Комп'ютерне моделювання фізичних процесів, частина 1
Спеціальність: Прикладна фізика та наноматеріали
Код дисципліни: 6.105.01.E.046
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Прикладна фізика і наноматеріалознавство
Лектор: професор, докт. фіз.-мат. наук Брик Тарас Михайлович
Семестр: 7 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
ІНТ. Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми прикладної фізики та наноматеріалів, що передбачає застосування теорій та методів фізики, математики та інженерії й характеризується комплексністю та невизначеністю умов.
загальні компетентності:
ЗК 5. Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій;
ЗК 6. Здатність до проведення досліджень на відповідному рівні;
ЗК 7. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел;
ЗК 9. Здатність працювати автономно;
ЗК 10. Навички здійснення безпечної діяльності
ЗК 12. Здатність зберігати та примножувати моральні, культурні, наукові цінності і досягнення суспільства на основі розуміння історії та закономірностей розвитку предметної області, її місця у загальній системі знань про природу і суспільство та у розвитку суспільства, техніки і технологій, використовувати різні види та форми рухової активності для активного відпочинку та ведення здорового способу життя.
………
фахові компетентності:
ФК 1. Здатність брати участь у плануванні та виконанні наукових та науково-технічних проектів;
ФК 3. Здатність брати участь у виготовленні експериментальних зразків, інших об'єктів дослідження;
ФК 5. Здатність до постійного розвитку компетентностей у сфері прикладної фізики, інженерії та комп’ютерних технологій.
………
фахові компетентності професійного спрямування:
ФКС 1.1. Здатність проводити комплексні дослідження, яка включає розуміння і знання відомих фізичних властивостей об’єкта дослідження та фізико-хімічних явищ в технологічних процесах;
ФКС 1.2. Здатність побудувати фізико-математичні моделі явищ і процесів у мезо- та наносистемах, енергогенеруючих та енергоперетворюючих пристроях;
ФКС 2.1. Здатність побудувати фізико-математичні моделі явищ і процесів у пристроях наноелектроніки та спінтроніки.
Результати навчання: - знати математичні основи методів Монте-Карло та молекулярної динаміки;
- знати методи врахування далекодії у моделюванні;
- знати методи розв’язання складних задач за допомогою моделювання, оцінювання окремих параметрів та характеристик структури та динаміки фізичної системи в цілому;
вміти застосовувати методи комп’ютерного моделюванн до опису структури, термодинаміки та динамічних властивостей реальних фізичних систем;
вміти розв’язувати задачі моделювання на комп’ютерах, створювати комп'ютерні програми для аналізу результатів моделювання.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: - пререквізити: квантова механіка, статистична фізика, основи програмування;
- кореквізити: фізика рідкого стану.
Короткий зміст навчальної програми: Ансамблі в комп’ютерному моделюванні. Періодичні граничні умови. Основи молекулярної динаміки. Алгоритми молекулярної динаміки. Алгоритми для ізотермічного та ізобаричного ансамблів. Поняття термостату та баростату. Молекулярна динаміка з накладеними звязками. Розрахунок статичних та динамічних властивостей у методі молекулярної динаміки. Автокореляційна функція швидкостей. Середньоквадратичні зміщення. Розрахунки дифузії та в’язкості за допомогою формул Гріна-Кубо. Алгоритм методу Монте-Карло. Застосування методу Монте-Карло для дослідження критичних явищ. Ізотермічний та ізобаричні ансамблі у методі Монте-Карло.
Опис: Методи комп’ютерного моделювання. Алгоритми молекулярної динаміки.
Розрахунок статичних та динамічних властивостей у методі молекулярної динаміки. Метод Монте-Карло
Методи та критерії оцінювання: Екзамен, захист лабораторних робіт, контрольна робота, захист індивідуального науково-дослідного завдання;
- поточний контроль (20 %): опитування на лабораторних заняттях, захист звітів (20%);
- підсумковий контроль (80%): іспит – письмова компонента (50%), усна компонента (30%).
Критерії оцінювання результатів навчання: Під час контрольних заходів (проміжний контроль, екзамен) відповіді студента оцінюються за такими критеріями:
Питання 1 і 2 рівня носять тестовий характер, вимагають від студента вибору однієї правильної відповіді серед 4-5 ймовірних варіантів та оцінюються за принципом "все або нічого":
мкб (максимальна кількість балів) - правильна відповідь,
0 балів - неправильна відповідь.
Теоретичні питання 3 рівня:
Мають на меті перевірку навичок студентів щодо розуміння теоретичного матеріалу. Відповідь по-можливості має бути повною та аргументованою.
Максимальну кількість балів (мкб) за питання отримує студент, що повністю висвітлив питання.
70-90 % від мкб – питання в цілому висвітлене, але є незначні неточності або інші недоліки.
50-70 % від мкб – відповідь на питання дано не в повному обсязі і/або є суттєві помилки .
30-50 % від мкб– зроблена спроба відповісти на питання, але зроблено грубі помилки і/або питання в цілому не висвітлене. Такої ж оцінки заслуговуватиме студент, якщо він робить неправильні висновки на основі логічних припущень, що містять правильні міркування.
10-30 % від мкб– зроблена невдала спроба відповісти на питання, лише окремі міркування і /або формули є вірними.
0 балів – жодна з записаних формул не має стосунку до даного питання, всі міркування є помилковими, або цілковито відсутні.
Задачі 3 рівня складності:
Мають на меті перевірку навичок студентів у практичному розв’язуванні фізичних задач. Задачі потрібно розв’язати з максимально можливим поясненням і, якщо в цьому є потреба, з рисунком.
Максимальну кількість балів (мкб) за ці питання отримує студент, що повністю розв’язав задачу.
70-90 % від мкб виставляється за розв’язану задачу, в якій є незначні неточності.
50-70 % від мкб – при розв’язанні допущено помилку(и), що вплинуло на результат, але підхід до розв’язання був правильним.
30-50 % від мкб – зроблена спроба розв’язати задачу, але зроблено грубі помилки і результат невірний.
10-30 % від мкб – зроблена невдала спроба розв’язати задачу і записано одна або кілька правильних формул, що мають відношення до даної задачі.
0 балів – жодна з записаних формул не має відношення до даної задачі, або студент навіть не зробив спроби розв’язати запропоновану задачу.
У підсумку виставляються оцінки за 100-бальною шкалою за наступним принципом:
Відмінно – 88 … 100 балів.
Добре – 71 … 87 балів.
Задовільно – 50 … 70 балів.
Незадовільно – 0 … 49 балів.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100-88 балів - атестований з оцінкою «відмінно» - Високий рівень: здобувач освіти демонструє поглиблене володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, системні знання, вміння і навички їх практичного застосування. Освоєні знання, вміння і навички забезпечують можливість самостійного формулювання цілей та організації навчальної діяльності, пошуку та знаходження рішень у нестандартних, нетипових навчальних і професійних ситуаціях. Здобувач освіти демонструє здатність робити узагальнення на основі критичного аналізу фактичного матеріалу, ідей, теорій і концепцій, формулювати на їх основі висновки. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку, самостійної науково-дослідної діяльності, що реалізується за підтримки та під керівництвом викладача. 87-71 балів - атестований з оцінкою «добре» - Достатній рівень: передбачає володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на підвищеному рівні, усвідомлене використання знань, умінь і навичок з метою розкриття суті питання. Володіння частково-структурованим комплексом знань забезпечує можливість їх застосування у знайомих ситуаціях освітнього та професійного характеру. Усвідомлюючи специфіку задач та навчальних ситуацій, здобувач освіти демонструє здатність здійснювати пошук та вибір їх розв’язання за поданим зразком, аргументувати застосування певного способу розв’язання задачі. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку. 70-50 балів - атестований з оцінкою «задовільно» - Задовільний рівень: окреслює володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на середньому рівні, часткове усвідомлення навчальних і професійних задач, завдань і ситуацій, знання про способи розв’язання типових задач і завдань. Здобувач освіти демонструє середній рівень умінь і навичок застосування знань на практиці, а розв’язання задач потребує допомоги, опори на зразок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативність та евристичність, домінування мотивів обов’язку, неусвідомлене застосування можливостей для саморозвитку. 49-00 балів - атестований з оцінкою «незадовільно» - Незадовільний рівень: свідчить про елементарне володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, загальне уявлення про зміст навчального матеріалу, часткове використання знань, умінь і навичок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативно-прагматичний інтерес.
Рекомендована література: 1. D.Frenkel, B.Smit. Understanding Molecular Simulation. Academic Press. SanDiego,1996.
2. M.Allen, D.Tildesley. Computer simulation of liquids. Oxford Press, London, 1988.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).