|
|
Использование компьютерного эксперимента для
создания
лабораторных работ
А.М. Трифонов
Саранск,
Мордовский государственный педагогический институт
Характерной чертой современного образования становится
практическая направленность обучения, возрастание значимости овладения идеями и
методами науки в противовес запоминанию отдельных ее фактов и закономерностей.
Поэтому все большее значение приобретает использование ЭВМ в процессе обучения
физике, "особенно теоретической, так как в этом случае, возможно, проследить реальные
процессы, промоделировать условия, которые еще не создавались (или не могут быть
созданы) в лаборатории. Компьютерный эксперимент обладает наглядностью, позволяет
анализировать неявные закономерности, отражает диалектику развития методов познания,
являясь одним из этапов в этом развитии. Как метод исследования, имитационный
эксперимент сочетает в себе черты двух методов дедуктивного и индуктивного. Вывод
наглядных следствий из исходных положений модели (дедукция) обеспечивает
наблюдение эволюции объекта при заданных условиях. Общее представление о явлении,
открытие закономерных отношений осуществляется путем обобщения (индукции) ряда
таких наблюдений. Сочетание в имитационном эксперименте свойств теоретического и
экспериментального методов обуславливают его значительные возможности в научном
познании.
Основой имитационного эксперимента является математическая
модель, под которой понимают формальное описание процесса, связывающее с ним
систему изменяющихся величин, взаимосвязь между которыми устанавливается с
помощью понятий и средств той или иной математической теории. Отличительной чертой
математической модели является ее универсальность. Модели, используемые при анализе
одних явлений, могут использоваться и при анализе явлений совершенно другой природы,
если последние описываются теми же уравнениями. Успешное применение
компьютерного эксперимента для решения сложных проблем определяется
использованием математических моделей, учитывающих многочисленные факторы их
связи и явления.
Компьютерная модель базируется на математической модели, но
позволяет по-разному представлять течение процесса на экране: с помощью графической,
текстовой и числовой информации. Если система управления программой не дает
возможности активно влиять на величины, с помощью которых моделируется процесс, а
ограничивается лишь заданием начальных значений этих величин и управлением окнами,
то речь идет о наблюдении за процессом. Если же система управления, кроме того,
позволяет по хода процесса изменять характеризирующие его величины, то речь идет об
экспериментальном изучении процесса.
Обладая всеми свойствами учебных моделей и являясь
источником информации, учебные компьютерные модели в то же время играют роль
объектов деятельности, осуществляемой через компьютер. Они являются эффективным
средством познавательной деятельности студентов, доступность которого открывает для
педагога широкие возможности по совершенствованию преподавания. Например,
совершенствование преподавания теоретической физики возможно с помощью
моделирующих программ, позволяющих студенту углубить понимание материала, самому
исследовать явление, задавая условия его протекания и изменяя физические параметры,
наблюдать и сравнивать полученные результаты, выяснять закономерности,
анализировать, делать выводы. При этом возможно обращение к тем аспектам науки,
которые либо невоспроизводимы, либо недоступны из-за сложности самих явлений, а
также трудоемкости в их математическом описании и представлении результатов.
Разработка компьютерного эксперимента напрямую связана с
использованием адекватных методов моделирования для описания на математическом
языке соответствующих процессов. Широко распространенными методами описания
вероятностных процессов в микроскопических системах является методы Монте-Карло и
молекулярной динамики.
Данные методы использовались нами для разработки
компьютерной лабораторной работы "Изучение процесса роста кристаллов", целью,
которой является формирование начальных представлений о сложном вероятностном
процессе роста кристаллов.
Лабораторная работа состоит из трех относительно
самостоятельных частей: теоретической, собственно лабораторная работа и
контролирующей. В теоретической части у обучаемого формируется необходимые в
дальнейшем понятия, которые вводятся на основе динамических изображений на дисплее.
После изучения теоретической части проводятся компьютерный эксперимент. Затем
обучаемый переходит к контролирующей части, составленной в виде теста, позволяющего
выяснить степень усвоения основных понятий данного раздела физики. По итогам теста
обучаемому выдается результат или сообщение о необходимости прохождения
повторного обучения.
Прислано на конференцию - 27.02.2003
|
|
|
