從實際出發，在理論指導下靈活處理問題的能力，為學習后續課程打下基礎。依據河北工程大學光電信息科學與工程專業培養計劃，本課程需要培養學生的能力是：提高數據處理和解決實際物理問題的能力，培養科研創新素養，為今后科研和工作起到鋪墊作用。具備解決物理建模等工程問題所需要的工程基礎共性知識。能夠運用工程科學原理，識別和判斷工程問題的關鍵環節和參數。具備科學創新精神，勇于在物理學前沿及交叉領域探索與攀登。二、課程目標與要求2.1課程目標了解計算物理所需軟件的安裝，熟練掌握軟件的使用方法。能夠針對物理問題進行數學建模，并進行相應程序編寫。提高綜合運用所學的理論知識獨立分析問題和解決問題的能力。培養學生的團隊合作意識和精神、遵守職業道德和規范。

計算物理課程設計課程教學大綱數理科學與工程學院本科課程教學大綱.2課程目標與畢業要求對應關系課程目標畢業要求二級指標畢業要求1234●●1.3掌握光電信息科學與工程專業所需的計算機基礎、軟件開發及應用等必要的知識，具備從事信息系統技術工作的能力。1.能夠運用數值分析計算軟件對物理問題進行分析處理。●●●2.14掌握專業硬件和軟件現代開發工具的使用方法，具備選擇與使用專業工具的能力。2.掌握數值分析計算軟件，并能熟練應用。●3.3在工程實踐中，理解并遵守職業道德和規范，誠實公正、誠信守責，履行工程師的社會責任。3.能夠遵守職業道德和規范、具有團隊合作意識和精神。●3.4具有團隊合作意識和精神，理解在多學科背景下團隊中不同角色成員的職責，能夠在團隊中勝任成員以及負責人的角色。2.3課程目標與培養環節對應矩陣序號課程目標理論教學課內實驗課后作業1了解計算物理所需軟件的安裝，熟練掌握軟件的使用方法H2能夠針對物理問題進行數學建模，并進行相應程序編寫。H3提高綜合運用所學的理論知識獨立分析問題和解決問題的能力H4培養學生的團隊合作意識和精神、遵守職業道德和規范。H注：H表示該能力的在此環節重點培養；M表示該能力在此環節有應用要求；L表示該能力在此環節有所涉及。2.4目標達成度的評價課程目標1、2、3主要通過理論教學和學生上機實踐進行培養。主要通過學生進行課程設計過程中對問題的處理能力、編程能力進行評價，對課程設計的設計結果進行考核。課程目標4主要通過學生在課設過程中同學之間的任務分工與合作情況進行評價，同時也參考課程設計報告進行考核。三、教學方法及手段課程強調學生的自主學習，強調通過自學的方式消化、吸收課程的龐大知識量，并在此基礎上舉一反三。課程設計中老師起主導組織作用，采取獨立課題與小組相結合的方式進行；教師指導過程中可集中指導也可根據小組、個人實際情況單獨指導。四、課程的基本內容及要求[基本要求]課程設計的題目應提前一周布置，以便學生作好充分準備。選題原則:課程設計題目選擇得是否合適，直接關系到它的教學效果。一般來將應當照顧到以下幾個方面:1.設計的選題首先要符合教學要求，使學生能夠運用理論課程中所學的基本知識，進行基本技能方面的訓練。2.設計的選題的主要內容應當是學生在理論課程中學過的知識，有需要擴展的知識，應在設計過程中補充講解。3.課題指標可從學生實際出發，做到難易適中，或因人而異，讓不同程度的學生經過努力都能夠完成任務，有所收獲。[基本內容]從給定題目中選擇一個題目按要求完成，必須每組獨立完成題目。課程設計的題目：圓孔、方孔、雙矩孔夫瑯和費衍射的數值仿真楊氏雙縫干涉、邁克爾遜干涉實驗仿真正弦光柵、矩形孔的菲涅爾衍射仿真模擬帶電粒子在電磁場中運動的MATLAB仿真；電磁波在非均勻介質內傳播的MATLAB仿真基于Matlab的單擺阻尼、受迫振動模擬傅科擺的Matlab仿真駐波形成及其動畫制作阻尼斜拋運動的模擬（沒有空氣阻力、空氣阻力分別與速度一次方、二次方成正比時的軌跡及速度隨時間變化圖形，標注最大高度的位置及時間）利用轉移矩陣法設計溫控1D光子晶體濾波器趨向熱平衡態模擬利用蒙特卡洛方法計算定積分實驗數據的平滑濾波實驗數據的統計處理及插值運算實驗數據的擬合（自主編寫的擬合與matlab內部函數擬合相比較）導彈追蹤問題基于Matlab的圖像增強研究基于Matlab的圖像去噪處理研究基于matlab的圖像邊緣提取學生成績管理設計（包括，學生姓名、各科成績輸入、成績排序、統計分布、查詢等功能）阿貝-波特實驗的模擬透鏡成像的試驗模擬偽隨機數的生成高中物理碰撞問題模擬高中物理追擊和相遇問題模擬高中物理小船過河問題模擬高中物理動量守恒多過程問題模擬用牛頓定律解決臨界、極值問題高中物理衛星變軌問題模擬高中物理皮帶傳輸問題模擬五、課內實驗無六、課程學時分配教學課次教學內容教學環節與計劃時數教學環節計劃時數1問題分析實踐課42查閱資料實踐課43解決問題的原理、理論實踐課4４建模實踐課45編程、調試程序實踐課46數值模擬分析實踐課47撰寫課程設計報告實踐課48代碼考核、答辯實踐課4七、課程考核與成績評定7.1考核方式考核環節包括實踐學習過程考核和答辯考核，其中課程過程考核占總成績的80%，分別由課堂表現、設計方案的正確性、設計報告的內容及規范程度進行行評定；答辯考核成績占總成績的20%。各環節的比重如下。考核環節比重合計過程考核課堂表現20%20%結果考核功能實現40%80%設計報告的內容及規范程度40%總計100%100%7.2考核內容及要求本課程為考查課。考核內容及分值分配如下。考核方式考核內容分值課程目標總分值平時考核20%出勤0~10目標420分認真態度0~5目標1-3合作情況0~5目標1-3結果考核80%功能實現0~40目標1-380分課程設計報告0~40目標47.3成績評定1.課堂表現課堂表現總分15分，由課堂出勤、認真態度以及合作情況評定。其中，課堂出勤滿分10分，缺勤一次扣1分，遲到或請假扣0.5分。認真態度滿分5分，閑聊或未學習發現一次扣0.5分；合作情況滿分5分2.功能實現計分標準不及格：程序要求的基本功能沒有完成，或者程序不能正常運行，或者有嚴重的抄襲現象。及格：程序要求的基本功能完成，程序能夠正常運行。中：達到及格的要求，用戶界面友好，操作方便。良：達到中的要求，具備良好的編碼規范，主要的程序元素有注釋，程序運行穩定。優：達到良的要求，程序具有很好的擴展性，界面優美，程序結構清晰。3.課程設計報告計分標準不及格：報告中的大部分內容敘述不正確，條理不清楚，或者有嚴重的抄襲現象。及格：報告中的內容基本正確，格式規范。中：達到及格的要求，條理清楚，內容完整。良：達到中的要求，結構合理，重點突出。優：達到良的要求，文字優美，圖表正確，數據翔實，報告中沒有明顯的錯誤。八、課程評價與持續改進8.1課程評價課程評價周期定為每1年評價一次。設置達成情況目標值，采用成績分析法進行評價。課程達成評價根據光學信息科學與工程專業課程達成評價方法進行計算，評價結果用于持續改進。光電系負責人組織教師實施課程評價，制定持續改進措施，監督持續改進過程。課程負責人負責撰寫課程考核總結報告，實施課程評價持續改進。8.2持續改進1）日常教學：根據學生學習情況，教師采取座談會、與學生單獨交流，及時調整教學方法、進度，做出教學改進。2）設計教學：根據學生課程設計及設計報告情況，對學生理解計算物理知識進行分析，及時調整教學方法和內容，提出改進措施。3）課堂質疑或短時間交流討論：對課堂質疑或討論的效果進行分析，提出課程持續改進意見，用于本課持續改進。4）期末成績分析總結：根據課程目標，實現課程達成評價，撰寫課