آزمایش کامپیوتری آزمایش کامپیوتری برای جان بخشیدن به تحولات طراحی جدید، معرفی راه حل های فنی جدید به تولید. توسعه روش شناختی "کاربرد مدل های تعاملی یک آزمایش فیزیکی در شکل گیری pr

^^ 1 منابع یادگیری الکترونیکی:

>/ توسعه و روش کاربرد در آموزش

UDC 004.9 BBK 420.253

آره. آنتونوا

اصول طراحی الگوهای یادگیری تعاملی یک آزمایش فیزیکی با استفاده از حداکثر تکنولوژی رابط واقعی

محتوای فعالیت پروژه دانش آموزان در توسعه مدل های تعاملی یک آزمایش فیزیکی مدرسه، اجرا شده در فناوری واقعی ترین رابط، در نظر گرفته شده است. اصول اصلی برای طراحی مدل‌های این نوع تعیین می‌شود: تجسم واقع‌بینانه از تنظیمات آزمایشی و عملکرد آن، اقدامات شبه واقع‌گرایانه با عناصر تنظیم و اشیاء فیزیکی مورد مطالعه، اطمینان از سطح بالایی از تعامل مدل و انطباق با سناریوی آن. راهکارهایی با روش تحقیق تجربی، با تمرکز بر شکل گیری مهارت های تعمیم یافته دانش آموزان در کار با مدل کامپیوتری. اهمیت رابطه بین رویکردهای روش‌شناختی و فناوری در طراحی مدل‌های تعاملی آموزشی اثبات شده است.

کلید واژه هاکلمات کلیدی: آموزش فیزیک، آزمایش فیزیکی، مهارت های تجربی، مدل تعاملی، اصول طراحی مدل های آموزشی آزمایش فیزیکی

تسلط بر درس فیزیک در دوره متوسطه باید بر اساس مشاهدات و آزمایش های متعدد (اعم از نمایشی و آزمایشگاهی) باشد. اجرای آزمایش ها به دانش آموزان اجازه می دهد تا حجمی از مطالب واقعی را برای سیستم سازی و تعمیم معنادار جمع آوری کنند و مهارت های عملی لازم را کسب کنند. دانش تجربی به دست آمده در جریان مشاهدات و آزمایشات پایه لازم برای درک نظری بعدی از ماهیت پدیده های طبیعی مورد مطالعه را تشکیل می دهد.

متأسفانه، مرحله دانش تجربی مرتبط با انجام آزمایش‌ها از نظر زمانی بسیار محدود در دبیرستان است. مقدار کار عملی مرتبط انجام شده توسط دانش آموزان نیز کم است (یک آزمایش فیزیکی نمایشی عمدتاً کار "توسط معلم" است، یک آزمایش آزمایشگاهی کم است، و آزمایش های خانگی به ندرت توسط معلمان در محتوای آموزش گنجانده می شود). محیط فنی مدرن نیز بر این وضعیت تأثیر منفی دارد. دانش آموزان را به مشاهده پدیده های طبیعی و مطالعه ویژگی های درس خود تشویق نمی کند. "دلیل این "بسته بندی" است

این پدیده ها به ابزارهای فنی پیچیده تبدیل می شوند که به دقت ما را احاطه کرده و به طور نامرئی نیازها و علایق ما را برآورده می کنند.

منابع محیط مجازی را می توان به عنوان یک ابزار اضافی مهم برای آموزش دانشجویان در زمینه روش شناسی تحقیق تجربی در نظر گرفت. اول از همه، باید به بهبود و گسترش پایه مواد ویدئویی (گزارش، مرحله‌بندی) مربوط به آزمایش‌های فیزیکی طبیعی (مشاهدات و آزمایش‌ها) توجه شود. یک دنباله ویدیویی واقع گرایانه به گسترش افق های تجربی دانش آموزان کمک می کند، دانش فیزیکی را در عمل زمینه ای و در تقاضا می کند. در آموزش، عکس ها و اشیاء گرافیک های کامپیوتری استاتیک و تعاملی مفید هستند که محتوا و مراحل تنظیم آزمایش های فیزیکی مختلف را نشان می دهند. لازم است انیمیشن آموزشی ایجاد شود که ویژگی های دوره پدیده های مورد مطالعه و همچنین عملکرد اشیاء مختلف فناوری از جمله دستگاه های فیزیکی را نشان دهد.

موضوع مورد توجه ویژه اشیاء محیط مجازی، شبیه سازی تجربه فیزیکی آموزشی و اقدامات عملی کاربر با دستگاه ها و مواد برای اجرای آن است. مجموعه ای از ویژگی های منحصر به فرد این محیط آموزشی (هوش، مدل سازی، تعامل، چند رسانه ای، ارتباط، عملکرد) به توسعه دهندگان اجازه می دهد تا این اشیاء را در سطح کیفی بالایی ایجاد کنند. مدل‌های آموزشی تعاملی یک آزمایش فیزیکی در بازار آموزشی مورد تقاضای زیادی هستند، بنابراین باید دائماً برای پر کردن محیط موضوعی با مدل‌هایی از این نوع تلاش کرد.

جستجو برای رویکردهایی برای ایجاد مدل‌های مجازی آزمایش‌های فیزیکی و اولین پیاده‌سازی آن‌ها به اوایل دهه 2000 بازمی‌گردد. در این دوره، چنین مدل هایی، به طور معمول، ساده ترین انیمیشنفرآیندهای فیزیکی طبیعی یا مراحل انجام یک آزمایش فیزیکی برای مطالعه آنها. بعداً مدل‌هایی با رابط متحرک دکمه‌ای ظاهر شدند که به کاربر اجازه می‌دهد پارامترهای مدل را تغییر داده و رفتار آن را مشاهده کند. به زودی، تجسم علائم بیرونی پدیده ها با تجسم مکانیسم های وقوع آنها تکمیل شد تا مفاد این یا آن نظریه فیزیکی را توضیح دهد که این پدیده ها را توضیح می دهد. یکی از ویژگی های بازنمایی بصری آزمایش های فیزیکی در محیط مجازی در این دوره، شماتیک بودن کافی آن بود. توجه به این نکته حائز اهمیت است که استفاده از آنالوگ های مدل شماتیک یک آزمایش فیزیکی در تدریس عمدتاً برای دانش آموزان دبیرستانی قابل قبول است، زیرا آنها دارای تفکر انتزاعی و تجربه کافی در انجام تحقیقات تجربی میدانی هستند. در مرحله اولیه تسلط بر درس فیزیک، کار با چنین اشیایی از محیط مجازی برای اکثر دانش آموزان بسیار دشوار است و اغلب منجر به شکل گیری ایده های نادرست در مورد ماهیت جریان پدیده های طبیعی و همچنین ناکافی می شود. درک روش های مطالعه تجربی آنها. ماهیت شماتیک مدل‌های آموزشی و شیوه سنتی مدیریت رفتار آنها برای پنجره‌های کاری (دکمه‌های انواع مختلف، فهرست‌ها، نوارهای پیمایشی و غیره) را قطعاً می‌توان به گروهی از دلایل تقاضای ناکافی و بازده پایین آنها در آموزش انبوه نسبت داد. تمرین.

در اواسط دهه اول قرن جدید، ساختار و عملکرد رابط دکمه-انیمیشن مدل های آموزشی به طور فعال بهبود یافت. پایگاه داده مدل ها با سناریوهای کاری کاملاً تعریف شده (از نظر ترکیب و توالی اقدامات) شروع به پر شدن با مدل های جدیدی کرد که به دانش آموزان اجازه می دهد به طور مستقل اهدافی را تعیین کنند و برنامه عملی برای دستیابی به آنها تعیین کنند. با این حال، تحولات کاملا انقلابی در عمل توسعه مدل های آموزشی از این نوع در آموزش داخلی تنها در اواخر دهه 2000 رخ داد. به لطف توسعه فناوری های مدل سازی مجازی، امکان بازتولید اشیاء فیزیکی در قالب سه بعدی در یک محیط مجازی فراهم شد و با گنجاندن رویه "کشیدن و dshp" در یک محیط مجازی، ایده هایی در مورد مدل فعالیت دانش آموز با مجازی ایجاد شد. اشیا شروع به تغییر کردند توسعه در جهت ارائه اقدامات شبه واقع گرایانه با این اشیا پیش رفت. معلوم شد که این به‌روزرسانی‌ها برای توسعه مدل‌های تعاملی آزمایش فیزیکی آموزشی بسیار مهم هستند. پیاده سازی یک روش تقریبا طبیعی برای کنترل عناصر یک تنظیمات آزمایشی مجازی و همچنین روند آزمایش به طور کلی امکان پذیر شد. به لطف فناوری کشیدن و رها کردن، ماوس و صفحه کلید کامپیوتر در واقع شروع به انجام عملکردهای "دست" آزمایشگر کردند. یک آزمایش سه بعدی تعاملی با فرآیند کنترل آزمایش شبه واقعی (حرکت، چرخش، چرخش، فشار دادن، مالش، تغییر شکل، و غیره) به عنوان یک معیار جدید در طراحی اشیاء یک محیط مجازی موضوعی تعیین شد. مزایای آن به عنوان یک کیفیت آموزشی به طور قابل توجهی بالاتر غیرقابل انکار بود.

ذکر این نکته ضروری است که با کمی تاخیر، روند بهبود گرافیک کامپیوتری در نمایش مدل‌های آزمایش‌های فیزیکی در حال انجام است. این در درجه اول به دلیل هزینه های بالای نیروی کار برای چنین کاری است. سطح پایین گرافیک کامپیوتری، این یا آن درجه از اختلاف بین تصاویر اشیاء و همتایان واقعی آنها تأثیر منفی بر روند انتقال دانش و مهارت های کسب شده توسط دانش آموزان در یک محیط آموزشی به اشیاء در محیط دیگر (از واقعی به مجازی و بد) می گذارد. برعکس). نمی توان انکار کرد که واقع گرایی یک مدل کامپیوتری می تواند و باید دارای درجه خاصی از محدودیت باشد. با این وجود، لازم است در یک محیط مجازی به راحتی "تصاویر قابل تشخیص" از اشیاء آموزشی واقعی مورد استفاده در انجام آزمایش های فیزیکی در مقیاس کامل ایجاد شود. مهم است که هر یک از این شیء را با در نظر گرفتن ویژگی‌ها و عملکردهای خارجی ضروری اجرا شده در آزمایش نشان دهیم. ترکیب تجسم واقع گرایانه مجموعه آزمایشگاه با اقدامات شبه واقع گرایانه آزمایشگر نوعی واقعیت مجازیتحقیقات تجربی است و تأثیر آموزشی کار دانش آموز در محیط مجازی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

بدیهی است با در نظر گرفتن سطح فعلی توسعه ابزارهای فناوری اطلاعات و فناوری سخت افزار، عناصر واقعیت مجازی در تحقیقات تجربی آموزشی به زودی جای خود را به واقعیت مجازی خواهد داد. دیر یا زود، تعداد کافی مدل سه بعدی از آزمایش های فیزیکی تعاملی برای فرآیند آموزشی در مدرسه و دانشگاه ایجاد خواهد شد. مدل سه بعدی آزمایشگاه فیزیکی پیاده سازی شده در محیط مجازی با تجسم واقعی تجهیزات آزمایشگاهی برای انجام تحقیقات و امکان انجام اقدامات و عملیات تجربی موردی واقع بینانه، ابزار اضافی موثری برای توسعه دانش، مهارت ها و توانایی های دانش آموزان در این زمینه است. روش شناسی

مطالعه تجربی. با این حال، باید به خاطر داشت که واقعیت مجازی مملو از اشیایی است که با دنیای بیرون تعامل ندارند.

تلاش‌ها برای توسعه مدل‌های نسل جدید برای آزمایش‌های فیزیکی آموزشی در حال انجام است. ایجاد آزمایشگاه تعاملی یک آزمایش فیزیکی، پیاده سازی شده در فناوری واقعیت مجازی، از نظر نرم افزاری و سخت افزاراین فرآیند و تولید واقعی محصول یک فعالیت بسیار زمان بر و پرهزینه است. در عین حال، کاملاً بدیهی است که با توسعه فناوری های ایجاد اشیاء یک محیط مجازی و در دسترس بودن این فناوری ها برای طیف گسترده ای از توسعه دهندگان، این مشکل حاد خود را از دست خواهد داد.

در حال حاضر، به لطف ظهور دسترسی آزادنسخه های رایگان (البته با عملکرد محدود) مدرن نرم افزارمدل‌سازی سه بعدی پویا از اشیاء محیط مجازی و همچنین ایجاد اشیاء آموزشی با استفاده از فناوری‌های واقعیت افزوده و واقعیت ترکیبی (ترکیبی) (یا به عبارت دیگر مجازی‌سازی افزوده) امکان‌پذیر شده است. بنابراین، برای مثال، در آخرین مورد، مدل‌های 2.5 بعدی تعاملی (با جلوه سه بعدی) یا مدل‌های سه بعدی واقعی اشیاء آموزشی روی یک دسکتاپ واقعی نمایش داده می‌شوند. توهم واقع گرایی در این مورد، کار مجازی انجام شده توسط دانش آموز به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

نیاز به ایجاد نسل جدیدی از مدل های آموزشی که با سطح بالایی از تعامل و واقعی ترین رابط مشخص می شود، اهمیت بحث در مورد جنبه های روش شناختی طراحی و توسعه آنها را تعیین می کند. این بحث باید بر اساس هدف این مدل‌ها ساخته شود فرآیند آموزشی، یعنی: 1) کسب اطلاعات آموزشی لازم در مورد اشیاء و فرآیندهای فیزیکی مورد مطالعه در یک محیط مجازی توسط دانش آموزان. 2) تسلط بر عناصر روش تحقیق تجربی (مراحل، اقدامات و عملیات فردی آن)، ادغام دانش روش شناختی و توسعه مهارت ها، تشکیل سطح لازم از تعمیم آنها. 3) اطمینان از انتقال کافی دانش و مهارت های به دست آمده در انتقال از اشیاء در مقیاس کامل محیط طبیعی به اشیاء مدل محیط مجازی (و بالعکس). 4) ترویج شکل گیری ایده های دانش آموزان در مورد نقش مدل سازی کامپیوتری در دانش علمی و مهارت های تعمیم یافته در کار با مدل های کامپیوتری.

اجرای یک آزمایش فیزیکی مدل در یک محیط یادگیری مجازی باید با در نظر گرفتن فن‌آوری‌های آموزشی مدرن برای شکل‌گیری دانش موضوعی و فرا موضوعی در دانش‌آموزان، مهارت‌های خاص و تعمیم‌یافته (هر دو سطح موضوعی و فرا موضوعی تعمیم) انجام شود. ، فعالیت های یادگیری جهانی و همچنین شایستگی های ICT. برای دستیابی به این هدف، نویسنده-توسعه دهنده یا گروهی از متخصصان شرکت کننده در ایجاد مدل های آزمایش فیزیکی باید دانش روش شناختی مناسبی داشته باشند. ما حوزه های این دانش را نشان می دهیم:

تجهیزات کلاس فیزیک مدرسه;

الزامات برای آزمایشات فیزیکی آزمایشگاهی و نمایشی؛

ساختار و محتوای فعالیت های آموزشی مربوط به انجام یک آزمایش فیزیکی؛

روش‌شناسی شکل‌گیری مهارت‌ها و توانایی‌های تجربی در دانش‌آموزان؛

دستورالعمل ها و روش های استفاده از ابزار ICT در طول آزمایش.

الزامات برای توسعه مدل های آموزشی تعاملی یک آزمایش فیزیکی؛

روش‌شناسی برای شکل‌گیری مهارت‌ها و توانایی‌های عمومی دانش‌آموزان برای کار با مدل‌های کامپیوتری؛

سازماندهی مطالعات تجربی آموزشی دانش آموزان در محیط مجازی بر اساس مدل های کامپیوتری.

در مرحله اول توسعه، لازم است یک مطالعه پیش از پروژه در مورد شی مدل سازی انجام شود: برای مطالعه پایه های فیزیکی پدیده های طبیعی مورد مطالعه در آزمایش. محتوا و روش اجرای یک آزمایش در مقیاس کامل مشابه (آموزشی، علمی) را در نظر بگیرید. توضیح ترکیب و ویژگی های تجهیزات، ابزار و مواد برای اجرای آن؛ تجزیه و تحلیل مدل ها - آنالوگ های تجربه فیزیکی طراحی شده، ایجاد شده توسط نویسندگان دیگر (در صورت وجود)، شناسایی مزایا و معایب آنها، و همچنین زمینه های ممکن برای بهبود. مهم است که در نهایت ترکیب مهارت‌های تجربی را که توصیه می‌شود در دانش‌آموزان بر اساس مدل ایجاد شده شکل دهند، تعیین کنیم.

در مرحله بعد، پروژه ای برای رابط پنجره کار مدل ایجاد می شود که شامل تمام عناصر استاتیک و تعاملی و همچنین عملکرد آنها می شود. طراحی رابط مبتنی بر مدل های روش شناختی دانش فیزیکی و فعالیت های آموزشی است که در علم آموزشی با طرح های تعمیم یافته نشان داده می شود: یک پدیده فیزیکی (شیء، فرآیند)، تحقیقات تجربی و اجرای مراحل فردی آن، توسعه دستورالعمل های آموزشی، کار با یک مدل کامپیوتری

در واقع، توسعه مدل آزمایش آموزشی بر اساس فناوری های نمایش و پردازش اطلاعات، محیط ها و زبان های برنامه نویسی انتخاب شده برای هر مورد انجام می شود.

در پایان کار، مدل تست و اصلاح می شود. مرحله تایید الگوی مجازی در فرآیند آموزشی واقعی به منظور آزمون اثربخشی آموزشی آن حائز اهمیت است.

اجازه دهید کلی ترین اصول را برای طراحی مدل های آموزشی تعاملی آزمایش های فیزیکی با استفاده از فناوری واقع بینانه ترین رابط فرموله کنیم.

1. تجسم واقع گرایانه از تنظیمات آزمایشی (شیء مورد مطالعه، دستگاه های فنی، دستگاه ها و ابزارها). یک آنالوگ بصری یک تنظیم در مقیاس کامل برای انجام آزمایش مدل روی یک میز آزمایشگاه مجازی قرار می گیرد. در تعدادی از موارد خاص، می توان یک مدل واقعی از شرایط میدانی آزمایش ایجاد کرد. سطح جزئیات در هر تصویرسازی باید توجیه شود. معیارهای اصلی در این مورد عناصر تصویر خارجی آن هستند که برای درک کافی از نصب و عناصر اصلی عملکرد ضروری هستند. برای به دست آوردن یک تصویر واقعی، توصیه می شود از تنظیمات آزمایشی و بخش های جداگانه آن، عکس هایی از اشیاء مورد مطالعه در آزمایش و همچنین ابزارها و مواد لازم برای آزمایش عکس بگیرید. ویژگی های عکسبرداری توسط فناوری انتخاب شده برای مدل سازی اشیاء در یک محیط مجازی (مدل سازی دو بعدی یا سه بعدی) تعیین می شود. در برخی موارد، ممکن است لازم باشد که ساختار داخلی یک دستگاه تجسم شود. قبل از اینکه تصاویر را بتوان در رابط مدل قرار داد، معمولاً مورد نیاز است پردازش اضافیبا استفاده از ویرایشگرهای مختلف

2. مدلسازی واقعی از عملکرد نصب و پدیده فیزیکی مورد مطالعه در آزمایش. تحقق این نیاز با تجزیه و تحلیل کامل دوره آزمایش در مقیاس کامل، مطالعه عملکرد هر یک از عناصر تنظیم آزمایشی و تجزیه و تحلیل روند وقوع یک پدیده فیزیکی که روی آن بازتولید شده است، همراه است. است توسعه لازممدل‌های فیزیکی و ریاضی اجزای عملکردی مجموعه آزمایشی، و همچنین اشیا و فرآیندهای مورد مطالعه در آزمایش.

3. شبه واقع گرایی اعمال دانش آموز با عناصر چیدمان آزمایشی و اشیاء فیزیکی مورد مطالعه. مدل یک آزمایش فیزیکی باید به دانش آموزان اجازه دهد تا پدیده های فیزیکی را در حالت دستکاری های واقعی با تجهیزات مجازی کشف کنند و الگوهایی را در دوره خود شناسایی کنند. روی انجیر 1 نمونه ای از چنین مدلی را نشان می دهد (""، درجه 7).

برنج. 1. مدل تعاملی "تعادل نیروها روی اهرم" (پروژه دانش آموز E.S. Timofeev، PSGPU، Perm، فارغ التحصیلی 2016)

زمینه کاری این مدل شامل یک اهرم نمایشی با تعلیق و مهره های متعادل کننده و همچنین مجموعه شش وزنه 100 گرمی است که دانش آموز با استفاده از فناوری کشیدن و رها کردن می تواند: 1) با بازکردن یا سفت کردن اهرم اهرم را متعادل کند. متعادل کردن مهره ها با حرکات کشویی در امتداد انتهای آنها (بالا، پایین). 2) بارها را به طور مداوم از چوب لباسی آویزان کنید. 3) تعلیق ها را با بار حرکت دهید تا اهرم به تعادل برسد. 4) کالا را از اهرم خارج کرده و به ظرف برگردانید. در طول آزمایش، دانش آموز جدول «تعادل نیروها روی اهرم» را که روی تخته ارائه شده است پر می کند (شکل 1 را ببینید). توجه داشته باشید که این مدل رفتار واقعی اهرم را زمانی که تعادل مختل می شود، بازتولید می کند. اهرم در هر مورد با افزایش سرعت حرکت می کند.

روی انجیر 2 مدل آموزشی دیگری را نشان می دهد ("برق شدن اجسام" ، درجه 8). هنگام کار با این مدل، دانش آموز مبتنی بر فناوری کشیدن و رها کردن می تواند همین کار را انجام دهد

اقدامات آزمایشی، مانند نصب در مقیاس کامل. در زمینه کاری مدل، می توانید هر یک از چوب های برق دار (بنیت، شیشه، شیشه ارگانیک یا موم آب بند، برنج) را انتخاب کنید، آن را با مالش بر روی یکی از مواد روی میز (خز، لاستیک، کاغذ یا کاغذ) برق دهید. ابریشم). درجه الکتریکی شدن چوب به دلیل مدت زمان اصطکاک می تواند متفاوت باشد. هنگامی که میله به هادی الکترومتر می رسد، فلش آن منحرف می شود (برق شدن توسط نفوذ). میزان انحراف سوزن به درجه برق دار شدن چوب و فاصله تا الکترومتر بستگی دارد.

برنج. 2. مدل "برق شدن اجسام". نصب برای آزمایش مدل:

الف) "سطح کلان" تظاهرات؛ ب) "سطح خرد" تظاهرات (پروژه توسط دانش آموز A.A. Vasilchenko، PSGPU، Perm، فارغ التحصیل در سال 2013)

شارژ الکترومتر با دست زدن به چوب امکان پذیر است. با آوردن بعدی همان چوب برق دار به الکترومتر شارژ شده از آن، انحراف فلش افزایش می یابد. هنگامی که یک چوب با یک بار علامت متفاوت به این الکترومتر آورده می شود، انحراف سوزن کاهش می یابد.

با استفاده از این مدل، می توان نحوه شارژ یک الکترومتر را با لمس یک "دست مجازی" نشان داد. برای انجام این کار، یک چوب برق دار در کنار هادی قرار می گیرد که پس از لمس "دست" هادی الکترومتر، آن را جدا می کنند. می توان متعاقباً علامت بار این الکترومتر را با استفاده از الکتریسیته از طریق نفوذ تعیین کرد.

یک مدل تعاملی از یک آزمایش نمایشی در مورد الکتریکی شدن اجسام (از طریق تأثیر، با لمس) اجازه می دهد تا در حالت دستکاری های واقع گرایانه با تجهیزات مجازی، تعامل اجسام برق گرفته را بررسی کنیم و در مورد وجود بارهای دو نوع نتیجه گیری کنیم. (یعنی در مورد الکتریسیته "شیشه" و "رزین"، یا اینکه فولاد چگونه بعداً در مورد بارهای الکتریکی مثبت و منفی صحبت می کند).

4. تجسم مکانیسم پدیده. اجرای این اصل در صورت نیاز به تبیین مبانی نظریه پدیده مورد مطالعه برای دانشجویان انجام می شود. به عنوان یک قاعده، اینها ایده آل سازی های مجازی هستند. اظهار نظر در مورد شرایط چنین ایده آل سازی در ارجاع به مدل مهم است. به طور خاص، در مدلی که در بالا برای برق انداختن اجسام ذکر شد

راه اندازی "سطح خرد" نمایش اجرا شد (شکل 2b). در راه اندازی سطح داده شدهعلامت شارژ نمایش داده می شود عناصر منفردالکترومتر و مقدار شرطی این شارژ (به دلیل تعداد بیشتر یا کمتر علائم "+" و "-" روی هر یک از عناصر الکترومتر). هدف کار در حالت "ریز سطح" کمک به دانش آموز برای توضیح اثرات مشاهده شده برقی شدن اجسام بر اساس ایده هایی در مورد ساختار ماده است.

5. اطمینان از سطح بالایی از تعامل مدل. سطوح احتمالی تعامل مدل های آموزشی در کار شرح داده شده است. هنگام توسعه مدل‌های آزمایش فیزیکی با واقعی‌ترین رابط، توصیه می‌شود روی سطوح بالایی از تعامل (سوم، چهارم) تمرکز کنید که درجه آزادی کافی را برای کارآموزان فراهم می‌کند. این مدل باید هم راه‌حل‌های سناریویی ساده (کار بر اساس دستورالعمل‌ها) و هم برنامه‌ریزی مستقل توسط دانش‌آموزان برای هدف و دوره آزمایش را امکان پذیر کند. استقلال فعالیت با انتخاب دلخواه از اشیاء و شرایط تحقیق در محدوده پیشنهادی و همچنین انواع اقدامات با عناصر مدل ارائه می شود. هر چه این دامنه ها گسترده تر باشد، هم خود فرآیند تحقیق و هم نتیجه آن برای دانشجویان غیرقابل پیش بینی تر می شود.

6. اجرای الگوهای فعالیت آموزشی. ساختار فعالیت مشاهده و تحقیقات تجربی در علم روش شناسی با طرح های تعمیم یافته نشان داده می شود. تمام عناصر رابط یک مدل واقعی از یک آزمایش فیزیکی و عملکرد آنها باید با در نظر گرفتن این طرح ها توسعه یابد. اینها برنامه های کلی برای اجرای یک آزمایش فیزیکی و اقدامات فردی در ترکیب آن (انتخاب تجهیزات، برنامه ریزی آزمایش، اندازه گیری، طراحی جداول انواع مختلف، ساخت و تجزیه و تحلیل نمودارهای وابستگی عملکردی، فرمول نتیجه گیری) هستند. همچنین طرح های تعمیم یافته برای مطالعه پدیده های فیزیکی و اشیاء فنی. این رویکرد برای توسعه مدل به دانش‌آموزان اجازه می‌دهد تا به طور کامل و روش‌شناختی با یک مجموعه آزمایشی مجازی کار کنند. کار با مدل در این مورد به شکل گیری مهارت های تعمیم یافته در دانش آموزان در انجام آزمایش های فیزیکی کمک می کند.

مدل های تعاملی، ساخته شده در فناوری واقعی ترین رابط، به عنوان یک قاعده، برای دانش آموزان در نظر گرفته شده است که تمام عیار را انجام دهند. کار آزمایشگاهی. ماهیت شبه واقع گرایانه مدل و مطابقت عملکرد آن با محتوا و ساختار مطالعه تجربی، در نتیجه انتقال نسبتاً آسان دانش و مهارت های کسب شده توسط دانش آموزان در محیط مجازی به محیط آزمایشگاه واقعی را فراهم می کند. . این با این واقعیت تضمین می شود که در جریان یک آزمایش مجازی در محیطی از نظر بصری و عملکردی نزدیک به واقعی، دانش آموزان مدارس اقدامات معمول خود را انجام می دهند: آنها با تجهیزات آموزشی آشنا می شوند، در برخی موارد آن را انتخاب می کنند و تنظیمات آزمایشی را مونتاژ می کنند (کامل یا جزئی)، آزمایش را انجام دهید ("تاثیر" لازم را بر روی شی مورد مطالعه ارائه دهید، از ابزارها خوانش کنید، جداول داده ها را پر کنید و محاسبات را انجام دهید)، و در پایان آزمایش، نتیجه گیری را تدوین کنید. تمرین نشان داده است که دانش آموزان متعاقباً کار مشابهی را با دستگاه های مشابه در آزمایشگاه مدرسه با موفقیت انجام می دهند.

7. طراحی و توسعه مدل با در نظر گرفتن طرح کلی کار دانش آموزان با مدل کامپیوتری. یک طرح کلی برای کار با یک مدل کامپیوتری در آثار ارائه شده است. از یک طرف، چنین طرحی اقدامات کلیدی کاربر را با هر کدام تعریف می کند

مدل در مطالعه خود، از سوی دیگر، محتوای مراحل کار ارائه شده در آن به توسعه‌دهنده مدل نشان می‌دهد که چه عناصر رابطی باید ایجاد شود تا از سطح بالایی از تعامل آن و کارایی آموزشی مورد نیاز اطمینان حاصل شود.

کار آموزشی با مدل‌های تعاملی توسعه‌یافته بر اساس این اصل، شکل‌گیری مهارت‌های تعمیم‌یافته مناسب را در دانش‌آموزان تضمین می‌کند، به آنها اجازه می‌دهد تا به طور کامل از قدرت توضیحی و پیش‌بینی مدل‌سازی به عنوان یک روش شناخت قدردانی کنند.

توجه داشته باشید که این طرح تعمیم یافته توصیه می شود هنگام تهیه دستورالعمل برای کار آزمایشگاه مجازی اعمال شود. روش تهیه کتابچه راهنمای آموزشی بر اساس چنین طرحی در کار آمده است.

8. اصل مدولار تشکیل مواد آموزشی برای سازماندهی کار مستقل دانش آموزان با مدل های کامپیوتری. توصیه می شود یک مدل تعاملی از یک آزمایش فیزیکی در ماژول آموزشی گنجانده شود که یک چرخه آموزشی نسبتاً کامل را تعریف می کند (شکل 3) (ارائه مطالب آموزشیدر قالب اطلاعات مختصر نظری و تاریخی (شکل 4). توسعه دانش و مهارت های دانش آموزان بر اساس مدل، ارائه، در صورت مشکل، نمونه هایی از فعالیت ها یا نشانه هایی از اشتباهات انجام شده در طول کار (شکل 1). خودکنترلی نتایج تسلط بر مطالب آموزشی با استفاده از آزمون تعاملی (شکل 5).

وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیهدپارتمان آموزشی چند رسانه ای دانشگاه علوم انسانی و آموزشی دولتی پرم و فناوری اطلاعاتدانشکده فیزیک

بازوی اهرمی. تعادل نیروها روی اهرم

دانشجوی گروه MH

تیموفیف اوگنی سرگیویچ

سرپرست

دکتر لد نیوک، پروفسور

اوسپنیکوا النا واسیلیونا

برنج. 3. ماژول آموزشی تعاملی "تعادل قدرت روی اهرم": عنوان و فهرست مطالب (پروژه توسط دانش آموز E.S. Timofeev، PSGPU، Perm)

بازوی اهرمی. تعادل نیروها روی اهرم

اهرم بدنه ای سفت و سخت است که می تواند به دور یک تکیه گاه ثابت بچرخد.

شکل 1 اهرمی را نشان می دهد که محور چرخش O (نقطه تکیه گاه) آن بین نقاط اعمال نیروهای A و B قرار دارد. شکل 2 نمودار این اهرم را نشان می دهد. نیروهای p1 و وارد بر اهرم در یک جهت هدایت می شوند.

بازوی اهرمی. تعادل نیروها روی اهرم

اهرم زمانی که نیروهای وارد بر آن معکوس شوند در حالت تعادل است. متناسب با بازوهای این نیروها.

این را می توان به شکل یک فرمول نوشت:

من ¡^ که در آن p1 و Pr نیرو هستند،

عمل بر روی اهرم، "2 b و \r - شانه های این نیروها.

قانون تعادل اهرمی توسط دانشمند یونان باستان ارشمیدس، فیزیکدان، ریاضیدان و مخترع ایجاد شد.

برنج. 4. ماژول آموزشی تعاملی "تعادل نیروها روی اهرم": اطلاعات نظری(پروژه دانش آموز E.S. Timofeev، PSGPU، Perm)

کدام یک از ابزارهای نشان داده شده از اهرم استفاده نمی کند؟

1) یک نفر بار را جابجا می کند #

3) پیچ و مهره

2) پدال ماشین

4) قیچی

برنج. 5. ماژول آموزشی تعاملی "تعادل قدرت روی اهرم": آزمونی برای خودکنترلی (پروژه دانش آموز E.S. Timofeev، PSGPU، Perm)

مدل تعاملی بخش اصلی ماژول است، سایر بخش‌های آن ماهیت همراهی دارند.

در حین اجرای آزمایش مجازی، نتایج کار دانش آموزان رصد می شود. اقدامات اشتباه "آزمایشگر" باید باعث ایجاد "واکنش" واقع بینانه شی فیزیکی یا تاسیسات آزمایشگاهی مورد بررسی شود. در برخی موارد، این واکنش را می توان با یک پاپ آپ جایگزین کرد پیام متنیو همچنین سیگنال های صوتی یا تصویری. توصیه می شود توجه دانش آموزان را به اشتباهات انجام شده در محاسبات و هنگام پر کردن جداول داده های تجربی جلب کنید. می توان اقدامات اشتباه انجام شده را شمارش کرد و نظر دانش آموز را در پایان کار بر اساس نتایج آن ارائه کرد.

در چارچوب ماژول، ناوبری راحت باید سازماندهی شود و انتقال سریعی را برای کاربر به اجزای مختلف آن فراهم کند.

اصول فوق برای طراحی مدل های آموزشی تعاملی یک آزمایش فیزیکی، اصلی ترین آنها هستند. ممکن است با توسعه فناوری های ایجاد اشیاء محیط مجازی و روش های مدیریت این اشیا، ترکیب و محتوای این اصول اصلاح شود.

پیروی از اصول فرموله‌شده در بالا، ایجاد مدل‌های آموزشی تعاملی با کارایی آموزشی بالا را تضمین می‌کند. مدل‌های یک آزمایش فیزیکی که در فناوری واقعی‌ترین رابط پیاده‌سازی شده‌اند، در واقع عملکرد شبیه‌سازها را انجام می‌دهند. ایجاد چنین شبیه‌سازی‌هایی بسیار زمان‌بر است، اما این هزینه‌ها کاملاً موجه هستند، زیرا در نتیجه، زمینه وسیعی از تمرینات تجربی اضافی برای دانش‌آموزان فراهم می‌شود که نیازی به حمایت مادی، فنی، سازمانی و روش‌شناختی خاصی ندارد. تجسم واقع گرایانه و عملکرد مجموعه آزمایشی، اقدامات شبه واقع گرایانه دانش آموزان با عناصر آن به شکل گیری ایده های کافی در مورد عمل واقعی تحقیقات تجربی کمک می کند. هنگام طراحی چنین مدل هایی، فن آوری هایی برای مدیریت کار آموزشی دانش آموزان تا حد معینی اجرا می شود (رویکرد سیستماتیک برای ارائه اطلاعات آموزشی و سازماندهی فعالیت های آموزشی، پشتیبانی از کار مستقل در سطح اطلاع از اقدامات اشتباه یا ارائه (اگر لازم) دستورالعمل های آموزشی، ایجاد شرایط برای خودکنترلی سیستماتیک و در دسترس بودن کنترل نهایی سطح جذب مواد آموزشی).

توجه به این نکته مهم است که مدل‌های تعاملی یک آزمایش فیزیکی جایگزین نسخه کامل آن نیستند. این فقط یک مورد دیگر است ابزار آموزشیطراحی شده برای تکمیل سیستم ابزار و فن آوری برای شکل گیری تجربه دانش آموزان در مطالعه تجربی پدیده های طبیعی.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. آنتونوا بله. سازماندهی فعالیت های پروژه ای دانش آموزان برای توسعه مدل های تدریس تعاملی در فیزیک برای دبیرستان // آموزش علوم طبیعی، ریاضیات و انفورماتیک در دانشگاه و مدرسه: coll. مواد X بین المللی علمی -تمرین conf. (31 اکتبر - 1 نوامبر 2017). - تومسک: TSPU: 2017. - ص. 77 - 82.

2. Antonova D.A., Ospennikova E.V. سازماندهی کار مستقل دانشجویان یک دانشگاه آموزشی در زمینه استفاده از فناوری یادگیری مولد // آموزش آموزشی در روسیه. -2016. - شماره 10. - س 43 - 52.

3. Bayandin D.V. محیط یادگیری مجازی: ترکیب و توابع // آموزش عالی در روسیه. - 2011. - شماره 7. - ص. 113 - 118.

4. Bayandin D.V., Mukhin O.I. کارگاه مدل و کتاب مسئله تعاملی در فیزیک بر اساس سیستم STRATUM - 2000 // کامپیوتر برنامه های یادگیریو نوآوری - 2002. - شماره 3. - S. 28 - 37.

5. Ospennikov N.A., Ospennikova E.V. انواع مدل های کامپیوتری و جهت استفاده در آموزش فیزیک // بولتن دانشگاه آموزشی دولتی تومسک. -2010. - شماره 4. - س 118 - 124.

6. Ospennikov N.A., Ospennikova E.V. شکل گیری رویکردهای تعمیم یافته در کار با مدل ها در دانشجویان // ایزوستیا از دانشگاه فدرال جنوبی. علوم تربیتی. -2009. - شماره 12- ص. 206 - 214.

7. Ospennikova E.V. استفاده از فناوری اطلاعات و ارتباطات در آموزش فیزیک در مقطع متوسطه: ابزار. - م.: بینوم. آزمایشگاه دانش - 2011. - 655 ص.

8. Ospennikova E.V. عملکرد روش شناختی آزمایش آزمایشگاه مجازی // انفورماتیک و آموزش. - 2002. - شماره 11. - S. 83.

9. Ospennikova E.V., Ospennikov A.A. توسعه مدل های کامپیوتری در فیزیک با استفاده از فناوری واقعی ترین رابط //فیزیک در سیستم آموزش مدرن(FSSO - 2017): مواد کارآموز XIV. conf. - روستوف n / a: DSTU، 2017. - ص. 434 - 437.

10. Skvortsov A.I., Fishman A.I., Gendenshtein L.E. کتاب درسی چند رسانه ای فیزیک برای دبیرستان // فیزیک در سیستم آموزش مدرن (FSSO - 15): مواد کارآموز XIII. conf. - سن پترزبورگ: انتشارات سن پترزبورگ. GU، 2015. - S. 159 - 160.

آزمایش رایانه ای آزمایش رایانه ای برای جان بخشیدن به پیشرفت های جدید طراحی، معرفی راه حل های فنی جدید در تولید، یا آزمایش ایده های جدید، یک آزمایش لازم است. در گذشته نه چندان دور، چنین آزمایشی را می‌توان در شرایط آزمایشگاهی بر روی امکاناتی که مخصوص آن ایجاد شده است یا در طبیعت انجام داد. بر روی یک نمونه واقعی از محصول، آن را در معرض انواع آزمایشات قرار دهید. این نیاز به هزینه و زمان زیادی دارد. کمک آمد تحقیق کامپیوتریمدل ها. هنگام انجام آزمایش رایانه ای، صحت مدل های ساختمان بررسی می شود. رفتار مدل برای پارامترهای مختلف شی مورد مطالعه قرار می گیرد. هر آزمایش با درک نتایج همراه است. اگر نتایج یک آزمایش کامپیوتری با مفهوم مسئله حل شده مغایرت داشته باشد، باید خطا را در مدلی که نادرست انتخاب شده یا در الگوریتم و روش حل آن جستجو کرد. پس از شناسایی و رفع خطاها، آزمایش کامپیوتری تکرار می شود. برای جان بخشیدن به پیشرفت های طراحی جدید، معرفی راه حل های فنی جدید به تولید یا آزمایش ایده های جدید، یک آزمایش لازم است. در گذشته نه چندان دور، چنین آزمایشی را می‌توان در شرایط آزمایشگاهی بر روی امکاناتی که مخصوص آن ایجاد شده است یا در طبیعت انجام داد. بر روی یک نمونه واقعی از محصول، آن را در معرض انواع آزمایشات قرار دهید. این نیاز به هزینه و زمان زیادی دارد. شبیه سازی های کامپیوتری به کمک آمدند. هنگام انجام آزمایش رایانه ای، صحت مدل های ساختمان بررسی می شود. رفتار مدل برای پارامترهای مختلف شی مورد مطالعه قرار می گیرد. هر آزمایش با درک نتایج همراه است. اگر نتایج یک آزمایش کامپیوتری با مفهوم مسئله حل شده مغایرت داشته باشد، باید خطا را در مدلی که نادرست انتخاب شده یا در الگوریتم و روش حل آن جستجو کرد. پس از شناسایی و رفع خطاها، آزمایش کامپیوتری تکرار می شود.

یک مدل ریاضی به عنوان سیستمی از همبستگی های ریاضی فرمول ها، معادلات نابرابری ها و غیره درک می شود که ویژگی های اساسی یک شی یا فرآیند را منعکس می کند. یک مدل ریاضی به عنوان سیستمی از همبستگی های ریاضی فرمول ها، معادلات نابرابری ها و غیره درک می شود که ویژگی های اساسی یک شی یا فرآیند را منعکس می کند.

مدل‌سازی مسائل از حوزه‌های موضوعی مختلف مدل‌سازی مسائل از حوزه‌های موضوعی مختلف اقتصاد اقتصاد اقتصاد نجوم نجوم فیزیک فیزیک فیزیک بوم‌شناسی بوم‌شناسی زیست‌شناسی زیست‌شناسی زیست‌شناسی زیست‌شناسی جغرافیای جغرافیایی جغرافیا

کارخانه ماشین سازی که محصولات را به قیمت های قراردادی به فروش می رساند، با صرف مقدار معینی پول برای تولید، مقدار مشخصی درآمد دریافت می کرد. نسبت سود خالص به وجوه سرمایه گذاری شده را تعیین کنید. کارخانه ماشین سازی که محصولات را به قیمت های قراردادی به فروش می رساند، با صرف مقدار معینی پول برای تولید، مقدار مشخصی درآمد دریافت می کرد. نسبت سود خالص به وجوه سرمایه گذاری شده را تعیین کنید. بیان مسئله بیان مسئله هدف از مدلسازی بررسی فرآیند تولید و فروش محصولات به منظور کسب بیشترین سود خالص است. با استفاده از فرمول های اقتصادی، نسبت سود خالص به وجوه سرمایه گذاری شده را پیدا کنید. هدف از مدل سازی بررسی فرآیند تولید و فروش محصولات به منظور کسب بیشترین سود خالص است. با استفاده از فرمول های اقتصادی، نسبت سود خالص به وجوه سرمایه گذاری شده را پیدا کنید.

پارامترهای اصلی شی شبیه سازی عبارتند از: درآمد، هزینه، سود، سودآوری، مالیات بر سود. پارامترهای اصلی شی شبیه سازی عبارتند از: درآمد، هزینه، سود، سودآوری، مالیات بر سود. داده های اولیه: داده های اولیه: درآمد B; درآمد B; هزینه ها (هزینه) S. هزینه ها (هزینه) S. پارامترهای دیگر را با استفاده از وابستگی های اقتصادی اصلی پیدا خواهیم کرد. ارزش سود به عنوان تفاوت بین درآمد و هزینه P=B-S تعریف می شود. ما پارامترهای دیگر را با استفاده از وابستگی های اقتصادی اصلی خواهیم یافت. ارزش سود به عنوان تفاوت بین درآمد و هزینه P=B-S تعریف می شود. سودآوری r با فرمول محاسبه می شود: سودآوری r با فرمول محاسبه می شود: سود مربوط به سطح حاشیه سودآوری 50% 50% هزینه تولید S است، یعنی. S*50/100=S/2، بنابراین مالیات بر سود N به صورت زیر تعریف می شود: S*50/100=S/2، بنابراین مالیات بر سود N به صورت زیر تعریف می شود: اگر r

تجزیه و تحلیل نتایج تجزیه و تحلیل نتایج مدل حاصل، بسته به سودآوری، امکان تعیین مالیات بر سود، محاسبه خودکار مقدار سود خالص و یافتن نسبت سود خالص به وجوه سرمایه گذاری شده را می دهد. مدل به دست آمده اجازه می دهد تا بسته به سودآوری، مالیات بر سود را تعیین کند، به طور خودکار مقدار سود خالص را مجدداً محاسبه کند و نسبت سود خالص به وجوه سرمایه گذاری شده را پیدا کند. آزمایش کامپیوتری انجام شده نشان می دهد که نسبت سود خالص به وجوه سرمایه گذاری شده با افزایش درآمد افزایش می یابد و با افزایش هزینه تولید کاهش می یابد. آزمایش کامپیوتری انجام شده نشان می دهد که نسبت سود خالص به وجوه سرمایه گذاری شده با افزایش درآمد افزایش می یابد و با افزایش هزینه تولید کاهش می یابد.

یک وظیفه. یک وظیفه. سرعت سیارات در مدار خود را تعیین کنید. برای این کار یک مدل کامپیوتری از منظومه شمسی بسازید. بیان مسئله هدف از شبیه سازی تعیین سرعت سیارات در مدار است. شی مدلسازی منظومه شمسی که عناصر آن سیارات هستند. ساختار درونی سیارات در نظر گرفته نشده است. ما سیارات را عناصری با ویژگی های زیر در نظر خواهیم گرفت: نام; R فاصله از خورشید است (در واحدهای نجومی، واحدهای نجومی میانگین فاصله زمین تا خورشید) است. t دوره چرخش به دور خورشید (در سال) است. V سرعت حرکت در طول مدار (واحدهای نجومی/سال) است، با این فرض که سیارات به صورت دایره‌ای با سرعت ثابت به دور خورشید حرکت می‌کنند.

تجزیه و تحلیل نتایج تجزیه و تحلیل نتایج 1. تجزیه و تحلیل نتایج محاسبات. آیا می توان ادعا کرد که سیاراتی که به خورشید نزدیکتر هستند سرعت مداری بیشتری دارند؟ 1. نتایج محاسبات را تجزیه و تحلیل کنید. آیا می توان ادعا کرد که سیاراتی که به خورشید نزدیکتر هستند سرعت مداری بیشتری دارند؟ 2. مدل ارائه شده از منظومه شمسی ایستا است. هنگام ساخت این مدل، ما از تغییرات فاصله سیارات تا خورشید در طول حرکت مداری آنها غافل شدیم. برای دانستن اینکه کدام سیاره دورتر است و چه روابط تقریبی بین فواصل وجود دارد، این اطلاعات کاملاً کافی است. اگر بخواهیم فاصله بین زمین و مریخ را تعیین کنیم، نمی‌توانیم از تغییرات زمانی غافل شویم و در اینجا باید از یک مدل پویا استفاده کنیم. 2. مدل ارائه شده از منظومه شمسی ایستا است. هنگام ساخت این مدل، ما از تغییرات فاصله سیارات تا خورشید در طول حرکت مداری آنها غافل شدیم. برای دانستن اینکه کدام سیاره دورتر است و چه روابط تقریبی بین فواصل وجود دارد، این اطلاعات کاملاً کافی است. اگر بخواهیم فاصله بین زمین و مریخ را تعیین کنیم، نمی‌توانیم از تغییرات زمانی غافل شویم و در اینجا باید از یک مدل پویا استفاده کنیم.

آزمایش کامپیوتری داده های اولیه را در مدل کامپیوتری وارد کنید. (به عنوان مثال: = 0.5؛ = 12) چنین ضریب اصطکاکی را پیدا کنید که در آن ماشین به سمت پایین حرکت کند (در یک زاویه معین). چنین زاویه ای را پیدا کنید که در آن ماشین روی کوه بایستد (برای یک ضریب اصطکاک معین). اگر نیروی اصطکاک نادیده گرفته شود چه نتیجه ای حاصل خواهد شد. تجزیه و تحلیل نتایج این مدل کامپیوتری به شما امکان می دهد به جای آزمایش فیزیکی، یک آزمایش محاسباتی انجام دهید. با تغییر مقادیر داده های اولیه، می توانید تمام تغییرات رخ داده در سیستم را مشاهده کنید. جالب است بدانید که در مدل ساخته شده، نتیجه نه به جرم خودرو و نه به شتاب سقوط آزاد بستگی ندارد.

یک وظیفه. یک وظیفه. تصور کنید که روی زمین تنها یک منبع آب شیرین وجود خواهد داشت - دریاچه بایکال. بایکال تا چند سال آب برای جمعیت کل جهان فراهم می کند؟ تصور کنید که روی زمین تنها یک منبع آب شیرین وجود خواهد داشت - دریاچه بایکال. بایکال تا چند سال آب برای جمعیت کل جهان فراهم می کند؟

توسعه مدل توسعه مدل برای ساخت یک مدل ریاضی، اجازه دهید داده های اولیه را تعریف کنیم. نشان می دهد: برای ساخت یک مدل ریاضی، داده های اولیه را تعریف می کنیم. بیایید نشان دهیم: V حجم دریاچه بایکال کیلومتر مکعب است. V حجم دریاچه بایکال کیلومتر مکعب است. N - جمعیت زمین 6 میلیارد نفر. N - جمعیت زمین 6 میلیارد نفر. p - مصرف آب در روز برای هر نفر (به طور متوسط) 300 لیتر. p - مصرف آب در روز برای هر نفر (به طور متوسط) 300 لیتر. از 1 لیتر = 1 dm3 آب، تبدیل V آب دریاچه از km3 به dm3 ضروری است. V (km3) \u003d V * 109 (m3) \u003d V * 1012 (dm3) از 1l. = 1 dm3 آب، تبدیل V آب دریاچه از km3 به dm3 ضروری است. V (km3) \u003d V * 109 (m3) \u003d V * 1012 (dm3) نتیجه تعداد سالهایی است که جمعیت زمین از آبهای دریاچه بایکال استفاده می کند که با g نشان داده می شود. پس g=(V*)/(N*p*365) حاصل تعداد سالهایی است که جمعیت زمین از آبهای دریاچه بایکال استفاده می کنند، g را نشان می دهیم. بنابراین g=(V*)/(N*p*365) صفحه گسترده در حالت نمایش فرمول به این صورت است: صفحه گسترده در حالت نمایش فرمول به این صورت است:

یک وظیفه. یک وظیفه. برای تولید واکسن، قرار است کشت باکتری در گیاه پرورش داده شود. مشخص است که اگر جرم باکتری x g باشد، در یک روز به اندازه (a-bx)x g افزایش می یابد که ضرایب a و b به نوع باکتری بستگی دارد. این گیاه روزانه میلی گرم باکتری را برای نیازهای تولید واکسن جمع آوری می کند. برای ترسیم یک برنامه مهم است که بدانیم جرم باکتری ها پس از 1، 2، 3، ...، 30 روز چگونه تغییر می کند.برای تولید واکسن، کشت باکتری در گیاه برنامه ریزی شده است. . مشخص است که اگر جرم باکتری x g باشد، در یک روز به اندازه (a-bx)x g افزایش می یابد که ضرایب a و b به نوع باکتری بستگی دارد. این گیاه روزانه میلی گرم باکتری را برای نیازهای تولید واکسن جمع آوری می کند. برای ترسیم یک برنامه، مهم است که بدانید جرم باکتری ها پس از 1، 2، 3، ...، 30 روز چگونه تغییر می کند.

بیان مسئله بیان مسئله هدف مدل سازی فرآیند تغییر جمعیت بسته به زمان است. این فرآیند تحت تأثیر عوامل بسیاری است: محیط، وضعیت مراقبت های پزشکی، وضعیت اقتصادی کشور، وضعیت بین المللی و بسیاری موارد دیگر. دانشمندان با جمع‌بندی داده‌های جمعیت‌شناختی، تابعی را استخراج کرده‌اند که وابستگی جمعیت به زمان را بیان می‌کند: هدف مدل‌سازی فرآیند تغییر جمعیت بسته به زمان است. این فرآیند تحت تأثیر عوامل بسیاری است: محیط، وضعیت مراقبت های پزشکی، وضعیت اقتصادی کشور، وضعیت بین المللی و بسیاری موارد دیگر. دانشمندان با جمع‌بندی داده‌های جمعیت‌شناختی، تابعی را استخراج کردند که وابستگی جمعیت به زمان را بیان می‌کند: f(t)=که ضرایب a و b برای هر ایالت متفاوت است، f(t)= جایی که ضرایب a و b متفاوت است. برای هر حالت، e پایه لگاریتم طبیعی است. e پایه لگاریتم طبیعی است. این فرمول فقط تقریباً واقعیت را منعکس می کند. برای یافتن مقادیر ضرایب a و b می توانید از دفترچه راهنمای آماری استفاده کنید. با گرفتن مقادیر f(t) (جمعیت در زمان t) از کتاب مرجع، تقریباً می توان a و b را انتخاب کرد تا مقادیر نظری f(t) محاسبه شده با فرمول تفاوت چندانی با فرمول نداشته باشد. داده های واقعی در کتاب مرجع این فرمول فقط تقریباً واقعیت را منعکس می کند. برای یافتن مقادیر ضرایب a و b می توانید از دفترچه راهنمای آماری استفاده کنید. با گرفتن مقادیر f(t) (جمعیت در زمان t) از کتاب مرجع، تقریباً می توان a و b را انتخاب کرد تا مقادیر نظری f(t) محاسبه شده با فرمول تفاوت چندانی با فرمول نداشته باشد. داده های واقعی در کتاب مرجع

استفاده از رایانه به عنوان ابزاری برای فعالیت های آموزشی امکان بازنگری در رویکردهای سنتی برای مطالعه بسیاری از مسائل علوم طبیعی، تقویت فعالیت های تجربی دانش آموزان، نزدیک کردن فرآیند یادگیری به فرآیند واقعی شناخت را فراهم می کند. تکنولوژی مدل سازی استفاده از رایانه به عنوان ابزاری برای فعالیت های آموزشی امکان بازنگری در رویکردهای سنتی برای مطالعه بسیاری از مسائل علوم طبیعی، تقویت فعالیت های تجربی دانش آموزان، نزدیک کردن فرآیند یادگیری به فرآیند واقعی شناخت را فراهم می کند. تکنولوژی مدل سازی حل مسائل از حوزه های مختلف فعالیت انسانی در رایانه نه تنها بر اساس دانش دانش آموزان از فناوری مدل سازی، بلکه البته بر دانش این حوزه موضوعی است. در این راستا، پس از مطالعه مطالب در مورد یک موضوع آموزشی عمومی توسط دانش آموزان، انجام دروس الگوبرداری پیشنهادی به مصلحت تر است، معلم علوم کامپیوتر نیاز به همکاری با معلمان حوزه های مختلف آموزشی دارد. تجربه انجام دروس باینری شناخته شده است، یعنی. دروسی که توسط یک معلم انفورماتیک به همراه یک معلم موضوعی برگزار می شود. حل مسائل از حوزه های مختلف فعالیت انسانی در رایانه نه تنها بر اساس دانش دانش آموزان از فناوری مدل سازی، بلکه البته بر دانش این حوزه موضوعی است. در این راستا، پس از مطالعه مطالب در مورد یک موضوع آموزشی عمومی توسط دانش آموزان، انجام دروس الگوبرداری پیشنهادی به مصلحت تر است، معلم علوم کامپیوتر نیاز به همکاری با معلمان حوزه های مختلف آموزشی دارد. تجربه انجام دروس باینری شناخته شده است، یعنی. دروسی که توسط یک معلم انفورماتیک به همراه یک معلم موضوعی برگزار می شود.

مراحل اصلی توسعه و تحقیق مدل ها در رایانه

استفاده از رایانه برای مطالعه مدل های اطلاعاتی اشیا و فرآیندهای مختلف به شما امکان می دهد تا تغییرات آنها را بسته به مقدار پارامترهای خاص مطالعه کنید. فرآیند توسعه مدل ها و تحقیقات آنها بر روی کامپیوتر را می توان به چند مرحله اصلی تقسیم کرد.

در مرحله اول مطالعه یک شی یا فرآیند، معمولاً یک مدل اطلاعات توصیفی ساخته می شود. چنین مدلی از نقطه نظر اهداف مطالعه (اهداف شبیه سازی)، ویژگی های شی را برجسته می کند و از ویژگی های غیر ضروری غفلت می کند.

در مرحله دوم، یک مدل رسمی ایجاد می شود، یعنی یک مدل اطلاعات توصیفی با استفاده از زبان رسمی نوشته می شود. در چنین مدلی به کمک فرمول ها، معادلات، نابرابری ها و غیره، روابط رسمی بین مقادیر اولیه و نهایی خصوصیات اشیاء ثابت می شود و محدودیت هایی نیز بر مقادیر مجاز این ویژگی ها اعمال می شود. .

با این حال، یافتن فرمول هایی که به صراحت مقادیر مورد نظر را بر حسب داده های اولیه بیان می کنند، همیشه ممکن نیست. در چنین مواردی، تقریبی روش های ریاضی، امکان به دست آوردن نتایج با دقت معین را فراهم می کند.

در مرحله سوم، رسمی مدل اطلاعاتیآن را به یک مدل کامپیوتری تبدیل کنید، یعنی آن را به زبانی قابل فهم برای کامپیوتر بیان کنید. مدل‌های رایانه‌ای عمدتاً توسط برنامه‌نویسان توسعه داده می‌شوند و کاربران می‌توانند آزمایش‌های رایانه‌ای را انجام دهند.

در حال حاضر، مدل های بصری تعاملی کامپیوتری به طور گسترده استفاده می شود. در این گونه مدل ها محقق می تواند شرایط و پارامترهای اولیه فرآیندها را تغییر دهد و تغییراتی را در رفتار مدل مشاهده کند.

سوالات تستی

در چه مواردی می توان مراحل جداگانه ساخت و تحقیق یک مدل را حذف کرد؟ نمونه هایی از ایجاد مدل در فرآیند یادگیری را بیان کنید.

تحقیق در مورد مدل های کامپیوتری تعاملی

در مرحله بعد، تعدادی از مدل‌های تعاملی آموزشی را که توسط PHYSICON توسعه داده شده‌اند، در نظر خواهیم گرفت دوره های آموزشی. مدل های آموزشی PHYSICON بر روی CD-ROM و در قالب پروژه های اینترنتی ارائه شده است. کاتالوگ مدل های تعاملی شامل 342 مدل در پنج مبحث فیزیک (106 مدل)، نجوم (57 مدل)، ریاضی (67 مدل)، شیمی (61 مدل) و زیست شناسی (51 مدل) می باشد. برخی از مدل های موجود در اینترنت در http://www.college.ru تعاملی هستند، در حالی که برخی دیگر فقط با تصاویر و توضیحات ارائه می شوند. تمام مدل ها را می توان در قسمت مربوطه یافت دوره های آموزشیروی سی دی ها

2.6.1. تحقیق در مورد مدل های فیزیکی

بیایید روند ساخت و تحقیق یک مدل را با استفاده از مثال یک مدل پاندول ریاضی که ایده‌آلی‌سازی یک آونگ فیزیکی است، در نظر بگیریم.

مدل توصیفی کیفی. می توانیم مفروضات اصلی زیر را فرموله کنیم:

بدنه معلق بسیار کوچکتر از طول نخی است که روی آن آویزان شده است.

نخ نازک و غیر قابل امتداد است که جرم آن در مقایسه با جرم بدن ناچیز است.

زاویه انحراف بدن کوچک است (به طور قابل توجهی کمتر از 90 درجه).

هیچ اصطکاک چسبناکی وجود ندارد (آونگ به داخل نوسان می کند

مدل رسمی برای رسمی کردن مدل، از فرمول های شناخته شده در دوره فیزیک استفاده می کنیم. دوره T نوسانات یک آونگ ریاضی برابر است با:

جایی که I طول نخ است، g شتاب سقوط آزاد است.

مدل کامپیوتر تعاملی این مدل نوسانات آزاد یک آونگ ریاضی را نشان می دهد. در زمینه ها، می توان طول نخ I، زاویه φ0 انحراف اولیه آونگ و ضریب اصطکاک ویسکوز b را تغییر داد.

فیزیک باز

2.3. ارتعاشات رایگان

مدل 2.3. آونگ ریاضی

فیزیک باز

قسمت 1 (DOR روی سی دی) IZG

مدل تعاملی آونگ ریاضی با کلیک بر روی دکمه Start راه اندازی می شود.

انیمیشن حرکت بدن و نیروهای فعال، نمودارهای وابستگی زمانی مختصات زاویه ای یا سرعت، نمودارهای انرژی پتانسیل و جنبشی ترسیم شده است (شکل 2.2).

این را می توان در مشاهده کرد ارتعاشات رایگانو همچنین برای نوسانات میرا در حضور اصطکاک ویسکوز.

لطفا توجه داشته باشید که نوسانات آونگ ریاضی هستند. هارمونیک فقط در دامنه های به اندازه کافی کوچک

% pI f2mfb ~ f

برنج. 2.2. مدل تعاملی یک آونگ ریاضی

http://www.physics.ru

2.1. کار عملی یک آزمایش کامپیوتری با یک تعاملی انجام دهید مدل فیزیکیدر اینترنت ارسال شده است.

2.6.2. مطالعه مدل های نجومی

مدل هلیوسنتریک منظومه شمسی را در نظر بگیرید.

مدل توصیفی کیفی. مدل هیلوسنتریک جهان کوپرنیک به زبان طبیعی به صورت زیر فرموله شد:

زمین به دور محور خود و خورشید می چرخد.

همه سیارات به دور خورشید می چرخند

مدل رسمی نیوتن با کشف قانون گرانش جهانی و قوانین مکانیک و نوشتن آنها در قالب فرمول‌ها، سیستم خورشید مرکزی جهان را رسمیت بخشید:

F = y. Wl_F = m a. (2.2)

مدل کامپیوتری تعاملی (شکل 2.3). مدل دینامیک سه بعدی چرخش سیارات منظومه شمسی را نشان می دهد. خورشید در مرکز مدل به تصویر کشیده شده است، در اطراف آن سیارات منظومه شمسی قرار دارند.

4.1.2. چرخش سیارات خورشیدی

سیستم های. مدل 4.1 منظومه شمسی (DOR روی سی دی) "Open Astronomy"

این مدل روابط واقعی مدار سیارات و گریز از مرکز آنها را حفظ می کند. خورشید در کانون مدار هر سیاره قرار دارد. توجه داشته باشید که مدارهای نپتون و پلوتون همدیگر را قطع می کنند. به تصویر کشیدن همه سیارات در یک پنجره کوچک به طور همزمان بسیار دشوار است، بنابراین، حالت های عطارد ... مریخ و مشتری ... L، Luton و همچنین حالت All planets ارائه شده است. انتخاب حالت لازم با استفاده از سوئیچ مربوطه انجام می شود.

هنگام حرکت، می توانید مقدار زاویه دید را در پنجره ورودی تغییر دهید. با تنظیم زاویه دید بر روی 90 درجه می توانید ایده ای از خارج از مرکز واقعی مدارها به دست آورید.

می توانید با خاموش کردن نمایش نام سیارات، مدار آنها یا سیستم مختصات نشان داده شده در گوشه بالا سمت چپ، ظاهر مدل را تغییر دهید. دکمه Start مدل را شروع می کند، دکمه Stop آن را مکث می کند و دکمه Reset آن را به حالت اولیه باز می گرداند.

برنج. 2.3. مدل تعاملی سیستم هلیوسنتریک

D "سیستم مختصات C مشتری ... پلوتون! ■ / نام سیارات C. عطارد ... مریخ | زاویه دید 55!" / مدار سیارات همه سیارات

وظیفه برای خودشکوفایی

http://www.college.ru 1SCHG

کار عملی یک آزمایش کامپیوتری با یک مدل نجومی تعاملی که در اینترنت منتشر شده است، انجام دهید.

مطالعه مدل های جبری

مدل رسمی در جبر، مدل‌های رسمی با استفاده از معادلات نوشته می‌شوند که حل دقیق آن‌ها بر اساس جستجوی تبدیل‌های معادل عبارات جبری است که امکان بیان یک متغیر را با استفاده از یک فرمول فراهم می‌کند.

راه حل های دقیق فقط برای برخی معادلات از یک نوع خاص (خطی، درجه دوم، مثلثاتی و غیره) وجود دارد، بنابراین برای اکثر معادلات، باید از روش های حل تقریبی با دقت معین (گرافیک یا عددی) استفاده کرد.

به عنوان مثال، یافتن ریشه معادله sin (x) = 3 * x - 2 با تبدیل های جبری معادل غیرممکن است. با این حال، چنین معادلاتی را می توان تقریباً با روش های گرافیکی و عددی حل کرد.

از توابع رسم می توان برای تقریب حل معادلات استفاده کرد. برای معادلات شکل fi(x) = f2(x)، که در آن fi(x) و f2(x) برخی از توابع پیوسته هستند، ریشه (یا ریشه) این معادله نقطه (یا نقاط) تقاطع نمودارهای تابع

حل گرافیکی چنین معادلاتی را می توان با ساخت مدل های کامپیوتری تعاملی انجام داد.

توابع و نمودارها ریاضیات باز

مدل 2.17

حل معادلات (DER روی سی دی)

مدل کامپیوتر تعاملی معادله ای را در قسمت ورودی بالا به شکل fi(x) = f2(x) وارد کنید، برای مثال sin(x) = 3-x - 2.

روی دکمه حل کلیک کنید. در حالی که منتظر. نموداری از قسمت های راست و چپ معادله رسم می شود، ریشه ها با نقاط سبز مشخص می شوند.

برای وارد کردن معادله جدید روی دکمه Reset کلیک کنید. اگر هنگام ورود اشتباه کنید، پیام مربوطه در پنجره پایین ظاهر می شود.

برنج. 2.4. مدل کامپیوتری تعاملی حل گرافیکی معادلات

برای خودشکوفایی

http://www.mathematics.ru Ш1Г

کار عملی یک آزمایش کامپیوتری با یک مدل ریاضی تعاملی که در اینترنت ارسال شده است، انجام دهید.

مطالعه مدل های هندسی (پلان متری)

مدل رسمی مثلث ABC مستطیل نامیده می شود که یکی از زوایای آن (مثلاً زاویه B) قائم باشد (یعنی برابر با 90 درجه). ضلع مثلثی که در مقابل زاویه قائمه قرار دارد، هیپوتنوز نامیده می شود. دو طرف دیگر پا هستند.

قضیه فیثاغورث بیان می کند که در یک مثلث قائم الزاویه مجموع مربع های پاها برابر است با مجذور هیپوتانوس: AB2 + BC2 = AC.

مدل کامپیوتر تعاملی (شکل 2.5). مدل تعاملی روابط اصلی را در یک مثلث قائم الزاویه نشان می دهد.

راست گوشه. ریاضیات باز

مدل 5.1. قضیه فیثاغورس

Planimetry V51G (TsOR روی CD)

با ماوس می توانید نقطه A (در جهت عمودی) و نقطه C (در جهت افقی) را حرکت دهید. طول اضلاع یک مثلث قائم الزاویه، اندازه گیری درجه زاویه نشان داده شده است.

با استفاده از دکمه نماد پروژکتور فیلم، می توانید انیمیشن را با تغییر به حالت نمایشی مشاهده کنید. دکمه Start آن را شروع می کند، دکمه Stop آن را مکث می کند و دکمه Reset انیمیشن را به حالت اولیه باز می گرداند.

دکمه با نماد دست، مدل را به حالت تعاملی برمی‌گرداند.

برنج. 2.5. مدل ریاضی تعاملی قضیه فیثاغورث

وظیفه برای خودشکوفایی

http://www.mathematics.ru |Y|G

کار عملی یک آزمایش کامپیوتری با یک مدل پلان سنجی تعاملی که در اینترنت ارسال شده است، انجام دهید.

مطالعه مدل های هندسی (کلیشه سنجی)

مدل رسمی منشوری که قاعده آن متوازی الاضلاع باشد متوازی الاضلاع نامیده می شود. وجوه متضاد هر متوازی الاضلاع مساوی و موازی هستند. متوازی الاضلاع اگر تمام وجوه آن مستطیل باشد مستطیل نامیده می شود. یک متوازی الاضلاع مستطیلی با لبه های مساوی مکعب نامیده می شود.

سه یال بیرون آمده از یک راس مکعب را ابعاد آن می نامند. مربع

قطر یک متوازی الاضلاع مستطیلی برابر با مجموع مربعات ابعاد آن است:

2 2.12، 2 a = a + b + c

حجم یک متوازی الاضلاع مستطیلی برابر با حاصل ضرب ابعاد آن است:

مدل کامپیوتر تعاملی با کشیدن نقاط با ماوس می توانید ابعاد جعبه را تغییر دهید. مشاهده کنید که چگونه طول قطر، مساحت سطح و حجم متوازی الاضلاع با تغییر طول اضلاع آن تغییر می کند. پرچم Direct یک جعبه دلخواه را به یک مربع مستطیلی تبدیل می کند و پرچم مکعب آن را به یک مکعب تبدیل می کند.

ریاضیات باز.

مدل 6.2. استریومتری)