Programación
Hoja de materia:
DATOS GENERALES:
| Descripción: | Se presenta el arte de la programación, aplicando fundamentos y desarrollo de algoritmos implementados principalmente en Fortran, los cuales pueden ser aplicados a otros lenguajes de programación científica, tal como Python y C/C++.Durante el curso se deben incluir módulos que permitan al estudiante visualizar y graficar datos, también como los fundamentos básicos de la programación en paralelo. |
| Seriación y Correlación: | Subsecuentes: Álgebra lineal |
| Consecuentes:Métodos Numéricos Probabilidad y Estadística Física de dispositivos semiconductores | |
| Objetivo: | Proporcionar a los estudiantes las habilidades y conocimientos fundamentales en programación que les permitan aplicar eficazmente conceptos y métodos computacionales en la investigación, modelado y resolución de problemas en el campo de la física. A través de esta materia, los estudiantes aprenderán a diseñar, implementar y depurar programas informáticos, utilizarán herramientas y lenguajes de programación relevantes, y adquirirán la capacidad de automatizar tareas repetitivas, analizar datos experimentales y realizar simulaciones |
| Objetivos específicos: | Desarrollar habilidades de programación: Capacitar a los estudiantes para que adquieran un sólido dominio de al menos un lenguaje de programación, lo que les permitirá escribir y comprender código de manera efectiva.Fomentar el pensamiento algorítmico: Desarrollar la capacidad de los estudiantes para diseñar algoritmos efectivos y eficientes para resolver problemas físicos.Evaluar y depurar programas: Desarrollar habilidades de depuración para que los estudiantes puedan identificar y corregir errores en sus programas.Introducir herramientas computacionales: Familiarizar a los estudiantes con herramientas y bibliotecas computacionales utilizadas comúnmente en física, como fortran, lapack, gnuplot y mpi . |
| Horas totales del curso: | 90 horas presenciales + 60 horas de autoestudio = 150 horas. |
| Créditos | 10 Créditos |
REVISIONES Y ACTUALIZACIONES:
| Líneas de investigación: | Etapa básica, No aplica |
| Autores o Revisores: | Felipe Puch Ceballos, Daniel Acosta Escareño, Juan Carlos, Martinez Orozco, Alejandro Puga Candelas |
| Fecha de actualización por academia: | Octubre 2023 |
| Sinopsis de la revisión y/o actualización: |
PERFIL DESEABLE DEL DOCENTE:
| Disciplina profesional: | Doctorado en Ciencias básicas, Ingeniería y/o maestría en sistemas computacionales. |
| Experiencia docente: | Experiencia profesional docente mínima de dos años |
ÍNDICE TEMÁTICO:
| Tema | Descripción |
| Introducción a Algoritmos | Definición de algoritmos y su importancia en programaciónDiseño de algoritmos: pasos, pseudocódigo, diagramas de flujoAnálisis de complejidad de algoritmosEjemplos de algoritmos y su implementación en Fortran |
| Introducción a Fortran | Historia y contexto de FortranEstructura básica de un programa FortranVariables y tipos de datos en FortranOperadores y expresionesEntrada y salida de datos |
| Estructuras de Control | Condicionales: IF, ELSE, END IFBucles: DO, DO WHILE, END DOControl de flujo: GOTO y etiquetasEjemplos de programación con estructuras de control |
| Arreglos y Matrices | Declaración y asignación de arreglosOperaciones con arreglosMatrices y operaciones matricialesEjemplos de aplicación en cálculos numéricos |
| Subrutinas y Funciones | Definición y uso de subrutinasPasaje de argumentosFunciones en FortranModularización del código |
| Lectura y Escritura de Archivos | Manejo de archivos de texto y binarios Lectura y escritura de datos desde y hacia archivos Formato de archivos y registrosEjemplos de aplicaciones en procesamiento de datos |
| Uso de LAPACK en Fortran | Introducción a LAPACK y su importancia en cálculos numéricos.Tipos de operaciones matriciales y sistemas de ecuaciones que LAPACK puede resolver.Instalación y configuración de LAPACK en entornos de desarrollo de FortranInvocación de rutinas LAPACK desde programas Fortran. Ejemplos prácticos de uso de LAPACK en cálculos numéricos y análisis de datos. |
| Introducción a la Gráficos con Gnuplot | Creación de gráficos básicosPersonalización de gráficos: etiquetas, títulos, ejesTipos de gráficos: líneas, puntos, barrasGráficos 2D y 3DExportación de gráficos a archivos |
| Introducción a la Programación en Paralelo | Conceptos básicos de programación en paraleloModelos de programación paralelaLenguajes y herramientas para programación en paraleloEjemplos de programación en paralelo en Fortran |
BIBLIOGRAFÍA
| Principal: | Joyanes Aguilar, Luis. Fundamentos de programación. Quinta edición. México: McGraw-Hill, 2020. Metcalf, Michael, Reid, John, y Cohen, Malcom. Modern Fortran Explained: Incorporating Fortran 2018. 5th Edition. Numerical Mathematics and Scientific Computation. United Kingdom: Oxford University Press, 2018. |
| Enlaces digitales: |
| Complementaria: | Curcic, Milan. Modern Fortran: Building efficient parallel. 1a Edición. Manning, 2020. J. Chapman, Stephen, Fortran for Scientists and Engineers, Fourth Ed. New York: McGraw-Hill Education, 2018.Chivers, Ian y Sleightholme, Jane, Introduction to Programming with Fortran, Fourth Edition. London: Springer International Publishing AG, 2018. |
PLANEACIÓN EDUCACIONAL:
| Competencias generales: | Competencia en Programación en Fortran: Los estudiantes adquieren habilidades sólidas en la escritura y comprensión de código en Fortran, lo que les permite desarrollar programas eficientes y confiables en este lenguaje. Pensamiento Algorítmico: Aprenden a pensar de manera algorítmica y a diseñar algoritmos eficientes para resolver problemas en diversos dominios. Resolución de Problemas: Desarrollan habilidades en la identificación, descomposición y resolución de problemas de programación, lo que les permite abordar desafíos prácticos. Conocimiento de Estructuras de Control: Entienden y aplican las estructuras de control en Fortran, incluyendo condicionales y bucles, para crear flujos lógicos en sus programas. Manejo de Datos: Aprenden a manejar datos, incluyendo entrada, salida y procesamiento de información a través de archivos y variables. Programación Modular: Comprenden la importancia de la programación modular y aprenden a diseñar programas organizados en módulos y subrutinas. Optimización de Rendimiento: Adquieren habilidades en la optimización de rendimiento, lo que les permite escribir programas eficientes y minimizar el uso de recursos. Programación en Paralelo y Librerías Específicas: Se desarrollan conocimientos sobre programación en paralelo y el uso de librerías específicas como LAPACK para realizar cálculos numéricos. Habilidades de Depuración y Pruebas: Aprenden a depurar programas y a realizar pruebas efectivas para garantizar la calidad y confiabilidad del código. Habilidades de Comunicación Técnica: Desarrollan habilidades para comunicar sus soluciones técnicas de manera clara y efectiva, ya sea a través de documentación, presentaciones o informes. Pensamiento Crítico y Análisis: Fomentan el pensamiento crítico y analítico al evaluar soluciones, identificar problemas y tomar decisiones informadas. Autoaprendizaje: Adquieren la capacidad de aprender de manera autodirigida, investigando y aplicando nuevas tecnologías y técnicas a medida que evolucionan. |
| Competencias específicas: | Competencia en Fortran: Los estudiantes deberían ser capaces de escribir código en Fortran de manera eficiente, comprender la sintaxis y aplicar las mejores prácticas de codificación en este lenguaje.Diseño de Algoritmos en Fortran: Aprender a diseñar algoritmos eficientes y efectivos en Fortran para resolver una variedad de problemas.Uso de Estructuras de Control: Utilizar condicionales (IF, ELSE) y bucles (DO, DO WHILE) para controlar el flujo de ejecución de los programas.Manejo de Datos en Fortran: Aprender a manipular datos, incluyendo la entrada y salida de datos desde y hacia archivos y el procesamiento de información.Programación Modular: Desarrollar la habilidad de dividir programas en módulos y subrutinas para lograr una estructura de código organizada y mantenible.Optimización de Rendimiento en Fortran: Comprender cómo optimizar el rendimiento de los programas Fortran, incluyendo la minimización de recursos y la mejora de la velocidad de ejecución.Depuración y Pruebas en Fortran: Adquirir habilidades para depurar programas y realizar pruebas efectivas para garantizar que el código funcione según lo previsto.Gestión de Memoria: Aprender a administrar la memoria y los recursos de manera eficiente, evitando problemas como fugas de memoria.Uso de Librerías Externas: Desarrollar la capacidad de integrar y utilizar librerías externas, como LAPACK, para realizar tareas específicas.Programación en Paralelo: Aprender a desarrollar programas en paralelo utilizando técnicas como OpenMP o MPI.Resolución de Problemas Prácticos: Aplicar los conocimientos adquiridos para resolver problemas prácticos en diversas disciplinas, como matemáticas, física o ingeniería. Comunicación Técnica: Desarrollar habilidades para comunicar soluciones técnicas de manera efectiva, ya sea a través de documentación, presentaciones o informes.Aplicación de Conceptos Matemáticos: Aplicar conceptos matemáticos en la resolución de problemas y cálculos numéricos utilizando Fortran.Autoaprendizaje Continuo: Fomentar la capacidad de aprender de manera autodirigida, investigando y aplicando nuevas tecnologías y técnicas a medida que evolucionan. |
CONTRIBUCIÓN AL PERFIL DE EGRESO:
| CONOCIMIENTO: | HABILIDADES: | VALORES: |
| Conceptos Generales de AlgoritmosFundamentos de ProgramaciónSintaxis de FortranEntrada y Salida de DatosEstructuras de ControlManejo de DatosSubrutinas y FuncionesEstructuras de Datos en FortranDepuración de CódigoBuenas Prácticas de – CodificaciónOptimización de CódigoDesarrollo de Programas Pequeños | Habilidades deProgramaciónResolución de ProblemasAnálisis de DatosSimulaciones NuméricasOptimización de Código | IntegridadResponsabilidadHonestidadServicioLibertadDisciplinaCapacidad |
ESTRATEGIAS PEDAGÓGICAS:
| Estrategias de enseñanza: | Estrategias de aprendizaje: |
| Aprendizaje Activo: Fomentar la participación activa de los estudiantes, a través de discusiones en clase, ejercicios prácticos, resolución de problemas o proyectos.Clases Magistrales y Explicaciones Claras: Proporcionar presentaciones claras de conceptos y teoría.Laboratorios Prácticos: Sesiones de laboratorio donde los estudiantes puedan aplicar los conceptos teóricos en la práctica, escribir código y resolver problemas.Aprendizaje Basado en Proyectos: Asignar proyectos a los estudiantes que | Aprendizaje Activo: Participar activamente en la escritura de código, resolución de problemas y proyectos para aplicar conceptos en la práctica.Autoevaluación: Revisar y evaluar el propio código y soluciones para identificar áreas de mejora y errores.Investigación Independiente: Explorar recursos en línea, manuales de Fortran y tutoriales para aprender más allá de lo que se enseña en clase.Práctica Regular: Práctica regular de programación en Fortran para fortalecer habilidades. |
| requieran que apliquen lo que han aprendido para resolver problemas del mundo real. Evaluaciones Formativas: Realizar evaluaciones regulares a lo largo del curso para verificar la comprensión de los estudiantes y brindar retroalimentación continua.Enseñanza entre Pares: Fomentar la colaboración entre estudiantes para que trabajen en grupos y se enseñen mutuamente. Tecnología Educativa: Utiliza herramientas tecnológicas, como software de desarrollo, sistemas de gestión del aprendizaje (LMS) y recursos en línea para complementar la enseñanza.Casos de Estudio y Problemas Prácticos: Utilizar ejemplos del mundo real y problemas prácticos para ilustrar la aplicabilidad de la programación en Fortran.Retroalimentación Constructiva: Proporcionar retroalimentación detallada sobre el código de los estudiantes, destacando áreas de mejora y buenas prácticas. Flexibilidad y Adaptabilidad: Adaptar las estrategias según las necesidades y el nivel de habilidad de los estudiantes.Desarrollo de Proyectos de Largo Plazo: Diseñar proyectos que se extiendan a lo largo del curso, lo que permite a los estudiantes adquirir habilidades gradualmente y ver el progreso a lo largo del tiempo.Pruebas de Código: Animar a los estudiantes a escribir y depurar código de manera regular, lo que es esencial en programación.Discusión en Grupo y Colaboración en Línea: Utilizar foros de discusión en línea y herramientas de colaboración para que los estudiantes compartan ideas y resuelvan problemas juntos. | Trabajo en Grupo: Colaborar con compañeros en proyectos y ejercicios para aprender de otros, resolver problemas de manera conjunta y compartir conocimientos.Lectura y Análisis de Código Fuente: Estudiar y analizar el código fuente de programas más avanzados en Fortran para comprender cómo se escriben y se estructuran.Documentación y Notas: Tomar notas y documentar el proceso de programación, incluyendo decisiones de diseño, problemas encontrados y soluciones implementadas.Resolución de Problemas Prácticos: Abordar problemas prácticos relacionados con la programación en Fortran, como la optimización de código o la solución de problemas específicos.Autoevaluación de Rendimiento: Evaluar regularmente el rendimiento de los programas escritos y buscar oportunidades de mejora.Comunicación con el Instructor: Hacer preguntas y buscar retroalimentación del instructor cuando se enfrenten a desafíos o dificultades.Participación en Comunidades en Línea: Unirse a comunidades en línea de programadores en Fortran para hacer preguntas, compartir experiencias y aprender de otros expertos.Experimentación: Realizar experimentos y ajustes en programas para comprender cómo se comportan en diferentes situaciones y cómo se pueden optimizar.Pruebas y Depuración Autónoma: Aprender a realizar pruebas de código y depuración de manera independiente para identificar y corregir errores.Aplicación en Proyectos Personales: Aplicar lo aprendido en proyectos personales relacionados con los intereses de cada estudiante.Aprendizaje Continuo: Mantenerse actualizado con las últimas tendencias y avances en Fortran y la programación en general. |
PROPUESTA DE CRITERIOS DE EVALUACIÓN:
| Criterio de evaluación: | Porcentaje: |
| Exámenes parciales Tareas Exposiciones Participación en clase Asistencia Proyecto | 40-60 % 20-40 % 0-10 % 0-10 % 0 % 0-20 % |