Файл: Лекции_по_дисциплине.pdf

Компьютерное моделирование

ему интервалом вероятности. Диапазон должен состоять из двух столбцов: левого, содержащего значения, и правого, содержащего вероятности, связанные со значением в данной строке. Сумма вероятностей должна быть равна 1;

распределения Бернулли, Пуассона и Модельное.

В рабочее поле Параметры вводятся параметры выбранного распределения. В поле Случайное рассеивание вводится произвольное значение, для которого необходимо генерировать случайные числа. Впоследствии можно снова использовать это значение для получения тех же самых случайных чисел. В поле Выходной диапазон вводится ссылка на левую верхнюю ячейку выходного диапазона. Размер выходного диапазона будет определен автоматически, и на экран будет выведено сообщение в случае возможного наложения выходного диапазона на исходные данные. Если необходимо получить случайные числа на новом листе или в новой книге — в полях Новый лист и Новая книга устанавливаются соответствующие переключатели.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называется случайной величиной? полной группой событий? законом распределения случайной величины?

2.Что называется дискретным законом распределения случайной величины? дифференциальным законом распределения?

3.Что называется плотностью вероятности?

4.Назовите характеристики случайной величины. Дайте их определения.

5.Перечислите свойства математического ожидания.

6.Перечислите свойства дисперсии.

7.Дайте определения k-м момента и k-м центрального момента.

8.Что такое асимметрия и эксцесс.

9.Что называется квантилью, медианой, верхней квартилью, нижней квартилью?

10.Какие функции могут быть использованы в MS Excel для вычисления некоторых числовых характеристик дискретных распределений вероятностей?

11.Перечислите законы распределения вероятностей и кратко охарактеризуйте их.

12.Расскажите о генерации случайных чисел. Какая процедура используется в MS Excel для этого?

151

Тарова Инна Николаевна

ЛЕКЦИЯ 9. УЧЕБНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ

9.1. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРЕДМЕТНО-КОММУНИКАТИВНЫХ СРЕД

В настоящее время в учебном процессе, как в высших, так и в средних учебных заведениях все больше времени уделяется вопросам моделирования, исследования различных моделей, использования моделей в управлении учебным процессом и т.д. Систематическое применение моделирования на занятиях позволяет максимально приблизить учебную деятельность к научно-исследовательской. Наибольшего внимания заслуживает моделирование, позволяющее наряду с демонстрацией изучаемых процессов проводить и вычислительные эксперименты.

Процесс моделирования состоит из ряда последовательных этапов: выбор объекта, определения цели моделирования, описания модели, выбора метода и алгоритма исследования, составление программы, получение результата, и имеет ряд трудностей, как в решении, так и в составлении уравнений и получении необходимых результатов.

С целью наиболее эффективного применения моделирования в учебном процессе предлагается следующая структура построения и исследования модели, которая формируется в интегрированную оболочку для выбора объектов, методов, процессов. Суть подхода к структурно-интегрированному моделированию состоит в том, что независимо от учебного предмета процесс выбора структуры может состоять из следующих разделов:

предмет (дисциплина, раздел науки);

объект (процесс, явление, закон, реакция, система);

описание (уравнение, выражения);

метод (методы решения, вычисления и др.);

возмущение (среда, типы воздействий);

исходные данные (переменные, константы, физические параметры);

результаты (графики, графы, матрицы).

Эти разделы являются составной частью интегрированной оболочки, представляющей собой горизонтальное меню (панель инструментов), состоящее из последующих вертикальных подменю:

Предмет - математика, физика, биология, химия, история и т.д. Объект - движение тела, маятник, осциллятор, тепловые явления, законы Архимеда. (Объект физика может включать подобъекты: механика, динамика.) Предмету биология могут соответствовать объекты рост популяций, экология и др., предмету математика - распределение, планирование, прогнозирование и др. Описание - алгебраические, дифференциальные уравнения, матрицы, векторы, группы. Метод - метод Гаусса, Эйлера, Рунге-Кутта, методы итераций, линейного и нелинейного программирования, сетевого планирования. Возмущения - линейные, нелинейные уравнения. Исх.

152

Компьютерное моделирование

данные - переменные, параметры, время и др. Результат - график, целочисленное решение, матрица и др.

Интегрированные оболочки могут включать в себя классификацию назначений моделирующей системы: демонстрационная, обучающая, исследовательская, экспериментальная. Предлагаемая структура моделирующей программы может использовать структуры современных прикладных программ как Access, Excell, Word и программы на языках TP, TC

Использование такой структуры моделирующей программы будет способствовать более эффективному использованию ЭВМ для изучения явлений и процессов, методов и способов их решения, самих объектов изучения в различных дисциплинах, научных направлениях. Для этого применяются учебные и специальные модели, использующие методы оптимизации, планирования, распределения, распознавания. Все чаще применяется модели в управлении учебным процессом, познавательной деятельностью.

Роль моделирования велика и повышается по мере продвижения обучаемого по ступеням непрерывного обучения. Предлагаемый структурно - интегрированный пакет моделирующих программ будет служить основой для проведения занятий по моделированию, на котором обучаемые будут учиться приемам моделирования, постановке целей и задач моделирования, построению самих моделей исследуемых явлений, выделению исходных данных, установлению соотношений между ними и результатом исследований.

9.2. СПЕЦИФИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВАХ

Важнейшей задачей школы, в том числе и преподавания физики, является формирование личности, способной ориентироваться в потоке информации в условиях непрерывного образования. Осознание общечеловеческих ценностей возможно только при соответствующем познавательном, нравственном, этическом и эстетическом воспитании личности. В связи с этим первую цепь можно конкретизировать более частными целями: воспитание у школьников в процессе деятельности положительного отношения к науке вообще и к физике в частности; развитие интереса к физическим знаниям, научно - популярным статьям, жизненным проблемам. Физика является основой естествознания и современного научно - технического прогресса, что определяет следующие конкретные цели обучения: осознание учащимися роли физики в науке и производстве, воспитание экологической культуры, понимание нравственных и этических проблем, связанных с физикой.

В настоящее время количество компьютерных программ, предназначенных для изучения физики, исчисляется десятками, только лазерных дисков выпущено более десяти. Эти программы уже можно классифицировать в зависимости от вида их использования на уроках:

обучающие программы;

153

Тарова Инна Николаевна

демонстрационные программы;

компьютерные модели;

компьютерные лаборатории;

лабораторные работы;

пакеты задач;

контролирующие программы;

компьютерные дидактические материалы.

Разумеется, приведѐнная классификация является достаточно условной, так как многие программы включают в себя элементы двух или более видов программных средств, тем не менее, она полезна тем, что помогает учителю понять, какой вид деятельности учащихся можно организовать, используя ту или иную программу.

Когда же следует использовать компьютерные программы на уроках физики? Прежде всего, необходимо осознавать, что применение компьютерных технологий в образовании оправдано только в тех случаях, в которых возникает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является преподавание физики с использование компьютерных моделей. Следует отметить, что под компьютерными моделями автор понимает компьютерные программы, имитирующие физические опыты, явления или идеализированные модельные ситуации, встречающиеся в физических задачах. Компьютерные модели позволяют получать в динамике наглядные запоминающиеся иллюстрации физических экспериментов и явлений, воспроизвести их тонкие детали, которые могут ускользать при наблюдении реальных экспериментов. Компьютерное моделирование позволяет изменять временной масштаб, варьировать в широких пределах параметры и условия экспериментов, а также моделировать ситуации, недоступные в реальных экспериментах. Некоторые модели позволяют выводить на экран графики временной зависимости величин, описывающих эксперименты, причѐм графики выводятся на экран одновременно с отображением самих экспериментов, что придаѐт им особую наглядность и облегчает понимание общих закономерностей изучаемых процессов. В этом случае графический способ отображения результатов моделирования облегчает усвоение больших объѐмов получаемой информации.

Мультимедийный учебный компьютерный курс "Открытая физика 1.0, часть I" включает в себя три раздела: механику, молекулярную и физику термодинамику, механические колебания и волны.

Компьютерный курс "Открытая физика 1.0" прошѐл сертификацию в Институте информатизации образования Министерства образования России, он соответствует программе курса физики для общеобразовательных учреждений России и рекомендован Министерством образования России в качестве учебного пособия для средних школ.

Данный курс является мощным средством интенсификации занятий и повышения интереса учащихся к физике и рекомендуется учащимся средних школ, техни-

154