На сайте 100500 рефератов в 150 категориях	Искать реферат
Рефераты на 5 с плюсом С нашим сайтом написать реферат проще простого

Некоторые перспективы реализации модельных экспериментов на компьютере и создания виртуальных лабораторных практикумов по физике

Категория: Компьютерные науки

версия для печати

Страница: [1] [2] [3] [4]

Некоторые перспективы реализации модельных экспериментов на компьютере

и создание виртуальных лабораторных практикумов по физике

Чрезвычайно важной частью любого курса физики является лабораторный практикум. Лабораторные работы дают возможность проверить на практике правильность теоретических представлений о физических явлениях, изучаемых в лекционном курсе. Кроме того, на лабораторных работах отрабатываются умения и навыки, необходимые для постановки эксперимента.

Однако существует большое количество процессов, механизмы работы которых известны, но непосредственное их наблюдение невозможно в реальном времени и в масштабе один к одному. В частности, большинство процессов ядерной физики, квантовой механики, физики полупроводников происходят на микроскопическом атомарном или молекулярном уровне. Продолжаются они чрезвычайно короткое время. С другой стороны, явления, изучаемые астрономией, происходящих на макроуровне. Их продолжительность может достигать миллиарда лет. Все это сильно сужает демонстрационную и экспериментальную базу курсов физики. Необходимо отметить также, что существует широкий круг физических экспериментов, постановка которых требует больших материальных и финансовых затрат.

Расширить демонстрационную и экспериментальную базу могут модельные эксперименты на компьютере. Ресурсы современных компьютерных систем в целом достаточны для проведения качественного модельного эксперимента с экранной визуализацией процессов.

Современное программное обеспечение для иллюстрации физических процессов представлено демонстрационными и моделирующими программами.

Демонстрационные программы существенно отличаются от моделирующих. Отдельные логично законченные фрагменты учебного материала в демонстрационных программах, как правило, состоят из мультимедийных клипов, соединенных между собой через общее меню. Негативные и позитивные качества таких программ связаны именно с этой спецификой. Изложение темы не может быть изменен по объему или порядком, однако его можно приостановить, поворачивать назад, прокручивать повторно.

Визуальная составляющая этих мультимедийных обучающих систем позволяет увидеть развитие процесса, но вмешиваться в его прохождения нет возможности.

Ауди-составляющая учебной системы отвечает за объяснения событий, которые демонстрируются визуальной составляющей.

Ядром моделирующей программы является модель процесса - совокупность формул, соотношений, алгоритмов, правил, регламентирующих взаимодействие между объектами моделирования. Процессом можно управлять с помощью входящих и текущих параметров.

Основным недостатком большинства существующих модельных программ является то, что в каждом отдельном случае модель охватывает небольшую часть учебного материала по теме. Каждая программа, как правило, моделирует только один конкретный процесс.

В представленной рате сделана попытка преодолеть этот недостаток.

Целью настоящей работы является анализ перспектив создания лабораторных практикумов по физике на компьютере, предназначенных для проведения широкого круга виртуальных, физических, модельных экспериментов с экранной имитацией процессов.

В рамках модельных программ предлагается создать отдельные визуальные компоненты, выполняющие роль виртуальных физических объектов и могут динамически взаимодействовать при работе модели. Именно из этих компонентов будет формироваться экспериментальная база. Широкий круг виртуальных физических экспериментов должно легко формироваться из палитры отдельных компонентов.

Использование визуальных компонентов, программно имитируют реальные физические объекты, при построении модели приведет к более рациональному распределению времени, затрачиваемого на создание модели. Соответственно, больше времени останется на программную реализацию механизмов работы модели.

Построение виртуального практикума на компьютере можно разбить на следующие промежуточные этапы:

создание системы заданий для практикума;

разработка виртуальных физических объектов;

разработка виртуальных измерительных устройств.

Создание системы заданий для практикума. При создании системы заданий для практикума следует предусмотреть их сочетание таким образом, чтобы они разместились в порядке усложнения. Необходимо подобрать задания так, чтобы каждое следующее было прямым осложнением предварительного и выполнения следующего задания происходило на основе выполненного предыдущего. Это совпадает с систематизацией задач в физике, ведь большое количество физических процессов рассматривается в порядке первого, второго и т.д. приближения [1, 2, 3].

Предполагается, что система заданий для практикума будет не линейной рядом заданий, а двухмерной древовидной структурой, когда одно простое задание может стать родоначальником нескольких более сложных.

Системы заданий для различных практикумов могут частично дополнять друг друга.

Учитывая вышесказанное, приведем пример постепенной детализации задач для моделирования в механике и их связь с другими разделами физики. Начальный фрагмент системы задач по механике может включать:

равномерное прямолинейное движение тела по экрану вдоль его края;

равномерное прямолинейное движение тела в любом заданном направлении с любой заданной скоростью;

движение тела до и после столкновения с препятствием;

Равноускоренное (ривносповильнений) движение тела;

колебания пружинного маятника;

движение тела, брошенного под углом к горизонту;

движение математического маятника.

Страница: [1] [2] [3] [4]

версия для печати