เทศบาลปกครองตนเอง

สถาบันการศึกษา

"โรงเรียนมัธยมหมายเลข 31"

ซิคตึฟคาร์

การทดลองคอมพิวเตอร์

ในหลักสูตรฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย

ไรเซอร์ อี.อี.

สาธารณรัฐโคมิ

ช .ซิกตึฟการ์

เนื้อหา:

ฉัน. การแนะนำ

ครั้งที่สอง ประเภทและบทบาทของการทดลองในกระบวนการเรียนรู้

สาม. การใช้คอมพิวเตอร์ในบทเรียนฟิสิกส์

วี. บทสรุป.

วี. อภิธานศัพท์.

ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว บรรณานุกรม.

8. การใช้งาน:

1. การจำแนกประเภทของการทดลองทางกายภาพ

2. ผลการสำรวจความคิดเห็นนักศึกษา

3. การใช้คอมพิวเตอร์ในการสาธิตการทดลองและการแก้ปัญหา

4.การใช้คอมพิวเตอร์ในระหว่าง

งานห้องปฏิบัติการและภาคปฏิบัติ

การทดลองคอมพิวเตอร์

ในหลักสูตรฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษา

…ถึงเวลาลงมือแล้ว

ครูที่มีเครื่องมือใหม่

และผลลัพธ์ก็เกิดขึ้นทันที

จะส่งผลต่อคนรุ่นต่อๆ ไป

Potashnik M.M. ,

นักวิชาการของ Russian Academy of Education, วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต, ศาสตราจารย์

ฉัน. การแนะนำ.

ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์เชิงทดลอง กิจกรรมทางวิทยาศาสตร์เริ่มต้นด้วยการสังเกต การสังเกตจะมีประโยชน์มากที่สุดเมื่อมีการควบคุมสภาวะที่มีผลกระทบอย่างแม่นยำ สิ่งนี้เป็นไปได้หากเงื่อนไขคงที่ ทราบ และสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามคำขอของผู้สังเกตการณ์ การสังเกตที่ดำเนินการภายใต้เงื่อนไขการควบคุมอย่างเข้มงวดเรียกว่า การทดลอง. และวิทยาศาสตร์ที่แน่นอนนั้นมีลักษณะโดยการเชื่อมโยงแบบอินทรีย์ระหว่างการสังเกตและการทดลองกับการกำหนดค่าตัวเลขของลักษณะของวัตถุและกระบวนการที่กำลังศึกษา

การทดลองเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ โดยมีพื้นฐานคือการทดลองที่ดำเนินการทางวิทยาศาสตร์โดยคำนึงถึงเงื่อนไขและการควบคุมอย่างแม่นยำ คำว่าการทดลองนั้นมาจากภาษาละติน การทดลอง- การทดลองประสบการณ์ ในภาษาวิทยาศาสตร์และงานวิจัย คำว่า "การทดลอง" มักจะใช้ในความหมายทั่วไปของแนวคิดที่เกี่ยวข้องหลายประการ: ประสบการณ์ การสังเกตแบบกำหนดเป้าหมาย การทำซ้ำวัตถุแห่งความรู้ การจัดระเบียบเงื่อนไขพิเศษเพื่อการดำรงอยู่ การตรวจสอบการทำนาย แนวคิดนี้รวมถึงการจัดเตรียมการทดลองทางวิทยาศาสตร์และการสังเกตปรากฏการณ์ภายใต้การศึกษาภายใต้เงื่อนไขที่คำนึงถึงอย่างแม่นยำ ซึ่งทำให้สามารถตรวจสอบวิถีของปรากฏการณ์และสร้างมันขึ้นมาใหม่ทุกครั้งที่เกิดเงื่อนไขเหล่านี้ซ้ำ แนวคิดของ "การทดลอง" หมายถึงการกระทำที่มุ่งสร้างเงื่อนไขสำหรับการดำเนินการตามปรากฏการณ์เฉพาะและหากเป็นไปได้จะเป็นการกระทำที่พบบ่อยที่สุดนั่นคือ ไม่ซับซ้อนด้วยปรากฏการณ์อื่น วัตถุประสงค์หลักของการทดลองคือเพื่อระบุคุณสมบัติของวัตถุที่กำลังศึกษา ทดสอบความถูกต้องของสมมติฐาน และบนพื้นฐานนี้ การศึกษาหัวข้อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในวงกว้างและเชิงลึก

ก่อนที่สิบแปดค. เมื่อฟิสิกส์เป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงปรัชญานี้นักวิทยาศาสตร์ถือว่าท่อนไม้ข้อสรุปทางวิทยาศาสตร์เป็นเพียงพื้นฐานเท่านั้นการทดลองทางความคิด อาจจะสำหรับพวกเขาน่าเชื่อในการสร้างมุมมองเรื่องโครงสร้างของโลก fi พื้นฐานกฎไซติคอล กาลิเลโอซึ่งถือว่าเป็นบิดาแห่งการทดลองอย่างถูกต้องฟิสิกส์ทัลไม่สามารถพิสูจน์อะไรกับคนรุ่นเดียวกันได้โดยทำการทดลองด้วยลูกบอลตกลงมาจำนวนมากจากพิศาลหอคอยท้องฟ้า “ความคิดของกาลิเลโอทำให้เกิดคำพูดดูหมิ่นและทำให้สับสน”การทดลองทางความคิดเกี่ยวกับการวิเคราะห์พฤติกรรมของวัตถุทั้งสามที่มีมวลเท่ากันsy ซึ่งสองคนมีความสัมพันธ์กันเบาะแสกลายเป็นของเพื่อนร่วมงานของเขาน่าเชื่อถือมากกว่าโดยตรงประสบการณ์จริง

ในทำนองเดียวกัน กาลิเลโอได้พิสูจน์ความถูกต้องของกฎความเฉื่อยด้วยระนาบและลูกบอลสองอันที่เคลื่อนที่ไปตามพวกมัน I. นิวตันเองพยายามที่จะยืนยันกฎที่เขารู้จักและค้นพบในหนังสือของเขาเรื่อง "รากฐานทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ" โดยใช้แผนงานของ Euclid โดยแนะนำสัจพจน์และทฤษฎีบทที่อิงจากกฎเหล่านั้น บนหน้าปกหนังสือเล่มนี้

แสดงถึงโลก ภูเขา (ช)และปืนใหญ่ ( ป) (รูปที่ 1)

ปืนใหญ่จะยิงกระสุนปืนใหญ่ที่ตกลงไปในระยะต่างๆ จากภูเขา ขึ้นอยู่กับความเร็วเริ่มต้น ด้วยความเร็วระดับหนึ่ง แกนกลางจะหมุนรอบโลกอย่างสมบูรณ์ นิวตันพร้อมภาพวาดของเขาชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการสร้างดาวเทียมโลกเทียมซึ่งถูกสร้างขึ้นในอีกหลายศตวรรษต่อมา

ในขั้นตอนของการพัฒนาฟิสิกส์นี้ การทดลองทางความคิดเป็นสิ่งจำเป็น เนื่องจากขาดเครื่องมือและฐานทางเทคโนโลยีที่จำเป็น การทดลองจริงจึงเป็นไปไม่ได้ การทดลองทางความคิดถูกใช้โดยทั้ง DC Maxwell ในการสร้างระบบสมการพื้นฐานของพลศาสตร์ไฟฟ้า (แม้ว่าจะใช้ผลลัพธ์ของการทดลองทางธรรมชาติที่ทำโดย M. Faraday ก่อนหน้านี้ก็ตาม) และโดย A. Einstein เมื่อพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพ

ดังนั้นการทดลองทางความคิดจึงเป็นหนึ่งในองค์ประกอบของการพัฒนาทฤษฎีใหม่ การทดลองทางกายภาพส่วนใหญ่ในตอนแรกเป็นการจำลองและดำเนินการทางจิต จากนั้นจึงดำเนินการในความเป็นจริง ด้านล่างนี้เราจะยกตัวอย่างการทดลองทางความคิดที่มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาฟิสิกส์

ในศตวรรษที่ 5 พ.ศ. นักปรัชญา Zeno ได้สร้างความขัดแย้งเชิงตรรกะระหว่างปรากฏการณ์ที่แท้จริงกับสิ่งที่สามารถได้รับผ่านการอนุมานเชิงตรรกะ เขาเสนอการทดลองทางความคิดโดยแสดงให้เห็นว่าลูกธนูไม่มีทางจับเป็ดได้ (รูปที่ 2)

G. Galileo ในงานวิทยาศาสตร์ของเขาใช้เหตุผลตามสามัญสำนึกซึ่งหมายถึงสิ่งที่เรียกว่า "การทดลองทางจิต" ผู้ติดตามของอริสโตเติลซึ่งปฏิเสธแนวคิดของกาลิเลโอ อ้างถึงข้อโต้แย้ง "ทางวิทยาศาสตร์" จำนวนหนึ่ง อย่างไรก็ตาม กาลิเลโอเป็นนักโต้เถียงที่เก่งกาจ และข้อโต้แย้งของเขาก็ไม่อาจปฏิเสธได้ สำหรับนักวิทยาศาสตร์ในยุคนั้น การใช้เหตุผลเชิงตรรกะน่าเชื่อถือมากกว่าหลักฐานเชิงทดลอง

ฟิสิกส์ "ยุคครีเทเชียส"เช่นเดียวกับวิธีการสอนฟิสิกส์อื่น ๆ ที่ไม่สอดคล้องกับวิธีทดลองเพื่อทำความเข้าใจธรรมชาติเริ่มโจมตีโรงเรียนรัสเซียเมื่อประมาณ 10-12 ปีที่แล้ว ในช่วงเวลานั้น ระดับการจัดหาอุปกรณ์ในห้องเรียนของโรงเรียนลดลงต่ำกว่า 20% ของสิ่งที่จำเป็น อุตสาหกรรมที่ผลิตอุปกรณ์การศึกษาหยุดทำงานจริง รายการงบประมาณที่ได้รับการคุ้มครองที่เรียกว่า "สำหรับอุปกรณ์" ซึ่งสามารถใช้ได้ตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้เท่านั้นหายไปจากการประมาณการของโรงเรียน เมื่อตระหนักถึงสถานการณ์วิกฤติ โปรแกรมย่อย "ตู้ฟิสิกส์" ก็รวมอยู่ในโปรแกรมของรัฐบาลกลาง "เทคโนโลยีการศึกษา" ในส่วนหนึ่งของโครงการนี้ การผลิตอุปกรณ์คลาสสิกได้รับการฟื้นฟู และพัฒนาอุปกรณ์ในโรงเรียนที่ทันสมัย ​​รวมถึงการใช้ข้อมูลล่าสุดและเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ การเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงที่สุดเกิดขึ้นในอุปกรณ์สำหรับงานส่วนหน้า ชุดอุปกรณ์เฉพาะทางในกลศาสตร์ ฟิสิกส์โมเลกุลและอุณหพลศาสตร์ ไฟฟ้าพลศาสตร์ และทัศนศาสตร์ได้รับการพัฒนาและผลิตในปริมาณมาก (โรงเรียนมีชุดอุปกรณ์ใหม่นี้ครบชุดสำหรับส่วนเหล่านี้ ).

บทบาทและสถานที่ของการทดลองอิสระในแนวคิดเรื่องพลศึกษาเปลี่ยนไป: การทดลองไม่ได้เป็นเพียงวิธีในการพัฒนาทักษะการปฏิบัติเท่านั้น แต่ยังกลายเป็นวิธีการฝึกฝนวิธีการรับรู้อีกด้วย คอมพิวเตอร์ “ระเบิด” เข้าสู่ชีวิตในโรงเรียนด้วยความเร็วมหาศาล

คอมพิวเตอร์เปิดเส้นทางใหม่ในการพัฒนาการคิด มอบโอกาสใหม่สำหรับการเรียนรู้เชิงรุก ดำเนินบทเรียนโดยใช้คอมพิวเตอร์

แบบฝึกหัด การทดสอบ และงานในห้องปฏิบัติการ ตลอดจนความคืบหน้าในการบันทึกจะมีประสิทธิภาพมากขึ้น และสามารถเข้าถึงข้อมูลจำนวนมหาศาลได้อย่างง่ายดาย การใช้คอมพิวเตอร์ในบทเรียนฟิสิกส์ยังช่วยนำหลักการของความสนใจส่วนบุคคลของนักเรียนในการเรียนรู้เนื้อหาและหลักการอื่นๆ มากมายของการศึกษาเพื่อพัฒนาการไปใช้
อย่างไรก็ตาม ในความคิดของฉัน คอมพิวเตอร์ไม่สามารถแทนที่ครูได้ทั้งหมด ครูมีโอกาสที่จะสนใจนักเรียน กระตุ้นความอยากรู้อยากเห็น ได้รับความไว้วางใจ เขาสามารถมุ่งความสนใจไปที่บางแง่มุมของวิชาที่กำลังศึกษา ให้รางวัลความพยายามและบังคับให้พวกเขาเรียนรู้ คอมพิวเตอร์จะไม่สามารถรับบทบาทดังกล่าวในฐานะครูได้

ช่วงของการใช้คอมพิวเตอร์ในกิจกรรมนอกหลักสูตรก็กว้างเช่นกัน: มีส่วนช่วยในการพัฒนาความสนใจทางปัญญาในวิชานี้ขยายความเป็นไปได้ในการค้นหาความคิดสร้างสรรค์อิสระสำหรับนักเรียนที่มีความหลงใหลในฟิสิกส์มากที่สุด

ครั้งที่สอง ประเภทและบทบาทของการทดลองในกระบวนการเรียนรู้

การทดลองทางกายภาพประเภทหลัก:

ประสบการณ์การสาธิต

งานห้องปฏิบัติการหน้าผาก

การประชุมเชิงปฏิบัติการทางกายภาพ

งานทดลอง

งานทดลองที่บ้าน

ทดลองใช้คอมพิวเตอร์ (มุมมองใหม่)

การทดลองสาธิตเป็นหนึ่งในองค์ประกอบของการทดลองทางกายภาพเพื่อการศึกษาและเป็นการจำลองปรากฏการณ์ทางกายภาพโดยครูบนโต๊ะสาธิตโดยใช้เครื่องมือพิเศษ หมายถึงวิธีการสอนเชิงประสบการณ์ที่แสดงให้เห็นตัวอย่าง บทบาทของการทดลองสาธิตในการสอนถูกกำหนดโดยบทบาทของการทดลองในฟิสิกส์และวิทยาศาสตร์ในฐานะแหล่งความรู้และเป็นเกณฑ์ของความจริง และความสามารถในการจัดกิจกรรมด้านการศึกษาและความรู้ความเข้าใจของนักเรียน

ความสำคัญของการทดลองทางกายภาพสาธิตมีดังนี้:

นักเรียนจะคุ้นเคยกับวิธีการทดลองความรู้ทางฟิสิกส์โดยมีบทบาทในการทดลองในการวิจัยทางกายภาพ (เป็นผลให้พวกเขาพัฒนาโลกทัศน์ทางวิทยาศาสตร์)

นักเรียนพัฒนาทักษะการทดลองบางอย่าง: ความสามารถในการสังเกตปรากฏการณ์ ความสามารถในการตั้งสมมติฐาน ความสามารถในการวางแผนการทดลอง ความสามารถในการวิเคราะห์ผลลัพธ์ ความสามารถในการสร้างความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณ ความสามารถในการสรุปผล ฯลฯ

การทดลองสาธิตซึ่งเป็นวิธีการที่ชัดเจน ช่วยจัดระเบียบการรับรู้ของนักเรียนเกี่ยวกับสื่อการศึกษา ความเข้าใจ และการท่องจำ อนุญาตให้มีการฝึกอบรมโพลีเทคนิคของนักเรียน ช่วยเพิ่มความสนใจในการศึกษาฟิสิกส์และสร้างแรงจูงใจในการเรียนรู้ แต่เมื่อครูดำเนินการทดลองสาธิต นักเรียนจะเพียงแต่เฝ้าดูการทดลองที่ครูทำอย่างอดทนเท่านั้น โดยไม่ต้องทำอะไรด้วยมือของตนเอง ดังนั้นจึงจำเป็นที่นักเรียนจะต้องมีการทดลองฟิสิกส์อย่างอิสระ

การสอนฟิสิกส์ไม่สามารถนำเสนอได้เฉพาะในรูปแบบของชั้นเรียนภาคทฤษฎีเท่านั้น แม้ว่านักเรียนจะได้สาธิตการทดลองทางกายภาพในชั้นเรียนก็ตาม สำหรับการรับรู้ทางประสาทสัมผัสทุกประเภท จำเป็นต้องเพิ่ม "การทำงานด้วยมือของคุณ" ในชั้นเรียน สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้เมื่อนักเรียนเรียนจบ การทดลองทางกายภาพในห้องปฏิบัติการเมื่อพวกเขาประกอบการติดตั้ง ดำเนินการวัดปริมาณทางกายภาพ และทำการทดลองด้วยตนเอง ชั้นเรียนในห้องปฏิบัติการกระตุ้นความสนใจอย่างมากในหมู่นักเรียนซึ่งค่อนข้างเป็นธรรมชาติเนื่องจากในกรณีนี้นักเรียนจะเรียนรู้เกี่ยวกับโลกรอบตัวเขาตามประสบการณ์และความรู้สึกของเขาเอง

ความสำคัญของชั้นเรียนห้องปฏิบัติการในวิชาฟิสิกส์อยู่ที่การที่นักเรียนพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับบทบาทและสถานที่ของการทดลองในด้านความรู้ เมื่อทำการทดลอง นักเรียนจะพัฒนาทักษะการทดลองซึ่งรวมถึงทักษะทางปัญญาและการปฏิบัติ กลุ่มแรกประกอบด้วยทักษะในการกำหนดวัตถุประสงค์ของการทดลอง เสนอสมมติฐาน เลือกเครื่องมือ วางแผนการทดลอง คำนวณข้อผิดพลาด วิเคราะห์ผลลัพธ์ และจัดทำรายงานเกี่ยวกับงานที่ทำเสร็จแล้ว กลุ่มที่สองประกอบด้วยทักษะในการประกอบการตั้งค่าการทดลอง การสังเกต วัด และการทดลอง

นอกจากนี้ความสำคัญของการทดลองในห้องปฏิบัติการนั้นอยู่ที่ว่าเมื่อทำการทดลองนักเรียนจะพัฒนาคุณสมบัติส่วนบุคคลที่สำคัญเช่นความแม่นยำในการทำงานกับเครื่องมือ การรักษาความสะอาดและความเป็นระเบียบเรียบร้อยในสถานที่ทำงาน ในบันทึกที่ทำระหว่างการทดลอง การจัดองค์กร ความพากเพียรในการได้รับผลลัพธ์ พวกเขาพัฒนาวัฒนธรรมบางอย่างของการทำงานทางจิตและทางกาย

- เป็นงานภาคปฏิบัติประเภทหนึ่งเมื่อนักเรียนทุกคนในชั้นเรียนทำการทดลองประเภทเดียวกันโดยใช้อุปกรณ์เดียวกันพร้อมกัน งานในห้องปฏิบัติการส่วนหน้ามักดำเนินการโดยกลุ่มนักเรียนที่ประกอบด้วยคนสองคน บางครั้งอาจเป็นไปได้ที่จะจัดระเบียบงานเป็นรายบุคคล ดังนั้นสำนักงานควรมีชุดเครื่องมือ 15-20 ชุดสำหรับห้องปฏิบัติการส่วนหน้า จำนวนอุปกรณ์ดังกล่าวทั้งหมดจะอยู่ที่ประมาณหนึ่งพันชิ้น ชื่อของงานห้องปฏิบัติการส่วนหน้ามีระบุไว้ในหลักสูตร มีค่อนข้างมากมีไว้สำหรับเกือบทุกหัวข้อของหลักสูตรฟิสิกส์ ก่อนปฏิบัติงาน ครูจะระบุความพร้อมของนักเรียนในการทำงานอย่างมีสติ กำหนดวัตถุประสงค์ร่วมกับพวกเขา อภิปรายความคืบหน้าของงาน กฎสำหรับการทำงานกับเครื่องมือ และวิธีการคำนวณข้อผิดพลาดในการวัด งานในห้องปฏิบัติการส่วนหน้านั้นมีเนื้อหาไม่ซับซ้อนมากนัก มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดตามลำดับเวลากับเนื้อหาที่กำลังศึกษาและตามกฎแล้วได้รับการออกแบบสำหรับบทเรียนเดียว คำอธิบายงานในห้องปฏิบัติการสามารถพบได้ในหนังสือเรียนวิชาฟิสิกส์ของโรงเรียน

เวิร์คช็อปฟิสิกส์ดำเนินการโดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อทำซ้ำ เจาะลึก ขยายและสรุปความรู้ที่ได้รับจากหัวข้อต่างๆ ของหลักสูตรฟิสิกส์ พัฒนาและปรับปรุงทักษะการทดลองของนักเรียนโดยใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น การทดลองที่ซับซ้อนมากขึ้น และพัฒนาความเป็นอิสระในการแก้ปัญหา ที่เกี่ยวข้องกับการทดลอง เวิร์กช็อปฟิสิกส์ไม่เกี่ยวข้องกับเวลากับเนื้อหาที่กำลังศึกษา ตามกฎแล้วจะจัดขึ้นในช่วงปลายปีการศึกษา บางครั้งจะเป็นช่วงปลายครึ่งปีแรกและครึ่งปีหลัง และรวมถึงชุดการทดลองเกี่ยวกับ หัวข้อเฉพาะ นักเรียนปฏิบัติงานภาคปฏิบัติเป็นกลุ่ม 2-4 คนโดยใช้อุปกรณ์ต่างๆ ในคาบเรียนถัดไปจะมีการเปลี่ยนงานซึ่งจะดำเนินการตามตารางเวลาที่ออกแบบเป็นพิเศษ เมื่อจัดทำตารางเวลา ให้คำนึงถึงจำนวนนักเรียนในชั้นเรียน จำนวนเวิร์คช็อป และความพร้อมของอุปกรณ์ เวิร์กช็อปฟิสิกส์แต่ละแห่งจะได้รับการจัดสรรชั่วโมงสอนสองชั่วโมง ซึ่งต้องมีการแนะนำบทเรียนฟิสิกส์สองเท่าในตาราง สิ่งนี้นำเสนอความยากลำบาก ด้วยเหตุนี้และเนื่องจากขาดอุปกรณ์ที่จำเป็น จึงมีการฝึกเวิร์คช็อปทางกายภาพหนึ่งชั่วโมง ควรสังเกตว่าการทำงานสองชั่วโมงนั้นดีกว่าเนื่องจากงานของการประชุมเชิงปฏิบัติการมีความซับซ้อนมากกว่างานห้องปฏิบัติการส่วนหน้าจึงดำเนินการกับอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากกว่าและส่วนแบ่งการมีส่วนร่วมอย่างอิสระของนักเรียนนั้นมากกว่าในกรณีของ งานห้องปฏิบัติการด้านหน้า สำหรับงานแต่ละชิ้น ครูจะต้องจัดทำคำแนะนำซึ่งควรมีชื่อ วัตถุประสงค์ รายการอุปกรณ์และอุปกรณ์ ทฤษฎีโดยย่อ คำอธิบายอุปกรณ์ที่นักเรียนไม่รู้จัก และแผนการทำงานให้เสร็จสิ้น หลังจากเสร็จสิ้นงานแล้วนักศึกษาจะต้องส่งรายงานซึ่งจะต้องมีชื่องาน, วัตถุประสงค์ของงาน, รายการเครื่องมือ, แผนผังหรือภาพวาดการติดตั้ง, แผนการปฏิบัติงาน, ตารางผลลัพธ์ สูตรที่ใช้คำนวณค่าปริมาณ การคำนวณข้อผิดพลาดในการวัด และข้อสรุป เมื่อประเมินงานของนักเรียนในการประชุมเชิงปฏิบัติการ ควรคำนึงถึงการเตรียมงาน รายงานงาน ระดับการพัฒนาทักษะ ความเข้าใจในเนื้อหาทางทฤษฎี และวิธีการวิจัยเชิงทดลองที่ใช้

เอ็น และวันนี้มีความสนใจในอดีต งานทดลอง กำหนดยัง และเหตุผลทางสังคมและเศรษฐกิจตัวละครท้องฟ้า เนื่องจากในปัจจุบันมี "เงินทุนไม่เพียงพอ" ของโรงเรียน เราจึงห้องปฏิบัติการชราภาพและทางกายภาพฐานสำนักงานผู้มีอำนาจ เช่นงานทดลองสามารถเล่นได้สำหรับโรงเรียนมีบทบาทเป็นเส้นทางสำรองซึ่งry สามารถช่วยอดีตทางกายภาพได้การทดลอง. รับรองว่าเซอร์ไพรส์ขนาดนี้การผสมผสานที่ลงตัวระหว่างความเรียบง่ายของอุปกรณ์ความรู้เกี่ยวกับฟิสิกส์ที่จริงจังและลึกซึ้งซึ่งสามารถสังเกตได้จากตัวอย่างที่ดีที่สุดของปัญหาเหล่านี้พอดีแบบออร์แกนิก ทดลองงานให้เป็นแบบดั้งเดิมรูปแบบการสอน หลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนเป็นไปได้เมื่อใช้เท่านั้น เหมาะสม

เทคโนโลยี

กำหนดให้นักเรียนขยายความรู้ที่ได้รับในชั้นเรียนอย่างอิสระและได้รับความรู้ใหม่ ๆ พัฒนาทักษะการทดลองผ่านการใช้ของใช้ในครัวเรือนและอุปกรณ์โฮมเมด พัฒนาความสนใจ ให้ข้อเสนอแนะ (ผลลัพธ์ที่ได้รับระหว่าง DER อาจเป็นปัญหาที่ต้องแก้ไขในบทเรียนถัดไปหรืออาจใช้เป็นส่วนเสริมของเนื้อหา)

จากทั้งหมดที่กล่าวมา ประเภทหลักการทดลองทางกายภาพทางการศึกษาต้องเสริมด้วยการทดลองโดยใช้คอมพิวเตอร์ งานทดลอง และงานทดลองที่บ้าน ความเป็นไปได้ คอมพิวเตอร์อนุญาต
เงื่อนไขการทดลองที่แตกต่างกัน สร้างแบบจำลองการติดตั้งอย่างอิสระ และสังเกตการทำงาน พัฒนาความสามารถ ทดลองทำงานกับโมเดลคอมพิวเตอร์ทำการคำนวณโดยอัตโนมัติ

จากมุมมองของเรา การทดลองประเภทนี้ควรเสริมการทดลองทางการศึกษาในทุกขั้นตอนของการเรียนรู้ตามกิจกรรม เนื่องจากมีส่วนช่วยในการพัฒนาจินตนาการเชิงพื้นที่และความคิดสร้างสรรค์

สาม - การใช้คอมพิวเตอร์ในบทเรียนฟิสิกส์

ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์เชิงทดลอง เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการถึงการเรียนฟิสิกส์โดยไม่ต้องทำงานในห้องทดลอง น่าเสียดายที่อุปกรณ์ของห้องปฏิบัติการทางกายภาพไม่อนุญาตให้ทำงานในห้องปฏิบัติการแบบเป็นโปรแกรมเสมอไป และไม่อนุญาตให้มีการแนะนำงานใหม่ที่ต้องใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลมาช่วยเหลือซึ่งช่วยให้คุณสามารถดำเนินงานในห้องปฏิบัติการที่ค่อนข้างซับซ้อนได้ ในนั้นครูสามารถเปลี่ยนพารามิเตอร์เริ่มต้นของการทดลองได้ตามดุลยพินิจของตนเองสังเกตว่าปรากฏการณ์เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรวิเคราะห์สิ่งที่เขาเห็นและสรุปผลที่เหมาะสม

การสร้างคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลได้ก่อให้เกิดเทคโนโลยีสารสนเทศใหม่ๆ ที่ช่วยปรับปรุงคุณภาพของการดูดซึมข้อมูลอย่างมีนัยสำคัญ เร่งความเร็วในการเข้าถึงข้อมูล และอนุญาตให้ใช้เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในกิจกรรมของมนุษย์ในด้านต่างๆ ที่หลากหลาย

ผู้คลางแคลงใจจะแย้งว่าทุกวันนี้คอมพิวเตอร์มัลติมีเดียส่วนบุคคลมีราคาแพงเกินกว่าจะติดตั้งให้กับโรงเรียนมัธยมศึกษาได้ อย่างไรก็ตาม คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลเป็นผลิตผลแห่งความก้าวหน้า และดังที่เราทราบกันดีว่าความก้าวหน้าไม่สามารถหยุดได้ด้วยปัญหาทางเศรษฐกิจชั่วคราว (ช้าลง - ใช่ หยุด - ไม่เคย) เพื่อให้ทันกับอารยธรรมโลกสมัยใหม่ หากเป็นไปได้ ควรแนะนำสิ่งนี้ในโรงเรียนภาษารัสเซียของเรา

ดังนั้น คอมพิวเตอร์จึงเปลี่ยนจากเครื่องจักรที่แปลกใหม่ไปเป็นเครื่องมือการสอนทางเทคนิคอีกอย่างหนึ่ง ซึ่งอาจทรงพลังที่สุดและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในบรรดาวิธีการทางเทคนิคที่มีอยู่ก่อนหน้านี้ทั้งหมดที่ครูมีอยู่

เป็นที่ทราบกันดีว่าหลักสูตรฟิสิกส์ระดับมัธยมปลายประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ การศึกษาและความเข้าใจซึ่งต้องใช้การคิดเชิงจินตนาการที่พัฒนาแล้ว ความสามารถในการวิเคราะห์และเปรียบเทียบ ก่อนอื่น เรากำลังพูดถึงหัวข้อต่างๆ เช่น "ฟิสิกส์โมเลกุล" บางบทของ "ไฟฟ้าพลศาสตร์" "ฟิสิกส์นิวเคลียร์" "ทัศนศาสตร์" ฯลฯ พูดอย่างเคร่งครัด ในทุกส่วนของหลักสูตรฟิสิกส์ คุณจะพบบทที่ ยากที่จะเข้าใจ.

จากประสบการณ์การทำงาน 14 ปีแสดงให้เห็นว่า นักเรียนไม่มีทักษะการคิดที่จำเป็นสำหรับการทำความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับปรากฏการณ์และกระบวนการที่อธิบายไว้ในส่วนเหล่านี้ ในสถานการณ์เช่นนี้ อุปกรณ์ช่วยสอนทางเทคนิคสมัยใหม่ และอย่างแรกเลยคือคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล มาช่วยเหลือครู

แนวคิดในการใช้คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลจำลองปรากฏการณ์ทางกายภาพต่างๆ สาธิตโครงสร้างและหลักการทำงานของอุปกรณ์ทางกายภาพเกิดขึ้นเมื่อหลายปีก่อนทันทีที่เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ปรากฏในโรงเรียน บทเรียนแรกที่ใช้คอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นว่าด้วยความช่วยเหลือของพวกเขาจึงเป็นไปได้ที่จะแก้ไขปัญหาจำนวนหนึ่งที่มีอยู่ในการสอนฟิสิกส์ของโรงเรียนมาโดยตลอด

เรามาดูรายชื่อบางส่วนกัน ปรากฏการณ์หลายอย่างไม่สามารถแสดงให้เห็นได้ในห้องเรียนฟิสิกส์ของโรงเรียน ตัวอย่างเช่น สิ่งเหล่านี้เป็นปรากฏการณ์ของโลกใบเล็ก หรือกระบวนการที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว หรือการทดลองกับเครื่องมือที่ไม่ได้อยู่ในสำนักงาน ส่งผลให้นักเรียนมีปัญหาในการเรียนรู้เนื่องจากไม่สามารถจินตนาการถึงสิ่งเหล่านั้นได้ คอมพิวเตอร์ไม่เพียงแต่สามารถสร้างแบบจำลองของปรากฏการณ์ดังกล่าวเท่านั้น แต่ยังช่วยให้คุณเปลี่ยนเงื่อนไขของกระบวนการและ "เลื่อน" ด้วยความเร็วที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการดูดซึม

การศึกษาโครงสร้างและหลักการทำงานของอุปกรณ์ทางกายภาพต่างๆ เป็นส่วนสำคัญของบทเรียนฟิสิกส์ โดยปกติเมื่อศึกษาอุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่ง ครูจะสาธิต อธิบายหลักการทำงาน โดยใช้แบบจำลองหรือแผนภาพ แต่นักเรียนมักจะมีปัญหาในการจินตนาการถึงห่วงโซ่กระบวนการทางกายภาพทั้งหมดที่รับประกันการทำงานของอุปกรณ์ที่กำหนด โปรแกรมคอมพิวเตอร์พิเศษทำให้สามารถ "ประกอบ" อุปกรณ์จากแต่ละส่วนและทำซ้ำกระบวนการที่เป็นพื้นฐานของหลักการทำงานในแบบไดนามิกและด้วยความเร็วที่เหมาะสมที่สุด ในกรณีนี้ คุณสามารถ "เลื่อน" ภาพเคลื่อนไหวได้หลายครั้ง

แน่นอนว่าคอมพิวเตอร์สามารถใช้ในบทเรียนประเภทอื่นได้: เมื่อศึกษาเนื้อหาใหม่อย่างอิสระเมื่อแก้ไขปัญหาระหว่างการทดสอบ

ควรสังเกตด้วยว่าการใช้คอมพิวเตอร์ในบทเรียนฟิสิกส์ทำให้พวกเขากลายเป็นกระบวนการสร้างสรรค์อย่างแท้จริงและทำให้สามารถนำหลักการของการศึกษาเชิงพัฒนาการไปใช้ได้

ต้องพูดอะไรสักสองสามคำเกี่ยวกับการพัฒนาบทเรียนคอมพิวเตอร์ เรารู้จักแพ็คเกจโปรแกรมสำหรับฟิสิกส์ "โรงเรียน" ซึ่งพัฒนาขึ้นที่มหาวิทยาลัย Voronezh ที่ภาควิชาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกและผู้เขียนก็มีหนังสือเรียนอิเล็กทรอนิกส์บนดิสก์เลเซอร์ "ฟิสิกส์ในภาพ" ซึ่งมี เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวาง ส่วนใหญ่สร้างมาอย่างมืออาชีพ มีกราฟิกที่สวยงาม มีแอนิเมชั่นที่ดี มีประโยชน์หลายอย่าง กล่าวโดยสรุป พวกเขามีข้อดีมากมาย แต่ส่วนใหญ่ไม่สอดคล้องกับโครงร่างของบทเรียนนี้โดยเฉพาะ ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขาจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุเป้าหมายทั้งหมดที่ครูกำหนดไว้ในบทเรียน

หลังจากเรียนบทเรียนคอมพิวเตอร์ครั้งแรก เราก็ได้ข้อสรุปว่าต้องมีการเตรียมการเป็นพิเศษ เราเริ่มเขียนสถานการณ์สำหรับบทเรียนดังกล่าวโดย "สาน" แบบออร์แกนิกทั้งการทดลองจริงและเสมือนจริง (นั่นคือนำไปใช้บนหน้าจอมอนิเตอร์) ฉันอยากจะทราบเป็นพิเศษว่าการสร้างแบบจำลองของปรากฏการณ์ต่างๆ ไม่สามารถแทนที่ประสบการณ์จริง "สด" ได้แต่อย่างใด แต่เมื่อรวมเข้ากับประสบการณ์เหล่านี้จะช่วยให้เราสามารถอธิบายความหมายของสิ่งที่เกิดขึ้นในระดับที่สูงกว่าได้ ประสบการณ์ในการทำงานของเราแสดงให้เห็นว่าบทเรียนดังกล่าวกระตุ้นความสนใจอย่างแท้จริงในหมู่นักเรียนและบังคับให้ทุกคนทำงาน แม้แต่เด็ก ๆ ที่พบว่าวิชาฟิสิกส์เป็นเรื่องยาก ในขณะเดียวกันคุณภาพของความรู้ก็เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ตัวอย่างการใช้คอมพิวเตอร์ในห้องเรียนเป็น TSO สามารถต่อเนื่องได้ค่อนข้างนาน

คอมพิวเตอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเทคนิคการคูณสำหรับการทดสอบนักเรียนและดำเนินการทดสอบแบบปรนัย (แต่ละแบบมีหน้าที่ของตัวเอง) ไม่ว่าในกรณีใดด้วยความช่วยเหลือของโปรแกรมค้นหาครูสามารถค้นหาสิ่งที่น่าสนใจมากมายบนอินเทอร์เน็ต

คอมพิวเตอร์เป็นผู้ช่วยที่ขาดไม่ได้ในชั้นเรียนนอกหลักสูตรเมื่อปฏิบัติงานภาคปฏิบัติและในห้องปฏิบัติการและในการแก้ปัญหาเชิงทดลอง นักเรียนใช้เพื่อประมวลผลผลลัพธ์ของงานวิจัยเล็กๆ น้อยๆ ที่ได้รับมอบหมาย เช่น สร้างตาราง สร้างกราฟ คำนวณ สร้างแบบจำลองง่ายๆ ของกระบวนการทางกายภาพ การใช้คอมพิวเตอร์นี้จะพัฒนาทักษะในการแสวงหาความรู้อย่างอิสระ ความสามารถในการวิเคราะห์ผลลัพธ์ และสร้างรูปแบบการคิดทางกายภาพ

IV. ตัวอย่างการใช้คอมพิวเตอร์ในการทดลองประเภทต่างๆ

คอมพิวเตอร์เป็นองค์ประกอบของการตั้งค่าการทดลองทางการศึกษาที่ใช้ในขั้นตอนต่างๆ ของบทเรียนและในการทดลองเกือบทุกประเภท (โดยปกติจะเป็นการทดลองสาธิตและงานในห้องปฏิบัติการ)

บทเรียน “โครงสร้างของสสาร” (การทดลองสาธิต)

วัตถุประสงค์: เพื่อศึกษาโครงสร้างของสสารในสถานะการรวมกลุ่มต่างๆ เพื่อระบุความสม่ำเสมอบางประการในโครงสร้างของวัตถุในสถานะก๊าซ ของเหลว และของแข็ง

เมื่ออธิบายเนื้อหาใหม่ คอมพิวเตอร์แอนิเมชันจะใช้เพื่อแสดงการจัดเรียงโมเลกุลในสถานะการรวมกลุ่มต่างๆ อย่างชัดเจน

คอมพิวเตอร์ช่วยให้คุณแสดงกระบวนการเปลี่ยนจากสถานะการรวมตัวหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง การเพิ่มความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์การแพร่กระจาย และความดันก๊าซ

บทเรียนการแก้ปัญหาในหัวข้อ: “การเคลื่อนที่ในมุมสู่ขอบฟ้า”

วัตถุประสงค์: เพื่อศึกษาการเคลื่อนที่ของขีปนาวุธ การประยุกต์ในชีวิตประจำวัน

เมื่อใช้คอมพิวเตอร์แอนิเมชั่น คุณสามารถแสดงให้เห็นว่าวิถีการเคลื่อนที่ของร่างกาย (ระดับความสูงและระยะทางบิน) เปลี่ยนแปลงไปอย่างไร โดยขึ้นอยู่กับความเร็วเริ่มต้นและมุมตกกระทบ การใช้คอมพิวเตอร์ในลักษณะนี้ช่วยให้คุณดำเนินการได้ภายในไม่กี่นาที ซึ่งช่วยประหยัดเวลาในการแก้ปัญหาอื่นๆ และช่วยให้นักเรียนไม่ต้องวาดภาพสำหรับแต่ละปัญหา (ซึ่งพวกเขาไม่ชอบทำจริงๆ)

แบบจำลองนี้แสดงให้เห็นการเคลื่อนไหวของวัตถุที่ถูกโยนในมุมหนึ่งไปยังแนวนอน คุณสามารถเปลี่ยนความสูงเริ่มต้น รวมถึงขนาดและทิศทางความเร็วของร่างกายได้ ในโหมด "แฟลช" เวกเตอร์ความเร็วของวัตถุที่ถูกโยนและการฉายภาพบนแกนแนวนอนและแนวตั้งจะแสดงบนวิถีโคจรเป็นระยะสม่ำเสมอ

งานห้องปฏิบัติการ “ศึกษากระบวนการไอโซเทอร์มอล”

วัตถุประสงค์: เพื่อทดลองสร้างความสัมพันธ์ระหว่างความดันและปริมาตรของก๊าซที่อุณหภูมิคงที่

คอมพิวเตอร์ทำงานครบถ้วน (ชื่อ วัตถุประสงค์ การเลือกอุปกรณ์ ขั้นตอนการปฏิบัติงาน การคำนวณที่จำเป็น) วัตถุคืออากาศในท่อ พิจารณาพารามิเตอร์ในสองสถานะ: ดั้งเดิมและบีบอัด มีการคำนวณที่สอดคล้องกัน ผลลัพธ์จะถูกเปรียบเทียบและสร้างกราฟตามข้อมูลที่ได้รับ

งานทดลอง: กำหนดจำนวน Pi โดยการชั่งน้ำหนัก

เป้าหมาย: กำหนดค่าของ Pi ในรูปแบบต่างๆ แสดงว่าสามารถเท่ากับ 3.14 ได้โดยการชั่งน้ำหนัก

ในการดำเนินงาน จะมีการตัดสี่เหลี่ยมจัตุรัสและวงกลมออกจากวัสดุเดียวกันเพื่อให้รัศมีของวงกลมเท่ากับด้านข้างของสี่เหลี่ยมจัตุรัสและชั่งน้ำหนักตัวเลขเหล่านี้ ตัวเลข Pi คำนวณโดยใช้อัตราส่วนของมวลของวงกลมและสี่เหลี่ยมจัตุรัส

การทดลองที่บ้านเพื่อศึกษาลักษณะของการเคลื่อนที่แบบสั่น

เป้าหมาย: เพื่อรวบรวมความรู้ที่ได้รับในบทเรียนเกี่ยวกับระยะเวลาและความถี่ของการแกว่งของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์

แบบจำลองของลูกตุ้มสั่นทำจากวิธีการชั่วคราว (ร่างเล็ก ๆ ถูกแขวนไว้บนเชือก) คุณต้องมีนาฬิกาด้วยมือสองสำหรับการทดลอง หลังจากนับการสั่น 30 ครั้งในช่วงระยะเวลาหนึ่ง ระยะเวลาและความถี่จะถูกคำนวณ คุณสามารถทำการทดลองกับวัตถุต่างๆ โดยกำหนดว่าลักษณะของการสั่นสะเทือนไม่ได้ขึ้นอยู่กับร่างกาย และด้วยการทำการทดลองกับเธรดที่มีความยาวต่างกันคุณสามารถสร้างการพึ่งพาที่สอดคล้องกันได้ ผลการแข่งขันในบ้านทั้งหมดจะต้องมีการอภิปรายในชั้นเรียน

งานทดลอง: การคำนวณงานและพลังงานจลน์

วัตถุประสงค์: เพื่อแสดงให้เห็นว่าคุณค่าของงานกลและพลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับสภาวะต่างๆ ของปัญหาอย่างไร

เมื่อใช้คอมพิวเตอร์ ความสัมพันธ์ระหว่างแรงโน้มถ่วง (น้ำหนักตัว) แรงดึง มุมของแรงที่กระทำ และสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะถูกเปิดเผยอย่างรวดเร็ว

แบบจำลองนี้แสดงแนวคิดของงานเครื่องกลโดยใช้ตัวอย่างการเคลื่อนที่ของบล็อกบนระนาบที่มีแรงเสียดทานภายใต้การกระทำของแรงภายนอกที่พุ่งไปที่มุมหนึ่งจนถึงขอบฟ้า โดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์โมเดล (มวลของบล็อก t ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน โมดูลัส และทิศทางของแรงกระทำ เอฟ ), คุณสามารถตรวจสอบปริมาณงานที่ทำเมื่อบล็อกเคลื่อนที่ แรงเสียดทาน และแรงภายนอก ตรวจสอบในการทดลองทางคอมพิวเตอร์ว่าผลรวมของงานเหล่านี้เท่ากับพลังงานจลน์ของบล็อก โปรดทราบว่างานที่ทำโดยแรงเสียดทาน กเชิงลบเสมอ

งานที่คล้ายกันสามารถใช้เพื่อติดตามความรู้ของนักเรียนได้ คอมพิวเตอร์ช่วยให้คุณเปลี่ยนพารามิเตอร์ของงานได้อย่างรวดเร็วซึ่งจะสร้างตัวเลือกจำนวนมาก (ขจัดการโกง) ข้อดีของงานประเภทนี้คือการตรวจสอบที่รวดเร็ว สามารถตรวจสอบผลงานได้ทันทีต่อหน้านักศึกษา นักเรียนได้รับผลลัพธ์และสามารถประเมินความรู้ของตนเองได้

การเตรียมตัวสำหรับการสอบ Unified State

เป้าหมาย: เพื่อสอนให้เด็กตอบคำถามทดสอบอย่างรวดเร็วและถูกต้อง

จนถึงปัจจุบันมีการพัฒนาโปรแกรมเพื่อเตรียมนักเรียนให้ผ่านการสอบ Unified State ประกอบด้วยการทดสอบระดับความยากที่แตกต่างกันสำหรับทุกส่วนของหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียน

วี. บทสรุป.

การสอนฟิสิกส์ที่โรงเรียนเกี่ยวข้องกับการสาธิตการทดลองอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม ในโรงเรียนยุคใหม่ การทำงานทดลองทางฟิสิกส์มักเป็นเรื่องยากเนื่องจากไม่มีเวลาสอนและขาดวัสดุและอุปกรณ์ทางเทคนิคที่ทันสมัย และแม้ว่าห้องปฏิบัติการของห้องเรียนฟิสิกส์จะเพียบพร้อมไปด้วยเครื่องมือและวัสดุที่จำเป็น การทดลองจริงต้องใช้เวลามากขึ้นทั้งในการเตรียมตัวและการดำเนินการ และในการวิเคราะห์ผลลัพธ์ของงาน นอกจากนี้ เนื่องจากความเฉพาะเจาะจง (การวัดที่สำคัญ) ข้อผิดพลาด การจำกัดเวลาของบทเรียน ฯลฯ) การทดลองจริงมักไม่บรรลุวัตถุประสงค์หลัก - เพื่อทำหน้าที่เป็นแหล่งความรู้เกี่ยวกับรูปแบบทางกายภาพและกฎหมาย การขึ้นต่อกันที่ระบุทั้งหมดเป็นเพียงการประมาณเท่านั้น บ่อยครั้งที่ข้อผิดพลาดที่คำนวณอย่างถูกต้องนั้นเกินค่าที่วัดได้

การทดลองทางคอมพิวเตอร์สามารถเสริมส่วน "การทดลอง" ของหลักสูตรฟิสิกส์และเพิ่มประสิทธิภาพของบทเรียนได้อย่างมาก เมื่อใช้งาน คุณสามารถแยกสิ่งสำคัญในปรากฏการณ์ ตัดปัจจัยรอง ระบุรูปแบบ ทำการทดสอบซ้ำๆ ด้วยพารามิเตอร์ที่แปรผัน บันทึกผลลัพธ์และกลับสู่การวิจัยของคุณในเวลาที่สะดวก นอกจากนี้ยังสามารถทำการทดลองจำนวนมากขึ้นในเวอร์ชันคอมพิวเตอร์ การทดลองประเภทนี้ดำเนินการโดยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ของกฎหมาย ปรากฏการณ์ กระบวนการ ฯลฯ การทำงานร่วมกับแบบจำลองเหล่านี้เปิดโอกาสทางปัญญามหาศาลให้กับนักเรียน ทำให้พวกเขาไม่เพียงแต่เป็นผู้สังเกตการณ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงผู้เข้าร่วมการทดลองที่กระตือรือร้นอีกด้วย

โมเดลเชิงโต้ตอบส่วนใหญ่จะมีตัวเลือกสำหรับการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์เริ่มต้นและเงื่อนไขการทดลองภายในช่วงกว้าง การเปลี่ยนแปลงมาตราส่วนเวลา ตลอดจนการจำลองสถานการณ์ที่ไม่มีในการทดลองจริง

ข้อดีอีกประการหนึ่งคือคอมพิวเตอร์ให้โอกาสพิเศษซึ่งไม่ได้นำมาใช้ในการทดลองทางกายภาพจริงเพื่อให้เห็นภาพไม่ใช่ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่แท้จริง แต่เป็นแบบจำลองทางทฤษฎีที่เรียบง่ายซึ่งช่วยให้คุณสามารถค้นหากฎทางกายภาพหลักของปรากฏการณ์ที่สังเกตได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ . นอกจากนี้ นักเรียนยังสามารถสังเกตการสร้างการพึ่งพากราฟิกที่เกี่ยวข้องไปพร้อมๆ กันในขณะที่การทดลองดำเนินไป วิธีการแสดงผลการจำลองแบบกราฟิกช่วยให้นักเรียนดูดซับข้อมูลจำนวนมากที่ได้รับได้ง่ายขึ้น แบบจำลองดังกล่าวมีคุณค่าเป็นพิเศษ เนื่องจากตามกฎแล้วนักเรียนจะประสบปัญหาอย่างมากในการสร้างและอ่านกราฟ

นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องคำนึงด้วยว่านักเรียนไม่สามารถจินตนาการถึงกระบวนการปรากฏการณ์การทดลองทางประวัติศาสตร์ทางฟิสิกส์ทั้งหมดได้หากไม่ได้รับความช่วยเหลือจากแบบจำลองเสมือนจริง (เช่น วงจรคาร์โนต์ การมอดูเลตและดีโมดูเลชัน การทดลองของมิเชลสันในการวัดความเร็วของ แสง การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด ฯลฯ) แบบจำลองเชิงโต้ตอบช่วยให้นักเรียนเห็นกระบวนการในรูปแบบที่เรียบง่าย จินตนาการถึงแผนภาพการติดตั้ง และทำการทดลองที่โดยทั่วไปแล้วเป็นไปไม่ได้ในชีวิตจริง เช่น การควบคุมการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ปัจจุบันมีเครื่องมือซอฟต์แวร์การสอน (PPS) อยู่จำนวนหนึ่งอยู่แล้ว ในรูปแบบเดียวหรืออีกรูปแบบหนึ่งที่มีแบบจำลองเชิงโต้ตอบในวิชาฟิสิกส์ น่าเสียดายที่ไม่มีโปรแกรมใดมุ่งเป้าไปที่การใช้งานในโรงเรียนโดยตรง โมเดลบางรุ่นมีความสามารถในการเปลี่ยนพารามิเตอร์มากเกินไปเนื่องจากเน้นการใช้งานในมหาวิทยาลัย ในโปรแกรมอื่น โมเดลเชิงโต้ตอบเป็นเพียงองค์ประกอบที่แสดงเนื้อหาหลักเท่านั้น นอกจากนี้ แบบจำลองยังกระจัดกระจายไปตามคณาจารย์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น “ฟิสิกส์ในภาพ” โดยบริษัท Physikon แม้จะเหมาะสมที่สุดสำหรับการทดลองคอมพิวเตอร์ส่วนหน้า แต่ก็สร้างขึ้นบนแพลตฟอร์มที่ล้าสมัยและไม่รองรับการใช้งานในเครือข่ายท้องถิ่น ซอฟต์แวร์การสอนอื่นๆ เช่น "Open Physics" จากบริษัทเดียวกัน พร้อมด้วยแบบจำลองต่างๆ มีสื่อข้อมูลมากมายที่ไม่สามารถปิดได้ในระหว่างการทำงานในชั้นเรียน ทั้งหมดนี้ทำให้การเลือกและการใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์มีความซับซ้อนอย่างมากเมื่อทำบทเรียนฟิสิกส์ในโรงเรียนมัธยมศึกษา

สิ่งสำคัญคือเพื่อการใช้การทดลองคอมพิวเตอร์อย่างมีประสิทธิภาพนั้น จำเป็นต้องมีอาจารย์ผู้สอนที่มุ่งเน้นการใช้งานในโรงเรียนมัธยมศึกษาตอนปลายโดยเฉพาะ ล่าสุดมีแนวโน้มการสร้างบุคลากรการสอนเฉพาะทางให้กับโรงเรียนภายใต้กรอบโครงการของรัฐบาลกลาง เช่น การแข่งขันผู้พัฒนาซอฟต์แวร์เพื่อการศึกษาที่จัดขึ้นโดยมูลนิธิฝึกอบรมบุคลากรแห่งชาติ บางทีในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า เราจะได้เห็นอาจารย์ผู้สอนที่สนับสนุนการทดลองคอมพิวเตอร์ในหลักสูตรฟิสิกส์ระดับมัธยมปลายอย่างครอบคลุม ฉันพยายามเปิดเผยประเด็นเหล่านี้ทั้งหมดในงานของฉัน

วี- อภิธานศัพท์.

การทดลองเป็นกิจกรรมทางประสาทสัมผัสและวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์

การทดลองทางกายภาพ- เป็นการสังเกตและวิเคราะห์ปรากฏการณ์ที่ศึกษาภายใต้เงื่อนไขบางประการ ทำให้สามารถติดตามวิถีของปรากฏการณ์และสร้างใหม่ทุกครั้งภายใต้เงื่อนไขที่ตายตัว

สาธิตเป็นการทดลองทางกายภาพที่แสดงถึงปรากฏการณ์ทางกายภาพ กระบวนการ รูปแบบ การรับรู้ทางสายตา

งานห้องปฏิบัติการด้านหน้า– งานภาคปฏิบัติประเภทหนึ่งที่ดำเนินการในกระบวนการศึกษาสื่อการเรียนการสอนของโปรแกรม เมื่อนักเรียนทุกคนในชั้นเรียนทำการทดลองประเภทเดียวกันพร้อมกันโดยใช้อุปกรณ์เดียวกัน

เวิร์คช็อปฟิสิกส์– งานภาคปฏิบัติที่ดำเนินการโดยนักเรียนเมื่อสำเร็จการศึกษาในส่วนก่อนหน้าของหลักสูตร (หรือสิ้นปี) บนอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น โดยมีระดับความเป็นอิสระมากกว่างานในห้องปฏิบัติการแนวหน้า

งานทดลองที่บ้าน- การทดลองอิสระที่ง่ายที่สุดที่นักเรียนทำที่บ้าน นอกโรงเรียน โดยไม่ได้รับคำแนะนำโดยตรงจากครู

งานทดลอง- ปัญหาที่การทดลองใช้เป็นเครื่องมือในการกำหนดปริมาณเริ่มต้นที่จำเป็นสำหรับการแก้ปัญหา ให้คำตอบกับคำถามที่ตั้งไว้หรือเป็นวิธีการตรวจสอบการคำนวณตามเงื่อนไข

ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว บรรณานุกรม:

1. Bashmakov L.I. , S.N. Pozdnyakov, N.A Reznik "สภาพแวดล้อมการเรียนรู้ข้อมูล", เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: "Svet", หน้า 121, 1997

2 Belostotsky P.I. , G. Yu. Maksimova, N.N. Gomulina "เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์: บทเรียนสมัยใหม่ในวิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์" หนังสือพิมพ์ "ฟิสิกส์" ฉบับที่ 20, น. 3 พ.ย. 2542.

3. บูรอฟ วี.เอ. “การทดลองสาธิตวิชาฟิสิกส์ในโรงเรียนมัธยม” การตรัสรู้ที่กรุงมอสโก พ.ศ. 2522

4. บูติคอฟ อี.ไอ. พื้นฐานของพลศาสตร์คลาสสิกและการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ เนื้อหาของการประชุมทางวิทยาศาสตร์และระเบียบวิธีครั้งที่ 7, โรงยิมวิชาการ, เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก - Old Peterhof, p. 47, 1998.

5. Vinnitsky Yu.A., G.M. Nurmukhamedov “การทดลองคอมพิวเตอร์ในหลักสูตรฟิสิกส์ระดับมัธยมปลาย” วารสาร "ฟิสิกส์ที่โรงเรียน" หมายเลข 6, หน้า 123 42 พ.ศ. 2549

6. โกเลลอฟ เอ.เอ. แนวคิดของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่: หนังสือเรียน การประชุมเชิงปฏิบัติการ – อ.: ศูนย์สำนักพิมพ์ด้านมนุษยธรรม VLADOS, 1998

7. คาฟเทรฟ เอ.เอฟ. “วิธีการใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ในบทเรียนฟิสิกส์” การประชุมนานาชาติครั้งที่ 5 "ฟิสิกส์ในระบบการศึกษาสมัยใหม่" (FSSO-99) บทคัดย่อ เล่มที่ 3 นักบุญ เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: "สำนักพิมพ์ของมหาวิทยาลัยการสอนแห่งรัฐรัสเซียตั้งชื่อตาม A.I. Herzen", p. 98-99, 1999.

8. คาฟเทรฟ เอ.เอฟ. "แบบจำลองคอมพิวเตอร์ในวิชาฟิสิกส์ของโรงเรียน" วารสาร "เครื่องมือคอมพิวเตอร์ในการศึกษา", เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: "สารสนเทศด้านการศึกษา", 12, p. 41-47, 1998.

9. ทฤษฎีและวิธีการสอนฟิสิกส์ในโรงเรียน ปัญหาทั่วไป เรียบเรียงโดย S.E. Kameneykogo, N.S. ปุรีเชวา อ: "สถาบันการศึกษา", 2543

10. โทรฟิโมวา ที.ไอ. "หลักสูตรฟิสิกส์" เอ็ด. "โรงเรียนมัธยม", ม., 2542

11. เชิร์ตซอฟ เอ.เอส. เทคโนโลยีสารสนเทศในการสอนฟิสิกส์ วารสาร "เครื่องมือคอมพิวเตอร์ในการศึกษา", เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: "สารสนเทศด้านการศึกษา", 12, p. ซี, 1999.

ภาคผนวกหมายเลข 1

การจำแนกประเภทของการทดลองทางกายภาพ

ภาคผนวกหมายเลข 2

ผลการสำรวจความคิดเห็นของนักศึกษา

มีการสำรวจความคิดเห็นในหมู่นักเรียนเกรด 5 K, 6 A, 7 - 11 ในคำถามต่อไปนี้:

การทดลองมีบทบาทอย่างไรเมื่อเรียนฟิสิกส์?

โปรแกรมได้สร้างแบบจำลอง 107 แบบที่สามารถใช้เพื่ออธิบายวัสดุใหม่และแก้ปัญหาการทดลองได้ ฉันอยากจะยกตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ ที่ฉันใช้ในบทเรียน

ส่วนของบทเรียน “ปฏิกิริยานิวเคลียร์ นิวเคลียร์."

เป้าหมาย: เพื่อกำหนดแนวคิดเกี่ยวกับปฏิกิริยานิวเคลียร์และแสดงให้เห็นถึงความหลากหลายของมัน พัฒนาความเข้าใจในสาระสำคัญของกระบวนการเหล่านี้

คอมพิวเตอร์จะใช้ในการอธิบายเนื้อหาใหม่เพื่อแสดงให้เห็นกระบวนการที่กำลังศึกษาได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ช่วยให้คุณเปลี่ยนเงื่อนไขของปฏิกิริยาได้อย่างรวดเร็ว และทำให้สามารถกลับสู่สภาวะก่อนหน้าได้


โมเดลนี้โชว์

การแปลงนิวเคลียสประเภทต่างๆ

การเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจาก

กระบวนการสลายกัมมันตภาพรังสีของนิวเคลียสและ

เนื่องจากเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ตามมาด้วย

ฟิชชันหรือฟิวชั่นของนิวเคลียส

การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในเมล็ดสามารถแยกย่อยได้

ออกเป็นสามกลุ่ม:

1. การเปลี่ยนแปลงของหนึ่งในนิวเคลียสในนิวเคลียส

   การปรับโครงสร้างภายในของนิวเคลียส

   การจัดเรียงนิวเคลียสใหม่จากนิวเคลียสหนึ่งไปยังอีกนิวเคลียส

กลุ่มแรกประกอบด้วยการสลายตัวของบีตาหลายประเภท เมื่อหนึ่งในนิวตรอนของนิวเคลียสเปลี่ยนเป็นโปรตอนหรือในทางกลับกัน การสลายตัวของเบต้าประเภทแรก (บ่อยกว่า) เกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยอิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโนของอิเล็กตรอน การสลายเบตาประเภทที่สองเกิดขึ้นโดยการปล่อยโพซิตรอนและอิเล็กตรอนนิวทริโน หรือโดยการจับอิเล็กตรอนและการปล่อยอิเล็กตรอนนิวตริโน (การจับอิเล็กตรอนเกิดขึ้นจากเปลือกอิเล็กตรอนเปลือกใดเปลือกหนึ่งที่อยู่ใกล้กับนิวเคลียสมากที่สุด ). โปรดทราบว่าในสถานะอิสระ โปรตอนไม่สามารถสลายตัวเป็นนิวตรอน โพซิตรอน และอิเล็กตรอนนิวตริโนได้ ซึ่งจะต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมซึ่งได้รับจากนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม พลังงานทั้งหมดของนิวเคลียสจะลดลงเมื่อโปรตอนเปลี่ยนรูปเป็นนิวตรอนโดยผ่านกระบวนการสลายตัวของบีตา สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานของการผลักคูลอมบ์ลดลงระหว่างโปรตอนของนิวเคลียส (ซึ่งมีน้อยกว่า)

กลุ่มที่สองประกอบด้วยการสลายตัวของแกมมา ซึ่งนิวเคลียสซึ่งเริ่มแรกอยู่ในสภาวะตื่นเต้น จะปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมา และปล่อยแกมมาควอนตัมออกมา กลุ่มที่สามประกอบด้วยการสลายตัวของอัลฟา (การปล่อยโดยนิวเคลียสดั้งเดิมของอนุภาคอัลฟา - นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมที่ประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว) การแยกตัวของนิวเคลียร์ (การดูดซึมนิวตรอนด้วยนิวเคลียสตามด้วยการสลายตัวเป็นนิวเคลียสที่เบากว่าสองตัว และการปล่อยนิวตรอนหลายตัว) และนิวเคลียร์ฟิวชัน (เมื่อการชนกันของนิวเคลียสแสงสองอันทำให้เกิดนิวเคลียสที่หนักกว่าและอาจเหลือเศษแสงหรือโปรตอนหรือนิวตรอนแต่ละตัวไว้เบื้องหลัง)

โปรดทราบว่าในระหว่างการสลายตัวของรังสีอัลฟา นิวเคลียสจะหดตัวและมีการเคลื่อนตัวไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการปล่อยอนุภาคแอลฟาอย่างเห็นได้ชัด ในขณะเดียวกัน ผลตอบแทนจากการสลายตัวของเบต้าจะน้อยกว่ามากและมองไม่เห็นเลยในแบบจำลองของเรา นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่ามวลของอิเล็กตรอนนั้นน้อยกว่ามวลของนิวเคลียสเป็นพัน (หรือหลายแสนเท่า - สำหรับอะตอมหนัก)

ส่วนของบทเรียน “เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์”

เป้าหมาย: เพื่อสร้างแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ สาธิตการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์โดยใช้คอมพิวเตอร์


คอมพิวเตอร์อนุญาตให้คุณเปลี่ยนเงื่อนไข

การเกิดปฏิกิริยาในเครื่องปฏิกรณ์ เมื่อถอดคำจารึกออกแล้ว

คุณสามารถทดสอบความรู้ของนักเรียนเกี่ยวกับการก่อสร้างได้

เครื่องปฏิกรณ์ แสดงสภาวะภายใต้นั้น

อาจเกิดการระเบิดได้

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นอุปกรณ์

ออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงาน

นิวเคลียสของอะตอมเป็นพลังงานไฟฟ้า

แกนเครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วยสารกัมมันตภาพรังสี

สาร (โดยปกติคือยูเรเนียมหรือพลูโตเนียม)

ซึ่งพลังงานที่ปล่อยออกมานั้นเกิดจากการเสื่อมสลายของสิ่งเหล่านี้

อะตอม ทำให้น้ำร้อนขึ้น ไอน้ำที่เกิดขึ้นจะไหลเข้าสู่กังหันไอน้ำ เนื่องจากการหมุนของมัน กระแสไฟฟ้าจึงถูกสร้างขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า น้ำอุ่นหลังจากทำให้บริสุทธิ์อย่างเหมาะสมแล้วจะถูกเทลงในแหล่งน้ำใกล้เคียง จากนั้นน้ำเย็นจะเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ ปลอกปิดผนึกพิเศษช่วยปกป้องสิ่งแวดล้อมจากรังสีอันตรายถึงชีวิต

แท่งกราไฟท์ชนิดพิเศษดูดซับนิวตรอนเร็ว ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา คุณสามารถควบคุมความคืบหน้าของปฏิกิริยาได้ คลิกปุ่ม "เพิ่ม" (สามารถทำได้ก็ต่อเมื่อปั๊มที่สูบน้ำเย็นเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์เปิดอยู่) และเปิด "เงื่อนไขกระบวนการ" เมื่อแท่งเหล็กถูกยกขึ้น ปฏิกิริยานิวเคลียร์ก็จะเริ่มขึ้น อุณหภูมิ ตภายในเครื่องปฏิกรณ์ อุณหภูมิจะสูงขึ้นถึง 300°C และน้ำจะเริ่มเดือดในไม่ช้า เมื่อดูที่แอมมิเตอร์ที่มุมขวาของหน้าจอ คุณจะเห็นว่าเครื่องปฏิกรณ์เริ่มผลิตกระแสไฟฟ้าแล้ว การดันก้านกลับจะทำให้สามารถหยุดปฏิกิริยาลูกโซ่ได้

ภาคผนวกหมายเลข 4

การใช้คอมพิวเตอร์เมื่อปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการและออกกำลังกาย

มี 4 SDs ที่มีการพัฒนาผลงานห้องปฏิบัติการ 72 ชิ้น ซึ่งอำนวยความสะดวกในการทำงานของครูและทำให้บทเรียนน่าสนใจและทันสมัยมากขึ้น การพัฒนาเหล่านี้สามารถนำมาใช้ในการจัดเวิร์คช็อปทางกายภาพได้เพราะว่า หัวข้อบางเรื่องอยู่นอกเหนือขอบเขตหลักสูตรของโรงเรียน นี่คือตัวอย่างบางส่วน. ชื่อ วัตถุประสงค์ อุปกรณ์ การทำงานทีละขั้นตอน ทั้งหมดนี้ฉายบนหน้าจอโดยใช้คอมพิวเตอร์


งานห้องปฏิบัติการ: “ศึกษากระบวนการไอโซบาริก”

เป้าหมาย: เพื่อสร้างความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรและ

อุณหภูมิของก๊าซที่มีมวลต่างกัน

รัฐ

อุปกรณ์ : ถาด, ท่อ-ถัง พร้อมก๊อก 2 อัน,

เทอร์โมมิเตอร์, แคลอรีมิเตอร์, เทปวัด

วัตถุประสงค์ของการศึกษาคืออากาศในท่อ -

ถัง. ในสถานะเริ่มต้น ปริมาตรจะถูกกำหนดโดย

ความยาวของช่องภายในของท่อ ท่อถูกวางแบบขดต่อขดในแคลอริมิเตอร์ วาล์วด้านบนเปิดอยู่ เทน้ำที่อุณหภูมิ 55 0 - 60 0 C ลงในเครื่องวัดความร้อน สังเกตการก่อตัวของฟองอากาศ จะก่อตัวขึ้นจนกระทั่งอุณหภูมิของน้ำและอากาศในท่อเท่ากัน วัดอุณหภูมิด้วยเทอร์โมมิเตอร์ในห้องปฏิบัติการ อากาศถูกถ่ายโอนไปยังสถานะที่สองโดยการเทน้ำเย็นลงในแคลอริมิเตอร์ หลังจากสร้างสมดุลความร้อนแล้ว จะวัดอุณหภูมิของน้ำ ปริมาตรในสถานะที่สองวัดจากความยาวในท่อ (ความยาวเดิมลบด้วยความยาวของน้ำที่เข้า)

เมื่อทราบค่าพารามิเตอร์ของอากาศในสองสถานะ การเชื่อมต่อจะเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนแปลงปริมาตรและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่ความดันคงที่

บทเรียน - การประชุมเชิงปฏิบัติการ: “การวัดค่าสัมประสิทธิ์แรงตึงผิว

วัตถุประสงค์: เพื่อฝึกฝนหนึ่งในเทคนิคในการกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงตึงผิว

อุปกรณ์ : ตาชั่ง ถาด แก้ว หยอดน้ำ

วัตถุประสงค์ของการศึกษาคือน้ำ เครื่องชั่งจะถูกนำเข้าสู่ตำแหน่งการทำงานและสมดุล ใช้เพื่อกำหนดมวลของแก้ว หยดน้ำประมาณ 60 - 70 หยดจากที่เขี่ยบุหรี่ลงในแก้ว หามวลของน้ำหนึ่งแก้ว. ความแตกต่างของมวลในแก้วใช้เพื่อกำหนดมวลของน้ำ เมื่อทราบจำนวนหยด คุณก็สามารถกำหนดมวลของหยดหนึ่งได้ เส้นผ่านศูนย์กลางของรูหยดจะระบุไว้บนแคปซูล สูตรคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงตึงผิวของน้ำ เปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้กับค่าตาราง

สำหรับนักเรียนที่เข้มแข็งคุณสามารถแนะนำให้ทำการทดลองเพิ่มเติมกับน้ำมันพืชได้

แอล.วี. พิกาลิทซิน
, www.levpi.narod.ru, สถาบันการศึกษาเทศบาล โรงเรียนมัธยมหมายเลข 2, Dzerzhinsk, ภูมิภาค Nizhny Novgorod

การทดลองทางกายภาพของคอมพิวเตอร์

4. การทดลองคอมพิวเตอร์เชิงคำนวณ

การทดลองทางการคำนวณผลัดกัน
เข้าสู่สาขาวิทยาศาสตร์อิสระ
R.G.Efremov แพทย์สาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์

การทดลองทางคอมพิวเตอร์เชิงคำนวณมีความคล้ายคลึงกับการทดลองทั่วไป (เต็มรูปแบบ) หลายประการ ซึ่งรวมถึงการวางแผนการทดลอง การสร้างการตั้งค่าการทดลอง การทำการทดสอบการควบคุม การทำชุดการทดลอง การประมวลผลข้อมูลการทดลอง การตีความ ฯลฯ อย่างไรก็ตามมันไม่ได้ดำเนินการกับวัตถุจริง แต่ในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ บทบาทของการตั้งค่าการทดลองนั้นเล่นโดยคอมพิวเตอร์ที่ติดตั้งโปรแกรมพิเศษ

การทดลองทางคอมพิวเตอร์กำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ มีการฝึกฝนในสถาบันและมหาวิทยาลัยหลายแห่ง เช่น ที่ Moscow State University M.V. Lomonosov, MPGU, สถาบันเซลล์วิทยาและพันธุศาสตร์ SB RAS, สถาบันชีววิทยาโมเลกุล RAS ฯลฯ นักวิทยาศาสตร์สามารถรับผลลัพธ์ทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญได้โดยไม่ต้องทำการทดลองแบบ "เปียก" จริง ๆ ด้วยเหตุนี้ไม่เพียงแต่พลังของคอมพิวเตอร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงอัลกอริธึมที่จำเป็นและที่สำคัญที่สุดคือความเข้าใจ หากก่อนหน้านี้พวกเขาแยกทางกัน - ในร่างกาย ในหลอดทดลอง, – ตอนนี้มีเพิ่มมากขึ้นแล้ว ในซิลิโก- ที่จริงแล้ว การทดลองทางคอมพิวเตอร์กำลังกลายเป็นสาขาวิทยาศาสตร์อิสระ

ข้อดีของการทดลองดังกล่าวชัดเจน ตามกฎแล้วราคาถูกกว่าธรรมชาติ มันสามารถถูกรบกวนได้ง่ายและปลอดภัย สามารถทำซ้ำและขัดจังหวะได้ตลอดเวลา การทดลองนี้สามารถจำลองสภาวะที่ไม่สามารถสร้างขึ้นได้ในห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าการทดลองทางคอมพิวเตอร์ไม่สามารถแทนที่การทดลองเต็มรูปแบบได้อย่างสมบูรณ์ และอนาคตอยู่ที่การผสมผสานที่สมเหตุสมผล การทดลองทางคอมพิวเตอร์ด้วยคอมพิวเตอร์ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างการทดลองทางธรรมชาติกับแบบจำลองทางทฤษฎี จุดเริ่มต้นของการสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขคือการพัฒนาแบบจำลองในอุดมคติของระบบกายภาพที่กำลังพิจารณา

ลองพิจารณาตัวอย่างการทดลองทางกายภาพด้วยคอมพิวเตอร์หลายตัวอย่าง

โมเมนต์ความเฉื่อยใน “Open Physics” (2.6 ตอนที่ 1) มีการทดลองทางคอมพิวเตอร์ที่น่าสนใจในการค้นหาโมเมนต์ความเฉื่อยของวัตถุแข็งเกร็งโดยใช้ตัวอย่างระบบที่ประกอบด้วยลูกบอลสี่ลูกร้อยอยู่บนเข็มถักอันเดียว คุณสามารถเปลี่ยนตำแหน่งของลูกบอลเหล่านี้บนเข็มถักและเลือกตำแหน่งของแกนหมุนโดยวาดทั้งผ่านจุดศูนย์กลางของเข็มถักและผ่านปลายของมัน สำหรับการจัดเรียงลูกบอลแต่ละครั้ง นักเรียนจะคำนวณค่าโมเมนต์ความเฉื่อยโดยใช้ทฤษฎีบทของสไตเนอร์ในการแปลแกนการหมุนแบบขนาน ครูเป็นผู้จัดเตรียมข้อมูลสำหรับการคำนวณ หลังจากคำนวณโมเมนต์ความเฉื่อยแล้ว ข้อมูลจะถูกป้อนเข้าสู่โปรแกรมและผลลัพธ์ที่นักเรียนได้รับจะถูกตรวจสอบ

"กล่องดำ".ในการใช้การทดลองทางคอมพิวเตอร์ ฉันและนักเรียนได้สร้างโปรแกรมขึ้นมาหลายโปรแกรมเพื่อศึกษาเนื้อหาของ "กล่องดำ" ทางไฟฟ้า อาจมีตัวต้านทาน หลอดไส้ ไดโอด ตัวเก็บประจุ คอยล์ ฯลฯ

ปรากฎว่าในบางกรณีเป็นไปได้โดยไม่ต้องเปิด "กล่องดำ" เพื่อค้นหาเนื้อหาโดยเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่าง ๆ เข้ากับอินพุตและเอาต์พุต แน่นอนว่าในระดับโรงเรียนสามารถทำได้สำหรับเครือข่ายสามหรือสี่เทอร์มินัลธรรมดา งานดังกล่าวจะพัฒนาจินตนาการ การคิดเชิงพื้นที่ และความคิดสร้างสรรค์ของนักเรียน ไม่ต้องพูดถึงความจริงที่ว่าการแก้ปัญหานั้นต้องใช้ความรู้ที่ลึกซึ้งและมั่นคง ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่การแข่งขันฟิสิกส์โอลิมปิกระดับ All-Union และระดับนานาชาติหลายรายการ ได้มีการเสนอการศึกษา "กล่องดำ" ในสาขากลศาสตร์ ความร้อน ไฟฟ้า และทัศนศาสตร์ เป็นปัญหาเชิงทดลอง

ในชั้นเรียนหลักสูตรพิเศษของฉัน ฉันทำผลงานในห้องปฏิบัติการจริง 3 ชิ้นใน "กล่องดำ":

– ตัวต้านทานเท่านั้น

- ตัวต้านทาน หลอดไส้ และไดโอด

- ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ คอยล์ หม้อแปลงไฟฟ้า และวงจรออสซิลเลเตอร์

โครงสร้าง “กล่องดำ” ได้รับการออกแบบในกล่องไม้ขีดเปล่า มีวงจรไฟฟ้าอยู่ภายในกล่อง และตัวกล่องก็ถูกปิดผนึกด้วยเทป การวิจัยดำเนินการโดยใช้เครื่องมือ - โวมิเตอร์, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, ออสซิลโลสโคป ฯลฯ - เพราะ ในการดำเนินการนี้ คุณจะต้องสร้างคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันและการตอบสนองความถี่ นักเรียนอ่านค่าอุปกรณ์ลงในคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะประมวลผลผลลัพธ์และวางแผนลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟและการตอบสนองความถี่ ซึ่งช่วยให้นักเรียนทราบว่าส่วนใดบ้างที่อยู่ในกล่องดำและกำหนดพารามิเตอร์ได้

เมื่อปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการแนวหน้าโดยใช้ "กล่องดำ" ปัญหาจะเกิดขึ้นเนื่องจากขาดเครื่องมือและอุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการ อันที่จริงในการทำวิจัยจำเป็นต้องมีออสซิลโลสโคป 15 ตัว เครื่องกำเนิดเสียง 15 เครื่อง ฯลฯ เช่น 15 ชุดอุปกรณ์ราคาแพงที่โรงเรียนส่วนใหญ่ไม่มี และนี่คือจุดที่ "กล่องดำ" เสมือน - โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่เกี่ยวข้อง - มาช่วยเหลือ

ข้อดีของโปรแกรมเหล่านี้คือทั้งชั้นเรียนสามารถวิจัยพร้อมกันได้ ตัวอย่างเช่น พิจารณาโปรแกรมที่ใช้ตัวสร้างตัวเลขสุ่มเพื่อใช้ "กล่องดำ" ที่มีเฉพาะตัวต้านทานเท่านั้น มี "กล่องดำ" ที่ด้านซ้ายของเดสก์ท็อป ประกอบด้วยวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยตัวต้านทานเท่านั้นที่สามารถอยู่ระหว่างจุดต่างๆ ได้ ก, บี, ซีและ ดี.

นักเรียนมีอุปกรณ์สามอย่างให้เลือกใช้: แหล่งพลังงาน (ความต้านทานภายในมีค่าเท่ากับศูนย์เพื่อทำให้การคำนวณง่ายขึ้น และแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นแบบสุ่มโดยโปรแกรม) โวลต์มิเตอร์ (ความต้านทานภายในไม่มีที่สิ้นสุด); แอมมิเตอร์ (ความต้านทานภายในเป็นศูนย์)

เมื่อเปิดโปรแกรม วงจรไฟฟ้าที่มีตัวต้านทานตั้งแต่ 1 ถึง 4 ตัวจะถูกสร้างขึ้นแบบสุ่มภายใน "กล่องดำ" นักเรียนสามารถทำได้สี่ครั้ง หลังจากกดปุ่มใด ๆ เขาจะถูกขอให้เชื่อมต่ออุปกรณ์ที่นำเสนอในลำดับใดก็ได้เข้ากับเทอร์มินัลของ "กล่องดำ" ตัวอย่างเช่น เขาเชื่อมต่อกับเทอร์มินัล เอบีแหล่งที่มาปัจจุบันด้วย EMF = 3 V (ค่า EMF ถูกสร้างขึ้นแบบสุ่มโดยโปรแกรมในกรณีนี้กลายเป็น 3 V) ไปยังอาคารผู้โดยสาร ซีดีฉันเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์และการอ่านกลายเป็น 2.5 V จากนี้ควรสรุปได้ว่า "กล่องดำ" มีตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเป็นอย่างน้อย หากต้องการทำการทดลองต่อ คุณสามารถต่อแอมป์มิเตอร์และอ่านค่าแทนการใช้โวลต์มิเตอร์ได้ ข้อมูลนี้ไม่เพียงพอที่จะไขปริศนาได้อย่างชัดเจน ดังนั้นจึงสามารถทำการทดลองได้อีกสองครั้ง: แหล่งที่มาปัจจุบันเชื่อมต่อกับเทอร์มินัล ซีดีและโวลต์มิเตอร์และแอมป์มิเตอร์ - ไปที่เทอร์มินัล เอบี- ข้อมูลที่ได้รับในกรณีนี้จะเพียงพอที่จะคลี่คลายเนื้อหาของ "กล่องดำ" นักเรียนวาดไดอะแกรมบนกระดาษ คำนวณพารามิเตอร์ของตัวต้านทาน และแสดงผลให้ครูเห็น

เมื่อครูตรวจสอบงานแล้วให้ป้อนรหัสที่เหมาะสมลงในโปรแกรมและวงจรที่อยู่ภายใน "กล่องดำ" นี้และพารามิเตอร์ของตัวต้านทานจะปรากฏบนเดสก์ท็อป

โปรแกรมนี้เขียนโดยนักเรียนของฉันในวิชา BASIC เพื่อรันมันเข้าไป วินโดวส์เอ็กซ์พีหรือใน วินโดวส์วิสต้าคุณสามารถใช้โปรแกรมจำลองได้ ดอส, ตัวอย่างเช่น, ดอสบ็อกซ์- คุณสามารถดาวน์โหลดได้จากเว็บไซต์ของฉัน www.physics-computer.by.ru

หากมีองค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้นภายใน "กล่องดำ" (หลอดไส้, ไดโอด ฯลฯ ) นอกเหนือจากการวัดโดยตรงแล้วยังจะต้องดำเนินการลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันด้วย เพื่อจุดประสงค์นี้จำเป็นต้องมีแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตซึ่งแรงดันไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนจาก 0 เป็นค่าที่แน่นอนได้

เพื่อศึกษาความเหนี่ยวนำและความจุ จำเป็นต้องลบการตอบสนองความถี่โดยใช้เครื่องกำเนิดเสียงเสมือนและออสซิลโลสโคป

ตัวเลือกความเร็วลองพิจารณาอีกโปรแกรมหนึ่งจาก "Open Physics" (2.6 ตอนที่ 2) ซึ่งช่วยให้คุณทำการทดลองทางคอมพิวเตอร์ด้วยตัวเลือกความเร็วในแมสสเปกโตรมิเตอร์ ในการระบุมวลของอนุภาคโดยใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์ จำเป็นต้องทำการเลือกอนุภาคที่มีประจุเบื้องต้นตามความเร็ว จุดประสงค์นี้ให้บริการโดยสิ่งที่เรียกว่า ตัวเลือกความเร็ว

ในตัวเลือกความเร็วที่ง่ายที่สุด อนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เป็นเนื้อเดียวกันตัดกัน สนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุแบบแบน และสนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นในช่องว่างของแม่เหล็กไฟฟ้า ความเร็วเริ่มต้น υ อนุภาคที่มีประจุจะถูกตั้งฉากกับเวกเตอร์ อี และ ใน .

อนุภาคที่มีประจุจะกระทำโดยแรงสองแรง: แรงไฟฟ้า ถาม อี และแรงแม่เหล็กของลอเรนซ์ ถาม υ × บี - ภายใต้เงื่อนไขบางประการ กองกำลังเหล่านี้สามารถปรับสมดุลซึ่งกันและกันได้อย่างแน่นอน ในกรณีนี้ อนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง หลังจากบินผ่านตัวเก็บประจุ อนุภาคจะผ่านรูเล็กๆ ในตะแกรง

สภาวะของวิถีโคจรเป็นเส้นตรงของอนุภาคไม่ได้ขึ้นอยู่กับประจุและมวลของอนุภาค แต่ขึ้นอยู่กับความเร็วของมันเท่านั้น: คิวอี = คิวบ→υ = อี/บี.

ในรุ่นคอมพิวเตอร์คุณสามารถเปลี่ยนค่าความแรงของสนามไฟฟ้า E, การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กได้ บีและความเร็วอนุภาคเริ่มต้น υ - การทดลองเลือกความเร็วสามารถทำได้กับอิเล็กตรอน โปรตอน อนุภาคอัลฟา และอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์ของยูเรเนียม-235 และยูเรเนียม-238 การทดลองคำนวณในแบบจำลองคอมพิวเตอร์นี้ดำเนินการดังนี้: นักเรียนจะได้รับแจ้งว่าอนุภาคที่มีประจุตัวใดบินเข้าไปในตัวเลือกความเร็ว ความแรงของสนามไฟฟ้า และความเร็วเริ่มต้นของอนุภาค นักเรียนคำนวณการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กโดยใช้สูตรข้างต้น หลังจากนั้นข้อมูลจะถูกป้อนเข้าสู่โปรแกรมและสังเกตการเคลื่อนที่ของอนุภาค หากอนุภาคลอยในแนวนอนภายในตัวเลือกความเร็ว แสดงว่าการคำนวณเสร็จสิ้นอย่างถูกต้อง

การทดลองทางคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นสามารถทำได้โดยใช้แพ็คเกจฟรี "วิสัยทัศน์แบบจำลองสำหรับ WINDOWS"ถุงพลาสติก ModelVisionStudium (MVS)เป็นเปลือกกราฟิกแบบบูรณาการสำหรับการสร้างแบบจำลองภาพเชิงโต้ตอบของระบบไดนามิกที่ซับซ้อนอย่างรวดเร็วและดำเนินการทดลองทางคอมพิวเตอร์กับพวกเขา แพคเกจนี้ได้รับการพัฒนาโดยกลุ่มวิจัย Experimental Object Technologies ที่ภาควิชาคอมพิวเตอร์แบบกระจายและเครือข่ายคอมพิวเตอร์ คณะเทคนิคไซเบอร์เนติกส์ มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก แพ็คเกจเวอร์ชันฟรีที่ใช้ได้ฟรี เอ็มวีเอส 3.0 มีอยู่บนเว็บไซต์ www.exponenta.ru เทคโนโลยีการจำลองสภาพแวดล้อม เอ็มวีเอสมีพื้นฐานมาจากแนวคิดของม้านั่งในห้องปฏิบัติการเสมือนจริง ผู้ใช้วางบล็อกเสมือนของระบบจำลองไว้บนขาตั้ง บล็อกเสมือนสำหรับโมเดลจะถูกเลือกจากไลบรารีหรือสร้างใหม่โดยผู้ใช้ ถุงพลาสติก เอ็มวีเอสได้รับการออกแบบมาเพื่อทำให้ขั้นตอนหลักของการทดลองทางคอมพิวเตอร์เป็นไปโดยอัตโนมัติ: การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของวัตถุที่กำลังศึกษา การสร้างการใช้งานซอฟต์แวร์ของแบบจำลอง ศึกษาคุณสมบัติของแบบจำลอง และการนำเสนอผลลัพธ์ในรูปแบบที่สะดวกสำหรับการวิเคราะห์ วัตถุที่กำลังศึกษาอาจอยู่ในประเภทระบบต่อเนื่อง ระบบแยก หรือระบบไฮบริด แพ็คเกจนี้เหมาะที่สุดสำหรับการศึกษาระบบทางกายภาพและทางเทคนิคที่ซับซ้อน

ตัวอย่างเช่นลองพิจารณาปัญหาที่ค่อนข้างได้รับความนิยม ปล่อยให้จุดวัสดุถูกโยนไปที่มุมหนึ่งไปยังระนาบแนวนอนและชนกันอย่างยืดหยุ่นกับระนาบนี้ โมเดลนี้เกือบจะจำเป็นในชุดสาธิตของแพ็คเกจการสร้างแบบจำลอง อันที่จริง นี่เป็นระบบลูกผสมทั่วไปที่มีพฤติกรรมต่อเนื่อง (การบินในสนามโน้มถ่วง) และเหตุการณ์ที่ไม่ต่อเนื่อง (การตีกลับ) ตัวอย่างนี้ยังแสดงให้เห็นถึงแนวทางเชิงวัตถุในการสร้างแบบจำลอง: ลูกบอลที่ลอยอยู่ในชั้นบรรยากาศนั้นเป็นลูกหลานของลูกบอลที่บินในอวกาศที่ไม่มีอากาศ และสืบทอดคุณสมบัติทั่วไปทั้งหมดโดยอัตโนมัติ ในขณะที่เพิ่มคุณลักษณะของตัวเองเข้าไปด้วย

สุดท้ายสุดท้ายจากมุมมองของผู้ใช้ ขั้นตอนการสร้างแบบจำลองคือขั้นตอนการอธิบายรูปแบบการนำเสนอผลลัพธ์ของการทดลองทางคอมพิวเตอร์ สิ่งเหล่านี้อาจเป็นตาราง กราฟ พื้นผิว และแม้แต่ภาพเคลื่อนไหวที่แสดงผลลัพธ์แบบเรียลไทม์ ดังนั้นผู้ใช้จึงสังเกตการเปลี่ยนแปลงของระบบได้อย่างแท้จริง จุดในพื้นที่เฟส องค์ประกอบการออกแบบที่ผู้ใช้วาดสามารถเคลื่อนที่ได้ โทนสีสามารถเปลี่ยนแปลงได้ และผู้ใช้สามารถตรวจสอบ เช่น กระบวนการทำความร้อนหรือความเย็นบนหน้าจอ ในแพ็คเกจที่สร้างขึ้นสำหรับการใช้งานซอฟต์แวร์ของโมเดลนั้นเป็นไปได้ที่จะจัดเตรียมหน้าต่างพิเศษที่ให้คุณเปลี่ยนค่าของพารามิเตอร์ในระหว่างการทดลองทางคอมพิวเตอร์และเห็นผลที่ตามมาของการเปลี่ยนแปลงทันที

งานจำนวนมากเกี่ยวกับการสร้างแบบจำลองภาพของกระบวนการทางกายภาพมา เอ็มวีเอสจัดขึ้นที่ Moscow State Pedagogical University ที่นั่น มีการพัฒนางานเสมือนจริงจำนวนหนึ่งสำหรับหลักสูตรฟิสิกส์ทั่วไป ซึ่งสามารถเชื่อมโยงกับการติดตั้งการทดลองจริง ซึ่งช่วยให้คุณสามารถสังเกตบนจอแสดงผลได้พร้อมกันในการเปลี่ยนแปลงแบบเรียลไทม์ในพารามิเตอร์ของทั้งกระบวนการทางกายภาพจริงและ พารามิเตอร์ของแบบจำลองซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความเพียงพอ ตัวอย่างเช่นฉันอ้างถึงงานห้องปฏิบัติการเจ็ดงานเกี่ยวกับกลศาสตร์จากการประชุมเชิงปฏิบัติการในห้องปฏิบัติการบนพอร์ทัลอินเทอร์เน็ตของการศึกษาแบบเปิดซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐานการศึกษาของรัฐที่มีอยู่สำหรับ "ครูฟิสิกส์" พิเศษ: การศึกษาการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงโดยใช้เครื่อง Atwood วัดความเร็วของกระสุน การเพิ่มการสั่นสะเทือนฮาร์มอนิก การวัดโมเมนต์ความเฉื่อยของล้อจักรยาน ศึกษาการเคลื่อนที่แบบหมุนของวัตถุแข็งเกร็ง การหาความเร่งของการตกอย่างอิสระโดยใช้ลูกตุ้มทางกายภาพ ศึกษาการแกว่งอย่างอิสระของลูกตุ้มทางกายภาพ

หกรายการแรกเป็นเกมเสมือนจริงและจำลองบนพีซี ModelVisionStudiumฟรีและอย่างหลังมีทั้งเวอร์ชันเสมือนและเวอร์ชันจริงสองเวอร์ชัน ในสิ่งหนึ่งที่มีไว้สำหรับการเรียนรู้ทางไกลนักเรียนจะต้องทำลูกตุ้มจากคลิปหนีบกระดาษขนาดใหญ่และยางลบอย่างอิสระและแขวนไว้ใต้ก้านของเมาส์คอมพิวเตอร์โดยไม่มีลูกบอลให้ได้ลูกตุ้มมุมของการโก่งตัวที่อ่านได้ โดยโปรแกรมพิเศษและนักเรียนจะต้องใช้เมื่อประมวลผลผลการทดลอง แนวทางนี้ช่วยให้ทักษะบางอย่างที่จำเป็นสำหรับงานทดลองสามารถฝึกฝนได้บนพีซีเท่านั้น และทักษะที่เหลือ - เมื่อทำงานกับอุปกรณ์จริงที่มีอยู่และด้วยการเข้าถึงอุปกรณ์จากระยะไกล อีกทางเลือกหนึ่งที่มีไว้สำหรับการเตรียมการที่บ้านของนักศึกษาเต็มเวลาเพื่อปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการในการประชุมเชิงปฏิบัติการของภาควิชาฟิสิกส์ทั่วไปและการทดลอง คณะฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยการสอนแห่งรัฐมอสโก นักศึกษาได้ฝึกฝนทักษะในการทำงานกับการตั้งค่าการทดลองบน แบบจำลองเสมือนจริง และในห้องปฏิบัติการจะทำการทดลองพร้อมกันกับการตั้งค่าจริงเฉพาะและกับแบบจำลองเสมือนจริง ในเวลาเดียวกันเขาใช้ทั้งเครื่องมือวัดแบบดั้งเดิมในรูปแบบของสเกลแสงและนาฬิกาจับเวลาตลอดจนวิธีการที่แม่นยำและรวดเร็วยิ่งขึ้น - เซ็นเซอร์ดิสเพลสเมนต์ที่ใช้เมาส์ออปติคอลและตัวจับเวลาของคอมพิวเตอร์ การเปรียบเทียบการเป็นตัวแทนทั้งสามพร้อมกัน (แบบดั้งเดิม ปรับแต่งด้วยความช่วยเหลือของเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องกับคอมพิวเตอร์และรุ่น) ของปรากฏการณ์เดียวกันช่วยให้เราสามารถสรุปเกี่ยวกับขีดจำกัดของความเพียงพอของแบบจำลองเมื่อข้อมูลการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์เริ่มต้นหลังจากผ่านไประยะหนึ่ง ให้แตกต่างจากการอ่านที่ถ่ายทำจากสถานที่จริงมากขึ้นเรื่อยๆ

สิ่งที่กล่าวมาข้างต้นไม่ได้ทำให้ความเป็นไปได้ในการใช้คอมพิวเตอร์ในการทดลองทางคอมพิวเตอร์ทางกายภาพหมดไป ดังนั้นสำหรับครูที่มีความคิดสร้างสรรค์และนักเรียนของเขา จะมีโอกาสที่ยังไม่ได้ใช้ในด้านการทดลองเสมือนจริงและทางกายภาพอยู่เสมอ

หากคุณมีความคิดเห็นหรือข้อเสนอแนะเกี่ยวกับการทดลองคอมพิวเตอร์จริงประเภทต่างๆ โปรดเขียนถึงฉันได้ที่:

คอมพิวเตอร์สมัยใหม่มีประโยชน์หลายอย่าง อย่างที่คุณทราบความสามารถของคอมพิวเตอร์ในกระบวนการประมวลผลข้อมูลอัตโนมัติมีความสำคัญเป็นพิเศษ แต่ความสามารถของมันมีความสำคัญไม่น้อยไปกว่ากัน เครื่องมือดำเนินงานทดลองและวิเคราะห์ผลลัพธ์

การทดลองทางคอมพิวเตอร์เป็นที่รู้จักในทางวิทยาศาสตร์มานานแล้ว จำการค้นพบดาวเคราะห์เนปจูน "ที่ปลายปากกา" บ่อยครั้งที่ผลการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ถือว่าเชื่อถือได้เฉพาะในกรณีที่สามารถนำเสนอในรูปแบบของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และยืนยันโดยการคำนวณทางคณิตศาสตร์ ยิ่งไปกว่านั้น สิ่งนี้ไม่เพียงใช้ได้กับฟิสิกส์เท่านั้น

หรือการออกแบบทางเทคนิค แต่ยังรวมไปถึงสังคมวิทยา ภาษาศาสตร์ การตลาด ซึ่งเป็นสาขาวิชาด้านมนุษยธรรมแบบดั้งเดิมที่ห่างไกลจากคณิตศาสตร์

การทดลองทางคอมพิวเตอร์เป็นวิธีการรับรู้เชิงทฤษฎี การพัฒนาวิธีนี้ก็คือ การสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลข- วิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่ค่อนข้างใหม่ซึ่งแพร่หลายเนื่องจากการถือกำเนิดของคอมพิวเตอร์

การสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขมีการใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในทางปฏิบัติและในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์

ตัวอย่าง.หากไม่มีการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และดำเนินการคำนวณต่างๆ เกี่ยวกับข้อมูลที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาจากเครื่องมือวัด การทำงานของสายการผลิตอัตโนมัติ ระบบอัตโนมัติ สถานีติดตาม และระบบวินิจฉัยอัตโนมัติก็เป็นไปไม่ได้ นอกจากนี้ เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือของระบบ การคำนวณจะต้องดำเนินการแบบเรียลไทม์ และข้อผิดพลาดอาจมีค่าถึงหนึ่งในล้านเปอร์เซ็นต์

ตัวอย่าง.นักดาราศาสตร์สมัยใหม่มักไม่สามารถมองเห็นได้จากช่องมองภาพของกล้องโทรทรรศน์ แต่สามารถมองเห็นได้จากหน้าจอคอมพิวเตอร์ และไม่เพียงแต่เป็นนักทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังเป็นผู้สังเกตการณ์ด้วย ดาราศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ไม่ธรรมดา ตามกฎแล้วเธอไม่สามารถทดลองกับวัตถุวิจัยได้โดยตรง นักดาราศาสตร์เพียง "สอดแนม" และ "ดักฟัง" ในรังสีประเภทต่างๆ (ฟลักซ์แม่เหล็กไฟฟ้า, แรงโน้มถ่วง, นิวตริโนหรือรังสีคอสมิก) ซึ่งหมายความว่าคุณต้องเรียนรู้ที่จะดึงข้อมูลออกมามากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้จากการสังเกตและทำซ้ำในการคำนวณเพื่อทดสอบสมมติฐานที่อธิบายการสังเกตเหล่านี้ การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ในดาราศาสตร์ เช่นเดียวกับในวิทยาศาสตร์อื่นๆ มีความหลากหลายอย่างมาก ซึ่งรวมถึงระบบอัตโนมัติของการสังเกตและการประมวลผลผลลัพธ์ (นักดาราศาสตร์เห็นภาพที่ไม่ได้อยู่ในช่องมองภาพ แต่บนจอภาพที่เชื่อมต่อกับเครื่องมือพิเศษ) คอมพิวเตอร์ยังจำเป็นสำหรับการทำงานกับแคตตาล็อกขนาดใหญ่ (ดวงดาว การวิเคราะห์สเปกตรัม สารประกอบทางเคมี ฯลฯ)

ตัวอย่าง.ทุกคนคงรู้จักสำนวน “พายุในถ้วยชา” หากต้องการศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการอุทกพลศาสตร์ที่ซับซ้อนเช่นพายุ จำเป็นต้องใช้วิธีการสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขที่ซับซ้อน ดังนั้นในศูนย์อุทกอุตุนิยมวิทยาขนาดใหญ่จึงมีคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลัง: "พายุกำลังเล่นอยู่" ในคริสตัลโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์

แม้ว่าคุณจะทำการคำนวณไม่ซับซ้อนมากนัก แต่คุณต้องทำซ้ำหลายล้านครั้งจะดีกว่าถ้าเขียนโปรแกรมเพียงครั้งเดียวและคอมพิวเตอร์จะทำซ้ำหลาย ๆ ครั้งตามที่จำเป็น (แน่นอนว่าข้อ จำกัด จะเป็น ความเร็วของคอมพิวเตอร์)

การสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขอาจเป็นวิธีการวิจัยอิสระเมื่อมีเพียงค่าของตัวบ่งชี้บางตัวเท่านั้นที่น่าสนใจ (เช่นต้นทุนการผลิตหรือสเปกตรัมรวมของกาแลคซี) แต่บ่อยครั้งที่มันทำหน้าที่เป็นวิธีหนึ่งในการสร้างคอมพิวเตอร์ โมเดลในความหมายที่กว้างขึ้น

ในอดีต งานแรกเกี่ยวกับการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ ซึ่งปัญหาทั้งระดับด้านไฮดรอลิก การกรอง การถ่ายเทความร้อนและการแลกเปลี่ยนความร้อน กลศาสตร์ของแข็ง ฯลฯ ได้รับการแก้ไขโดยใช้การสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขส่วนใหญ่เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ไม่เชิงเส้นที่ซับซ้อน ของฟิสิกส์คณิตศาสตร์ และโดยพื้นฐานแล้วก็คือการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ความสำเร็จของการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ในฟิสิกส์มีส่วนทำให้เกิดปัญหาในวิชาเคมี วิศวกรรมพลังงานไฟฟ้า และชีววิทยา และรูปแบบการสร้างแบบจำลองก็ไม่แตกต่างกันมากนัก ความซับซ้อนของปัญหาที่ได้รับการแก้ไขบนพื้นฐานของการสร้างแบบจำลองนั้นถูกจำกัดด้วยพลังของคอมพิวเตอร์ที่มีอยู่เท่านั้น การสร้างแบบจำลองประเภทนี้ยังคงแพร่หลายในปัจจุบัน นอกจากนี้ ในระหว่างการพัฒนาการสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลข ไลบรารีทั้งหมดของรูทีนย่อยและฟังก์ชันต่างๆ ได้ถูกสะสมไว้ ซึ่งอำนวยความสะดวกในการใช้งานและขยายความสามารถในการสร้างแบบจำลอง ถึงกระนั้น ในปัจจุบัน แนวคิดของ "การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์" มักจะไม่เกี่ยวข้องกับสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติขั้นพื้นฐาน แต่โดยหลักๆ แล้วเกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ระบบของระบบที่ซับซ้อนจากมุมมองของไซเบอร์เนติกส์ (นั่นคือจากมุมมองของการจัดการ การปกครองตนเอง , การจัดองค์กรตนเอง) และปัจจุบันการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านชีววิทยา เศรษฐศาสตร์มหภาค ในการสร้างระบบควบคุมอัตโนมัติ เป็นต้น

ตัวอย่าง.จำการทดลองของเพียเจต์ที่อธิบายไว้ในย่อหน้าก่อนหน้า แน่นอนว่าไม่สามารถดำเนินการได้ด้วยวัตถุจริง แต่ด้วยภาพเคลื่อนไหวบนหน้าจอแสดงผล แต่ความเคลื่อนไหวของของเล่นสามารถถ่ายทำบนแผ่นฟิล์มธรรมดาและฉายทางทีวีได้ เหมาะสมหรือไม่ที่จะเรียกการใช้คอมพิวเตอร์ในกรณีนี้การจำลองคอมพิวเตอร์?

ตัวอย่าง. แบบจำลองการบินของวัตถุที่ถูกเหวี่ยงขึ้นในแนวตั้งหรือทำมุมกับขอบฟ้า ตัวอย่างเช่น กราฟแสดงความสูงของลำตัวเป็นฟังก์ชันของเวลา คุณสามารถสร้างมันขึ้นมาได้

ก) บนแผ่นกระดาษประ;

b) ในโปรแกรมแก้ไขกราฟิกที่จุดเดียวกัน

c) การใช้โปรแกรมกราฟิกทางธุรกิจ เช่น ใน
สเปรดชีต;

d) โดยการเขียนโปรแกรมที่ไม่เพียงแสดงเท่านั้น
เส้นทางการบินของบาดแผล แต่ยังช่วยให้คุณตั้งค่าที่แตกต่างกัน
ข้อมูลเริ่มต้น (มุมเอียง ความเร็วเริ่มต้น
การเจริญเติบโต).

ทำไมคุณไม่ต้องการเรียกตัวเลือก b) รุ่นคอมพิวเตอร์ แต่ตัวเลือก c) และ d) สอดคล้องกับชื่อนี้โดยสมบูรณ์

ภายใต้ รุ่นคอมพิวเตอร์มักหมายถึงโปรแกรม (หรือโปรแกรมพร้อมอุปกรณ์พิเศษ) ที่ให้การเลียนแบบคุณสมบัติและพฤติกรรมของวัตถุเฉพาะ ผลลัพธ์ของโปรแกรมนี้เรียกอีกอย่างว่าแบบจำลองคอมพิวเตอร์

ในวรรณกรรมเฉพาะทาง คำว่า "แบบจำลองคอมพิวเตอร์" มีคำจำกัดความที่เข้มงวดมากขึ้นดังนี้:

รูปภาพทั่วไปของวัตถุหรือระบบบางอย่างของวัตถุ (กระบวนการ ปรากฏการณ์) อธิบายโดยใช้ตารางคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อถึงกัน ผังงาน แผนภาพ กราฟ ภาพวาด ชิ้นส่วนแอนิเมชัน ไฮเปอร์เท็กซ์ และอื่นๆ และการแสดงโครงสร้าง (องค์ประกอบและความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งเหล่านั้น ) ของวัตถุ คอมพิวเตอร์รุ่นประเภทนี้เรียกว่า โครงสร้างและการใช้งาน

โปรแกรมแยกต่างหากหรือชุดของโปรแกรมที่อนุญาตให้ใช้ลำดับการคำนวณและการแสดงผลลัพธ์แบบกราฟิกเพื่อสร้าง (จำลอง) กระบวนการการทำงานของวัตถุภายใต้อิทธิพลของปัจจัยต่าง ๆ ซึ่งมักจะสุ่ม . รุ่นดังกล่าวเรียกว่า การเลียนแบบ.

โมเดลคอมพิวเตอร์อาจเรียบง่ายหรือซับซ้อนก็ได้ คุณได้สร้างแบบจำลองง่ายๆ หลายครั้งเมื่อคุณเรียนรู้การเขียนโปรแกรมหรือสร้างฐานข้อมูลของคุณ ในระบบกราฟิกสามมิติ ระบบผู้เชี่ยวชาญ และระบบควบคุมอัตโนมัติ จะมีการสร้างและใช้โมเดลคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนมาก

ตัวอย่าง.แนวคิดในการสร้างแบบจำลองกิจกรรมของมนุษย์โดยใช้คอมพิวเตอร์ไม่ใช่เรื่องใหม่และเป็นการยากที่จะค้นหากิจกรรมที่ยังไม่เคยมีการทดลองมาก่อน ระบบผู้เชี่ยวชาญคือโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่จำลองการกระทำของผู้เชี่ยวชาญที่เป็นมนุษย์เมื่อแก้ไขปัญหาในสาขาวิชาใด ๆ โดยอาศัยความรู้ที่สั่งสมมาซึ่งประกอบเป็นฐานความรู้ ES แก้ปัญหาการสร้างแบบจำลองกิจกรรมทางจิต เนื่องจากความซับซ้อนของโมเดล การพัฒนา ES จึงมักใช้เวลาหลายปี

ระบบผู้เชี่ยวชาญสมัยใหม่ นอกเหนือจากฐานความรู้แล้ว ยังมีฐานแบบอย่าง เช่น ผลการสำรวจคนจริง และข้อมูลเกี่ยวกับความสำเร็จ/ความล้มเหลวที่ตามมาของกิจกรรมของพวกเขา ตัวอย่างเช่น ฐานแบบอย่างของระบบผู้เชี่ยวชาญของตำรวจนิวยอร์กคือ 786 000 คน, Hobby Center (นโยบายบุคลากรในองค์กร) - 512 000 ผู้คน และผู้เชี่ยวชาญของศูนย์นี้ระบุว่า ES ที่พวกเขาพัฒนาเริ่มทำงานด้วยความแม่นยำที่คาดหวังก็ต่อเมื่อเกินฐาน 200 000 มนุษย์ใช้เวลาสร้างถึง 6 ปี

ตัวอย่าง.ความก้าวหน้าในการสร้างคอมพิวเตอร์กราฟิกได้ก้าวหน้าไปจากภาพโครงลวดของแบบจำลองสามมิติที่มีภาพฮาล์ฟโทนธรรมดาไปจนถึงภาพสมจริงสมัยใหม่ที่เป็นตัวอย่างงานศิลปะ ซึ่งเป็นผลมาจากความสำเร็จในการกำหนดสภาพแวดล้อมการสร้างแบบจำลองได้แม่นยำยิ่งขึ้น ความโปร่งใส การสะท้อน เงา รูปแบบแสง และคุณสมบัติของพื้นผิวคือบางส่วนของพื้นที่ที่ทีมวิจัยทำงานหนัก โดยมาพร้อมกับอัลกอริธึมใหม่ๆ อย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างภาพเทียมที่สมจริงยิ่งขึ้น ปัจจุบันวิธีการเหล่านี้ยังใช้เพื่อสร้างแอนิเมชั่นคุณภาพสูงอีกด้วย

ความต้องการในทางปฏิบัติ วีการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ก่อให้เกิดความท้าทายสำหรับนักพัฒนาฮาร์ดแวร์ กองทุนคอมพิวเตอร์. นั่นคือวิธีการนี้มีอิทธิพลอย่างมากไม่เพียง แต่การเกิดขึ้นของสิ่งใหม่และเท่านั้น โปรแกรมใหม่แต่ และบน การพัฒนาวิธีการทางเทคนิค

ตัวอย่าง.โฮโลแกรมคอมพิวเตอร์ถูกกล่าวถึงครั้งแรกในยุค 80 ดังนั้น ในระบบการออกแบบที่ใช้คอมพิวเตอร์ช่วย ในระบบสารสนเทศทางภูมิศาสตร์ คงจะดีไม่เพียงแค่สามารถมองวัตถุที่สนใจในรูปแบบสามมิติเท่านั้น แต่ยังนำเสนอในรูปแบบโฮโลแกรมที่สามารถหมุนได้ เอียงและมองเข้าไปข้างใน หากต้องการสร้างภาพโฮโลแกรมที่มีประโยชน์ในการใช้งานจริง คุณต้องมี

โฮโลแกรม

รูปภาพ

แสดงผลด้วยจำนวนพิกเซลขนาดมหึมา - มากถึงพันล้าน ขณะนี้งานดังกล่าวกำลังดำเนินการอยู่ พร้อมกับการพัฒนาจอแสดงผลโฮโลแกรม งานกำลังดำเนินการอย่างเต็มที่เพื่อสร้างเวิร์กสเตชันสามมิติตามหลักการที่เรียกว่า "การทดแทนความเป็นจริง" เบื้องหลังคำนี้คือแนวคิดของการใช้วิธีการธรรมชาติและสัญชาตญาณอย่างกว้างขวางซึ่งบุคคลใช้เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับแบบจำลองธรรมชาติ (พลังงานวัสดุ) แต่ในขณะเดียวกันก็เน้นไปที่การปรับปรุงและพัฒนาที่ครอบคลุมโดยใช้ ความสามารถพิเศษของระบบดิจิทัล คาดว่าจะเป็นไปได้ที่จะจัดการและโต้ตอบกับโฮโลแกรมคอมพิวเตอร์แบบเรียลไทม์โดยใช้ท่าทางและการสัมผัส

การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์มีดังต่อไปนี้ ข้อดี:

ให้การมองเห็น;

พร้อมใช้งาน.

ข้อได้เปรียบหลักของการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์คือไม่เพียงแต่ช่วยให้สังเกตเท่านั้น แต่ยังทำนายผลการทดลองภายใต้เงื่อนไขพิเศษบางประการอีกด้วย ด้วยโอกาสนี้ วิธีการนี้จึงสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในชีววิทยา เคมี สังคมวิทยา นิเวศวิทยา ฟิสิกส์ เศรษฐศาสตร์ และความรู้สาขาอื่นๆ อีกมากมาย

การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสอน เมื่อใช้โปรแกรมพิเศษ คุณสามารถดูแบบจำลองของปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น ปรากฏการณ์ของโลกใบเล็กและโลกที่มีมิติทางดาราศาสตร์ ปรากฏการณ์ของฟิสิกส์นิวเคลียร์และควอนตัม การพัฒนาของพืช และการเปลี่ยนแปลงของสารในปฏิกิริยาเคมี

การฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญในหลายสาขาอาชีพ โดยเฉพาะผู้ควบคุมการจราจรทางอากาศ นักบิน ผู้ควบคุมระบบนิวเคลียร์และโรงไฟฟ้า ดำเนินการโดยใช้เครื่องจำลองที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ซึ่งจำลองสถานการณ์จริง รวมถึงสถานการณ์ฉุกเฉินด้วย

งานในห้องปฏิบัติการสามารถดำเนินการได้โดยใช้คอมพิวเตอร์หากไม่มีอุปกรณ์และเครื่องมือจริงที่จำเป็น หรือหากการแก้ปัญหาต้องใช้วิธีทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนและการคำนวณที่ต้องใช้แรงงานมาก

การสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ทำให้สามารถ "ฟื้น" กฎทางกายภาพ เคมี ชีวภาพ และสังคมที่กำลังศึกษาอยู่ได้ และทำการทดลองหลายครั้งด้วยแบบจำลองดังกล่าว แต่เราไม่ควรลืมว่าการทดลองทั้งหมดนี้มีลักษณะมีเงื่อนไขมากและคุณค่าทางการศึกษาก็มีเงื่อนไขเช่นกัน

ตัวอย่าง. ก่อนการใช้ปฏิกิริยาการสลายตัวของนิวเคลียร์ในทางปฏิบัติ นักฟิสิกส์นิวเคลียร์ไม่ทราบเกี่ยวกับอันตรายของรังสี แต่การใช้ "ความสำเร็จ" จำนวนมากครั้งแรก (ฮิโรชิมาและนางาซากิ) แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ารังสี

c เป็นอันตรายต่อมนุษย์ นักฟิสิกส์เริ่มต้นด้วยพลังงานนิวเคลียร์

สถานีต่างๆ มนุษยชาติคงไม่ได้เรียนรู้เกี่ยวกับอันตรายของรังสีมาเป็นเวลานาน ความสำเร็จของนักเคมีเมื่อต้นศตวรรษที่ผ่านมา - ยาฆ่าแมลง DDT ที่ทรงพลังที่สุด - ถือว่าปลอดภัยสำหรับมนุษย์มาเป็นเวลานาน -

ในบริบทของการใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่อันทรงพลัง การจำลองแบบอย่างกว้างขวางและการใช้ผลิตภัณฑ์ซอฟต์แวร์ที่ผิดพลาดอย่างไม่รอบคอบ ปัญหาที่ดูเหมือนจะมีความเชี่ยวชาญสูง เช่น ความเพียงพอของแบบจำลองคอมพิวเตอร์แห่งความเป็นจริง สามารถได้รับความสำคัญสากลที่สำคัญ

การทดลองคอมพิวเตอร์- เป็นเครื่องมือในการศึกษารูปแบบมากกว่าปรากฏการณ์ทางธรรมชาติหรือทางสังคม

ดังนั้นพร้อมกับการทดลองทางคอมพิวเตอร์ควรทำการทดลองเต็มรูปแบบเสมอเพื่อให้ผู้วิจัยสามารถประเมินคุณภาพของแบบจำลองที่เกี่ยวข้องโดยการเปรียบเทียบผลลัพธ์ของพวกเขาความลึกของความเข้าใจของเราเกี่ยวกับสาระสำคัญของปรากฏการณ์ของ ปรากฏการณ์.

การคลอดบุตร อย่าลืมว่าฟิสิกส์ ชีววิทยา ดาราศาสตร์ วิทยาการคอมพิวเตอร์เป็นวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโลกแห่งความเป็นจริง ไม่ใช่เกี่ยวกับความเป็นจริงเสมือน

ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ทั้งขั้นพื้นฐานและเชิงปฏิบัติ (ประยุกต์) คอมพิวเตอร์มักทำหน้าที่เป็นเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับงานทดลอง

การทดลองทางคอมพิวเตอร์มักเกี่ยวข้องกับ:

ด้วยการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน (ตัวเลข
การสร้างแบบจำลองเชิงเส้น);

ด้วยการสร้างและการศึกษาด้านการมองเห็นและ/หรือไดนามิก
ไมค์รุ่น (การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์)

ภายใต้ รุ่นคอมพิวเตอร์เข้าใจว่าเป็นโปรแกรม (หรือโปรแกรมที่ใช้ร่วมกับอุปกรณ์พิเศษ) ที่ให้การจำลองลักษณะและพฤติกรรมของวัตถุบางอย่างรวมถึงผลลัพธ์ของการทำงานของโปรแกรมนี้ในรูปแบบของภาพกราฟิก (คงที่หรือไดนามิก) ) ค่าตัวเลข ตาราง ฯลฯ

มีโมเดลคอมพิวเตอร์เชิงโครงสร้าง-ฟังก์ชันและแบบจำลอง

โครงสร้าง-หน้าที่แบบจำลองคอมพิวเตอร์คือภาพทั่วไปของวัตถุหรือระบบของวัตถุบางอย่าง (กระบวนการ ปรากฏการณ์) อธิบายโดยใช้ตารางคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อถึงกัน ผังงาน แผนภาพ กราฟ ภาพวาด ชิ้นส่วนแอนิเมชั่น ไฮเปอร์เท็กซ์ และอื่นๆ และแสดงโครงสร้างของ วัตถุหรือพฤติกรรมของมัน

แบบจำลองคอมพิวเตอร์จำลองเป็นโปรแกรมหรือชุดซอฟต์แวร์แยกต่างหากที่อนุญาตให้ใช้ลำดับการคำนวณและการแสดงผลลัพธ์แบบกราฟิกเพื่อสร้าง (จำลอง) กระบวนการการทำงานของวัตถุภายใต้อิทธิพลของปัจจัยสุ่มต่างๆ

การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์เป็นวิธีการแก้ปัญหาการวิเคราะห์หรือสังเคราะห์ระบบ (ส่วนใหญ่มักเป็นระบบที่ซับซ้อน) โดยอาศัยการใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์

ข้อดีของการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์มันคือ:

ช่วยให้คุณไม่เพียงแต่สังเกตเท่านั้น แต่ยังทำนายผลการทดสอบภายใต้เงื่อนไขพิเศษบางประการอีกด้วย

ช่วยให้คุณจำลองและศึกษาปรากฏการณ์ที่ทำนายโดยทฤษฎีใด ๆ

เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและไม่เป็นอันตรายต่อธรรมชาติและมนุษย์

ให้การมองเห็น;

พร้อมใช้งาน.

วิธีการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์พบการประยุกต์ใช้ในชีววิทยา เคมี สังคมวิทยา นิเวศวิทยา ฟิสิกส์ เศรษฐศาสตร์ ภาษาศาสตร์ กฎหมาย และความรู้สาขาอื่นๆ อีกมากมาย

การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการศึกษา การฝึกอบรม และการฝึกอบรมซ้ำของผู้เชี่ยวชาญ:

สำหรับการแสดงแบบจำลองปรากฏการณ์ของพิภพเล็กและโลกในมิติทางดาราศาสตร์ด้วยภาพ

เพื่อจำลองกระบวนการที่เกิดขึ้นในโลกแห่งสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิต

เพื่อจำลองสถานการณ์จริงในการจัดการระบบที่ซับซ้อนรวมถึงสถานการณ์ฉุกเฉิน

เพื่อดำเนินงานในห้องปฏิบัติการเมื่อไม่มีอุปกรณ์และเครื่องมือที่จำเป็น

ในการแก้ปัญหาหากต้องใช้วิธีทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนและการคำนวณที่ต้องใช้แรงงานมาก

สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าไม่ใช่ความเป็นจริงตามวัตถุประสงค์ที่สร้างขึ้นบนคอมพิวเตอร์ แต่เป็นแนวคิดทางทฤษฎีของเราเกี่ยวกับเรื่องนี้ วัตถุประสงค์ของการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์คือแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์อื่นๆ ไม่ใช่วัตถุ กระบวนการ และปรากฏการณ์จริง

การทดลองคอมพิวเตอร์- เป็นเครื่องมือในการศึกษารูปแบบมากกว่าปรากฏการณ์ทางธรรมชาติหรือสังคม

เกณฑ์สำหรับความถูกต้องแม่นยำของผลลัพธ์ใดๆ ของการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์นั้นเป็นและยังคงเป็นการทดลองเต็มรูปแบบ (ทางกายภาพ เคมี สังคม) ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และเชิงปฏิบัติ การทดลองทางคอมพิวเตอร์สามารถทำได้ร่วมกับการทดลองทางธรรมชาติเท่านั้น เพื่อให้ผู้วิจัยสามารถเปรียบเทียบได้

จากการศึกษาผลลัพธ์ ฉันสามารถประเมินคุณภาพของแบบจำลองและความเข้าใจเชิงลึกของเราเกี่ยวกับแก่นแท้ของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติได้

สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าฟิสิกส์ ชีววิทยา ดาราศาสตร์ เศรษฐศาสตร์ วิทยาการคอมพิวเตอร์เป็นวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโลกแห่งความเป็นจริง ไม่ใช่เกี่ยวกับ
ความเป็นจริงเสมือน

แบบฝึกหัดที่ 1

แทบไม่มีใครเรียกจดหมายที่เขียนด้วยโปรแกรมประมวลผลคำและส่งทางอีเมลว่าเป็นโมเดลคอมพิวเตอร์

โปรแกรมแก้ไขข้อความมักจะอนุญาตให้คุณสร้างไม่เพียงแต่เอกสารธรรมดา (จดหมาย บทความ รายงาน) แต่ยังรวมถึงเทมเพลตเอกสารซึ่งมีข้อมูลถาวรที่ผู้ใช้ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ มีฟิลด์ข้อมูลที่ผู้ใช้กรอกและมี ฟิลด์ที่การคำนวณตามข้อมูลที่ป้อน รูปแบบดังกล่าวถือเป็นโมเดลคอมพิวเตอร์ได้หรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้น วัตถุประสงค์ของการสร้างแบบจำลองในกรณีนี้คืออะไร และอะไรคือจุดประสงค์ของการสร้างแบบจำลองดังกล่าว

ภารกิจที่ 2

คุณทราบดีว่าก่อนที่คุณจะสามารถสร้างฐานข้อมูลได้ คุณต้องสร้างแบบจำลองข้อมูลก่อน คุณยังรู้ด้วยว่าอัลกอริทึมเป็นรูปแบบหนึ่งของกิจกรรม

ทั้งแบบจำลองข้อมูลและอัลกอริธึมมักได้รับการพัฒนาโดยคำนึงถึงการใช้งานคอมพิวเตอร์เป็นหลัก มันยุติธรรมไหมที่จะบอกว่าเมื่อถึงจุดหนึ่งพวกมันจะกลายเป็นแบบจำลองคอมพิวเตอร์ และหากเป็นเช่นนั้น สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อใด

บันทึก.ตรวจสอบคำตอบของคุณกับคำจำกัดความของ "รุ่นคอมพิวเตอร์"

ภารกิจที่ 3

อธิบายขั้นตอนการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์โดยใช้ตัวอย่างการพัฒนาโปรแกรมที่จำลองปรากฏการณ์ทางกายภาพบางอย่าง

ภารกิจที่ 4

ยกตัวอย่างเมื่อการสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ก่อให้เกิดประโยชน์ที่แท้จริง และเมื่อใดที่นำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไม่พึงประสงค์ เตรียมรายงานในหัวข้อนี้

การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ - พื้นฐานการนำเสนอความรู้ทางคอมพิวเตอร์ การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์สำหรับการสร้างข้อมูลใหม่ใช้ข้อมูลใด ๆ ที่สามารถอัปเดตได้โดยใช้คอมพิวเตอร์ ความก้าวหน้าของการสร้างแบบจำลองเกี่ยวข้องกับการพัฒนาระบบการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์และความก้าวหน้าของเทคโนโลยีสารสนเทศเกี่ยวข้องกับการอัพเดตประสบการณ์การสร้างแบบจำลองบนคอมพิวเตอร์ด้วยการสร้างธนาคารของแบบจำลอง วิธีการ และระบบซอฟต์แวร์ที่ช่วยให้สามารถรวบรวมแบบจำลองใหม่ ๆ ได้ จากโมเดลธนาคาร

การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ประเภทหนึ่งเป็นการทดลองทางคอมพิวเตอร์ กล่าวคือ การทดลองที่ดำเนินการโดยผู้ทดลองในระบบหรือกระบวนการที่กำลังศึกษาโดยใช้เครื่องมือทดลอง เช่น คอมพิวเตอร์ สภาพแวดล้อมของคอมพิวเตอร์ เทคโนโลยี

การทดลองทางคอมพิวเตอร์กำลังกลายเป็นเครื่องมือใหม่ วิธีการให้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีใหม่ เนื่องจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นในการย้ายจากการศึกษาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เชิงเส้นของระบบ (ซึ่งวิธีการวิจัยและทฤษฎีค่อนข้างเป็นที่รู้จักหรือพัฒนา) ไปเป็น การศึกษาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบที่ซับซ้อนและไม่เชิงเส้น (การวิเคราะห์ซึ่งยากกว่ามาก) พูดโดยคร่าวๆ ความรู้ของเราเกี่ยวกับโลกรอบตัวเรานั้นเป็นเส้นตรง แต่กระบวนการในโลกรอบตัวเราไม่เป็นเชิงเส้น

การทดลองทางคอมพิวเตอร์ช่วยให้คุณค้นหารูปแบบใหม่ๆ ทดสอบสมมติฐาน แสดงภาพเหตุการณ์ต่างๆ ฯลฯ

เพื่อให้การพัฒนาการออกแบบใหม่ๆ มีชีวิตชีวา เพื่อแนะนำโซลูชันทางเทคนิคใหม่ๆ ในการผลิต หรือเพื่อทดสอบแนวคิดใหม่ๆ จำเป็นต้องมีการทดลอง ในอดีตที่ผ่านมา การทดลองดังกล่าวสามารถดำเนินการได้ทั้งในสภาพห้องปฏิบัติการในการติดตั้งที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษสำหรับการทดลองดังกล่าว หรือในแหล่งกำเนิด นั่นคือ ในตัวอย่างจริงของผลิตภัณฑ์ โดยต้องผ่านการทดสอบทุกประเภท

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ วิธีการวิจัยใหม่ที่ไม่เหมือนใครได้เกิดขึ้น - การทดลองทางคอมพิวเตอร์ การทดลองทางคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยลำดับการทำงานกับแบบจำลอง ชุดการกระทำของผู้ใช้ที่เป็นเป้าหมายในแบบจำลองคอมพิวเตอร์

ขั้นตอนที่ 4 การวิเคราะห์ผลการจำลอง

เป้าหมายสุดท้าย การสร้างแบบจำลอง - การตัดสินใจที่ควรจะทำบนพื้นฐานของการวิเคราะห์ผลลัพธ์ที่ได้รับอย่างครอบคลุม ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนชี้ขาด - ไม่ว่าคุณจะค้นคว้าต่อหรือทำวิจัยให้เสร็จ บางทีคุณอาจรู้ผลลัพธ์ที่คาดหวังแล้วคุณต้องเปรียบเทียบผลลัพธ์ที่ได้รับและผลลัพธ์ที่คาดหวัง หากมีการแข่งขันคุณจะสามารถตัดสินใจได้

พื้นฐานสำหรับการพัฒนาโซลูชันคือผลลัพธ์ของการทดสอบและการทดลอง หากผลลัพธ์ไม่สอดคล้องกับเป้าหมายของงาน แสดงว่าเกิดข้อผิดพลาดในขั้นตอนก่อนหน้า นี่อาจเป็นการสร้างแบบจำลองข้อมูลที่เรียบง่ายเกินไป หรือการเลือกวิธีการสร้างแบบจำลองหรือสภาพแวดล้อมที่ไม่ประสบความสำเร็จ หรือการละเมิดเทคนิคทางเทคโนโลยีเมื่อสร้างแบบจำลอง หากระบุข้อผิดพลาดดังกล่าวก็จำเป็น การปรับโมเดล กล่าวคือ กลับไปยังขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่งก่อนหน้านี้ กระบวนการ ซ้ำตัวเอง จนกว่าผลการทดลองจะตอบ เป้าหมาย การสร้างแบบจำลอง สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้เสมอ: ข้อผิดพลาดที่ระบุก็เป็นผลเช่นกัน ดังที่ภูมิปัญญาชาวบ้านกล่าวไว้ คุณเรียนรู้จากความผิดพลาด

โปรแกรมจำลองสถานการณ์

แอนซิส- ระบบซอฟต์แวร์องค์ประกอบไฟไนต์สากล ( เฟม) การวิเคราะห์ที่มีอยู่และพัฒนาในช่วง 30 ปีที่ผ่านมาค่อนข้างได้รับความนิยมในหมู่ผู้เชี่ยวชาญในสาขาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ ( ซีเออีวิศวกรรมช่วยด้วยคอมพิวเตอร์) และการแก้ปัญหา FE ของปัญหาเชิงพื้นที่เชิงเส้นและไม่เชิงเส้น คงที่และไม่อยู่กับที่ของกลศาสตร์ของกลศาสตร์ของแข็งและโครงสร้างที่เปลี่ยนรูปได้ (รวมถึงปัญหาไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและทางกายภาพที่ไม่คงที่ของปฏิสัมพันธ์การสัมผัสขององค์ประกอบโครงสร้าง) ปัญหาของกลศาสตร์ของไหลและก๊าซ การถ่ายเทความร้อนและการแลกเปลี่ยนความร้อน ไฟฟ้าพลศาสตร์ อะคูสติก และกลศาสตร์ของสนามคู่ ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมบางประเภท การสร้างแบบจำลองและการวิเคราะห์สามารถหลีกเลี่ยงวงจรการพัฒนาการออกแบบ-สร้าง-ทดสอบที่มีค่าใช้จ่ายสูงและใช้เวลานาน ระบบทำงานบนพื้นฐานของเคอร์เนลเรขาคณิต พาราโซลิด .

เอนี่ลอจิก - ซอฟต์แวร์สำหรับ การสร้างแบบจำลองการจำลอง ระบบที่ซับซ้อนและ กระบวนการ, ที่พัฒนา ภาษารัสเซียโดย XJ เทคโนโลยี ( ภาษาอังกฤษ เอ็กซ์เจ เทคโนโลยี- โปรแกรมก็มี สภาพแวดล้อมของผู้ใช้แบบกราฟิกและให้คุณใช้งานได้ ภาษาจาวาเพื่อการพัฒนาโมเดล .

โมเดล AnyLogic สามารถอิงตามกระบวนทัศน์การจำลองหลักใดๆ ได้: การจำลองเหตุการณ์แบบไม่ต่อเนื่อง, พลศาสตร์ของระบบ, และ การสร้างแบบจำลองตามตัวแทน.

ไดนามิกของระบบและการสร้างแบบจำลองเหตุการณ์ไม่ต่อเนื่อง (กระบวนการ) ซึ่งเราหมายถึงการพัฒนาความคิดใดๆ จีพีเอสสิ่งเหล่านี้เป็นแนวทางดั้งเดิมที่เป็นที่ยอมรับ การสร้างแบบจำลองแบบใช้ตัวแทนนั้นค่อนข้างใหม่ ไดนามิกของระบบส่วนใหญ่ทำงานด้วยกระบวนการที่ต่อเนื่องตามเวลา ในขณะที่การสร้างแบบจำลองเหตุการณ์ที่ไม่ต่อเนื่องและแบบเอเจนต์จะดำเนินการด้วยกระบวนการที่ไม่ต่อเนื่องกัน

ในอดีต ไดนามิกของระบบและการสร้างแบบจำลองเหตุการณ์แบบแยกส่วนได้รับการสอนให้กับนักเรียนกลุ่มต่างๆ กันมาก เช่น การจัดการ วิศวกรอุตสาหการ และวิศวกรระบบควบคุม เป็นผลให้มีชุมชนที่แตกต่างกันสามแห่งที่ไม่ทับซ้อนกันซึ่งแทบไม่มีการสื่อสารระหว่างกัน

จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ การสร้างแบบจำลองโดยตัวแทนถือเป็นสาขาวิชาการที่เข้มงวด อย่างไรก็ตาม ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพระดับโลกจากธุรกิจได้บังคับให้นักวิเคราะห์ชั้นนำให้ความสนใจโดยเฉพาะกับการสร้างแบบจำลองตามตัวแทนและการรวมกับวิธีการแบบดั้งเดิม เพื่อให้ได้ภาพที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นของการโต้ตอบของกระบวนการที่ซับซ้อนในลักษณะต่างๆ ทำให้เกิดความต้องการแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ที่ช่วยให้สามารถบูรณาการแนวทางต่างๆ ได้

ตอนนี้เรามาดูแนวทางการจำลองในระดับนามธรรมกัน ไดนามิกของระบบ แทนที่แต่ละออบเจ็กต์ด้วยผลรวมของวัตถุเหล่านั้น ถือเป็นระดับสูงสุดของนามธรรม การจำลองเหตุการณ์แบบไม่ต่อเนื่องทำงานในช่วงต่ำถึงกลาง สำหรับการสร้างแบบจำลองตามตัวแทนนั้นสามารถใช้ได้ในเกือบทุกระดับและทุกขนาด ตัวแทนสามารถเป็นตัวแทนของคนเดินถนน รถยนต์ หรือหุ่นยนต์ในพื้นที่ทางกายภาพ ลูกค้าหรือพนักงานขายที่อยู่ตรงกลาง หรือบริษัทคู่แข่งในระดับบน

เมื่อพัฒนาโมเดลใน AnyLogic คุณสามารถใช้แนวคิดและเครื่องมือจากวิธีการสร้างโมเดลหลายวิธี เช่น ในโมเดลแบบอิงเอเจนต์ ใช้วิธีการแบบไดนามิกของระบบเพื่อแสดงการเปลี่ยนแปลงในสถานะของสภาพแวดล้อม หรือคำนึงถึงเหตุการณ์ที่ไม่ต่อเนื่องกันอย่างต่อเนื่อง รูปแบบของระบบไดนามิก ตัวอย่างเช่น การจัดการห่วงโซ่อุปทานโดยใช้การสร้างแบบจำลองจำลองจำเป็นต้องมีคำอธิบายของผู้เข้าร่วมห่วงโซ่อุปทานโดยตัวแทน: ผู้ผลิต ผู้ขาย ผู้บริโภค เครือข่ายคลังสินค้า ในกรณีนี้ การผลิตได้รับการอธิบายไว้ภายในกรอบการทำงานของการสร้างแบบจำลองเหตุการณ์แบบไม่ต่อเนื่อง (กระบวนการ) โดยที่ผลิตภัณฑ์หรือชิ้นส่วนเป็นการใช้งาน และรถยนต์ รถไฟ รถยกเป็นทรัพยากร อุปทานจะแสดงเป็นเหตุการณ์ที่ไม่ต่อเนื่อง แต่ความต้องการสินค้าสามารถอธิบายได้ด้วยแผนภาพไดนามิกของระบบต่อเนื่อง ความสามารถในการผสมผสานแนวทางต่างๆ ทำให้สามารถอธิบายกระบวนการในชีวิตจริงได้ แทนที่จะปรับกระบวนการให้เข้ากับเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่มีอยู่

แล็บวิว (ภาษาอังกฤษ แล็บวาทศิลป์ วีเสมือน ฉันเครื่องมือวัด อีวิศวกรรม ว orkbench) คือ การพัฒนาสภาพแวดล้อมและ แพลตฟอร์มสำหรับการรันโปรแกรมที่สร้างขึ้นในภาษาโปรแกรมกราฟิกของบริษัท "G" เครื่องดนตรีแห่งชาติ(สหรัฐอเมริกา). LabVIEW เวอร์ชันแรกเปิดตัวในปี 1986 สำหรับ แอปเปิล แมคอินทอชปัจจุบันมีเวอร์ชันสำหรับ ยูนิกซ์, กนู/ลินุกซ์, แมคโอเอสฯลฯ และรุ่นที่พัฒนาและได้รับความนิยมมากที่สุดคือรุ่นสำหรับ ไมโครซอฟต์ วินโดวส์.

LabVIEW ใช้ในระบบรับและประมวลผลข้อมูล รวมถึงการจัดการวัตถุทางเทคนิคและกระบวนการทางเทคโนโลยี ตามหลักการแล้ว LabVIEW อยู่ใกล้มาก สกาด้า-ระบบ แต่ต่างจากพวกมันตรงที่เน้นไปที่การแก้ปัญหามากกว่าในภาคสนาม เอพีซีเอส,มีกี่แห่งในภูมิภาค อสนี.

แมทแล็บ(ย่อจาก ภาษาอังกฤษ « เมทริกซ์ ห้องปฏิบัติการ» ) เป็นคำที่อ้างถึงแพ็คเกจซอฟต์แวร์แอปพลิเคชันสำหรับการแก้ปัญหาการประมวลผลทางเทคนิค รวมถึงภาษาการเขียนโปรแกรมที่ใช้ในแพ็คเกจนั้น แมทแล็บใช้งานโดยวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 1,000,000 คน ใช้งานได้กับอุปกรณ์ที่ทันสมัยที่สุด ระบบปฏิบัติการ, รวมทั้ง กนู/ลินุกซ์, แมคโอเอส, โซลาริสและ ไมโครซอฟต์ วินโดวส์ .

เมเปิ้ล- แพคเกจซอฟต์แวร์, ระบบพีชคณิตคอมพิวเตอร์- เป็นผลิตภัณฑ์ของบริษัท Waterloo Maple Inc. ซึ่ง 1984ผลิตและจำหน่ายผลิตภัณฑ์ซอฟต์แวร์ที่เน้นการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน การแสดงภาพข้อมูล และการสร้างแบบจำลอง

ระบบไม้ Maple ถูกออกแบบมาสำหรับ การคำนวณเชิงสัญลักษณ์แม้ว่าจะมีเครื่องมือมากมายสำหรับการแก้ปัญหาเชิงตัวเลขก็ตาม สมการเชิงอนุพันธ์และการค้นหา ปริพันธ์- มีเครื่องมือกราฟิกที่พัฒนาแล้ว มีของตัวเอง ภาษาโปรแกรมชวนให้นึกถึง ปาสคาล.

คณิตศาสตร์ - ระบบพีชคณิตคอมพิวเตอร์บริษัท การวิจัยวุลแฟรม- ประกอบด้วยมากมาย ฟังก์ชั่นทั้งสำหรับการแปลงเชิงวิเคราะห์และการคำนวณเชิงตัวเลข นอกจากนี้โปรแกรมยังรองรับการทำงานด้วย กราฟิกและ เสียงรวมถึงการสร้างสองและสามมิติ กราฟฟังก์ชั่นการวาดภาพโดยพลการ รูปทรงเรขาคณิต, นำเข้าและ ส่งออกภาพและเสียง

เครื่องมือพยากรณ์- ผลิตภัณฑ์ซอฟต์แวร์ที่มีฟังก์ชันสำหรับการคำนวณการคาดการณ์ การพยากรณ์- หนึ่งในกิจกรรมที่สำคัญที่สุดของมนุษย์ในปัจจุบัน แม้แต่ในสมัยโบราณ การคาดการณ์ยังทำให้ผู้คนสามารถคำนวณช่วงเวลาแห่งความแห้งแล้ง วันที่เกิดสุริยุปราคาและจันทรุปราคา และปรากฏการณ์อื่นๆ อีกมากมาย ด้วยการถือกำเนิดของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ การคาดการณ์ได้รับแรงผลักดันอันทรงพลังในการพัฒนา หนึ่งในการใช้งานครั้งแรกของคอมพิวเตอร์คือการคำนวณวิถีกระสุนของกระสุนปืน ซึ่งในความเป็นจริงแล้ว คือการคาดการณ์จุดที่กระสุนปืนจะกระแทกพื้น การพยากรณ์ประเภทนี้เรียกว่า คงที่พยากรณ์. การคาดการณ์มีสองประเภทหลัก: คงที่และไดนามิก ข้อแตกต่างที่สำคัญคือการคาดการณ์แบบไดนามิกจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับพฤติกรรมของวัตถุที่กำลังศึกษาในช่วงเวลาที่สำคัญใดๆ ในทางกลับกัน การคาดการณ์แบบคงที่จะสะท้อนถึงสถานะของวัตถุที่กำลังศึกษา ณ จุดเวลาเดียวเท่านั้น และตามกฎแล้ว ในการคาดการณ์ดังกล่าว ปัจจัยด้านเวลาที่วัตถุผ่านการเปลี่ยนแปลงจะมีบทบาทรองลงมา ปัจจุบันมีเครื่องมือจำนวนมากที่ให้คุณคาดการณ์ได้ ทั้งหมดสามารถจำแนกได้ตามเกณฑ์หลายประการ:

ชื่อเครื่องมือ	ขอบเขตการใช้งาน	โมเดลที่นำไปใช้	การฝึกอบรมผู้ใช้ที่จำเป็น	พร้อมใช้งาน
ไมโครซอฟต์ เอ็กเซล , OpenOffice.org	จุดประสงค์ทั่วไป	อัลกอริทึมการถดถอย	ความรู้พื้นฐานด้านสถิติ	ต้องมีการปรับปรุงที่สำคัญ (การนำแบบจำลองไปใช้)
สถิติ , เอสพีเอสเอส , E-views	วิจัย	การถดถอยที่หลากหลาย โครงข่ายประสาทเทียม		สินค้าบรรจุกล่อง
แมทแล็บ	การวิจัยการพัฒนาแอพพลิเคชั่น	อัลกอริธึม การถดถอย โครงข่ายประสาทเทียม	การศึกษาคณิตศาสตร์พิเศษ	จำเป็นต้องมีการเขียนโปรแกรม
เอสเอพี เอพีโอ	การคาดการณ์ทางธุรกิจ	อัลกอริทึม	ไม่จำเป็นต้องมีความรู้เชิงลึก
พยากรณ์โปร , พยากรณ์X	การคาดการณ์ทางธุรกิจ	อัลกอริทึม	ไม่จำเป็นต้องมีความรู้เชิงลึก	สินค้าบรรจุกล่อง
ความคล่องตัว	การคาดการณ์ทางธุรกิจ	อัลกอริธึม, โครงข่ายประสาทเทียม	ไม่จำเป็นต้องมีความรู้เชิงลึก	ต้องมีการแก้ไขที่สำคัญ (สำหรับกระบวนการทางธุรกิจ)
พยากรณ์โปร SDK	การคาดการณ์ทางธุรกิจ	อัลกอริทึม	ความรู้พื้นฐานด้านสถิติที่จำเป็น	จำเป็นต้องมีการเขียนโปรแกรม (บูรณาการกับซอฟต์แวร์)
ไอล็อก , เอนี่ลอจิก , ฉันคิดว่า , แมทแล็บซิมูลิงค์ , จีพีเอส	การพัฒนาแอพพลิเคชั่น การสร้างแบบจำลอง	การเลียนแบบ	จำเป็นต้องมีการศึกษาคณิตศาสตร์พิเศษ	จำเป็นต้องมีโปรแกรม (สำหรับพื้นที่เฉพาะ)

พีซี ลีรา- ชุดซอฟต์แวร์มัลติฟังก์ชั่นที่ออกแบบมาสำหรับการออกแบบและการคำนวณวิศวกรรมเครื่องกลและโครงสร้างอาคารเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ มีการคำนวณในโปรแกรมสำหรับผลกระทบทั้งแบบคงที่และแบบไดนามิก พื้นฐานของการคำนวณคือ วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์(เฟม). โมดูลปลั๊กอิน (โปรเซสเซอร์) ต่างๆ ช่วยให้คุณสามารถเลือกและตรวจสอบส่วนของโครงสร้างเหล็กและคอนกรีตเสริมเหล็ก จำลองดิน คำนวณสะพาน และพฤติกรรมของอาคารระหว่างการติดตั้ง ฯลฯ

มีการทดลองคอมพิวเตอร์กับแบบจำลองระบบในระหว่างการวิจัยและออกแบบเพื่อให้ได้ข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะของกระบวนการทำงานของวัตถุที่อยู่ระหว่างการพิจารณา ภารกิจหลักของการวางแผนการทดลองคอมพิวเตอร์คือการได้รับข้อมูลที่จำเป็นเกี่ยวกับระบบที่กำลังศึกษาโดยมีข้อจำกัดด้านทรัพยากร (ต้นทุนของเวลาคอมพิวเตอร์ หน่วยความจำ ฯลฯ) ปัญหาเฉพาะที่ได้รับการแก้ไขเมื่อวางแผนการทดลองทางคอมพิวเตอร์ ได้แก่ งานลดเวลาคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการสร้างแบบจำลอง การเพิ่มความแม่นยำและความน่าเชื่อถือของผลการสร้างแบบจำลอง การตรวจสอบความเพียงพอของแบบจำลอง เป็นต้น

ประสิทธิผลของการทดลองทางคอมพิวเตอร์ด้วยแบบจำลองขึ้นอยู่กับการเลือกแผนการทดลองอย่างมากเนื่องจากเป็นแผนที่กำหนดปริมาณและลำดับการคำนวณบนคอมพิวเตอร์วิธีการสะสมและการประมวลผลทางสถิติของผลการสร้างแบบจำลองระบบ . ดังนั้นงานหลักของการวางแผนการทดลองคอมพิวเตอร์ด้วยแบบจำลองจึงมีสูตรดังนี้: จำเป็นต้องได้รับข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุการสร้างแบบจำลองที่ระบุในรูปแบบของอัลกอริธึมการสร้างแบบจำลอง (โปรแกรม) โดยมีค่าใช้จ่ายทรัพยากรเครื่องจักรน้อยที่สุดหรือ จำกัด เพื่อนำไปใช้ กระบวนการสร้างแบบจำลอง

ข้อดีของการทดลองทางคอมพิวเตอร์เหนือการทดลองตามธรรมชาติคือความสามารถในการจำลองเงื่อนไขการทดลองได้อย่างเต็มที่ด้วยแบบจำลองของระบบที่กำลังศึกษาอยู่ . ข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือธรรมชาติคือความง่ายในการขัดจังหวะและดำเนินการทดลองคอมพิวเตอร์ต่อ ซึ่งช่วยให้สามารถใช้เทคนิคการวางแผนตามลำดับและการวิเคราะห์พฤติกรรมที่อาจเป็นไปไม่ได้ในการทดลองกับวัตถุจริง เมื่อทำงานกับแบบจำลองคอมพิวเตอร์ เป็นไปได้เสมอที่จะขัดจังหวะการทดลองตามเวลาที่จำเป็นในการวิเคราะห์ผลลัพธ์และตัดสินใจเกี่ยวกับความคืบหน้าเพิ่มเติม (ตัวอย่างเช่น เกี่ยวกับความจำเป็นในการเปลี่ยนแปลงค่าของคุณลักษณะของแบบจำลอง)

ข้อเสียของการทดลองด้วยคอมพิวเตอร์คือผลลัพธ์ของการสังเกตครั้งหนึ่งขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ของการทดลองก่อนหน้าหนึ่งรายการขึ้นไป ดังนั้นจึงมีข้อมูลน้อยกว่าการสังเกตอิสระ

ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับฐานข้อมูล การทดลองทางคอมพิวเตอร์หมายถึงการจัดการข้อมูลตามเป้าหมายที่กำหนดโดยใช้เครื่องมือ DBMS เป้าหมายของการทดสอบสามารถสร้างขึ้นตามเป้าหมายโดยรวมของการจำลองและคำนึงถึงข้อกำหนดของผู้ใช้เฉพาะ เช่น มีฐานข้อมูล “สำนักคณบดี” เป้าหมายโดยรวมของการสร้างแบบจำลองนี้คือการจัดการกระบวนการศึกษา หากคุณต้องการรับข้อมูลเกี่ยวกับผลการเรียนของนักเรียน คุณสามารถยื่นคำร้องได้ เช่น ดำเนินการทดลองเพื่อสุ่มตัวอย่างข้อมูลที่จำเป็น

เครื่องมือสภาพแวดล้อม DBMS ช่วยให้คุณสามารถดำเนินการต่อไปนี้กับข้อมูล:

1) การเรียงลำดับ – การเรียงลำดับข้อมูลตามเกณฑ์บางประการ

2) การค้นหา (การกรอง) – การเลือกข้อมูลที่ตรงตามเงื่อนไขบางประการ

3) การสร้างฟิลด์การคำนวณ - การแปลงข้อมูลเป็นประเภทอื่นตามสูตร

การจัดการแบบจำลองข้อมูลมีความเชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออกกับการพัฒนาเกณฑ์ต่างๆ ในการค้นหาและจัดเรียงข้อมูล แตกต่างจากตู้เก็บเอกสารกระดาษที่สามารถเรียงลำดับตามเกณฑ์หนึ่งหรือสองเกณฑ์ และโดยทั่วไปการค้นหาจะดำเนินการด้วยตนเองโดยการเรียงลำดับผ่านการ์ด ฐานข้อมูลคอมพิวเตอร์ทำให้คุณสามารถระบุรูปแบบการเรียงลำดับใดๆ ตามฟิลด์ต่างๆ และเกณฑ์การค้นหาต่างๆ คอมพิวเตอร์จะจัดเรียงหรือเลือกข้อมูลที่จำเป็นตามเกณฑ์ที่กำหนดโดยไม่ต้องลงทุนเสียเวลา

เพื่อให้ทำงานกับโมเดลข้อมูลได้สำเร็จ สภาพแวดล้อมซอฟต์แวร์ฐานข้อมูลช่วยให้คุณสร้างฟิลด์การคำนวณซึ่งข้อมูลต้นฉบับจะถูกแปลงเป็นรูปแบบอื่น ตัวอย่างเช่น ขึ้นอยู่กับเกรดภาคการศึกษา เกรดเฉลี่ยของนักเรียนสามารถคำนวณได้โดยใช้ฟังก์ชันพิเศษในตัว เขตข้อมูลจากการคำนวณดังกล่าวใช้เป็นข้อมูลเพิ่มเติมหรือเป็นเกณฑ์สำหรับการค้นหาและการเรียงลำดับ

การทดลองทางคอมพิวเตอร์ประกอบด้วยสองขั้นตอน: การทดสอบ (การตรวจสอบความถูกต้องของการดำเนินการ) และการดำเนินการทดลองด้วยข้อมูลจริง

หลังจากสร้างสูตรสำหรับฟิลด์การคำนวณและตัวกรองแล้ว คุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าสูตรเหล่านั้นทำงานได้อย่างถูกต้อง ในการดำเนินการนี้ คุณสามารถป้อนบันทึกการทดสอบที่ทราบผลลัพธ์ของการดำเนินการล่วงหน้าได้

การทดลองทางคอมพิวเตอร์จบลงด้วยผลลัพธ์ในรูปแบบที่สะดวกสำหรับการวิเคราะห์และการตัดสินใจ ข้อดีประการหนึ่งของแบบจำลองข้อมูลคอมพิวเตอร์คือความสามารถในการสร้างการนำเสนอข้อมูลผลลัพธ์ในรูปแบบต่างๆ ที่เรียกว่ารายงาน รายงานแต่ละฉบับประกอบด้วยข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับวัตถุประสงค์ของการทดสอบนั้นๆ ความสะดวกของรายงานทางคอมพิวเตอร์อยู่ที่การอนุญาตให้คุณจัดกลุ่มข้อมูลตามคุณสมบัติที่ระบุ ป้อนฟิลด์รวมสำหรับการนับบันทึกตามกลุ่มและโดยทั่วไปสำหรับฐานข้อมูลทั้งหมด จากนั้นใช้ข้อมูลนี้ในการตัดสินใจ

สภาพแวดล้อมช่วยให้คุณสามารถสร้างและจัดเก็บแบบฟอร์มรายงานมาตรฐานที่ใช้บ่อยหลายรายการได้ จากผลการทดลองบางอย่าง คุณสามารถสร้างรายงานชั่วคราวซึ่งจะถูกลบออกหลังจากคัดลอกไปยังเอกสารข้อความหรือพิมพ์แล้ว การทดสอบบางรายการไม่จำเป็นต้องมีการรายงานเลย ตัวอย่างเช่น จำเป็นต้องเลือกนักเรียนที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดเพื่อมอบทุนการศึกษาที่เพิ่มขึ้น หากต้องการทำสิ่งนี้ เพียงจัดเรียงตามคะแนนเฉลี่ยของเกรดในภาคการศึกษา ข้อมูลที่คุณกำลังมองหาจะอยู่ในรายการแรกของรายชื่อนักเรียน