УМКД

Компьютерлік физика негіздері

Алғы сөз
1 ҚҰРАСТЫРЫЛДЫ
Құрастырушы - Желдыбаева Балғын Сембаевна <<Физика>> кафедрасының доцент м.а., п.ғ.к.

2 ТАЛҚЫЛАНДЫ
2.1 <<Физика>> кафедрасының отырысында
№10 хаттама, 25.06. 2014.
Кафедра меңгерушісі _______ п.ғ.д., профессор Маусымбаев С.С.

2.2 Физика-математика факультетінің оқу-әдістемелік кеңесінің отырысында
№6 хаттама, 26.06. 2014.
Төраға ________ Батырова К.А.

3 БЕКІТІЛДІ
Университеттің оқу-әдістемелік кеңесінің отырысында мақұлданып және баспаға ұсынылды
№ хаттама, 2014 ж.
ОӘК төрағасы ________ Искакова Г.К.
4 11.09.2013ж. №1 басылымның орнына енгізіліп отыр.

МАЗМҰНЫ
* Жалпы мағлұматтар
* Пәннің мазмұны және сабақ түрлері бойынша сағатты жіктеу
* Курсты оқыту туралы әдістемелік нұсқау
* Курстың форматы
* Курстың саясаты
* Баға қою саясаты
* Әдебиеттер

* ЖАЛПЫ МАҒЛҰМАТТАР
1.1 Оқытушы және пән туралы жалпы мағлұмат
Желдыбаева Балғын Сембайқызы <<Физика>> кафедрасының доцент м.а., п.ғ.к.
Кафедра <<Физика>>
Байланыс туралы ақпарат - №3 оқу ғимараты, №201 ауд., тел: 77-33-58.
Сабақты жүргізу орны - 3-ші қабат аудиториялары
Осы пән бойынша кредит саны - <<Компьютерлік физика негіздері>> - 4 кредит
+ Пән мазмұнының қысқаша сипаттамасы
<<Компьютерлік физика негіздері>>
Ұсынылған жоспар <<Компьютерлік физика негіздері>> курсы бойынша жоғары білімнің физикалық жаратылыстану ғылымдарының бағытымен сәйкес келеді. Жалпы жаратылыстану пәндерімен бірге берілген курс студенттің қазіргі заманғы есептеуіш техниканы физикалық қажеттіліктеріне қолдану аумағында базалық дайындығының негізін салу керек. Физика пәні компьютерлік технологияларды зерттеуде студенттің мотивациялық қамтамасыз ететін қосымша фактор ретінде қызмет етеді. Курс негізінен физиканың әртүрлі бөлімдерінің күрделі есептерін шешіп тәжірибе жинау негізінде біртіндеп пайда болатын физикалық есептерді шешуде студенттің компьютерді қолданып практикалық дағдылар алуына бағытталған. Сондықтан бұл пән жалпы физиканы, математиканы сәйкес бөлімдері және бағдарламалауды студенттер оқып болғаннан кейін окытылуы дұрыс.
1.3 Курстың мақсаты: Пәнді оқытудың басты міндеті студенттердің алған теориялық білімін графикалық жүйе арқылы, әдістерімен, эксперимент нәтижелерін өңдеуде ЭЕМ-ді колдану әдістерімен таныстыру;
Курстағы қойылған мақсаттар негізгі үш модульде шешіледі. Біріншісі студенттің аппараттық программалау ортасында жұмыс істеу дағдыларын бекіту. Сонымен қатар ол курстың мәтінді компьютерлік өңдеу, ғылыми мақаланы баспаға шығару және т.с.с көмекші сұрақтарын қамтиды.
Екінші модуль -- программалау және есептеуіш математика. Программалау кұрал, ал есептеуіш математика компьютерді колданып кең шеңберлі физикалық есептерді шешуде кажетгі әдістерді береді.
Үшінші модуль - физикалық мамандыктардың студенттеріне арналған компьютерлік физиканы меңгерудің маңызды есебі физикалық есептердің сандық модельдеу дағдыларын құрастыру шешіледі. Сондықтан базалық жаттығуларга физикалық есептерді шешуді сандық әдістерде қолданылатын физикалык процестердің иммитациялық модельдерін құрастыру есептері беріледі. Болашақта механиканың сандық тәжірибелер есептерінде, ток және статистикалық физика сияқты сұрақтары негізінде дамуға бағытталады. Студенттер компьютерлік тәжірибелерді құру жэне қойылым әдістері, қарапайым дифференциалдық тендеулердің жүйелерін сандық интегралдаумен танысады.
1.4 Курстың міндеті:
- Қазіргі заманғы операциялық жүйеде мәтінде өңдеудің негізгі колданбалы пакеттерімен, мәліметтің графикалық көрсетілімдерімен, мәліметтер қорымен, электронды кестелермен, бүкіләлемдік желі интернетпен жасалған жұмыстарының дағдыларын бекіту.
- Визуальды бағдарламалармен коса жоғарғы деңгейдегі тілдерде бағдарламалаудың қазіргі заманғы тәсілдерінің облысында негізгі дайындықты өту; компьютерлік графика және анимацияның қарапайым тәсілдерін білу;
- Физикада үзіліссіз және дискретті процестердің компьютерлік модельдеу дағдыларын алу; физиканың дифференциалдық теңдеулерін шешуде карапайым сандық әдістерін (Эйлер, трапеция) білу; модельдеу әдістерін (молекулалық динамика, Монте-Карло) білу.
1.5 Оқыту нәтижелері:
Пәнді оқу нәтижесінде студенттер тиісті:
* Компьютерлік физиканың заңдары мен принциптерін физиканың нақты есептерін шығару үшін қолдана білу;
* Компьютерлік физика негіздерін меңгеру үшін қолданылатын негізгі материалдар, қарапайым жұмыстарын өткізіп оны шеше білу, алынған нәтижелерді өңдеп, талдап және бағалай білу;
* Құбылыстардың математикалық модельдерін құрып және бұл үшін тиісті математикалық аппаратты есептеу математикасы әдістерін қоса қолдана білу;
* Компьютерлік физиканың негізгі принциптері, заңдары мен заңдылықтарын бұлардың логикалық мазмұнын және математикалық өрнектерін оқып үйрену.
* Компьютерлік физика негіздерін білу.
* Компьютерлік графика жәнек анимацияның қарапайым тәсілдерін білу, модельдердің қолданылу аясы айқын түсініп білу;
1.6 Курс пререквизиттері: жоғары математика, диференциалдық және интегралдыық теңдеулер, механика және молекулалық физика.
1.7 Курс постреквизиттері: оптика, теориялық физика, физикалық өлшеулер.

2 ПӘННІҢ МАЗМҰНЫ ЖӘНЕ САБАҚ ТҮРІНЕ САҒАТТАРДЫҢ БӨЛІНУІ
Кесте 1.
№
Тақырып аты
Сағаттар
Әдебиеттер

Дс
Зс
Пр
СОӨЖ
СӨЖ

1
Модуль 1. Дәріс 1,2. Кіріспе. Пән және курсты ұйымдастыру. Есептеуіш техниканың дамуының қысқаша тарихы. ЭЕМ жиынтығы, қазіргі заманғы компьютерлерге мінездеме. Физикада компьютерді қолдану облыстары: компьютерлік модельдеу тәжірибесі, физикалық тәжірибелерді автоматтау, компьютердің басқа қолданыстары (мәліметтер қоры, интернет және т. б.).
2
2
4
4
12
Н.Ә.
7.1.1-1
Тарау,
6-13 беттер
2
Дәріс 3,4. Қазіргі заманғы компьютерлік технологиялардың дамуына физиканың жаңа идеяларының әсері. Ақпараттық жазбалар және оптикалық кодтаудың жаңа әдістері. Жазбалардың принципі /CD, DVD-де ақпаратты оқу. Оптикалық 3 өлшемді жады. Кванттық ақпарат және кванттық алгоритмін есептелу-кванттық физиканың құралы ақпаратты параллельді өндеу. Кванттық компьютердің тәжірибелік ұйымдастырылуы.
2
2
4
4
12
Н.Ә.
7.1.2-1
Тарау,
5-12 беттер
3
Модуль 2. Дәріс 5,6. Программалау тілдері. Тілдердің тарихы, олардың мінездемелері. Визуальдық программалау. Программалаудың құрылымы. Мәліметтің типтері. Айнымалылар, тұрақтылар. Айнымалылардың және тұрақтылардың сипаттамасы. Массивтер. Көпөлшемді ' массивтер. Негізгі арифметикалық операциялар. Циклді ұйымдастыру. Шарты алдын ала және соңынан берілген цикл. Вариантты таңдау. Көпше таңдау. Ақиқат және жалған. Өту операторы. Көрсеткіштер. Көрсеткіштер ретіндегі массивтер атауы. Жол. Құрылымы. Құрылым көрсеткіші. Файлдармен жұмыс. Басты және желілік айнымалы. <<Өмір уақыты>> айналымы: автоматты және статистикалық айнымалылар. Бағдарламаны тоқтату.
2
2
4
4
12

4
Дәріс 7,8. Компьютерлік графика элементтері. Монитордың графикалық режимі. Растрлар, пиксельдер. Терезелік координаттар. Терезелік жұмыс облысынан енгізу. Контекстік құрылым түсінігі. Тексті енгізу. Ағымдағы атрибуттарды ауыстыру. Кист және перо түстерін таңдау. Түстерді беру графикалық меңзер. Графикалық меңзер позициясын ауыстыру. Графикалық көрсетулер: нүкте, сызық, эллипс, тік бұрыш. Динамикалық бейнелердің реализациясы.
2
2
4
4
12

5
Дәріс 9,10. Есептеуіш математика (сандық әдістер). Анықталған интегралды есептеу, трапеция әдесі және симпсон әдісі. Транценденген теңдеулерді шешу, кесіндіні қаққа бөлу әдісі. Ньютон әдісі. Сызықтық алгебра есептері. Коши есебі. Қарапайым дифференциалдық теңдеулерді интегралдау, Эйлер схемасы, Верле алгоритмі.
2
2
4
4
12

6
Модуль 3. Дәріс 11,12. Компьютерлік физика. Есептеуіш физика пәні. Компьютерлік зерттеулер әдісіне кіріспе: Молекулалық динамика әдісі және Монте-Карло әдісі. Сандық интегралдау. Трапеция әдісі және симпсон әдісі. Сандық интегралдау үшін Монте-Карло әдісін қолданылуы.
2
2
4
4
12

7
Дәріс 13,14. Кездейсоқ санның датчик анализі. Кездейсоқ санның тең және қалыпты бөлінген гинерациясы. Түзу иметационды модельдеу. Мысалы: перколяция. Қарапайым дифференциалдық теңдеулер жүйесін сандық интегралдау. Коши есебі. Есептелетін тор. Эйлер сызбасы. Сызбаның тұрақтылығы. Верле алгоритмі. Үзілістің жақсартылған әдісі. Продикатор - корректор сызбасы. Рунге Кутта әдісі.
2
2
4
4
12
Н.Ә.
7.1.14-1
Тарау,
6-13 беттер
8
Дәріс 15. Классикалық бөлік жүйесі динамикалық анализі үшін молекулалық динамика әдісі. Мысалы: молекулалық динамика - үлкен молекула динамикасын моделдеу. Жасушалық автомат түсінігі және оның компьютердегі моделі.
1
1
2
2
6

* ПӘНДІ ОҚЫТУҒА АРНАЛҒАН ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАР
Курсты оқыған кезде берілген тақырыптың негізгі жағдайларын қарастыруға баса назар аудару керек, осы мақсатта пәннің оқу-әдістемелік кешенін ұсынып отырмыз, ол студенттердің оқулықпен жұмыс істеуін жеңілдетеді. Пәнді оқып меңгеруі үшін студенттің қолында оқулықтар, оқу құралдары, зертханалық жұмыстарға әдістемелік нұсқаулар бар.
Курсты тақырып бойынша, пән бағдарламасына сәйкес оқыған жөн. Оқулықпен жұмыс істегенде міндетті түрде оқулықта немесе кешенде көрсетілген мысалдарды талдау және өздігінен есептер шешу қажет. Осыдан кейін ғана өзін тексеруге арналған сұрақтарға жауап беру керек. Теорияны практикалық есептерді шешу кезінде дұрыс қолдана білсеңіз, онда оқу материалы меңгерілген деп санауға болады.
Студент барлық аудиториялық сабақтарға және ОКӨБЖ - қа қатысуы міндетті, оқытушымен қосымша сабақ өтуге мүмкіндігі бар.
<<Компьютерлік физика негіздері>> пәнін оқытуға қатыстылар:
- оқулықтар және ғылыми әдебиеттермен өз бетінше жұмыс жасау;
- лекция материалдарымен жұмыс жасау және лекцияға дайындалу;
- семинар сабақтарына дайындалу.
3.1 Әдебиетпен жұмыс жасауға нұсқау:
3.1.1 Әдебиеттен қажетті материалдың тарауын тауып, студент оны оқып және оқыған әрбір абзацына ат қояды. Егер студент абзацқа ат қоя білсе, онда оның сол абзацты түсінгенін көрсетеді.
3.1.2 Осы абзацтағы материалды конспекті жасап, студент келесі тексттің абзацна көшеді.
3.1.3 Егер студент тексттің әр абзацна ат беруге қиналса, онда материалдың мөлшерін үлкейтуге болады. Сонда студент материалды конспекті жасап, оған ат беруі мүмкін. Сөйтіп параграфтың барлық текстін өтуі керек.
3.1.4 Осылайша материалды оқып және конспекті жасап, текстке қатысты сұрақтарға жауап беруі қажет.
3.1.5 Егер текстке қатысты сұрақтар жоқ болса, онда өзінің оқыған материалдары бойынша сұрақтарды өзі құрастыруы керек.
3.1.6 Соңында студенттің параграф бойынша оқығған материалдарын мазмұндап бергені тиімді.
3.2 Дәріске дайындық
3.2.1 Қолдарыңыздағы жұмыс бағдарламасында пәннің мазмұны ашылып көрсетілген, негізгі әдебиетте көрсетілген, дәріс сұрақтары берілген, зертхана жұмыстарының аттары, практикалық сабақтар үшін және өзбетімен жұмыс тапсырмалары көрсетілген.
3.2.2 Сабақ кестесі Сізге семестр басталмай тұрып белгілі болады.
3.2.3 Дәріс кезінде белсенді түрде жұмыс істеуге дайындық жасау үшін көрсетілген әдебиет бойынша дәріс материалын өзбетіңмен оқуын қажет, тақырып бойынша қосымша әдебиеттерді қарастыру қажет, өз ойыңыз бойынша тақырып бойынша түсуге қиындық тудырған сұрақтар тізімін жасау керек.
3.2.4 Тақырып бойынша дәрісті тыңдау барысында өз конспектінді толықтыруға мүмкіндігіңіз бар, өз сұрақтарыңызға жауап алуыңызға болады. Өз конспектіңізді түсіндіре білуіңіз керек, себебі семестр соңындағы емтиханды және курстың соңында өткізілетін мемлекеттік емтиханды тапсыратын боласыз.
3.3 Практикалық сабаққа дайындық
3.3.1 Практикалық сабаққа дайындалу үшін сізге бақылау сұрақтары белгілі, осы сұрақтардың жауабын білу қажет.
3.3.2 Сабақ кезінде шығарылатын есептер нөмірлері белгілі болғандықтан, ол есептерді өз бетіңізбен шығаруға тырысыңыз, себебі сабақ кезінде осы жұмыс үшін балл алуға болады.
3.3.3 Егер есептерді шығара алмасаңыз, ұсынылған, физикалық есептердің шығару жолдары көрсетілген әдістемелік нұсқауларды пайдаланыңыз.
3.3.4 Практикалық сабақтар кезінде, СОӨЖ - да қосымшаларда шығарылған есептерде сізге өз бетімен жұмыс тапсырмаларын орындауға мүмкіндік береді.
3.3.5 Практикалық сабақ кезінде есепті шешуге ұсынылған әр қадам 1 баллға бағаланады.
3.3.6 Есепті шығарудағы өз бетімен жұмыс 5 баллға бааланады.
3.3.7 Практикалық сабақ кезінде тест бойынша жауап алу жүргізілуі мүмкін, әр сұрақ 1 баллға бағаланады.
3.3.8 Барлық алынған балдар аралық және межелік аттестация кезінде қосылады.
3.4 Зертханалық сабаққа дайындық
3.4.1 Студентке жұмыстардың тақырыбы мен әдебиеттер тізімі белгілі. Студент жұмыс дәптеріне конспект жасауы қажет, бақылау сұрақтарына жауаптар жазуы қажет.
3.4.2 Сабақ кезінде студент оқытушының қойған сұрақтарына жауап беріп, содан соң жұмысты орындауға рұқсат алуы қажет.
3.4.3 Өлшеулерді өте мұқият жүргізіп, студент жұмыс дәптерінде кестені толтырады және өлшеу нәтижелеріне математикалық өңдеу жасайды. Жұмыста қорытынды жасайды.
3.4.4 Жеке дәптерде жұмыс бойынша есеп жасайды.
3.4.5 Зертханалық жұмыстың орындалуы, есебі, қорғауы балмен бағаланады.
3.4.6 Барлық жұмыстар бойынша алынған балдар аралық және межелік аттестация кезінде қосылады.
4 КУРСТЫҢ ФОРМАТЫ
Студент мерзімінде оқытушыға СӨЖ тапсырмаларын тапсыруы қажет, зертханалық, практикалық сабақтарына дайын болуы керек.
Пәнді оқып меңгеруі үшін студенттің қолында оқулықтар, оқу құралдары, физикадан зертханалық жұмыстарға әдістемелік нұсқаулар, оқу бағдарламасы (syllabus), өз бетімен жұмысқа әдістемелік құралдар, дәріс конспектілері бар.
Студент барлық аудиториялық сабақтарға және СОӨЖ-қа қатысуы міндетті, оқытушымен қосымша сабақ өтуге мүмкіндігі бар.
Студент мерзімінде оқытушыға СӨЖ тапсырмаларын тапсыруы қажет, зертханалық, машықтану сабақтарына және семинарларға дайын болуы керек.
Студент сабақты босататын болса оның рейтингісі төмендетіледі, сондықтан ол босатылған сабақтар бойынша бақылау жұмысын орындауы керек. Студент оқу сабақтарының барлық түрлерінде белсенді жұмыс істеуі қажет, оның жұмысы баллмен бағаланады да, қосылып аралық және қорытынды рейтинг қойылады.
СОӨЖ - ге сабақ және өзбетімен жұмыс кезінде қиындық тудырған сұрақтар шығарылады. Егер ондай сұрақтар туындамайтын болса, дәріс бойынша білімін кеңейтіп тереңдетеді, қосымша ғылыми әдебиеттермен танысуына болады. Қарастырылып отырған сұрақтар бойынша студент баяндама жасауына болады.
5 КУРСТЫҢ САЯСАТЫ
Оқытушы талабы. Студенттің сабаққа қатысуы міндетті түрде. Егер студент үш сабаққа қатыспаса ол емтихан тапсыруға жіберілмейді және автоматты түрде сол пәннен кредит есептелінбейді. Сабаққа кешігу немесе сабақ аяқталмастан кетіп қалу сабаққа келмеген деп есептелінеді және оны қайта орнына келтіруге болмайды. Сонымен қатар студент практикалық және зертханалық сабақтар кезіндегі белсенділік танытуға, үй жұмысы мен СӨЖ-н және т.б. орындауға міндетті.
Сабаққа кешігуге және сабақтан кетуге. Сабақ кекзінде ұялы телефонды пайдалануға. Өтірік айтуға, біреудің атын жамылуға, тапсырмаларды уақытында орындамауға тиым салынады. Осы ережелерді орындамау оқытушы талабының бұзылғаны болып табылады.
СӨЖ тапсырмалары 1-2 және 8-9 апталарда беріледі. СӨЖ тапсырмаларын қабылдау 7 және 15апталарға дейін. Берілген уақыттан кеш тапсырған студенттің тапсырмалары қабылданбайды.
Студентке қойылатын талаптар:
Сабаққа қатысу: Дәріс, практикалық сабақтарына қатысу міндетті түрде. Қандай да бір себептермен сабақты босататын жағдайда да студент өзбетімен жұмыс тақырыптарын дәл уақытында өткізу қажет, ал босатылған сабақтар тақырыбы бойынша бақылау жұмысын жазу немесе тақырып бойынша жауап беруіңіз керек.
Мінез-құлық: Сабақ уақытында үнемі тәртіп бұзған студент аудиториядан шығарылып жіберіледі немесе бүкіл курс бойынша "қанағаттанғысыз" деген баға қойылады.
Бақылау тапсырмалары: Міндетті түрде оларды дәл уақытында орындап тапсыру керек. Уақытынан кешіктіріліп тапсырылған тапсырмалар автоматты түрде төмендетіліп бағаланады.
Межелік аттестация: Межелік аттестация сабаққа қатысу, өзбетімен жұмысты дәл уақытында өткізу, сабақ кезінде ауызша және жазбаша түрде тапсыру, межелік бақылау нәтижесінде қойылады.
Көшіру мен плагиат: Кез-келген көшіріп алу немесе плагиат (басқа студенттердің дайын тапсырмалары мен шығарылған есептерін қолдану) анықталатын болса студент аудиториядан шығарылып жіберіледі немесе бүкіл курс бойынша "қанағаттанғысыз" деген баға қойылады.
Ұялы телефондар: Сабақ кезінде өшіріліп қоюы керек.
Емтихан: Қорытынды ауызша емтиханға пән бойынша қойылатын ең жоғары баллдың 50% алған студенттер жіберіледі.
6 БАҒА ҚОЮ САЯСАТЫ
<<Компьютерлік физика негіздері>> пәні бойынша балдардың бөлінуі
2- кесте
Апталар

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

баллдар

Аудиториялық сабақтардың барлығына қатысу (1-7) және (8-15) апталарда

60
Дәрістер

Машықтану

10
10
10
10
10

10
10
10
10
100
Зертханалық

10
10
10
10
10

10
10
10
10
100
СОӨЖ

20
80
СӨЖ

20
20

120
Межелікбақылау

70
140
Барлығы

40
40
20
40
130

40
20
40
20
40
110
540
Студенттің пәнді меңгергенін оқытушы бағалайды. Студенттің жұмысын бағалаудың төрт мүмкін деңгейі қарастырылады: Репродуктивті көмектесу арқылы (тану, қайталау);
Репрадуктивті көмексіз (есте сақтау және типтік есептерді шығаруға қолдану); Эвристикалық (типтік емес, қиын есептерді шығару); Шығармашылық (оқу-зерттеу немесе ғылыми-зерттеу жұмыстары барысында проблемалық есептерді шығару. Осы білім деңгейіне сәйкес балдар қойылады.
7 ОҚУЛЫҚТАР
+ Негізгі оқулықтар
o Д.Поттер. Вычислительные методы в физике (пер.с англ.)- М.: Мир,1975г.
7.1.2 Х.Гулд, Я.Тобочник. Компьютерное моделирование в физике. В 2-х частях (пер.с англ.) - М.: Мир, 1990г.
o З.В.Бурсиан. Задачи по физике для компьютера. Учебное пособие для студентов физ.-мат.фак.пед.ии-тов.-М.,Просвещение,1991г.
7.2. Қосымша оқулықтар
o Д.В.Хеермаи. Методы компьютерного эксперимента в теоретической физике (гіср.с англ.)-М.Наука,1990г.
o К. Биндер, Д.В.Хеермаи. Моделирования методом Монте-Карло в статистической физике (пер.с англ.)-М.: Наука, 1995г.
o Д.Канахер,К.Моулер,С.Нэш. Численные методы и математическое обеспечение (пер.с англ.)-М.: Мир, 1998г.
o Айтов Ж.А., Макамбаев М.Б. Паскаль тілінде программалау. Алматы, 1998г.

Пәндер

Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.

Ақпарат

Қосымша

Email: info@stud.kz