Физикадағы зертханалық жұмыстарды компьютерде модельдеу

УДК 53.072; 004.942

Физика және информатика пәндерінің оқытушысы Серікова Назерке Рымбекқызы

ФИЗИКА ПӘНІНЕН ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСТАРДЫ КОМПЬЮТЕРДЕ МОДЕЛЬДЕУ.

Семей қаласы, «Шығыс Қазақстан технология колледжі» КМҚК

ТүйіндемеБерілген жұмыста физикалық білім беруді активизациялау, оның ішінде зертханалық практикумды ұйымдастыруды жетілдіру бойынша мәселелердің қатарын шешу үшін физикалық процестерге моделдеу жасауда компьютерлерді қолдану ерекшеліктері қарастырылған.РезюмеВ данной работе рассматривается особенности применения компьютера для активации физического знания, в том числе для решения ряд проблем улучшения организации физических практикумов путем моделирования физических процессов

ResumeIn hired examined to the feature of application of computerfor activating of physical knowledge, including for a decisionrow of problems of improvement of organization of physicalpractical works by the design of physical processes

Студенттерді қазіргі заманғы ақпараттар ағымының жеделдеп артуымен техника дамуы жағдайындағы өмірге дайындауда және олардың дүниетанымын қалыптастыруда физиканы жалпы білім беретін пән ретінде зерделеудің үлкен мәні бар. Қоғам өмірінің барлық саласына дерлік компьютерлер енуде, денсаулық сақтау, тамақ өнеркәсібі, құрастыру, күрделі ғылыми, өндіріс, әскери құрал-жабдықтарды жасау мен өңдеу сияқты адам қызметінің көптеген салаларына үнемі өзгеру үстіндегі жаңа технологиялар қарқынды енгізілуде, көптеген мамандықтар лазерлермен, роботтармен байланысты. Сондықтан физика сияқты іргелі ғылымның негіздерімен қаруланудың студенттер үшін шешуші мәні бар.

Физика – жеке тұлғаның ақыл-ой қабілетінің көзін ашу және оның үздіксіз дамуы мен жетілуін қамтамасыз ететін пәннің бірі.

Кредиттік технология бойынша мамандарды даярлау оқу-әдістемелік жұмысын ұйымдастыруда жаңа концептуальдық негіздерді өңдеу мен оқу процесіне қазіргі заманғы ақпараттық - коммуникативті технологияларды енгізу өзектілігімен шартталады. Компьютерлерді қолдану пәнді оқыту процесін белсендіріп, жаңа материалды меңгеруін жеңілдетеді, яғни студенттердің білімін тереңдетеді және оқыту сапасын жоғарылатады.

Теориялық курстың ең маңызды тақырыптарын, практикалық және зертханалық сабақтардың материалдарын оқыту процесінде стандартты, арнайы бағдарламалар қолданылады. Компьютерлік технологиялардың қолданылуымен құрылған оқыту жүйелері оқытудың техникалық құралдарының арнайы түріне жатады және олар оқытушының еңбегін жеңілдетуге, оны қиын жұмыстан босатуға бағытталған. Компьютерлік бағдарламаларды сәтті қолдану үшін арнайы жабдықталған кабинеттердің құрылуы және пәндердің бағдарламалық қамтамасыздануы қажет.

Техникалық мамандықтары бойынша білім алатын студенттер үшін компьютерді қолдану маңызды:

1) зертханалық базаның жеткіліксіздігі немесе болмауы;

2) өзінің кәсіптік және өмірлік тәжірибе аспектісінде пәнді игеруші студенттердің нақты, ассоциативті ойлауы.

Бірінші ерекшелік нақты зертханалық жұмыстардың орнына компьютерлік, интерактивті модельдеуді қолдану қажеттілігімен шартталады. Екінші ерекшелік нақты физикалық есептердің компьютерлік, виртуальдық модельдеу қажеттілігін туғызады. Автоматтандырылған оқыту жүйелері дәрістік курста қосымша және түсініктеме ретінде, практикалық сабақтарда білімдерді аралық бақылауда, зертханалық жұмыстарды жүргізуде автоматизациялау үшін қолданылады.

Техникалық мамандықтар үшін басты жұмыс формасының бірі болып табылатын зертханалық сабақтар (практикум) білім берудің мәселелер қатарын шешуін қамтамасыз етеді:

- оқытылатын пәннің теориялық жағдайларын тәжірибе жүзінде дәлелдеу;

- негізгі заңдылықтарды түсінуді қамтамасыздандыру;

- ғылыми зерттеулерге кәсіптік қадамды қалыптастыру;

- болашақ мамандарға тәжірибелік қызмет дағдыларын игерту.

Шеберлік потенциалын, кәсіптік дағдыларды жоғарлату білімдерді практикада қолдану кезінде толықтай жүзеге асады. Зертханалық практикум студенттердің теория мен практиканың органикалық бірлігінің тануына мүмкіндік береді, тәжірибелік ғылым дамуының бағыттарымен таныстырады, ғылыми зерттеушілік және өздік шеберлік жұмысына қызығушылықты дамытады. Компьютерлік оқыту жүйелері зертханалық сабақтарды өткізудің барлық сатыларында кең қолдануы мүмкін: тәжірибені жоспарлау, мәліметтерді өңдеу мен талдау, зерттеу нәтижелерін безендіру.

Физикалық процестерді компьютерлік модельдеу электрондық техниканың ерекше мүмкіндіктерінің бірі болып табылады. Физикалық процестерді модельдеу өзектілігі келесі жағдайлармен шартталынады: экспериментті жүзеге асыру күрделі техниканы қажет ететіндігі немесе мүлде мүмкін болмайтындығы. Сол уақытта компьютерлік техниканы қолдану жаңа есептерді құрастырудың кең болжамдылығын ашады, оларға күрделі математикалық өрнектерді талдауды қажет ететін және тек сандық шешімге ие болатын есептерді жатқызуға болады.

Модельдеу әдісі қазіргі заман ғылымында және соның ішінде физикада, химияда, биологияда, кибернетикада, көптеген техникалық ғылымдарда алған мәніне байланысты модельдеу тақырыбына философияның және таным әдістемесінің қызығушылығын тудырды. Модельдеу ғылыми танымның ерекше құралы және формасы ретінде XIX немесе XX ғасырдың туындысы болып табылмайды. Атомдар, олардың формасы және бірігу тәсілдерi туралы, атом құйындары және жауындары туралы, өзара iлiніскен дөңгелек және тегiс немесе iлмектi бөлшектерді ұсыну арқылы әр түрлi заттардың физикалық қасиеттерiн түсiндiру туралы Демокрит пен Эпикурдiң ұсыныстары, заттың атомының ядролық - электрондық құрылысын көрсететін қазiргi үлгiлердiң болашақ үлгiлерi болып табылады. Дәл қазір модельдеу әдісі қолданылмайтын адамзат қызметінің аумағын атау мүмкін емес. Модельдеу – табиғатты танудың тиімді құралы.

Физикалық процестер мысалдары арқылы моделдеу әдiсiнiң барлық кезеңдерiн студенттерге өте көрнекi көрсетуге болады. Сол мақсатта келесі процестерді қарастырамыз. Атап айтсақ: 1. Дененің бір қалыпты қозғалысын модельдеу 2. Дененің бірқалыпты үдемелі қозғалысын модельдеу 3. Математикалық маятник мысалында тербелмелі қозғалысты модельдеу 4. Горизонтқа бұрыш жасай лақтырылған дене қозғалысын модельдеу 5. Екінші ретті дифференциал теңдеуді сандық әдіспен шешу. Серіппелі маятник тербелісі 6. Орта кедергісін есептей отырып дененің құлауын модельдеу.

Мен мысал ретінде осы қарастырылған процестеріміздің біреуін келтіріп отырмын.

1-мысал. Дененің бір қалыпты қозғалысын модельдеу

Белгілі бір тұрақты constυ жылдамдығы бар дене қозғалысы сияқты физикалық процестің модельденуін қарастыралық. Жылдамдықтың ешқандай сипаттамасы (бағыты және шамасы) өзгермейтіндіктен, қозғалыс түзу сызық бойымен өтетін болады, яғни түзу сызықты болады. Осы түзу бойымен Ох осін сәйкестендірелік. Әр секунд сайын дененің x координатасы бірдей өсімше алып отырады, сондықтан уақыттың кез келген мезетінде былай табылатын болады: x υx*t, мұндағы υx - жылдамдық векторының Ох осіне проекциясы. Егер уақыттың бастапқы мезетінде (t00) дене орны санақ басымен сәйкес келмесе, онда теңдеу түрі мынадай болады: x(t)x0+υx*t. Жылдамдық векторының проекциясы – алгебралық шама, яғни ол Ох осімен жылдамдық векторының қандай α бұрыш құруына байланысты теріс және оң бола алуы. Егер α = 0° болса,…