Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki - Mechatronika (S1)
Sylabus przedmiotu Techniki obliczeniowe:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Mechatronika | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | pierwszego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | inżynier | ||
| Obszary studiów | nauki techniczne, studia inżynierskie | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Techniki obliczeniowe | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Instytut Technologii Mechanicznej | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Sławomir Marczyński <Slawomir.Marczynski@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | |||
| ECTS (planowane) | 4,0 | ECTS (formy) | 4,0 |
| Forma zaliczenia | zaliczenie | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Znajomość podstaw analizy matematycznej. |
| W-2 | Znajomość działań na macierzach. |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Umiejętność zastosowania komputerów do obliczeń numerycznych. |
| C-2 | Umiejętność zastosowania programów komputerowych do graficznej prezentacji wyników. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Praktyczne zastosowanie współczesnych środowisk obliczeniowych (Matlab, Octave, Scilab, Freemat). Język Matlab: operacje na wektorach i macierzach, instrukcje sterujące w języku Matlab (instrukcja warunkowa, instrukcje iteracji, obsługa wyjątków); skrypty i funkcje (podstawowe, inline, anonimowe, lokalne, prywatne, zagnieżdżone i przeładowane); wysoko i niskopoziomowy odczyt i zapis plików (tekstowych, graficznych i innych); indeksy liniowe, macierze komórkowe, struktury; macierze rzadkie. | 10 |
| T-L-2 | Graficzna prezentacja danych: tworzenie prostych i złożonych wykresów (2D i 3D); wizualizacja macierzy rzadkich; zmiana kolorów, rodzaju linii, opisu osi; eksport grafiki w postaci plików JPEG i PostScript. | 4 |
| T-L-3 | Zastosowanie pakietu Matlab do: rozwiązywania równań i układów równań liniowych i nieliniowych, odwracania macierzy i obliczania macierzy pseudoodwrotnej (bisekcja, metoda falsi, algorytmy Gaussa, Mullera, Newtona-Ralphsona, Dekkera, Jacobiego), dekompozycji macierzy (LU, QR, SVD), odwracanie macierzy symetrycznych i pasmowych (algorytmy Banachiewicza-Choleskiego i TDMA); interpolacji, aproksymacji (efekt Rungego, wielomiany Czebyszewa i Hermite, funkcje sklejane); obliczania numerycznego pochodnych i całek (różnice Newtona, wielomiany Lagrange’a, algorytmy Aitkena, Richardsona, Riddersa); obliczania wektorów i wartości własnych. | 6 |
| T-L-4 | Funkcje ODE w języku Matlab: sposób przekazywania do nich danych, niejednoznaczność rozwiązań numerycznych, pojęcie chaosu dynamicznego. Zastosowanie FFT do interpolacji i obliczania widma mocy w Matlabie. | 4 |
| T-L-5 | Wstęp do numerycznej optymalizacji (algorytm złotego podziału, Brenta, Nedlera-Mayera). Wstęp do rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych (pakiet PDE Tool). Matlab jako język OOP. Tworzenie graficznego interfejsu użytkownika (GUIDE). Wstęp do Simulink. | 6 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Praktyczne zastosowanie współczesnych środowisk obliczeniowych (Matlab, Octave, Scilab, Freemat). Język Matlab: operacje na wektorach i macierzach, instrukcje sterujące w języku Matlab (instrukcja warunkowa, instrukcje iteracji, obsługa wyjątków); skrypty i funkcje (podstawowe, inline, anonimowe, lokalne, prywatne, zagnieżdżone i przeładowane); wysoko i niskopoziomowy odczyt i zapis plików (tekstowych, graficznych i innych); indeksy liniowe, macierze komórkowe, struktury; macierze rzadkie. | 4 |
| T-W-2 | Graficzna prezentacja danych: tworzenie prostych i złożonych wykresów (2D i 3D); wizualizacja macierzy rzadkich; zmiana kolorów, rodzaju linii, opisu osi; eksport grafiki w postaci plików JPEG i PostScript. | 1 |
| T-W-3 | Zastosowanie pakietu Matlab do: rozwiązywania równań i układów równań liniowych i nieliniowych, odwracania macierzy i obliczania macierzy pseudoodwrotnej (bisekcja, metoda falsi, algorytmy Gaussa, Mullera, Newtona-Ralphsona, Dekkera, Jacobiego), dekompozycji macierzy (LU, QR, SVD), odwracanie macierzy symetrycznych i pasmowych (algorytmy Banachiewicza-Choleskiego i TDMA); interpolacji, aproksymacji (efekt Rungego, wielomiany Czebyszewa i Hermite, funkcje sklejane); obliczania numerycznego pochodnych i całek (różnice Newtona, wielomiany Lagrange’a, algorytmy Aitkena, Richardsona, Riddersa); obliczania wektorów i wartości własnych. | 4 |
| T-W-4 | Funkcje ODE w języku Matlab: sposób przekazywania do nich danych, niejednoznaczność rozwiązań numerycznych, pojęcie chaosu dynamicznego. Zastosowanie FFT do interpolacji i obliczania widma mocy w Matlabie. | 2 |
| T-W-5 | Wstęp do numerycznej optymalizacji (algorytm złotego podziału, Brenta, Nedlera-Mayera). Wstęp do rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych (pakiet PDE Tool). Matlab jako język OOP. Tworzenie graficznego interfejsu użytkownika (GUIDE). Wstęp do Simulink. | 4 |
| 15 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| A-L-2 | przygotowanie do zajęć | 5 |
| A-L-3 | realizacja projektów | 30 |
| A-L-4 | Konsultacje | 2 |
| 67 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | uczestnictwo w zajęciach | 15 |
| A-W-2 | studiowanie literatury | 8 |
| A-W-3 | przygotowanie do zaliczenia | 8 |
| A-W-4 | zaliczenie przedmiotu | 2 |
| 33 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | wykład informacyjny |
| M-2 | wykład problemowy |
| M-3 | ćwiczenia laboratoryjne |
| M-4 | metoda projektów |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena formująca: Bieżące sprawdzanie aktywności studentów w czasie zajęć w pracowni komputerowej (aprobata, ocena ciągła, obserwacja pracy w grupach). |
| S-2 | Ocena formująca: Ocena umiejętności studentów poprzez sprawdzanie tworzonych przez nich (fragmentów) programów komputerowych w trakcie ćwiczeń. Oceniany jest kod źródłowy (zaliczenie pisemne). |
| S-3 | Ocena formująca: Ocena prezentacji sprawozdań o zrealizowanych projektach. |
| S-4 | Ocena formująca: Testy wspierane programem komputerowym. |
| S-5 | Ocena podsumowująca: Test, zaliczenie pisemne/ustne. |
Zamierzone efekty kształcenia - wiedza
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ME_1A_C21_W01 W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien rozpoznawać problemy numeryczne i wybierać właściwe do ich rozwiązania algorytmy. | ME_1A_W01, ME_1A_W03, ME_1A_W04, ME_1A_W05 | — | — | C-1 | T-W-4, T-W-3, T-W-5 | M-1, M-2, M-3, M-4 | S-2, S-4, S-5 |
Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności
| Zamierzone efekty kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ME_1A_C21_U01 W wyniku przeprowadzonych zajęć student potrafi zastosować programy Matlab/Octave do obliczeń numerycznych: rozwiązywać układy równań liniowych, odwracać macierze, obliczać macierz pseudoodwrotną, dekomponować macierze, interpolować, aproksymować, obliczać numerycznie pochodne i całki, numerycznie znajdować minima i maksima, rozwiązywać układy równań nieliniowych, równań różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych, korzystać z szybkiej transformacji Fouriera. | ME_1A_U04, ME_1A_U06, ME_1A_U07, ME_1A_U09 | — | — | C-1 | T-W-1, T-W-4, T-W-3, T-W-5, T-L-3, T-L-1, T-L-4, T-L-5 | M-1, M-2, M-3, M-4 | S-1, S-2, S-3, S-4, S-5 |
| ME_1A_C21_U02 W wyniku przeprowadzonych zajęć student potrafi zastosować programy Matlab/Octave do graficznego przedstawienia danych i wyników obliczeń. | ME_1A_U03, ME_1A_U06, ME_1A_U07 | — | — | C-2 | T-W-2, T-L-2 | M-1, M-2, M-3, M-4 | S-1, S-2, S-3, S-4, S-5 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| ME_1A_C21_W01 W wyniku przeprowadzonych zajęć student powinien rozpoznawać problemy numeryczne i wybierać właściwe do ich rozwiązania algorytmy. | 2,0 | Student nie potrafi wymienić jakiejkolwiek metody numerycznej. |
| 3,0 | Student potrafi wymienić i ogólnie opisać podstawowe metody numeryczne omawiane na zajęciach. | |
| 3,5 | Student potrafi wymienić i opisać metody numeryczne omawiane na zajęciach. | |
| 4,0 | Student potrafi wymienić metody numeryczne omawiane na zajęciach, wskazać ich ograniczenia. | |
| 4,5 | Student potrafi wymienić metody numeryczne omawiane na zajęciach, wskazać ich ograniczenia, porównać efektywność. | |
| 5,0 | Student potrafi wymienić metody numeryczne omawiane na zajęciach, opisać je szczegółowo, wskazać ich ograniczenia, porównać efektywność. |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt kształcenia | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| ME_1A_C21_U01 W wyniku przeprowadzonych zajęć student potrafi zastosować programy Matlab/Octave do obliczeń numerycznych: rozwiązywać układy równań liniowych, odwracać macierze, obliczać macierz pseudoodwrotną, dekomponować macierze, interpolować, aproksymować, obliczać numerycznie pochodne i całki, numerycznie znajdować minima i maksima, rozwiązywać układy równań nieliniowych, równań różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych, korzystać z szybkiej transformacji Fouriera. | 2,0 | Student nie potrafi rozwiązać jakiegokolwiek problemu numerycznego za pomocą programu Matlab lub programu Octave – nie potrafi uruchomić tych programów, nie zna poleceń dostępnych w tych programach, nie potrafi wprowadzić danych. |
| 3,0 | Student potrafi użyć programu Matlab do rozwiązywania bardzo prostych problemów numerycznych. | |
| 3,5 | Student potrafi użyć programów Matlab i Octave do rozwiązywania prostych problemów numerycznych. Potrafi tworzyć skrypty i funkcje. | |
| 4,0 | Student samodzielnie (a także realizując swój udział w zadaniu zespołowym) potrafi użyć programów Matlab i Octave do rozwiązywania problemów numerycznych. | |
| 4,5 | Student samodzielnie (a także realizując swój udział w zadaniu zespołowym) potrafi użyć programów Matlab i Octave do rozwiązywania zaawansowanych problemów numerycznych. Teksty źródłowe tworzonych przez studenta programów mogą być nadmiernie rozwlekłe, stosować niezalecane w Matlabie/Octave konstrukcje, mieć różnego rodzaju usterki nie wpływające na dokładność wyników. | |
| 5,0 | Student samodzielnie (a także realizując swój udział w zadaniu zespołowym) potrafi użyć programów Matlab i Octave do rozwiązania bardzo zaawansowanych problemów numerycznych. Student wykazuje staranność w dokumentowaniu swojej pracy, pisze czytelne programy używając zwartej notacji. | |
| ME_1A_C21_U02 W wyniku przeprowadzonych zajęć student potrafi zastosować programy Matlab/Octave do graficznego przedstawienia danych i wyników obliczeń. | 2,0 | Student nie potrafi narysować jakiegokolwiek rysunku za pomocą programu Matlab (lub programu Octave) – nie potrafi uruchomić tych programów, nie zna poleceń służących do rysowania dostępnych w tych programach. |
| 3,0 | Student potrafi użyć programu Matlab do sporządzenia bardzo prostych rysunków (np. potrafi narysować wykres funkcji sinus). | |
| 3,5 | Student potrafi użyć programu Matlab do sporządzenia prostych rysunków (np. potrafi narysować wykres funkcji sinus i na tym samym rysunku przedstawić zależność y(x) dla podanych wektorów x i y), potrafi wybrać kolor i rodzaj linii, opisać rysunek i osie, zapisać rysunek jako plik. | |
| 4,0 | Student potrafi użyć programu Matlab do sporządzenia rysunków (np. potrafi narysować wykres we współrzędnych biegunowych, przedstawić zależność z(x,y) jako powierzchnię). | |
| 4,5 | Student potrafi użyć programu Matlab do sporządzenia złożonych rysunków (np. kilka różnych wykresów na jednym rysunku, przekroje powierzchni, rysunki z brakującymi danymi), potrafi rysunki opisywać stosując elementy języka Latex (greckie litery, symbole matematyczne). | |
| 5,0 | Student potrafi użyć programu Matlab do sporządzenia złożonych rysunków i animacji. Student potrafi użyć wysoko i niskopoziomowych instrukcji rysujących, zmieniać atrybuty obiektów rysowanych. |
Literatura podstawowa
- Bogumiła Mrozek, Zbigniew Mrozek, MATLAB i Simulink: poradnik użytkownika, Helion, Gliwice, 2011, ISBN 9788324625642
- John W. Eaton, David Bateman, Søren Hauberg, GNU Octave: A high-level interactive language for numerical computations, 2011, Podręcznik w postaci PDF dołączany do dystrybucji programu Octave.
- Rudra Pratap, MATLAB 7: dla naukowców i inżynierów, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2007, ISBN 9788301160579
Literatura dodatkowa
- Piotr Krzyżanowski, Obliczenia inżynierskie i naukowe : szybkie, skuteczne, efektowne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2011, ISBN 9788301167011
- Ewa Adamus, Marcin Pluciński, MATLAB : ćwiczenia, Wydawnictwo Uczelniane Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego, Szczecin, 2009, ISBN 9788376630182
- Wiktor Treichel, Marcin Stachurski, MATLAB dla studentów : ćwiczenia, zadania, rozwiązania, Witkom (Salma Press), Warszawa, 2009, ISBN 9788392935711
- Stormy Attaway, MATLAB : a practical introduction to programming and problem solving, Butterworth-Heinemann, Amsterdam, Boston, 2009, ISBN 9780750687621
- Edward B. Magrab [et al.], An engineer’s guide to MATLAB with applications from mechanical, aerospace, electrical, and civil engineering, Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2005, ISBN 0131454994