BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS PROGRAMA EDUCATIVO (PE): LICENCIATURA EN FÍSICA AREA: COMPUTACIÓN ASIGNATURA: FISICA COMPUTACIONAL I CÓDIGO: CRÉDITOS: 5 FECHA: JULIO/2008 Programa de Asignatura: “Física Computacional I” 1 BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS 1. DATOS GENERALES Nivel Educativo: LICENCIATURA Nombre del Programa Educativo: LICENCIATURA EN FÍSICA Modalidad Académica: ESCOLARIZADA Nombre de la Asignatura: FISICA COMPUTACIONAL I Ubicación: BÁSICO Correlación: Asignaturas Precedentes: Asignaturas Consecuentes: Conocimientos, habilidades, actitudes y valores previos: FGU (DESARROLLO DE HABILIDADES PARA EL USO DE LAS TIC's) FISICA COMPUTACIONAL II Conocimientos: Aritmética, algebra y trigonometría. Habilidades: Plantear y resolver problemas. Manejo básico de la computadora. Actitudes: Disposición del estudiante para desarrollar el trabajo académico de principio a fin. Valores: El estudiante desarrollará sus tareas académicas con espíritu crítico, solidaridad y honestidad. 2. CARGA HORARIA DEL ESTUDIANTE Concepto Número de créditos Horas por periodo Horas teoría y práctica Horas de práctica profesional crítica. Horas de trabajo independiente. Total 64 4 20 84 1 5 3. REVISIONES Y ACTUALIZACIONES Autores: Javier Miguel Hernández, Fernando Rojas, Rodolfo Reyes Fecha de diseño: 2001 Fecha de la última actualización: Revisores: 10 de noviembre de 2008 Javier Miguel Hernández, Fernando Rojas, Mario Iván Programa de Asignatura: “Física Computacional I” 2 BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Sinopsis de la revisión y/o actualización: Martínez Se revisaron las metodologías y tiempos en el espíritu del Modelo Minerva. El temario fue revisado tanto en contenido como en extensión. Se actualizaron los contenidos. 4. PERFIL DESEABLE DEL PROFESOR (A) PARA IMPARTIR LA ASIGNATURA: Disciplina profesional: FÍSICA o COMPUTACION Nivel académico: Maestría Experiencia docente: 1 año Experiencia profesional: 3 años 5. OBJETIVOS: 5.1 Educacional: Conocer y manejar los aspectos teóricos-prácticos que sustenta la aplicación de los sistemas computacionales al proceso de modelación en la Física, así como manejar los fundamentos de la programación, sumando al estudio en clase su estudio autónomo, que le ayuden a operar e interpretar geométricamente expresiones simbólicas, en un ambiente de disciplina y apego al trabajo académico, así como de solidaridad, respeto y tolerancia hacia sus compañeros. 5.2 General: Introducir los conceptos básicos, conocimientos y habilidades necesarias para que los alumnos puedan utilizar algún lenguaje de programación para la resolución eficaz problemas y representar matemática y computacionalmente modelos para los conceptos y leyes de física. 5.3 Específicos: Reconocer, explicar y encontrar la solución de problemas físicos, experimentales y teóricos, haciendo uso de los instrumentos apropiados de laboratorio, computacionales o matemáticos. Demostrar una actitud cooperativa que fomente la integración de esfuerzos consustancial a la organización actual de la ciencia. Demostrar una cultura integral. Programa de Asignatura: “Física Computacional I” 3 BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS 6. MAPA CONCEPTUAL DE LA ASIGNATURA: Programa de Asignatura: “Física Computacional I” 4 BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Programa de Asignatura: “Física Computacional I” 5 BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS 7. CONTENIDO Unidad Unidad I: Gnuplot Objetivo Específico Reconocer, explicar y encontrar la solución de problemas físicos, experimentales y teóricos, haciendo uso de los instrumentos apropiados de laboratorio, computacionales o matemáticos. Demostrar una actitud cooperativa que fomente la integración de esfuerzos consustancial a la organización actual de la ciencia. Demostrar una cultura integral. Contenido Temático/Actividades de aprendizaje Bibliografía Básica Complementaria Manual de gnuplot, 1. Gráficas de funciones http://www.gnuplot.info, simples de una y dos encontrado el 28 de noviembre de 2008. variables. 2. La orden set para modificar formato, estilo, gnuplot tips (not so etc. Frequently Asked 3. Modo paramétrico en Questions), dos y tres dimensiones. http://t16web.lanl.g Trayectorias de Móviles. (Variables por defecto de ov/Kawano/gnuplot/ gnuplot; Construcción de index-e.html, curvas paramétricas en dos y tres dimensiones; encontrado el 28 Ecuaciones de movimiento de noviembre de (cinemática); Superficies 2008. paramé tricas) 1.4 Tipos de salidas (postscript, jpeg, png, pdf) 1.5 Animación (Estructura de script para gnuplot; Órdenes importantes: every, reread, if, etc.) Programa de Asignatura: “Física Computacional I” 6 BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Unidad Unidad II: Latex Objetivo Específico Reconocer, explicar y encontrar la solución de problemas físicos, experimentales y teóricos, haciendo uso de los instrumentos apropiados de laboratorio, computacionales o matemáticos. Demostrar una actitud cooperativa que fomente la integración de esfuerzos consustancial a la organización actual de la ciencia. Contenido 1.Temático/Actividades Estructura general de un texto de en aprendizaje LaTeX. 2. El preámbulo 3. Ecuaciones y expresiones matemáticas. 4. Secciones y Capítulos. 5. Inserción de imágenes. Bibliografía LaTeX para usuarios de procesadores de textos, http://bulma.net/~aaloy/latex 4wp.pdf, encontrado el 28 de The LaTeX Companion, Mittelbach, Frank, and Goossens, Michel, 2a. Edición, AddisonWesley, 2004. noviembre de 2008. Ecuaciones en LaTeX, http://web.fi.uba.ar/~ssantisi/ works/ecuaciones_en_latex/ , encontrado el noviembre de 2008. 28 de Demostrar una cultura integral. Programa de Asignatura: “Física Computacional I” 7 BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Unidad Unidad III: Estructura y sintaxis de los lenguajes de programación Objetivo Específico Reconocer, explicar y encontrar la solución de problemas físicos, experimentales y teóricos, haciendo uso de los instrumentos apropiados de laboratorio, computacionales o matemáticos. Demostrar una actitud cooperativa que fomente la integración de esfuerzos consustancial a la organización actual de la ciencia. Demostrar una cultura integral. Contenido 1.Temático/Actividades Estructuras lógicas (Programación secuencial; de aprendizaje Decisión o bifurcación; Iteración o reptición; Modularidad) 2. Estructuras de Datos (Datos escalares; Arreglos o Listas. Representación de Vectores y Matrices. Manejo de índices; Registros; Objetos) Bibliografía A First Course in Computational Physics, Paul L. DeVries, Jhon Wiley & Sons, 1994. Python Scripting for Computational Science, Hans Petter Langtangen, SpringerVerlag, 2004. Análisis Numérico, Richard L. Burden y J. Douglas Faires, International Thomson Editores, 1998. Computational Physics Education with Python, Báker, Arnd, Computing in Science & Engineering, may-jun (2007) 30-33. Computation in Classical Mechanics, Timberlake, Todd and Hasbun, Javier E., Am. J. Phys., 76 (2008) 334-339. Python for Education: Computational Methods for Nonlinear Systems, Myers, Christopher R. and Sethna, James P., arXiv:0704.3182v1 (2007). A project-oriented course in computational physics: Algorithms, parallel computing, and graphics, Rebbi, C., Am. J. Phys., 76 (2008) 314-320. A model-based view of physics for computational activities in the introductory physics course, Buffler, Andy; Pillay, Seshini; Lubben, Fred and Fearick, Roger, Am. J. Phys., 76 (2008) 431-437. Computation in undergraduate physics: The Lawrence approach, Cook, David M., Am. J. Phys., 76 (2008) 321-326. Programa de Asignatura: “Física Computacional I” 8 BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Unidad Unidad IV: Cinemática y dinámica discretas Objetivo Específico Reconocer, explicar y encontrar la solución de problemas físicos, experimentales y teóricos, haciendo uso de los instrumentos apropiados de laboratorio, computacionales o matemáticos. Demostrar una actitud cooperativa que fomente la integración de esfuerzos consustancial a la organización actual de la ciencia. Contenido 1.Temático/Actividades Dinámica de las formas dx/dt de = Faprendizaje (x) en el espacio fase (x, x de coordenadas y velocidades. 2. Discretización de la velocidad: ∆x/∆t = F (x) → xt+1 = xt + ∆tF (xt). El método de Euler. 3. Dinámica del caso acelerado (Aproximación de la segunda derivada; Algoritmo de velocidades de Verlet. El problema de los tres cuerpos) 4. Fuerzas: Separación en ecuaciones diferenciales de primer orden (Sistemas Hamiltonianos) (Soluciones en función del tiempo; Soluciones en el espacio fase (x, x ). Puntos Fijos y Ciclos límite.) 5. Sistemas Dinámicos: Demostrar una una extensión del espacio cultura integral. fase. (Dinámica de reacciones químicas; El modelo de clima de Lorenz) Bibliografía A First Course in Computational Physics, Paul L. DeVries, Jhon Wiley & Sons, 1994. Python Scripting for Computational Science, Hans Petter Langtangen, SpringerVerlag, 2004. Análisis Numérico, Richard L. Burden y J. Douglas Faires, International Thomson Editores, 1998. Computational Physics Education with Python, Báker, Arnd, Computing in Science & Engineering, may-jun (2007) 30-33. Computation in Classical Mechanics, Timberlake, Todd and Hasbun, Javier E., Am. J. Phys., 76 (2008) 334-339. Python for Education: Computational Methods for Nonlinear Systems, Myers, Christopher R. and Sethna, James P., arXiv:0704.3182v1 (2007). A project-oriented course in computational physics: Algorithms, parallel computing, and graphics, Rebbi, C., Am. J. Phys., 76 (2008) 314-320. A model-based view of physics for computational activities in the introductory physics course, Buffler, Andy; Pillay, Seshini; Lubben, Fred and Fearick, Roger, Am. J. Phys., 76 (2008) 431-437. Computation in undergraduate physics: The Lawrence approach, Cook, David M., Am. J. Phys., 76 (2008) 321-326. Programa de Asignatura: “Física Computacional I” 9 BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS 8. CONTRIBUCIÓN DEL PROGRAMA DE ASIGNATURA AL PERFIL DE EGRESO Perfil de egreso Unidad I: Gnuplot II: Latex III: Estructura y sintaxis de los lenguajes de programación IV: Cinemática y dinámica discretas Conocimientos Conocer y saber aplicar los métodos matemáticos de la física y numéricos. Habilidades Buscar, interpretar y utilizar adecuadamente la información científica y técnica. Utilizar y elaborar programas o sistemas de computación para el procesamiento de información, cálculo numérico, simulación de procesos físicos o control de experimentos. Aplicar lenguajes de programación para la obtención de resultados, así como en la presentación, escritura y análisis de los mismos. Será competente en el uso de algunos sistemas computacionales para el cálculo y la simulación numérica de procesos físicos específicos. Actitudes y valores Participar en actividades profesionales relacionadas con tecnologías de alto nivel, ya sea en el laboratorio o en la industria Programa de Asignatura: “Física Computacional I” 10 BENÉMERITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA VICERRECTORÍA DE DOCENCIA DIRECCIÓN GENERALDE EDUCACIÓN SUPERIOR FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS 9. ORIENTACIÓN DIDÁCTICO-PEDAGÓGICA. Estrategias a-e Técnicas a-e Recursos didácticos El profesor utilizará en clase ejemplos físicos que representen las bases de las estructuras de la computación y los lenguajes de programación. El estudiante presentará, en clase, sus ideas acerca de los conceptos básicos de las estructuras de la programación y llegará a un acuerdo con sus pares. El estudiante realizará problemas de la física que involucren los conceptos básicos involucrados en la aplicación de las estructuras de la programación. El estudiante desarrollará programas para la resolución de problemas físicos. Materiales: El estudiante usará lenguajes de programación para desarrollar los conceptos estudiados en el curso. Aprenderá a usar latex para escribir su reporte de investigación. Revisará y utilizará la información de las diversas páginas web mencionadas en el programa como apoyo y reforzamiento de su aprendizaje. Los estudiantes realizarán un proyecto de investigación que involucre los conceptos que se desarrollan en clase. Trabajará con el profesor en la planeación, elaboración y desarrollo de su trabajo de investigación. El reporte lo presentará por escrito. 10. CRITERIOS DE EVALUACIÓN Porcentaje Criterios Exámenes Tareas Trabajos de investigación y/o de intervención 30 40 30 Total 100 11. REQUISITOS DE ACREDITACIÓN Estar inscrito oficialmente como alumno del PE en la BUAP Aparecer en el acta El promedio de las calificaciones de los exámenes aplicados deberá ser igual o mayor que 7 Presentar al menos el 80% de los ejercicios y programas de tarea. Al concluir la primera unidad los estudiantes, juntamente con el profesor, definirán el tema de investigación a desarrollar durante el curso, y se definirá el título y el objetivo del trabajo, así como el calendario de actividades a seguir en el resto del curso. A partir de la segunda unidad se evaluará el avance logrado por el estudiante. En la tercera unidad, el proyecto deberá tener un avance del 70% y en la cuarta unidad, se presentará el proyecto escrito (en latex) para su evaluación final. El promedio de la calificación final deberá ser igual o mayor que 7 Programa de Asignatura: “Física Computacional I” 11