Pašvaldības autonomais

izglītības iestāde

"31. vidusskola"

Siktivkara

Datoreksperiments

vidusskolas fizikas kursā.

Reizer E.E.

Komi Republika

G .Siktivkara

SATURS:

es Ievads

II. Eksperimenta veidi un loma mācību procesā.

III. Datora lietošana fizikas stundās.

V. Secinājums.

VI. Glosārijs.

VII. Bibliogrāfija.

VIII. Lietojumprogrammas:

1. Fizikālā eksperimenta klasifikācija

2. Studentu aptaujas rezultāti

3. Datora lietošana demonstrācijas eksperimenta un problēmu risināšanas laikā

4. Datora lietošana laikā

Laboratorijas un praktiskie darbi

DATOREKSPERIMENTS

VIDUSSKOLAS FIZIKAS KURSA.

…Ir pienācis laiks apbruņoties

skolotāji ar jaunu rīku,

un rezultāts ir tūlītējs

ietekmēs nākamās paaudzes.

Potašņiks M.M.,

Krievijas Izglītības akadēmijas akadēmiķis, pedagoģijas zinātņu doktors, profesors.

es Ievads.

Fizika ir eksperimentāla zinātne. Zinātniskā darbība sākas ar novērošanu. Novērošana ir visvērtīgākā, ja tiek precīzi kontrolēti apstākļi, kas to ietekmē. Tas ir iespējams, ja apstākļi ir nemainīgi, zināmi un tos var mainīt pēc novērotāja pieprasījuma. Tiek saukta novērošana, kas veikta stingri kontrolētos apstākļos eksperiments. Un eksaktajām zinātnēm ir raksturīga organiska saikne starp novērojumiem un eksperimentu ar pētāmo objektu un procesu raksturlielumu skaitlisko vērtību noteikšanu.

Eksperiments ir zinātniskās izpētes svarīgākā daļa, kuras pamatā ir zinātniski veikts eksperiments ar precīzi ņemtiem un kontrolētiem apstākļiem. Pats vārds eksperiments cēlies no latīņu valodas eksperimentum- izmēģinājums, pieredze. Zinātniskajā valodā un pētnieciskajā darbā termins “eksperiments” parasti tiek lietots nozīmē, kas ir kopīga vairākiem saistītiem jēdzieniem: pieredze, mērķtiecīgs novērojums, zināšanu objekta reproducēšana, īpašu apstākļu organizēšana tā pastāvēšanai, prognozes pārbaude. Šis jēdziens ietver eksperimentu zinātnisku uzstādīšanu un pētāmās parādības novērošanu precīzi ņemtos apstākļos, ļaujot uzraudzīt parādību gaitu un to atjaunot katru reizi, kad šie apstākļi atkārtojas. Pats “eksperimenta” jēdziens nozīmē darbību, kuras mērķis ir radīt apstākļus konkrētas parādības īstenošanai un, ja iespējams, biežākā, t.i. to nesarežģī citas parādības. Eksperimenta galvenais mērķis ir apzināt pētāmo objektu īpašības, pārbaudīt hipotēžu pamatotību un, pamatojoties uz to, plaši un padziļināti izpētīt zinātniskās izpētes tēmu.

Pirms tamXVIIIc., kad fizika bija stundaŠo filozofiju zinātnieki uzskatīja par baļķiemzinātniskie secinājumi ir tās pamatā un tikaidomu eksperiments varētu būt partie ir pārliecinoši, veidojot uzskatupar pasaules uzbūvi, pamata fizitiskie likumi. Galileo, kuršpamatoti uzskatīts par eksperimenta tēvutal fizika, saviem laikabiedriem neko nevarēja pierādīt, veicot eksperimentus arkrītošas ​​dažādu masu bumbiņas no Pizānasdebesu tornis. "Galileo ideja izraisīja nievājošas piezīmes un apjukumu."Pārdomāts eksperimentstrīs vienādas masas ķermeņu uzvedības analīzesy, no kuriem divi bija radniecīgipavediens izrādījās viņa kolēģiempārliecinošāk nekā tiešigalīgā pieredze.

Līdzīgā veidā Galileo pierādīja inerces likuma spēkā esamību ar divām slīpām plaknēm un bumbiņām, kas pārvietojas pa tām. Viņam zināmos un atklātos likumus I.Ņūtons mēģināja pamatot savā grāmatā “Dabas filozofijas matemātiskie pamati”, izmantojot Eiklida shēmu, ieviešot uz tām balstītas aksiomas un teorēmas. Uz šīs grāmatas vāka

attēlo Zemi, kalnu (G) un lielgabals ( P) (1. att.).

Lielgabals izšauj lielgabala lodes, kas krīt dažādos attālumos no kalna atkarībā no to sākotnējā ātruma. Ar noteiktu ātrumu kodols veic pilnu apgriezienu ap Zemi. Ņūtons ar savu zīmējumu ierosināja iespēju izveidot mākslīgos Zemes pavadoņus, kas tika izveidoti vairākus gadsimtus vēlāk.

Šajā fizikas attīstības posmā bija nepieciešams domu eksperiments, jo nepieciešamo instrumentu un tehnoloģiskās bāzes trūkuma dēļ īsts eksperiments nebija iespējams. Domu eksperimentu izmantoja gan D.K.Maksvels, veidojot elektrodinamikas pamatvienādojumu sistēmu (lai gan tika izmantoti arī agrāk M. Faradeja veikto dabas eksperimentu rezultāti), gan A. Einšteins, izstrādājot relativitātes teoriju.

Tādējādi domu eksperimenti ir viena no jaunu teoriju izstrādes sastāvdaļām. Lielākā daļa fizisko eksperimentu sākotnēji tika simulēti un veikti garīgi, bet pēc tam patiesībā. Zemāk mēs sniegsim piemērus domu eksperimentiem, kuriem bija nozīmīga loma fizikas attīstībā.

5. gadsimtā BC. Filozofs Zenons radīja loģisku pretrunu starp reālām parādībām un to, ko var iegūt ar loģiskiem secinājumiem. Viņš ierosināja domu eksperimentu, kurā viņš parādīja, ka bulta nekad nenoķers pīli (2. att.).

G. Galileo savā zinātniskajā darbā ķērās pie veselā saprāta balstītas spriešanas, atsaucoties uz tā sauktajiem “mentālajiem eksperimentiem”. Aristoteļa sekotāji, atspēkojot Galileja idejas, minēja vairākus “zinātniskus” argumentus. Tomēr Galilejs bija liels polemiķis, un viņa pretargumenti bija nenoliedzami. Tā laikmeta zinātniekiem loģiskā argumentācija bija pārliecinošāka nekā eksperimentālie pierādījumi.

"Krīta" fizika, tāpat kā citas fizikas mācīšanas metodes, kas neatbilst eksperimentālajai dabas izpratnes metodei, sāka uzbrukt krievu skolai apmēram pirms 10–12 gadiem. Šajā periodā nodrošinājuma līmenis ar skolas klašu aprīkojumu nokritās zem 20% no nepieciešamā; nozare, kas ražoja izglītības aprīkojumu, praktiski pārstāja darboties; No skolu tāmēm pazuda tā dēvētā aizsargātā budžeta pozīcija “aprīkojumam”, kuru varēja tērēt tikai paredzētajam mērķim. Kad kritiskā situācija tika realizēta, apakšprogramma “Fizikas kabinets” tika iekļauta federālajā programmā “Izglītības tehnoloģijas”. Programmas ietvaros tika atjaunota klasisko iekārtu ražošana un izstrādāts mūsdienīgs skolas aprīkojums, tajā skaitā izmantojot jaunākās informācijas un datortehnoloģijas. Radikālākās izmaiņas notikušas frontālā darba iekārtās, izstrādātas un masveidā ražotas mehānikas, molekulārās fizikas un termodinamikas, elektrodinamikas un optikas aprīkojuma komplekti (skolā ir pilns šī jaunā aprīkojuma komplekts šīm sekcijām); ).

Neatkarīga eksperimenta loma un vieta fiziskās audzināšanas koncepcijā ir mainījusies: eksperiments nav tikai praktisko iemaņu attīstīšanas līdzeklis, tas kļūst par izziņas metodes apgūšanas veidu. Dators ar milzīgu ātrumu “ieplūda” skolas dzīvē.

Dators paver jaunus ceļus domāšanas attīstībā, sniedzot jaunas iespējas aktīvai mācībai. Nodarbību vadīšana, izmantojot datoru

vingrinājumi, testi un laboratorijas darbi, kā arī progresa fiksēšana kļūst efektīvāki, un milzīga informācijas plūsma kļūst viegli pieejama. Datora izmantošana fizikas stundās palīdz īstenot arī skolēna personīgās ieinteresētības principu par materiāla apguvi un daudzus citus attīstošās izglītības principus.
Taču, manuprāt, dators nevar pilnībā aizstāt skolotāju. Skolotājam ir iespēja ieinteresēt skolēnus, rosināt viņos zinātkāri, iegūt uzticību, viņš var vērst viņu uzmanību uz atsevišķiem apgūstamā priekšmeta aspektiem, atalgot viņu pūles un piespiest mācīties. Dators nekad nespēs uzņemties tādu skolotāja lomu.

Plašs ir arī datora izmantošanas klāsts ārpusstundu nodarbībās: tas veicina kognitīvās intereses veidošanos par mācību priekšmetu, paplašina patstāvīgas radošās meklēšanas iespējas skolēniem, kuri visvairāk aizraujas ar fiziku.

II. Eksperimenta veidi un loma mācību procesā.

Galvenie fizisko eksperimentu veidi:

Demonstrēšanas pieredze;

Frontālie laboratorijas darbi;

Fiziskā darbnīca;

Eksperimentāls uzdevums;

Mājas eksperimentālais darbs;

Eksperimentējiet, izmantojot datoru (jauns skats).

Demonstrācijas eksperiments ir viena no izglītojoša fiziskā eksperimenta sastāvdaļām un ir fizisku parādību reproducēšana, ko skolotājs veic uz demonstrācijas galda, izmantojot īpašus instrumentus. Tas attiecas uz ilustratīvām pieredzes mācīšanas metodēm. Demonstrācijas eksperimenta lomu mācībā nosaka eksperimenta loma fizikā un zinātnē kā zināšanu avots un tā patiesuma kritērijs, un tā spējas organizēt skolēnu izglītojošās un izziņas aktivitātes.

Demonstrācijas fiziskā eksperimenta nozīme ir šāda:

Studenti iepazīstas ar eksperimentālo zināšanu metodi fizikā, ar eksperimenta lomu fizikālajā pētniecībā (tā rezultātā veidojas zinātnisks pasaules skatījums);

Studenti attīsta dažas eksperimentēšanas prasmes: spēju novērot parādības, spēju izvirzīt hipotēzes, spēju plānot eksperimentu, spēju analizēt rezultātus, spēju noteikt attiecības starp lielumiem, spēju izdarīt secinājumus utt.

Demonstrācijas eksperiments, kas ir skaidrības līdzeklis, palīdz organizēt skolēnu uztveri par mācību materiālu, tā izpratni un iegaumēšanu; ļauj veikt audzēkņu politehnisko apmācību; palīdz vairot interesi par fizikas studijām un radīt motivāciju mācīties. Bet, kad skolotājs veic demonstrācijas eksperimentu, skolēni tikai pasīvi vēro skolotāja veikto eksperimentu, neko nedarot ar savām rokām. Tāpēc ir nepieciešami patstāvīgi studentu eksperimenti fizikā.

Fizikas mācīšana nevar tikt pasniegta tikai teorētisko nodarbību veidā, pat ja stundās skolēniem tiek rādīti fiziskie demonstrējumu eksperimenti. Visiem sensorās uztveres veidiem nodarbībās obligāti jāpievieno “darbs ar rokām”. Tas tiek sasniegts, kad studenti pabeidz laboratorijas fizikālais eksperiments, kad viņi paši montē instalācijas, veic fizisko lielumu mērījumus un veic eksperimentus. Laboratorijas nodarbības izraisa lielu studentu interesi, kas ir gluži dabiski, jo šajā gadījumā skolēns uzzina par apkārtējo pasauli, pamatojoties uz savu pieredzi un savām sajūtām.

Laboratorijas nodarbību nozīme fizikā slēpjas tajā, ka skolēnos veidojas priekšstats par eksperimenta lomu un vietu zināšanās. Veicot eksperimentus, skolēni attīsta eksperimentālās prasmes, kas ietver gan intelektuālās, gan praktiskās iemaņas. Pirmajā grupā ietilpst prasmes noteikt eksperimenta mērķi, izvirzīt hipotēzes, izvēlēties instrumentus, plānot eksperimentu, aprēķināt kļūdas, analizēt rezultātus un sastādīt atskaiti par paveikto. Otrajā grupā ietilpst prasmes izveidot eksperimentālu iestatījumu, novērot, izmērīt un eksperimentēt.

Turklāt laboratorijas eksperimenta nozīme slēpjas tajā, ka, to veicot, skolēni attīsta tādas svarīgas personības īpašības kā precizitāte darbā ar instrumentiem; tīrības un kārtības uzturēšana darba vietā, eksperimenta laikā veiktajās piezīmēs, organizācija, neatlaidība rezultātu iegūšanā. Viņi attīsta noteiktu garīgā un fiziskā darba kultūru.

- tas ir praktiskā darba veids, kad visi klases skolēni vienlaikus veic viena veida eksperimentu, izmantojot vienu un to pašu aprīkojumu. Priekšgala laboratorijas darbus visbiežāk veic studentu grupa divu cilvēku sastāvā, dažkārt ir iespēja organizēt individuālu darbu. Attiecīgi birojā jābūt 15-20 instrumentu komplektiem frontālajam laboratorijas darbam. Kopējais šādu ierīču skaits būs aptuveni tūkstotis gabalu. Frontālo laboratorijas darbu nosaukumi ir doti mācību programmā. To ir diezgan daudz, tie ir paredzēti gandrīz katram fizikas kursa tematam. Pirms darba veikšanas skolotājs identificē studentu gatavību apzināti veikt darbu, nosaka ar viņiem tā mērķi, pārrunā darba gaitu, noteikumus darbam ar instrumentiem, mērījumu kļūdu aprēķināšanas metodes. Priekšgala laboratorijas darbs pēc satura nav īpaši sarežģīts, ir cieši saistīts hronoloģiski ar pētāmo materiālu un, kā likums, ir paredzēts vienai nodarbībai. Laboratorijas darbu apraksti atrodami skolu fizikas mācību grāmatās.

Fizikas darbnīca tiek veikta ar mērķi atkārtot, padziļināt, paplašināt un vispārināt dažādās fizikas kursa tēmās iegūtās zināšanas, attīstīt un pilnveidot studentu eksperimentēšanas prasmes, izmantojot sarežģītāku aprīkojumu, sarežģītāku eksperimentu un attīstīt patstāvību problēmu risināšanā. kas saistīti ar eksperimentu. Fizikas seminārs nav saistīts ar apgūstamo materiālu, tas parasti notiek mācību gada beigās, dažreiz pirmā un otrā pusgada beigās, un tajā ir iekļauta virkne eksperimentu par pētāmo materiālu; konkrētu tēmu. Studenti veic fiziskos praktiskos darbus 2-4 cilvēku grupā, izmantojot dažādu aprīkojumu; Nākamo nodarbību laikā notiek darbu maiņa, kas tiek veikta pēc īpaši izveidota grafika. Sastādot grafiku, ņem vērā skolēnu skaitu klasē, darbnīcu skaitu, aprīkojuma pieejamību. Katrai fizikas darbnīcai ir atvēlētas divas mācību stundas, kas paredz grafikā ieviest dubultās fizikas stundas. Tas rada grūtības. Šī iemesla dēļ un nepieciešamā aprīkojuma trūkuma dēļ tiek praktizētas vienas stundas fiziskās darbnīcas. Jāpiebilst, ka priekšroka dodama divu stundu darbam, jo ​​darbnīcas darbs ir sarežģītāks par frontālo laboratorijas darbu, tos veic uz sarežģītākām iekārtām, un studentu patstāvīgās līdzdalības īpatsvars ir daudz lielāks nekā cehā. frontālais laboratorijas darbs. Katram darbam skolotājam jāsastāda instrukcija, kurā jānorāda nosaukums, mērķis, ierīču un aprīkojuma saraksts, īsa teorija, skolēniem nezināmu ierīču apraksts un darba izpildes plāns. Pēc darba pabeigšanas studentiem jāiesniedz atskaite, kurā jānorāda darba nosaukums, darba mērķis, instrumentu saraksts, instalācijas shēma vai rasējums, darba plāns, rezultātu tabula, izmantotās formulas aprēķināt lielumu vērtības, mērījumu kļūdu aprēķinus un secinājumus. Vērtējot studentu darbu darbnīcā, jāņem vērā viņu sagatavotība darbam, atskaite par darbu, prasmju attīstības līmenis, teorētiskā materiāla izpratne, izmantotās eksperimentālās pētniecības metodes.

N un šodien interese parpiem perimentāls uzdevums vēl dikti sociālu un ekonomisku iemeslu dēļĶīniešu raksturs. Pašreizējā skolas “nepietiekamā finansējuma” dēļ mēsral un fiziska novecošanās labbiroju bāze ir exvar spēlēt perimentālo uzdevumuskolai rezerves maršruta loma, kasry spēj izglābt fizisko bijušoeksperiments. Garantija tam ir pārsteigumsperfekta aprīkojuma vienkāršības kombinācijanopietnas un dziļas fizikas zināšanas,ko var novērot šo problēmu labākajos piemēros. Organiski piemērots eksperimentālsuzdevumus tradicionālajos mācību shēma skolas fizikas kursskļūst iespējams tikai tad, kad to lieto atbilstošs

tehnoloģijas.

pieradināt skolēnus patstāvīgi paplašināt stundās iegūtās zināšanas un apgūt jaunas, attīstīt eksperimentēšanas prasmes, izmantojot sadzīves priekšmetus un paštaisītas ierīces; attīstīt interesi; sniegt atgriezenisko saiti (DER laikā iegūtie rezultāti var būt problēma, kas jāatrisina nākamajā nodarbībā vai var kalpot kā materiāla pastiprinājums).

Viss iepriekš minētais galvenie veidi izglītojošs fiziskais eksperiments jāpapildina ar eksperimentu, izmantojot datoru, eksperimentālos uzdevumus un mājas eksperimentālo darbu. Iespējas dators Atļaut
variēt eksperimentālos apstākļus, patstāvīgi konstruēt instalāciju modeļus un novērot to darbību, attīstīt spēju eksperimentējastrādāt ar datoru modeļiem, veikt aprēķinus automātiski.

No mūsu viedokļa šāda veida eksperimentam ir jāpapildina izglītojošs eksperiments visos uz aktivitātēs balstītas mācīšanās posmos, jo tas veicina telpiskās iztēles un radošās domāšanas attīstību.

III . Datora lietošana fizikas stundās.

Fizika ir eksperimentāla zinātne. Grūti iedomāties fizikas studijas bez laboratorijas darbiem. Diemžēl fizikālās laboratorijas aprīkojums ne vienmēr ļauj veikt programmatiskus laboratorijas darbus, kā arī neļauj ieviest jaunus darbus, kuriem nepieciešams sarežģītāks aprīkojums. Palīgā nāk personālais dators, kas ļauj veikt diezgan sarežģītus laboratorijas darbus. Tajos skolotājs var pēc saviem ieskatiem mainīt sākotnējos eksperimentu parametrus, novērot, kā rezultātā mainās pati parādība, analizēt redzēto un izdarīt atbilstošus secinājumus.

Personālā datora izveide ir radījusi jaunas informācijas tehnoloģijas, kas būtiski uzlabo informācijas asimilācijas kvalitāti, paātrina piekļuvi tai un ļauj izmantot datortehnoloģiju visdažādākajās cilvēka darbības jomās.

Skeptiķi iebildīs, ka mūsdienās personālais multimediju dators ir pārāk dārgs, lai aprīkotu vidusskolu. Tomēr personālais dators ir progresa ideja, un progresu, kā zināms, nevar apturēt īslaicīgas ekonomiskās grūtības (palēninātas - jā, apturētas - nekad). Lai neatpaliktu no mūsdienu pasaules civilizācijas līmeņa, tas pēc iespējas būtu jāievieš arī mūsu krievu skolās.

Tātad dators no eksotiskas mašīnas pārvēršas par kārtējo tehnisko mācību līdzekli, iespējams, jaudīgāko un efektīvāko no visiem iepriekš esošajiem tehniskajiem līdzekļiem, kas bija skolotāja rīcībā.

Zināms, ka vidusskolas fizikas kursā ir sadaļas, kuru apguvei un izpratnei nepieciešama attīstīta tēlainā domāšana, spēja analizēt un salīdzināt. Pirmkārt, mēs runājam par tādām sadaļām kā “Molekulārā fizika”, dažām nodaļām “Elektrodinamika”, “Kodolfizika”, “Optika” utt. Stingri sakot, jebkurā fizikas kursa sadaļā var atrast nodaļas, kas ir grūti saprast.

Kā liecina 14 gadu darba pieredze, studentiem nav nepieciešamo domāšanas prasmju, lai dziļi izprastu šajās sadaļās aprakstītās parādības un procesus. Šādās situācijās skolotājam palīgā nāk mūsdienīgi tehniskie mācību līdzekļi un, pirmkārt, personālais dators.

Ideja par personālā datora izmantošanu dažādu fizisko parādību simulēšanai, fizisko ierīču uzbūves un darbības principa demonstrēšanai radās pirms vairākiem gadiem, tiklīdz skolā parādījās datortehnoloģijas. Jau pirmās nodarbības, izmantojot datoru, parādīja, ka ar to palīdzību ir iespējams atrisināt vairākas problēmas, kas vienmēr pastāvējušas skolas fizikas mācībā.

Uzskaitīsim dažus no tiem. Daudzas parādības nevar demonstrēt skolas fizikas klasē. Piemēram, tās ir mikropasaules parādības vai strauji notiekoši procesi, vai eksperimenti ar instrumentiem, kas neatrodas birojā. Rezultātā skolēniem ir grūtības tos apgūt, jo viņi nespēj tos garīgi iedomāties. Dators var ne tikai izveidot šādu parādību modeli, bet arī ļauj mainīt procesa apstākļus un “ritināt” to ar optimālu asimilācijas ātrumu.

Fizikas stundu neatņemama sastāvdaļa ir dažādu fizisko ierīču uzbūves un darbības principa izpēte. Parasti, pētot konkrētu ierīci, skolotājs to demonstrē, izskaidro darbības principu, izmantojot modeli vai diagrammu. Taču studentiem bieži ir grūtības iztēloties visu fizisko procesu ķēdi, kas nodrošina konkrētās ierīces darbību. Speciālās datorprogrammas ļauj “salikt” ierīci no atsevišķām daļām un dinamikā un optimālā ātrumā reproducēt tās darbības principa pamatā esošos procesus. Šajā gadījumā animāciju ir iespējams “ritināt” vairākas reizes.

Protams, datoru var izmantot arī cita veida nodarbībās: patstāvīgi apgūstot jaunu materiālu, risinot uzdevumus, kontroldarbu laikā.

Tāpat jāatzīmē, ka datoru izmantošana fizikas stundās pārvērš tās par īstu radošo procesu un dod iespēju īstenot attīstošās izglītības principus.

Daži vārdi jāsaka par datorstundu attīstību. Mums ir zināmas Voroņežas universitātē, Maskavas Valsts universitātes Fizikas un matemātikas katedrā izstrādātās programmu paketes “skolas” fizikai, un autoru rīcībā ir elektroniskā mācību grāmata uz lāzera diska “Fizika attēlos”, kurā ir kļūt plaši pazīstami. Lielākā daļa no tām ir izgatavotas profesionāli, ir skaistas grafikas, satur labas animācijas, tās ir daudzfunkcionālas, īsi sakot, tām ir daudz priekšrocību. Bet lielākoties tie neietilpst šīs konkrētās nodarbības izklāstā. Ar viņu palīdzību nav iespējams sasniegt visus skolotāja izvirzītos mērķus stundā.

Novadot savas pirmās datorstundas, nonācām pie secinājuma, ka tām nepieciešama īpaša sagatavošanās. Mēs sākām rakstīt scenārijus šādām nodarbībām, organiski “ieaužot” tajos gan reālu, gan virtuālu (tas ir, uz monitora ekrāna) eksperimentu. Īpaši gribu atzīmēt, ka dažādu parādību modelēšana nekādi neaizstāj reālus, “dzīvus” pārdzīvojumus, bet savienojumā ar tiem ļauj izskaidrot notiekošā jēgu augstākā līmenī. Mūsu darba pieredze liecina, ka šādas nodarbības izraisa patiesu interesi skolēnos un liek strādāt visiem, arī tiem bērniem, kuriem fizika ir grūta. Tajā pašā laikā manāmi paaugstinās zināšanu kvalitāte. Datora izmantošanas piemērus klasē kā PSO var turpināt diezgan ilgi.

Dators tiek plaši izmantots kā reizināšanas tehnika skolēnu testēšanai un atbilžu variantu (katram savs uzdevums) testu veikšanai. Jebkurā gadījumā ar meklēšanas programmu palīdzību skolotājs internetā var atrast daudz interesanta.

Dators ir neaizstājams palīgs ārpusstundu nodarbībās, veicot praktiskos un laboratorijas darbus, risinot eksperimentālus uzdevumus. Studenti ar to apstrādā savu mazo pētniecisko darbu rezultātus: veido tabulas, veido grafikus, veic aprēķinus, veido vienkāršus fizikālo procesu modeļus. Šāda datora lietošana attīsta prasmes patstāvīgi apgūt zināšanas, spēju analizēt rezultātus un veido fizisko domāšanu.

IV. Datora izmantošanas piemēri dažāda veida eksperimentos.

Dators kā izglītojošā eksperimentālā uzstādījuma elements tiek izmantots dažādos nodarbības posmos un gandrīz visu veidu eksperimentos (parasti demonstrācijas eksperimentos un laboratorijas darbos).

Nodarbība “Matērijas struktūra” (demonstrācijas eksperiments)

Mērķis: izpētīt vielas struktūru dažādos agregācijas stāvokļos, noteikt dažas likumsakarības ķermeņu struktūrā gāzveida, šķidrā un cietā stāvoklī.

Izskaidrojot jaunu materiālu, tiek izmantota datoranimācija, lai uzskatāmi parādītu molekulu izvietojumu dažādos agregācijas stāvokļos.

Dators ļauj parādīt pārejas procesus no viena agregācijas stāvokļa uz otru, molekulu kustības ātruma palielināšanos, palielinoties temperatūrai, difūzijas fenomenu un gāzes spiedienu.

Problēmu risināšanas nodarbība par tēmu: “Kustība leņķī pret horizontu”.

Mērķis: izpētīt ballistisko kustību, tās pielietojumu ikdienas dzīvē.

Izmantojot datoranimāciju, varat parādīt, kā mainās ķermeņa kustības trajektorija (augstums un lidojuma attālums) atkarībā no sākotnējā ātruma un krišanas leņķa. Izmantojot datoru šādā veidā, varat to paveikt dažu minūšu laikā, kas ietaupa laiku citu problēmu risināšanai un ietaupa skolēnus no katras problēmas zīmēšanas (kas viņiem nepatīk darīt).

Modelis demonstrē leņķī pret horizontāli izmesta ķermeņa kustību. Varat mainīt sākotnējo augstumu, kā arī ķermeņa ātruma lielumu un virzienu. Režīmā “Strobe” trajektorijā ar regulāriem intervāliem tiek parādīts izmestā ķermeņa ātruma vektors un tā projekcijas uz horizontālās un vertikālās ass.

Laboratorijas darbs “Izotermiskā procesa izpēte”.

Mērķis: Eksperimentāli noteikt sakarību starp spiedienu un gāzes tilpumu nemainīgā temperatūrā.

Darbu pilnībā pavada dators (nosaukums, mērķis, aprīkojuma izvēle, darba veikšanas kārtība, nepieciešamie aprēķini). Objekts ir gaiss caurulē. Tiek ņemti vērā parametri divos stāvokļos: oriģinālais un saspiests. Tiek veikti attiecīgie aprēķini. Rezultāti tiek salīdzināti un, pamatojoties uz iegūtajiem datiem, tiek izveidots grafiks.

Eksperimentālais uzdevums: skaitļa Pi noteikšana ar svēršanu.

Mērķis: noteikt Pi vērtību dažādos veidos. Nosverot, parādiet, ka tas var būt vienāds ar 3,14.

Lai veiktu darbu, no viena materiāla izgriež kvadrātu un apli tā, lai apļa rādiuss būtu vienāds ar kvadrāta malu, un šīs figūras tiek nosvērtas. Skaitli Pi aprēķina, izmantojot apļa un kvadrāta masu attiecību.

Mājas eksperiments, lai pētītu svārstību kustības īpašības.

Mērķis: nostiprināt nodarbībā iegūtās zināšanas par matemātiskā svārsta svārstību periodu un biežumu.

No improvizētiem līdzekļiem izgatavots svārsta svārsta modelis (eksperimentam uz virves ir piekārts mazs korpuss, līdzi jābūt pulkstenim ar sekunžu rādītāju). Pēc 30 svārstību skaitīšanas noteiktā laikā tiek aprēķināts periods un frekvence. Jūs varat veikt eksperimentu ar dažādiem ķermeņiem, nosakot, ka vibrāciju īpašības nav atkarīgas no ķermeņa. Un arī, veicot eksperimentu ar dažāda garuma pavedieniem, jūs varat noteikt atbilstošo atkarību. Visi mājas rezultāti jāapspriež klasē.

Eksperimentālais uzdevums: darba un kinētiskās enerģijas aprēķināšana.

Mērķis: parādīt, kā mehāniskā darba vērtība un kinētiskā enerģija ir atkarīga no dažādiem problēmas apstākļiem.

Izmantojot datoru, ļoti ātri tiek atklāta sakarība starp gravitāciju (ķermeņa svaru), vilces spēku, spēka pielikšanas leņķi un berzes koeficientu.

Modelis ilustrē mehāniskā darba jēdzienu, izmantojot piemēru par bloka kustību plaknē ar berzi ārēja spēka iedarbībā, kas vērsts noteiktā leņķī pret horizontu. Mainot modeļa parametrus (bloka masu t, berzes koeficientu, moduli un darbības spēka virzienu F ), jūs varat uzraudzīt veiktā darba apjomu, kad bloks pārvietojas, berzes spēku un ārējo spēku. Datoreksperimentā pārbaudiet, vai šo darbu summa ir vienāda ar bloka kinētisko enerģiju. Lūdzu, ņemiet vērā, ka darbs, ko veic berzes spēks A vienmēr negatīvs.

Līdzīgus uzdevumus var izmantot, lai pārraudzītu skolēnu zināšanas. Dators ļauj ātri mainīt uzdevuma parametrus, tādējādi radot lielu skaitu iespēju (krāpšana tiek novērsta). Šāda veida darba priekšrocība ir ātra pārbaude. Darbu var pārbaudīt uzreiz skolēnu klātbūtnē. Studenti gūst rezultātus un paši var novērtēt savas zināšanas.

Gatavošanās vienotajam valsts eksāmenam.

Mērķis: iemācīt bērniem ātri un pareizi atbildēt uz testa jautājumiem.

Līdz šim ir izstrādāta programma skolēnu sagatavošanai vienotā valsts eksāmena kārtošanai. Tajā ir dažādas grūtības pakāpes testa uzdevumi visām skolas fizikas kursa sadaļām.

V. Secinājums.

Fizikas mācīšana skolā ir saistīta ar pastāvīgu kursu pavadīšanu ar demonstrācijas eksperimentiem. Tomēr mūsdienu skolās eksperimentālo darbu veikšana fizikā bieži vien ir apgrūtināta mācību laika trūkuma un mūsdienīga materiāli tehniskā aprīkojuma trūkuma dēļ. Un pat tad, ja fizikas kabineta laboratorija ir pilnībā aprīkota ar nepieciešamajiem instrumentiem un materiāliem, īsts eksperiments prasa daudz vairāk laika gan sagatavošanai un veikšanai, gan darba rezultātu analīzei, turklāt tā specifikas dēļ (nozīmīgs mērījums kļūdas, nodarbības laika ierobežojumi utt.) reāls eksperiments bieži vien neapzinās savu galveno mērķi – kalpot par zināšanu avotu par fiziskajiem modeļiem un likumiem. Visas identificētās atkarības ir tikai aptuvenas, bieži vien pareizi aprēķināta kļūda pārsniedz pašas izmērītās vērtības.

Datoreksperiments var papildināt fizikas kursa “eksperimentālo” daļu un būtiski palielināt nodarbību efektivitāti. Izmantojot to, jūs varat izolēt galveno parādībā, nogriezt mazākos faktorus, identificēt modeļus, atkārtoti veikt testus ar mainīgiem parametriem, saglabāt rezultātus un atgriezties pie sava pētījuma sev ērtā laikā. Turklāt datora versijā var veikt daudz lielāku eksperimentu skaitu. Šāda veida eksperiments tiek realizēts, izmantojot konkrēta likuma, parādības, procesa utt. datormodeli. Darbs ar šiem modeļiem paver studentiem milzīgas izziņas iespējas, padarot viņus ne tikai par novērotājiem, bet arī par aktīviem dalībniekiem veicamo eksperimentu veikšanā.

Lielākā daļa interaktīvo modeļu sniedz iespējas mainīt sākotnējos parametrus un eksperimentālos apstākļus plašā diapazonā, mainot to laika skalu, kā arī simulēt situācijas, kas reālos eksperimentos nav pieejamas.

Vēl viens pozitīvs moments ir tas, ka dators sniedz unikālu, reālā fiziskā eksperimentā nerealizētu iespēju vizualizēt nevis reālu dabas parādību, bet gan tās vienkāršoto teorētisko modeli, kas ļauj ātri un efektīvi atrast novērotās parādības galvenos fiziskos likumus. . Turklāt students eksperimenta gaitā var vienlaikus novērot atbilstošo grafisko atkarību konstrukciju. Simulācijas rezultātu grafiskais attēlošanas veids ļauj skolēniem vieglāk asimilēt lielus saņemtās informācijas apjomus. Šādi modeļi ir īpaši vērtīgi, jo studentiem parasti ir ievērojamas grūtības grafiku konstruēšanā un lasīšanā.

Jāņem vērā arī tas, ka ne visus procesus, parādības, vēsturiskos eksperimentus fizikā skolēns var iedomāties bez virtuālo modeļu palīdzības (piemēram, Kārno cikls, modulācija un demodulācija, Miķelsona eksperiments fizikas ātruma mērīšanā). gaisma, Rezerforda eksperiments utt.). Interaktīvie modeļi ļauj studentam redzēt procesus vienkāršotā formā, iztēloties uzstādīšanas diagrammas un veikt eksperimentus, kas dzīvē parasti nav iespējami, piemēram, kontrolējot kodolreaktora darbību.

Mūsdienās jau ir vairāki pedagoģiskie programmatūras rīki (PPS), kas vienā vai otrā veidā satur interaktīvus modeļus fizikā. Diemžēl neviens no tiem nav tieši paredzēts izmantošanai skolā. Daži modeļi ir pārslogoti ar iespēju mainīt parametrus, jo tie tiek izmantoti universitātēs citās programmās, interaktīvais modelis ir tikai elements, kas ilustrē galveno materiālu. Turklāt modeļi ir izkaisīti pa dažādiem mācībspēkiem. Piemēram, uzņēmuma Physikon “Physics in Pictures”, lai gan tas ir visoptimālākais frontālā datora eksperimenta veikšanai, ir veidots uz novecojušām platformām un neatbalsta izmantošanu lokālajos tīklos. Citā mācību programmā, piemēram, “Open Physics” no tā paša uzņēmuma, kopā ar modeļiem ir milzīgs informācijas materiālu klāsts, ko nevar izslēgt stundu darba laikā. Tas viss būtiski apgrūtina datormodeļu izvēli un izmantošanu, vadot fizikas stundas vidusskolās.

Galvenais, lai datoreksperimenta efektīvai izmantošanai būtu nepieciešami mācībspēki, kas ir īpaši orientēti izmantošanai vidusskolā. Pēdējā laikā ir vērojama tendence veidot specializētus mācībspēkus skolām federālo projektu ietvaros, piemēram, Nacionālā personāla apmācības fonda rīkotajos konkursos izglītības programmatūras izstrādātājiem. Iespējams, tuvākajos gados vidusskolas fizikas kursos redzēsim mācībspēkus, kas vispusīgi atbalsta datoreksperimentus. Es centos visus šos punktus atklāt savā darbā.

VI. Glosārijs.

Eksperimentējiet ir sensoriski objektīva darbība zinātnē.

Fiziskais eksperiments- tā ir pētāmo parādību novērošana un analīze noteiktos apstākļos, ļaujot sekot līdzi parādību gaitai un katru reizi to radīt no jauna fiksētos apstākļos.

Demonstrācija ir fizisks eksperiments, kas attēlo fiziskas parādības, procesus, modeļus, kas tiek uztverti vizuāli.

Priekšējie laboratorijas darbi– programmas materiāla apguves procesā veiktā praktiskā darba veids, kad visi klases skolēni vienlaikus veic viena veida eksperimentu, izmantojot vienu un to pašu aprīkojumu.

Fizikas darbnīca– praktiskie darbi, ko studenti veic, pabeidzot iepriekšējās kursa sadaļas (vai gada beigās), pie sarežģītākām iekārtām, ar lielāku neatkarības pakāpi nekā priekšējās līnijas laboratorijas darbos.

Mājas eksperimentālais darbs- vienkāršākais neatkarīgais eksperiments, ko skolēni veic mājās, ārpus skolas, bez tiešiem skolotāja norādījumiem.

Eksperimentālie uzdevumi– problēmas, kurās eksperiments kalpo kā līdzeklis dažu risinājumam nepieciešamo sākotnējo lielumu noteikšanai; sniedz atbildi uz tajā uzdoto jautājumu vai ir līdzeklis, kā pārbaudīt saskaņā ar nosacījumu veiktos aprēķinus.

VII. Bibliogrāfija:

1. Bašmakovs L.I., S.N. Pozdņakovs, N.A. Rezņiks “Informācijas mācību vide”, Sanktpēterburga: “Svet”, 121.lpp., 1997.g.

2 Belostockis P.I., G. Yu, N.N. Gomulina "Datortehnoloģijas: mūsdienu fizikas un astronomijas nodarbība." Laikraksts "Fizika" Nr.20, lpp. 1999. gada 3. gads.

3. Burovs V.A. "Demonstrācijas eksperiments fizikā vidusskolā." Maskavas apgaismība 1979

4. Butikovs E.I. Klasiskās dinamikas un datormodelēšanas pamati. 7. zinātniski metodiskās konferences materiāli, Akadēmiskā ģimnāzija, Sanktpēterburga - Old Peterhof, lpp. 47, 1998.

5. Vinnitsky Yu.A., G.M. Nurmuhamedovs "Datoreksperiments vidusskolas fizikas kursā." Žurnāls "Fizika skolā" Nr.6, lpp. 42, 2006.

6. Golelovs A.A. Mūsdienu dabaszinātņu jēdzieni: mācību grāmata. Seminārs. – M.: Humanitārais izdevniecības centrs VLADOS, 1998.g

7. Kavtrevs A.F. "Datormodeļu izmantošanas metodika fizikas stundās." Piektā starptautiskā konference "Fizika mūsdienu izglītības sistēmā" (FSSO-99), tēzes, 3. sējums, Sv. Sanktpēterburga: "A.I. Hercena vārdā nosauktā Krievijas Valsts pedagoģiskās universitātes izdevniecība", lpp. 98-99, 1999.

8. Kavtrevs A.F. "Datormodeļi skolas fizikas kursā." Žurnāls "Datorrīki izglītībā", Sanktpēterburga: "Izglītības informatizācija", 12. lpp. 41-47, 1998.

9. Fizikas mācīšanas skolā teorija un metodes. Vispārīgi jautājumi. Rediģēja S.E. Kameneykogo, N.S. Puriševa. M: "Akadēmija", 2000

10. Trofimova T.I. "Fizikas kurss", red. "Augstskola", M., 1999

11. Čircovs A.S. Informācijas tehnoloģijas fizikas mācīšanā. Žurnāls "Datorrīki izglītībā", Sanktpēterburga: "Izglītības informatizācija", 12. lpp. Z, 1999. gads.

Pielikums Nr.1

Fizikālo eksperimentu klasifikācija

Pielikums Nr.2

Studentu aptaujas rezultāti.

Tika veikta aptauja 5. K, 6. A, 7. – 11. klašu skolēnu vidū par šādiem jautājumiem:

Kāda ir eksperimenta loma, studējot fiziku?

Programma ir izveidojusi 107 modeļus, kurus var izmantot, lai izskaidrotu jaunu materiālu un risinātu eksperimentālas problēmas. Es vēlētos sniegt dažus piemērus, ko izmantoju savās nodarbībās.

Fragments no nodarbības “Kodolreakcijas. Kodola skaldīšana."

Mērķis: formulēt kodolreakciju jēdzienus un demonstrēt to daudzveidību. Veidot izpratni par šo procesu būtību.

Dators tiek izmantots, skaidrojot jaunu materiālu, lai skaidrāk demonstrētu pētāmos procesus, ļauj ātri mainīt reakcijas apstākļus un ļauj atgriezties pie iepriekšējiem apstākļiem.


Šis modelis parāda

dažāda veida kodolpārveidojumi.

Kodolpārveidojumi notiek kā rezultātā

kodolu radioaktīvās sabrukšanas procesi un

kodolreakciju dēļ

kodolu šķelšanās vai saplūšana.

Kodolos notiekošās izmaiņas var tikt sadalītas

trīs grupās:

1. viena no nukleoniem izmaiņas kodolā;

   kodola iekšējās struktūras pārstrukturēšana;

   nukleonu pārkārtošanās no viena kodola uz otru.

Pirmajā grupā ietilpst dažādi beta sabrukšanas veidi, kad viens no kodola neitroniem pārvēršas par protonu vai otrādi. Pirmais (biežāk sastopamais) beta sabrukšanas veids notiek ar elektronu un elektronu antineutrino emisiju. Otrs beta sabrukšanas veids notiek vai nu ar pozitrona un elektronu neitrīno emisiju, vai arī ar elektronu uztveršanu un elektronu neitrīno emisiju (elektronu uztveršana notiek no viena no kodolam vistuvāk esošajiem elektronu apvalkiem ). Ņemiet vērā, ka brīvā stāvoklī protons nevar sadalīties par neitronu, pozitronu un elektronu neitrīno - tas prasa papildu enerģiju, ko tas saņem no kodola. Tomēr kodola kopējā enerģija samazinās, jo beta sabrukšanas procesā protons pārvēršas par neitronu. Tas notiek Kulona atgrūšanās enerģijas samazināšanās dēļ starp kodola protoniem (kuru ir mazāk).

Otrajā grupā ietilpst gamma sabrukšana, kurā kodols, kas sākotnēji bija ierosinātā stāvoklī, atbrīvo lieko enerģiju, izstaro gamma kvantu. Trešajā grupā ietilpst alfa sabrukšana (alfa daļiņas sākotnējā kodola emisija - hēlija atoma kodols, kas sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem), kodola dalīšanās (neitrona absorbcija kodolā, kam seko sadalīšanās divos vieglākos kodolos un vairāku neitronu emisija) un kodolsintēze (kad divu vieglu kodolu sadursme rada smagāku kodolu un, iespējams, atstāj aiz sevis vieglus fragmentus vai atsevišķus protonus vai neitronus).

Lūdzu, ņemiet vērā, ka alfa sabrukšanas laikā kodols piedzīvo atsitienu un ir ievērojami nobīdīts virzienā, kas ir pretējs alfa daļiņu emisijas virzienam. Tajā pašā laikā atdeve no beta samazināšanās ir daudz mazāka un mūsu modelī nav pamanāma. Tas ir saistīts ar faktu, ka elektrona masa ir tūkstošiem (un pat simtiem tūkstošu reižu - smagajiem atomiem) mazāka par kodola masu.

Fragments no nodarbības “Kodolreaktors”

Mērķis: veidot priekšstatus par kodolreaktora uzbūvi, demonstrēt tā darbību, izmantojot datoru.


Dators ļauj mainīt nosacījumus

reakciju gaita reaktorā. Pēc uzrakstu noņemšanas,

var pārbaudīt skolēnu zināšanas celtniecībā

reaktoru, parādiet nosacījumus, kādos

iespējams sprādziens.

Kodolreaktors ir ierīce

paredzēts enerģijas pārveidošanai

atoma kodolu pārvērš elektriskajā enerģijā.

Reaktora serde satur radioaktīvu vielu

viela (parasti urāns vai plutonijs).

Enerģija, kas izdalās šo sabrukšanas dēļ

atomi, silda ūdeni. Iegūtie ūdens tvaiki ieplūst tvaika turbīnā; Pateicoties tā rotācijai, elektriskajā ģeneratorā tiek ģenerēta elektriskā strāva. Siltu ūdeni pēc atbilstošas ​​attīrīšanas ielej tuvējā ūdenstilpē; No turienes reaktorā nonāk auksts ūdens. Īpašs noslēgts apvalks aizsargā vidi no nāvējošā starojuma.

Īpaši grafīta stieņi absorbē ātros neitronus. Ar viņu palīdzību jūs varat kontrolēt reakcijas gaitu. Noklikšķiniet uz pogas "Paaugstināt" (to var izdarīt tikai tad, ja ir ieslēgti sūkņi, kas sūknē aukstu ūdeni reaktorā) un ieslēdziet "Procesa nosacījumi". Kad stieņi tiks pacelti, sāksies kodolreakcija. Temperatūra T reaktora iekšienē temperatūra paaugstināsies līdz 300°C, un ūdens drīz sāks vārīties. Aplūkojot ampērmetru ekrāna labajā stūrī, var redzēt, ka reaktors ir sācis ražot elektrisko strāvu. Atbīdot stieņus atpakaļ, jūs varat apturēt ķēdes reakciju.

Pielikums Nr.4

Datora lietošana, veicot laboratorijas darbus un fiziskos vingrinājumus.

Ir 4 SD ar izstrādātiem 72 laboratorijas darbiem, kas atvieglo skolotāja darbu un padara mācību stundas interesantākas un mūsdienīgākas. Šīs izstrādes var izmantot, vadot fizikas darbnīcu, jo Dažu no tām tēmas pārsniedz skolas mācību programmas darbības jomu. Šeit ir daži piemēri. Nosaukums, mērķis, aprīkojums, soli pa solim darba izpilde - tas viss tiek projicēts uz ekrāna, izmantojot datoru.


Laboratorijas darbs: “Izobāriskā procesa izpēte”.

Mērķis: eksperimentāli noteikt attiecības starp apjomu un

noteiktas masas gāzes temperatūra tās dažādās

štatos.

Aprīkojums: paplāte, caurule - tvertne ar diviem krāniem,

termometrs, kalorimetrs, mērlente.

Pētījuma objekts ir gaiss caurulē -

tvertne. Sākotnējā stāvoklī tā apjomu nosaka

caurules iekšējā dobuma garums. Caurule tiek ievietota spolē kalorimetrā, augšējais vārsts ir atvērts. Ielejiet kalorimetrā ūdeni 55 0 - 60 0 C. Novērojiet burbuļu veidošanos. Tie veidosies, līdz ūdens un gaisa temperatūra caurulē būs vienāda. Temperatūra tiek mērīta ar laboratorijas termometru. Gaiss tiek pārnests uz otro stāvokli, kalorimetrā ielejot aukstu ūdeni. Pēc termiskā līdzsvara noteikšanas mēra ūdens temperatūru. Otrajā stāvoklī tilpumu mēra pēc tā garuma mēģenē (sākotnējais garums mīnus ievadītā ūdens garums).

Zinot gaisa parametrus divos stāvokļos, tiek izveidots savienojums starp tā tilpuma izmaiņām un temperatūras izmaiņām nemainīgā spiedienā.

Nodarbība - darbnīca: “Virsmas spraiguma koeficienta mērīšana.

Mērķis: praktizēt vienu no virsmas spraiguma koeficienta noteikšanas paņēmieniem.

Aprīkojums: svari, paplāte, stikls, pilinātājs ar ūdeni.

Pētījuma objekts ir ūdens. Svari ir novietoti darba stāvoklī un līdzsvaroti. Tos izmanto, lai noteiktu stikla masu. No pelnu trauka glāzē pil aptuveni 60 - 70 ūdens pilieni. Nosakiet glāzes ūdens masu. Stikla masas starpību izmanto, lai noteiktu ūdens masu. Zinot pilienu skaitu, jūs varat noteikt viena piliena masu. Pilinātāja cauruma diametrs ir norādīts uz tā kapsulas. Formula aprēķina ūdens virsmas spraiguma koeficientu. Salīdziniet iegūto rezultātu ar tabulas vērtību.

Spēcīgiem studentiem jūs varat ieteikt veikt papildu eksperimentus ar augu eļļu.

L. V. Pigaļicins,
, www.levpi.narod.ru, Pašvaldības izglītības iestādes 2. vidusskola, Dzeržinska, Ņižņijnovgorodas apgabals.

Datora fiziskais eksperiments

4. Skaitļošanas datoreksperiments

Skaitļošanas eksperimenta pagriezieni
neatkarīgā zinātnes jomā.
R.G. Efremovs, fizikas un matemātikas zinātņu doktors

Skaitļošanas datoreksperiments daudzējādā ziņā ir līdzīgs parastajam (pilna mēroga) eksperimentam. Tas ietver eksperimentu plānošanu, eksperimentālas sistēmas izveidi, kontroles testu veikšanu, eksperimentu sērijas veikšanu, eksperimentālo datu apstrādi, to interpretāciju utt. Tomēr tas tiek veikts nevis uz reālu objektu, bet gan uz tā matemātiskā modeļa lomu, ko veic dators, kas aprīkots ar īpašu programmu.

Arvien populārāka kļūst skaitļošanas eksperimentēšana. To praktizē daudzos institūtos un universitātēs, piemēram, Maskavas Valsts universitātē. M.V. Lomonosovs, MPGU, Citoloģijas un ģenētikas institūts SB RAS, Molekulārās bioloģijas institūts RAS uc Zinātnieki jau var iegūt svarīgus zinātniskus rezultātus bez reāla, “slapja” eksperimenta. Šim nolūkam ir ne tikai datora jauda, ​​bet arī nepieciešamie algoritmi un, pats galvenais, izpratne. Ja iepriekš viņi sadalīja - in vivo, in vitro, – tad tagad ir pievienots vairāk in silico. Faktiski skaitļošanas eksperiments kļūst par neatkarīgu zinātnes jomu.

Šāda eksperimenta priekšrocības ir acīmredzamas. Tas, kā likums, ir lētāks nekā dabīgs. To var viegli un droši iejaukties. To var atkārtot un pārtraukt jebkurā laikā. Šis eksperiments var simulēt apstākļus, kurus nevar izveidot laboratorijā. Tomēr ir svarīgi atcerēties, ka skaitļošanas eksperiments nevar pilnībā aizstāt pilna mēroga eksperimentu, un nākotne ir to saprātīgā kombinācijā. Skaitļošanas datoreksperiments kalpo kā tilts starp dabisko eksperimentu un teorētiskajiem modeļiem. Skaitliskās modelēšanas sākumpunkts ir aplūkojamās fiziskās sistēmas idealizēta modeļa izstrāde.

Apskatīsim vairākus skaitļošanas fizisko eksperimentu piemērus.

Inerces moments. Darbā “Atvērtā fizika” (2.6, 1. daļa) ir interesants skaitļošanas eksperiments, lai atrastu stingra ķermeņa inerces momentu, izmantojot sistēmas piemēru, kas sastāv no četrām bumbiņām, kas savērtas uz vienas adāmadatas. Jūs varat mainīt šo bumbiņu stāvokli uz adāmadatas, kā arī izvēlēties rotācijas ass pozīciju, izvelkot to gan caur adāmadatas centru, gan caur tās galiem. Katram lodīšu izvietojumam studenti aprēķina inerces momenta vērtību, izmantojot Šteinera teorēmu par griešanās ass paralēlo translāciju. Datus aprēķiniem nodrošina skolotājs. Pēc inerces momenta aprēķināšanas programmā tiek ievadīti dati un tiek pārbaudīti studentu iegūtie rezultāti.

"Melnā kaste". Lai īstenotu skaitļošanas eksperimentu, es un mani studenti izveidojām vairākas programmas elektriskās “melnās kastes” satura pētīšanai. Tajā var būt rezistori, kvēlspuldzes, diodes, kondensatori, spoles utt.

Izrādās, ka dažos gadījumos ir iespējams, neatverot “melno kasti”, noskaidrot tās saturu, pieslēdzot ieejai un izvadei dažādas ierīces. Protams, skolas līmenī to var izdarīt vienkāršam trīs vai četru termināļu tīklam. Šādi uzdevumi attīsta skolēnu iztēli, telpisko domāšanu un radošumu, nemaz nerunājot par to, ka to risināšana prasa dziļas un pamatīgas zināšanas. Tāpēc nav nejaušība, ka daudzās Vissavienības un starptautiskajās fizikas olimpiādēs kā eksperimentālas problēmas tiek piedāvāta “melno kastu” izpēte mehānikā, siltumā, elektrībā un optikā.

Speciālajos kursos es veicu trīs reālus laboratorijas darbus “melnajā kastē”:

– tikai rezistori;

– rezistori, kvēlspuldzes un diodes;

– rezistori, kondensatori, spoles, transformatori un svārstību ķēdes.

Strukturāli “melnās kastes” ir veidotas tukšās sērkociņu kastītēs. Kastes iekšpusē ir ievietota elektriskā ķēde, un pati kaste ir aizzīmogota ar lenti. Pētījumi tiek veikti, izmantojot instrumentus - avometrus, ģeneratorus, osciloskopus utt., jo Lai to izdarītu, jums ir jāizveido strāvas-sprieguma raksturlielums un frekvences reakcija. Studenti ievada instrumentu rādījumus datorā, kas apstrādā rezultātus un uzzīmē strāvas-sprieguma raksturlielumu un frekvences reakciju. Tas ļauj skolēniem noskaidrot, kuras daļas atrodas melnajā kastē, un noteikt to parametrus.

Veicot priekšējās līnijas laboratorijas darbu ar “melnajām kastēm”, grūtības rodas instrumentu un laboratorijas aprīkojuma trūkuma dēļ. Patiešām, lai veiktu pētījumus, ir nepieciešami, teiksim, 15 osciloskopi, 15 skaņas ģeneratori utt., t.i. 15 dārga aprīkojuma komplekti, kuru vairumam skolu nav. Un šeit palīgā nāk virtuālās “melnās kastes” - atbilstošās datorprogrammas.

Šo programmu priekšrocība ir tāda, ka pētījumus var veikt vienlaikus visa klase. Piemēram, apsveriet programmu, kas izmanto nejaušo skaitļu ģeneratoru, lai ieviestu “melnās kastes”, kurās ir tikai rezistori. Darbvirsmas kreisajā pusē ir “melnā kaste”. Tajā ir elektriskā ķēde, kas sastāv tikai no rezistoriem, kurus var novietot starp punktiem A, B, C Un D.

Studenta rīcībā ir trīs ierīces: barošanas avots (tā iekšējā pretestība tiek pieņemta vienāda ar nulli, lai vienkāršotu aprēķinus, un emf tiek nejauši ģenerēts programmā); voltmetrs (iekšējā pretestība ir bezgalība); ampērmetrs (iekšējā pretestība ir nulle).

Kad programma tiek palaista, “melnajā kastē” nejauši tiek ģenerēta elektriskā ķēde, kurā ir no 1 līdz 4 rezistoriem. Students var veikt četrus mēģinājumus. Pēc jebkura taustiņa nospiešanas viņam tiek lūgts jebkurā secībā savienot jebkuru no piedāvātajām ierīcēm ar “melnās kastes” spailēm. Piemēram, viņš pieslēdzās termināļiem AB strāvas avots ar EMF = 3 V (EMF vērtību programma ģenerēja nejauši, šajā gadījumā tā izrādījās 3 V). Uz termināļiem CD Pieslēdzu voltmetru, un tā rādījumi izrādījās 2,5 V. No tā jāsecina, ka “melnajā kastē” ir vismaz sprieguma dalītājs. Lai turpinātu eksperimentu, voltmetra vietā varat pievienot ampērmetru un nolasīt rādījumus. Šie dati acīmredzami nav pietiekami, lai atrisinātu noslēpumu. Tāpēc var veikt vēl divus eksperimentus: strāvas avots ir savienots ar spailēm CD, un voltmetrs un ampērmetrs - uz spailēm AB. Ar iegūtajiem datiem šajā gadījumā pietiks, lai atšķetinātu “melnās kastes” saturu. Skolēns uz papīra uzzīmē diagrammu, aprēķina rezistoru parametrus un rezultātus parāda skolotājam.

Skolotājs, pārbaudījis darbu, programmā ievada atbilstošo kodu, un uz darbvirsmas parādās ķēde, kas atrodas šajā “melnajā kastē”, un rezistoru parametri.

Programmu rakstīja mani studenti BASIC. Lai to palaistu Windows XP vai iekšā Windows Vista varat izmantot emulatora programmu DOS, Piemēram, DosBox. Varat to lejupielādēt no manas vietnes www.physics-computer.by.ru.

Ja “melnās kastes” iekšpusē ir nelineāri elementi (kvēlspuldzes, diodes utt.), Papildus tiešajiem mērījumiem būs jāveic strāvas-sprieguma raksturlielums. Šim nolūkam ir nepieciešams strāvas avots, spriegums, kura izejās var mainīt spriegumu no 0 uz noteiktu vērtību.

Lai pētītu induktivitātes un kapacitātes, ir nepieciešams noņemt frekvences reakciju, izmantojot virtuālo skaņas ģeneratoru un osciloskopu.

Ātruma selektors. Apskatīsim citu programmu no “Open Physics” (2.6, 2. daļa), kas ļauj veikt skaitļošanas eksperimentu ar ātruma selektoru masas spektrometrā. Lai noteiktu daļiņas masu, izmantojot masas spektrometru, ir jāveic iepriekšēja lādētu daļiņu atlase pēc ātruma. Šim nolūkam kalpo t.s ātruma selektori.

Vienkāršākajā ātruma selektorā lādētas daļiņas pārvietojas krustotos viendabīgos elektriskajos un magnētiskajos laukos. Starp plakanā kondensatora plāksnēm tiek izveidots elektriskais lauks, un elektromagnēta spraugā tiek izveidots magnētiskais lauks. sākuma ātrums υ lādētās daļiņas ir vērstas perpendikulāri vektoriem E Un IN .

Uzlādētu daļiņu iedarbojas divi spēki: elektriskais spēks q E un Lorenca magnētiskais spēks q υ × B . Noteiktos apstākļos šie spēki var precīzi līdzsvarot viens otru. Šajā gadījumā uzlādētā daļiņa pārvietosies vienmērīgi un taisni. Pēc izlidošanas caur kondensatoru daļiņa izies caur nelielu caurumu ekrānā.

Daļiņas taisnās trajektorijas stāvoklis nav atkarīgs no daļiņas lādiņa un masas, bet ir atkarīgs tikai no tās ātruma: qE = qυB→υ = E/B.

Datora modelī var mainīt elektriskā lauka intensitātes E, magnētiskā lauka indukcijas vērtības B un sākotnējais daļiņu ātrums υ . Ātruma atlases eksperimentus var veikt elektroniem, protoniem, alfa daļiņām un pilnībā jonizētiem urāna-235 un urāna-238 atomiem. Skaitļošanas eksperiments šajā datormodelī tiek veikts šādi: studenti tiek informēti par to, kura lādētā daļiņa ielido ātruma selektorā, elektriskā lauka intensitāti un daļiņas sākotnējo ātrumu. Studenti aprēķina magnētiskā lauka indukciju, izmantojot iepriekš minētās formulas. Pēc tam dati tiek ievadīti programmā un tiek novērots daļiņas lidojums. Ja daļiņa lido horizontāli ātruma selektora iekšpusē, tad aprēķini tiek veikti pareizi.

Sarežģītākus skaitļošanas eksperimentus var veikt, izmantojot bezmaksas pakotni "MODEL VISION for WINDOWS". Plastmasas maisiņš ModelVisionStudium (MVS) ir integrēts grafiskais apvalks, lai ātri izveidotu sarežģītu dinamisku sistēmu interaktīvus vizuālos modeļus un veiktu skaitļošanas eksperimentus ar tiem. Pakotni izstrādāja Sanktpēterburgas Valsts tehniskās universitātes Tehniskās kibernētikas fakultātes Izkliedēto skaitļošanas un datortīklu katedras Eksperimentālo objektu tehnoloģiju pētniecības grupa. Brīvi pieejama bezmaksas pakotnes versija MVS 3.0 ir pieejams vietnē www.expponenta.ru. Vides simulācijas tehnoloģija MVS ir balstīta uz virtuālās laboratorijas stenda koncepciju. Lietotājs uz stenda novieto simulētās sistēmas virtuālos blokus. Modeļa virtuālie bloki tiek atlasīti no bibliotēkas vai atkārtoti izveidoti lietotājam. Plastmasas maisiņš MVS ir paredzēts, lai automatizētu skaitļošanas eksperimenta galvenos posmus: pētāmā objekta matemātiskā modeļa konstruēšanu, modeļa programmatūras realizācijas ģenerēšanu, modeļa īpašību izpēti un rezultātu prezentēšanu analīzei ērtā formā. Pētāmais objekts var piederēt nepārtrauktu, diskrētu vai hibrīdu sistēmu klasei. Pakete ir vislabāk piemērota sarežģītu fizisko un tehnisko sistēmu izpētei.

Kā piemērs Apskatīsim diezgan populāru problēmu. Ļaujiet materiālam punktam izmest noteiktā leņķī pret horizontālo plakni un absolūti elastīgi saskarties ar šo plakni. Šis modelis ir kļuvis gandrīz obligāts modelēšanas pakotņu demo komplektā. Patiešām, šī ir tipiska hibrīda sistēma ar nepārtrauktu uzvedību (lidojums gravitācijas laukā) un diskrētiem notikumiem (atlēcieniem). Šis piemērs ilustrē arī objektorientēto pieeju modelēšanai: atmosfērā lidojoša bumba ir bezgaisa telpā lidojošas bumbiņas pēctecis un automātiski pārmanto visas kopīgās iezīmes, vienlaikus pievienojot savas īpašības.

Pēdējais, pēdējais, no lietotāja viedokļa, modelēšanas posms ir skaitļošanas eksperimenta rezultātu prezentācijas formas aprakstīšanas posms. Tās var būt tabulas, grafiki, virsmas un pat animācijas, kas ilustrē rezultātus reāllaikā. Tādējādi lietotājs faktiski novēro sistēmas dinamiku. Punkti fāzu telpā, lietotāja zīmēti dizaina elementi var pārvietoties, krāsu shēma var mainīties, un lietotājs var uz ekrāna uzraudzīt, piemēram, apkures vai dzesēšanas procesus. Izveidotajās pakotnēs modeļa programmatūras ieviešanai ir iespējams nodrošināt īpašus logus, kas ļauj skaitļošanas eksperimenta gaitā mainīt parametru vērtības un uzreiz redzēt izmaiņu sekas.

Liels darbs pie fizisko procesu vizuālās modelēšanas MVS notika Maskavas Valsts pedagoģiskajā universitātē. Tur ir izstrādāti virkne virtuālu darbu vispārējās fizikas kursam, ko var saistīt ar reālām eksperimentālām instalācijām, kas ļauj vienlaicīgi uz displeja reāllaikā vērot gan reālā fiziskā procesa, gan reālā fiziskā procesa parametru izmaiņas. tā modeļa parametrus, skaidri parādot tā atbilstību. Kā piemēru es minu septiņus laboratorijas darbus par mehāniku no laboratorijas darbnīcas atvērtās izglītības interneta portālā, kas atbilst esošajiem valsts izglītības standartiem specialitātē “Fizikas skolotājs”: taisnās kustības izpēte, izmantojot Atwood mašīnu; lodes ātruma mērīšana; harmonisko vibrāciju pievienošana; velosipēda riteņa inerces momenta mērīšana; stingra ķermeņa rotācijas kustības izpēte; brīvā kritiena paātrinājuma noteikšana, izmantojot fizisko svārstu; fizikālā svārsta brīvo svārstību izpēte.

Pirmie seši ir virtuāli un tiek simulēti datorā ModelVisionStudiumFree, un pēdējam ir gan virtuālā versija, gan divas reālas. Vienā, kas paredzēts tālmācībai, skolēnam patstāvīgi jāizgatavo svārsts no liela papīra saspraudes un dzēšgumijas un, pakarinot to zem datorpeles kāta bez lodītes, jāiegūst svārsts, kura novirzes leņķis tiek nolasīts. ar speciālu programmu un skolēnam jāizmanto, apstrādājot eksperimenta rezultātus. Šī pieeja ļauj dažas eksperimentālajam darbam nepieciešamās prasmes praktizēt tikai datorā, bet pārējās - strādājot ar pieejamām reālām ierīcēm un ar attālu piekļuvi iekārtām. Citā variantā, kas paredzēts pilna laika studentu mājas sagatavošanai laboratorijas darbu veikšanai Maskavas Valsts pedagoģiskās universitātes Fizikas fakultātes Vispārējās un eksperimentālās fizikas katedras darbnīcā, students praktizē iemaņas darbā ar eksperimentālo iekārtu virtuālo modeli, un laboratorijā vienlaikus veic eksperimentu ar konkrētu reālu iestatījumu un ar tā virtuālo modeli. Vienlaikus viņš izmanto gan tradicionālos mērinstrumentus optiskās skalas un hronometra veidā, gan precīzākus un ātrākas darbības līdzekļus - pārvietošanās sensoru uz optiskās peles bāzes un datora taimeri. Visu trīs vienas un tās pašas parādības atveidojumu (tradicionālo, ar datoru saistīto elektronisko sensoru palīdzību un modeli) vienlaicīga salīdzināšana ļauj izdarīt secinājumu par modeļa atbilstības robežām, sākot datormodelēšanas datus. pēc kāda laika arvien vairāk atšķirties no rādījumiem, kas filmēti uz īstas instalācijas.

Iepriekš minētais neizsmeļ datora izmantošanas iespējas fiziskās skaitļošanas eksperimentā. Tātad radošam skolotājam un viņa audzēkņiem vienmēr būs neizmantotas iespējas virtuālo un reālo fizisko eksperimentu jomā.

Ja jums ir kādi komentāri vai ieteikumi par dažāda veida fiziskiem datora eksperimentiem, lūdzu, rakstiet man uz:

Mūsdienu datoram ir daudz pielietojumu. Starp tiem, kā zināms, datora kā informācijas procesu automatizēšanas līdzekļa iespējām ir īpaša nozīme. Bet ne mazāk nozīmīgas ir tās iespējas kā rīks eksperimentālo darbu veikšana un tā rezultātu analīze.

Skaitļošanas eksperiments zinātnē ir pazīstama jau sen. Atcerieties planētas Neptūna atklāšanu “pildspalvas galā”. Bieži vien zinātnisko pētījumu rezultāti tiek uzskatīti par ticamiem tikai tad, ja tos var uzrādīt matemātisko modeļu veidā un apstiprināt ar matemātiskiem aprēķiniem. Turklāt tas attiecas ne tikai uz fiziku

vai tehniskais dizains, bet arī socioloģija, valodniecība, mārketings - tradicionāli humanitārās disciplīnas, kas ir tālu no matemātikas.

Skaitļošanas eksperiments ir teorētiska izziņas metode. Šīs metodes attīstība ir skaitliskā modelēšana- salīdzinoši jauna zinātniska metode, kas ir kļuvusi plaši izplatīta, pateicoties datoru parādīšanās.

Skaitliskā modelēšana tiek plaši izmantota gan praksē, gan zinātniskajos pētījumos.

Piemērs. Neveidojot matemātiskos modeļus un neveicot dažādus aprēķinus par pastāvīgi mainīgiem datiem, kas nāk no mērinstrumentiem, automātisko ražošanas līniju, autopilotu, izsekošanas staciju un automātiskās diagnostikas sistēmu darbība nav iespējama. Turklāt, lai nodrošinātu sistēmu uzticamību, aprēķini jāveic reāllaikā, un to kļūdas var sasniegt miljonās procentus.

Piemērs. Mūsdienu astronomu bieži var redzēt nevis pie teleskopa okulāra, bet gan datora displeja priekšā. Un ne tikai teorētiķis, bet arī vērotājs. Astronomija ir neparasta zinātne. Viņa, kā likums, nevar tieši eksperimentēt ar izpētes objektiem. Astronomi tikai “spiego” un “noklausās” dažāda veida starojumu (elektromagnētisko, gravitācijas, neitrīno vai kosmisko staru plūsmas). Tas nozīmē, ka jums jāiemācās iegūt pēc iespējas vairāk informācijas no novērojumiem un reproducēt tos aprēķinos, lai pārbaudītu hipotēzes, kas apraksta šos novērojumus. Datoru pielietojumi astronomijā, tāpat kā citās zinātnēs, ir ārkārtīgi dažādi. Tas ietver novērojumu automatizāciju un to rezultātu apstrādi (astronomi attēlus redz nevis okulārā, bet gan monitorā, kas savienots ar īpašiem instrumentiem). Datori ir nepieciešami arī darbam ar lieliem katalogiem (zvaigznes, spektrālās analīzes, ķīmiskie savienojumi utt.).

Piemērs. Ikviens zina izteicienu "vētra tējas tasē". Lai detalizēti izpētītu tik sarežģītu hidrodinamisko procesu kā vētra, nepieciešams izmantot sarežģītas skaitliskās modelēšanas metodes. Tāpēc lielos hidrometeoroloģiskajos centros ir jaudīgi datori: datora procesora kristālā “izspēlējas vētra”.

Pat ja veicat ne pārāk sarežģītus aprēķinus, bet tie ir jāatkārto miljons reižu, labāk ir uzrakstīt programmu vienu reizi, un dators to atkārtos tik reižu, cik nepieciešams (ierobežojums, protams, būs datora ātrumu).

Skaitliskā modelēšana var būt neatkarīga izpētes metode, ja interesē tikai dažu rādītāju vērtības (piemēram, ražošanas izmaksas vai galaktikas integrālais spektrs), bet biežāk tā darbojas kā viens no datora konstruēšanas līdzekļiem. modeļi šī termina plašākā nozīmē.

Vēsturiski pirmie darbi datormodelēšanas jomā bija saistīti ar fiziku, kur tika risināta vesela hidraulikas, filtrācijas, siltuma pārneses un siltuma apmaiņas, cietvielu mehānikas u.c. problēmas, izmantojot skaitlisko modelēšanu. Modelēšana galvenokārt bija sarežģītu nelineāru uzdevumu risināšana matemātiskā fizika un būtībā, protams, bija matemātiskā modelēšana. Matemātiskās modelēšanas panākumi fizikā veicināja tās paplašināšanu, iekļaujot problēmas ķīmijā, elektroenerģētikā un bioloģijā, un modelēšanas shēmas pārāk neatšķīrās viena no otras. Uz modelēšanas pamata atrisināto problēmu sarežģītību ierobežoja tikai pieejamo datoru jauda. Šis modelēšanas veids joprojām ir plaši izplatīts. Turklāt, izstrādājot skaitlisko modelēšanu, ir uzkrātas veselas apakšprogrammu un funkciju bibliotēkas, kas atvieglo pielietojumu un paplašina modelēšanas iespējas. Un tomēr šobrīd jēdziens “datormodelēšana” parasti tiek asociēts nevis ar fundamentālām dabaszinātņu disciplīnām, bet gan galvenokārt ar sarežģītu sistēmu sistēmu analīzi no kibernētikas (tas ir no vadības, pašpārvaldes) viedokļa. , pašorganizēšanās). Un tagad datormodelēšana tiek plaši izmantota bioloģijā, makroekonomikā, automatizētu vadības sistēmu izveidē utt.

Piemērs. Atcerieties iepriekšējā punktā aprakstīto Piažē eksperimentu. To, protams, varēja veikt nevis ar reāliem objektiem, bet gan ar animētu attēlu displeja ekrānā. Bet rotaļlietu kustību varēja filmēt parastajā filmā un parādīt TV. Vai šajā gadījumā datora lietošanu ir pareizi saukt par datorsimulāciju?

Piemērs. Vertikāli uz augšu vai leņķī pret horizontu izmesta ķermeņa lidojuma modelis ir, piemēram, ķermeņa augstuma grafiks atkarībā no laika. Jūs varat to uzbūvēt

a) uz papīra lapas, punktēts;

b) grafiskā redaktorā tajos pašos punktos;

c) izmantojot biznesa grafikas programmu, piemēram, in
izklājlapas;

d) rakstot programmu, kas ne tikai parāda
brūces lidojuma trajektoriju, bet arī ļauj iestatīt dažādas
ny sākotnējie dati (slīpuma leņķis, sākotnējais ātrums
izaugsme).

Kāpēc jūs nevēlaties saukt opciju b) par datora modeli, bet opcijas c) un d) pilnībā atbilst šim nosaukumam?

Zem datora modelis bieži attiecas uz programmu (vai programmu plus īpašu ierīci), kas nodrošina konkrēta objekta īpašību un uzvedības imitāciju. Šīs programmas rezultātu sauc arī par datora modeli.

Specializētajā literatūrā termins “datormodelis” ir stingrāk definēts šādi:

Objekta vai kādas objektu sistēmas (procesu, parādību) parasts attēls, kas aprakstīts, izmantojot savstarpēji saistītas datoru tabulas, blokshēmas, diagrammas, grafikus, zīmējumus, animācijas fragmentus, hipertekstus utt., un attēlojot struktūru (elementus un attiecības starp tiem ) no objekta. Šāda veida datoru modeļus sauc strukturāli un funkcionāli;

Atsevišķa programma vai programmu kopums, kas ļauj, izmantojot aprēķinu secību un to rezultātu grafisku attēlojumu, reproducēt (simulēt) objekta funkcionēšanas procesus, pakļaujoties dažādu, parasti nejaušu, faktoru ietekmei uz to. . Tādus modeļus sauc imitācija.

Datoru modeļi var būt vienkārši vai sarežģīti. Mācoties programmēt vai veidojot datu bāzi, jūs daudzkārt esat veidojis vienkāršus modeļus. Trīsdimensiju grafikas sistēmās, ekspertu sistēmās un automatizētās vadības sistēmās tiek veidoti un izmantoti ļoti sarežģīti datoru modeļi.

Piemērs. Ideja izveidot cilvēka darbības modeli, izmantojot datoru, nav jauna, un ir grūti atrast darbības jomu, kurā tas nav mēģināts. Ekspertu sistēmas ir datorprogrammas, kas, pamatojoties uz uzkrātajām zināšanām, kas veido zināšanu bāzi, simulē cilvēka eksperta darbību, risinot problēmas jebkurā mācību jomā. ES atrisināt garīgās aktivitātes modelēšanas problēmu. Modeļu sarežģītības dēļ ES izstrāde parasti ilgst vairākus gadus.

Mūsdienu ekspertu sistēmām papildus zināšanu bāzei ir arī precedentu bāze - piemēram, reālu cilvēku aptaujas rezultāti un informācija par viņu darbības turpmākajiem panākumiem/neveiksmēm. Piemēram, Ņujorkas policijas ekspertu sistēmas precedentu bāze ir 786 000 cilvēki, Hobiju centrs (uzņēmuma personāla politika) - 512 000 cilvēku, un, pēc šī centra speciālistu teiktā, viņu izstrādātā ES ar gaidīto precizitāti sāka strādāt tikai tad, kad bāze pārsniedza 200 000 cilvēks, radīšanai bija nepieciešami 6 gadi.

Piemērs. Progress datorgrafikas izveidē ir virzījies no trīsdimensiju modeļu rāmja attēliem ar vienkāršiem pustoņu attēliem līdz moderniem reālistiskiem attēliem, kas ir mākslas piemēri. Tas izrietēja no panākumiem, precīzāk definējot modelēšanas vidi. Caurspīdība, atstarošana, ēnas, apgaismojuma modeļi un virsmas īpašības ir dažas no jomām, kurās pētnieku grupas smagi strādā, pastāvīgi izstrādājot jaunus algoritmus, lai radītu arvien reālistiskākus mākslīgos attēlus. Mūsdienās šīs metodes tiek izmantotas arī augstas kvalitātes animācijas veidošanai.

Praktiskās vajadzības V datormodelēšana rada izaicinājumus aparatūras izstrādātājiem līdzekļus dators. Tas ir, metode aktīvi ietekmē ne tikai jaunu rašanos un jaunas programmas Bet Un ieslēgts attīstību tehniskajiem līdzekļiem.

Piemērs. Cilvēki pirmo reizi sāka runāt par datoru hologrāfiju 80. gados. Tātad datorizētās projektēšanas sistēmās, ģeogrāfiskās informācijas sistēmās būtu jauki ne tikai aplūkot interesējošo objektu trīsdimensiju formā, bet arī attēlot to pagriežamas hologrammas veidā, sasvērās un ieskatījās tajā iekšā. Lai izveidotu hologrāfisku attēlu, kas ir noderīgs reālās lietojumprogrammās, jums ir nepieciešams

hologrāfisks

Bildes

displejus ar gigantisku pikseļu skaitu – līdz pat miljardam. Šobrīd šis darbs notiek aktīvi. Vienlaikus ar hologrāfiskā displeja attīstību pilnā sparā rit darbs, lai izveidotu trīsdimensiju darbstaciju, kuras pamatā ir princips, ko sauc par "realitātes aizstāšanu". Aiz šī termina slēpjas ideja par visu to dabisko un intuitīvo metožu plašu izmantošanu, ko cilvēks izmanto, mijiedarbojoties ar dabas (materiāla-enerģijas) modeļiem, bet tajā pašā laikā uzsvars tiek likts uz to vispusīgu uzlabošanu un attīstību, izmantojot digitālo sistēmu unikālas iespējas. Paredzams, ka, piemēram, būs iespējams manipulēt un mijiedarboties ar datoru hologrammām reāllaikā, izmantojot žestus un pieskārienus.

Datormodelēšanai ir šādas īpašības priekšrocības:

Nodrošina redzamību;

Pieejams lietošanai.

Datormodelēšanas galvenā priekšrocība ir tā, ka tā ļauj ne tikai novērot, bet arī paredzēt eksperimenta rezultātu noteiktos īpašos apstākļos. Pateicoties šai iespējai, šī metode ir atradusi pielietojumu bioloģijā, ķīmijā, socioloģijā, ekoloģijā, fizikā, ekonomikā un daudzās citās zināšanu jomās.

Mācībās plaši tiek izmantota datorsimulācija. Izmantojot īpašas programmas, var apskatīt tādu parādību modeļus kā mikropasaules un pasaules parādības ar astronomiskiem izmēriem, kodolfizikas un kvantu fizikas parādības, augu attīstību un vielu pārveidi ķīmiskās reakcijās.

Daudzu profesiju speciālistu, īpaši, piemēram, gaisa satiksmes vadības dispečeru, pilotu, atomelektrostaciju dispečeru, apmācība notiek, izmantojot datorvadāmus simulatorus, kas simulē reālas situācijas, tostarp avārijas.

Laboratorijas darbus var veikt datorā, ja nav pieejamas nepieciešamās reālās ierīces un instrumenti vai ja problēmas risināšanai nepieciešams izmantot sarežģītas matemātiskas metodes un darbietilpīgus aprēķinus.

Datormodelēšana ļauj “atdzīvināt” pētāmos fizikālos, ķīmiskos, bioloģiskos un sociālos likumus un veikt vairākus eksperimentus ar modeli. Taču nevajadzētu aizmirst, ka visiem šiem eksperimentiem ir ļoti nosacīts raksturs un arī to izglītojošā vērtība ir ļoti nosacīta.

Piemērs. Pirms kodolieroču sabrukšanas reakcijas praktiskās izmantošanas kodolfiziķi vienkārši nezināja par radiācijas briesmām, taču pirmā “sasniegumu” masveida izmantošana (Hirosima un Nagasaki) skaidri parādīja, kā radiācija.

c ir bīstams cilvēkiem. Fiziķi sāk ar kodolelektro-

stacijām, cilvēce sen nebūtu uzzinājusi par radiācijas bīstamību. Ķīmiķu sasniegums pagājušā gadsimta sākumā - visspēcīgākais pesticīds DDT - diezgan ilgu laiku tika uzskatīts par absolūti drošu cilvēkiem -

Jaudīgu moderno tehnoloģiju izmantošanas, plašās replikācijas un kļūdainu programmatūras produktu nepārdomātas izmantošanas kontekstā tādi šķietami ļoti specializēti jautājumi kā realitātes datormodeļa atbilstība var iegūt nozīmīgu universālu nozīmi.

Datoreksperimenti- tas ir rīks modeļu, nevis dabas vai sociālo parādību izpētei.

Tāpēc vienlaikus ar datoreksperimentu vienmēr ir jāveic pilna mēroga eksperiments, lai pētnieks, salīdzinot savus rezultātus, varētu novērtēt atbilstošā modeļa kvalitāti, mūsu izpratnes dziļumu par parādību būtību. parādība.

dzemdības. Neaizmirstiet, ka fizika, bioloģija, astronomija, datorzinātnes ir zinātnes par reālo pasauli, nevis par virtuālo realitāti.

Zinātniskajos pētījumos, gan fundamentālajos, gan praktiski orientētajos (lietišķajos) dators bieži vien darbojas kā nepieciešams instruments eksperimentālajam darbam.

Datoreksperiments visbiežāk ir saistīts ar:

Ar sarežģītiem matemātiskiem aprēķiniem (numurs
lineārā modelēšana);

Ar vizuālo un/vai dinamisko konstrukciju un izpēti
mikrofonu modeļi (datormodelēšana).

Zem datora modelis tiek saprasta kā programma (vai programma kombinācijā ar īpašu ierīci), kas nodrošina noteikta objekta īpašību un uzvedības simulāciju, kā arī šīs programmas izpildes rezultātu grafisku attēlu veidā (fiksētu vai dinamisku). ), skaitliskās vērtības, tabulas utt.

Ir strukturāli funkcionālie un simulācijas datoru modeļi.

Strukturāli funkcionāls datormodelis ir parasts objekta vai kādas objektu sistēmas (procesu, parādību) attēls, kas aprakstīts, izmantojot savstarpēji saistītas datortabulas, blokshēmas, diagrammas, grafikus, zīmējumus, animācijas fragmentus, hipertekstus utt., un attēlojot objekta struktūru. objektu vai tā uzvedību.

Datorsimulācijas modelis ir atsevišķa programma vai programmatūras pakotne, kas, izmantojot aprēķinu secību un to rezultātu grafisku attēlojumu, ļauj reproducēt (simulēt) objekta funkcionēšanas procesus, pakļaujoties dažādu nejaušu faktoru ietekmei uz to.

Datormodelēšana ir metode sistēmas (visbiežāk sarežģītas sistēmas) analīzes vai sintezēšanas problēmas risināšanai, pamatojoties uz tās datormodeļa izmantošanu.

Datormodelēšanas priekšrocības vai tas ir:

Ļauj ne tikai novērot, bet arī paredzēt eksperimenta rezultātu noteiktos īpašos apstākļos;

Ļauj simulēt un pētīt parādības, ko paredz jebkuras teorijas;

Tas ir videi draudzīgs un nerada draudus dabai un cilvēkiem;

Nodrošina redzamību;

Pieejams lietošanai.

Datormodelēšanas metode ir atradusi pielietojumu bioloģijā, ķīmijā, socioloģijā, ekoloģijā, fizikā, ekonomikā, valodniecībā, tiesību zinātnēs un daudzās citās zināšanu jomās.

Datormodelēšana tiek plaši izmantota speciālistu izglītībā, apmācībā un pārkvalifikācijā:

Mikrokosmosa un pasaules parādību modeļu vizuālai attēlošanai ar astronomiskām dimensijām;

Simulēt procesus, kas notiek dzīvās un nedzīvās dabas pasaulē

Simulēt reālas sarežģītu sistēmu vadīšanas situācijas, tai skaitā avārijas situācijas;

Veikt laboratorijas darbus, kad nav pieejamas nepieciešamās ierīces un instrumenti;

Problēmu risināšanai, ja tas prasa sarežģītas matemātiskas metodes un darbietilpīgus aprēķinus.

Ir svarīgi atcerēties, ka nevis objektīva realitāte tiek modelēta datorā, bet gan mūsu teorētiskie priekšstati par to. Datormodelēšanas objekts ir matemātiski un citi zinātniski modeļi, nevis reāli objekti, procesi un parādības.

Datoreksperimenti- tas ir rīks modeļu, nevis dabas vai sociālo parādību izpētei.

Jebkura datormodelēšanas rezultāta pareizības kritērijs bija un paliek pilna mēroga (fizisks, ķīmisks, sociāls) eksperiments. Zinātniskajā un praktiskajā pētniecībā datoreksperiments var pavadīt tikai dabisku, lai pētnieks varētu salīdzināt

Analizējot to rezultātus, es varētu novērtēt modeļa kvalitāti un mūsu izpratnes dziļumu par dabas parādību būtību.

Ir svarīgi atcerēties, ka fizika, bioloģija, astronomija, ekonomika, datorzinātnes ir zinātnes par reālo pasauli, nevis par
virtuālā realitāte.

1. vingrinājums

Diez vai kāds vārdu procesorā rakstītu un pa e-pastu nosūtītu vēstuli nosauktu par datora modeli.

Bieži vien teksta redaktori ļauj izveidot ne tikai parastus dokumentus (vēstules, rakstus, atskaites), bet arī dokumentu veidnes, kurās ir pastāvīga informācija, ko lietotājs nevar mainīt, ir datu lauki, kurus aizpilda lietotājs, un ir lauki, kuros tiek veikti aprēķini, pamatojoties uz ievadītajiem datiem. Vai šādu modeli var uzskatīt par datora modeli? Ja jā, kāds šajā gadījumā ir modelēšanas objekts un kāds ir šāda modeļa izveides mērķis?

2. uzdevums

Jūs zināt, ka pirms datu bāzes izveides vispirms ir jāizveido datu modelis. Jūs arī zināt, ka algoritms ir darbības modelis.

Gan datu modeļi, gan algoritmi visbiežāk tiek izstrādāti, domājot par datora ieviešanu. Vai ir godīgi teikt, ka kādā brīdī tie kļūst par datora modeli, un, ja tā, tad kad tas notiek?

Piezīme. Pārbaudiet savu atbildi ar “datormodelis” definīciju.

3. uzdevums

Aprakstiet datormodeļa konstruēšanas posmus, izmantojot tādas programmas izstrādes piemēru, kas simulē kādu fizisku parādību.

4. uzdevums

Sniedziet piemērus, kad datormodelēšana sniedza reālus ieguvumus un kad radīja nevēlamas sekas. Sagatavojiet ziņojumu par šo tēmu.

Datormodelēšana - zināšanu atspoguļošanas pamats datorā. Datormodelēšana jaunas informācijas ģenerēšanai izmanto jebkuru informāciju, ko var atjaunināt, izmantojot datoru. Modelēšanas gaita tiek saistīta ar datormodelēšanas sistēmu attīstību, un informācijas tehnoloģiju progress ir saistīts ar modelēšanas pieredzes atjaunošanu datorā, ar modeļu, metožu un programmatūras sistēmu banku izveidi, kas ļauj apkopot jaunus modeļus. no banku modeļiem.

Datormodelēšanas veids ir skaitļošanas eksperiments, t.i., eksperiments, ko eksperimentētājs veic ar pētāmo sistēmu vai procesu, izmantojot eksperimentālu instrumentu – datoru, datorvidi, tehnoloģiju.

Skaitļošanas eksperiments kļūst par jaunu instrumentu, zinātnisko zināšanu metodi, jaunu tehnoloģiju arī tāpēc, ka pieaug nepieciešamība pāriet no lineāro matemātisko sistēmu modeļu izpētes (kuriem pētniecības metodes un teorija ir diezgan labi zināmas vai izstrādātas) uz. kompleksu un nelineāru sistēmu matemātisko modeļu izpēte (kuru analīze ir daudz grūtāka). Aptuveni runājot, mūsu zināšanas par apkārtējo pasauli ir lineāras, bet procesi apkārtējā pasaulē ir nelineāri.

Skaitļošanas eksperiments ļauj atrast jaunus modeļus, pārbaudīt hipotēzes, vizualizēt notikumu gaitu utt.

Lai atdzīvinātu jaunu dizaina izstrādi, ieviestu ražošanā jaunus tehniskos risinājumus vai pārbaudītu jaunas idejas, ir nepieciešams eksperiments. Nesenā pagātnē šādu eksperimentu varēja veikt vai nu laboratorijas apstākļos uz speciāli tam radītām instalācijām, vai in situ, tas ir, uz reāla produkta parauga, pakļaujot to visādiem testiem.

Attīstoties datortehnoloģijām, ir radusies jauna unikāla izpētes metode - datoreksperiments. Datoreksperiments ietver noteiktu secību darbam ar modeli, mērķtiecīgu lietotāja darbību kopumu datora modelī.

4. posms. Simulācijas rezultātu analīze.

Galīgais mērķis modelēšana - lēmuma pieņemšana, kas jāpieņem, pamatojoties uz iegūto rezultātu visaptverošu analīzi. Šis posms ir izšķirošs – vai nu turpini izpēti, vai pabeidz. Varbūt jūs zināt gaidāmo rezultātu, tad jums jāsalīdzina iegūtie un gaidāmie rezultāti. Ja būs sakritība, varēsi pieņemt lēmumu.

Risinājuma izstrādes pamatā ir testēšanas un eksperimentu rezultāti. Ja rezultāti neatbilst uzdevuma mērķiem, tas nozīmē, ka iepriekšējos posmos tika pieļautas kļūdas. Tā var būt vai nu pārāk vienkāršota informācijas modeļa uzbūve, vai neveiksmīga modelēšanas metodes vai vides izvēle, vai tehnoloģisko paņēmienu pārkāpums, veidojot modeli. Ja tiek konstatētas šādas kļūdas, tas ir nepieciešams modeļa pielāgošana , t.i., atgriezties kādā no iepriekšējiem posmiem. Process atkārtojas līdz atbildi eksperimenta rezultāti mērķi modelēšana. Galvenais ir vienmēr atcerēties: identificētā kļūda ir arī rezultāts. Kā saka tautas gudrība, no kļūdām mācās.

Simulācijas programmas

ANSYS- universāla galīgo elementu programmatūras sistēma ( FEA) analīze, kas pastāv un attīstās pēdējo 30 gadu laikā, ir diezgan populāra datoru inženierijas jomas speciālistu vidū ( CAE, Computer-Aided Engineering) un FE risinājumi deformējamas cietas vielas mehānikas lineāro un nelineāro, stacionāro un nestacionāro telpisko problēmu un konstrukcijas mehānikas (ieskaitot nestacionāras ģeometriski un fizikāli nelineāras konstrukcijas elementu saskares mijiedarbības problēmas), šķidrumu un gāzu mehānikas problēmas. , siltuma pārnese un siltuma apmaiņa, elektrodinamika , akustika, kā arī savienoto lauku mehānika. Dažos rūpnieciskos lietojumos modelēšana un analīze var izvairīties no dārgiem un laikietilpīgiem projektēšanas, izveides un pārbaudes izstrādes cikliem. Sistēma darbojas uz ģeometriskā kodola bāzes Saulessargs .

AnyLogic - programmatūra Priekš simulācijas modelēšana sarežģītas sistēmas Un procesi, izstrādāts krievu valoda autors XJ Technologies ( Angļu XJ Tehnoloģijas). Programmai ir grafiskā lietotāja vide un ļauj izmantot Java valoda modeļa izstrādei .

AnyLogic modeļu pamatā var būt jebkura no galvenajām simulācijas paradigmām: diskrētu notikumu simulācija, sistēmas dinamika, Un uz aģentiem balstīta modelēšana.

Sistēmdinamika un diskrēto notikumu (procesu) modelēšana, ar to saprotot jebkuru ideju attīstību GPSS- Tās ir tradicionālas, iedibinātas pieejas, kas balstītas uz aģentiem, ir salīdzinoši jauna. Sistēmas dinamika galvenokārt darbojas ar nepārtrauktiem procesiem, savukārt uz diskrētiem notikumiem un aģentiem balstīta modelēšana darbojas ar diskrētiem.

Sistēmas dinamika un diskrēto notikumu modelēšana vēsturiski ir mācīta ļoti dažādām studentu grupām: vadībai, rūpniecības inženieriem un vadības sistēmu inženieriem. Rezultātā ir izveidojušās trīs dažādas, praktiski nepārklājošas kopienas, kurām gandrīz nav savstarpējas komunikācijas.

Vēl nesen uz aģentiem balstīta modelēšana bija stingri akadēmiska joma. Tomēr pieaugošais pieprasījums pēc globālās optimizācijas no biznesa puses ir licis vadošajiem analītiķiem pievērst uzmanību tieši uz aģentiem balstītai modelēšanai un tās apvienošanai ar tradicionālajām pieejām, lai iegūtu pilnīgāku priekšstatu par dažāda rakstura sarežģītu procesu mijiedarbību. Tādējādi radās pieprasījums pēc programmatūras platformām, kas ļauj integrēt dažādas pieejas.

Tagad apskatīsim simulācijas pieejas abstrakcijas skalas līmenī. Sistēmas dinamika, aizvietojot atsevišķus objektus ar to agregātiem, uzņemas visaugstāko abstrakcijas līmeni. Diskrētu notikumu simulācija darbojas zemā un vidējā diapazonā. Kas attiecas uz aģentu modelēšanu, to var izmantot gandrīz jebkurā līmenī un jebkurā mērogā. Aģenti var pārstāvēt gājējus, automašīnas vai robotus fiziskā telpā, klientu vai pārdevēju vidū vai konkurējošus uzņēmumus augstākās klases.

Izstrādājot modeļus programmā AnyLogic, varat izmantot koncepcijas un rīkus no vairākām modelēšanas metodēm, piemēram, uz aģentiem balstītā modelī, izmantot sistēmas dinamikas metodes, lai attēlotu vides stāvokļa izmaiņas, vai ņemt vērā diskrētus notikumus nepārtrauktā režīmā. dinamiskas sistēmas modelis. Piemēram, piegādes ķēdes pārvaldībai, izmantojot simulācijas modelēšanu, piegādes ķēdes dalībniekus jāapraksta pēc aģentiem: ražotājiem, pārdevējiem, patērētājiem, noliktavu tīklam. Šajā gadījumā ražošana tiek aprakstīta diskrētu notikumu (procesa) modelēšanas ietvaros, kur produkts vai tā daļas ir pielietojums, bet automašīnas, vilcieni, krāvēji ir resursi. Pašas piegādes tiek attēlotas kā diskrēti notikumi, bet preču pieprasījumu var raksturot ar nepārtrauktu sistēmdinamisku diagrammu. Iespēja jaukt pieejas ļauj aprakstīt reālās dzīves procesus, nevis pielāgot procesu pieejamajam matemātiskajam aparātam.

LabVIEW (Angļu Lab oratorija V virtuāls es instrumentācija E inženierzinātnes W orkbench) ir attīstības vide Un platforma uzņēmuma grafiskajā programmēšanas valodā "G" izveidoto programmu izpildei Nacionālie instrumenti(ASV). Pirmā LabVIEW versija tika izlaista 1986. gadā Apple Macintosh, pašlaik ir versijas priekš UNIX, GNU/Linux, MacOS utt., un visattīstītākās un populārākās ir versijas Microsoft Windows.

LabVIEW tiek izmantots datu ieguves un apstrādes sistēmās, kā arī tehnisko objektu un tehnoloģisko procesu pārvaldīšanai. Ideoloģiski LabVIEW ir ļoti tuvu SCADA-sistēmas, bet atšķirībā no tām ir vairāk vērsta uz problēmu risināšanu ne tik daudz laukā APCS, cik reģionā ASNI.

MATLAB(saīsinājums no Angļu « Matrica Laboratorija» ) ir termins, kas apzīmē lietojumprogrammatūras pakotni tehnisko skaitļošanas problēmu risināšanai, kā arī šajā pakotnē izmantoto programmēšanas valodu. MATLAB To izmanto vairāk nekā 1 000 000 inženieru un zinātnieku, un tas darbojas vismodernākajās ierīcēs operētājsistēmas, ieskaitot GNU/Linux, MacOS, Solaris Un Microsoft Windows .

Kļava- programmatūras pakotne, datoralgebras sistēma. Tas ir Waterloo Maple Inc. produkts, kas 1984. gads ražo un tirgo programmatūras produktus, kas vērsti uz sarežģītiem matemātiskiem aprēķiniem, datu vizualizāciju un modelēšanu.

Maple sistēma ir paredzēta simboliski aprēķini, lai gan tajā ir vairāki rīki skaitliskam risinājumam diferenciālvienādojumi un atrašana integrāļi. Ir izstrādāti grafiskie rīki. Ir savs programmēšanas valoda, atgādina Paskāls.

Mathematica - datoralgebras sistēma kompānijas Volframa izpēte. Satur daudz funkcijas gan analītiskām transformācijām, gan skaitliskiem aprēķiniem. Turklāt programma atbalsta darbu ar grafikas Un skaņu, ieskaitot divu un trīsdimensiju konstrukciju grafiki funkcijas, zīmēšana patvaļīgi ģeometriskās formas, imports Un eksportēt attēlus un skaņu.

Prognozēšanas rīki- programmatūras produkti, kuriem ir prognožu aprēķināšanas funkcijas. Prognozēšana- viena no svarīgākajām cilvēku aktivitātēm mūsdienās. Pat senos laikos prognozes ļāva cilvēkiem aprēķināt sausuma periodus, Saules un Mēness aptumsumu datumus un daudzas citas parādības. Līdz ar datortehnoloģiju parādīšanos prognozēšana saņēma spēcīgu impulsu attīstībai. Viens no pirmajiem datoru izmantošanas veidiem bija šāviņu ballistiskās trajektorijas aprēķināšana, tas ir, faktiski paredzēt punktu, kurā šāviņš trāpīs zemē. Šāda veida prognozes sauc statisks prognoze. Ir divas galvenās prognožu kategorijas: statiskās un dinamiskās. Galvenā atšķirība ir tā, ka dinamiskās prognozes sniedz informāciju par pētāmā objekta uzvedību jebkurā ievērojamā laika periodā. Savukārt statiskās prognozes atspoguļo pētāmā objekta stāvokli tikai vienā laika momentā, un parasti šādās prognozēs laika faktoram, kurā objektā notiek izmaiņas, ir maza nozīme. Mūsdienās ir liels skaits rīku, kas ļauj veikt prognozes. Tos visus var klasificēt pēc daudziem kritērijiem:

Rīka nosaukums	Piemērošanas joma	Realizētie modeļi	Nepieciešamā lietotāja apmācība	Gatavs lietošanai
Microsoft Excel , OpenOffice.org	vispārīgs mērķis	algoritmisks, regresija	pamatzināšanas statistikā	nepieciešami būtiski uzlabojumi (modeļu ieviešana)
Statistika , SPSS , E-skati	pētījumiem	plašs regresijas diapazons, neironu tīkls		kastē iepakota prece
Matlab	pētniecība, aplikāciju izstrāde	algoritmiskais, regresijas, neironu tīkls	speciālā matemātikas izglītība	nepieciešama programmēšana
SAP APO	biznesa prognozēšana	algoritmisks	nav nepieciešamas dziļas zināšanas
ForecastPro , PrognozeX	biznesa prognozēšana	algoritmisks	nav nepieciešamas dziļas zināšanas	kastē iepakota prece
Loģiskums	biznesa prognozēšana	algoritmisks, neironu tīkls	nav nepieciešamas dziļas zināšanas	nepieciešamas būtiskas izmaiņas (biznesa procesiem)
ForecastPro SDK	biznesa prognozēšana	algoritmisks	nepieciešamas pamatzināšanas statistikā	nepieciešama programmēšana (integrācija ar programmatūru)
iLog , AnyLogic , ES domāju , MatlabSimulink , GPSS	aplikāciju izstrāde, modelēšana	imitācija	nepieciešama speciālā matemātikas izglītība	nepieciešama programmēšana (noteiktām jomām)

PC LIRA- daudzfunkcionāla programmatūras pakotne, kas paredzēta dažādu mērķu mašīnbūves un būvkonstrukciju projektēšanai un aprēķināšanai. Aprēķini programmā tiek veikti gan statiskām, gan dinamiskām ietekmēm. Aprēķinu pamats ir galīgo elementu metode(FEM). Dažādi spraudņu moduļi (procesori) ļauj izvēlēties un pārbaudīt tērauda un dzelzsbetona konstrukciju sekcijas, modelēt grunti, aprēķināt tiltus un ēku uzvedību uzstādīšanas laikā utt.

Tiek veikts datoreksperiments ar sistēmas modeli tā izpētes un projektēšanas laikā, lai iegūtu informāciju par apskatāmā objekta funkcionēšanas procesa īpašībām. Datoreksperimentu plānošanas galvenais uzdevums ir iegūt nepieciešamo informāciju par pētāmo sistēmu ar resursu ierobežojumiem (datorlaika, atmiņas u.c. izmaksas). Konkrētas problēmas, kas tiek risinātas, plānojot datoreksperimentus, ir uzdevumi, kā samazināt datora modelēšanai pavadīto laiku, palielināt modelēšanas rezultātu precizitāti un ticamību, pārbaudīt modeļa atbilstību u.c.

Datoreksperimentu ar modeļiem efektivitāte būtiski ir atkarīga no eksperimentālā plāna izvēles, jo tieši plāns nosaka aprēķinu apjomu un secību datorā, sistēmas modelēšanas rezultātu uzkrāšanas un statistiskās apstrādes metodes. . Tāpēc datoreksperimentu ar modeli plānošanas galvenais uzdevums ir formulēts šādi: ir nepieciešams iegūt informāciju par modelēšanas objektu, kas norādīts modelēšanas algoritma (programmas) veidā, ar minimālu vai ierobežotu mašīnu resursu tēriņu ieviešanai. modelēšanas process.

Datoreksperimentu priekšrocība salīdzinājumā ar dabiskajiem ir spēja pilnībā reproducēt eksperimentālos apstākļus ar pētāmās sistēmas modeli. . Būtiska priekšrocība salīdzinājumā ar dabiskajiem ir datoreksperimentu pārtraukšanas un atsākšanas vienkāršība, kas ļauj izmantot secīgas un heiristiskas plānošanas metodes, kas var nebūt iespējamas eksperimentos ar reāliem objektiem. Strādājot ar datormodeli, vienmēr ir iespējams pārtraukt eksperimentu uz laiku, kas nepieciešams, lai analizētu rezultātus un pieņemtu lēmumus par tā tālāko virzību (piemēram, par nepieciešamību mainīt modeļa raksturlielumu vērtības).

Datoreksperimentu trūkums ir tāds, ka viena novērojuma rezultāti ir atkarīgi no viena vai vairāku iepriekšējo novērojumu rezultātiem un tāpēc satur mazāk informācijas nekā neatkarīgie novērojumi.

Saistībā ar datu bāzi datoreksperiments nozīmē manipulāciju ar datiem atbilstoši noteiktam mērķim, izmantojot DBVS rīkus. Eksperimenta mērķi var veidot, balstoties uz kopējo simulācijas mērķi un ņemot vērā konkrētā lietotāja prasības. Piemēram, ir datubāze “Dekanāts”. Šī modeļa izveides vispārējais mērķis ir vadīt izglītības procesu. Ja nepieciešams iegūt informāciju par studentu sekmēm, varat veikt pieprasījumu, t.i. veikt eksperimentu, lai iegūtu nepieciešamo informāciju.

DBVS vides rīki ļauj veikt šādas darbības ar datiem:

1) šķirošana – datu sakārtošana pēc kādiem kritērijiem;

2) meklēšana (filtrēšana) – datu atlase, kas apmierina noteiktu nosacījumu;

3) aprēķinu lauku izveide - datu pārveidošana citā veidā, pamatojoties uz formulām.

Informācijas modeļa pārvaldība ir nesaraujami saistīta ar dažādu datu meklēšanas un šķirošanas kritēriju izstrādi. Atšķirībā no papīra kartotēkas, kur šķirošana iespējama pēc viena vai diviem kritērijiem un meklēšana parasti tiek veikta manuāli, šķirojot kartītēs, datoru datubāzes ļauj norādīt jebkuru šķirošanas veidu pēc dažādiem laukiem un dažādiem meklēšanas kritērijiem. Dators bez laika ieguldījumiem sakārtos vai atlasīs nepieciešamo informāciju pēc dotā kritērija.

Lai veiksmīgi strādātu ar informācijas modeli, datu bāzes programmatūras vides ļauj izveidot aprēķinu laukus, kuros sākotnējā informācija tiek pārveidota citā formā. Piemēram, pamatojoties uz semestra atzīmēm, studenta GPA var aprēķināt, izmantojot īpašu iebūvētu funkciju. Šādi aprēķinātie lauki tiek izmantoti vai nu kā papildu informācija, vai kā meklēšanas un kārtošanas kritēriji.

Datoreksperiments ietver divus posmus: testēšanu (operāciju pareizības pārbaude) un eksperimenta veikšanu ar reāliem datiem.

Pēc formulu izveides aprēķinu laukiem un filtriem ir jāpārliecinās, vai tie darbojas pareizi. Lai to izdarītu, varat ievadīt testa ierakstus, kuriem operācijas rezultāts ir zināms iepriekš.

Datoreksperiments beidzas ar rezultātu izvadīšanu analīzei un lēmumu pieņemšanai ērtā formā. Viena no datorinformācijas modeļu priekšrocībām ir iespēja izveidot dažādus izvadinformācijas prezentācijas veidus, ko sauc par atskaitēm. Katrs ziņojums satur informāciju, kas attiecas uz konkrētā eksperimenta mērķi. Datoratskaišu ērtība slēpjas faktā, ka tie ļauj grupēt informāciju atbilstoši noteiktiem raksturlielumiem, ievadīt kopējos laukus ierakstu skaitīšanai pa grupām un kopumā visai datubāzei un pēc tam izmantot šo informāciju lēmumu pieņemšanai.

Vide ļauj izveidot un uzglabāt vairākas standarta, bieži lietotas atskaites formas. Pamatojoties uz dažu eksperimentu rezultātiem, varat izveidot pagaidu atskaiti, kas tiek dzēsta pēc tam, kad tā ir kopēta teksta dokumentā vai izdrukāta. Dažiem eksperimentiem ziņošana vispār nav nepieciešama. Piemēram, ir nepieciešams atlasīt sekmīgāko studentu, lai piešķirtu palielinātu stipendiju. Lai to izdarītu, vienkārši kārtojiet pēc vidējā atzīmju rezultāta semestrī. Pirmajā studentu saraksta ierakstā būs informācija, kuru meklējat.