《計算物理學(xué)實驗》教學(xué)大綱

第頁《計算物理學(xué)實驗》教學(xué)大綱課程編號：10180226英文名稱：ComputationalPhysicsExperiment學(xué)分：1學(xué)時：總學(xué)時32學(xué)時，其中實踐32學(xué)時先修課程：大學(xué)計算機(jī)、高等數(shù)學(xué)課程類別：專業(yè)必修課程授課對象：物理學(xué)專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：數(shù)理信息學(xué)院修讀學(xué)期：第7學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)計算物理學(xué)實驗是物理學(xué)本科專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，主要研究如何使用數(shù)值方法解決已經(jīng)存在定量理論的物理問題。物理學(xué)等領(lǐng)域較少有直接能用解析方式求解的問題，計算物理學(xué)正是采用數(shù)值計算的方法來進(jìn)行研究的一門學(xué)科。通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生掌握基本理論和算法，如蒙特卡洛方法，分子動力學(xué)，基本的數(shù)值分析，數(shù)值求解微分方程等；掌握基本的物理建模，選擇合適的數(shù)值算法，寫出程序和給出計算結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行一定的分析，寫出實驗報告，具備的初步的科研能力。通過本課程教學(xué)，使學(xué)生在知識、能力和素質(zhì)等方面達(dá)到如下教學(xué)目標(biāo)：課程目標(biāo)1：通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生具有嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、求真務(wù)實的精神和自律謙讓、堅韌不拔的品質(zhì)，具備計算物理學(xué)相關(guān)知識的科學(xué)素養(yǎng)和健康的心理素質(zhì)；有較強(qiáng)的綜合分析實際問題、應(yīng)用綜合知識解決實際問題的能力。課程目標(biāo)2：通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生系統(tǒng)地掌握線性方程求解、初值問題、數(shù)值微分與積分等基本知識、了解計算物理學(xué)相關(guān)的前沿知識，使學(xué)生具有較強(qiáng)的動手能力，能根據(jù)實際問題使用合理的算法進(jìn)行程序開發(fā)與設(shè)計。課程目標(biāo)3：通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生具備求實、創(chuàng)新的精神；掌握計算物理學(xué)的科學(xué)思維與研究方法。二、課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)權(quán)重指標(biāo)點2-2.了解物理學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)體系和技術(shù)進(jìn)步中的重要作用，具備科教興國的認(rèn)識和使命感。課程目標(biāo)11指標(biāo)點4-1.掌握系統(tǒng)的高等數(shù)學(xué)、概率與統(tǒng)計、線性代數(shù)、數(shù)理方法等方面的基本原理、基本知識。課程目標(biāo)10.3課程目標(biāo)20.7指標(biāo)點8-2.要求有較強(qiáng)的實驗方案選擇能力，能熟練使用儀器；能綜合分析實際問題，并初步具備應(yīng)用綜合知識解決實際問題的能力。課程目標(biāo)10.2課程目標(biāo)20.6課程目標(biāo)30.2指標(biāo)點9-1.有一定的自主設(shè)計實驗的能力，能驗證、探索已有結(jié)論。課程目標(biāo)20.6課程目標(biāo)30.4三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配序號實驗項目實驗內(nèi)容與要求學(xué)時類型對應(yīng)課程目標(biāo)1繪圖軟件與符號計算(1)Gnuplot繪圖與Maxima符號運算。要求：必修。2驗證課程目標(biāo)12方程的數(shù)值解法(1)應(yīng)用高斯消去法解方程；(2)應(yīng)用LU分解法、二分法、牛頓迭代法解方程。要求：必修。4設(shè)計課程目標(biāo)1、23插值與擬合（1）應(yīng)用三點二次插值與線性擬合法進(jìn)行插值與擬合。要求：必修。4設(shè)計課程目標(biāo)1、34數(shù)值微分與積分(1)數(shù)值微分；（2）用復(fù)化求積公式、龍貝格求積公式求積分。要求：必修。4設(shè)計課程目標(biāo)1、2、35常微分方程的數(shù)值方法（1）初值問題的數(shù)值方法；（2）邊值問題的數(shù)值解法。要求：必修。6綜合課程目標(biāo)1、2、36蒙特卡羅方法（1）隨機(jī)抽樣；（2）方程求根的蒙特卡羅方法。要求：必修。6設(shè)計課程目標(biāo)1、2、37分子動力學(xué)方法（1）相互作用勢和運動方程；（2）積分算法、宏觀量；（3）原子鏈中的熱輸運。要求：必修。6綜合課程目標(biāo)1、2、3合計32四、課程教學(xué)方法采用集中講授、分組動手操作等教學(xué)方式。學(xué)生課前預(yù)習(xí)，教師對實驗的原理、內(nèi)容及注意事項進(jìn)行簡要講解，學(xué)生分組進(jìn)行實驗操作。五、學(xué)業(yè)評價和課程考核考核依據(jù)建議分值考核/評價細(xì)則對應(yīng)課程目標(biāo)平時成績60%實驗預(yù)習(xí)20%每次實驗隨堂打分，最后按單次平均分計算課程目標(biāo)1、2、實驗操作40%每次實驗隨堂打分，最后按單次平均分計算課程目標(biāo)1，2，3操作考試40%根據(jù)操作考過程與結(jié)果打分課程目標(biāo)1，2，3六、教材與參考書（一）推薦教材劉金遠(yuǎn)（著）．計算物理學(xué)．北京：科學(xué)出版社．2012年6月