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课程简介 教师队伍  

■ 课程简介
课程名称: 数值计算方法 一级学科:  07 理学
二级学科: 0701 数学类 教学层次:  本科
负责教师: 黄云清 学校名称:  湘谭大学
院系名称:   申报状态:  已获奖
申报级别: 国家级 申报文件下载:  无下载文件
获奖名称: 获奖年度:  2006
主页地址: :http://jpkc.xtu.edu.cn/ec/C45/zcr-1.htm 是否交换: 
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课程介绍:

结合本校的办学定位、人才培养目标和生源情况,说明本课程在专业培养目标中的定位与课程目标
湘潭大学是一所教学研究型的综合性全国重点大学,是湖南省人民政府、教育部共同重点支持建设的高校,教育部本科教学工作水平评估优秀学校。学生生源好,属本科一批录取。
?? 数值计算方法是一门应用范围很广的课程,是信息与计算科学专业的一门主要专业基础课程,同时也是许多理工科本科、研究生专业的专业课。它是以各类数学问题的数值解法作为研究对象,并结合现代计算机科学与技术为解决科学与工程中遇到的各类数学问题提供算法,它是平行于理论分析和科学实验的重要科学研究手段。其目的是为后继课程提供必要的知识,同时通过对数值计算方法课程的学习,让学生掌握数值计算方法的基本概念,数值求解数学问题的基本方法,并通过上机实习为数值计算方法的进一步学习和解决科学与工程中的实际问题打好基础,使学生具备基本的算法分析、设计能力和较强的编程能力。
4-2-2知识模块顺序及对应的学时
第一章 引论?? (2学时)
计算机中数的浮点表示;误差的基本概念;算法的数值稳定性。
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第二章 多项式插值?? (10学时)
??? 代数多项式插值、差商、牛顿插值多项式、样条函数插值、B-样条及其性质。
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第三章 最佳逼近及其实现?? (12学时)
最佳一致逼近多项式、内积空间的最佳逼近、最佳平方逼近与正交多项式、数据拟合的最小二乘法、快速Fourier变换。
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第四章 数值积分方法与数值微分?? (10学时)
??? Newton—Cotes求积公式、复化求积公式、基于复化求积公式的高精度求积算法、Gauss型求积公式、数值微分。
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第五章 线性方程组的解法?? (12学时)
????矩阵的三角分解与Gauss消去法、向量与矩阵的范数、迭代方法、预条件共轭梯度法。
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第六章 矩阵特征值问题的数值解法?? (10学时)
????求矩阵特征值的乘幂方法、矩阵的约化、求对称矩阵特征值的二分法、QR方法。
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第七章 非线性方程数值解法?? (6学时)
??????? 求根的闭区间套方法、简单迭代法、牛顿迭代法、割线法、高次代数方程求根。
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第八章 常微分方程数值解法?? (10学时)
Euler方法、线性多步法、Runge-Kutta方法、边值问题数值解法。
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??? 第九章 蒙特卡罗方法 (4学时)
随机数和随机抽样、Metropolis算法、模拟退火算法。
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第十章 多重网格法(4学时)
??? 两点边值问题离散化、两层网格法、完全多重网格法、程序设计。??
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??? 以上是“数值计算方法”课程的主要内容。关于数值计算方法中偏微分方程数值解法等的内容,则可放在“信息与计算科学”的专业课程中另外专门讲授,也可以放在研究生阶段学习。
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目前高校理工类专业,以及理工科非计算数学专业研究生普遍开设了数值计算方法课程,讲课内容还可适当减少一些,但至少应包括:多项式插值理论;数值积分公式;线性代数方程组的解法;解非线性方程的数值方法以及常微分方程数值解法。
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与“数值计算方法”课程相配套的,还应有一定数量的数值实验,目的是让学生掌握一些重要的数值方法,和提高学生利用电子计算机解决实际问题的能力。除了按照教材的内容进行学习外,每一章节均要作一定的练习。
4-2-3课程的重点、难点及解决办法
本课程的重点:
1、数值逼近方法:多项式插值理论、样条函数插值、最佳平方逼近与最小二乘法以及数值积分法与数值微分法。
?? 2、数值代数问题:线性代数方程组数值解法(直接方法、迭代解法)、矩阵特征值与特征向量的计算以及非线性方程(代数方程与超越方程)的数值解法。
3、常微分方程初、边值问题的数值解法。
4-2-4实践教学的设计思想与效果(不含实践教学内容的课程不填)
实验课是数值计算方法课程中的重要的实践环节,目的是使学生得到选择算法、编写程序、分析数值结果、写数值试验报告、课堂讨论等环节的综合训练,巩固课堂教学的内容,培养使用电子计算机进行科学计算和解决实际问题的能力。
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数值计算方法课程设计了四个数值实验项目:
数值实验项目(一)
项目名称:数值积分。
目??? 的:通过数值实验,掌握基本的数值积分方法。
数值实验项目(二)
项目名称:求解线性代数方程组的直接方法。
???? 目??? 的:了解并熟悉用Gauss消元法及基于三角分解的直接方法(Dolittle分解、Crout 分解)解线性代数方程组。?
数值实验项目(三)
项目名称:求解线性代数方程组的迭代方法。
目??? 的:通过数值实验,了解并掌握基本的迭代方法。
数值实验项目(四)
项目名称:求三对角矩阵的特征值。
目??? 的: 通过数值实验,了解并掌握用二分法计算对称三对角矩阵的特征值。
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通过选择算法、编写程序, 并通过上机实习, 提供实验结果并写出报告,分析计算结果, 为学生数值计算方法的进一步学习和解决科学与工程中的实际问题打好基础,使学生具备基本的算法分析、设计能力和较强的编程能力。
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以科研促进教学,本课程的许多教师承担了许多科学工程计算方面的实际应用课题,需作大量的计算,我们吸引许多研究生和高年级本科生参加,使他们的实际计算能力有很大提高,他们毕业后所在继续深造或工作的单位(如北京应用物理与计算数学研究所)的专家和领导均给予高度评价。
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?此外,数值计算方法课程在全国大学生数学建模竞赛中发挥了较好的作用。我院学生在近几年的竞赛中取得了很好的成绩,例如在2005年全国大学生数学建模竞赛湖南赛区比赛中,有33所高校355个队参加,我校10支参赛队伍共获得一等奖1项、二等奖3项、三等奖3项,? 获奖面70%,其中所获一等奖项后又获全国一等奖。
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4-3教学条件(含教材使用与建设;促进学生主动学习的扩充性资料使用情况;配套实验教材的教学效果;实践性教学环境;网络教学环境)
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l???????? 教材准备
??? 针对原“计算数学及其应用软件”专业(现更名为“信息与计算科学”专业)数值计算方法教材的缺陷,1997年湘潭大学数学系计算数学教研室,申请了一个湖南省教委的教学研究项目,目的是编写一部数值计算方法教材。主讲教师在教学的同时,搜集资料开展教研活动,后来该教材的编写列入了“湖南省面向21世纪课程教材”编写计划。新教材于2001年在99级信息与计算科学专业学生中试用,并于2002年由湖南科技出版社正式出版。该教材的出版,保证了我校“信息与计算科学”专业学生有一本合适的数值计算方法教材,也供全校理工科非计算数学专业研究生以及本科“应用数学”、“计算机科学与技术”等专业学生学习“数值计算方法”或“数值分析”课程选用。最近该教材通过专家评审,成为了国家“十一五”规划教材,为此我们正对它做全面系统的修订以适应新形势的发展,将由科学出版社出版。
l???????? 促进学生自主学习的扩充性资料使用情况
??? 收集或购买了与数值计算方法课程教学和学习相关的书籍资料1000多册(包括较齐全的国内外出版的数值计算方法课程教材和教辅资料,近年的本科、硕士、博士研究生的毕业论文),均将它们放在院资料室或院局域网上,以满足学生学习和科研的需要,受到了同学们的普遍欢迎。
l???????? 多媒体教学
??? 上课多在多媒体教室进行,或使用两种教案:一是电子课件,在多媒体教室授课;二是手写教案,将讲课内容书写在备课纸上,在多媒体教室投影或黑板书写授课。后一方式比较灵活。
l???????? 主讲教师由有教学经验的教授担任
??? 黄云清、舒适、陈艳萍、金继承、肖爱国、文立平等教授、博士担任过信息与计算科学专业数值计算方法课程,以及非信息与计算科学专业本科生和理、工科硕士研究生“数值计算方法”或“数值分析”课程的主讲教师。习题作业批改由青年教师或研究生担任,全批全改。
l???????? 计算机实验室
??? 湘潭大学数学与计算科学学院拥有较先进的计算机实验室(包括数模实验室),运行良好,大量微机及配套软件(如MATLAB等)可以供学生上机使用,可完成各项数值实验项目,还有湖南省科学工程计算与数值仿真重点实验室为依托。
l???????? 用互联网进行辅导教学
??? 将习题和部分章节电子教案、课件及辅导材料挂到校园网供学生课后学习时查阅, 同时可通过互联网查阅网上的各种教学资源,使用率高。
l???????? 本课程可以依托
??? 一个“计算数学”博士点和一个“计算数学”硕士点;一个省“科学工程计算与数值仿真”重点实验室;一个“计算数学”湖南省重点学科,等等。
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4-4教学方法与教学手段(含多种教学方法灵活使用的形式与目的;教育技术应用与教学改革)
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我们积极探索符合本课题教学规律和特点的教学方法与教学手段,综合利用课堂讲授、讨论、典型算法分析与数值实验、专题讲座等方法,特别强调“精讲多练,案例式、启发式、参与式、渗透式”教学,激发学生的学习兴趣和创造性,培养良好的动手能力;制作了课程的电子教案和课件,充分利用多媒体等现代教育技术进行生动的教学。
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1 以主讲教师为主导,按课程的教学大纲和教学日历安排授课,以课堂教学为主,精讲多练,并结合“案例式、启发式、参与式、渗透式”教学和课堂讨论,习题全批全改。
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2 使用多媒体教学。通过1999级至2003级五轮的教学,使我们多媒体教学手段得以充分应用。应用多媒体教学彻底改变了传统的教学模式,使教与学两方面都有重要的改善。同时适当结合黑板板书。
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3 学生考试按考试大纲进行,平时成绩(包括作业以及数值实验成绩)占总成绩的20%,期末笔试成绩占总成绩的80%。
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4 充分利用院系教学机房和实验室的计算机网络环境及校图书馆、院资料室的资源,扩充学生视野。组织优秀本科生参与院、室、所的科研活动,聆听校内外专家的科研讲座,开阔大学生的知识面, 培养和提高学生的创新能力。
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5、 加强教学质量的监控力度。学校教务处经常组织专家来院听课,检查考试试卷,听取学生对课堂教学的意见,并反馈这些意见给任课教师,确保了教学质量的提高。

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