Қазақша рефераттар

Компьютерде есептеу

Уразбаева К.Т., Мақамбаев М.Б.

«Физика пәнінде компьютерлік модельдеу элементтері», оқу-әдістемелік құрал. Семей, 2014.

Бұл оқу-әдістемелік құралда орта мектепте физиканы оқыту барысында компьютерлік модельдеу элементтерін қолдану жолдары қарастырылған. Құрал орта мектеп, колледж және жоғары оқу орындарының физика пәні мұғалімдеріне, оқушылар мен студенттерге қосымша ресурс ретінде ұсынылады.

Кіріспе: білім берудегі жаңару және модельдеудің орны

Қазақстан Республикасы тәуелсіздігін алғаннан кейін мектеп бағдарламалары уақыт талабына сай қайта қаралып, жаңартылды. Бұл бағытта жаңа буын оқулықтары мен электронды оқулықтар әзірленіп, білім беру стандарттары қалыптасты; әдістемелік нұсқаулар, көрнекі құралдар және компьютерлік көрнекіліктер кеңінен енгізіле бастады.

Нарықтық экономика жағдайында білімнің өзі ғана жеткіліксіз: оны практикада дұрыс қолдана алатын, өз ұстанымы бар және оны дәлелдей алатын тұлғаны қалыптастыру маңызды. Осыған байланысты мұғалімдер алдында тұрған негізгі міндеттердің бірі — оқушыға жан-жақты білім беру, ал оған жетудің тиімді жолдарының бірі — оқу үдерісіне модельдеу элементтерін орынды енгізу және пәндер арасындағы байланысты күшейту.

Модель деген не және ол не үшін қажет?

Модель — таным үдерісінде зерттеу үшін негізгі объектінің маңызды, типтік белгілерін сақтай отырып, оны алмастыратын материалдық немесе ойша (идеялық) объект. Модель зерттелетін объектіні оқшау түрде ғана емес, сыртқы ортамен өзара әрекеттесетін динамикалық жүйе ретінде қарастыруға мүмкіндік береді.

Түсіндіру

Құрылымын, қасиеттерін және даму заңдылықтарын ұғынуға көмектеседі.

Басқару

Басқарудың түрлі нұсқаларын модельде сынап, тиімді тәсілді таңдауға үйретеді.

Болжау

Уақытқа тәуелді (динамикалық) жүйелердің күйін алдын ала бағалауға мүмкіндік береді.

Неліктен әрдайым «нақты объектімен» тәжірибе жасау мүмкін емес?

Кейбір объектілерді тікелей зерттеу тиімсіз, ұзаққа созылады, қымбатқа түседі немесе қауіп төндіреді. Мысалы, ел экономикасымен «тәжірибе жасау» зерттеу мақсатында да мүмкін емес; өткен құбылыстармен немесе Күн жүйесі планеталарымен толыққанды эксперимент жүргізу де қолжетімсіз.

Осындай жағдайда модель нақты объектіні алмастырып, негізгі қасиеттерін сақтай отырып, зерттеуді қауіпсіз әрі тиімді етеді.

Тәжірибеден мысалдар

  • Тігінші: өлшем бойынша алдын ала пішім дайындайды — бұл да модель.
  • Кеме жасау: алдымен кішірейтілген үлгі жасалып, сынақтан өтеді.
  • Ұшақ: аэродинамикалық құбырда кернеулер өлшеніп, қауіп бағаланады.

Бұл мысалдардың ортақ мәні — нақты объектіні алмастыратын нұсқада негізгі қасиеттерді сақтап, нәтижені сенімді ету.

Ақпараттық технологиялар және физикадағы компьютерлік модельдеу

Ақпараттық технологиялардың ғылым мен өндірісте кең таралуы техникалық жүйелердің құрылымына ғана емес, өндірістегі ЭЕМ-нің (электрондық есептеу машинасының) қызметіне және адамның рөліне де айтарлықтай ықпал етті. Оқытуда компьютерді қолданудың әдістемесін жасау — педагогика алдындағы өзекті міндеттердің бірі.

Электромагниттік құбылыстарды модельдеудің мүмкіндіктері

Физика курсында түсінуге күрделі бөлімдердің бірі — электромагниттік құбылыстар. Компьютерлік модельдеу бақылау, түсіну және зерттеу мүмкіндігін кеңейтеді, яғни оқу экспериментін жаңа деңгейге көтереді.

Мысалы, Delphi ортасын қолдана отырып зарядтардың әсерлесуін, электрон қозғалысының траекториясын, әртүрлі тізбектердегі ток күші, кернеу, кедергі және индуктивтілік арасындағы тәуелділікті, сондай-ақ ток көзінің, катушка мен дроссельдің сипаттамаларын бақылауға және зерттеуге болады.

Компьютерлік модельдеудің оқу-тәрбиелік әсері

Компьютерді модельдеу құралы ретінде қолдану оқушы мен студенттің есептеуіш техникамен жүйелі жұмыс істеу дағдысын қалыптастырады, білімге деген қызығушылығын арттырады және ынта-ықыласын күшейтеді. Жоғары жылдамдықты әрі сапалы визуализация мүмкіндігі бар компьютерлер дәрістік эксперименттер мен практикалық сабақтарды мазмұнды, тартымды ұйымдастыруға жол ашады.

Модельдеудің түйін мақсаттары

  1. 1 Нақты объектінің қалай құрылғанын түсіну: құрылымы, негізгі қасиеттері, ортамен өзара әсерлесуі және даму заңдылықтары.
  2. 2 Объектіні басқаруды меңгеру және мақсатқа сай басқару тәсілдерін анықтау.
  3. 3 Таңдалған әсер ету тәсілдерінің тікелей және жанама нәтижелерін болжау.

1-тарау. Информатика және модельдеу элементтері

1.1 Модельдеу туралы жалпы түсінік

Қазіргі уақытта информатиканың негізгі ғылыми бағыттарының бірі — модельдеу. Оқыту әдістемесінде ақпараттық технологиялар, алгоритмдеу, программалау мәселелері кең талданғанымен, модель және модельдеу үдерісіне жеткілікті деңгейде назар әрдайым бірдей аударыла бермейді. Алайда модельдеу — ғылыми таным әдісі ретінде жүйелік-ақпараттық тәсілді қалыптастырудың маңызды құралы әрі формальдандыру принципін, компьютерлік модельдеудің құрылымын меңгертудің сенімді жолы.

Модель — жасанды түрде құрылған объект. Ол схема, сызба, математикалық таңбалар, физикалық формулалар және басқа да түрде берілуі мүмкін.

Модельдеу — зерттелетін объектінің қасиеттерін, өзара байланыстарын және арақатынастарын аналогиялық түрде сипаттап, модель құру үдерісі.

Материалдық және идеалдық модельдеу

Материалдық модельдеу

Негізгі объектінің геометриялық, физикалық, динамикалық немесе функционалдық сипаттарын материалдық түрде жаңғыртады. Негізгі түрлері: физикалық және аналогтық модельдеу.

Мысалдар: планетарий, гидротехникалық макеттер, ғимарат макеті, ұшу аппараттарының үлгілері.

Идеалдық модельдеу

Материалдық ұқсастыққа емес, ойша және белгілік (таңбалық) ұқсастыққа сүйенеді. Теориялық сипатқа ие.

Түрлері: сезімдік (формальдандыруды қажет етпейтін елестету) және белгілік (схема, формула, таңбалар жүйесі арқылы).

Модельге қойылатын негізгі талап

Модельдің басты талабы — барабарлық, яғни оның қасиеттері зерттелетін негізгі объектінің маңызды қасиеттеріне сәйкес келуі тиіс.

Модель: анықтамалардың қысқаша жинағы

  • Нақты объектінің қарапайымдандырылған ұқсасы немесе алмастырушысы.
  • Процесс пен жүйенің қасиеттеріне ұқсас қасиеттері бар объект немесе процестер жүйесі.
  • Ақпаратты кодтау тілдерінің бірінде жазылған сипаттама (ақпараттық модель).

Модельдеу әдісі және модельдік эксперимент

Модельдеу әдісі — зерттелетін объектіні оның моделін құрып, сол модель арқылы зерделеу тәсілі. Құбылысты модель арқылы зерттеу модельдік эксперимент деп аталады. Күрделі жүйелерде бірін-бірі толықтыратын бірнеше модель қатар қолданылуы мүмкін; кейде әртүрлі модельдердің қайшылығы таным тереңдеген сайын шешімін табады.

Модельдеу абстрактілеу, гипотеза ұсыну, теория құру, эксперимент сияқты әдістермен бірге қолданылып, білімді тереңдетуге ықпал етеді.

1.2 Модельдер түрлері және олардың қолданылу аймағы

Модельдерді жіктеу объектіні қандай мақсатта және қандай шарттарда зерттеу керектігін айқындауға көмектеседі. Әдетте модельдер мына белгілер бойынша топтастырылады:

  • Қолданылу аймағы
  • Уақыт факторын ескеруі (динамика)
  • Білім саласы
  • Берілу/көрсетілу тәсілі

Оқу моделі

Көрнекі оқу құралы; машықтандырушы, үйретуші бағдарламалар түрінде де берілуі мүмкін.

Тәжірибелік модель

Жобаланатын объектінің кішірейтілген (немесе өте ұсақ объектілер үшін үлкейтілген) көшірмесі. Зерттеу және қасиеттерін болжау мақсатында қолданылады.

Мысал: теңіз кемесінің моделін бассейнде сынап, қозғалыс тұрақтылығын бағалау.

Ғылыми-техникалық модель

Процестер мен құбылыстарды зерттеу үшін құрылады. Мысалдар: синхротрон, найзағай разрядын бақылау құрылғылары, тексеру стендтері.

Ойын модельдеріне әскери, экономикалық, спорттық ойындар жатады: олар әртүрлі жағдайда объектіні бақылауға және шешім қабылдауға жаттықтырады. Имитациялық модельдер нақты жүйенің жұмысын ықтимал сценарийлер арқылы «еліктетіп» көрсетуге бағытталады.