Общинска автономна

образователна институция

"Средно училище № 31"

Сиктивкар

Компютърен експеримент

в гимназиален курс по физика.

Reizer E.E.

Република Коми

Ж .Сиктивкар

СЪДЪРЖАНИЕ:

аз Въведение

II. Видове и роля на експеримента в учебния процес.

III. Използване на компютър в часовете по физика.

V. Заключение.

VI. Терминологичен речник.

VII. Библиография.

VIII. Приложения:

1. Класификация на физическия експеримент

2. Резултати от студентската анкета

3. Използване на компютър по време на демонстрационен експеримент и решаване на задачи

4. Използване на компютър по време на

Лабораторни и практически упражнения

КОМПЮТЪРЕН ЕКСПЕРИМЕНТ

В КУРСА ПО ФИЗИКА В СРЕДНОТО УЧИЛИЩЕ.

…Време е за въоръжаване

учители с нов инструмент,

и резултатът е незабавен

ще се отрази на следващите поколения.

Поташник М.М.,

Академик на Руската академия на образованието, доктор на педагогическите науки, професор.

аз Въведение.

Физиката е експериментална наука. Научната дейност започва с наблюдение. Наблюдението е най-ценно, когато условията, които го влияят, са прецизно контролирани. Това е възможно, ако условията са постоянни, известни и могат да се променят по искане на наблюдателя. Наблюдение, извършвано при строго контролирани условия, се нарича експеримент. А точните науки се характеризират с органична връзка между наблюденията и експеримента с определянето на числените стойности на характеристиките на обектите и процесите, които се изследват.

Експериментът е най-важната част от научното изследване, чиято основа е научно проведен експеримент с точно отчетени и контролирани условия. Самата дума експеримент идва от латински експериментум- изпитание, опит. В научния език и изследователската работа терминът „експеримент“ обикновено се използва в смисъл, общ за редица свързани понятия: опит, целенасочено наблюдение, възпроизвеждане на обект на познание, организиране на специални условия за неговото съществуване, проверка на прогнозата. Тази концепция включва научна настройка на експерименти и наблюдение на изследваното явление при точно взети под внимание условия, което позволява да се наблюдава хода на явленията и да се пресъздава всеки път, когато тези условия се повтарят. Самото понятие „експеримент“ означава действие, насочено към създаване на условия за осъществяване на определено явление и, ако е възможно, най-често срещаното, т. не се усложнява от други явления. Основната цел на експеримента е да се идентифицират свойствата на изследваните обекти, да се провери валидността на хипотезите и на тази основа широко и задълбочено проучване на темата на научното изследване

ПредиXVIIIв., когато физиката беше един частази философия, учените считат трупинаучните заключения са нейната основа и самомисловен експеримент може да бъде зате са убедителни при формирането на възгледвърху устройството на света, основни физични закони. Галилео, коготос право смятан за баща на експериментатална физика, не можа да докаже нищо на своите съвременници, като проведе експерименти спадащи топки с различна маса от Пизаннебесна кула. „Идеята на Галилей предизвика презрителни забележки и недоумение.“Мислен експеримент наанализ на поведението на три тела с еднаква масаsy, двама от които бяха родниниулика се оказа за колегите мупо-убедително, отколкото директнонален опит.

По подобен начин Галилей доказва валидността на закона за инерцията с две наклонени равнини и движещи се по тях топки. Самият И. Нютон се опитва да обоснове известните и открити от него закони в книгата си „Математически основи на естествената философия“, използвайки схемата на Евклид, въвеждайки аксиоми и теореми, базирани на тях. На корицата на тази книга

изобразява Земя, планина (G)и оръдие ( П) (Фиг. 1).

Оръдието изстрелва гюлета, които падат на различни разстояния от планината в зависимост от първоначалната им скорост. При определена скорост ядрото прави пълен оборот около Земята. Нютон със своята рисунка предложи възможността за създаване на изкуствени спътници на Земята, които бяха създадени няколко века по-късно.

На този етап от развитието на физиката беше необходим мисловен експеримент, тъй като поради липсата на необходимите инструменти и технологична база, истинският експеримент беше невъзможен. Мисловният експеримент е използван както от Д. К. Максуел при създаването на система от основни уравнения на електродинамиката (въпреки че са използвани и резултатите от природни експерименти, проведени по-рано от М. Фарадей), така и от А. Айнщайн при разработването на теорията на относителността.

По този начин мисловните експерименти са един от компонентите на развитието на нови теории. Повечето физически експерименти първоначално са били симулирани и извършени мислено, а след това в действителност. По-долу ще дадем примери за мисловни експерименти, изиграли важна роля в развитието на физиката.

През 5 век пр.н.е. Философът Зенон създава логическо противоречие между реалните явления и това, което може да се получи чрез логически изводи. Той предложи мисловен експеримент, в който показа, че стрела никога няма да улови патица (фиг. 2).

Г. Галилей в научната си работа прибягва до разсъждения, основани на здравия разум, като се позовава на така наречените „умствени експерименти“. Последователите на Аристотел, опровергавайки идеите на Галилей, цитираха редица „научни” аргументи. Галилей обаче беше голям полемист и неговите контрааргументи бяха неоспорими. За учените от онази епоха логическите разсъждения са били по-убедителни от експерименталните доказателства.

Физика на "креда",подобно на други методи на преподаване на физика, които не съответстват на експерименталния метод за разбиране на природата, започна да атакува руското училище преди около 10-12 години. През този период нивото на осигуряване на училищно класно оборудване падна под 20% от необходимото; индустрията, произвеждаща образователно оборудване, практически спря да работи; От училищните разчети изчезна т. нар. защитена бюджетна позиция „за оборудване“, която можеше да се изразходва само по предназначение. Когато критичната ситуация беше осъзната, подпрограмата „Кабинет по физика“ беше включена във Федералната програма „Образователни технологии“. Като част от програмата беше възстановено производството на класическо оборудване и беше разработено модерно училищно оборудване, включително с помощта на най-новите информационни и компютърни технологии. Най-радикални промени са настъпили в оборудването за фронтална работа; разработени са и се произвеждат в масови количества тематични комплекти оборудване по механика, молекулярна физика и термодинамика, електродинамика и оптика (училището разполага с пълен комплект от това ново оборудване за тези раздели). ).

Ролята и мястото на независимия експеримент в концепцията на физическото възпитание се промениха: експериментът не е само средство за развитие на практически умения, той се превръща в начин за овладяване на метода на познание. Компютърът „нахлу“ в училищния живот с огромна скорост.

Компютърът открива нови пътища в развитието на мисленето, предоставя нови възможности за активно обучение. Провеждане на уроци с помощта на компютър

упражненията, тестовете и лабораторните упражнения, както и записването на напредъка стават по-ефективни и огромен поток от информация става лесно достъпен. Използването на компютър в уроците по физика също помага за прилагането на принципа на личния интерес на ученика към изучаването на материала и много други принципи на развиващото обучение.
Според мен обаче компютърът не може напълно да замести учителя. Учителят има възможност да заинтересува учениците, да събуди любопитството им, да спечели доверието им, той може да насочи вниманието им към определени аспекти на изучавания предмет, да възнагради усилията им и да ги принуди да учат. Един компютър никога няма да може да поеме такава роля като учител.

Обхватът на използване на компютъра в извънкласни дейности също е широк: допринася за развитието на познавателния интерес към предмета, разширява възможността за самостоятелно творческо изследване за най-ентусиазираните студенти по физика.

II. Видове и роля на експеримента в учебния процес.

Основни видове физически експерименти:

Демонстрационен опит;

Фронтална лабораторна работа;

Физическа работилница;

Експериментална задача;

Домашна опитна работа;

Експериментирайте с компютър (нов изглед).

Демонстрационен експерименте един от компонентите на образователен физически експеримент и представлява възпроизвеждане на физически явления от учител на демонстрационна маса с помощта на специални инструменти. Отнася се за илюстративни методи на преподаване чрез преживяване. Ролята на демонстрационния експеримент в обучението се определя от ролята, която експериментът играе във физиката и науката като източник на знания и критерий за тяхната истинност и възможностите му за организиране на учебно-познавателната дейност на учениците.

Значението на демонстрационния физически експеримент е следното:

Учениците се запознават с експерименталния метод на познание във физиката, с ролята на експеримента във физическите изследвания (в резултат на което се изгражда научен мироглед);

Учениците развиват някои експериментални умения: способност да наблюдават явления, способност да излагат хипотези, способност да планират експеримент, способност да анализират резултати, способност да установяват връзки между количествата, способност да правят заключения и др.

Демонстрационният експеримент, като средство за яснота, помага да се организира възприемането на учебния материал от учениците, неговото разбиране и запаметяване; дава възможност за политехническо обучение на учениците; спомага за повишаване на интереса към изучаването на физика и създаване на мотивация за учене. Но когато учител провежда демонстрационен експеримент, учениците само пасивно наблюдават експеримента, провеждан от учителя, без да правят нищо със собствените си ръце. Затова е необходимо учениците да имат самостоятелни експерименти по физика.

Обучението по физика не може да бъде представено само под формата на теоретични занятия, дори ако на учениците се показват демонстрационни физически експерименти в клас. Към всички видове сетивно възприятие е наложително да добавите „работа с ръцете си“ в часовете. Това се постига, когато учениците завършат лабораторен физичен експеримент, когато сами сглобяват инсталации, извършват измервания на физични величини и извършват експерименти. Лабораторните занятия предизвикват много голям интерес сред студентите, което е съвсем естествено, тъй като в този случай ученикът научава света около себе си въз основа на собствения си опит и собствените си чувства.

Значението на лабораторните занятия по физика се състои в това, че учениците развиват представи за ролята и мястото на експеримента в познанието. При извършване на експерименти учениците развиват експериментални умения, които включват както интелектуални, така и практически умения. Първата група включва умения за определяне на целта на експеримента, формулиране на хипотези, избор на инструменти, планиране на експеримент, изчисляване на грешки, анализ на резултатите и изготвяне на отчет за извършената работа. Втората група включва умения за сглобяване на експериментална постановка, наблюдение, измерване и експериментиране.

В допълнение, значението на лабораторния експеримент се състои в това, че при извършването му учениците развиват такива важни личностни качества като точност при работа с инструменти; поддържане на чистота и ред на работното място, в записките, направени по време на експеримента, организираност, постоянство при получаване на резултати. Те развиват определена култура на умствен и физически труд.

- това е вид практическа работа, когато всички ученици в клас едновременно извършват един и същ вид експеримент, използвайки едно и също оборудване. Предварителна лабораторна работа най-често се извършва от група студенти, състояща се от двама души, понякога е възможно да се организира индивидуална работа. Съответно кабинетът трябва да разполага с 15-20 комплекта инструменти за фронтална лабораторна работа. Общият брой на такива устройства ще бъде около хиляда броя. Наименованията на фронталната лабораторна работа са дадени в учебната програма. Има доста от тях, те са предвидени за почти всяка тема от курса по физика. Преди да започне работата, учителят идентифицира готовността на учениците за съзнателно извършване на работата, определя нейната цел с тях, обсъжда хода на работата, правилата за работа с инструменти и методите за изчисляване на грешките при измерване. Предната лабораторна работа не е много сложна по съдържание, тясно е свързана хронологично с изучавания материал и като правило е предназначена за един урок. Описанията на лабораторните упражнения могат да бъдат намерени в училищните учебници по физика.

Работилница по физикасе провежда с цел повторение, задълбочаване, разширяване и обобщаване на знанията, получени от различни теми от курса по физика, развитие и усъвършенстване на експерименталните умения на учениците чрез използване на по-сложна апаратура, по-сложен експеримент и развиване на тяхната самостоятелност при решаване на задачи. свързани с експеримента. Уъркшопът по физика не е обвързан с времето на изучавания материал; той се провежда по правило в края на учебната година, понякога в края на първото и второто полугодие и включва серия от експерименти върху конкретна тема. Учениците извършват физическа практическа работа в група от 2-4 души, използвайки различни съоръжения; През следващите часове има смяна на работата, която се извършва по специално разработен график. Когато изготвяте график, вземете предвид броя на учениците в класа, броя на работилниците и наличието на оборудване. За всяка работилница по физика са отделени два учебни часа, което налага въвеждането на двойни уроци по физика в графика. Това създава трудности. По тази причина и поради липсата на необходимото оборудване се практикуват едночасови физически упражнения. Трябва да се отбележи, че двучасовата работа е за предпочитане, тъй като работата на семинара е по-сложна от предната лабораторна работа, те се изпълняват на по-сложно оборудване и делът на самостоятелното участие на студентите е много по-голям, отколкото в случая с предна лабораторна работа. За всяка работа учителят трябва да състави инструкции, които трябва да съдържат името, предназначението, списъка на устройствата и оборудването, кратка теория, описание на устройства, неизвестни на учениците, и план за завършване на работата. След завършване на работата студентите трябва да представят доклад, който трябва да съдържа заглавието на работата, целта на работата, списък на инструментите, диаграма или чертеж на инсталацията, план за изпълнение на работата, таблица с резултатите. , формули, по които са изчислени стойностите на количествата, изчисления на грешки при измерване и заключения. Когато оценявате работата на учениците в работилница, трябва да вземете предвид тяхната подготовка за работа, доклад за работата, нивото на развитие на уменията, разбирането на теоретичния материал и използваните експериментални методи на изследване.

н и днес интерес къмпр периферна задача продиктуван още и причини за социални и икономическиКитайски характер. Поради текущото „недостатъчно финансиране“ на училището, ниерално и физическо стареене laboатор база офиси е прperimental задача може да играеза училището ролята на резервен маршрут, койтоry е в състояние да спаси физическия бившексперимент. Гаранция за това е изненадатаперфектна комбинация от простота на оборудванетопознания по сериозна и дълбока физика,което може да се наблюдава в най-добрите примери за тези проблеми.Органично прилягане експерименталензадачи в традиционнисхема на преподаване училищен курс по физикастава възможносамо когато се използва подходящо

технологии.

приучат учениците самостоятелно да разширяват знанията, придобити в клас, и да придобиват нови, развиват експериментални умения чрез използване на битови предмети и домашно приготвени устройства; развийте интерес; осигурете обратна връзка (резултатите, получени по време на DER, могат да бъдат проблем за решаване в следващия урок или могат да послужат за укрепване на материала).

Всички изброени основни видовеобразователният физически експеримент трябва да бъде допълнен с експеримент с компютър, експериментални задачи и домашна експериментална работа. Възможности компютърпозволява
променят експерименталните условия, самостоятелно конструират модели на инсталации и наблюдават тяхната работа, развиват способността експериментиранработа с компютърни модели,правете изчисления автоматично.

От наша гледна точка този тип експеримент трябва да допълва образователния експеримент на всички етапи от дейностно-базираното обучение, тъй като допринася за развитието на пространственото въображение и творческото мислене.

III . Използване на компютър в часовете по физика.

Физиката е експериментална наука. Трудно е да си представим изучаването на физика без лабораторни упражнения. За съжаление оборудването на физическата лаборатория не винаги позволява програмна лабораторна работа и не позволява въвеждането на нова работа, която изисква по-сложно оборудване. На помощ идва персонален компютър, който ви позволява да извършвате доста сложна лабораторна работа. В тях учителят може по свое усмотрение да промени първоначалните параметри на експериментите, да наблюдава как се променя самото явление в резултат на това, да анализира видяното и да направи подходящи изводи.

Създаването на персоналния компютър доведе до нови информационни технологии, които значително подобряват качеството на усвояване на информацията, ускоряват достъпа до нея и позволяват използването на компютърни технологии в голямо разнообразие от области на човешката дейност.

Скептиците ще твърдят, че днес персоналният мултимедиен компютър е твърде скъп за оборудване на средни училища. Персоналният компютър обаче е рожба на прогреса, а прогресът, както знаем, не може да бъде спрян от временни икономически затруднения (забавен - да, спрян - никога). За да бъде в крак със съвременното ниво на световната цивилизация, трябва да се въведе, ако е възможно, в нашите руски училища.

Така компютърът се превръща от екзотична машина в друг технически инструмент за обучение, може би най-мощният и най-ефективен от всички съществуващи преди това технически средства, с които учителят е разполагал.

Добре известно е, че курсът по физика в гимназията включва раздели, изучаването и разбирането на които изисква развито въображаемо мислене, способност за анализ и сравнение. На първо място, говорим за раздели като „Молекулярна физика“, някои глави от „Електродинамика“, „Ядрена физика“, „Оптика“ и др. Строго погледнато, във всеки раздел от курса по физика можете да намерите глави, които са трудно за разбиране.

Както показва 14-годишният трудов стаж, студентите нямат необходимите мисловни умения за задълбочено разбиране на явленията и процесите, описани в тези раздели. В такива ситуации съвременните технически средства за обучение и на първо място персонален компютър идват на помощ на учителя.

Идеята за използване на персонален компютър за симулиране на различни физически явления, демонстриране на структурата и принципа на работа на физически устройства възникна преди няколко години, веднага след като компютърната технология се появи в училище. Още първите уроци с използване на компютър показаха, че с тяхна помощ е възможно да се решат редица проблеми, които винаги са съществували в обучението по физика в училище.

Нека изброим някои от тях. Много явления не могат да бъдат демонстрирани в училищен кабинет по физика. Например, това са явления на микросвета, или бързо протичащи процеси, или експерименти с инструменти, които не са в офиса. В резултат на това учениците трудно ги научават, тъй като не са в състояние да си ги представят наум. Компютърът може не само да създаде модел на такива явления, но също така ви позволява да промените условията на процеса и да го „превъртите“ с оптимална скорост за асимилация.

Изучаването на структурата и принципа на действие на различни физически устройства е неразделна част от часовете по физика. Обикновено, когато изучава конкретно устройство, учителят го демонстрира, обяснява принципа на работа, използвайки модел или диаграма. Но учениците често имат затруднения да се опитат да си представят цялата верига от физически процеси, които осигуряват работата на дадено устройство. Специални компютърни програми позволяват да се „сглоби“ устройство от отделни части и да се възпроизвеждат в динамика и с оптимална скорост процесите, залегнали в основата на принципа на неговата работа. В този случай е възможно да „превъртите“ анимацията няколко пъти.

Разбира се, компютърът може да се използва и в други видове уроци: при самостоятелно изучаване на нов материал, при решаване на задачи, по време на тестове.

Трябва също да се отбележи, че използването на компютри в уроците по физика ги превръща в истински творчески процес и дава възможност за прилагане на принципите на обучението за развитие.

Трябва да се кажат няколко думи за разработването на компютърни уроци. Познаваме пакети от програми за „училищна“ физика, разработени във Воронежкия университет, във Физико-математическия факултет на Московския държавен университет, а авторите имат на разположение електронен учебник на лазерен диск „Физика в картинки“, който има станат широко известни. Повечето от тях са направени професионално, имат красива графика, съдържат добри анимации, многофункционални са, накратко, имат много предимства. Но в по-голямата си част те не се вписват в очертанията на този конкретен урок. С тяхна помощ е невъзможно да се постигнат всички цели, поставени от учителя в урока.

След като проведохме първите си компютърни уроци, стигнахме до извода, че те изискват специална подготовка. Започнахме да пишем сценарии за такива уроци, като органично „вплитахме“ в тях както реален експеримент, така и виртуален (тоест реализиран на екрана на монитора). Бих искал специално да отбележа, че моделирането на различни явления по никакъв начин не замества реалните, „живи“ преживявания, но в комбинация с тях ни позволява да обясним смисъла на случващото се на по-високо ниво. Опитът от нашата работа показва, че такива уроци предизвикват истински интерес сред учениците и принуждават всички да работят, дори онези деца, които намират физиката трудна. В същото време качеството на знанията се повишава значително. Примери за използване на компютър в класната стая като TSO могат да продължат доста дълго време.

Компютърът се използва широко като техника за умножение за изпитване на ученици и провеждане на тестове с избор на отговор (всеки има своя задача). Във всеки случай, с помощта на програми за търсене, учителят може да намери много интересни неща в Интернет.

Компютърът е незаменим помощник в извънкласните часове, при изпълнение на практически и лабораторни работи и решаване на експериментални задачи. Учениците го използват, за да обработват резултатите от своите малки изследователски задачи: правят таблици, изграждат графики, извършват изчисления, създават прости модели на физически процеси. Това използване на компютър развива умения за самостоятелно придобиване на знания, способност за анализ на резултатите и формира физическо мислене.

IV. Примери за използване на компютър в различни видове експерименти.

Компютърът като елемент от учебната експериментална постановка се използва на различни етапи от урока и в почти всички видове експерименти (обикновено демонстрационни експерименти и лабораторни упражнения).

Урок „Структура на материята“ (демонстрационен експеримент)

Цел: да се изследва структурата на материята в различни агрегатни състояния, да се идентифицират някои закономерности в структурата на телата в газово, течно и твърдо състояние.

Когато се обяснява нов материал, се използва компютърна анимация, за да се демонстрира ясно разположението на молекулите в различни агрегатни състояния.

Компютърът ви позволява да покажете процесите на преход от едно състояние на агрегация към друго, увеличаване на скоростта на движение на молекулите с повишаване на температурата, явлението дифузия и налягането на газа.

Урок за решаване на проблеми на тема: „Движение под ъгъл спрямо хоризонта“.

Цел: изучаване на балистично движение, приложението му в ежедневието.

С помощта на компютърна анимация можете да покажете как се променя траекторията на движение на тялото (надморска височина и разстояние на полета) в зависимост от първоначалната скорост и ъгъла на падане. Използването на компютър по този начин ви позволява да направите това за няколко минути, което спестява време за решаване на други проблеми и спестява на учениците необходимостта да рисуват картина за всеки проблем (което всъщност не обичат да правят).

Моделът демонстрира движението на тяло, хвърлено под ъгъл спрямо хоризонталата. Можете да промените началната височина, както и величината и посоката на скоростта на тялото. В режим „Строб“ векторът на скоростта на хвърленото тяло и неговите проекции върху хоризонталната и вертикалната ос се показват на траекторията на равни интервали.

Лабораторна работа „Изследване на изотермичен процес“.

Цел: Експериментално установяване на връзката между налягането и обема на газа при постоянна температура.

Работата е изцяло придружена от компютър (име, предназначение, избор на оборудване, процедура за извършване на работата, необходими изчисления). Обектът е въздухът в тръбата. Разглеждат се параметри в две състояния: оригинално и компресирано. Правят се съответните изчисления. Резултатите се сравняват и въз основа на получените данни се изгражда графика.

Експериментална задача: определяне на числото Пи чрез претегляне.

Цел: определяне на стойността на Pi по различни начини. Покажете, че то може да бъде равно на 3,14 чрез претегляне.

За да се извърши работата, квадрат и кръг се изрязват от един и същи материал, така че радиусът на кръга да е равен на страната на квадрата, и тези фигури се претеглят. Числото Пи се изчислява чрез отношението на масите на кръг и квадрат.

Домашен експеримент за изследване на характеристиките на осцилаторното движение.

Цел: да се консолидират знанията, получени в урока за периода и честотата на колебанията на математическото махало.

Модел на осцилиращо махало е направен от импровизирани средства (малко тяло е окачено на въже); за експеримента трябва да имате часовник с втора ръка. След преброяване на 30 трептения за определено време се изчислява периодът и честотата. Можете да проведете експеримент с различни тела, като установите, че характеристиките на вибрациите не зависят от тялото. И също така, като проведете експеримент с нишки с различна дължина, можете да установите съответната зависимост. Всички резултати от домашните трябва да се обсъждат в клас.

Експериментална задача: изчисляване на работа и кинетична енергия.

Цел: да се покаже как стойността на механичната работа и кинетичната енергия зависи от различни условия на проблема.

С помощта на компютър много бързо се разкрива връзката между гравитацията (телесното тегло), теглителната сила, ъгъла на прилагане на силата и коефициента на триене.

Моделът илюстрира концепцията за механична работа, като използва примера за движение на блок върху равнина с триене под действието на външна сила, насочена под определен ъгъл спрямо хоризонта. Чрез промяна на параметрите на модела (маса на блока t, коефициент на триене, модул и посока на действащата сила Е ), можете да наблюдавате количеството извършена работа, когато блокът се движи, силата на триене и външната сила. Проверете в компютърен експеримент, че сумата от тези работи е равна на кинетичната енергия на блока. Моля, имайте предвид, че работата, извършена от силата на триене Авинаги отрицателен.

Подобни задачи могат да се използват за контрол на знанията на учениците. Компютърът ви позволява бързо да промените параметрите на задачата, като по този начин създавате голям брой опции (измамата е елиминирана). Предимството на този вид работа е бързата проверка. Работата може да се провери веднага в присъствието на студенти. Учениците получават резултати и сами могат да оценят знанията си.

Подготовка за Единния държавен изпит.

Цел: да научите децата да отговарят бързо и правилно на тестови въпроси.

Към днешна дата е разработена програма за подготовка на студентите за полагане на Единния държавен изпит. Съдържа тестови задачи с различна степен на трудност за всички раздели от училищния курс по физика.

V. Заключение.

Преподаването на физика в училище включва постоянно придружаване на курса с демонстрационни експерименти. В съвременните училища обаче провеждането на експериментална работа по физика често е трудно поради липса на учебно време и липса на съвременно материално-техническо оборудване. И дори ако лабораторията на кабинета по физика е напълно оборудвана с необходимите инструменти и материали, един реален експеримент изисква много повече време както за подготовка и провеждане, така и за анализ на резултатите от работата грешки, времеви ограничения на урока и т.н.) истинският експеримент често не реализира основната си цел - да служи като източник на знания за физически закономерности и закони. Всички идентифицирани зависимости са само приблизителни; често правилно изчислената грешка надвишава самите измерени стойности.

Компютърният експеримент може да допълни „експерименталната“ част от курса по физика и значително да повиши ефективността на уроците. Когато го използвате, можете да изолирате основното в дадено явление, да отрежете второстепенни фактори, да идентифицирате модели, многократно да провеждате тестове с променливи параметри, да запазвате резултатите и да се върнете към вашето изследване в удобно време. Освен това в компютърната версия могат да се извършат много по-голям брой експерименти. Този вид експеримент се осъществява с помощта на компютърен модел на конкретен закон, явление, процес и др. Работата с тези модели разкрива огромни познавателни възможности за учениците, като ги прави не само наблюдатели, но и активни участници в провежданите експерименти.

Повечето интерактивни модели предоставят възможности за промяна на първоначалните параметри и експериментални условия в широк диапазон, варирайки техния времеви мащаб, както и симулиране на ситуации, които не са налични в реални експерименти.

Друг положителен момент е, че компютърът предоставя уникална възможност, която не е реализирана в реален физически експеримент, да визуализира не реален природен феномен, а неговия опростен теоретичен модел, който ви позволява бързо и ефективно да намерите основните физични закони на наблюдаваното явление. . В допълнение, студентът може едновременно да наблюдава изграждането на съответните графични зависимости, докато експериментът напредва. Графичният начин за показване на резултатите от симулацията улеснява учениците да асимилират големи количества получена информация. Такива модели са от особено значение, тъй като студентите, като правило, изпитват значителни трудности при конструирането и четенето на графики.

Необходимо е също така да се вземе предвид, че не всички процеси, явления, исторически експерименти във физиката могат да бъдат представени от ученика без помощта на виртуални модели (например цикълът на Карно, модулация и демодулация, експериментът на Майкелсън за измерване на скоростта на светлина, експеримент на Ръдърфорд и др.). Интерактивните модели позволяват на студентите да видят процесите в опростена форма, да си представят инсталационни диаграми и да провеждат експерименти, които обикновено са невъзможни в реалния живот, например контролиране на работата на ядрен реактор.

Днес вече съществуват редица педагогически софтуерни инструменти (PPS), под една или друга форма съдържащи интерактивни модели във физиката. За съжаление нито един от тях не е насочен директно към училищна употреба. Някои модели са претоварени с възможност за промяна на параметри поради насочеността им към приложение в университетите, в други програми интерактивният модел е само елемент, илюстриращ основния материал. Освен това моделите са разпръснати в различни преподавателски екипи. Например „Физика в картини“ от компанията Physikon, въпреки че е най-оптималният за провеждане на фронтален компютърен експеримент, е изграден на остарели платформи и не поддържа използване в локални мрежи. Друг софтуер за обучение, като „Open Physics“ от същата компания, съдържа, заедно с модели, огромен набор от информационни материали, които не могат да бъдат изключени по време на работа в клас. Всичко това значително усложнява избора и използването на компютърни модели при провеждане на уроци по физика в средните училища.

Основното е, че за ефективното използване на компютърен експеримент е необходим преподавателски състав, който е специално насочен към използване в средните училища. Напоследък се наблюдава тенденция към създаване на специализиран преподавателски състав за училищата в рамките на федерални проекти, като конкурси за разработчици на образователен софтуер, провеждани от Националната фондация за обучение на персонала. Може би през следващите години ще видим преподавателски състав, който всеобхватно подкрепя компютърните експерименти в курсовете по физика в гимназията. Опитах се да разкрия всички тези точки в работата си.

VI. Терминологичен речник.

Експериментирайтее сетивно-обективна дейност в науката.

Физически експеримент- това е наблюдение и анализ на изследваните явления при определени условия, което позволява да се наблюдава хода на явленията и да се пресъздава всеки път при определени условия.

Демонстрацияе физически експеримент, който представя физически явления, процеси, модели, възприемани визуално.

Предна лабораторна работа– вид практическа работа, извършвана в процеса на изучаване на програмен материал, когато всички ученици в класа едновременно извършват един и същ вид експеримент, използвайки едно и също оборудване.

Работилница по физика– практическа работа, извършвана от студентите при завършване на предишни раздели на курса (или в края на годината), на по-сложно оборудване, с по-голяма степен на самостоятелност, отколкото при предната лабораторна работа.

Домашна експериментална работа- най-простият независим експеримент, който се извършва от учениците у дома, извън училище, без пряко ръководство от учителя.

Експериментални задачи– задачи, в които експериментът служи като средство за определяне на някои начални количества, необходими за решаване; дава отговор на поставения в него въпрос или е средство за проверка на направените според условието изчисления.

VII. Библиография:

1. Башмаков Л.И., С.Н. Поздняков, Н.А. Резник “Информационна учебна среда”, Санкт Петербург: “Свет”, стр.121, 1997 г.

2 Belostotsky P.I., G. Yu Maksimova, N.N. Gomulina "Компютърни технологии: съвременен урок по физика и астрономия." Вестник "Физика" № 20, с. 3, 1999 г.

3. Буров В.А. „Демонстрационен опит по физика в средното училище“. Москва Просвещение 1979

4. Бутиков E.I. Основи на класическата динамика и компютърно моделиране. Материали от 7-ма научно-методическа конференция, Академична гимназия, Санкт Петербург - Стария Петерхоф, с. 47, 1998.

5. Виницки Ю.А., Г.М. Нурмухамедов „Компютърен експеримент в гимназиален курс по физика.“ сп. "Физика в училище" № 6, стр. 42, 2006 г.

6. Голелов А.А. Концепции на съвременната естествознание: учебник. Работилница. – М.: Хуманитарно-издателски център ВЛАДОС, 1998

7. Кавтрев А.Ф. "Методика за използване на компютърни модели в уроците по физика." Пета международна конференция "Физиката в системата на съвременното образование" (FSSO-99), резюмета, том 3, St. Санкт Петербург: "Издателство на Руския държавен педагогически университет на името на А. И. Херцен", с. 98-99, 1999.

8. Кавтрев А.Ф. "Компютърни модели в училищен курс по физика." Списание "Компютърни средства в образованието", Санкт Петербург: "Информатизация на образованието", 12, с. 41-47, 1998.

9. Теория и методика на обучението по физика в училище. Общи въпроси. Редактирано от S.E. Каменейкого, Н.С. Пуришева. М: "Академия", 2000 г

10. Трофимова T.I. "Курс по физика", изд. "Висше училище", М., 1999 г

11. Чирцов А.С. Информационни технологии в обучението по физика. Списание "Компютърни средства в образованието", Санкт Петербург: "Информатизация на образованието", 12, с. Z, 1999.

Приложение No1

Класификация на физическия експеримент

Приложение No2

Резултати от студентската анкета.

Беше проведено проучване сред учениците от 5 К, 6 А, 7 – 11 клас по следните въпроси:

Каква роля играе експериментът за вас, когато изучавате физика?

Програмата е създала 107 модела, които могат да се използват за обяснение на нов материал и решаване на експериментални проблеми. Бих искал да дам няколко примера, които използвам в уроците си.

Фрагмент от урока „Ядрени реакции. Ядрено делене."

Цел: формулиране на понятията за ядрени реакции и демонстриране на тяхното разнообразие. Развийте разбиране за същността на тези процеси.

Компютърът се използва, когато се обяснява нов материал, за да се демонстрират по-ясно процесите, които се изучават, ви позволява бързо да промените условията на реакция и прави възможно връщането към предишни условия.


Този модел показва

различни видове ядрени трансформации.

Ядрените трансформации възникват в резултат на

процеси на радиоактивен разпад на ядра и

поради придружени ядрени реакции

делене или сливане на ядра.

Промените, възникващи в ядрата, могат да бъдат разбити

в три групи:

1. промяна на един от нуклоните в ядрото;

   преструктуриране на вътрешната структура на ядрото;

   пренареждане на нуклони от едно ядро ​​в друго.

Първата група включва различни видове бета разпад, когато един от неутроните на ядрото се превръща в протон или обратно. Първият (по-често срещан) тип бета разпад възниква с излъчване на електрон и електронно антинеутрино. Вторият тип бета разпад възниква или чрез излъчване на позитрон и електронно неутрино, или чрез улавяне на електрон и излъчване на електронно неутрино (улавянето на електрон става от една от електронните обвивки, най-близо до ядрото ). Имайте предвид, че в свободно състояние протонът не може да се разпадне на неутрон, позитрон и електронно неутрино - това изисква допълнителна енергия, която той получава от ядрото. Общата енергия на ядрото обаче намалява, когато протонът се трансформира в неутрон чрез процеса на бета-разпад. Това се дължи на намаляване на енергията на кулоновото отблъскване между протоните на ядрото (от които има по-малко).

Втората група включва гама разпадане, при което ядрото, което първоначално е било във възбудено състояние, освобождава излишна енергия, излъчвайки гама квант. Третата група включва алфа разпад (излъчване от първоначалното ядро ​​на алфа частица - ядрото на хелиев атом, състоящо се от два протона и два неутрона), ядрено делене (поглъщане на неутрон от ядрото, последвано от разпадане на две по-леки ядра и излъчване на няколко неутрона) и ядрен синтез (когато сблъсъкът на две леки ядра произвежда по-тежко ядро ​​и вероятно оставя след себе си леки фрагменти или отделни протони или неутрони).

Моля, обърнете внимание, че по време на алфа-разпад ядрото изпитва откат и забележимо се измества в посока, обратна на посоката на излъчване на алфа-частицата. В същото време възвръщаемостта от бета разпада е много по-малка и изобщо не се забелязва в нашия модел. Това се дължи на факта, че масата на електрона е хиляди (и дори стотици хиляди пъти - за тежките атоми) по-малка от масата на ядрото.

Фрагмент от урока „Ядрен реактор“

Цел: формиране на идеи за структурата на ядрен реактор, демонстриране на работата му с помощта на компютър.


Компютърът ви позволява да променяте условията

хода на реакциите в реактора. След премахване на надписите,

можете да проверите знанията на учениците по строителство

реактор, покажете условията, при които

възможна е експлозия.

Ядреният реактор е устройство

предназначени за преобразуване на енергия

атомно ядро ​​в електрическа енергия.

Активната зона на реактора съдържа радиоактивни

вещество (обикновено уран или плутоний).

Енергията, освободена поради a - разпадането на тези

атоми, загрява водата. Получената водна пара се втурва в парната турбина; Поради въртенето му в електрическия генератор се генерира електрически ток. Топла вода, след подходящо пречистване, се излива в близко водно тяло; Оттам студената вода влиза в реактора. Специален запечатан корпус предпазва околната среда от смъртоносна радиация.

Специални графитни пръти абсорбират бързи неутрони. С тяхна помощ можете да контролирате хода на реакцията. Щракнете върху бутона „Повишаване“ (това може да стане само ако помпите, изпомпващи студена вода в реактора, са включени) и включете „Условия на процеса“. След като пръчките бъдат повдигнати, ще започне ядрена реакция. температура Tвътре в реактора температурата ще се повиши до 300°C и водата скоро ще започне да кипи. Като погледнете амперметъра в десния ъгъл на екрана, можете да видите, че реакторът е започнал да произвежда електрически ток. Като бутнете прътите назад, можете да спрете верижната реакция.

Приложение № 4

Използване на компютър при извършване на лабораторни упражнения и физически упражнения.

Има 4 УР с разработване на 72 лабораторни работи, които улесняват работата на учителя и правят уроците по-интересни и модерни. Тези разработки могат да се използват при провеждане на семинар по физика, защото Темите на някои от тях надхвърлят рамките на училищната програма. Ето няколко примера. Името, предназначението, оборудването, поетапното изпълнение на работата - всичко това се проектира на екрана с помощта на компютър.


Лабораторна работа: „Изследване на изобарния процес“.

Цел: експериментално установяване на връзката между обема и

температура на газ с определена маса в различните й

държави.

Оборудване: тава, тръба - резервоар с два крана,

термометър, калориметър, измервателна лента.

Обектът на изследване е въздухът в тръбата -

резервоар. В изходно състояние неговият обем се определя от

дължината на вътрешната кухина на тръбата. Тръбата е поставена намотка до намотка в калориметъра, горният клапан е отворен. Налейте вода при 55 0 - 60 0 C в калориметъра. Наблюдавайте образуването на мехурчета. Те ще се образуват, докато температурата на водата и въздуха в тръбата се изравни. Температурата се измерва с лабораторен термометър. Въздухът се прехвърля във второ състояние чрез наливане на студена вода в калориметъра. След установяване на топлинно равновесие се измерва температурата на водата. Обемът във второто състояние се измерва с дължината му в тръбата (първоначалната дължина минус дължината на влязлата вода).

Познавайки параметрите на въздуха в две състояния, се установява връзка между изменението на неговия обем и изменението на температурата при постоянно налягане.

Урок – работилница: „Измерване на коефициента на повърхностно напрежение.

Цел: упражняване на една от техниките за определяне на коефициента на повърхностно напрежение.

Оборудване: кантар, табла, чаша, капкомер с вода.

Обект на изследване е водата. Везните се привеждат в работно положение и се балансират. Те се използват за определяне на масата на стъклото. Приблизително 60 - 70 капки вода капят от пепелника в чашата. Определете масата на чаша вода. Масовата разлика в чашата се използва за определяне на масата на водата. Познавайки броя на капките, можете да определите масата на една капка. Диаметърът на отвора на капкомера е посочен върху неговата капсула. Формулата изчислява коефициента на повърхностно напрежение на водата. Сравнете получения резултат с табличната стойност.

За силни ученици можете да предложите провеждането на допълнителни експерименти с растително масло.

Л. В. Пигалицин,
, www.levpi.narod.ru, Общинска образователна институция средно училище № 2, Дзержинск, област Нижни Новгород.

Компютърен физически експеримент

4. Изчислителен компютърен експеримент

Изчислителният експеримент се превръща
в самостоятелна област на науката.
Р. Г. Ефремов, доктор на физико-математическите науки

Изчислителният компютърен експеримент е в много отношения подобен на конвенционален (пълномащабен) експеримент. Това включва планиране на експерименти, създаване на експериментална постановка, извършване на контролни тестове, провеждане на серия от експерименти, обработка на експериментални данни, интерпретирането им и т.н. Извършва се обаче не върху реален обект, а върху негов математически модел, ролята на експериментална установка играе компютър, оборудван със специална програма.

Изчислителните експерименти стават все по-популярни. Практикува се в много институти и университети, например в Московския държавен университет. М. В. Ломоносов, MPGU, Институт по цитология и генетика SB RAS, Институт по молекулярна биология RAS и др. Учените вече могат да получат важни научни резултати без истински, „мокър“ експеримент. За това има не само компютърна мощност, но и необходимите алгоритми и най-важното - разбиране. Ако преди това са се разделили - ин виво, ин витро, – значи сега са добавени още в силико. Всъщност изчислителният експеримент се превръща в самостоятелна научна област.

Предимствата на подобен експеримент са очевидни. Като правило е по-евтино от естественото. Може лесно и безопасно да се намесва. Може да се повтаря и прекъсва по всяко време. Този експеримент може да симулира условия, които не могат да бъдат създадени в лабораторията. Важно е обаче да запомните, че изчислителният експеримент не може напълно да замени пълномащабния и бъдещето е в тяхната разумна комбинация. Изчислителният компютърен експеримент служи като мост между естествения експеримент и теоретичните модели. Отправната точка на численото моделиране е разработването на идеализиран модел на разглежданата физическа система.

Нека разгледаме няколко примера за изчислителни физически експерименти.

Момент на инерция.В „Отворена физика“ (2.6, част 1) има интересен изчислителен експеримент за намиране на инерционния момент на твърдо тяло, използвайки примера на система, състояща се от четири топки, нанизани на една игла за плетене. Можете да промените позицията на тези топки върху иглата за плетене, както и да изберете позицията на оста на въртене, като я начертаете както през центъра на иглата за плетене, така и през нейните краища. За всяка подредба на топки учениците изчисляват стойността на инерционния момент, използвайки теоремата на Щайнер за паралелно транслиране на оста на въртене. Данните за изчисления се предоставят от учителя. След изчисляване на инерционния момент данните се въвеждат в програмата и се проверяват резултатите, получени от учениците.

"Черна кутия".За да осъществим изчислителния експеримент, моите ученици и аз създадохме няколко програми за изследване на съдържанието на електрическа „черна кутия“. Може да съдържа резистори, крушки с нажежаема жичка, диоди, кондензатори, намотки и др.

Оказва се, че в някои случаи е възможно, без да отваряте „черната кутия“, да разберете нейното съдържание, като свържете различни устройства към входа и изхода. Разбира се, на училищно ниво това може да се направи за обикновена три- или четиритерминална мрежа. Такива задачи развиват въображението, пространственото мислене и креативността на учениците, да не говорим, че решаването им изисква задълбочени и солидни познания. Ето защо не е случайно, че на много всесъюзни и международни олимпиади по физика изследването на „черните кутии“ в механиката, топлината, електричеството и оптиката се предлага като експериментални задачи.

В моите часове по специален курс провеждам три реални лабораторни работи в „черна кутия“:

– само резистори;

– резистори, лампи с нажежаема жичка и диоди;

– резистори, кондензатори, намотки, трансформатори и трептящи вериги.

Структурно "черните кутии" са проектирани в празни кибритени кутии. Вътре в кутията е поставена електрическа верига, а самата кутия е запечатана с тиксо. Изследванията се извършват с помощта на инструменти - авометри, генератори, осцилоскопи и др. - т.к За да направите това, трябва да изградите характеристика ток-напрежение и честотна характеристика. Студентите въвеждат показанията на инструмента в компютър, който обработва резултатите и чертае характеристиката ток-напрежение и честотната характеристика. Това позволява на учениците да разберат какви части има в черната кутия и да определят техните параметри.

При извършване на първа линия лабораторна работа с „черни кутии“ възникват трудности поради липсата на инструменти и лабораторно оборудване. Наистина, за провеждане на изследвания е необходимо да има да речем 15 осцилоскопа, 15 звукови генератора и т.н., т.е. 15 комплекта скъпо оборудване, което повечето училища нямат. И тук идват на помощ виртуалните „черни кутии” – съответните компютърни програми.

Предимството на тези програми е, че изследването може да се извършва едновременно от целия клас. Като пример, помислете за програма, която използва генератор на произволни числа, за да реализира „черни кутии“, съдържащи само резистори. От лявата страна на работния плот има „черна кутия“. Той съдържа електрическа верига, състояща се само от резистори, които могат да бъдат разположени между точките А, Б, ВИ д.

Ученикът има на разположение три устройства: източник на захранване (вътрешното му съпротивление се приема равно на нула, за да се опростят изчисленията, а ЕДС се генерира произволно от програмата); волтметър (вътрешното съпротивление е безкрайно); амперметър (вътрешното съпротивление е нула).

Когато програмата се стартира, електрическа верига, съдържаща от 1 до 4 резистора, се генерира произволно в „черната кутия“. Ученикът може да направи четири опита. След натискане на който и да е клавиш, той е помолен да свърже някое от предложените устройства в произволна последователност към клемите на „черната кутия“. Например, той се свърза с терминалите ABизточник на ток с EMF = 3 V (стойността на EMF беше генерирана произволно от програмата, в този случай се оказа 3 V). Към терминали CDСвързах волтметър и неговите показания се оказаха 2,5 V. От това трябва да се заключи, че „черната кутия“ има поне делител на напрежението. За да продължите експеримента, вместо волтметър можете да свържете амперметър и да вземете показания. Тези данни явно не са достатъчни, за да разгадаят мистерията. Следователно могат да се проведат още два експеримента: източникът на ток е свързан към клемите CD, а волтметъра и амперметъра - към клемите AB. Данните, получени в този случай, ще бъдат напълно достатъчни, за да разкрият съдържанието на „черната кутия“. Ученикът рисува схема на хартия, изчислява параметрите на резисторите и показва резултатите на учителя.

Учителят, след като провери работата, въвежда съответния код в програмата и веригата, разположена вътре в тази „черна кутия“, и параметрите на резисторите се появяват на работния плот.

Програмата е написана от мои ученици на BASIC. За да го пусна Уиндоус експиили в Windows Vistaможете да използвате програма за емулатор DOS, Например, DosBox. Можете да го изтеглите от моя уебсайт www.physics-computer.by.ru.

Ако вътре в „черната кутия“ има нелинейни елементи (лампи с нажежаема жичка, диоди и др.), Тогава в допълнение към директните измервания ще трябва да се вземе характеристиката на тока и напрежението. За целта е необходимо да има източник на ток, напрежение, на изходите на който напрежението да може да се променя от 0 до определена стойност.

За да се изследват индуктивностите и капацитетите, е необходимо да се премахне честотната характеристика с помощта на виртуален звуков генератор и осцилоскоп.

Селектор на скоростта.Нека разгледаме друга програма от “Open Physics” (2.6, част 2), която ви позволява да проведете изчислителен експеримент със селектор на скорост в масспектрометър. За да се определи масата на частица с помощта на масспектрометър, е необходимо да се извърши предварителен подбор на заредени частици по скорости. За тази цел служи т.нар селектори на скоростта.

В най-простия селектор на скорост заредените частици се движат в кръстосани хомогенни електрически и магнитни полета. Между плочите на плосък кондензатор се създава електрическо поле, а в междината на електромагнита се създава магнитно поле. начална скорост υ заредени частици е насочен перпендикулярно на векторите д И IN .

Върху заредената частица действат две сили: електрическата сила р д и магнитната сила на Лоренц р υ × б . При определени условия тези сили могат точно да се балансират една друга. В този случай заредената частица ще се движи равномерно и праволинейно. След като прелети през кондензатора, частицата ще премине през малък отвор в екрана.

Състоянието на праволинейна траектория на частица не зависи от заряда и масата на частицата, а зависи само от нейната скорост: qE = qυB→υ = E/B.

В компютърния модел можете да промените стойностите на силата на електрическото поле E, индукцията на магнитното поле би начална скорост на частиците υ . Експериментите за избор на скорост могат да се извършват за електрони, протони, алфа частици и напълно йонизирани атоми на уран-235 и уран-238. Изчислителният експеримент в този компютърен модел се провежда по следния начин: учениците се информират коя заредена частица лети в селектора на скоростта, напрегнатостта на електрическото поле и началната скорост на частицата. Учениците изчисляват индукцията на магнитното поле, използвайки горните формули. След това данните се въвеждат в програмата и се наблюдава полета на частицата. Ако частицата лети хоризонтално вътре в селектора на скоростта, тогава изчисленията са направени правилно.

По-сложни изчислителни експерименти могат да се извършват с помощта на безплатния пакет "МОДЕЛ ВИЗИЯ за WINDOWS".Найлонов плик ModelVisionStudium (MVS)е интегрирана графична обвивка за бързо създаване на интерактивни визуални модели на сложни динамични системи и провеждане на изчислителни експерименти с тях. Пакетът е разработен от изследователската група Experimental Object Technologies към Департамента по разпределени изчисления и компютърни мрежи, Факултет по техническа кибернетика, Държавен технически университет в Санкт Петербург. Свободно достъпна безплатна версия на пакета MVS 3.0 е достъпен на уебсайта www.exponenta.ru. Технология за симулация на околната среда MVSсе основава на концепцията за виртуален лабораторен стенд. Потребителят поставя виртуални блокове от симулираната система на стойката. Виртуалните блокове за модела се избират от библиотеката или се създават отново от потребителя. Найлонов плик MVSе предназначен за автоматизиране на основните етапи на изчислителния експеримент: конструиране на математически модел на обекта на изследване, генериране на софтуерна реализация на модела, изследване на свойствата на модела и представяне на резултатите в удобна за анализ форма. Изследваният обект може да принадлежи към класа на непрекъснати, дискретни или хибридни системи. Пакетът е най-подходящ за изследване на сложни физически и технически системи.

Като примерНека разгледаме един доста популярен проблем. Нека материална точка бъде хвърлена под определен ъгъл към хоризонтална равнина и се сблъсква абсолютно еластично с тази равнина. Този модел стана почти задължителен в демонстрационния набор от пакети за моделиране. Всъщност това е типична хибридна система с непрекъснато поведение (полет в гравитационно поле) и дискретни събития (отскачания). Този пример също така илюстрира обектно-ориентирания подход към моделирането: топка, летяща в атмосферата, е потомък на топка, летяща в безвъздушно пространство, и автоматично наследява всички общи характеристики, като същевременно добавя свои собствени характеристики.

Последният, последен, от гледна точка на потребителя, етап на моделиране е етапът на описание на формата на представяне на резултатите от изчислителен експеримент. Това могат да бъдат таблици, графики, повърхности и дори анимации, които илюстрират резултатите в реално време. Така потребителят реално наблюдава динамиката на системата. Точките във фазовото пространство могат да се движат, дизайнерските елементи, начертани от потребителя, могат да се движат, цветовата схема може да се променя и потребителят може да наблюдава, например, процесите на нагряване или охлаждане на екрана. В създадените пакети за софтуерна реализация на модела е възможно да се осигурят специални прозорци, които ви позволяват да променяте стойностите на параметрите по време на изчислителен експеримент и веднага да видите последствията от промените.

Много работа по визуално моделиране на физически процеси в MVSсе проведе в Московския държавен педагогически университет. Там са разработени редица виртуални произведения за курса на общата физика, които могат да бъдат свързани с реални експериментални инсталации, което ви позволява едновременно да наблюдавате на дисплея в реално време промени в параметрите както на реалния физически процес, така и на параметри на своя модел, ясно демонстриращи неговата адекватност. Като пример цитирам седем лабораторни работи по механика от лабораторен семинар на интернет портала за отворено образование, съответстващи на съществуващите държавни образователни стандарти за специалността „Учител по физика“: изучаване на праволинейно движение с помощта на машината Atwood; измерване на скоростта на куршума; добавяне на хармонични вибрации; измерване на инерционния момент на колело на велосипед; изследване на въртеливото движение на твърдо тяло; определяне на ускорението на свободното падане с помощта на физическо махало; изследване на свободните трептения на физическо махало.

Първите шест са виртуални и се симулират на компютър ModelVisionStudiumБезплатно, като последният има както виртуална версия, така и две реални. В единия, предназначен за дистанционно обучение, ученикът трябва самостоятелно да направи махало от голям кламер и гумичка и като го окачи под вала на компютърна мишка без топка, да получи махало, чийто ъгъл на отклонение се чете по специална програма и трябва да се използва от ученика при обработка на резултатите от експеримента. Този подход позволява част от уменията, необходими за експериментална работа, да се практикуват само на компютър, а останалите - при работа с налични реални устройства и с отдалечен достъп до оборудване. В друг вариант, предназначен за домашна подготовка на редовни студенти за извършване на лабораторна работа в семинара на катедрата по обща и експериментална физика, Физически факултет на Московския държавен педагогически университет, студентът практикува умения за работа с експериментална установка на виртуален модел, а в лабораторията провежда експеримент едновременно върху конкретна реална постановка и с нейния виртуален модел. В същото време той използва както традиционни измервателни уреди под формата на оптична скала и хронометър, така и по-точни и бързодействащи средства - датчик за преместване на базата на оптична мишка и компютърен таймер. Едновременното сравнение на трите представяния (традиционни, усъвършенствани с помощта на електронни сензори, свързани с компютър, и модел) на едно и също явление ни позволява да направим заключение за границите на адекватност на модела, когато данните за компютърно моделиране започват след известно време все повече да се различават от показанията, заснети на реална инсталация.

Горното не изчерпва възможностите за използване на компютър във физически изчислителен експеримент. Така че за един креативен учител и неговите ученици винаги ще има неизползвани възможности в областта на виртуалните и реални физически експерименти.

Ако имате някакви коментари или предложения относно различни видове физически компютърни експерименти, моля, пишете ми на:

Съвременният компютър има много приложения. Сред тях, както знаете, от особено значение са възможностите на компютъра като средство за автоматизиране на информационните процеси. Но не по-малко значими са неговите възможности като инструментизвършване на експериментална работа и анализ на нейните резултати.

Изчислителен експериментотдавна е известно на науката. Спомнете си откриването на планетата Нептун „на върха на писалката“. Често резултатите от научните изследвания се считат за надеждни само ако могат да бъдат представени под формата на математически модели и потвърдени чрез математически изчисления. Освен това това се отнася не само за физиката

или технически дизайн, но и към социология, лингвистика, маркетинг - традиционно хуманитарни дисциплини, далеч от математиката.

Изчислителният експеримент е теоретичен метод на познание. Развитие на този метод е числено моделиране- сравнително нов научен метод, който стана широко разпространен благодарение на появата на компютри.

Численото моделиране се използва широко както в практиката, така и в научните изследвания.

Пример.Без конструиране на математически модели и извършване на различни изчисления върху постоянно променящи се данни, идващи от измервателни уреди, работата на автоматични производствени линии, автопилоти, станции за проследяване и автоматични диагностични системи е невъзможна. Освен това, за да се гарантира надеждността на системите, изчисленията трябва да се извършват в реално време и техните грешки могат да възлизат на милионни от процента.

Пример.Модерен астроном често може да бъде видян не в окуляра на телескопа, а пред дисплея на компютъра. И не само теоретик, но и наблюдател. Астрономията е необичайна наука. Тя, като правило, не може директно да експериментира с изследователски обекти. Астрономите само „шпионират“ и „подслушват“ различни видове радиация (електромагнитни, гравитационни, неутрино или потоци от космически лъчи). Това означава, че трябва да се научите да извличате възможно най-много информация от наблюденията и да ги възпроизвеждате в изчисления, за да тествате хипотези, описващи тези наблюдения. Приложенията на компютрите в астрономията, както и в други науки, са изключително разнообразни. Това включва автоматизация на наблюденията и обработката на резултатите от тях (астрономите виждат изображения не в окуляр, а на монитор, свързан със специални инструменти). Необходими са и компютри за работа с големи каталози (звезди, спектрални анализи, химични съединения и др.).

Пример.Всеки знае израза „буря в чаша чай“. За да се проучи в детайли такъв сложен хидродинамичен процес като буря, е необходимо да се използват сложни методи за числено моделиране. Следователно в големите хидрометеорологични центрове има мощни компютри: „бурята се разиграва“ в кристала на компютърния процесор.

Дори ако извършвате не много сложни изчисления, но трябва да ги повторите милион пъти, по-добре е да напишете програмата веднъж и компютърът ще я повтори толкова пъти, колкото е необходимо (ограничението, разбира се, ще бъде скоростта на компютъра).

Численото моделиране може да бъде независим изследователски метод, когато само стойностите на някои показатели представляват интерес (например производствените разходи или интегралния спектър на галактиката), но по-често действа като едно от средствата за изграждане на компютър модели в по-широкия смисъл на думата.

Исторически първите работи по компютърно моделиране са свързани с физиката, където цял клас проблеми на хидравликата, филтрацията, преноса на топлина и топлообмена, механиката на твърдото тяло и др. са решени с помощта на числено моделиране на математическата физика и, по същество, беше, разбира се, математическо моделиране. Успехите на математическото моделиране във физиката допринесоха за разширяването му върху проблемите на химията, електротехниката и биологията, като схемите за моделиране не се различаваха много една от друга. Сложността на проблемите, решавани на базата на моделиране, беше ограничена само от мощността на наличните компютри. Този вид моделиране е широко разпространен и днес. Освен това по време на разработването на численото моделиране са натрупани цели библиотеки от подпрограми и функции, които улесняват приложението и разширяват възможностите за моделиране. И все пак, в момента понятието „компютърно моделиране“ обикновено се свързва не с фундаментални естествени научни дисциплини, а предимно със системния анализ на сложни системи от гледна точка на кибернетиката (т.е. от гледна точка на управлението, самоуправлението , самоорганизация). И сега компютърното моделиране се използва широко в биологията, макроикономиката, при създаването на автоматизирани системи за управление и др.

Пример.Спомнете си експеримента на Пиаже, описан в предишния параграф. Това, разбира се, може да се извърши не с реални обекти, а с анимирано изображение на екрана на дисплея. Но движението на играчките може да бъде заснето на обикновен филм и показано по телевизията. Уместно ли е използването на компютър в този случай да се нарича компютърна симулация?

Пример. Модел на полета на тяло, хвърлено вертикално нагоре или под ъгъл спрямо хоризонта, е например графика на височината на тялото като функция на времето. Можете да го построите

а) на лист хартия, пунктиран;

б) в графичен редактор в същите точки;

в) използване на програма за бизнес графики, например в
електронни таблици;

г) чрез написване на програма, която не само показва
рани траектория на полета, но също така ви позволява да зададете различни
ny първоначални данни (ъгъл на наклон, начална скорост
растеж).

Защо не искате да наречете вариант б) компютърен модел, а варианти в) и г) напълно отговарят на това име?

Под компютърен моделчесто се отнася до програма (или програма плюс специално устройство), която осигурява имитация на характеристиките и поведението на конкретен обект. Резултатът от тази програма се нарича още компютърен модел.

В специализираната литература терминът „компютърен модел” се дефинира по-стриктно, както следва:

Конвенционално изображение на обект или някаква система от обекти (процеси, явления), описани с помощта на взаимосвързани компютърни таблици, блок-схеми, диаграми, графики, рисунки, анимационни фрагменти, хипертекстове и т.н., и показващи структурата (елементи и връзки между тях ) на обекта. Компютърни модели от този тип се наричат структурни и функционални;

Отделна програма или набор от програми, които позволяват, използвайки последователност от изчисления и графично показване на техните резултати, да възпроизвеждат (симулират) процесите на функциониране на обект, подложен на влиянието на различни, обикновено случайни фактори върху него . Такива модели се наричат имитация.

Компютърните модели могат да бъдат прости или сложни. Създавали сте прости модели много пъти, когато сте учили програмиране или сте изграждали своя база данни. В триизмерните графични системи, експертните системи и автоматизираните системи за управление се изграждат и използват много сложни компютърни модели.

Пример.Идеята за конструиране на модел на човешка дейност с помощта на компютър не е нова и е трудно да се намери област на дейност, в която да не е била опитвана. Експертните системи са компютърни програми, които симулират действията на човешки експерт при решаване на проблеми във всяка предметна област въз основа на натрупани знания, които съставляват базата от знания. ES решават проблема с моделирането на умствената дейност. Поради сложността на моделите, разработването на ES обикновено отнема няколко години.

Съвременните експертни системи, освен база от знания, имат и прецедентна база - например резултати от проучване на реални хора и информация за последващия успех/неуспех на тяхната дейност. Например прецедентната база на експертната система на полицията в Ню Йорк е 786 000 хора, Хоби център (кадрова политика в предприятието) - 512 000 хора и според специалистите от този център разработената от тях ES започва да работи с очакваната точност едва когато базата превиши 200 000 човече, отне 6 години да се създаде.

Пример.Напредъкът в създаването на компютърна графика напредна от телени изображения на триизмерни модели с прости полутонови изображения до съвременни реалистични картини, които са примери за изкуство. Това е резултат от успеха в по-точното дефиниране на средата за моделиране. Прозрачност, отражение, сенки, светлинни модели и свойства на повърхността са някои от областите, в които изследователските екипи работят усилено, постоянно измисляйки нови алгоритми за създаване на все по-реалистични изкуствени изображения. Днес тези методи се използват и за създаване на висококачествена анимация.

Практически нужди Vкомпютърното моделиране представлява предизвикателство за разработчиците на хардуер финансови средствакомпютър. Тоест, методът активно влияе не само върху появата на нови и нови програмиНо ИНа развитиетехнически средства.

Пример.Компютърната холография се обсъжда за първи път през 80-те години. И така, в системите за компютърно подпомагано проектиране, в географските информационни системи, би било хубаво да можете не само да гледате обект на интерес в триизмерна форма, но и да го представяте под формата на холограма, която може да се върти , наклони се и погледна вътре в него. За да създадете холографско изображение, полезно в реални приложения, трябва

холографски

Снимки

дисплеи с гигантски брой пиксели - до милиард. Сега такава работа е в ход активно. Едновременно с разработването на холографския дисплей кипи работа по създаването на триизмерна работна станция, базирана на принципа, наречен „заместване на реалността“. Зад този термин стои идеята за широкото използване на всички онези естествени и интуитивни методи, които човек използва при взаимодействие с природни (материално-енергийни) модели, но в същото време акцентът е върху тяхното цялостно подобряване и развитие с помощта на уникалните възможности на цифровите системи. Очаква се например, че ще бъде възможно да се манипулират и взаимодействат с компютърни холограми в реално време с помощта на жестове и докосвания.

Компютърното моделиране има следното предимства:

Осигурява видимост;

Наличен за ползване.

Основното предимство на компютърното моделиране е, че позволява не само да се наблюдава, но и да се предвиди резултатът от експеримента при някои специални условия. Благодарение на тази възможност този метод е намерил приложение в биологията, химията, социологията, екологията, физиката, икономиката и много други области на знанието.

Компютърната симулация се използва широко в обучението. С помощта на специални програми можете да разглеждате модели на такива явления като явленията на микросвета и света с астрономически измерения, явления на ядрената и квантовата физика, развитието на растенията и трансформацията на веществата в химични реакции.

Обучението на специалисти в много професии, особено като ръководители на полети, пилоти, диспечери на атомни и електроцентрали, се извършва с помощта на компютърно управлявани симулатори, които симулират реални ситуации, включително аварийни.

Лабораторната работа може да се извършва на компютър, ако не са налични необходимите реални устройства и инструменти или ако решаването на задачата изисква използването на сложни математически методи и трудоемки изчисления.

Компютърното моделиране дава възможност да се „съживят“ изучаваните физични, химични, биологични и социални закони и да се проведат редица експерименти с модела. Но не бива да забравяме, че всички тези експерименти са много условни и тяхната образователна стойност също е много условна.

Пример. Преди практическото използване на реакцията на ядрения разпад, ядрените физици просто не знаеха за опасностите от радиацията, но първото масово използване на „постижения“ (Хирошима и Нагасаки) ясно показа как радиацията

c е опасен за хората. Физиците започват с ядрената електро-

станции, човечеството отдавна не би научило за опасностите от радиацията. Постижението на химиците в началото на миналия век - най-мощният пестицид ДДТ - дълго време се смяташе за абсолютно безопасно за хората -

В контекста на използването на мощни съвременни технологии, широко разпространеното копиране и необмисленото използване на погрешни софтуерни продукти, такива на пръв поглед високоспециализирани въпроси като адекватността на компютърния модел на реалността могат да придобият значително универсално значение.

Компютърни експерименти- това е инструмент за изучаване на модели, а не на природни или социални явления.

Следователно, едновременно с компютърен експеримент, винаги трябва да се провежда пълномащабен експеримент, така че изследователят, сравнявайки резултатите си, да може да оцени качеството на съответния модел, дълбочината на разбирането ни за същността на явленията на явление.

раждане. Не забравяйте, че физиката, биологията, астрономията, компютърните науки са науки за реалния свят, а не за виртуалната реалност.

В научните изследвания, както фундаментални, така и практически ориентирани (приложни), компютърът често действа като необходим инструмент за експериментална работа.

Компютърният експеримент най-често се свързва с:

Със сложни математически изчисления (номер
линейно моделиране);

С изграждането и изследването на визуални и/или динамични
модели микрофони (компютърно моделиране).

Под компютърен моделсе разбира като програма (или програма в комбинация със специално устройство), която осигурява симулация на характеристиките и поведението на определен обект, както и резултата от изпълнението на тази програма под формата на графични изображения (фиксирани или динамични). ), числови стойности, таблици и др.

Има структурно-функционални и симулационни компютърни модели.

Структурно-функционаленкомпютърният модел е конвенционално изображение на обект или някаква система от обекти (процеси, явления), описани с помощта на взаимосвързани компютърни таблици, блок-схеми, диаграми, графики, рисунки, анимационни фрагменти, хипертекстове и т.н., и показващи структурата на обект или неговото поведение.

Компютърен симулационен модел е отделна програма или софтуерен пакет, който позволява, използвайки последователност от изчисления и графично показване на техните резултати, да възпроизвежда (симулира) процесите на функциониране на обект, подложен на въздействието на различни случайни фактори върху него.

Компютърното моделиране е метод за решаване на проблема за анализиране или синтезиране на система (най-често сложна система) въз основа на използването на нейния компютърен модел.

Предимства на компютърното моделиранетова ли е:

Позволява ви не само да наблюдавате, но и да прогнозирате резултата от експеримент при някои специални условия;

Позволява ви да симулирате и изучавате явления, предсказани от всякакви теории;

Той е екологичен и не представлява опасност за природата и хората;

Осигурява видимост;

Наличен за ползване.

Методът на компютърното моделиране е намерил приложение в биологията, химията, социологията, екологията, физиката, икономиката, лингвистиката, правото и много други области на знанието.

Компютърното моделиране се използва широко в обучението, обучението и преквалификацията на специалисти:

За нагледно представяне на модели на явления от микрокосмоса и света с астрономически измерения;

Да симулира процеси, протичащи в света на живата и неживата природа

Да симулира реални ситуации на управление на сложни системи, включително аварийни ситуации;

Да извършва лабораторна работа при липса на необходимите уреди и инструменти;

За решаване на проблеми, ако това изисква използването на сложни математически методи и трудоемки изчисления.

Важно е да запомните, че не обективната реалност е моделирана на компютър, а нашите теоретични представи за нея. Обект на компютърното моделиране са математически и други научни модели, а не реални обекти, процеси и явления.

Компютърни експерименти- това е инструмент за изучаване на модели, а не на природни или социални явления.

Критерият за точността на всеки от резултатите от компютърното моделиране беше и остава пълномащабен (физически, химичен, социален) експеримент. В научните и практически изследвания компютърният експеримент може да придружава само естествен експеримент, така че изследователят да може да сравни

Анализирайки техните резултати, можех да оценя качеството на модела и дълбочината на разбирането ни за същността на природните явления.

Важно е да запомните, че физиката, биологията, астрономията, икономиката, компютърните науки са науки за реалния свят, а не за
виртуална реалност.

Упражнение 1

Едва ли някой би нарекъл компютърен модел писмо, написано в текстообработваща програма и изпратено по имейл.

Текстовите редактори често ви позволяват да създавате не само обикновени документи (писма, статии, доклади), но и шаблони на документи, в които има постоянна информация, която потребителят не може да промени, има полета с данни, които се попълват от потребителя, и има полета, в които се извършват изчисленията въз основа на въведените данни. Може ли такъв модел да се счита за компютърен модел? Ако е така, какъв е обектът на моделиране в този случай и каква е целта на създаването на такъв модел?

Задача 2

Знаете, че преди да можете да създадете база данни, първо трябва да изградите модел на данни. Знаете също, че алгоритъмът е модел на дейност.

Както моделите на данни, така и алгоритмите най-често се разработват с оглед на компютърната имплементация. Справедливо ли е да се каже, че в един момент те се превръщат в компютърен модел и ако е така, кога се случва това?

Забележка.Проверете отговора си спрямо определението за „компютърен модел“.

Задача 3

Опишете етапите на конструиране на компютърен модел, като използвате примера за разработване на програма, която симулира някакъв физически феномен.

Задача 4

Дайте примери кога компютърното моделиране е донесло реални ползи и кога е довело до нежелани последствия. Подгответе доклад по тази тема.

Компютърно моделиране - основата за представяне на знания в компютър. Компютърното моделиране за генериране на нова информация използва всяка информация, която може да бъде актуализирана с помощта на компютър. Напредъкът на моделирането е свързан с развитието на системи за компютърно моделиране, а напредъкът в информационните технологии е свързан с актуализирането на опита от моделирането на компютър, със създаването на банки от модели, методи и софтуерни системи, които позволяват събирането на нови модели от банкови модели.

Вид компютърно моделиране е изчислителен експеримент, т.е. експеримент, проведен от експериментатор върху изследваната система или процес с помощта на експериментален инструмент - компютър, компютърна среда, технология.

Изчислителният експеримент се превръща в нов инструмент, метод на научно познание, нова технология също поради нарастващата необходимост да се премине от изучаването на линейни математически модели на системи (за които изследователските методи и теория са доста добре известни или разработени) към изследването на сложни и нелинейни математически модели на системи (чийто анализ е много по-труден). Грубо казано, нашите знания за света около нас са линейни, но процесите в света около нас са нелинейни.

Изчислителният експеримент ви позволява да намерите нови модели, да тествате хипотези, да визуализирате хода на събитията и т.н.

За да се даде живот на нови дизайнерски разработки, да се въведат нови технически решения в производството или да се тестват нови идеи, е необходим експеримент. В близкото минало подобен експеримент можеше да се проведе или в лабораторни условия на специално създадени за това инсталации, или in situ, тоест върху реална проба от продукта, подлагайки го на всевъзможни тестове.

С развитието на компютърните технологии се появи нов уникален метод за изследване - компютърен експеримент. Компютърният експеримент включва определена последователност от работа с модел, набор от целеви потребителски действия върху компютърен модел.

Етап 4. Анализ на резултатите от симулацията.

Крайна цел моделиране - вземане на решение, което следва да се вземе на базата на цялостен анализ на получените резултати. Този етап е решаващ – или продължаваш изследването, или го завършваш. Може би знаете очаквания резултат, тогава трябва да сравните получените и очакваните резултати. Ако има съвпадение, ще можете да вземете решение.

Основата за разработване на решение са резултатите от тестове и експерименти. Ако резултатите не отговарят на целите на задачата, това означава, че са допуснати грешки на предишните етапи. Това може да бъде или прекалено опростена конструкция на информационен модел, или неуспешен избор на метод или среда за моделиране, или нарушение на технологичните техники при изграждането на модел. Ако се установят такива грешки, това е задължително настройка на модела , т.е. връщане към един от предишните етапи. Процес се повтаря до отговора на резултатите от експеримента цели моделиране. Основното нещо е винаги да помните: идентифицираната грешка също е резултат. Както гласи народната мъдрост, човек се учи от грешките.

Симулационни програми

ANSYS- универсална софтуерна система с крайни елементи ( FEM) анализът, съществуващ и развиващ се през последните 30 години, е доста популярен сред специалистите в областта на компютърното инженерство ( CAE, Computer-Aided Engineering) и FE решения на линейни и нелинейни, стационарни и нестационарни пространствени проблеми на механиката на деформируемото твърдо тяло и структурната механика (включително нестационарни геометрично и физически нелинейни проблеми на контактното взаимодействие на структурни елементи), проблеми на механиката на флуидите и газовете , топлопредаване и топлообмен, електродинамика , акустика, както и механика на свързаните полета. В някои промишлени приложения моделирането и анализът могат да избегнат скъпи и отнемащи време цикли на разработка проектиране-изграждане-тест. Системата работи на базата на геометрично ядро Парасолид .

AnyLogic - софтуерЗа симулационно моделиране сложни системиИ процеси, разработен Рускиот XJ Technologies ( Английски XJ Технологии). Програмата има графична потребителска средаи ви позволява да използвате език Javaза разработване на модел .

Моделите на AnyLogic могат да се основават на всяка от основните симулационни парадигми: симулация на дискретно събитие, системна динамика, И агентно-базирано моделиране.

Системна динамика и дискретно-събитийно (процесно) моделиране, под което разбираме всяко развитие на идеи GPSSТова са традиционни, установени подходи; моделирането, базирано на агенти, е сравнително ново. Системната динамика работи главно с непрекъснати във времето процеси, докато дискретно-събитийното и базираното на агенти моделиране работи с дискретни.

Системната динамика и моделирането на дискретни събития исторически са били преподавани на много различни групи студенти: мениджмънт, индустриални инженери и инженери на системи за управление. В резултат на това се появиха три различни, практически незастъпващи се общности, които нямат почти никаква комуникация помежду си.

Доскоро агентно-базираното моделиране беше строго академична област. Нарастващото търсене на глобална оптимизация от страна на бизнеса обаче принуди водещите анализатори да обърнат внимание специално на агентно-базираното моделиране и комбинирането му с традиционни подходи, за да се получи по-пълна картина на взаимодействието на сложни процеси от различно естество. Така се роди търсенето на софтуерни платформи, които позволяват интегрирането на различни подходи.

Сега нека да разгледаме подходите за симулация в скалата на ниво абстракция. Системната динамика, заменяща отделните обекти с техните съвкупности, предполага най-високо ниво на абстракция. Симулацията на дискретно събитие работи в нисък до среден диапазон. Що се отнася до моделирането, базирано на агенти, то може да се използва на почти всяко ниво и във всякакъв мащаб. Агентите могат да представляват пешеходци, автомобили или роботи във физическо пространство, клиент или продавач в средата или конкурентни компании във високия клас.

Когато разработвате модели в AnyLogic, можете да използвате концепции и инструменти от няколко метода за моделиране, например в модел, базиран на агент, да използвате методи на системната динамика, за да представите промени в състоянието на околната среда или да вземете под внимание дискретни събития в непрекъснато модел на динамична система. Например управлението на веригата за доставки с помощта на симулационно моделиране изисква описание на участниците във веригата за доставки от агенти: производители, продавачи, потребители, складова мрежа. В този случай производството се описва в рамките на дискретно-събитийно (процесно) моделиране, където продуктът или неговите части са приложения, а колите, влаковете, стекерите са ресурси. Самите доставки са представени като дискретни събития, но търсенето на стоки може да бъде описано чрез непрекъсната системно-динамична диаграма. Способността за смесване на подходи позволява да се опишат процеси в реалния живот, вместо да се адаптира процесът към наличния математически апарат.

LabVIEW (Английски лабораторияораторско изкуство Vвиртуален азинструментариум динженерство У orkbench) е среда за развитиеИ платформаза изпълнение на програми, създадени на фирмения графичен език за програмиране "G" Национални инструменти(САЩ). Първата версия на LabVIEW е пусната през 1986 г. за Apple Macintosh, в момента има версии за UNIX, GNU/Linux, MacOSи др., като най-разработени и популярни са версиите за Microsoft Windows.

LabVIEW се използва в системи за събиране и обработка на данни, както и за управление на технически обекти и технологични процеси. Идеологически LabVIEW е много близо до SCADA-системи, но за разлика от тях е по-фокусиран върху решаването на проблеми не толкова на терен APCS, колко в обл ASNI.

MATLAB(съкратено от Английски « Матрица лаборатория» ) е термин, отнасящ се до приложен софтуерен пакет за решаване на технически изчислителни проблеми, както и езика за програмиране, използван в този пакет. MATLABИзползван от над 1 000 000 инженери и учени, той работи на повечето модерни операционна система, включително GNU/Linux, MacOS, СоларисИ Microsoft Windows .

Клен- софтуерен пакет, система за компютърна алгебра. Това е продукт на Waterloo Maple Inc., който 1984 гпроизвежда и продава софтуерни продукти, фокусирани върху сложни математически изчисления, визуализация на данни и моделиране.

Системата Maple е предназначена за символични изчисления, въпреки че има редица инструменти за числено решение диференциални уравненияи намиране интеграли. Притежава развити графични инструменти. Има собствена програмен език, напомнящ Паскал.

Mathematica - система за компютърна алгебракомпании Wolfram Research. Съдържа много функциикакто за аналитични трансформации, така и за числени изчисления. Освен това програмата поддържа работа с графикиИ звук, включително изграждането на дву- и триизмерни графикифункции, рисуване произволно геометрични форми, импортиранеИ износизображения и звук.

Инструменти за прогнозиране- програмни продукти, които имат функции за изчисляване на прогнози. Прогнозиране- една от най-важните човешки дейности днес. Още в древни времена прогнозите са позволявали на хората да изчисляват периоди на суша, дати на слънчеви и лунни затъмнения и много други явления. С навлизането на компютърните технологии прогнозирането получи мощен тласък за развитие. Едно от първите приложения на компютрите е да се изчисли балистичната траектория на снарядите, тоест всъщност да се предвиди точката, в която снарядът ще удари земята. Този тип прогноза се нарича статиченпрогноза. Има две основни категории прогнози: статични и динамични. Основната разлика е, че динамичните прогнози предоставят информация за поведението на обекта, който се изследва за всеки значим период от време. От своя страна, статичните прогнози отразяват състоянието на обекта, който се изследва, само в един момент и като правило в такива прогнози факторът време, в който обектът претърпява промени, играе второстепенна роля. Днес има голям брой инструменти, които ви позволяват да правите прогнози. Всички те могат да бъдат класифицирани според много критерии:

Име на инструмента	Обхват на приложение	Внедрени модели	Необходимо обучение на потребителя	Готов за употреба
Microsoft Excel , OpenOffice.org	с общо предназначение	алгоритмичен, регресия	основни познания по статистика	изисква значително подобрение (внедряване на модели)
Статистика , SPSS , Електронни изгледи	изследвания	широк спектър от регресия, невронна мрежа		опакован продукт
Matlab	изследвания, разработване на приложения	алгоритмични, регресионни, невронни мрежи	специално математическо образование	изисква се програмиране
SAP APO	бизнес прогнозиране	алгоритмичен	не са необходими задълбочени познания
ForecastPro , Прогноза X	бизнес прогнозиране	алгоритмичен	не са необходими задълбочени познания	опакован продукт
Логичност	бизнес прогнозиране	алгоритмична, невронна мрежа	не са необходими задълбочени познания	изисква значителна модификация (за бизнес процеси)
ForecastPro SDK	бизнес прогнозиране	алгоритмичен	необходими са основни познания по статистика	необходимо е програмиране (интеграция със софтуер)
iLog , AnyLogic , аз мисля , MatlabSimulink , GPSS	разработка на приложения, моделиране	имитация	изисква се специално математическо образование	необходимо програмиране (за специфични области)

ПК ЛИРА- многофункционален софтуерен пакет, предназначен за проектиране и изчисляване на машиностроене и строителни конструкции за различни цели. Изчисленията в програмата се извършват както за статични, така и за динамични въздействия. Основата на изчисленията е метод на крайните елементи(FEM). Различни модули (процесори) ви позволяват да избирате и проверявате секции от стоманени и стоманобетонни конструкции, да симулирате почвата, да изчислявате мостове и поведението на сградите по време на монтаж и др.

Провежда се компютърен експеримент с модел на системата по време на нейното изследване и проектиране, за да се получи информация за характеристиките на процеса на функциониране на разглеждания обект. Основната задача на планирането на компютърни експерименти е да се получи необходимата информация за изследваната система с ограничения на ресурсите (разходи за компютърно време, памет и др.). Конкретните проблеми, решавани при планирането на компютърни експерименти, включват задачите за намаляване на компютърното време, изразходвано за моделиране, повишаване на точността и надеждността на резултатите от моделирането, проверка на адекватността на модела и др.

Ефективността на компютърните експерименти с модели значително зависи от избора на експериментален план, тъй като именно планът определя обема и реда на изчисленията на компютър, методите за натрупване и статистическа обработка на резултатите от системното моделиране . Следователно основната задача за планиране на компютърни експерименти с модел се формулира по следния начин: необходимо е да се получи информация за обекта на моделиране, определен под формата на моделиращ алгоритъм (програма), с минимален или ограничен разход на машинни ресурси за изпълнение процесът на моделиране.

Предимството на компютърните експерименти пред естествените е възможността за пълно възпроизвеждане на експериментални условия с модел на изследваната система . Значително предимство пред естествените е лекотата на прекъсване и възобновяване на компютърни експерименти, което позволява използването на последователни и евристични техники за планиране, които може да не са осъществими при експерименти с реални обекти. Когато работите с компютърен модел, винаги е възможно да прекъснете експеримента за времето, необходимо за анализ на резултатите и вземане на решения за по-нататъшния му напредък (например за необходимостта от промяна на стойностите на характеристиките на модела).

Недостатъкът на компютърните експерименти е, че резултатите от едно наблюдение зависят от резултатите от едно или повече предишни и следователно съдържат по-малко информация от независимите наблюдения.

Във връзка с база данни, компютърен експеримент означава манипулиране на данни в съответствие с дадена цел с помощта на инструменти на СУБД. Целта на експеримента може да се формира въз основа на общата цел на симулацията и като се вземат предвид изискванията на конкретния потребител. Например, има база данни „Деканат“. Общата цел на създаването на този модел е управление на образователния процес. Ако трябва да получите информация за представянето на учениците, можете да направите заявка, т.е. проведете експеримент, за да извадите необходимата информация.

Инструментите на средата на СУБД ви позволяват да извършвате следните операции с данни:

1) сортиране – подреждане на данните според определени критерии;

2) търсене (филтриране) – избор на данни, които отговарят на определено условие;

3) създаване на изчислителни полета - трансформиране на данни в друг тип въз основа на формули.

Управлението на информационния модел е неразривно свързано с разработването на различни критерии за търсене и сортиране на данни. За разлика от хартиените шкафове, където сортирането е възможно по един или два критерия и търсенето обикновено се извършва ръчно чрез сортиране на карти, компютърните бази данни ви позволяват да зададете всяка форма на сортиране по различни полета и различни критерии за търсене. Компютърът ще сортира или избере необходимата информация по зададен критерий без инвестиция във време.

За да работите успешно с информационен модел, софтуерните среди на бази данни ви позволяват да създавате изчислителни полета, в които оригиналната информация се преобразува в друга форма. Например, въз основа на семестриалните оценки, GPA на студента може да се изчисли с помощта на специална вградена функция. Такива изчислени полета се използват или като допълнителна информация, или като критерии за търсене и сортиране.

Компютърният експеримент включва два етапа: тестване (проверка на правилността на операциите) и провеждане на експеримент с реални данни.

След като създадете формули за изчислителни полета и филтри, трябва да се уверите, че работят правилно. За да направите това, можете да въведете тестови записи, за които резултатът от операцията е известен предварително.

Компютърният експеримент завършва с извеждане на резултатите в удобен за анализ и вземане на решения вид. Едно от предимствата на компютърните информационни модели е възможността за създаване на различни форми на представяне на изходна информация, наречени отчети. Всеки отчет съдържа информация, свързана с целта на конкретния експеримент. Удобството на компютърните отчети се крие във факта, че те ви позволяват да групирате информация според определени характеристики, да въведете общите полета за преброяване на записи по групи и като цяло за цялата база данни и след това да използвате тази информация за вземане на решения.

Средата ви позволява да създавате и съхранявате няколко стандартни, често използвани формуляра за отчети. Въз основа на резултатите от някои експерименти можете да създадете временен отчет, който се изтрива, след като бъде копиран в текстов документ или отпечатан. Някои експерименти изобщо не изискват докладване. Например, необходимо е да се избере най-успешният студент, който да получи повишена стипендия. За да направите това, просто сортирайте по средния резултат от оценките през семестъра. Информацията, която търсите, ще се съдържа в първия запис в списъка със студенти.