МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Данчук В.Д., Кравчук А.П., Алєксєєнко К.М.
MathCAD
Київ – 2010
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Данчук В.Д. Кравчук А.П. Алєксєєнко К.М.
MathCAD
Лабораторний практикум з дисципліни “Інформатика”
для студентів денної форми навчання
напрямів “Автомобільний транспорт”, “Машинобудування”, “Зварювання” та “Професійна освіта”
Затверджено на засіданні навчально-методичної Ради Національного транспортного університету протокол № 10 від 15 червня 2010 р.
Київ НТУ 2010
MathCAD. Лабораторний практикум з дисципліни “Інформатика” для студентів денної форми навчання, напрямів “Автомобільний транспорт”, “Машинобудування”, “Зварювання” та “Професійна освіта”. – К.: НТУ, 2010. – 162 с.
Укладачі: В.Д. Данчук, доктор фіз.-мат. наук, професор, А.П. Кравчук, ст. викладач,
К.М. Алєксєєнко, ст. викладач.
Зміст
Розділ 1. Організація навчального процесу за кредитно-модульною |
|
системою. Семестр 2. MathCAD |
5 |
Вступ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
5 |
1.1. Кредитно-модульна організація навчального процесу . . . . . . |
5 |
1.2. Викладання дисципліни "Інформатика" |
|
за кредитно-модульною системою . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
7 |
Розділ 2. Лабораторні роботи з дисципліни "Інформатика". |
|
Семестр 2. MathCAD |
13 |
2.1. Модуль 1. MathCAD: основи застосування . . . . . . . . . . . . . |
13 |
2.1.1. Змістовий модуль 1. Mathcad: основи інтерфейсу . . . . . . . . |
13 |
Лабораторнаробота№0(ознайомча) |
|
Робота з документами Mathcad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
13 |
Лабораторнаробота№1. |
|
Виконання завдання "Лінійний алгоритм" . . . . . . . . . . . . . |
29 |
2.1.2. Змістовий модуль 2. Mathcad: основні типи алгоритмів . . . . |
34 |
Лабораторна робота №2. |
|
Програмування в Mathcad. Функція if та оператор if. |
|
Виконання завдання "Розгалужений алгоритм" . . . . . . . . . . |
34 |
Лабораторна робота №3. |
|
Дискретна змінна. Графіки. |
|
Виконання завдання "Арифметичний цикл" . . . . . . . . . . . . |
47 |
Лабораторна робота №4. |
|
Програмування в Mathcad. Оператор while. |
|
Виконання завдання "Ітераційний цикл" . . . . . . . . . . . . . . |
62 |
2.1.3. Запитання для самоконтролю . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
71 |
2.1.4. Самостійна робота студентів (СРС-1, 2, 3) . . . . . . . . . . . . |
73 |
Теоретичні завдання для виконання самостійної роботи . . . . . |
73 |
Практичні завдання для виконання самостійної роботи . . . . . . |
74 |
2.2. Модуль 2. Mathcad: модульне програмування |
|
та розв’язання систем рівнянь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
75 |
2.2.1. Змістовий модуль 3. Mathcad: модульне програмування . . . . |
75 |
Лабораторна робота №5. |
|
Обробка масивів. |
|
Виконання завдання "Обробка векторів і матриць за допомогою |
|
операторів та вбудованих функцій MathCAD" . . . . . . . . . . . |
75 |
Лабораторна робота №6. |
|
Обробка одновимірних масивів. |
98 |
Виконання завдання "Обробка векторів" . . . . . . . . . . . . . . |
|
3 |
|
Лабораторна робота №7. |
|
Обробка двовимірних масивів. |
110 |
Виконання завдання "Обробка матриць" . . . . . . . . . . . . . . |
|
Лабораторна робота №8. |
|
Модульне програмування в одному документі. |
|
Виконання завдання "Однорядкова функція користувача". . . . . |
125 |
Лабораторна робота №9. |
|
Модульне програмування в декількох документах. |
|
Виконання завдання " Багаторядкова функція користувача" . . . . |
130 |
2.2.2. Змістовий модуль 4. |
|
Mathcad: розв'язання систем рівнянь . . . . . . . . . . . . . . . |
137 |
Лабораторна робота №10. |
|
Нелінійні рівняння та системи (СНР). |
|
Виконання завдання "Розв'язання нелінійних рівнянь та систем" . |
137 |
Лабораторна робота №11. |
|
Системи лінійних алгебраїчних рівнянь (СЛАР). |
|
Виконання завдання "Розв’язання систем лінійних алгебраїчних |
|
рівнянь" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
145 |
2.2.3. Запитання для самоконтролю . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
155 |
2.2.4. Самостійна робота студентів (СРС-4, 5, 6, 7, 8, 9) . . . . . . . . |
158 |
Теоретичні завдання для виконання самостійної роботи . . . . . . |
158 |
Практичні завдання для виконання самостійної роботи . . . . . . |
159 |
2.3. Перелік теоретичних питань та практичних завдань |
|
до підсумкового модульного контролю (екзамену) . . . . . . . . |
160 |
Література . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
162 |
4
Розділ 1. Організація навчального процесу за кредитно - модульною системою.
Семестр 2. MathCAD
Вступ
Болонський процес - це процес гармонізації систем освіти країн Європи з метою створення єдиного європейського простору вищої освіти. Його початок можна віднести ще до середини 1970-х років, коли Радою міністрів ЄС була прийнята Резолюція про першу програму співробітництва в сфері освіти. Офіційною датою початку процесу прийнято вважати 19 червня 1999 року, коли в м. Болонья на спеціальній конференції міністри освіти 29 європейських держав прийняли декларацію «Зона європейської вищої освіти», або Болонську декларацію. В 2005 році в Бергені Україна офіційно приєдналася до Болонської декларації.
Основними напрямами Болонського процесу є:
побудова європейської зони вищої освіти як ключового напрямку розвитку мобільності громадян із можливістю працевлаштування;
формування й зміцнення інтелектуального, культурного, соціального й науково-технічного потенціалу Європи; підвищення престижності у світі європейської вищої школи;
забезпечення конкурентоспроможності європейських університетів на світовому ринку освітянських послуг у боротьбі за студентів, досягнення більшої сумісності й порівнянності національних систем вищої освіти; підвищення якості освіти;
підвищення провідної ролі університетів як носіїв європейської свідомості в розвитку європейських культурних цінностей.
1.1. Кредитно-модульна організація навчального процесу
Кредитно-модульна система організації навчального процесу – це модель організації навчального процесу, яка ґрунтується на поєднанні модульних технологій навчання та залікових освітніх одиниць (залікових кредитів).
Модуль – це задокументована завершена частина освітньо-професійної програми (навчальної дисципліни, практики, державної атестації), що реалізується відповідними формами навчального процесу. Модуль включає в себе один модуль або блок змістових модулів.
Змістовий модуль – це логічно завершена, системно впорядкована й структурована за окремими навчальними елементами частина теоретичних знань та практичних умінь навчальної дисципліни або практики студентів, що
5
реалізується відповідними формами навчального процесу протягом певного оптимального часу, визначеного на їхнє засвоєння.
Заліковий кредит – це одиниця виміру навчального навантаження необхідного для засвоєння змістових модулів (модулів).
1 кредит = 36 ак. год. повного навчального навантаження (аудиторні та СРС) – за шкалою ECTS.
1 кредит = 54 ак. год. повного навчального навантаження (аудиторні та СРС) – за національною шкалою.
Модульний контроль – це один із видів контролю стану засвоєння системи знань та вмінь із модуля навчальної дисципліни, що включає один модуль або блок змістових модулів. Форми модульного контролю визначаються у відповідності до елементів модуля даної дисципліни (тестування, письмова контрольна робота).
Підсумковий контроль – це контроль стану засвоєння знань та вмінь студента з навчальної дисципліни в цілому в семестрі. Форми підсумкового контролю – залік, екзамен.
Поточне оцінювання знань – це контроль стану засвоєння поточних знань у рамках змістового модуля. Форми поточного оцінювання знань визначаються у відповідності до елементів змістового модуля даної дисципліни.
Рейтинговий показник студента з дисципліни – це числова величина,
яка дорівнює сумі набраних студентом балів у відповідності до запровадженої єдиної шкали оцінок за однією з наведених нижче процедур:
-з усіх контрольних зрізів із дисципліни в семестрі (відвідування занять, поточне оцінювання знань при вивченні змістових модулів, модульний контроль, наукова робота), якщо студент не приймає участі в підсумковому контролі;
-нормованої кількості балів за роботу в семестрі, кількості балів, отриманих під час підсумкового контролю, наукову роботу, якщо студент приймає участь у підсумковому контролі.
Рейтинговий показник студента з модуля дисципліни – це числова величина, яка дорівнює сумі набраних балів із відвідування занять та поточного оцінювання знань при вивченні змістових модулів, модульного контролю.
Рейтинг студента – це порядкова позиція студента в групі за результатами навчання з навчальної дисципліни або з усіх навчальних дисциплін (визначається за середнім арифметичним рейтингових показників з усіх навчальних дисциплін).
Кредитно-модульна система передбачає запровадження рейтингової системи оцінювання знань студентів і шкалу оцінок за єдиними критеріями відповідно до табл. 1.1.
6
|
|
|
Табл. 1.1 |
|
За |
За національною |
За шкалою |
|
|
шкалою |
університету |
Примітка |
||
шкалою |
||||
ECTS |
(в балах) |
|
||
|
|
|||
A |
Відмінно |
90-100 (+n)* |
n –кількість балів, |
|
BC |
Добре |
75-89 |
отриманих студентом |
|
|
|
|
з відповідної |
|
DE |
Задовільно |
60-74 |
||
|
|
|
дисципліни за |
|
FX |
Незадовільно з |
1-59 |
||
наукову роботу (до |
||||
|
можливістю |
|
||
|
|
15 балів). |
||
|
повторного складання |
|
||
|
|
|
||
|
|
|
|
* – Якщо студент, при врахуванні його наукової роботи, набирає більше 100 балів, то він отримує А (за шкалою ECTS), “відмінно” (за національною шкалою).
При участі студента у підсумковому контролі максимальна кількість балів, яку студент може отримати під час підсумкового контролю, складає 60 б., максимальна нормована кількість балів за роботу у семестрі, яка враховується у рейтингу студента під час проведення підсумкового контролю, - 40 б. Технологія нормування кількості балів із дисципліни, отриманих студентом за роботу в семестрі, наведена в табл. 1.2.
|
|
|
|
|
|
|
Табл. 1.2. |
|
Нормована кількість балів за |
|
Кількість балів, |
||||
Рейтинг студента в |
роботу в семестрі, яка |
|
|
|
отриманих за |
||
семестрі (Qс , бали) |
враховується на підсумковому |
|
підсумковий |
||||
|
контролі (Qн |
, бали) |
|
|
контроль (бали) |
||
|
|
с |
|
|
|
|
|
90-100 |
- |
|
|
|
|
|
|
75-89 |
40 |
|
|
|
|
|
|
60-74 |
30 |
|
|
|
|
Qпк |
|
35-59 |
20 |
|
|
|
|
||
17-34 |
10 |
|
|
|
|
|
|
<17 |
0 |
|
|
|
|
|
|
Рейтинг студента, що не приймає участь у |
|
|
|
Qp |
Qc |
||
підсумковому контролі (Qp , бали) |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рейтинг студента, що приймає участь у |
|
Q |
|
Qн Q |
|||
підсумковому контролі (Qp , бали) |
|
p |
|||||
|
|
|
c |
пк |
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
1.2. Викладання дисципліни «Інформатика»
за кредитно-модульною системою
Дисципліна «Інформатика» у Національному транспортному університеті вивчається протягом одного навчального року (два семестри).
У зв'язку з переходом до кредитно-модульної системи процесу навчання
7
передбачається поділ навчального матеріалу дисципліни на 2 модулі в семестрі, кожен з яких у свою чергу складається з 2-х змістових модулів. Кожний змістовий модуль закінчується контролем отриманих студентами знань у вигляді письмового тесту. Кожний модуль закінчується проведенням модульного контролю. Підсумковим контролем у 1 семестрі є залік, а в 2 семестрі – екзамен. Також протягом семестру проводиться неперервний поточний контроль у рамках кожного змістового модулю за чотирма основними критеріями: відвідування лекцій, відвідування лабораторних занять, активність на лабораторному занятті, виконання індивідуальних робіт та завдань для самостійної роботи (СРС).
У цьому навчальному посібнику розглядається матеріал 2 семестру, а саме вивчення універсальної системи математичних розрахунків MathCAD.
Розподіл балів за елементами змістових модулів при поточному оцінюванні знань:
1.Відвідування лекцій (0 – 1,5 бали)
1,5 б – присутність на лекції та наявність конспекту; 1,0 б – відсутність на лекції та наявність конспекту; 0,5 б – присутність на лекції та відсутність конспекту; 0 б – відсутність на лекції та відсутність конспекту.
2.Відвідування лабораторних занять (0 – 0,5 бали)
0,5 б – присутність на ЛЗ.;
0 б – відсутність на ЛЗ.
3.Лабораторне заняття (0 – 2 бали):
2 б – робота виконана, захищена й оформлено звіт; 1 б – робота виконана, але не захищена; 0 б – робота не виконана.
4.Самостійна робота студента (0 – 2 бали):
2 б – робота виконана повністю й захищена; 1 б – робота виконана повністю, але не захищена; 0 б – робота не виконана.
Критеріїоцінюваннязнаньстудентівприпроведенніпідсумковогоконтролю.
Оцінка 50 – 60 балів (“відмінно”) виставляється студентові, який глибоко та міцно засвоїв матеріал, відмінно справляється із задачами та питаннями, показує знайомство з фаховою літературою, володіє різносторонніми навичками та прийомами виконання практичних завдань, уміє добре орієнтуватись у виробничих ситуаціях.
Оцінка 41 – 49 балів (“добре”) виставляється студентові, який твердо знає програмний матеріал, правильно застосовує теоретичні знання при рішенні практичних завдань, володіє необхідними навичками та прийомами виконання цих завдань.
Оцінка 30 – 40 балів (“задовільно”) виставляється студентові, який має знання тільки основного матеріалу, але не засвоїв його деталей, допускає неточності, неправильне тлумачення окремих елементів завдання та відчуває труднощі при виконанні практичних завдань.
8
Оцінка 0 – 29 балів (“незадовільно”) виставляється студентові, який не знає значної чистини програмного матеріалу, допускає багато помилок, невпевнено виконує завдання.
Структуру модулів у 2 семестрі навчальної дисципліни «Інформатика» за модульною системою подано в табл. 1.3.
Основні характеристики модуля 1.
Загальна характеристика модуля 1.
Модуль складається із двох змістових модулів. Мета його полягає в засвоєнні студентами основних принципів роботи з універсальною системою математичних розрахунків MathCAD.
Структура модуля 1.
Цей модуль містить у собі матеріал першого та другого змістових модулів. Перший змістовий модуль (ЗМ1). Основи роботи з універсальною
системою математичних розрахунків MathCAD.
Другий змістовий модуль (ЗМ2). Програмування алгоритмів основних видів обчислювальних процесів.
Основні поняття модуля 1.
Інтерфейс вікна програми MathCAD, панелі інструментів, текстова й математична області, область графіка, елементи вхідної мови MathCAD: символи, константи, змінні, числа, вбудовані функції, оператори, арифметичні та логічні вирази, дискретна змінна, однорядкові функції користувача, багаторядкові функції користувача – програми-функції, засоби програмування в тілі програм-функцій, результат програми-функції, формат результату обчислень.
Основні задачі модуля 1.
1.Знайомство із графічним інтерфейсом програми MathCAD.
2.Опанування загальними та математичними панелями інструментів.
3.Вивчення правил створення й форматування текстових та математичних областей.
4.Знайомство з виведенням та форматуванням результатів розрахунків.
5.Табулювання функцій.
6.Засвоєння правил перекладу алгоритмів із мови блок-схем на вхідну мову
MathCAD.
7.Організація в робочому листку та в програмах-функціях основних типів обчислювальних процесів: лінійних, розгалужених та циклічних.
8.Створення та форматування графіків.
Знання та вміння, якими повинен володіти студент у модулі 1.
1.Знати основні елементи інтерфейсу програми MathCAD та їхнє призначення.
2.Уміти користуватися основними кнопками загальних та математичних панелей інструментів.
9