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学習支援計画書(シラバス) 検索システム
専門教育課程 機械工学科
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
専門教育課程
専門科目
専門
機械応用プログラミングⅡ
Numerical Analysis for Mechanical Engineering II
2 E017-01 2024年度
4期(後学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習・教育目標
キーワード 学習・教育目標
1.プログラミング 2.方程式 3.連立方程式 4.数値積分 5.微分方程式 物理現象はモデル化することにより微分方程式を用いて表わされることがある.これをコン ピュータを用いて解析することは機械技術者にとって有効な情報をもたらす.そこで,本科 目では,数値計算のアルゴリズムを理解し,それを用いて自らプログラム作成を行い,解析 する能力を養うとともに,解析結果を解釈してさらに精度の高い解法を実現するために,自 らプログラムを高度化,改良することをめざす.
授業の概要および学習上の助言
専門基礎科目「機械応用プログラミングⅠ」で習得したPythonを用いた数値計算手法について学習する.数値計算を行うため には,数値計算のアルゴリズムを理解することと同時に自分でプログラムを作成することが不可欠となる.この為,本講義に おいては,演習やレポートにより,多数のプログラムを実際に作成する.これにより,与えられた問題をコンピュータのプロ グラムとして実行可能な技術を修得する.さらに,プログラムを作成する上での問題点を学習し,ライブラリーを利用し効率 的なプログラム作成方法も学習する. 1. プログラミングの復習 2. 浮動小数点と丸め誤差 3. 線形基本計算 4. 連立一次方程式の解法 5. 非線形方程式の解法 6. 関数の微分と積分 7. 常微分方程式の解法 あらかじめ「機械応用プログラミングⅠ」を履修しておくことが必要となる. また,正課では演習中心にすすめるので,授業の前に十分な予習が求められる.
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:Python数値計算プログラミング[講談社サイエンティフィク] 参考書:指定なし リザーブドブック:指定なし
履修に必要な予備知識や技能
「機械応用プログラミングⅠ」を履修済みである(原則 Pythonをマスターしている)ことが必要です.
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
D,H,L 入出力と数値演算のプログラミングができる
D,H,L 数値計算により代数方程式の解を求めることができる
D,H,L 数値計算により連立方程式を解くことができる
D,H,L 数値積分を用いて体積や重心などを計算することができる
D,H,L 数値計算により単振動の運動方程式を解くことができる
D,H,J,L,N 機械工学に関する諸問題に対し自らプログラミングし,それを活用できる
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 40 30 30 0 0 0 0 100
指標と評価割合 総合評価割合 40 30 30 0 0 0 0 100
総合力指標 知識を取り込む力 15 15 0 0 0 0 0 30
思考・推論・創造する力 25 5 10 0 0 0 0 40
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 0 0 0 0 0 0
発表・表現・伝達する力 0 0 10 0 0 0 0 10
学習に取組む姿勢・意欲 0 10 10 0 0 0 0 20
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験 数値計算のアルゴリズムの理解度を確認する.通常の記述式の問題に加えて,与えられた課題についてプ ログラムをコーディングし,必要な精度で結果を解答する問題も主題する.
クイズ
小テスト
主として授業の予習の理解度について確認する.確実に予習してくることが重要である.
レポート レポートは以下のような内容について、2回を予定している。 与えられた課題についてプログラムを作成・実行する。得られた結果の精度について考察する。
成果発表
(口頭・実技)
作品
ポートフォリオ
その他
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
番号は各行動目標に対応する ①計算精度を考慮したコーディングができる ②非線形方程式の解を数値的に求めることができる ③n元連立方程式の解を高精度で数値的に求めることができる ④重心を数値的に求めることができる。 ⑤単振動の運動方程式を高精度で数値的に解くことができる ⑥数値解析を剛体の運動の解析など機械分野の問題に活用でき る 番号は各行動目標に対応する ①論理式を含む四則演算が自由にできる ②2次方程式の解を数値的に求めることができる。 ③2元連立方程式の解を数値的に求めることができる。 ④台形公式を利用して数値的に積分を計算することができる ⑤1階の微分方程式を数値的に解くことができる ⑥自由落下の運動を数値的に解析できる
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分※
1回 配布する学習支援計画書を基に科目の学習目標,概要 や行動目標を理解する. 「機械応用プログラミングⅠ」で学んだPythonプログ ラミングの復習 講義と演習 授業開始までにPythonを復習して おく. 機械工学科の教育目標と本科目と の関連を理解する. 100 30
2回 浮動小数点の内部表現と浮動小数点計算における丸め 誤差について学習する クイズ,講義と演習 授業までにテキスト2章の2.3,  3章, 4章を予習しておく 100
3回 Numpyを用いた基本線形計算について学習する クイズ,講義と演習 授業までにテキスト6章を予習し ておく 100
4回 連立方程式の解法について学習する クイズ,講義と演習 授業までにテキスト7章の7.1~7.2 を予習しておく 100
5回 LU分解を利用した連立方程式の解法について学習する クイズ,講義と演習 授業までにテキスト7章の7.4~7.5 を予習しておく 100
6回 非線形方程式の解法について学習する クイズ,講義と演習 授業までにテキスト10章を予習し ておく 100
7回 1~6回までに学習した内容について演習を通して復習 する 演習と自己点検 理解不十分な事項について復習す る 100
8回 【中間振返り】 中間試験を解答した後,解説を聞き,達成度を各自確 認する. 理解不十分な点について復習する. 試験と解説 試験までに7回までに学習した内 容について復習しておく 100
9回 数値微分法について学習する クイズ,講義と演習 授業までにテキスト12章の12.1~1 2.3を予習しておく 100
10回 数値積分法について学習する クイズ,講義と演習 授業までにテキスト12章の12.4~1 2.6を予習しておく 120
11回 常微分方程式の数値解法について学習する クイズ,講義と演習 授業までにテキスト13章の13.1~1 3.3を予習しておく 120
12回 2階常微分方程式の境界値問題の解法について学習す る クイズ,講義と演習 授業までにテキスト13章の13.6を 予習しておく 100
13回 これまでに学習した内容について演習を通して復習す る 演習と自己点検 理解不十分な事項について復習す る 120
14回 【振返り】 期末試験を解答し,解説を聞いて,達成度を確認する . 理解不十分な事項について復習する. 試験と解説 ・試験に向けて復習する。 120
15回 全体振り返り、行動目標に対する達成度を確認する。 発展的な数値解析法について学習する。 学習支援計画書の行動目標の 再確認 発展学習 発展的な数値計算法を実行してみ る 90