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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 |
111-1 |
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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 |
2.0 |
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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B105 |
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備註 |
外系同學修課需經授課教師同意。欲修課之外校同學，請先與授課老師聯繫。
限本系所學生(含輔系、雙修生)
總人數上限：60人 |
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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 |
******關於遠距教學的說明(務必詳讀)******
111學年度(2022Fall)本課程預計採“實體”授課，但會視疫情提供遠距選項，或轉換為全遠距。9/5前會將上機實作需要的帳號密碼，以及主機登入方式寄到所有選課同學的ntu信箱，請務必確認收信
本課程因助教人力與主機資源考量，有修課人數限制，原則上以大氣系學生(含雙主修、輔系、先修)優先選課，有加選需求者，請在9/1之前寄信給授課教師(weitingc@ntu.edu.tw)，說明系級與選課動機，教師會考量目前選課人數決定是否給予授權碼。
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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, Python），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。
以「翻轉教室」方式進行教學，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。 |
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課程目標 |
1. 熟悉UNIX作業系統的使用
2. Python
學習Python語言，包括科學運算與網格資料處理的相關指令，以及基本繪圖功能。
3. Fortran
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。
4. 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。 |
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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與網路傳訊。
上課時只能進行課堂相關之電腦操作，並遵守課堂規範。
***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
本學期全數以「翻轉教室」進行，必須先看完影片，上課再發問討論做作業
翻轉週：（前一週五）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-->（週四5pm）繳交作業
***
作業請於上課當週週四下午五點前依要求上傳，逾時不予計分
第二週起每堂課均有一題預習問題（除放假與期中考週外），上課前依要求上傳，逾時不收。 |
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預期每週課後學習時數 |
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Office Hours |
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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)
網頁：
COLA GrADS Online Documentation
http://grads.iges.org/grads/gadoc/index.html |
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指定閱讀 |
待補 |
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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. |
作業 |
51% |
HW1-12 |
2. |
課前預習 |
12% |
PreHW1-12 |
3. |
期中考 I、II、期末考 |
32% |
上機考試 |
4. |
課堂參與 |
5% |
提問、課堂討論、協助同學（基本分3%，依各人參與情況增減）
(所有評量方式與百分比可能視教學情況調整）
(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。） |
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針對學生困難提供學生調整方式 |
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上課形式 |
以錄影輔助, 提供學生彈性出席課程方式 |
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作業繳交方式 |
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考試形式 |
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其他 |
由師生雙方議定 |
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週次 |
日期 |
單元主題 |
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第1週 |
9/05 |
課程簡介、計算機概論、UNIX系統 |
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第2週 |
9/12 |
Python 基本介紹、變數運算讀寫、邏輯判斷、迴圈 |
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第3週 |
9/19 |
Python 陣列 List、檔案讀寫File I/O |
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第4週 |
9/26 |
Python numpy陣列、檔案讀寫、1D繪圖 |
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第5週 |
10/03 |
Python numpy陣列、函式、2D繪圖、Python 統整複習 |
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第6週 |
10/10 |
(國慶日) 期中考 I （Python） |
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第7週 |
10/17 |
GrADS 基本介紹 |
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第8週 |
10/24 |
GrADS 資料讀寫、運算、繪圖 I |
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第9週 |
10/31 |
GrADS 資料讀寫、運算、繪圖 II |
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第10週 |
11/07 |
GrADS 運算、繪圖 III、GrADS 統整複習 |
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第11週 |
11/14 |
期中考 II（GrADS）Fortran 基本介紹、變數宣告運算 |
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第12週 |
11/21 |
Fortran 邏輯判斷、迴圈、陣列、檔案讀寫 |
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第13週 |
11/28 |
Fortran 陣列、檔案讀寫 |
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第14週 |
12/05 |
Fortran 函式、副程式 |
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第15週 |
12/12 |
Fortran 搭配 GrADS使用、Fortran 統整複習 |
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第16週 |
12/19 |
期末考（Fortran+GrADS） |