Основы моделирования и программирования

• 

ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ

 

Е.В. Дмитриева

Пояснительная записка

Настоящая программа рассчитана на студентов 3-го курса кафедры биологической эволюции. Программа рассчитана на 54 часа (18 занятий по 3 часа в неделю).

Программа разработана на основе «Обязательного минимума содержания среднего (полного) общего образования РФ» и с учетом Рекомендаций по составлению учебных программ по информатике, разработанных рабочей группой Международной федерации по обработке информации (IFIP) под эгидой ЮНЕСКО.

Программа обучения рассчитана на определенный уровень подготовки студентов:

•          базовые знания по информатике;

•          владение основными приемами работы в операционной среде Microsoft Windows;

•          владение пакетом "Microsoft Office" в базовом режиме.

Целью курса является формирование у студентов целостного представления о глобальном информационном пространстве и принципах получения информации, а также создание собственных компьютерных программ для решения конкретных прикладных задач.

Задачи курса:

- привить навыки грамотного обращения с компьютером;

- ознакомить студентов-биологов с основами математического моделирования и программирования;

- научить применять методы математического моделирования и программирования в биологии.

В результате обучения по программе данного спецкурса студенты должны:

• знать структуру основных алгоритмических конструкций и уметь использовать их для построения алгоритмов;
• уметь разрабатывать и кодировать на языке программирования типовые алгоритмы;
• уметь разрабатывать алгоритмы методом последовательной детализации (сверху вниз) и сборочным методом (снизу вверх);
• усвоить основные принципы объектно-ориентированного моделирования;
• уметь строить простейшие информационные модели и исследовать их на компьютере;
• применять полученные знания для решения конкретных биологических задач.

Часть материала предлагается в виде теоретических занятий. Каждое занятие, за исключением первых 2-х вводных лекций, состоит из теоретической части и практического занятия.  Текущий контроль усвоения теоретического материала осуществляться путем проведения практических занятий

Промежуточная аттестация проводится в форме зачета, который состоит из теоретической и практической части. От студентов требуется практическое применение возможностей  MS Office: Word, Excel, PowerPoint, решение задач с помощью MS Excel.

Итоговая аттестация учащихся проходит в форме зачета, который также состоит из теоретической и практической части. Теоретические вопросы позволяют оценить базовое усвоение знаний по курсу программирования и моделирования. Практическое решение задач на компьютере позволяет оценить практические навыки студентов по применению полученных знаний для решения конкретных прикладных задач.

На учебных и практических занятиях обращается внимание студентов на соблюдение требований безопасности труда, пожарной безопасности, производственной санитарии и личной гигиены.

Программа спецкурса.

Лекция №1.

История развития вычислительной техники от Ч. Беббиджа до современных компьютеров. Обзор современных компьютеров. Схема устройства компьютера. Принципы функционирования, сравнение возможностей основных устройств. Устройства ввода: клавиатура, мышь. Устройства вывода: монитор, принтер, колонки. Устройство обработки информации: системный блок. Процессоры. Память: оперативная, постоянная, кэш. Устройства долговременного хранения информации: HDD, FDD, CD, DVD, ZIP, LS. Материнская плата. Платы расширения. Порты компьютера

Лекция №2.

Программное обеспечение. Принципы фон Неймана. Типы программ: системные, служебные, прикладные, инструментальные. Обзор системных программ. Назначение операционных систем. Примеры операционных систем: DOS, WINDOWS, LINUX (теоретический материал). Краткий обзор инструментальных и служебных программ. Основные типы прикладных программ: текстовые редакторы; электронные таблицы; графические пакеты; СУБД, органайзеры; браузеры; мультимедиа-программы; игры. Устройство стандартной программы для WINDOWS. Структура графического интерфейса пользователя. Структурные элементы окна в Windows. Файл – структурная единица программ и данных. Свойства файла.

Лекция №3.

Основные прикладные программы. Пакет программ MSOffice: Word, Excel, PowerPoint, Access. Обзор основных возможностей.

Практическое занятие.

Повторение возможностей MSWord. Форматирование текста, списки, таблицы, панель рисования.

Лекция №4.

Дополнительные возможности MSWord. Работа с документами большого размера.

Практическое занятие.

Работа с документами большого размера. Структура документа. Гиперссылки.

Лекция №5.

Базовые возможности PowerPoint. Повторение. Слайд, структура презентации.

Практическое занятие.

Создание простой презентации. Автоматический переход между слайдами. Анимация презентации.

Лекция №6.

Дополнительные возможности PowerPoint. Управляющие элементы. Кнопки и гиперссылки. Создание управляемой презентации.

Практическое занятие.

Создание управляемой презентации.

Лекция №7.

Базовые возможности MSExcel. Ячейка - основной объект электронных таблиц. Текст, формулы, функции. Мастер функций. Оформление. Диаграммы и графики.

Практическое занятие.

Повторение возможностей MSExcel. Автозаполнение, формулы, функции. Построение графиков и диаграмм. Оформление данных.

Лекция №8.

Дополнительные возможности MSExcel. Данные, сортировка данных. Автофильтр. Абсолютные и относительные ссылки.

Практическое занятие.

Работа с данными, сортировка данных. Абсолютные и относительные ссылки.

Лекция №9.

Дополнительные возможности MSExcel. Имена и заголовки диапазонов. Поиск решения (Goal seek, Solver). Моделирование средствами MSExcel. Модели динамики численности популяций.

Практическое занятие.

Моделирование средствами MSExcel.

Лекция №10.

Основы программирования. История языков. Алгоритмические языки. Принципы и правила построения алгоритмов для решения практических задач. Линейный и ветвящийся алгоритмы. Построение линейных алгоритмов. Способы записи алгоритмов. Основные алгоритмические конструкции.

Практическое занятие:

Построение линейных алгоритмов.

Лекция №11.

Ветвящиеся и циклические алгоритмы. Разработка алгоритмов методом последовательной детализации (верху вниз) и сборочным методом (снизу вверх). Освоение написания алгоритмов на примере задач сортировки методом пузырька, дихотомического поиска в упорядоченном массиве и т.п.

Практическое занятие:

Построение ветвящихся и циклических алгоритмов.

Лекция №12.

Объектно-ориентированное программирование. VisualBasicforApplication. Стандартные элементы языка: переменные, массивы, объекты, формы и т.п. Объект и его свойства. Перевод алгоритмического решения на язык VBA. Алфавит языка.

Практическое занятие:

Перевод алгоритмического решения на язык VBA. Написание простейшей программы.

Лекция №13.

Раздел описания переменных. Имя и значение переменной, константа.  Переменные, типы переменных, объявление переменных. Процедуры и функции. Возвращение значений. Трансляторы и компиляторы. Интеграция с MSExcel.

Практическое занятие:

Знакомство с VisualBasicforApplication. Создание простейшей программы на VBA.

Лекция №14.

Управляющие конструкции языка, условный оператор. Ветвление программы. Операторы цикла. Операторы условий. Программа для расчета факториала. Обработчик ошибок.

Практическое занятие:

Создание программы для расчета факториала. Проверка условий, обработка возможных ошибок.

Лекция №15.

Ввод и вывод информации: диалоговые окна. Преобразование переменных.

Практическое занятие:

Создание программы с применение операторов InputBox и MsgBox. Проверка условий, обработка возможных ошибок.

Лекция №16.

Одномерные массивы. Способы задания одномерных массивов. Двумерные массивы. Использование массивов MSExcel. Операции с ячейками из программы. Использование Макрорекордера для интенсификции написания блоков кода, использующих встроенные средства Excel.

Практическое занятие:

Запись макроса средствами MSExcel. Редактирование макроса.

Лекция №17.

Создание диалогового окна средствами VBA. Панель объектов. Оформление программы. Создание кнопки макроса. Этапы решения задач на компьютере.

Практическое занятие:

Компьютерный эксперимент.

Лекция №18.

Повторение обобщение пройденного материала.

Практическое занятие:

Компьютерный эксперимент (продолжение).

 

Промежуточная аттестация.

После 9-й лекции проводится промежуточная аттестация с целью выяснения усвоения студентами пройденного материала. От студентов требуется практическое применение возможностей  MSOffice: Word, Excel, PowerPoint. Решение задач с помощью MSExcel.

Цель аттестации: проверка умения студентов применять основные и дополнительные возможности пакета программ  MSOffice для решения базовых задач.

Вопросы для промежуточной аттестации:

1. Структура стандартной программы для WINDOWS. Окно программы.
2. Способы форматирования текста MSWord.Таблицы. Формулы. Оформление документа.
3. Панель рисование в MSWord. Оформление документа средствами панели рисование.
4. Работа с документами большого размера в MSWord.
5. Базовые возможности PowerPoint. Создание простой презентации.
6. Дополнительные возможности PowerPoint. Создание управляемой презентации.
7. Основные возможности MSExcel. Автозаполнение, формулы, функции. Построение графиков и диаграмм.
8. Дополнительные возможности MSExcel. Сортировка данных, автофильтр.
9. Дополнительные возможности MSExcel. Абсолютные и относительные ссылки.
10. Дополнительные возможности MSExcel. Поиск решения.

Решение практических задач средствами MSExcel:

1. Модель неограниченного роста.
2. Модель Мальтуса (рождаемость и смертность).
3. Модель Ферхюльста (рождаемость и смертность с учетом роста численности).

 

Итоговый зачет по курсу:

Цель: проверка умения студентов применять полученные знания для решения конкретных задач.

Зачет состоит из теоретической и практической части. Теоретические вопросы позволяют оценить базовое усвоение знаний по курсу программирования и моделирования. Практическое решение задач на компьютере позволяет оценить практические навыки студентов по применению полученных знаний для решения конкретных задач. Каждый экзаменационный билет включает в себя практическое задание с реализацией на компьютере.

 

Вопросы к зачету:

1. Моделирование средствами MSExcel.
2. Принципы и правила построения алгоритмов для решения практических задач.
3. Способы записи алгоритмов. Основные алгоритмические конструкции.
4. Линейный и ветвящийся алгоритмы. Построение линейных и ветвящихся алгоритмов.
5. Ветвящиеся и циклические алгоритмы. Построение ветвящихся и циклических алгоритмов.
6. Разработка алгоритмов методом последовательной детализации (верху вниз) и сборочным методом (снизу вверх).
7. Написание алгоритма на примере задачи сортировки методом пузырька.
8. Написание алгоритма на примере задачи решения факториала
9. Написание алгоритма на примере задачи дихотомического поиска в упорядоченном массиве.
10. Написание алгоритма на примере задачи поиска в неупорядоченном массиве.

 

Практические задачи:

1. Запись макроса средствами MSExcel. Редактирование макроса.
2. Создание программы для математических расчетов. Проверка условий, обработка возможных ошибок. Оформление программы.
3. Создание программы с применение операторов InputBox и MsgBox. Проверка условий, обработка возможных ошибок.

 

ЛИТЕРАТУРА

Орвис В.Д., 1995. Visual Basic for Application на примерах. М.: Бином.1995. 512 с.

Санна П. VisualBasic для приложений (VBA) 5 в подлиннике. Санкт-Петербург. BHV. 1997. 704.

Кузьменко В.Г. VBA 2002. М.: Бином. 2002. 624 с.

Фигурнов, В.Э. IBMPC для пользователя. 7-е издание. Москва. Инфра-М. 1997. 640

 

Средства обучения

Технические средства обучения:

1. Компьютерный класс с ноутбуками на базе AMDAtlonXPи IntelCore2Duo.
2. Принтер, сканер, web-камера.
3. Обучающие программы:
   • Изучаем WINDOWS, издательство компаний «Кирилл и Мефодий», «Униар» и Современный Гуманитарный Университет;
   • Изучаем Word 2000, издательство компаний «Кирилл и Мефодий», «Униар» и Современный Гуманитарный Университет;
   • Изучаем PowerPoint, издательство компаний «Кирилл и Мефодий», «Униар» и Современный Гуманитарный Университет;
   • Изучаем Excel 2000, издательство компаний «Кирилл и Мефодий», «Униар» и Современный Гуманитарный Университет;
   • Практический курс Excel 2000, издательство «Кирилл и Мефодий»

 

Методические материалы

1. Мультимедийные презентации в формате MS Power Point.
2. Глобальная сеть Интернет.
3. Собственные разработки.