Autonome Komunale

institucion arsimor

"Shkolla e mesme nr.31"

Syktyvkar

Eksperiment kompjuterik

në një kurs fizik të shkollës së mesme.

Reizer E.E.

Republika e Komit

G .Syktyvkar

PËRMBAJTJA:

I. Prezantimi

II. Llojet dhe roli i eksperimentit në procesin mësimor.

III. Përdorimi i kompjuterit në mësimet e fizikës.

V. konkluzioni.

VI. Fjalorth.

VII. Bibliografi.

VIII. Aplikimet:

1. Klasifikimi i eksperimentit fizik

2. Rezultatet e anketës së studentëve

3. Përdorimi i kompjuterit gjatë një eksperimenti demonstrues dhe zgjidhjes së problemit

4. Përdorimi i kompjuterit gjatë

Punë laboratorike dhe praktike

EKSPERIMENT KOMPJUTERIKE

NË KURSIN E FIZIKËS SË SHKOLLËS SË MESËM.

…Është koha për të armatosur

mësuesit me një mjet të ri,

dhe rezultati është i menjëhershëm

do të prekë brezat pasardhës.

Potashnik M.M.,

Akademiku i Akademisë Ruse të Arsimit, Doktor i Shkencave Pedagogjike, Profesor.

I. Prezantimi.

Fizika është një shkencë eksperimentale. Veprimtaria shkencore fillon me vëzhgimin. Vëzhgimi është më i vlefshëm kur kushtet që ndikojnë në të kontrollohen saktësisht. Kjo është e mundur nëse kushtet janë konstante, të njohura dhe mund të ndryshohen me kërkesë të vëzhguesit. Vëzhgimi i kryer në kushte rreptësisht të kontrolluara quhet eksperiment. Dhe shkencat ekzakte karakterizohen nga një lidhje organike midis vëzhgimeve dhe eksperimenteve me përcaktimin e vlerave numerike të karakteristikave të objekteve dhe proceseve në studim.

Eksperimenti është pjesa më e rëndësishme e kërkimit shkencor, baza e të cilit është një eksperiment i kryer shkencërisht me kushte të marra saktësisht parasysh dhe të kontrolluara. Vetë fjala eksperiment vjen nga latinishtja eksperimentum- provë, përvojë. Në gjuhën shkencore dhe punën kërkimore, termi "eksperiment" zakonisht përdoret në një kuptim të përbashkët për një sërë konceptesh të ndërlidhura: përvojë, vëzhgim i synuar, riprodhimi i një objekti të njohurive, organizimi i kushteve të veçanta për ekzistencën e tij, verifikimi i parashikimit. Ky koncept përfshin ngritjen shkencore të eksperimenteve dhe vëzhgimin e fenomenit në studim në kushte të marra saktësisht parasysh, gjë që bën të mundur monitorimin e rrjedhës së fenomeneve dhe rikrijimin e tij sa herë që këto kushte përsëriten. Vetë koncepti i "eksperimentit" nënkupton një veprim që synon krijimin e kushteve për zbatimin e një fenomeni të caktuar dhe, nëse është e mundur, atë më të shpeshtë, d.m.th. jo i ndërlikuar nga fenomene të tjera. Qëllimi kryesor i eksperimentit është identifikimi i vetive të objekteve në studim, testimi i vlefshmërisë së hipotezave dhe, mbi këtë bazë, studimi i gjerë dhe i thelluar i temës së kërkimit shkencor.

PërparaXVIIIc., kur fizika ishte një orëkëtë filozofi, shkencëtarët e konsideruan shkrimetkonkluzionet shkencore janë baza e saj dhe vetëmeksperiment mendimi mund të jetë përato janë bindëse në formimin e një pikëpamjejembi strukturën e botës, fi bazëligjet zitike. Galileo, i cilikonsiderohet me të drejtë babai i eksperimentitfizikës tal, nuk mundi t'u provonte asgjë bashkëkohësve të tij duke kryer eksperimente mebien topa të masave të ndryshme nga Pisankullë qiellore. "Ideja e Galileos shkaktoi vërejtje përçmuese dhe hutim."Eksperimenti i mendimit nëanaliza e sjelljes së tre trupave me masë të barabartësy, dy prej të cilëve ishin të lidhurnjë e dhënë doli të ishte për kolegët e tijmë bindës sesa drejtpërdrejtpërvojë reale.

Në mënyrë të ngjashme, Galileo vërtetoi vlefshmërinë e ligjit të inercisë me dy aeroplanë të prirur dhe topa që lëviznin përgjatë tyre. Vetë I. Njutoni u përpoq të vërtetonte ligjet e njohura dhe të zbuluara prej tij në librin e tij "Bazat matematikore të filozofisë natyrore", duke përdorur skemën e Euklidit, duke paraqitur aksioma dhe teorema të bazuara në to. Në kopertinën e këtij libri

përshkruan Tokën, malin (G) dhe një top ( P) (Fig. 1).

Topi lëshon topa që bien në distanca të ndryshme nga mali në varësi të shpejtësisë së tyre fillestare. Me një shpejtësi të caktuar, bërthama bën një revolucion të plotë rreth Tokës. Njutoni, me vizatimin e tij, sugjeroi mundësinë e krijimit të satelitëve artificialë të Tokës, të cilët u krijuan disa shekuj më vonë.

Në këtë fazë të zhvillimit të fizikës, ishte i nevojshëm një eksperiment mendimi, pasi për shkak të mungesës së instrumenteve të nevojshme dhe bazës teknologjike, një eksperiment i vërtetë ishte i pamundur. Eksperimenti i mendimit u përdor si nga D.C. Maxwell gjatë krijimit të një sistemi të ekuacioneve bazë të elektrodinamikës (megjithëse u përdorën edhe rezultatet e eksperimenteve natyrore të kryera më herët nga M. Faraday), ashtu edhe nga A. Ajnshtajni kur zhvilloi teorinë e relativitetit.

Kështu, eksperimentet e mendimit janë një nga komponentët e zhvillimit të teorive të reja. Shumica e eksperimenteve fizike fillimisht u simuluan dhe u kryen mendërisht, dhe më pas në realitet. Më poshtë do të japim shembuj të eksperimenteve të mendimit që luajtën një rol të rëndësishëm në zhvillimin e fizikës.

Në shek para Krishtit. Filozofi Zeno krijoi një kontradiktë logjike midis dukurive reale dhe asaj që mund të arrihet përmes deduksioneve logjike. Ai propozoi një eksperiment mendimi në të cilin ai tregoi se një shigjetë nuk do të kapte kurrë një rosë (Fig. 2).

G. Galileo në punën e tij shkencore iu drejtua arsyetimit të bazuar në sensin e shëndoshë, duke iu referuar të ashtuquajturave "eksperimente mendore". Pasuesit e Aristotelit, duke hedhur poshtë idetë e Galileos, cituan një sërë argumentesh "shkencore". Megjithatë, Galileo ishte një polemist i madh dhe kundërargumentet e tij ishin të pamohueshme. Për shkencëtarët e asaj epoke, arsyetimi logjik ishte më bindës sesa provat eksperimentale.

Fizika "kretake", si metodat e tjera të mësimit të fizikës që nuk korrespondojnë me metodën eksperimentale të të kuptuarit të natyrës, filluan të sulmojnë shkollën ruse rreth 10-12 vjet më parë. Gjatë asaj periudhe, niveli i sigurimit të pajisjeve të klasës shkollore ra nën 20% të asaj që kërkohej; industria që prodhonte pajisje arsimore praktikisht pushoi së funksionuari; I ashtuquajturi zëri i mbrojtur i buxhetit "për pajisje", i cili mund të shpenzohej vetëm për qëllimin e synuar, u zhduk nga vlerësimet e shkollave. Me realizimin e situatës kritike, nënprogrami “Kabineti i fizikës” u përfshi në programin federal “Teknologji arsimore”. Si pjesë e programit, prodhimi i pajisjeve klasike u rivendos dhe u zhvilluan pajisje moderne shkollore, duke përfshirë përdorimin e teknologjive më të fundit të informacionit dhe kompjuterit. Ndryshimet më radikale kanë ndodhur në pajisjet për punë ballore grupe tematike të pajisjeve në mekanikë, fizikë molekulare dhe termodinamikë, elektrodinamikë dhe optikë janë zhvilluar dhe prodhuar në sasi masive (shkolla ka një komplet të plotë të kësaj pajisjeje të re për këto seksione; ).

Roli dhe vendi i eksperimentit të pavarur në konceptin e edukimit fizik ka ndryshuar: eksperimenti nuk është vetëm një mjet për të zhvilluar aftësi praktike, por bëhet një mënyrë për të zotëruar metodën e njohjes. Kompjuteri “shpërtheu” në jetën shkollore me shpejtësi të jashtëzakonshme.

Kompjuteri hap shtigje të reja në zhvillimin e të menduarit, duke ofruar mundësi të reja për të mësuar aktiv. Kryerja e mësimeve duke përdorur një kompjuter

ushtrimet, testet dhe puna laboratorike, si dhe regjistrimi i progresit bëhen më efikase dhe një fluks i madh informacioni bëhet lehtësisht i aksesueshëm. Përdorimi i kompjuterit në mësimet e fizikës ndihmon gjithashtu në zbatimin e parimit të interesit personal të nxënësit për të mësuar materialin dhe shumë parime të tjera të edukimit zhvillimor.
Megjithatë, për mendimin tim, një kompjuter nuk mund të zëvendësojë plotësisht një mësues. Mësuesi ka mundësinë të interesojë nxënësit, të zgjojë kureshtjen e tyre, të fitojë besimin e tyre, ai mund ta drejtojë vëmendjen e tyre në disa aspekte të lëndës që studiohet, të shpërblejë përpjekjet e tyre dhe t'i detyrojë ata të mësojnë. Një kompjuter nuk do të jetë kurrë në gjendje të marrë një rol të tillë si mësues.

Gama e përdorimit të kompjuterit në aktivitetet jashtëshkollore është gjithashtu e gjerë: ai kontribuon në zhvillimin e interesit njohës për lëndën, zgjeron mundësinë e kërkimit të pavarur krijues për studentët që janë më të apasionuar pas fizikës.

II. Llojet dhe roli i eksperimentit në procesin mësimor.

Llojet kryesore të eksperimenteve fizike:

Përvoja e demonstrimit;

Puna laboratorike frontale;

Punëtori fizike;

Detyrë eksperimentale;

Punë eksperimentale në shtëpi;

Eksperimentoni duke përdorur një kompjuter (pamje e re).

Eksperiment demonstruesështë një nga komponentët e një eksperimenti fizik edukativ dhe është një riprodhim i fenomeneve fizike nga një mësues në një tabelë demonstruese duke përdorur instrumente të posaçme. I referohet metodave ilustruese të mësimdhënies eksperimentale. Roli i një eksperimenti demonstrues në mësimdhënie përcaktohet nga roli që luan eksperimenti në fizikë dhe shkencë si burim i njohurive dhe kriter i së vërtetës së tij dhe aftësive të tij për organizimin e veprimtarive edukative dhe njohëse të studentëve.

Rëndësia e eksperimentit fizik demonstrues është si më poshtë:

Nxënësit njihen me metodën eksperimentale të njohurive në fizikë, me rolin e eksperimentit në kërkimin fizik (si rrjedhojë zhvillojnë një botëkuptim shkencor);

Nxënësit zhvillojnë disa aftësi eksperimentale: aftësia për të vëzhguar dukuritë, aftësia për të paraqitur hipoteza, aftësi për të planifikuar një eksperiment, aftësi për të analizuar rezultatet, aftësi për të vendosur marrëdhënie midis sasive, aftësi për të nxjerrë përfundime etj.

Një eksperiment demonstrues, duke qenë një mjet për qartësi, ndihmon në organizimin e perceptimit të studentëve për materialin arsimor, kuptimin dhe memorizimin e tij; lejon trajnimin politeknik të studentëve; ndihmon në rritjen e interesit për studimin e fizikës dhe krijimin e motivimit për të mësuar. Por kur një mësues kryen një eksperiment demonstrues, nxënësit vëzhgojnë vetëm në mënyrë pasive eksperimentin e kryer nga mësuesi, pa bërë asgjë me duart e tyre. Prandaj, është e nevojshme të bëhen eksperimente të pavarura nga studentët në fizikë.

Mësimi i fizikës nuk mund të paraqitet vetëm në formën e orëve teorike, edhe nëse nxënësve u shfaqen eksperimente demonstruese fizike në klasë. Për të gjitha llojet e perceptimit shqisor, është e domosdoshme të shtoni "punë me duart tuaja" në klasë. Kjo arrihet kur nxënësit përfundojnë eksperiment fizik laboratorik, kur ata vetë montojnë instalime, kryejnë matje të sasive fizike dhe kryejnë eksperimente. Klasat laboratorike zgjojnë interesim shumë të madh te studentët, gjë që është krejt e natyrshme, pasi në këtë rast studenti mëson për botën rreth tij në bazë të përvojës dhe ndjenjave të tij.

Rëndësia e orëve laboratorike në fizikë qëndron në faktin që nxënësit zhvillojnë ide për rolin dhe vendin e eksperimentit në njohuri. Gjatë kryerjes së eksperimenteve, nxënësit zhvillojnë aftësi eksperimentale, të cilat përfshijnë aftësi intelektuale dhe praktike. Grupi i parë përfshin aftësitë për të përcaktuar qëllimin e një eksperimenti, për të paraqitur hipoteza, për të zgjedhur instrumente, për të planifikuar një eksperiment, për të llogaritur gabimet, për të analizuar rezultatet dhe për të hartuar një raport mbi punën e bërë. Grupi i dytë përfshin aftësitë për të mbledhur një strukturë eksperimentale, vëzhguar, matur dhe eksperimentuar.

Për më tepër, rëndësia e eksperimentit laboratorik qëndron në faktin se gjatë kryerjes së tij, studentët zhvillojnë cilësi personale të tilla të rëndësishme si saktësia në punën me instrumente; ruajtja e pastërtisë dhe rendit në vendin e punës, në shënimet e bëra gjatë eksperimentit, organizimi, këmbëngulja në marrjen e rezultateve. Ata zhvillojnë një kulturë të caktuar të punës mendore dhe fizike.

- kjo është një lloj pune praktike kur të gjithë nxënësit në një klasë kryejnë njëkohësisht të njëjtin lloj eksperimenti duke përdorur të njëjtat pajisje. Puna laboratorike e përparme kryhet më shpesh nga një grup studentësh i përbërë nga dy persona. Prandaj, zyra duhet të ketë 15-20 komplete instrumentesh për punë laboratorike frontale. Numri i përgjithshëm i pajisjeve të tilla do të jetë rreth një mijë copë. Emrat e punës laboratorike frontale janë dhënë në planprogram. Ka mjaft prej tyre, ato ofrohen pothuajse për çdo temë të kursit të fizikës. Para kryerjes së punës, mësuesi identifikon gatishmërinë e nxënësve për të kryer me vetëdije punën, përcakton qëllimin e saj me ta, diskuton ecurinë e punës, rregullat e punës me instrumentet dhe metodat e llogaritjes së gabimeve në matje. Puna laboratorike e përparme nuk është shumë komplekse në përmbajtje, është e lidhur ngushtë kronologjikisht me materialin që studiohet dhe, si rregull, është krijuar për një orë mësimi. Përshkrimet e punës laboratorike mund të gjenden në tekstet shkollore të fizikës.

Punëtori e fizikës realizohet me synimin për të përsëritur, thelluar, zgjeruar dhe përgjithësuar njohuritë e marra nga tema të ndryshme të lëndës së fizikës, zhvillimin dhe përmirësimin e aftësive eksperimentale të studentëve duke përdorur pajisje më komplekse, një eksperiment më kompleks dhe duke zhvilluar pavarësinë e tyre në zgjidhjen e problemeve. lidhur me eksperimentin. Punëtoria e fizikës nuk lidhet me materialin që studiohet, si rregull, mbahet në fund të vitit akademik, ndonjëherë në fund të gjysmës së parë dhe të dytë, dhe përfshin një sërë eksperimentesh mbi; një temë të veçantë. Nxënësit kryejnë punë praktike fizike në një grup prej 2-4 personash duke përdorur pajisje të ndryshme; Gjatë orëve të ardhshme ka një ndryshim pune, i cili bëhet sipas një orari të hartuar posaçërisht. Kur hartoni një orar, merrni parasysh numrin e studentëve në klasë, numrin e punëtorive dhe disponueshmërinë e pajisjeve. Secilit seminar të fizikës i ndahen dy orë mësimore, gjë që kërkon futjen në orar të mësimeve të dyfishta të fizikës. Kjo paraqet vështirësi. Për këtë arsye dhe për shkak të mungesës së pajisjeve të nevojshme, praktikohen punëtori fizike njëorëshe. Duhet të theksohet se puna dy-orëshe është e preferueshme, pasi puna e punëtorisë është më e ndërlikuar se ajo frontale laboratorike, ato kryhen në pajisje më komplekse dhe pjesa e pjesëmarrjes së pavarur të studentëve është shumë më e madhe se në rastin e punë laboratorike frontale. Për çdo punë, mësuesi duhet të hartojë udhëzime, të cilat duhet të përmbajnë emrin, qëllimin, listën e pajisjeve dhe pajisjeve, një teori të shkurtër, një përshkrim të pajisjeve të panjohura për nxënësit dhe një plan për përfundimin e punës. Pas përfundimit të punës, studentët duhet të paraqesin një raport, i cili duhet të përmbajë titullin e punës, qëllimin e punës, listën e instrumenteve, diagramin ose vizatimin e instalimit, planin për kryerjen e punës, tabelën e rezultateve. , formulat me të cilat janë llogaritur vlerat e sasive, llogaritjet e gabimeve të matjes dhe përfundimet. Gjatë vlerësimit të punës së studentëve në një punëtori, duhet të merret parasysh përgatitja e tyre për punë, një raport mbi punën, nivelin e zhvillimit të aftësive, të kuptuarit e materialit teorik dhe metodat eksperimentale të kërkimit të përdorura.

N dhe sot interesi përpsh detyrë perimetale diktuar akoma dhe arsyet sociale dhe ekonomikekarakter kinez. Për shkak të “nënfinancimit” aktual të shkollës, neplakjes ral dhe fizike labobaza e zyrave është pshDetyra Perimentale mund të luajëpër shkollën rolin e një rruge rezervë, e cilary është në gjendje të shpëtojë ish-in fizikeksperiment. Garancia për këtë është befasiakombinim perfekt i thjeshtësisë së pajisjevenjohuri të fizikës serioze dhe të thellë,gjë që mund të vërehet në shembujt më të mirë të këtyre problemeve. Përshtatje organike eksperimentaledetyrat në tradicionale skema mësimore kursi i fizikës shkollorebëhet e mundur vetëm kur përdoret të përshtatshme

teknologjive.

t'i mësojë studentët të zgjerojnë në mënyrë të pavarur njohuritë e marra në klasë dhe të fitojnë të reja, të zhvillojnë aftësi eksperimentale përmes përdorimit të sendeve shtëpiake dhe pajisjeve shtëpiake; zhvilloni interesin; jepni reagime (rezultatet e marra gjatë DER mund të jenë një problem për t'u zgjidhur në mësimin e ardhshëm ose mund të shërbejnë si përforcim i materialit).

Të gjitha të mësipërmet llojet kryesore Eksperimenti fizik edukativ duhet të plotësohet me një eksperiment duke përdorur një kompjuter, detyra eksperimentale dhe punë eksperimentale në shtëpi. Mundësitë kompjuter lejojnë
ndryshojnë kushtet eksperimentale, ndërtojnë në mënyrë të pavarur modele instalimesh dhe vëzhgojnë funksionimin e tyre, zhvillojnë aftësinë eksperimentuarpunë me modele kompjuterike, bëni llogaritjet automatikisht.

Nga këndvështrimi ynë, ky lloj eksperimenti duhet të plotësojë eksperimentin edukativ në të gjitha fazat e mësimit të bazuar në veprimtari, pasi kontribuon në zhvillimin e imagjinatës hapësinore dhe të të menduarit krijues.

III . Përdorimi i kompjuterit në mësimet e fizikës.

Fizika është një shkencë eksperimentale. Është e vështirë të imagjinohet studimi i fizikës pa punë laboratorike. Fatkeqësisht, pajisja e një laboratori fizik nuk lejon gjithmonë punë laboratorike programatike dhe nuk lejon futjen e punëve të reja që kërkojnë pajisje më komplekse. Një kompjuter personal vjen në shpëtim, i cili ju lejon të kryeni punë laboratorike mjaft komplekse. Në to, mësuesi mund, sipas gjykimit të tij, të ndryshojë parametrat fillestarë të eksperimenteve, të vëzhgojë se si ndryshon vetë fenomeni si rezultat, të analizojë atë që pa dhe të nxjerrë përfundimet e duhura.

Krijimi i kompjuterit personal ka krijuar teknologji të reja informacioni që përmirësojnë ndjeshëm cilësinë e asimilimit të informacionit, duke përshpejtuar aksesin në të dhe duke lejuar përdorimin e teknologjisë kompjuterike në një gamë të gjerë fushash të veprimtarisë njerëzore.

Skeptikët do të argumentojnë se sot një kompjuter personal multimedial është shumë i shtrenjtë për të pajisur shkollat ​​e mesme. Sidoqoftë, një kompjuter personal është ideja e përparimit dhe përparimi, siç e dimë, nuk mund të ndalet nga vështirësitë e përkohshme ekonomike (ngadalësuar - po, ndalur - kurrë). Për të vazhduar me nivelin modern të qytetërimit botëror, ai duhet të futet, nëse është e mundur, në shkollat ​​tona ruse.

Pra, kompjuteri kthehet nga një makinë ekzotike në një tjetër mjet mësimor teknik, ndoshta më i fuqishmi dhe më efektivi nga të gjitha mjetet teknike ekzistuese më parë që mësuesi kishte në dispozicion.

Është e njohur se një lëndë e fizikës së shkollës së mesme përfshin seksione, studimi dhe kuptimi i të cilave kërkon të menduarit imagjinativ të zhvilluar, aftësinë për të analizuar dhe krahasuar. Para së gjithash, ne po flasim për seksione të tilla si "Fizika molekulare", disa kapituj të "Elektrodinamikës", "Fizikës bërthamore", "Optikës", etj. Në mënyrë rigoroze, në çdo seksion të kursit të fizikës mund të gjeni kapituj që janë e veshtire per tu kuptuar.

Siç tregon përvoja 14 vjeçare e punës, studentët nuk kanë aftësitë e nevojshme të të menduarit për një kuptim të thellë të dukurive dhe proceseve të përshkruara në këto pjesë. Në situata të tilla mësuesit i vijnë në ndihmë mjetet moderne teknike mësimore dhe në radhë të parë një kompjuter personal.

Ideja e përdorimit të një kompjuteri personal për të simuluar fenomene të ndryshme fizike, për të demonstruar strukturën dhe parimin e funksionimit të pajisjeve fizike lindi disa vite më parë, sapo teknologjia kompjuterike u shfaq në shkollë. Tashmë mësimet e para duke përdorur një kompjuter treguan se me ndihmën e tyre është e mundur të zgjidhen një sërë problemesh që kanë ekzistuar gjithmonë në mësimin e fizikës shkollore.

Le të rendisim disa prej tyre. Shumë dukuri nuk mund të demonstrohen në një klasë fizike të shkollës. Për shembull, këto janë fenomene të mikrobotës, ose procese që ndodhin me shpejtësi, ose eksperimente me instrumente që nuk janë në zyrë. Si rezultat, nxënësit kanë vështirësi në mësimin e tyre sepse nuk janë në gjendje t'i imagjinojnë mendërisht. Një kompjuter jo vetëm që mund të krijojë një model të fenomeneve të tilla, por gjithashtu ju lejon të ndryshoni kushtet e procesit dhe ta "lëvizni" atë me një shpejtësi optimale për asimilimin.

Studimi i strukturës dhe parimit të funksionimit të pajisjeve të ndryshme fizike është një pjesë integrale e mësimeve të fizikës. Zakonisht, kur studion një pajisje të veçantë, mësuesi e demonstron atë, shpjegon parimin e funksionimit, duke përdorur një model ose diagram. Por studentët shpesh kanë vështirësi në përpjekjen për të imagjinuar të gjithë zinxhirin e proceseve fizike që sigurojnë funksionimin e një pajisjeje të caktuar. Programet e veçanta kompjuterike bëjnë të mundur "montimin" e një pajisjeje nga pjesë të veçanta dhe riprodhimin në dinamikë dhe me shpejtësi optimale të proceseve që qëndrojnë në themel të parimit të funksionimit të saj. Në këtë rast, është e mundur të "lëvizni" animacionin shumë herë.

Sigurisht, kompjuteri mund të përdoret në lloje të tjera mësimesh: kur studioni në mënyrë të pavarur materiale të reja, kur zgjidhni probleme, gjatë testeve.

Gjithashtu duhet theksuar se përdorimi i kompjuterëve në mësimet e fizikës i kthen ato në një proces të vërtetë krijues dhe bën të mundur zbatimin e parimeve të edukimit zhvillimor.

Duhet thënë disa fjalë për zhvillimin e mësimeve të kompjuterit. Ne njohim paketa programesh për fizikën "shkollore", të zhvilluara në Universitetin Voronezh, në Departamentin e Fizikës dhe Matematikës të Universitetit Shtetëror të Moskës dhe autorët kanë në dispozicion një libër shkollor elektronik në një disk lazer, "Fizika në figura", i cili ka bëhen të njohura gjerësisht. Shumica prej tyre janë bërë në mënyrë profesionale, kanë grafikë të bukur, përmbajnë animacione të mira, janë shumëfunksionale, me pak fjalë, kanë shumë përparësi. Por në pjesën më të madhe ato nuk përshtaten në skicën e këtij mësimi të veçantë. Me ndihmën e tyre është e pamundur të arrihen të gjitha qëllimet e vendosura nga mësuesi në mësim.

Pasi zhvilluam mësimet tona të para të kompjuterit, arritëm në përfundimin se ato kërkojnë përgatitje të veçantë. Ne filluam të shkruajmë skenarë për mësime të tilla, duke "gërshetuar" organikisht në to si një eksperiment të vërtetë ashtu edhe një virtual (d.m.th., të zbatuar në një ekran monitori). Veçanërisht do të doja të theksoja se modelimi i fenomeneve të ndryshme në asnjë mënyrë nuk zëvendëson përvojat reale, "të gjalla", por në kombinim me to na lejon të shpjegojmë kuptimin e asaj që po ndodh në një nivel më të lartë. Përvoja e punës sonë tregon se mësime të tilla ngjallin interes të vërtetë tek studentët dhe i detyrojnë të gjithë të punojnë, edhe ata fëmijë që e kanë të vështirë fizikën. Në të njëjtën kohë, cilësia e njohurive rritet ndjeshëm. Shembujt e përdorimit të një kompjuteri në klasë si OST mund të vazhdojnë për një kohë mjaft të gjatë.

Kompjuteri përdoret gjerësisht si një teknikë shumëzimi për testimin e studentëve dhe kryerjen e testeve me shumë zgjedhje (secila ka detyrën e vet). Në çdo rast, me ndihmën e programeve të kërkimit, një mësues mund të gjejë shumë gjëra interesante në internet.

Kompjuteri është një asistent i domosdoshëm në klasat jashtëshkollore, gjatë kryerjes së punëve praktike dhe laboratorike dhe zgjidhjes së problemeve eksperimentale. Nxënësit e përdorin atë për të përpunuar rezultatet e detyrave të tyre të vogla kërkimore: bëjnë tabela, ndërtojnë grafikë, kryejnë llogaritjet, krijojnë modele të thjeshta të proceseve fizike. Ky përdorim i një kompjuteri zhvillon aftësi për të përvetësuar në mënyrë të pavarur njohuritë, aftësinë për të analizuar rezultatet dhe formon të menduarit fizik.

IV. Shembuj të përdorimit të një kompjuteri në lloje të ndryshme eksperimentesh.

Kompjuteri si një element i konfigurimit eksperimental edukativ përdoret në faza të ndryshme të mësimit dhe pothuajse në të gjitha llojet e eksperimenteve (zakonisht eksperimente demonstruese dhe punë laboratorike).

Mësimi "Struktura e materies" (eksperiment demonstrues)

Qëllimi: të studiohet struktura e materies në gjendje të ndryshme grumbullimi, të identifikohen disa rregullsi në strukturën e trupave në gjendje të gaztë, të lëngët dhe të ngurtë.

Kur shpjegohet materiali i ri, animacioni kompjuterik përdoret për të demonstruar qartë rregullimin e molekulave në gjendje të ndryshme grumbullimi.

Kompjuteri ju lejon të tregoni proceset e kalimit nga një gjendje grumbullimi në një tjetër, një rritje në shpejtësinë e lëvizjes së molekulave me rritjen e temperaturës, fenomenin e difuzionit dhe presionin e gazit.

Mësimi për zgjidhjen e problemeve me temën: "Lëvizja në një kënd të horizontit".

Qëllimi: të studiojë lëvizjen balistike, zbatimin e saj në jetën e përditshme.

Duke përdorur animacionin kompjuterik, ju mund të tregoni se si ndryshon trajektorja e lëvizjes së një trupi (lartësia dhe distanca e fluturimit) në varësi të shpejtësisë fillestare dhe këndit të incidencës. Përdorimi i një kompjuteri në këtë mënyrë ju lejon ta bëni këtë në pak minuta, gjë që kursen kohë për zgjidhjen e problemeve të tjera dhe i kursen studentët nga nevoja për të vizatuar një pikturë për çdo problem (gjë që nuk u pëlqen shumë ta bëjnë).

Modeli demonstron lëvizjen e një trupi të hedhur në një kënd në horizontale. Ju mund të ndryshoni lartësinë fillestare, si dhe madhësinë dhe drejtimin e shpejtësisë së trupit. Në modalitetin "Strobe", vektori i shpejtësisë së trupit të hedhur dhe projeksionet e tij në akset horizontale dhe vertikale tregohen në trajektore në intervale të rregullta.

Puna laboratorike “Studimi i një procesi izotermik”.

Qëllimi: Të vendoset eksperimentalisht lidhja midis presionit dhe vëllimit të gazit në temperaturë konstante.

Puna shoqërohet plotësisht me kompjuter (emri, qëllimi, zgjedhja e pajisjeve, procedura e kryerjes së punës, llogaritjet e nevojshme). Objekti është ajri në tub. Parametrat në dy gjendje konsiderohen: origjinale dhe të ngjeshur. Bëhen llogaritjet përkatëse. Rezultatet krahasohen dhe në bazë të të dhënave të marra ndërtohet një grafik.

Detyrë eksperimentale: përcaktimi i numrit Pi duke peshuar.

Qëllimi: përcaktoni vlerën e Pi në mënyra të ndryshme. Tregoni se mund të jetë e barabartë me 3.14 duke peshuar.

Për të kryer punën, nga i njëjti material priten një katror dhe një rreth, në mënyrë që rrezja e rrethit të jetë e barabartë me anën e katrorit dhe këto shifra peshohen. Numri Pi llogaritet përmes raportit të masave të një rrethi dhe një katrori.

Eksperiment në shtëpi për të studiuar karakteristikat e lëvizjes osciluese.

Qëllimi: të konsolidojë njohuritë e marra në mësim për periudhën dhe shpeshtësinë e lëkundjeve të një lavjerrës matematikor.

Një model i një lavjerrës lëkundës është bërë nga mjete të improvizuara (një trup i vogël është i pezulluar në një litar për eksperimentin, ju duhet të keni një orë me dorë të dytë); Pas numërimit të 30 lëkundjeve për një kohë të caktuar, llogaritet periudha dhe frekuenca. Ju mund të bëni një eksperiment me trupa të ndryshëm, duke vërtetuar se karakteristikat e dridhjeve nuk varen nga trupi. Dhe gjithashtu, duke kryer një eksperiment me fije me gjatësi të ndryshme, mund të vendosni varësinë përkatëse. Të gjitha rezultatet e shtëpisë duhet të diskutohen në klasë.

Detyrë eksperimentale: llogaritja e punës dhe energjisë kinetike.

Qëllimi: të tregojë se si vlera e punës mekanike dhe energjisë kinetike varet nga kushte të ndryshme të problemit.

Duke përdorur një kompjuter, lidhja midis gravitetit (peshës trupore), forcës tërheqëse, këndit të aplikimit të forcës dhe koeficientit të fërkimit zbulohet shumë shpejt.

Modeli ilustron konceptin e punës mekanike duke përdorur shembullin e lëvizjes së një blloku në një plan me fërkim nën veprimin e një force të jashtme të drejtuar në një kënd të caktuar me horizontin. Duke ndryshuar parametrat e modelit (masa e bllokut t, koeficienti i fërkimit, moduli dhe drejtimi i forcës vepruese F ), ju mund të monitoroni sasinë e punës së bërë kur blloku lëviz, forcën e fërkimit dhe forcën e jashtme. Vërtetoni në një eksperiment kompjuterik që shuma e këtyre punimeve është e barabartë me energjinë kinetike të bllokut. Ju lutemi vini re se puna e bërë nga forca e fërkimit A gjithmonë negative.

Detyra të ngjashme mund të përdoren për të monitoruar njohuritë e studentëve. Kompjuteri ju lejon të ndryshoni shpejt parametrat e detyrës, duke krijuar kështu një numër të madh opsionesh (mashtrimi eliminohet). Avantazhi i këtij lloji të punës është verifikimi i shpejtë. Puna mund të kontrollohet menjëherë në prani të studentëve. Nxënësit marrin rezultate dhe mund të vlerësojnë vetë njohuritë e tyre.

Përgatitja për Provimin e Unifikuar të Shtetit.

Qëllimi: të mësoni fëmijët t'i përgjigjen pyetjeve të testit shpejt dhe saktë.

Deri më sot, është zhvilluar një program për përgatitjen e studentëve për dhënien e Provimit të Unifikuar të Shtetit. Ai përmban detyra testimi të niveleve të ndryshme të vështirësisë për të gjitha seksionet e kursit të fizikës shkollore.

V. konkluzioni.

Mësimi i fizikës në shkollë përfshin shoqërimin e vazhdueshëm të kursit me eksperimente demonstruese. Megjithatë, në shkollat ​​moderne, kryerja e punës eksperimentale në fizikë është shpesh e vështirë për shkak të mungesës së kohës së mësimdhënies dhe mungesës së pajisjeve moderne materiale dhe teknike. Dhe edhe nëse laboratori i klasës së fizikës është plotësisht i pajisur me instrumentet dhe materialet e nevojshme, një eksperiment i vërtetë kërkon shumë më tepër kohë si për përgatitjen dhe kryerjen, ashtu edhe për analizimin e rezultateve të punës, për më tepër, për shkak të specifikave të tij (matje të konsiderueshme gabimet, kufizimet kohore të mësimit, etj.) një eksperiment i vërtetë shpesh nuk e realizon qëllimin e tij kryesor - të shërbejë si burim njohurish për modelet dhe ligjet fizike. Të gjitha varësitë e identifikuara janë vetëm të përafërta, shpesh një gabim i llogaritur saktë tejkalon vetë vlerat e matura.

Një eksperiment kompjuterik mund të plotësojë pjesën "eksperimentale" të një kursi të fizikës dhe të rrisë ndjeshëm efektivitetin e mësimeve. Kur e përdorni, mund të izoloni gjënë kryesore në një fenomen, të shkurtoni faktorët e vegjël, të identifikoni modele, të kryeni vazhdimisht teste me parametra të ndryshueshëm, të ruani rezultatet dhe të ktheheni në kërkimin tuaj në një kohë të përshtatshme. Përveç kësaj, një numër shumë më i madh eksperimentesh mund të kryhen në versionin kompjuterik. Ky lloj eksperimenti zbatohet duke përdorur një model kompjuterik të një ligji, fenomeni, procesi të caktuar, etj. Puna me këto modele hap mundësi të mëdha njohëse për studentët, duke i bërë ata jo vetëm vëzhgues, por edhe pjesëmarrës aktivë në eksperimentet që kryhen.

Shumica e modeleve interaktive ofrojnë opsione për ndryshimin e parametrave fillestarë dhe kushteve eksperimentale brenda një gamë të gjerë, duke ndryshuar shkallën e tyre kohore, si dhe simulimin e situatave që nuk janë të disponueshme në eksperimentet reale.

Një pikë tjetër pozitive është se kompjuteri ofron një mundësi unike, jo të zbatuar në një eksperiment të vërtetë fizik, për të vizualizuar jo një fenomen të vërtetë natyror, por modelin e tij teorik të thjeshtuar, i cili ju lejon të gjeni shpejt dhe në mënyrë efektive ligjet kryesore fizike të fenomenit të vëzhguar. . Përveç kësaj, studenti mund të vëzhgojë njëkohësisht ndërtimin e varësive grafike përkatëse ndërsa eksperimenti është duke vazhduar. Mënyra grafike e shfaqjes së rezultateve të simulimit e bën më të lehtë për studentët të asimilojnë sasi të mëdha informacioni të marrë. Modele të tilla kanë një vlerë të veçantë, pasi studentët, si rregull, përjetojnë vështirësi të konsiderueshme në ndërtimin dhe leximin e grafikëve.

Është gjithashtu e nevojshme të merret parasysh se jo të gjitha proceset, fenomenet, eksperimentet historike në fizikë mund të imagjinohen nga studenti pa ndihmën e modeleve virtuale (për shembull, cikli Carnot, modulimi dhe demodulimi, eksperimenti i Michelson në matjen e shpejtësisë së drita, eksperimenti i Radhërfordit, etj.). Modelet interaktive i lejojnë studentit të shohë proceset në një formë të thjeshtuar, të imagjinojë diagrame instalimi dhe të kryejë eksperimente që përgjithësisht janë të pamundura në jetën reale, për shembull, kontrollimi i funksionimit të një reaktori bërthamor.

Sot, ekzistojnë tashmë një sërë mjetesh softuerike pedagogjike (PPS), në një formë ose në një tjetër që përmbajnë modele ndërvepruese në fizikë. Fatkeqësisht, asnjë prej tyre nuk synon drejtpërdrejt përdorimin e shkollës. Disa modele janë të mbingarkuara me aftësinë për të ndryshuar parametrat për shkak të fokusit të tyre në aplikim në universitete në programe të tjera, modeli interaktiv është vetëm një element që ilustron materialin kryesor. Përveç kësaj, modelet janë të shpërndara nëpër stafe të ndryshme mësimore. Për shembull, "Physics in Pictures" nga kompania Physikon, megjithëse është më optimali për kryerjen e një eksperimenti kompjuterik frontal, është ndërtuar në platforma të vjetruara dhe nuk mbështet përdorimin në rrjetet lokale. Softuer të tjerë mësimor, si "Open Physics" nga e njëjta kompani, përmbajnë, së bashku me modelet, një grup të madh materialesh informacioni që nuk mund të fiken gjatë punës në klasë. E gjithë kjo e ndërlikon ndjeshëm përzgjedhjen dhe përdorimin e modeleve kompjuterike gjatë zhvillimit të mësimeve të fizikës në shkollat ​​e mesme.

Gjëja kryesore është që për përdorimin efektiv të një eksperimenti kompjuterik, kërkohet staf mësimor i orientuar në mënyrë specifike për përdorim në shkollën e mesme. Kohët e fundit ka pasur një tendencë drejt krijimit të stafit të specializuar mësimor për shkollat ​​në kuadër të projekteve federale, si konkurset për zhvilluesit e programeve arsimore të mbajtura nga Fondacioni Kombëtar i Trajnimit të Personelit. Ndoshta në vitet në vijim do të shohim staf mësimdhënës që mbështesin në mënyrë të gjithanshme eksperimentet kompjuterike në kurset e fizikës së shkollave të mesme. Unë u përpoqa t'i zbuloja të gjitha këto pika në punën time.

VI. Fjalorth.

Eksperimentoniështë një veprimtari shqisore-objektive në shkencë.

Eksperiment fizik- ky është vëzhgimi dhe analiza e fenomeneve në studim në kushte të caktuara, duke i lejuar dikujt të monitorojë rrjedhën e fenomeneve dhe ta rikrijojë atë çdo herë në kushte fikse.

Demonstrimiështë një eksperiment fizik që përfaqëson fenomene fizike, procese, modele, të perceptuara vizualisht.

Puna e përparme laboratorike– një lloj pune praktike që kryhet në procesin e studimit të materialit programor, kur të gjithë nxënësit e klasës kryejnë njëkohësisht të njëjtin lloj eksperimenti, duke përdorur të njëjtat pajisje.

Punëtori e fizikës– punë praktike të kryer nga studentët në përfundimin e seksioneve të mëparshme të kursit (ose në fund të vitit), në pajisje më komplekse, me një shkallë më të madhe pavarësie sesa në punën laboratorike të vijës së parë.

Punë eksperimentale në shtëpi- eksperimenti më i thjeshtë i pavarur që realizohet nga nxënësit në shtëpi, jashtë shkollës, pa udhëzime të drejtpërdrejta nga mësuesi.

Detyra eksperimentale– problemet në të cilat eksperimenti shërben si mjet për përcaktimin e disa sasive fillestare të nevojshme për zgjidhje; i jep përgjigje pyetjes së shtruar në të ose është mjet për të kontrolluar llogaritjet e bëra sipas kushtit.

VII. Bibliografi:

1. Bashmakov L.I., S.N Pozdnyakov, N.A Reznik “Mjedisi i të mësuarit të informacionit”, Shën Petersburg: “Svet”, f.121, 1997.

2 Belostotsky P.I., G. Yu., N.N. Gomulina "Teknologjitë kompjuterike: një mësim modern në fizikë dhe astronomi". Gazeta "Fizika" nr 20, f. 3, 1999.

3. Burov V.A. "Eksperiment demonstrues në fizikë në shkollën e mesme." Iluminizmi i Moskës 1979

4. Butikov E.I. Bazat e dinamikës klasike dhe modelimit kompjuterik. Materiale të konferencës së 7-të shkencore dhe metodologjike, Gjimnazi Akademik, Shën Petersburg - Peterhof i Vjetër, f. 47, 1998.

5. Vinnitsky Yu.A., G.M. Nurmukhamedov "Eksperiment kompjuterik në një kurs fizikë të shkollës së mesme." Revista “Fizika në shkollë” Nr.6, f. 42, 2006.

6. Golelov A.A. Konceptet e shkencës moderne natyrore: tekst shkollor. Punëtori. – M.: Qendra botuese humanitare VLADOS, 1998

7. Kavtrev A.F. "Metodologjia e përdorimit të modeleve kompjuterike në mësimet e fizikës." Konferenca e pestë ndërkombëtare "Fizika në sistemin e arsimit modern" (FSSO-99), abstrakte, vëllimi 3, St. Shën Petersburg: "Shtëpia Botuese e Universitetit Shtetëror Pedagogjik Rus me emrin A.I. Herzen", f. 98-99, 1999.

8. Kavtrev A.F. "Modelet kompjuterike në një kurs të fizikës shkollore." Revista "Mjetet kompjuterike në arsim", Shën Petersburg: "Informatizimi i arsimit", 12, f. 41-47, 1998.

9. Teoria dhe metodat e mësimdhënies së fizikës në shkollë. Çështje të përgjithshme. Redaktuar nga S.E. Kameneykogo, N.S. Purysheva. M: "Akademia", 2000

10. Trofimova T.I. "Kursi i fizikës", red. "Shkolla e Lartë", M., 1999

11. Chirtsov A.S. Teknologjitë e informacionit në mësimdhënien e fizikës. Revista "Mjetet kompjuterike në arsim", Shën Petersburg: "Informatizimi i arsimit", 12, f. Z, 1999.

Shtojca nr. 1

Klasifikimi i eksperimentit fizik

Shtojca nr. 2

Rezultatet e anketës së studentëve.

Një anketë u krye midis nxënësve të klasave 5 K, 6 A, 7 – 11 për pyetjet e mëposhtme:

Çfarë roli luan eksperimenti për ju kur studioni fizikën?

Programi ka krijuar 107 modele që mund të përdoren për të shpjeguar materiale të reja dhe për të zgjidhur probleme eksperimentale. Do të doja të jap disa shembuj që i përdor në mësimet e mia.

Fragment i orës së mësimit “Reaksionet bërthamore. Fisioni bërthamor”.

Qëllimi: të formulojë konceptet e reaksioneve bërthamore dhe të demonstrojë diversitetin e tyre. Zhvilloni një kuptim të thelbit të këtyre proceseve.

Kompjuteri përdoret kur shpjegon materialin e ri për të demonstruar më qartë proceset që studiohen, ju lejon të ndryshoni shpejt kushtet e reagimit dhe bën të mundur kthimin në kushtet e mëparshme.


Ky model tregon

lloje të ndryshme të transformimeve bërthamore.

Transformimet bërthamore ndodhin si rezultat i

proceset e zbërthimit radioaktiv të bërthamave, dhe

për shkak të reaksioneve bërthamore të shoqëruara

ndarja ose shkrirja e bërthamave.

Ndryshimet që ndodhin në kernel mund të zbërthehen

në tre grupe:

1. ndryshimi i njërit prej nukleoneve në bërthamë;

   ristrukturimi i strukturës së brendshme të bërthamës;

   rirregullimi i nukleoneve nga një bërthamë në tjetrën.

Grupi i parë përfshin lloje të ndryshme të zbërthimit beta, kur një nga neutronet e bërthamës shndërrohet në proton ose anasjelltas. Lloji i parë (më i shpeshtë) i zbërthimit beta ndodh me emetimin e një elektroni dhe një antineutrino elektronike. Lloji i dytë i zbërthimit beta ndodh ose nga emetimi i një pozitroni dhe një neutrine elektroni, ose nga kapja e një elektroni dhe emetimi i një neutrine elektronike (kapja e një elektroni ndodh nga njëra prej predhave elektronike më afër bërthamës ). Vini re se në një gjendje të lirë, një proton nuk mund të kalbet në një neutron neutron, pozitron dhe elektron - kjo kërkon energji shtesë, të cilën ai e merr nga bërthama. Megjithatë, energjia totale e bërthamës zvogëlohet ndërsa një proton shndërrohet në një neutron përmes procesit të zbërthimit beta. Kjo ndodh për shkak të një rënie në energjinë e zmbrapsjes së Kulombit midis protoneve të bërthamës (nga të cilat ka më pak).

Grupi i dytë përfshin zbërthimin e gama, në të cilin bërthama, e cila fillimisht ishte në një gjendje të ngacmuar, lëshon energji të tepërt, duke emetuar një kuantë gama. Grupi i tretë përfshin kalbjen alfa (emetimi nga bërthama origjinale e një grimce alfa - bërthama e një atomi heliumi i përbërë nga dy protone dhe dy neutrone), ndarje bërthamore (thithja e një neutroni nga bërthama e ndjekur nga zbërthimi në dy bërthama më të lehta dhe emetimi i disa neutroneve) dhe shkrirja bërthamore (kur përplasja e dy bërthamave të lehta prodhon një bërthamë më të rëndë dhe ndoshta lë pas fragmente drite ose protone ose neutrone individuale).

Ju lutemi vini re se gjatë kalbjes alfa, bërthama përjeton zmbrapsje dhe zhvendoset dukshëm në drejtim të kundërt me drejtimin e emetimit të grimcave alfa. Në të njëjtën kohë, kthimet nga prishja beta janë shumë më të vogla dhe nuk janë aspak të dukshme në modelin tonë. Kjo për faktin se masa e elektronit është mijëra (dhe madje qindra mijëra herë - për atomet e rënda) më pak se masa e bërthamës.

Fragment i mësimit "Reaktori bërthamor"

Qëllimi: të formoni ide për strukturën e një reaktori bërthamor, të demonstroni funksionimin e tij duke përdorur një kompjuter.


Kompjuteri ju lejon të ndryshoni kushtet

rrjedha e reaksioneve në reaktor. Duke hequr mbishkrimet,

mund të testoni njohuritë e nxënësve për ndërtimin

reaktor, tregojnë kushtet në të cilat

një shpërthim është i mundur.

Një reaktor bërthamor është një pajisje

projektuar për të kthyer energjinë

bërthama atomike në energji elektrike.

Bërthama e reaktorit përmban radioaktive

substancë (zakonisht uranium ose plutonium).

Energjia e çliruar për shkak të kalbjes së këtyre

atomet, ngroh ujin. Avulli i ujit që rezulton nxiton në turbinën me avull; Për shkak të rrotullimit të tij, një rrymë elektrike gjenerohet në gjeneratorin elektrik. Uji i ngrohtë, pas pastrimit të duhur, derdhet në një trup uji aty pranë; Nga atje, uji i ftohtë hyn në reaktor. Një shtresë e veçantë e mbyllur mbron mjedisin nga rrezatimi vdekjeprurës.

Shufra të veçanta grafiti thithin neutrone të shpejta. Me ndihmën e tyre, ju mund të kontrolloni përparimin e reagimit. Klikoni butonin "Ngritja" (kjo mund të bëhet vetëm nëse pompat që pompojnë ujë të ftohtë në reaktor janë të ndezura) dhe aktivizoni "Kushtet e procesit". Pasi të ngrihen shufrat, do të fillojë një reaksion bërthamor. Temperatura T brenda reaktorit temperatura do të rritet në 300°C dhe uji së shpejti do të fillojë të vlojë. Duke parë ampermetrin në këndin e djathtë të ekranit, mund të shihni se reaktori ka filluar të prodhojë rrymë elektrike. Duke i shtyrë shufrat prapa, mund të ndaloni reaksionin zinxhir.

Shtojca nr. 4

Përdorimi i kompjuterit gjatë kryerjes së punëve laboratorike dhe ushtrimeve fizike.

Janë 4 SD me zhvillimin e 72 punimeve laboratorike, të cilat lehtësojnë punën e mësuesit dhe i bëjnë mësimet më interesante dhe moderne. Këto zhvillime mund të përdoren gjatë kryerjes së një seminari fizik, sepse Temat e disa prej tyre shkojnë përtej qëllimit të kurrikulës shkollore. Ketu jane disa shembuj. Emri, qëllimi, pajisjet, ekzekutimi hap pas hapi i punës - e gjithë kjo projektohet në ekran duke përdorur një kompjuter.


Puna laboratorike: “Studimi i procesit izobarik”.

Qëllimi: të vendoset në mënyrë eksperimentale marrëdhëniet midis vëllimit dhe

temperatura e një gazi të një mase të caktuar në të ndryshmet e saj

shteteve.

Pajisjet: tabaka, tub - rezervuar me dy rubinet,

termometër, kalorimetër, shirit matës.

Objekti i studimit është ajri në tub -

tank. Në gjendjen fillestare, vëllimi i tij përcaktohet nga

gjatësia e zgavrës së brendshme të tubit. Tubi është vendosur spirale në spirale në kalorimetër, valvula e sipërme është e hapur. Hidhni ujë në 55 0 - 60 0 C në kalorimetër. Ato do të formohen derisa temperatura e ujit dhe ajrit në tub të jenë të barabarta. Temperatura matet me një termometër laboratorik. Ajri kalon në gjendjen e dytë duke derdhur ujë të ftohtë në kalorimetër. Pasi të vendoset ekuilibri termik, matet temperatura e ujit. Vëllimi në gjendjen e dytë matet me gjatësinë e tij në tub (gjatësia origjinale minus gjatësia e ujit që ka hyrë).

Duke ditur parametrat e ajrit në dy gjendje, vendoset një lidhje midis ndryshimit të vëllimit të tij dhe ndryshimit të temperaturës në presion konstant.

Mësim - punëtori: “Matja e koeficientit të tensionit sipërfaqësor.

Qëllimi: të praktikohet një nga teknikat e përcaktimit të koeficientit të tensionit sipërfaqësor.

Pajisje: peshore, tabaka, gotë, pikatore me ujë.

Objekti i studimit është uji. Peshoret sillen në pozicionin e punës dhe të balancuara. Ato përdoren për të përcaktuar masën e xhamit. Përafërsisht 60 - 70 pika uji pikojnë nga tavëllja në gotë. Përcaktoni masën e një gote me ujë. Diferenca e masës në gotë përdoret për të përcaktuar masën e ujit. Duke ditur numrin e pikave, mund të përcaktoni masën e një pike. Diametri i vrimës së pikatores tregohet në kapsulën e saj. Formula llogarit koeficientin e tensionit sipërfaqësor të ujit. Krahasoni rezultatin e marrë me vlerën e tabelës.

Për studentët e fortë, ju mund të sugjeroni kryerjen e eksperimenteve shtesë me vaj vegjetal.

L. V. Pigalitsyn,
, www.levpi.narod.ru, institucioni arsimor komunal shkolla e mesme nr. 2, Dzerzhinsk, rajoni i Nizhny Novgorod.

Eksperiment fizik kompjuterik

4. Eksperiment kompjuterik kompjuterik

Kthimet e eksperimentit llogaritës
në një fushë të pavarur të shkencës.
R.G. Efremov, Doktor i Shkencave Fizike dhe Matematikore

Një eksperiment kompjuterik kompjuterik është në shumë mënyra i ngjashëm me një eksperiment konvencional (në shkallë të plotë). Kjo përfshin planifikimin e eksperimenteve, krijimin e një organizimi eksperimental, kryerjen e testeve të kontrollit, kryerjen e një sërë eksperimentesh, përpunimin e të dhënave eksperimentale, interpretimin e tyre, etj. Sidoqoftë, ai kryhet jo në një objekt real, por në modelin e tij matematikor, roli i konfigurimit eksperimental luhet nga një kompjuter i pajisur me një program të veçantë.

Eksperimentimi kompjuterik po bëhet gjithnjë e më popullor. Ajo praktikohet në shumë institute dhe universitete, për shembull, në Universitetin Shtetëror të Moskës. M.V Lomonosov, MPGU, Instituti i Citologjisë dhe Gjenetikës SB RAS, Instituti i Biologjisë Molekulare RAS, etj. Shkencëtarët tashmë mund të marrin rezultate të rëndësishme shkencore pa një eksperiment të vërtetë, "të lagësht". Për këtë, nuk ka vetëm fuqi kompjuterike, por edhe algoritme të nevojshme, dhe më e rëndësishmja, mirëkuptim. Nëse më parë ata ndanë - in vivo, in vitro, – atëherë tani janë shtuar më shumë në silikon. Në fakt, eksperimenti llogaritës po bëhet një fushë e pavarur e shkencës.

Përparësitë e një eksperimenti të tillë janë të dukshme. Është, si rregull, më e lirë se e natyrshme. Mund të ndërhyhet lehtësisht dhe në mënyrë të sigurt. Mund të përsëritet dhe të ndërpritet në çdo kohë. Ky eksperiment mund të simulojë kushte që nuk mund të krijohen në laborator. Sidoqoftë, është e rëndësishme të mbani mend se një eksperiment llogaritës nuk mund të zëvendësojë plotësisht një eksperiment në shkallë të plotë dhe e ardhmja qëndron në kombinimin e tyre të arsyeshëm. Një eksperiment kompjuterik kompjuterik shërben si një urë lidhëse midis eksperimentit natyror dhe modeleve teorike. Pika fillestare e modelimit numerik është zhvillimi i një modeli të idealizuar të sistemit fizik në shqyrtim.

Le të shqyrtojmë disa shembuj të eksperimenteve fizike llogaritëse.

Momenti i inercisë. Në "Fizika e Hapur" (2.6, pjesa 1) ekziston një eksperiment interesant llogaritës për gjetjen e momentit të inercisë së një trupi të ngurtë duke përdorur shembullin e një sistemi të përbërë nga katër topa të lidhur në një gjilpërë thurjeje. Ju mund të ndryshoni pozicionin e këtyre topave në gjilpërën e thurjes, dhe gjithashtu të zgjidhni pozicionin e boshtit të rrotullimit, duke e tërhequr atë si përmes qendrës së gjilpërës së thurjes ashtu edhe përmes skajeve të saj. Për çdo renditje të topave, nxënësit llogaritin vlerën e momentit të inercisë duke përdorur teoremën e Shtajnerit për përkthimin paralel të boshtit të rrotullimit. Të dhënat për llogaritjet jepen nga mësuesi. Pas llogaritjes së momentit të inercisë, të dhënat futen në program dhe kontrollohen rezultatet e marra nga nxënësit.

"Kuti e zeze". Për të zbatuar eksperimentin llogaritës, unë dhe studentët e mi krijuam disa programe për të studiuar përmbajtjen e një "kutie të zezë" elektrike. Mund të përmbajë rezistorë, llamba inkandeshente, dioda, kondensatorë, mbështjellje, etj.

Rezulton se në disa raste është e mundur, pa hapur "kutinë e zezë", të zbuloni përmbajtjen e saj duke lidhur pajisje të ndryshme me hyrjen dhe daljen. Sigurisht, në nivel shkolle kjo mund të bëhet për një rrjet të thjeshtë me tre ose katër terminale. Detyra të tilla zhvillojnë imagjinatën e nxënësve, të menduarit hapësinor dhe kreativitetin, pa përmendur faktin se zgjidhja e tyre kërkon njohuri të thella dhe të forta. Prandaj, nuk është rastësi që në shumë Olimpiada All-Union dhe ndërkombëtare në fizikë, studimi i "kutive të zeza" në mekanikë, nxehtësi, energji elektrike dhe optikë propozohet si probleme eksperimentale.

Në kurset e mia speciale, unë kryej tre punë të vërteta laboratorike në një "kuti të zezë":

- vetëm rezistenca;

– rezistorë, llamba inkandeshente dhe dioda;

– rezistorë, kondensatorë, bobina, transformatorë dhe qarqe lëkundëse.

Strukturisht, "kutitë e zeza" janë të dizajnuara në kuti të zbrazëta të ndeshjes. Brenda kutisë vendoset një qark elektrik dhe vetë kutia mbyllet me shirit. Hulumtimi kryhet duke përdorur instrumente - avometra, gjeneratorë, oshiloskopë, etj. - sepse Për ta bërë këtë, duhet të ndërtoni karakteristikën e tensionit aktual dhe përgjigjen e frekuencës. Nxënësit futin leximet e instrumentit në një kompjuter, i cili përpunon rezultatet dhe vizaton karakteristikën e tensionit aktual dhe përgjigjen e frekuencës. Kjo i lejon studentët të kuptojnë se cilat pjesë janë në kutinë e zezë dhe të përcaktojnë parametrat e tyre.

Gjatë kryerjes së punës laboratorike të vijës së parë me "kutitë e zeza", lindin vështirësi për shkak të mungesës së instrumenteve dhe pajisjeve laboratorike. Në të vërtetë, për të kryer hulumtime është e nevojshme të keni, të themi, 15 oshiloskopë, 15 gjeneratorë të zërit, etj., d.m.th. 15 komplete pajisjesh të shtrenjta që shumica e shkollave nuk i kanë. Dhe këtu vijnë në shpëtim "kutitë e zeza" virtuale - programet kompjuterike përkatëse.

Avantazhi i këtyre programeve është se kërkimi mund të kryhet njëkohësisht nga e gjithë klasa. Si shembull, merrni parasysh një program që përdor një gjenerues të numrave të rastësishëm për të zbatuar "kutitë e zeza" që përmbajnë vetëm rezistorë. Ekziston një "kuti e zezë" në anën e majtë të desktopit. Ai përmban një qark elektrik të përbërë vetëm nga rezistorë që mund të vendosen midis pikave A, B, C Dhe D.

Studenti ka në dispozicion tre pajisje: një burim energjie (rezistenca e tij e brendshme merret e barabartë me zero për të thjeshtuar llogaritjet, dhe emf-i gjenerohet rastësisht nga programi); voltmetër (rezistenca e brendshme është pafundësi); ampermetër (rezistenca e brendshme është zero).

Kur programi niset, brenda "kutisë së zezë" krijohet rastësisht një qark elektrik që përmban nga 1 deri në 4 rezistorë. Nxënësi mund të bëjë katër përpjekje. Pas shtypjes së çdo tasti, atij i kërkohet të lidhë ndonjë nga pajisjet e propozuara në çdo sekuencë me terminalet e "kutisë së zezë". Për shembull, ai u lidh me terminalet AB burimi aktual me EMF = 3 V (vlera EMF u krijua rastësisht nga programi, në këtë rast doli të ishte 3 V). Tek terminalet CD Lidha një voltmetër dhe leximet e tij doli të ishin 2.5 V. Nga kjo duhet të konkludohet se "kutia e zezë" ka të paktën një ndarës të tensionit. Për të vazhduar eksperimentin, në vend të një voltmetri, mund të lidhni një ampermetër dhe të merrni lexime. Këto të dhëna nuk janë të mjaftueshme për të zgjidhur misterin. Prandaj, mund të kryhen edhe dy eksperimente të tjera: burimi aktual është i lidhur me terminalet CD, dhe voltmetri dhe ampermetri - te terminalet AB. Të dhënat e marra në këtë rast do të jenë mjaft të mjaftueshme për të zbërthyer përmbajtjen e "kutisë së zezë". Nxënësi vizaton një diagram në letër, llogarit parametrat e rezistorëve dhe ia tregon rezultatet mësuesit.

Mësuesi, pasi ka kontrolluar punën, fut kodin e duhur në program, dhe qarku i vendosur brenda kësaj "kutie të zezë" dhe parametrat e rezistorëve shfaqen në desktop.

Programi është shkruar nga studentët e mi në BASIC. Për ta futur atë Windows XP ose në Windows Vista mund të përdorni një program emulator DOS, Për shembull, DosBox. Mund ta shkarkoni nga faqja ime e internetit www.physics-computer.by.ru.

Nëse ka elementë jolinearë brenda "kutisë së zezë" (llambat inkandeshente, diodat, etj.), Atëherë përveç matjeve direkte, do të duhet të merret edhe karakteristika e tensionit aktual. Për këtë është e nevojshme të kemi një burim rryme, tension, në daljet e të cilit mund të ndryshohet tensioni nga 0 në një vlerë të caktuar.

Për të studiuar induktancat dhe kapacitetet, është e nevojshme të hiqni përgjigjen e frekuencës duke përdorur një gjenerator virtual të zërit dhe një oshiloskop.

Zgjedhësi i shpejtësisë. Le të shqyrtojmë një program tjetër nga "Fizika e Hapur" (2.6, pjesa 2), e cila ju lejon të kryeni një eksperiment llogaritës me një përzgjedhës shpejtësie në një spektrometër masiv. Për të përcaktuar masën e një grimce duke përdorur një spektrometër masiv, është e nevojshme të kryhet një përzgjedhje paraprake e grimcave të ngarkuara sipas shpejtësive. Këtij qëllimi i shërben të ashtuquajturat përzgjedhësit e shpejtësisë.

Në përzgjedhësin më të thjeshtë të shpejtësisë, grimcat e ngarkuara lëvizin në fusha të kryqëzuara homogjene elektrike dhe magnetike. Një fushë elektrike krijohet midis pllakave të një kondensatori të sheshtë dhe një fushë magnetike krijohet në hendekun e elektromagnetit. shpejtësia e fillimit υ grimcat e ngarkuara drejtohen pingul me vektorët E Dhe NË .

Mbi një grimcë të ngarkuar veprojnë dy forca: forca elektrike q E dhe forca magnetike e Lorencit q υ × B . Në kushte të caktuara, këto forca mund të balancojnë saktësisht njëra-tjetrën. Në këtë rast, grimca e ngarkuar do të lëvizë në mënyrë të njëtrajtshme dhe drejtvizore. Pasi të fluturojë përmes kondensatorit, grimca do të kalojë përmes një vrimë të vogël në ekran.

Gjendja e një trajektoreje drejtvizore të një grimce nuk varet nga ngarkesa dhe masa e grimcës, por varet vetëm nga shpejtësia e saj: qE = qυB→υ = E/B.

Në modelin kompjuterik, ju mund të ndryshoni vlerat e fuqisë së fushës elektrike E, induksionit të fushës magnetike B dhe shpejtësia fillestare e grimcave υ . Eksperimentet e përzgjedhjes së shpejtësisë mund të kryhen për elektronet, protonet, grimcat alfa dhe atomet plotësisht të jonizuara të uranium-235 dhe uranium-238. Eksperimenti llogaritës në këtë model kompjuterik kryhet si më poshtë: nxënësit informohen se cila grimcë e ngarkuar fluturon në përzgjedhësin e shpejtësisë, forca e fushës elektrike dhe shpejtësia fillestare e grimcës. Nxënësit llogaritin induksionin e fushës magnetike duke përdorur formulat e mësipërme. Pas kësaj, të dhënat futen në program dhe vërehet fluturimi i grimcave. Nëse grimca fluturon horizontalisht brenda përzgjedhësit të shpejtësisë, atëherë llogaritjet janë bërë saktë.

Eksperimente më komplekse llogaritëse mund të kryhen duke përdorur paketën falas "MODELI VIZION për WINDOWS". Qese plastike ModelVisionStudium (MVS)është një guaskë grafike e integruar për krijimin e shpejtë të modeleve vizuale interaktive të sistemeve dinamike komplekse dhe kryerjen e eksperimenteve llogaritëse me to. Paketa u zhvillua nga grupi kërkimor i Teknologjive të Objekteve Eksperimentale në Departamentin e Kompjuterave të Shpërndara dhe Rrjeteve Kompjuterike, Fakulteti i Kibernetikës Teknike, Universiteti Teknik Shtetëror i Shën Petersburgut. Versioni falas i paketës i disponueshëm falas MVS 3.0 është në dispozicion në faqen e internetit www.exponenta.ru. Teknologjia e Simulimit të Mjedisit MVS bazohet në konceptin e një stoli laboratorik virtual. Përdoruesi vendos blloqe virtuale të sistemit të simuluar në stendë. Blloqet virtuale për modelin ose zgjidhen nga biblioteka ose krijohen përsëri nga përdoruesi. Qese plastike MVSështë projektuar për të automatizuar fazat kryesore të një eksperimenti llogaritës: ndërtimi i një modeli matematikor të objektit në studim, gjenerimi i një zbatimi softuerësh të modelit, studimi i vetive të modelit dhe prezantimi i rezultateve në një formë të përshtatshme për analizë. Objekti në studim mund t'i përkasë klasës së sistemeve të vazhdueshme, diskrete ose hibride. Paketa është më e përshtatshme për studimin e sistemeve komplekse fizike dhe teknike.

Si nje shembull Le të shqyrtojmë një problem mjaft popullor. Lëreni një pikë materiale të hidhet në një kënd të caktuar në një plan horizontal dhe të përplaset absolutisht elastik me këtë plan. Ky model është bërë pothuajse i detyrueshëm në grupin demo të paketave të modelimit. Në të vërtetë, ky është një sistem tipik hibrid me sjellje të vazhdueshme (fluturim në një fushë gravitacionale) dhe ngjarje diskrete (kërcime). Ky shembull ilustron gjithashtu qasjen e orientuar drejt modelimit: një top që fluturon në atmosferë është pasardhës i një topi që fluturon në hapësirën pa ajër dhe trashëgon automatikisht të gjitha tiparet e përbashkëta, duke shtuar karakteristikat e veta.

Faza e fundit, përfundimtare, nga këndvështrimi i përdoruesit, e modelimit është faza e përshkrimit të formës së paraqitjes së rezultateve të një eksperimenti llogaritës. Këto mund të jenë tabela, grafikë, sipërfaqe dhe madje edhe animacione që ilustrojnë rezultatet në kohë reale. Kështu, përdoruesi në të vërtetë vëzhgon dinamikën e sistemit. Pikat në hapësirën fazore, elementët e dizajnit të tërhequr nga përdoruesi mund të lëvizin, skema e ngjyrave mund të ndryshojë dhe përdoruesi mund të monitorojë, për shembull, proceset e ngrohjes ose ftohjes në ekran. Në paketat e krijuara për zbatimin e softuerit të modelit, është e mundur të sigurohen dritare speciale që ju lejojnë të ndryshoni vlerat e parametrave gjatë një eksperimenti llogaritës dhe të shihni menjëherë pasojat e ndryshimeve.

Shumë punë në modelimin vizual të proceseve fizike në MVS mbajtur në Universitetin Shtetëror Pedagogjik të Moskës. Atje, janë zhvilluar një sërë veprash virtuale për kursin e fizikës së përgjithshme, të cilat mund të shoqërohen me instalime reale eksperimentale, të cilat ju lejojnë të vëzhgoni njëkohësisht në ekran në kohë reale ndryshimet në parametrat e procesit fizik real dhe parametrat e modelit të tij, duke treguar qartë përshtatshmërinë e tij. Si shembull, unë citoj shtatë punime laboratorike mbi mekanikën nga një punëtori laboratorike në portalin në internet të arsimit të hapur, që korrespondojnë me standardet ekzistuese arsimore shtetërore për specialitetin "Mësues i fizikës": studimi i lëvizjes drejtvizore duke përdorur makinën Atwood; matja e shpejtësisë së një plumbi; shtimi i dridhjeve harmonike; matja e momentit të inercisë së një rrote biçiklete; studimi i lëvizjes rrotulluese të një trupi të ngurtë; përcaktimi i përshpejtimit të rënies së lirë duke përdorur një lavjerrës fizik; studimi i lëkundjeve të lira të lavjerrësit fizik.

Gjashtë të parat janë virtuale dhe janë simuluar në një PC në ModelVisionStudiumFree, dhe kjo e fundit ka edhe version virtual edhe dy real. Në një, të destinuar për mësim në distancë, studenti duhet të bëjë në mënyrë të pavarur një lavjerrës nga një kapëse e madhe letre dhe një gomë dhe, duke e varur nën boshtin e një miu kompjuteri pa top, të marrë një lavjerrës, këndi i devijimit të të cilit lexohet. nga një program i veçantë dhe duhet të përdoret nga nxënësi gjatë përpunimit të rezultateve të eksperimentit. Kjo qasje lejon që disa nga aftësitë e nevojshme për punën eksperimentale të praktikohen vetëm në një PC, dhe pjesa tjetër - kur punoni me pajisje reale të disponueshme dhe me akses në distancë në pajisje. Në një opsion tjetër, i destinuar për përgatitjen në shtëpi të studentëve me kohë të plotë për të kryer punë laboratorike në punëtorinë e Departamentit të Fizikës së Përgjithshme dhe Eksperimentale, Fakulteti i Fizikës, Universiteti Pedagogjik Shtetëror i Moskës, studenti praktikon aftësitë për të punuar me një strukturë eksperimentale në një model virtual, dhe në laborator kryen një eksperiment në të njëjtën kohë në një setup real specifik dhe me modelin e tij virtual. Në të njëjtën kohë, ai përdor të dy instrumentet matëse tradicionale në formën e një peshore optike dhe një kronometër, si dhe mjete më të sakta dhe me veprim të shpejtë - një sensor zhvendosjeje të bazuar në një mi optik dhe një kohëmatës kompjuteri. Krahasimi i njëkohshëm i të tre paraqitjeve (tradicionale, të rafinuara me ndihmën e sensorëve elektronikë të lidhur me një kompjuter dhe model) të të njëjtit fenomen na lejon të nxjerrim një përfundim në lidhje me kufijtë e përshtatshmërisë së modelit kur të dhënat e modelimit kompjuterik fillojnë pas ca kohësh. për të ndryshuar gjithnjë e më shumë nga leximet, të filmuara në një instalacion të vërtetë.

Sa më sipër nuk shterojnë mundësitë e përdorimit të një kompjuteri në një eksperiment kompjuterik fizik. Pra, për një mësues krijues dhe nxënësit e tij do të ketë gjithmonë mundësi të pashfrytëzuara në fushën e eksperimenteve fizike virtuale dhe reale.

Nëse keni ndonjë koment ose sugjerim për lloje të ndryshme të eksperimenteve fizike kompjuterike, ju lutem më shkruani në:

Një kompjuter modern ka shumë përdorime. Midis tyre, siç e dini, aftësitë e kompjuterit si mjet për automatizimin e proceseve të informacionit janë të një rëndësie të veçantë. Por jo më pak të rëndësishme janë aftësitë e tij si mjet kryerja e punës eksperimentale dhe analizimi i rezultateve të saj.

Eksperimenti llogaritësështë njohur prej kohësh në shkencë. Mos harroni zbulimin e planetit Neptun "në majë të një stilolapsi". Shpesh, rezultatet e kërkimit shkencor konsiderohen të besueshme vetëm nëse ato mund të paraqiten në formën e modeleve matematikore dhe të konfirmohen nga llogaritjet matematikore. Për më tepër, kjo vlen jo vetëm për fizikën

apo dizajn teknik, por edhe në sociologji, gjuhësi, marketing - disiplina tradicionalisht humanitare larg matematikës.

Një eksperiment llogaritës është një metodë teorike e njohjes. Një zhvillim i kësaj metode është modelimi numerik- një metodë relativisht e re shkencore që është bërë e përhapur falë ardhjes së kompjuterëve.

Modelimi numerik përdoret gjerësisht si në praktikë ashtu edhe në kërkimin shkencor.

Shembull. Pa ndërtimin e modeleve matematikore dhe kryerjen e një sërë llogaritjesh mbi të dhënat që ndryshojnë vazhdimisht që vijnë nga instrumentet matëse, funksionimi i linjave automatike të prodhimit, autopilotëve, stacioneve gjurmuese dhe sistemeve automatike të diagnostikimit është i pamundur. Për më tepër, për të siguruar besueshmërinë e sistemeve, llogaritjet duhet të kryhen në kohë reale dhe gabimet e tyre mund të arrijnë në të milionat e përqindjes.

Shembull. Një astronom modern shpesh mund të shihet jo në okularin e një teleskopi, por përpara një ekrani kompjuterik. Dhe jo vetëm një teoricien, por edhe një vëzhgues. Astronomia është një shkencë e pazakontë. Ajo, si rregull, nuk mund të eksperimentojë drejtpërdrejt me objektet kërkimore. Astronomët vetëm "spiunojnë" dhe "përgjojnë" lloje të ndryshme të rrezatimit (flukset e rrezeve elektromagnetike, gravitacionale, neutrino ose kozmike). Kjo do të thotë që ju duhet të mësoni të nxirrni sa më shumë informacion të jetë e mundur nga vëzhgimet dhe t'i riprodhoni ato në llogaritjet për të testuar hipotezat që përshkruajnë këto vëzhgime. Aplikimet e kompjuterëve në astronomi, si në shkencat e tjera, janë jashtëzakonisht të ndryshme. Kjo përfshin automatizimin e vëzhgimeve dhe përpunimin e rezultateve të tyre (astronomët shohin imazhet jo në një okular, por në një monitor të lidhur me instrumente speciale). Kompjuterët janë gjithashtu të nevojshëm për të punuar me katalogë të mëdhenj (yje, analiza spektrale, përbërje kimike, etj.).

Shembull. Të gjithë e dinë shprehjen "një stuhi në një filxhan çaji". Për të studiuar në detaje një proces kaq kompleks hidrodinamik si një stuhi, është e nevojshme të përdoren metoda të sofistikuara të modelimit numerik. Prandaj, në qendrat e mëdha hidrometeorologjike ka kompjuterë të fuqishëm: "stuhia luhet" në kristalin e procesorit të kompjuterit.

Edhe nëse jeni duke kryer llogaritje jo shumë komplekse, por duhet t'i përsërisni ato një milion herë, është më mirë të shkruani programin një herë, dhe kompjuteri do ta përsërisë atë sa herë të jetë e nevojshme (kufizimi, natyrisht, do të jetë shpejtësia e kompjuterit).

Modelimi numerik mund të jetë një metodë e pavarur kërkimi kur vetëm vlerat e disa treguesve janë me interes (për shembull, kostoja e prodhimit ose spektri integral i galaktikës), por më shpesh vepron si një nga mjetet e ndërtimit të kompjuterit. modele në kuptimin më të gjerë të termit.

Historikisht, punimet e para mbi modelimin kompjuterik ishin të lidhura me fizikën, ku një klasë e tërë problemesh të hidraulikës, filtrimit, transferimit të nxehtësisë dhe shkëmbimit të nxehtësisë, mekanikës së ngurtë etj., u zgjidhën duke përdorur modelimin numerik i fizikës matematikore dhe, në thelb, ishte, natyrisht, modelimi matematik. Sukseset e modelimit matematik në fizikë kontribuan në shtrirjen e tij në problemet në kimi, inxhinieri elektrike dhe biologji, dhe skemat e modelimit nuk ishin shumë të ndryshme nga njëra-tjetra. Kompleksiteti i problemeve të zgjidhura në bazë të modelimit ishte i kufizuar vetëm nga fuqia e kompjuterëve në dispozicion. Ky lloj modelimi është i përhapur edhe sot. Për më tepër, gjatë zhvillimit të modelimit numerik, janë grumbulluar biblioteka të tëra nënprogramesh dhe funksionesh që lehtësojnë aplikimin dhe zgjerojnë aftësitë e modelimit. E megjithatë, aktualisht, koncepti i "modelimit kompjuterik" zakonisht lidhet jo me disiplinat themelore të shkencës natyrore, por kryesisht me analizën e sistemit të sistemeve komplekse nga këndvështrimi i kibernetikës (d.m.th., nga këndvështrimi i menaxhimit, vetëqeverisjes , vetëorganizim). Dhe tani modelimi kompjuterik përdoret gjerësisht në biologji, makroekonomi, në krijimin e sistemeve të automatizuara të kontrollit, etj.

Shembull. Mbani mend eksperimentin e Piaget të përshkruar në paragrafin e mëparshëm. Ajo, natyrisht, mund të kryhet jo me objekte reale, por me një imazh të animuar në ekranin e ekranit. Por lëvizja e lodrave mund të filmohej në film të rregullt dhe të shfaqej në TV. A është e përshtatshme që përdorimi i një kompjuteri në këtë rast të quhet simulim kompjuterik?

Shembull. Një model i fluturimit të një trupi të hedhur vertikalisht lart ose në një kënd me horizontin është, për shembull, një grafik i lartësisë së trupit në funksion të kohës. Ju mund ta ndërtoni atë

a) në një fletë letre, me pika;

b) në një redaktues grafik në të njëjtat pika;

c) duke përdorur një program grafik biznesi, për shembull, në
spreadsheets;

d) duke shkruar një program që jo vetëm shfaq
plagët rrugën e fluturimit, por gjithashtu ju lejon të vendosni të ndryshme
ny të dhëna fillestare (këndi i prirjes, shpejtësia fillestare
rritje).

Pse nuk dëshironi të quani opsionin b) një model kompjuteri, por opsionet c) dhe d) korrespondojnë plotësisht me këtë emër?

Nën model kompjuterik shpesh i referohet një programi (ose një programi plus një pajisje të veçantë) që ofron një imitim të karakteristikave dhe sjelljes së një objekti specifik. Rezultati i këtij programi quhet edhe model kompjuterik.

Në literaturën e specializuar, termi "model kompjuterik" përcaktohet më rreptësisht si më poshtë:

Një imazh konvencional i një objekti ose një sistemi objektesh (procese, fenomene), i përshkruar duke përdorur tabela të ndërlidhura kompjuterike, diagrame, diagrame, grafikë, vizatime, fragmente animacioni, hipertekste, etj., dhe duke shfaqur strukturën (elementet dhe marrëdhëniet midis tyre ) të objektit. Modelet kompjuterike të këtij lloji quhen strukturore dhe funksionale;

Një program i veçantë ose një grup programesh që lejon, duke përdorur një sekuencë llogaritjesh dhe shfaqje grafike të rezultateve të tyre, të riprodhoni (simuloni) proceset e funksionimit të një objekti, që i nënshtrohen ndikimit të faktorëve të ndryshëm, zakonisht të rastit, mbi të. . Modele të tilla quhen imitim.

Modelet kompjuterike mund të jenë të thjeshta ose komplekse. Ju keni krijuar modele të thjeshta shumë herë kur mësoni programimin ose ndërtonit bazën e të dhënave tuaja. Në sistemet grafike tredimensionale, sistemet e ekspertëve dhe sistemet e automatizuara të kontrollit, ndërtohen dhe përdoren modele kompjuterike shumë komplekse.

Shembull. Ideja e ndërtimit të një modeli të veprimtarisë njerëzore duke përdorur një kompjuter nuk është e re, dhe është e vështirë të gjesh një fushë aktiviteti në të cilën nuk është tentuar. Sistemet e ekspertëve janë programe kompjuterike që simulojnë veprimet e një eksperti njerëzor kur zgjidh problemet në çdo fushë lëndore në bazë të njohurive të grumbulluara që përbëjnë bazën e njohurive. ES zgjidh problemin e modelimit të aktivitetit mendor. Për shkak të kompleksitetit të modeleve, zhvillimi i ES zakonisht zgjat disa vjet.

Sistemet moderne të ekspertëve, përveç bazës së njohurive, kanë gjithashtu një bazë precedenti - për shembull, rezultatet e një sondazhi të njerëzve realë dhe informacione rreth suksesit/dështimit të mëvonshëm të aktiviteteve të tyre. Për shembull, baza precedent e sistemit të ekspertëve të Policisë së Nju Jorkut është 786 000 njerëz, Qendra Hobi (politika e personelit në ndërmarrje) - 512 000 njerëz, dhe sipas specialistëve të kësaj qendre, ES që ata zhvilluan filluan të punojnë me saktësinë e pritshme vetëm kur baza kalonte 200 000 njeri, u deshën 6 vjet për të krijuar.

Shembull. Progresi në krijimin e grafikës kompjuterike ka përparuar nga imazhet me kornizë teli të modeleve tredimensionale me imazhe të thjeshta gjysmëtonike në fotografi moderne realiste që janë shembuj të artit. Kjo rezultoi nga suksesi në përcaktimin më të saktë të mjedisit të modelimit. Transparenca, reflektimi, hijet, modelet e ndriçimit dhe vetitë e sipërfaqes janë disa nga fushat ku ekipet kërkimore janë duke punuar shumë, duke dalë vazhdimisht me algoritme të reja për krijimin e imazheve artificiale gjithnjë e më realiste. Sot, këto metoda përdoren gjithashtu për të krijuar animacion me cilësi të lartë.

Nevojat praktike V modelimi kompjuterik paraqet sfida për zhvilluesit e harduerit fondeve kompjuter. Kjo do të thotë, metoda ndikon në mënyrë aktive jo vetëm në shfaqjen e reja dhe programe të reja Por Dhe në zhvillimin mjete teknike.

Shembull. Holografia kompjuterike u diskutua për herë të parë në vitet '80. Pra, në sistemet e projektimit me ndihmën e kompjuterit, në sistemet e informacionit gjeografik, do të ishte mirë të ishim në gjendje jo vetëm të shikonim një objekt me interes në formë tredimensionale, por ta paraqisnim atë në formën e një hologrami që mund të rrotullohet. , u anua dhe shikoi brenda saj. Për të krijuar një imazh holografik të dobishëm në aplikacione reale, ju duhet

holografike

Fotot

shfaq me një numër gjigant pikselësh - deri në një miliard. Kjo punë tani është duke u zhvilluar në mënyrë aktive. Njëkohësisht me zhvillimin e ekranit holografik, puna është në lëvizje të plotë për të krijuar një stacion pune tre-dimensionale bazuar në parimin e quajtur "zëvendësimi i realitetit". Pas këtij termi qëndron ideja e përdorimit të gjerë të të gjitha atyre metodave natyrore dhe intuitive që një person përdor kur ndërvepron me modelet natyrore (materiale-energjike), por në të njëjtën kohë theksi vihet në përmirësimin dhe zhvillimin e tyre gjithëpërfshirës duke përdorur aftësitë unike të sistemeve dixhitale. Pritet, për shembull, që do të jetë e mundur të manipulohet dhe ndërveprohet me hologramet kompjuterike në kohë reale duke përdorur gjeste dhe prekje.

Modelimi kompjuterik ka si më poshtë Përparësitë:

Ofron shikueshmëri;

Në dispozicion për t'u përdorur.

Avantazhi kryesor i modelimit kompjuterik është se ju lejon jo vetëm të vëzhgoni, por edhe të parashikoni rezultatin e një eksperimenti në disa kushte të veçanta. Falë kësaj mundësie, kjo metodë ka gjetur aplikim në biologji, kimi, sociologji, ekologji, fizikë, ekonomi dhe shumë fusha të tjera të dijes.

Simulimi kompjuterik përdoret gjerësisht në mësimdhënie. Duke përdorur programe speciale, ju mund të shikoni modele të fenomeneve të tilla si fenomenet e mikrobotës dhe botës me dimensione astronomike, fenomenet e fizikës bërthamore dhe kuantike, zhvillimin e bimëve dhe transformimin e substancave në reaksione kimike.

Trajnimi i specialistëve në shumë profesione, veçanërisht si kontrollues të trafikut ajror, pilot, dispeçer të centraleve bërthamore dhe të termocentraleve, kryhet duke përdorur simulatorë të kontrolluar nga kompjuteri që simulojnë situata reale, përfshirë ato emergjente.

Puna laboratorike mund të kryhet në një kompjuter nëse pajisjet dhe instrumentet e nevojshme reale nuk janë të disponueshme ose nëse zgjidhja e problemit kërkon përdorimin e metodave komplekse matematikore dhe llogaritjeve intensive të punës.

Modelimi kompjuterik bën të mundur "ringjalljen" e ligjeve fizike, kimike, biologjike dhe sociale që po studiohen, si dhe kryerjen e një sërë eksperimentesh me modelin. Por nuk duhet të harrojmë se të gjitha këto eksperimente janë të një natyre shumë të kushtëzuar dhe vlera e tyre edukative është gjithashtu shumë e kushtëzuar.

Shembull. Para përdorimit praktik të reaksionit të kalbjes bërthamore, fizikanët bërthamorë thjesht nuk dinin për rreziqet e rrezatimit, por përdorimi i parë masiv i "arritjeve" (Hiroshima dhe Nagasaki) tregoi qartë se si rrezatimi

c është i rrezikshëm për njerëzit. Fizikanët fillojnë me elektronikë bërthamore

stacionet, njerëzimi nuk do të kishte mësuar për rreziqet e rrezatimit për një kohë të gjatë. Arritja e kimistëve në fillim të shekullit të kaluar - pesticidi më i fuqishëm DDT - u konsiderua absolutisht i sigurt për njerëzit për një kohë mjaft të gjatë -

Në kontekstin e përdorimit të teknologjive të fuqishme moderne, përsëritjes së përhapur dhe përdorimit të pamenduar të produkteve të gabuara softuerike, çështjet në dukje shumë të specializuara, siç është përshtatshmëria e një modeli kompjuterik të realitetit, mund të marrin një rëndësi të madhe universale.

Eksperimentet kompjuterike- është një mjet për studimin e modeleve dhe jo fenomeneve natyrore apo sociale.

Prandaj, njëkohësisht me një eksperiment kompjuterik, duhet të kryhet gjithmonë një eksperiment në shkallë të plotë, në mënyrë që studiuesi, duke krahasuar rezultatet e tyre, të mund të vlerësojë cilësinë e modelit përkatës, thellësinë e të kuptuarit tonë për thelbin e dukurive të fenomen.

lindjen e fëmijës. Mos harroni se fizika, biologjia, astronomia, shkenca kompjuterike janë shkenca për botën reale dhe jo për realitetin virtual.

Në kërkimin shkencor, si themelor ashtu edhe i orientuar praktikisht (i aplikuar), një kompjuter shpesh vepron si një mjet i nevojshëm për punë eksperimentale.

Një eksperiment kompjuterik shoqërohet më shpesh me:

Me llogaritje komplekse matematikore (numri
modelimi linear);

Me ndërtimin dhe studimin e pamjes dhe/ose dinamike
modelet e mikrofonit (modelimi kompjuterik).

Nën model kompjuterik kuptohet si një program (ose një program në kombinim me një pajisje të veçantë) që ofron simulim të karakteristikave dhe sjelljes së një objekti të caktuar, si dhe rezultatin e ekzekutimit të këtij programi në formën e imazheve grafike (fikse ose dinamike). ), vlerat numerike, tabelat etj.

Ekzistojnë modele kompjuterike strukturore-funksionale dhe simuluese.

Strukturore-funksionale një model kompjuterik është një imazh konvencional i një objekti ose një sistemi objektesh (procese, fenomene), i përshkruar duke përdorur tabela të ndërlidhura kompjuterike, diagrame, diagrame, grafikë, vizatime, fragmente animacioni, hipertekste, etj., dhe duke shfaqur strukturën e objekti ose sjellja e tij.

Një model simulimi kompjuterik është një program i veçantë ose paketë softuerike që lejon, duke përdorur një sekuencë llogaritjesh dhe shfaqje grafike të rezultateve të tyre, të riprodhojë (simulojë) proceset e funksionimit të një objekti, duke iu nënshtruar ndikimit të faktorëve të ndryshëm të rastit mbi të.

Modelimi kompjuterik është një metodë për zgjidhjen e problemit të analizimit ose sintetizimit të një sistemi (më shpesh një sistem kompleks) bazuar në përdorimin e modelit të tij kompjuterik.

Përparësitë e modelimit kompjuterik a janë ajo:

Ju lejon jo vetëm të vëzhgoni, por edhe të parashikoni rezultatin e një eksperimenti në disa kushte të veçanta;

Ju lejon të simuloni dhe studioni fenomene të parashikuara nga çdo teori;

Është miqësore me mjedisin dhe nuk paraqet rrezik për natyrën dhe njerëzit;

Ofron shikueshmëri;

Në dispozicion për t'u përdorur.

Metoda e modelimit kompjuterik ka gjetur aplikim në biologji, kimi, sociologji, ekologji, fizikë, ekonomi, gjuhësi, juridik dhe shumë fusha të tjera të dijes.

Modelimi kompjuterik përdoret gjerësisht në edukimin, trajnimin dhe rikualifikimin e specialistëve:

Për një paraqitje vizuale të modeleve të dukurive të mikrokozmosit dhe botës me përmasa astronomike;

Për të simuluar proceset që ndodhin në botën e natyrës së gjallë dhe të pajetë

Të simulojë situata reale të menaxhimit të sistemeve komplekse, duke përfshirë situatat emergjente;

Të kryejë punë laboratorike kur pajisjet dhe instrumentet e nevojshme nuk janë në dispozicion;

Për të zgjidhur problemet, nëse kjo kërkon përdorimin e metodave komplekse matematikore dhe llogaritjet intensive të punës.

Është e rëndësishme të mbani mend se nuk është realiteti objektiv ai që modelohet në një kompjuter, por idetë tona teorike për të. Objekti i modelimit kompjuterik janë modelet matematikore dhe modelet e tjera shkencore, dhe jo objektet, proceset dhe fenomenet reale.

Eksperimentet kompjuterike- është një mjet për studimin e modeleve dhe jo fenomeneve natyrore apo sociale.

Kriteri për korrektësinë e ndonjë prej rezultateve të modelimit kompjuterik ishte dhe mbetet një eksperiment në shkallë të plotë (fizik, kimik, social). Në kërkimin shkencor dhe praktik, një eksperiment kompjuterik mund të shoqërojë vetëm një eksperiment natyror, në mënyrë që studiuesi të mund të krahasojë

Duke analizuar rezultatet e tyre, unë mund të vlerësoja cilësinë e modelit dhe thellësinë e të kuptuarit tonë për thelbin e fenomeneve natyrore.

Është e rëndësishme të mbani mend se fizika, biologjia, astronomia, ekonomia, shkenca kompjuterike janë shkenca për botën reale, jo për
realitet virtual.

Ushtrimi 1

Vështirë se dikush do ta quante një letër të shkruar në një përpunues teksti dhe të dërguar me email si një model kompjuteri.

Redaktorët e tekstit shpesh ju lejojnë të krijoni jo vetëm dokumente të zakonshme (letra, artikuj, raporte), por edhe shabllone dokumentesh në të cilat ka informacione të përhershme që përdoruesi nuk mund t'i ndryshojë, ka fusha të dhënash që plotësohen nga përdoruesi, dhe ka fushat në të cilat bëhen llogaritjet në bazë të të dhënave të futura. A mund të konsiderohet një model i tillë një model kompjuterik? Nëse po, cili është objekti i modelimit në këtë rast dhe cili është qëllimi i krijimit të një modeli të tillë?

Detyra 2

Ju e dini që përpara se të krijoni një bazë të dhënash, së pari duhet të ndërtoni një model të dhënash. Ju gjithashtu e dini se një algoritëm është një model aktiviteti.

Të dy modelet e të dhënave dhe algoritmet zhvillohen më shpesh duke pasur parasysh zbatimin e kompjuterit. A është e drejtë të thuhet se në një moment ata bëhen model kompjuterik, dhe nëse po, kur ndodh kjo?

Shënim. Kontrolloni përgjigjen tuaj kundër përkufizimit të "modelit kompjuterik".

Detyra 3

Përshkruani fazat e ndërtimit të një modeli kompjuterik duke përdorur shembullin e zhvillimit të një programi që simulon disa fenomene fizike.

Detyra 4

Jepni shembuj kur modelimi kompjuterik solli përfitime reale dhe kur çoi në pasoja të padëshirueshme. Përgatitni një raport për këtë temë.

Modelimi kompjuterik - baza për paraqitjen e njohurive në kompjuter. Modelimi kompjuterik për gjenerimin e informacionit të ri përdor çdo informacion që mund të përditësohet duke përdorur një kompjuter. Progresi i modelimit shoqërohet me zhvillimin e sistemeve të modelimit kompjuterik, dhe përparimi në teknologjinë e informacionit shoqërohet me përditësimin e përvojës së modelimit në kompjuter, me krijimin e bankave të modeleve, metodave dhe sistemeve softuerike që lejojnë mbledhjen e modeleve të reja. nga modelet e bankave.

Një lloj modelimi kompjuterik është një eksperiment llogaritës, domethënë një eksperiment i kryer nga një eksperimentues në sistemin ose procesin në studim duke përdorur një instrument eksperimental - një kompjuter, mjedis kompjuterik, teknologji.

Një eksperiment kompjuterik po bëhet një mjet i ri, një metodë e njohurive shkencore, një teknologji e re edhe për shkak të nevojës në rritje për të kaluar nga studimi i modeleve lineare matematikore të sistemeve (për të cilat metodat dhe teoria e kërkimit janë mjaft të njohura ose të zhvilluara) në studimi i modeleve matematikore komplekse dhe jolineare të sistemeve (analiza e të cilave është shumë më e vështirë). Përafërsisht, njohuritë tona për botën rreth nesh janë lineare, por proceset në botën përreth nesh janë jolineare.

Një eksperiment llogaritës ju lejon të gjeni modele të reja, të testoni hipoteza, të vizualizoni rrjedhën e ngjarjeve, etj.

Për t'i dhënë jetë zhvillimeve të reja të dizajnit, për të futur zgjidhje të reja teknike në prodhim ose për të testuar ide të reja, nevojitet një eksperiment. Në të kaluarën e afërt, një eksperiment i tillë mund të kryhej ose në kushte laboratorike në instalimet e krijuara posaçërisht për të, ose in situ, domethënë në një mostër reale të produktit, duke i nënshtruar të gjitha llojet e provave.

Me zhvillimin e teknologjisë kompjuterike, është shfaqur një metodë e re unike kërkimore - një eksperiment kompjuterik. Një eksperiment kompjuterik përfshin një sekuencë të caktuar të punës me një model, një grup veprimesh të synuara të përdoruesit në një model kompjuterik.

Faza 4. Analiza e rezultateve të simulimit.

Objektivi final modelimi - marrja e një vendimi që duhet të merret në bazë të një analize gjithëpërfshirëse të rezultateve të marra. Kjo fazë është vendimtare - ose vazhdoni kërkimin ose përfundoni atë. Ndoshta ju e dini rezultatin e pritur, atëherë duhet të krahasoni rezultatet e marra dhe ato të pritura. Nëse ka një ndeshje, do të jeni në gjendje të merrni një vendim.

Baza për zhvillimin e një zgjidhjeje janë rezultatet e testimit dhe eksperimenteve. Nëse rezultatet nuk korrespondojnë me qëllimet e detyrës, do të thotë se janë bërë gabime në fazat e mëparshme. Kjo mund të jetë ose një ndërtim tepër i thjeshtuar i një modeli informacioni, ose një zgjedhje e pasuksesshme e një metode ose mjedisi modelimi, ose një shkelje e teknikave teknologjike gjatë ndërtimit të një modeli. Nëse identifikohen gabime të tilla, atëherë kërkohet rregullimi i modelit , pra kthehu në një nga fazat e mëparshme. Procesi përsëritet derisa të përgjigjen rezultatet e eksperimentit qëllimet modelimi. Gjëja kryesore është të mbani mend gjithmonë: një gabim i identifikuar është gjithashtu një rezultat. Siç thotë mençuria popullore, ju mësoni nga gabimet.

Programet simuluese

ANSYS- sistem softuerik universal me elemente të fundme ( FEA) analiza, ekzistuese dhe e zhvilluar gjatë 30 viteve të fundit, është mjaft e popullarizuar në mesin e specialistëve në fushën e inxhinierisë kompjuterike ( CAE, Inxhinieri me Kompjuter) dhe zgjidhjet FE të problemeve hapësinore lineare dhe jolineare, të palëvizshme dhe jostacionare të mekanikës së një mekanike të ngurtë dhe strukturore të deformueshme (përfshirë problemet gjeometrike dhe fizikisht jolineare jo-stacionare të ndërveprimit të kontaktit të elementeve strukturorë), problemet e mekanikës së lëngjeve dhe gazit , transferimi i nxehtësisë dhe shkëmbimi i nxehtësisë, elektrodinamika , akustika, si dhe mekanika e fushave të bashkuara. Në disa aplikacione industriale, modelimi dhe analiza mund të shmangin ciklet e zhvillimit të projektimit-ndërtimit-testit të kushtueshëm dhe që kërkojnë kohë. Sistemi funksionon në bazë të një kerneli gjeometrik Parasolid .

AnyLogic - software Për modelimi simulues sisteme komplekse Dhe proceset, zhvilluar ruse nga XJ Technologies ( anglisht XJ teknologjitë). Programi ka mjedisi grafik i përdoruesit dhe ju lejon të përdorni gjuha Java për zhvillimin e modelit .

Modelet AnyLogic mund të bazohen në cilëndo nga paradigmat kryesore të simulimit: simulimi i ngjarjeve diskrete, dinamika e sistemit, Dhe modelimi i bazuar në agjentë.

Dinamika e sistemit dhe modelimi i ngjarjeve (procesit) diskrete, me të cilat nënkuptojmë çdo zhvillim idesh GPSS Këto janë qasje tradicionale, të vendosura, modelimi i bazuar në agjentë është relativisht i ri. Dinamika e sistemit operon kryesisht me procese të vazhdueshme në kohë, ndërsa modelimi i ngjarjeve diskrete dhe i bazuar në agjent operon me ato diskrete.

Dinamika e sistemit dhe modelimi i ngjarjeve diskrete historikisht u janë mësuar grupeve shumë të ndryshme të studentëve: menaxhimit, inxhinierëve industrialë dhe inxhinierëve të sistemit të kontrollit. Si rezultat, janë shfaqur tre bashkësi të ndryshme, praktikisht jo të mbivendosura, të cilat pothuajse nuk kanë asnjë komunikim me njëri-tjetrin.

Deri kohët e fundit, modelimi i bazuar në agjentë ishte një fushë rreptësisht akademike. Sidoqoftë, kërkesa në rritje për optimizimin global nga biznesi ka detyruar analistët kryesorë t'i kushtojnë vëmendje veçanërisht modelimit të bazuar në agjentë dhe kombinimit të tij me qasjet tradicionale, në mënyrë që të marrin një pamje më të plotë të ndërveprimit të proceseve komplekse të natyrave të ndryshme. Kështu lindi kërkesa për platforma softuerike që lejojnë integrimin e qasjeve të ndryshme.

Tani le të shohim qasjet e simulimit në shkallën e nivelit të abstraksionit. Dinamika e sistemit, duke zëvendësuar objektet individuale me agregatet e tyre, merr nivelin më të lartë të abstraksionit. Simulimi i ngjarjeve diskrete funksionon në intervalin e ulët deri në mes. Sa i përket modelimit të bazuar në agjentë, ai mund të përdoret pothuajse në çdo nivel dhe në çdo shkallë. Agjentët mund të përfaqësojnë këmbësorët, makinat ose robotët në një hapësirë ​​fizike, një klient ose shitës në mes, ose kompani konkurruese në nivelet e larta.

Kur zhvilloni modele në AnyLogic, mund të përdorni koncepte dhe mjete nga disa metoda modelimi, për shembull, në një model të bazuar në agjent, të përdorni metoda të dinamikës së sistemit për të përfaqësuar ndryshimet në gjendjen e mjedisit ose të merrni parasysh ngjarjet diskrete në një mënyrë të vazhdueshme. modeli i një sistemi dinamik. Për shembull, menaxhimi i zinxhirit të furnizimit duke përdorur modelimin simulues kërkon përshkrimin e pjesëmarrësve të zinxhirit të furnizimit nga agjentët: prodhuesit, shitësit, konsumatorët, rrjeti i magazinës. Në këtë rast, prodhimi përshkruhet brenda kornizës së modelimit të ngjarjeve (procesit) diskrete, ku produkti ose pjesët e tij janë aplikacione, dhe makinat, trenat, stakerët janë burime. Furnizimet në vetvete përfaqësohen si ngjarje diskrete, por kërkesa për mallra mund të përshkruhet nga një diagram i vazhdueshëm sistem-dinamik. Aftësia për të përzier qasje bën të mundur përshkrimin e proceseve të jetës reale, në vend të përshtatjes së procesit me aparatin matematikor të disponueshëm.

LabVIEW (anglisht Laboratori oratoria V Virtual I instrumentimi E inxhinieri W orkbanch) është mjedisi i zhvillimit Dhe platformë për ekzekutimin e programeve të krijuara në gjuhën grafike të programimit të kompanisë "G" Instrumentet Kombëtare(SHBA). Versioni i parë i LabVIEW u lëshua në 1986 për Apple Macintosh, aktualisht ka versione për UNIX, GNU/Linux, MacOS etj., dhe më të zhvilluarat dhe më të njohurat janë versionet për Microsoft Windows.

LabVIEW përdoret në sistemet e grumbullimit dhe përpunimit të të dhënave, si dhe për menaxhimin e objekteve teknike dhe proceseve teknologjike. Ideologjikisht, LabVIEW është shumë afër SCADA-sistemet, por ndryshe nga ato është më i fokusuar në zgjidhjen e problemeve jo aq në terren APCS, sa në rajon ASNI.

MATLAB(shkurt per anglisht « Matricë Laboratori» ) është një term që i referohet një pakete softuerike aplikacioni për zgjidhjen e problemeve teknike të llogaritjes, si dhe gjuhën e programimit të përdorur në atë paketë. MATLAB Përdorur nga mbi 1,000,000 inxhinierë dhe shkencëtarë, ai funksionon në shumicën moderne sistemet operative, duke përfshirë GNU/Linux, MacOS, Solaris Dhe Microsoft Windows .

Panje- paketë softuerike, sistemi kompjuterik i algjebrës. Është një produkt i Waterloo Maple Inc., i cili 1984 prodhon dhe tregton produkte softuerike të fokusuara në llogaritjet komplekse matematikore, vizualizimin dhe modelimin e të dhënave.

Sistemi Maple është krijuar për llogaritjet simbolike, megjithëse ka një sërë mjetesh për zgjidhje numerike ekuacionet diferenciale dhe gjetja integrale. Posedon mjete grafike të zhvilluara. Ka të vetat gjuhë programimi, të kujton Paskalin.

Matematika - sistemi kompjuterik i algjebrës kompanitë Wolfram Research. Përmban shumë funksione si për shndërrimet analitike ashtu edhe për llogaritjet numerike. Përveç kësaj, programi mbështet punën me grafike Dhe tingull, duke përfshirë ndërtimin e dy- dhe tre-dimensionale grafikët funksione, vizatim arbitrar forma gjeometrike, importit Dhe eksporti imazhe dhe tinguj.

Mjetet e parashikimit- produkte softuerike që kanë funksione për llogaritjen e parashikimeve. parashikimi- një nga aktivitetet më të rëndësishme njerëzore sot. Edhe në kohët e lashta, parashikimet i lejonin njerëzit të llogaritnin periudhat e thatësirës, ​​datat e eklipseve diellore dhe hënore dhe shumë fenomene të tjera. Me ardhjen e teknologjisë kompjuterike, parashikimi mori një shtysë të fuqishme për zhvillim. Një nga përdorimet e para të kompjuterëve ishte llogaritja e trajektores balistike të predhave, domethënë, në fakt, parashikimi i pikës në të cilën predha do të godiste tokën. Ky lloj parashikimi quhet statike parashikim. Ekzistojnë dy kategori kryesore të parashikimeve: statike dhe dinamike. Dallimi kryesor është se parashikimet dinamike ofrojnë informacion në lidhje me sjelljen e objektit në studim gjatë çdo periudhe të rëndësishme kohore. Nga ana tjetër, parashikimet statike pasqyrojnë gjendjen e objektit në studim vetëm në një moment të vetëm kohor dhe, si rregull, në parashikime të tilla faktori kohë në të cilin objekti pëson ndryshime luan një rol të vogël. Sot, ka një numër të madh mjetesh që ju lejojnë të bëni parashikime. Të gjithë ata mund të klasifikohen sipas shumë kritereve:

Emri i mjetit	Fusha e zbatimit	Modelet e zbatuara	Trajnimi i nevojshëm i përdoruesve	Gati për përdorim
Microsoft Excel , OpenOffice.org	Qëllimi i përgjithshëm	algoritmik, regresioni	njohuritë bazë të statistikave	kërkon përmirësim të konsiderueshëm (zbatimi i modeleve)
Statistikat , SPSS , Pamjet elektronike	kërkimore	një gamë e gjerë regresioni, rrjeti nervor		produkt në kuti
Matlab	kërkimi, zhvillimi i aplikacioneve	algoritmik, regresioni, rrjeti nervor	arsim i veçantë matematikor	programimi i nevojshëm
SAP APO	parashikimi i biznesit	algoritmik	nuk kërkohet njohuri e thellë
ForecastPro , ParashikimiX	parashikimi i biznesit	algoritmik	nuk kërkohet njohuri e thellë	produkt në kuti
Logjiliteti	parashikimi i biznesit	algoritmik, rrjet nervor	nuk kërkohet njohuri e thellë	kërkon modifikim të rëndësishëm (për proceset e biznesit)
ForecastPro SDK	parashikimi i biznesit	algoritmik	kërkohet njohuri bazë për statistikat	kërkohet programim (integrimi me softuer)
iLog , AnyLogic , Unë mendoj , MatlabSimulink , GPSS	zhvillimi i aplikacioneve, modelimi	imitim	kërkohet arsim i veçantë matematikor	programimi i kërkuar (për specifikat e zonës)

PC LIRA- një paketë softuerike shumëfunksionale e krijuar për projektimin dhe llogaritjen e inxhinierisë mekanike dhe strukturave të ndërtimit për qëllime të ndryshme. Llogaritjet në program kryhen si për ndikimet statike ashtu edhe për ato dinamike. Baza e llogaritjeve është metoda e elementeve të fundme(FEM). Module të ndryshme plug-in (përpunues) ju lejojnë të zgjidhni dhe kontrolloni seksionet e strukturave të çelikut dhe betonit të armuar, modeloni dheun, llogaritni urat dhe sjelljen e ndërtesave gjatë instalimit, etj.

Një eksperiment kompjuterik me një model sistemi gjatë hulumtimit dhe dizajnimit të tij kryhet për të marrë informacion në lidhje me karakteristikat e procesit të funksionimit të objektit në shqyrtim. Detyra kryesore e planifikimit të eksperimenteve kompjuterike është marrja e informacionit të nevojshëm në lidhje me sistemin në studim me kufizime në burime (kostot e kohës së kompjuterit, kujtesës, etj.). Problemet e veçanta të zgjidhura gjatë planifikimit të eksperimenteve kompjuterike përfshijnë detyrat e zvogëlimit të kohës kompjuterike të shpenzuar për modelim, rritjen e saktësisë dhe besueshmërisë së rezultateve të modelimit, kontrollimin e përshtatshmërisë së modelit, etj.

Efektiviteti i eksperimenteve kompjuterike me modele varet ndjeshëm nga zgjedhja e planit eksperimental, pasi është plani që përcakton vëllimin dhe rendin e llogaritjeve në një kompjuter, metodat e akumulimit dhe përpunimin statistikor të rezultateve të modelimit të sistemit . Prandaj, detyra kryesore e planifikimit të eksperimenteve kompjuterike me një model është formuluar si më poshtë: është e nevojshme të merret informacion në lidhje me objektin e modelimit, të specifikuar në formën e një algoritmi (programi) modelimi me shpenzime minimale ose të kufizuara të burimeve të makinës për të zbatuar. procesin e modelimit.

Avantazhi i eksperimenteve kompjuterike mbi ato natyrore është aftësia për të riprodhuar plotësisht kushtet eksperimentale me një model të sistemit në studim. . Një avantazh i rëndësishëm mbi ato natyrore është lehtësia e ndërprerjes dhe rifillimit të eksperimenteve kompjuterike, gjë që lejon përdorimin e teknikave të planifikimit sekuencial dhe heuristik që mund të mos jenë të realizueshme në eksperimentet me objekte reale. Kur punoni me një model kompjuterik, është gjithmonë e mundur të ndërpritet eksperimenti për kohën e nevojshme për të analizuar rezultatet dhe për të marrë vendime për përparimin e tij të mëtejshëm (për shembull, për nevojën për të ndryshuar vlerat e karakteristikave të modelit).

Disavantazhi i eksperimenteve kompjuterike është se rezultatet e një vëzhgimi varen nga rezultatet e një ose më shumë atyre të mëparshme, dhe për këtë arsye përmbajnë më pak informacion sesa vëzhgimet e pavarura.

Në lidhje me një bazë të dhënash, një eksperiment kompjuterik nënkupton manipulimin e të dhënave në përputhje me një qëllim të caktuar duke përdorur mjete DBMS. Qëllimi i eksperimentit mund të formohet bazuar në qëllimin e përgjithshëm të simulimit dhe duke marrë parasysh kërkesat e përdoruesit specifik. Për shembull, ekziston një bazë të dhënash "Dekanati". Qëllimi i përgjithshëm i krijimit të këtij modeli është të menaxhojë procesin arsimor. Nëse keni nevojë të merrni informacion për performancën e studentëve, mund të bëni një kërkesë, d.m.th. kryeni një eksperiment për të mostruar informacionin e nevojshëm.

Mjetet e mjedisit DBMS ju lejojnë të kryeni veprimet e mëposhtme mbi të dhënat:

1) renditja – renditja e të dhënave sipas disa kritereve;

2) kërkimi (filtrimi) – përzgjedhja e të dhënave që plotësojnë një kusht të caktuar;

3) krijimi i fushave llogaritëse - konvertimi i të dhënave në një lloj tjetër bazuar në formula.

Menaxhimi i modelit të informacionit është i lidhur pazgjidhshmërisht me zhvillimin e kritereve të ndryshme për kërkimin dhe renditjen e të dhënave. Ndryshe nga dollapët e dosjeve të letrës, ku renditja është e mundur sipas një ose dy kritereve, dhe kërkimi në përgjithësi kryhet manualisht duke renditur kartat, bazat e të dhënave kompjuterike ju lejojnë të specifikoni çdo formë klasifikimi sipas fushave të ndryshme dhe kritereve të ndryshme të kërkimit. Kompjuteri do të rendit ose zgjedh informacionin e nevojshëm sipas një kriteri të caktuar pa asnjë investim kohor.

Për të punuar me sukses me një model informacioni, mjediset e softuerit të bazës së të dhënave ju lejojnë të krijoni fusha llogaritjeje në të cilat informacioni origjinal konvertohet në një formë tjetër. Për shembull, bazuar në notat e semestrit, GPA e studentit mund të llogaritet duke përdorur një funksion të veçantë të integruar. Fushat e tilla të llogaritura përdoren ose si informacion shtesë ose si kriter për kërkimin dhe renditjen.

Një eksperiment kompjuterik përfshin dy faza: testimin (kontrollimin e korrektësisë së operacioneve) dhe kryerjen e një eksperimenti me të dhëna reale.

Pas krijimit të formulave për fushat e llogaritjes dhe filtrat, duhet të siguroheni që ato funksionojnë siç duhet. Për ta bërë këtë, mund të vendosni të dhënat e provës për të cilat rezultati i operacionit dihet paraprakisht.

Eksperimenti kompjuterik përfundon me daljen e rezultateve në një formë të përshtatshme për analizë dhe vendimmarrje. Një nga avantazhet e modeleve të informacionit kompjuterik është aftësia për të krijuar forma të ndryshme të paraqitjes së informacionit dalës, të quajtura raporte. Çdo raport përmban informacione të rëndësishme për qëllimin e eksperimentit të caktuar. Komoditeti i raporteve kompjuterike qëndron në faktin se ato ju lejojnë të gruponi informacionin sipas karakteristikave të specifikuara, të futni fushat totale për numërimin e regjistrimeve sipas grupit dhe në përgjithësi për të gjithë bazën e të dhënave, dhe më pas përdorni këtë informacion për të marrë vendime.

Mjedisi ju lejon të krijoni dhe ruani disa formularë raportimi standard, të përdorur shpesh. Bazuar në rezultatet e disa eksperimenteve, mund të krijoni një raport të përkohshëm, i cili fshihet pasi të kopjohet në një dokument tekst ose të printohet. Disa eksperimente nuk kërkojnë fare raportim. Për shembull, është e nevojshme të zgjidhet studenti më i suksesshëm për të dhënë një bursë të rritur. Për ta bërë këtë, thjesht renditni sipas rezultatit mesatar të notave në semestër. Hyrja e parë në listën e studentëve do të përmbajë informacionin që kërkoni.