МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Вятский государственный университет"
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по УМР ФГБОУ ВПО "ВятГУ" _ // "_" _ 20 г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
"Математические модели в нанотехнологиях" Квалификация Бакалавр выпускника Направление шифр подготовки Прикладная математика и информатика наименование шифр Математическое моделирование и вычислительная математика Профиль наименование Дневная первое высшее основная программа форма обучения Кафедра-разработчик Кафедра Прикладной математики и информатики УМКД Выпускающая Кафедра Прикладной математики и информатики кафедра Киров, 2012 г.ЛИСТ СОГЛАСОВАНИЯ УМК по дисциплине "Математические модели в нанотехнологиях" Квалификация Бакалавр выпускника Направление шифр подготовки Прикладная математика и информатика наименование шифр Профиль Математическое моделирование и вычислительная математика наименование УМКД разработан на основе заказа от выпускающей кафедры Кафедра Прикладной математики и информатики ПМиИ от "_" _ 20 _ г.
Иномистов Валентин Юрьевич Разработчики дата подпись степень, звание, ФИО УМКД дата подпись степень, звание, ФИО Сроки разработки УМКД выдержаны Зав. кафедрой ведущей дисциплину УМКД соответствует требованиям ФГОС ВПО Председатель методсовета факультета УМКД соответствует запросам и требованиям работодателей Зав. кафедрой выпускающей УМКД соответствует общей концепции ООП Декан выпускающего факультета УМКД внесен в реестр Специалист по ОИС
АННОТАЦИЯ
Квалификация выпускника подготовки Профиль Трудоемкость Трудоемкость Дисциплина входит в учебный цикл: Б3 - Профессиональный цикл Дисциплина входит в модуль ООП:Обеспечивающие (предшествующие) дисциплины Модели и методы поисковой оптимизации, Уравнения математической физики, Численные методы, Пакеты прикладных программ, Математические модели в естествознании, Суперкомпьютерное моделирование Обеспечиваемые (последующие) дисциплины Цель дисциплины Знакомство с современными методами математического моделирования, применяемыми при изучении процессов и объектов наномира. Знакомство с понятием ограниченности области применения модели.
Задачи дисциплины • изучение классических подходов, применяемых при исследовании процессов и явлений наномира • знакомство с перспективными направлениями исследования нанообъектов • привлечение студентов к участию в научно-исследовательской работе по приоритетному направлению развития науки Комментарий Компетенция ПК- способностью применять в профессиональной деятельности современные языки программирования и языки баз данных, операционные системы, электронные библиотеки и пакеты программ, сетевые технологии основные модели и методы применять современные математические навыками применения современных современные исследования в области нанообъектов моделированию нанообъектов;
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениеУТВЕРЖДАЮ
Квалификация выпускника подготовки Профиль Трудоемкость Трудоемкость Разработчики УМКД Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры протокол № _ от "" 20 _ г.Зав. кафедрой ведущей дисциплину Рабочая программа согласована с выпускающей кафедрой протокол № _ от "" 20 _ г.
Зав. кафедрой выпускающей Моделирование поведения любых объектов является сложной математической задачей. При этом подходы, хорошо зарекомендовавшие себя при изучении некоторой группы процессов и явлений, могут оказаться абсолютно непригодными при рассмотрении процессов и явлений, относящихся к другой группе.
Подобная ситуация сложилась и при изучении объектов нано-мира. Классические подходы к моделированию макро-объектов оказались в нано-мире абсолютно бесполезны. Можно было бы рассмотреть методы моделирования процессов и явлений микромира, но и в этом случае преемственность методов еще требует своего подтверждения. Кроме того, сами методы исследования микромира еще далеки от совершенства. Курс «Математические модели в нанотехнологиях» призван не столько дать обучающимся какой-то набор знаний, умений и навыков в области моделирования нанообъектов, сколько раскрыть перед ними сложность самого процесса моделирования, продемонстрировать, с одной стороны, преемственность подходов к изучению объектов разной природы, с другой стороны, ограниченность области применимости существующих методов математического моделирования. Тем не менее, в рамках курса будут рассмотрены некоторые подходы к изучению нанообъектов, которые активно используются в современных научно-исследовательских работах.
Для успешного освоения курса студент должен обладать знаниями в области следующих дисциплин профессионального блока: дискретная математика, дифференциальные уравнения, теория вероятностей и математическая статистика, уравнения математической физики, параллельные вычисления.
Концепция курса предусматривает широкое применение активных методов обучения. Заметная доля лекционных занятий представляет собой проблемные лекции, посвящённые анализу современного уровня исследований в области нанотехнологий. Весь лекционный курс обеспечен презентациями, позволяющими лучше усвоить материал.
Цель дисциплины Знакомство с современными методами математического моделирования, применяемыми при изучении процессов и объектов наномира. Знакомство с понятием ограниченности области применения модели.
Задачи дисциплины • изучение классических подходов, применяемых при исследовании процессов и явлений наномира • знакомство с перспективными направлениями исследования нанообъектов • привлечение студентов к участию в научно-исследовательской работе по приоритетному направлению развития науки Дисциплина входит в учебный цикл: Б3 - Профессиональный цикл Дисциплина входит в модуль ООП:
Обеспечивающие (предшествующие) дисциплины Модели и методы поисковой оптимизации, Уравнения математической физики, Численные методы, Пакеты прикладных программ, Математические модели в естествознании, Суперкомпьютерное моделирование Обеспечиваемые (последующие) дисциплины Требования к компетенциям учащегося, необходимым для освоения дисциплины (предшествующие дисциплины) Компетенция ОК- Суперкомпьютерное моделирование способностью работы с информацией из различных источников, включая сетевые ресурсы сети Интернет, для решения профессиональных и социальных задач современные высокопроизводительные разрабатывать простейшие параллельные навыками поиска и разработки простейших вычислительные технологии и основные вычислительные программы для параллельных вычислительных программ подходы к созданию простейших кластерных и многоядерных систем для кластерных и многоядерных систем параллельных вычислительных программ для кластерных и многоядерных систем Компетенция ПК- Уравнения математической физики способностью понимать и применять в исследовательской и прикладной деятельности современный математический аппарат основные виды уравнений математической применять на практике методы навыками решения прикладных задач физики, основные понятия и теоремы математической физики, решать основные математической физики, навыками теории обобщенных функций, основные классы задач математической физики, построения и анализа моделей классы задач математической физики и выбирать подходящие методы решения и математической физики методы их решения. интерпретировать полученные результаты Численные методы способностью понимать и применять в исследовательской и прикладной деятельности современный математический аппарат основы теории численных методов; реализовывать численные методы численными методами решения численные методы решения задач решения задач линейной алгебры, математических задач линейной алгебры, дифференциального и дифференциального и интегрального интегрального исчисления, обыкновенных исчисления, обыкновенных дифференциальных уравнений, уравнений дифференциальных уравнений, уравнений математической физики, интегральных математической физики, интегральных интерполяцию и аппроксимацию функций Компетенция ПК- Математические модели в естествознании способностью в составе научно-исследовательского и производственного коллектива решать задачи профессиональной деятельности основные аспекты математического применять полученную теоретическую базу основными методами научных моделирования, классификации для решения конкретных практических исследований, методологией и навыками математических моделей, способы задач, использовать современные методы решения научно-практических задач построения математических моделей в для исследования и решения научных и естественных науках, используемые практических задач математического математические аппараты и релевантные моделирования в естественных науках численные методы, методы и алгоритмы построения типовых моделей Компетенция ПК- Модели и методы поисковой оптимизации способностью осуществлять целенаправленный поиск информации о новейших научных и технологических достижениях в сети Интернет и из других источников способы поиска современных методов искать, анализировать и обрабатывать методами поиска и обработки информации поисковой оптимизации при изучении и информацию о численных методах на английском языке в научной литературе исследовании различных математических оптимизации, включая зарубежные моделей экономики, химии, физики, ресурсы биологии Компетенция ПК- Требования к компетенциям учащегося, необходимым для освоения дисциплины (предшествующие дисциплины) Пакеты прикладных программ способностью собирать, обрабатывать и интерпретировать данные современных научных исследований, необходимые для формирования выводов по соответствующим научным, профессиональным, социальным и этическим проблемам возможности основных пакетов использовать пакеты прикладных навыками практического применения прикладных программ, используемых в программ, включая on-line, в научных пакетов прикладных программ математических исследованиях, их исследованиях технические характеристики, примеры использования;
возможности ведения on-line расчетов в прикладных пакетах Результаты обучения (характеристика формируемых компетенций) Компетенция ПК- способностью применять в профессиональной деятельности современные языки программирования и языки баз данных, операционные системы, электронные библиотеки и пакеты программ, сетевые технологии основные модели и методы применять современные математические навыками применения современных современные исследования в области нанообъектов моделированию нанообъектов;
Содержание дисциплины (модульный план) Положение дисциплины в учебных планах и распределение часов по видам нагрузки Детализированное описание содержания модулей дисциплины занятия Лекции Стандартные подходы к построению математических моделей физических Применение стандартных методов моделирования к исследованию Вычислительная сложность, устойчивость и адекватность стандартных Лабораторные работы Моделирование поведения наноробота Моделирование поведения популяции нанороботов Внеаудиторная самостоятельная работа студента Физические аспекты моделирования поведения нескольких взаимодействующих объектов занятия Лекции Специализированное программное обеспечение для расчетов поведения Визуализация нанообъектов Лабораторные работы Использование программного обеспечения для моделирования поведения Визуализация поведения нанообъектов Внеаудиторная самостоятельная работа студента Стандартные пакеты ведения инженерных расчетов Специализированное программное обеспечение для визуализации Использование технологий параллельного программирования занятия Лекции Обзор основных типов конечных автоматов Применимость конечных автоматов к моделированию поведения объектов Перспективы и трудности использования конечных автоматов при исследовании поведения нанороботов Совместное использование непрерывных и дискретных моделей Детализированное описание содержания модулей дисциплины Лабораторные работы Тьюрмиты и их использование для изучения поведения нанороботов Использование других типов конечных автоматов для исследования Внеаудиторная самостоятельная работа студента Теоретические основы теории конечных автоматов Код Модуль 4 "Перспективные подходы к исследованию Лекции Геомная и протеомная обработка сигнала и ее применение для изучения Современные тенденции развития средств моделирования нанообъектов Внеаудиторная самостоятельная работа студента Понятие о геомной и протеомной обработке сигналов Системы искусственного интеллекта и их применение в изучении Искусственные иммунные системы Смешанные модели исследования популяции нанороботов Коды занятий: Л1.2 – Лекция, посвященная второй теме и входящая в первый модуль; П3.2 – Практическое занятие номер 2, входящее в третий модуль; Р1.1 – Лабораторная работа номер один, входящая в первый модуль.
Описание применяемых технологий обучения модуля занятия Моделирование поведения популяции Имитационная лабораторная работа. различные подходы к построению Вычислительная сложность, устойчивость и Проблемная лекция. Адекватность и устойчивость математических Современные тенденции развития средств Проблемная лекция. основные направления исследований в области Общий процент занятий, проводимых в активной и интерактивной форме от суммарной аудиторной нагрузки по дисциплине 27,27% Учебная литература (основная) 1. Поршнев, Сергей Владимирович. Компьютерное моделирование физических процессов в пакете MATLAB : учеб. пособие / С. В. Поршнев. - 2-е изд., испр.. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2011. - с. + 1 эл. опт. диск (CD-ROM) 2. Поршнев, Сергей Владимирович. Компьютерное моделирование физических процессов в пакете MATLAB : учеб. пособие / С. В. Поршнев. - 2-е изд., испр.. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2011. - с. + 1 эл. опт. диск (CD-ROM) 3. Крянев, Александр Витальевич. Математические методы обработки неопределенных данных : учеб.
пособие / А. В. Крянев, Г. В. Лукин. - 2-е изд., испр.. - М. : Физматлит, 2006. - 213 с.. - Библиогр.: с.
205-210 (110 назв.). - Предм. указ.: с. 211- 4. Брызгалина, Елена Владимировна. Концепции современного естествознания : учебник / Е. В.
Брызгалина. - Москва : Проспект, 2013. - 493 с.
5. Ибрагимов, Ильдар Маратович. Основы компьютерного моделирования наносистем : учеб. пособие / И. М. Ибрагимов, А. Н. Ковшов, Ю. Ф. Назаров. - СПб. ; М. ; Краснодар : Лань, 2010. - 376 с.. Библиогр.: с. 373- Учебная литература (для углубленного изучения) 1. Математические методы и модели в нанобиотехнологии / Ю. Ю. Быстрова [и др.]. - Киров : [б. и.], 2009. - 179 с.. - Библиогр.: с. 130-177 (425 назв.) 2. Галкин, Валерий Алексеевич. Анализ математических моделей: системы законов сохранения, уравнения Больцмана и Смолуховского / В. А. Галкин. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. - с.. - (Математическое моделирование). - Библиогр.: с.391- 3. Рутковская, Данута. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы / Д. Рутковская, М. Пилиньский, Л. Рутковский ; пер. с пол. И. Д. Рудинского. - М. : Горячая линия-Телеком, 2008. - с. : ил., табл. ; 22 см. - Библиогр.: с. 379-380 Указ..
4. Справочник Шпрингера по нанотехнологиям [Текст] : в 3 т. / НПК "Технологический центр" МГИЭТ;
ред. Б. Бхушан ; пер. А. Н. Сауров. - М. : Техносфера. Т. 1. - 2010. - 862 с.. - (Мир материалов и технологий). - Библиогр. в конце глав 5. Справочник Шпрингера по нанотехнологиям [Текст] : в 3 т. / НПК "Технологический центр" МГИЭТ;
ред. Б. Бхушан ; пер. А. Н. Сауров. - М. : Техносфера. Т. 2. - 2010. - 1039 с.. - (Мир материалов и технологий). - Библиогр. в конце глав 6. Справочник Шпрингера по нанотехнологиям [Текст] : в 3 т. / НПК "Технологический центр" МГИЭТ;
ред. Б. Бхушан ; пер. А. Н. Сауров. - М. : Техносфера. Т. 3. - 2010. - 831 с.. - (Мир материалов и технологий). - Библиогр. в конце глав 7. Научно-аналитический обзор современных методов математического моделирования нанобиосистем и нанобиотехнологических процессов [Электронный ресурс] : науч.-технич. отчет по проекту №2.2.1.1/3302 "Научно-образовательный центр суперкомпьютерных технологий ма 8. Методы и программные решения для математического моделирования сложных нанобиосистем и нанобиотехнологических процессов [Электронный ресурс] : науч.-технич. отчет по проекту №2.2.1.1/3302 "Научно-образовательный центр суперкомпьютерных технологий матем. м Учебно-методические издания 1. Чупраков, Павел Григорьевич. Математические модели в естествознании : учеб. пособие / П. Г.
Чупраков, М. В. Хохлова ; ВятГУ, ФПМТ, каф. ПМиИ. - Киров : [б. и.], 2011. - 90 с.. - Библиогр.: с.
«