《计算方法及应用》课程教学大纲

《计算方法及应用》课程教学大纲

计算方法及应用

课程名称课程代码081202102109

CalculationMethodandItsApplication

课程属性工作技能课时/学分32/1

课程性质必修实践学时32

责仟教师课外学时

课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修

一、课程介绍：

1.课程描述：

“计算方法及应用”是机电工程系本科生的一门专业实践性课程，包括现代科学计算和

系统仿真计算。现代科学计算重点介绍汇编语言MATLAB的基础应用，包括MATLAB的

数据类型、矩阵输入、操作方法、语法结构、常用函数的使用，以及利用MATLAB进行数

值计算、编写程序和图形处理等；系统仿真计算重点介绍有限元结构计算，包括有限元基

本理论、常见一维、二维及三维问题的求解策略；并探讨两种计算方法的嵌套调用。通过

本课程的学习和上机模拟实验，要求学生掌握MATLAB及有限元计算的基本使用方法，并

能够对仿真结果进行分析与讨论，为解决后续专业课程中复杂的数学计算问题、工程优化

设计和科学研究奠定基础。

2.设计思路：

木课程将采用课堂讲授和上机实践相结合，边讲授边实践的教学形式。课堂讲授主要

锻炼学生的数学建模、分析能力所需的基础知识和基本能力，强调实际操作性，重点培养

学生实际动手的能力。上机实践是本课程的重要教学环节，结合案例分析，通过大量的上

机编程、调试练习，使学生掌握MATLAB编程和有限元计算的基本技能，初步具备解决一

般工程问题的能力，为本专业后续课程奠定数值计算基础。课下会适当提供一些有代表性

的上机操作任务，以强化学生实际动手操作的能力。课程内容包括现代科学计算方法、系

统数值模拟仿真两个模块，并讨论两者嵌套计算的关键方法。

（1）现代科学计算方法：

以电子教案和多媒体课件为主，针对典型算例，加强学生掌握以MATLAB为基础的计

算方法，包括：MATLAB的基本语法、数据输入、常用函数调用及编程方法，熟练掌握

MATALAB的语法规则、程序结构、函数调用及图形处理等。

（2）系统数值模拟仿真：

以电子教案和多媒体课件为主，针对典型算例，使学生掌握现代结构计算及分析方法

〔有限元方法）的一般步骤及分析方法，为机电工程后续课程中关于关键机构的结构设计、

强度校核等提供基础。

（3）课程作业完成：

根据所学课程内容，针对某一实际工程问题，使用计算方法软件求解计算并分析结戾,

提高学生的工程实践能力。

3,课程与其他课程的关系：

先修课程：《高等数学》、《线性代数》、《材料力学》、至少一门程序设计语言。本课程

与这五门课程密切相关，计算方法及应用是前五门课程的总结和应用，在教学与上机实践

的过程中，使学生加强应对实际工程问题的能力。

本课程是培养本科生从事机械制造领域工程工作的基础技能核心课，为达成能力矩阵

1,1、1.5、1.6、2.1、2.4项要求见卜表。

机械设计制造及其自动化专业毕业生能力要求

序号授课内容

1.11.51.62.12.4

1MATLAB数组、矩阵和向量使用■■•

2MATLAB函数调用、程序编写■■■

3有限元法的静力学计算■■■・

MATLAB与有限元方法的嵌套调

4•

用

二、课程目标

本课程的目标是培养学生的工程观点和解决工程问题的能力，力求达到华盛顿公约规

定的国际工程师认证的标准，培养符合国家经济发展需要的工程技术人才。通过本课程的

学习，学生将达到如下的目标：

1.知识获取

（1）了解计算方法的重要意义及基本思路；

（2）理解和掌握MATLAB函数调用及一般编程方法；

（3）理解和运用有限元计算软件，掌握求解基本结构力学响应的一般步骤。

2.思维方法培养

（1）一种从专业问题中抽象出数学模型，并运用MATLAB语言求解的思维方法；

（2）一种计算基本结构力学响应的数值求解思路，并运用有限元方法实现的思维方法;

（3）严谨、规范的思维方法；

3.能力培养

（1）能够运用MATLAB语言和有限元方法，掌握正确埋解问题的能力、分析问题的

能力和解决实际工程问题的能力；

（2）具备运用MATLAB和有限元软件帮助系统，不断提高编程和解决复杂问题的能

力。

三、学习要求

2

“计算方法与应用”是一门涉及到数学、力学、工程和技术等诸多学科综合性的课程，

学生在学习理论知识的同时，必须积极上机实践，以达到对理论知识的熟练运用。理论与

实践相结合是学好本课程的主要途径，为达到学习目的，学生必须：

（1）按时上课，上课认真听讲，积极参与课堂讨论、注重培养实践动手操作的能力。

本课程将包含较多的上机操作训练、案例分析、小组讨论等课堂活动；

（2）保质保量的按时完成课下作业。以个人为单位，针对数值计算问题和工程问题的

要求独立思考，并提交作业。课下注重多看书、多练习、多应用、多思考，只有在不断地

实践中才能够掌握学习的内容“

四、教学进度

专题计划

课

内容顺序时主要内容概述

或主题

MATLAB简介；MATLAB用户界而；

计算方法及

1.计算方法简介2MATLAB的路径搜索；MATLAB的简

MATLAB软件简介

单命令。

简单的数学运算；MATLAB的数据类

2.MATLAB基本

基本使用方法2型：MATLAB的运算符：MATLAB的

操作

一些基础函数；MATLAB脚本文件。

MATLAB数组及矩阵，包括数组及矩阵

3.MATLAB数组、的创建方法和基本操作：MATLAB向

数组、矩阵和向量2

矩阵和向量使用量，包括向量的创建方法、向量的运算

操作等。

4.MATLAB函数MATLAB的数学运多项式运算及数据插值：函数运算的各

4

调用算种操作：常微分方程的基本解法。

5.MATLAB编程字符串、单元数组和

2字符串、单元数组和结构体。

语言基本构成结构体

脚本文件和编辑器/调试器；程序设计和

开发：关系运算符和逻辑变量：逻辑运

6.MATLAB编程MATLAB编程6

算符和医数；条件语句：循环：switch

结构；调试MATLAB程序。

MATLAB图形窗口；基本图形的绘制；

7.MATLAB绘图

MATLAB绘图4特殊图形的绘制：图形注释：三维图形

操作

的高级控制；应用实例。

8.有限元方法介有限元方法简介及基有限元软件（ANSYS）简介、用户界面、

2

绍本理论路径搜索等：有限元方法基本理论。

有限元方法的一般操作步骤、典型结构

9.有限元法的静应用有限元方法求解

6的静力学响应（多轴位移、应力、应变

力学计算基本结构力学响应

等）计算。

10.MATLAB与应用实例，嵌套调用MATLAB与有限

MATLAB与有限元

有限元方法的嵌2元软件（ANSYS）求解的一般步骤和实

方法的嵌套调用

套调用现方法。

五、参考教材与主要参考书

11］薛山.MATLAB基础教程.北京：清华大学出版社.2011年3月第1版（ISBN:

9787302399070）

［2］张志涌.精通MATLAB6.5版.北京：北京航空航天大学出版社，2003年3月第1版

（ISBN:9787810772259）

［3］王家文.Matlab7.0编程基础.北京：机械工业出版社，2005年6月第1版（ISBN:

9787111168065）

14］结构分析有限元原理及ANSYS实现，汪克斌等编，国防工业出版社，2005年6月第1

版

六、成绩评定

（一）考核方式E.其他：A.闭卷考试B.开卷考试C.论文D.考查E.其他

（二）成绩综合评分体系：

成绩综合评分体系比例％

1.课下作业、课堂讨论及平常表现40%

2.课程作业60%

总计

（三）平时成绩评分标准:

完成情况得分

全勤。课堂提问和课后作业出色完成：按题目要求及时完成，基础概

念清晰，解决问题的方案合理正确，能够综合运用所学知识，提出不37-4