Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий

Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств

Математические методы в технике пищевых производств

Методические указания

к самостоятельному изучению курса

и практическим занятиям

для направления 150400

Санкт-Петербург

2009

УДК 519.816

Лукин Н.И. Математические методы в технике пищевых производств: Метод. указания к самостоятельному изучению курса и практическим занятиям для направления 150400. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2009. – 21 с.

Приведены рекомендации по изучению основных разделов, которые рассматриваются в курсе "Математические методы в технике пищевых производств", соответствующие рабочей программе по направлению 150400, а также по подготовке к практическим работам.

Рецензент

Канд. техн. наук, доц. С. С. Ермаков

Рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета

Ó Санкт-Петербургский государственный

университет низкотемпературных

и пищевых технологий, 2009

Введение

Самостоятельная работа студентов относится к одному из основных видов учебной деятельности в вузе.

Выполняя учебные задания при непосредственной помощи преподавателя, руководствуясь соответствующей методической литературой, студенты совершенствуют свои знания, умения и опыт творческой деятельности, приобретенные на аудиторных занятиях.

К самостоятельной учебной работе относят аудиторную и внеаудиторную работу. Аудиторная работа ведется в условиях активного воздействия преподавателя и включает в себя лекционные, практические, а также консультации. Внеаудиторная работа выполняется дома, в общежитии, в библиотеке и предполагает значительно большую степень самостоятельности студента, чем при выполнении аудиторных работ. К внеаудиторной работе относится работа с учебной, научной, научно-технической и методической литературой, с конспектом, подготовка к зачету.

В процессе самостоятельных занятий у студентов нормируются: системность знаний, мобильность и критичность мышления, умение ориентироваться во все увеличивающемся потоке научной и технической информации, способность к творческому подходу при решении задач научного и производственного характера.

Особенно важен процесс управления СРС. Он состоит из планирования, организации, контроля, анализа эффективности работы и необходимых мер по ее стимулированию.

Планирование внеаудиторной СРС представляет собой весьма важный этап управления учебным процессом. На этапе планирования анализируется учебная загруженность студентов, определяется бюджет их времени, изучается обьем и трудоемкость различных видов заданий по отдельным темам, равномерно распределяется их трудоемкость в течение семестра, что регламентируется соответствующими графиками.

В организационные меры входят обучение студентов навыками СРС (во вступительной лекции), их теоретическая и практическая подготовка к выполнению СРС, руководство СРС со стороны кафедры, а также методическое обеспечение планируемой СРС. Обязательным условием при выполнении СРС является оперативный контроль.

Систематический контроль работы студентов, с одной стороны, побуждает их работать ритмично, с другой – позволяет выявлять качество усвоение материала и вносить поправки в дальнейший ход учебного процесса.

Целесообразно, чтобы при выполнении индивидуальных задании студенты представляли методику расчета определенного процесса или части процесса, что было бы естественным логическим завершением поставленной ему задачи. В значительной мере задачи активизации творческой СРС решаются в процессе практических занятий. Они способствуют развитию творческого мышления.

Методически целесообразно начинать с мыслительной деятельности, которая развивает творчество, начиная с лекционного курса и работы с учебной литературой, затем теоретические знания развиваются и закрепляются на практических занятиях.

На изучение курса “Математические методы в технике пищевых производств” отводится 9-й семестр 5-го курса:

Лекции 36 час.

Практические занятия 36 час.

СРС 48 час.

Всего часов 120 час.

ЗАЧЕТ

На подготовку к зачету студенту предоставляется 2–3 дня, рабочего времени. Курс должен быть изучен в течение учеб­ного семестра, время перед зачетом должно использоваться на повторение, закрепление и углубление полученных знаний.

Работа с лекционным материалом

Лекция – логически стройное, последовательное и ясное изложение того или иного вопроса по изучаемой дисциплине.

Лекции знакомят студентов с основными научно-теоре-тическими положениями данной дисциплины, с методологией её изучения. Как правило, лекции не могут раскрыть все содержание предмета. Они предназначены для того, чтобы закладывать основы научных знаний, определяя направление, основное содержание и характер всех видов учебных занятий, в том числе и самостоятельной работы.

Лекции имеют следующие учебно-научные цели: продемонстрировать и, по возможности, практически исследовать изучаемые явления; установить качественные и количественные зависимости между явлениями; на основании принятых гипотез построить теорию изучаемой области явлений; дать сопоставление теории с наблюдаемой действительностью и практикой.

Лекция ведет студентов к углубленной самостоятельной работе, к практическим учебным исследованиям.

Под влиянием лекций у студентов вырабатывается отношение к науке, ее задачам и перспективам, складываются научные убеждения. Лекция органически соединяет научное и учебное начала. Вводя студентов в науку, лектор раскрывает задачи и перспективы развития дисциплины, показывает роль практики, знакомит студентов с современными методами научных исследований, подводя их к освоению последних достижений отечественной и мировой науки и техники. Преподаватель знакомит студентов со списком рекомендуемой литературы по освещаемым вопросам. Ориентация студентов на чтение дополнительной литературы не умаляет значение учебника. Потребность в нем после лекции даже возрастает, если студент, получив общие понятия, стремится к углублению знаний.

Содержание этой дисциплины постоянно обогащается новыми техническими достижениями в области переработки пищевых продуктов, непрерывно совершенствуются и разрабатываются новые подходы к теоретическому описанию и осмыслению процессов, углубляются теоретические основы, даются новые математические модели процессов, уточняются методы оптимизации и интенсификации процессов. Учебник, естественно не может успевать за всеми изменениями, да и его объем не может вместить всех особенностей изучаемой дисциплины.

Преподаватель, готовясь к лекции, непрерывно пополняет ее содержание современным научным материалом.

Необходимым условием эффективной работы на лекции является систематическое ведение конспекта. Конспект – это не дословное изложение лекции, а краткое и схематичное (наглядное) фиксирование плана лекции, основных положений и главных мыслей.

Запись лекций способствует повышению внимания, активизирует восприятие, закрепляет в памяти излагаемый материал. Последующий просмотр записей воскрешает в памяти ход лекции, а при очень внимательной работе, даже те детали, которые на лекции и не записывались. Иногда на лекциях преподаватели задиктовывают наиболее важные мысли, теоремы, сложные формулировки»

Центр тяжести в усвоении лекционного курса лежит в последующей самостоятельной работе студента над учебными пособиями.

Работа с учебной и научной литературой

Все виды учебной и научной работы неизбежно связаны с использованием учебников, учебных пособий, монографий, справочников, периодической технической литературы..

В библиотеке имеется ряд каталогов, важнейшими из которых являются алфавитный и систематический. В алфавитном каталоге, можно найти нужную книгу по фамилии автора или по ключевому слову, В систематическом каталоге представлен перечень наук и их основных разделов. Есть и другие каталоги, например, периодических изданий, иностранных журналов и так далее. Разобраться с каталогами и найти необходимую литературу всегда поможет дежурный библиотечный работник.

Очень важно научиться эффективно работать с книгой. Вначале нужно ознакомиться с ней по оглавлению, прочесть предисловие, ознакомиться с основной частью, после этого начинать работу, используя в нужных случаях справочную литературу. Если ставиться задача усвоения читаемого, то чтение книги должно сопровождаться ее конспектированием. Выписывается только самое важное. Конспектирование производится своими словами или в виде цитирования важных положений, то есть дословного воспроизведений текста автора с указанием страницы. Следует правильно применять общепринятые сокращения, стандартные обозначения основных физически величин, (например, секунда обозначается с, а не сек, градус К или С, а не град).

Каждый будущий специалист должен иметь свою картотеку литературы.

Исследования начинаются с формулирования теми, разработки плана, подбора и изучения литературы, подготовки оборудования, сбора и обработки материала. Самое важное в исследовании наступает после получения нового материала, который надо осмыслить, сравнить с ранее известными данными, провести анализ и изложить результаты в понятной и доступной форме. Без работы с литературой в этой случае не обойтись, особенно на этапах составления плана работы и сопоставления результатов с известными ранее.

После получения темы работы составляется первоначальный набросок плана, студент знакомится со списком литературы, имеющимся в учебнике или предложенным преподавателем. Если готового списка литературы нет, он составляется по библиотечному каталогу. После этого студент начинает непосредственно составлять обзор. Подготовка и составление обзора осуществляется исключительно индивидуально.

Работа на практических занятиях

Практические занятия проводятся в соответствии с планом занятий по дисциплине. Необходима предварительная самостоятельная работа студентов по теме предстоящего занятия с конспектами, учебниками и учебными пособиями.

Практические занятия служат своеобразной формой осуществления связи теории с практикой, содействуют умению применять полученные знания. Они организуются так, чтобы подвести студентов к дальнейшей углубленной самостоятельной творческой работе.

На практических занятиях решаются задачи и делаются расчеты по определению основных параметров аппаратов, рассматриваются вопросы проектирование, решаются вопросы оптимизации и интенсификации процессов. Это придает учебной работе жизненный характер, утверждает необходимость овладения знаниями и навыками, связывает их с практикой жизни и запросами промышленных предприятия.

Программа курса

Программа дисциплины “Математические методы в технике пищевых производств” предполагает целенаправленное и углубленное изучение методов экспериментально-статистического моделирования. Большое внимание уделено экспериментальным методам проверки этих моделей и анализируется адекватность тех или иных моделей.

Построение математического описания сложного процесса включает три стадии:

 анализ структуры физико-химической системы;

 построение математической модели;

 идентификация и оценка параметров системы по экспериментальным данным.

Конечная цель построения математической модели − это решение проблемы расчета оптимальных технологических параметров процессов и конструкций аппаратов с позиций общих инженерных принципов пищевой технологии.

Основная цель курса − научить студентов основным идеям математического описания типовых физических процессов и их моделирование с использованием современных компьютеров.

В результате изучения курса "Математические методы в технике пищевых производств" студент должен:

Знать:

1. Основные принципы разработки экспериментально-статис-тических моделей.

2. Основные вопросы, связанные с проведением процедуры оптимизации технологических процессов.

Уметь:

1. Определить тип модели, необходимой для описания заданного технологического процесса.

2. Составить математическую модель процесса, провести ее анализ.

3. Пользоваться на практике методами оптимизации для решения практических задач.

Иметь навык:

1. Составление математических моделей типовых процессов пищевой технологии и их использование в расчетной практике при проектировании пищевых производств.

2. Работы со справочной, реферативной, патентной и технической литературой, а также с реферативными журналами, составления алгоритмов расчета основных процессов на ПК, а также постановки задач реализации их при проведении экспериментов.

Предмет "Математические методы в технике пищевых производств" базируется на достаточной физико-химической и математической подготовке студентов, а также на предшествующих дисциплинах, связанных с изучением процессов и аппаратов пищевых производств, технологии производства пищевых продуктов, а также других общеинженерных предметов.

При изучении этой дисциплины требуется проводить большой объем математических расчетов и обработка результатов экспериментальных исследований, связанных с математическим анализом тех или иных моделей механизмов переноса, а также обработкой собственных экспериментальных данных, что предполагает знание компьютерных аналитических программ и умения в области программирования при разработке новых ПК-программ.

Содержание дисциплины

Раздел 1. Введение. Методологические принципы моделирования

Лекция № 1 − 2 часа.

Основные сведения о моделировании технологических процессов.

Масштабный переход (традукция). Классификация моделей.

Технологический процесс как система. Основные понятия и определения.

Функция отклика системы. Стационарный и нестационарный случайные процессы. Активный и пассивный эксперименты. Концепции методологии экспериментирования. Обзор литературы по моделированию.

Лекция № 2 – 2 часа.

Структура математических моделей. Два подхода к описанию системы при математическом моделировании. Технологические системы и их элементы. Иерархия технологических систем. Конструктивные и технологические параметры, управляющие переменные. Понятие о технологическом операторе. Структура математических моделей. Блочный принцип разработки математического описания системы.

Лекция № 3 – 2 часа.