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課程名稱 |
程式與科學計算
Program and Scientific Computing |
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開課學期 |
104-1 |
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授課對象 |
理學院 大氣科學系 |
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授課教師 |
陳維婷 |
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課號 |
AtmSci2010 |
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課程識別碼 |
209 26500 |
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班次 |
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學分 |
2 |
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全/半年 |
半年 |
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必/選修 |
必修 |
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上課時間 |
星期一8,9(15:30~17:20) |
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上課地點 |
大氣系A100 |
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備註 |
外系同學修課需經授課教師同意。上課教室：大氣資訊教室。
總人數上限：38人 |
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Ceiba 課程網頁 |
http://ceiba.ntu.edu.tw/1041AtmSci2010_ |
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課程簡介影片 |
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核心能力關聯 |
核心能力與課程規劃關聯圖 |
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課程大綱
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為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
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課程概述 |
大氣科學相關研究經常需要撰寫程式進行模擬與分析繪圖。本課程是針對大氣系同學未來在研究、學習上可能遇到的科學運算及繪圖需求而設計。
選取三種大氣科學常用程式語言及軟體工具（Fortran, GrADS, Matlab），透過講解、範例與密集上機操作，培養使用工具解決問題的能力、建立清楚的程式架構概念、獲得具體實作的經驗。
每週都有作業，學期當中還有三次考試。每週除了2小時的課堂講解，請預期還需要用2~5小時練習與完成作業。學期中有7週以「翻轉教室」方式進行教學
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課程目標 |
課程將分三大部分進行，每部份的學習目標有：
1. UNIX + Fortran
熟悉UNIX作業系統的使用，介紹Fortran語言及基本程式架構，包括邏輯判斷、迴圈、資料運算讀寫、函式及副程式。
2. GrADS + Fortran
學習用GrADS繪圖軟體處理大氣常用資料格式、運算與繪圖，並且搭配Fotran解決實際科學研究問題。
3. Matlab
學習Matlab計算繪圖軟體，包括科學運算與資料處理的相關指令，以及基本繪圖功能。
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課程要求 |
每週均有預習與作業，另有期中考兩次與期末考一次，都需要「實際上機操作」，登入本系UINX工作站環境執行。
每週作業與預習問題的繳交方式可能略有不同，請務必注意email通知、助教的解釋、或課程網頁公佈欄的說明。
所有作業、預習問題、考試禁止抄襲或複製他人檔案（包括同學及網路資源），除了課程提供的範例、參考資料與翻轉教室的分組作業。如有抄襲，該份作業或考試以零分計算。
程式的撰寫、上機指令操作必須全部由本人完成。作業與預習作業可以口頭討論或參考網路上的資料，上機考試時禁止互相討論。
上課地點為A100與大氣系電腦室C202，上課時只能進行課堂相關之電腦操作，並遵守電腦教室規範。
***翻轉教室***
翻轉「課堂的運作模式」--傳統上課是「教師在課堂中講授課程內容，之後學生回家做作業」，翻轉教室則以「學生先在家看預先錄好的教學，再到課堂討論或做作業」的方式進行
本學期有7週以「翻轉教室」進行，必須先看完影片，上課再發問討論做作業
正常週：（前一週）公布講義-->（上課前）預習講義-->（週一課堂）交預習作業、聽課-->（週三5pm）繳交作業
翻轉週：（前一週）公布影片、講義-->（上課前）看影片、預習講義-->（週一課堂）交預習作業、發問、討論、分組完成作業-->（週三5pm）繳交作業
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預期每週課後學習時數 |
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Office Hours |
另約時間 |
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指定閱讀 |
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參考書目 |
書籍：
Chivers, I, and J Sleightholme (2012), Introduction to Programming with Fortran,
Springer
[台大圖書館電子藏書] http://link.springer.com/book/10.1007/978-0-85729-233-9/page/1
Chapman, S. (2004), Fortran 90/95 for scientists and engineers, 2nd Ed.,
McGraw-Hill Higher Education
Nyhoff, L. R. and S. C. Leestma (1997), Fortran 90 for Engineers and Scientists,
Prentice Hall (ISBN:0135197295).
彭國倫 (2001), Fortran 95程式設計 (ISBN:9575669592)
Chapman, S. (2008), MATLAB programming for engineers, Thomson.
Gilat, A. (2004), MATLAB: An introduction with Application, 2nd Ed., John Wiley
& Sons.
Trauth, M. H. (2010), MATLAB recipes for earth sciences [electronic resource],
3rd Ed., Springer-Verlag Berlin Heidelberg
[台大圖書館電子藏書] http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-12762-5
Menke, W. and Menke, J. (2012): Environmental Data Analysis With Matlab, Elsevier
[台大圖書館電子藏書] http://www.sciencedirect.com/science/book/9780123918864
網頁：
MATLAB 程式設計與應用，張智星 (Roger Jang)
http://www.cs.nthu.edu.tw/~jang/mlbook/
Matlab Documentation
http://www.mathworks.com/help/techdoc/index.html?/access/helpdesk/help/techdoc/index.html=
Mathtools.net - Matlab
http://www.mathtools.net/MATLAB/index.html
COLA GrADS Online Documentation
http://grads.iges.org/grads/gadoc/index.html |
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評量方式
(僅供參考) |
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No. |
項目 |
百分比 |
說明 |
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1. |
(評量方式與百分比可能視教學情況調整） |
0% |
(由以上比例計算得出原始分數後，會依所有修課學生之原始分數分布情形，決定各等第的人數，以接近常態分布為原則。） |
2. |
課前預習 (1~13) |
13% |
第二週起每堂課均有一題預習問題（除期中考週外），上課時繳交（限本人），逾時不收。（每題各佔1%） |
3. |
課後作業 (1~13) |
52% |
請於上課當週週三下午五點前上傳CEIBA，逾時不予計分
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4. |
期中考I、期中考II、期末考 |
30% |
上機考試(各佔10%) |
5. |
課堂參與 |
5% |
課堂出席、討論 |
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週次 |
日期 |
單元主題 |
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第1週 |
09/14 |
課程簡介、計算機概論、UNIX OS |
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第2週 |
09/21 |
UNIX OS、Fortran 基本介紹、變數宣告讀寫與運算 |
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第4週 |
10/05 |
Fortran 邏輯運算、迴圈、陣列、檔案讀寫 I（翻轉教室）
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第5週 |
10/12 |
Fortran 陣列、檔案讀寫 II（翻轉教室）
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第6週 |
10/19 |
Fortran 二維陣列、格式化讀寫、函式 （翻轉教室）
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第7週 |
10/26 |
Fortran 函式; 副程式、程式設計技巧 |
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第8週 |
11/02 |
期中考 I (Fortran) |
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第9週 |
11/09 |
GrADS 基本介紹
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第10週 |
11/16 |
GrADS 資料讀寫、繪圖 I（翻轉教室） |
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第11週 |
11/23 |
GrADS 資料讀寫、繪圖 II（翻轉教室） |
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第12週 |
11/30 |
Fortran 搭配 GrADS的使用
請依下面順序預習：
GrADS_tloop, GrADS_Analysis-Climate, FORTRAN_File_IO_DirectAccess, FORTRAN_File_IO_binary, GrADS_Fortran |
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第13週 |
12/07 |
期中考 II (GrADS, Fortran)
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第14週 |
12/14 |
Matlab 基本介紹 |
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第15週 |
12/21 |
Matlab 矩陣運算與繪圖（翻轉教室）
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第16週 |
12/28 |
Matlab 資料讀寫；函式、數學應用I（翻轉教室） |
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第17週 |
01/04 |
Matlab 函式、數學應用II、Debugger |
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第18週 |
01/11 |
期末考（Matlab only） |
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