Оқытуда компьютерлік модельдеу түсінігі
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 4
1.Оқытуда компьютерлік модельдеу түсінігі ... ... ... ... ... ... . 6
1.1 Компьютерлік модельдеу бағдарламасын пайдаланудыңартықшылықтары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 6
1.2 Компьютерлік модельдеу бағдарламаларының түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... 10
1.3 Физиканы оқытуда компьютерлік технологияны қолданудың қазіргі жағдайы мен бағыттары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13
2. Физикалық процестерді 3D компьютерлік модельдеу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 23
2.1 Үшөлшемді модельдеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23
2.2 Физикалық процестерді компьютерлік модельдеу негіздері ... ... ... ... ... ... 26
2.3Жалпы физика бөлімдеріндегі компьютерлік модельдеу әдістері ... ... ... ... 34
3. ЖOбAны экOнOмикAлық нEгIздEрі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 49
3.1 Бaғдaрлaмaлық өнiмдi құрyдaғы шығындaр ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 49
3.2 Жaлпы шығындaр eceбi ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 54
3.3 Еңбек қауіпсіздігі негіздері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 55
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 66
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 69
Кіріспе
Зерттеу жұмысының көкейкестілігі. Қазіргі уақытта елімізді бәсекеге қабілетті дамыған мемлекет болуға дайындау мақсатында, жастардың сауаттылығын арттырып, барлық жеткіншек ұрпақтың толыққанды білім алуына үлкен көңің бөлінеді. Тәуелсіз елдің тірегі білімді ұрпақ- демекші. Жаңа дәуірде басты мәселе білімді беру, ғылымды дамыту.
Қазақстан Республикасының Білім туралы Заңында: Білім беру жүйесінің басты міндеті ұлттық және жалпы азаматтық құндылықтар, ғылым мен практика жетістіктері негізінде жеке адамды қалыптастыруға және кәсіби шыңдауға бағытталған білім алу үшін қажетті жағдайлар: оқытудың жаңа технологияларын енгізу, білім беруді ақпараттандыру, халықаралық ғаламдық коммуникациялық желілерге шығу деп білім беру жүйесін одан әрі дамыту міндеттерін көздейді. Сондықтан, қазіргі даму кезеңі білім беру жүйесінің алдында оқыту үрдісі технологияландыру мәселесін қойып отыр. Заман талабына сай білім оқу орындарында білім мазмұнын, оның құрылымдық жүйесін жақсарту білім реформасының жүзеге асуының басты шарты.
Электронды есептеу машинасын пайдаланып пәндерді (солардың ішінде физиканы) тиімді оқытудың әртүрлі жолдары мен амалдары іздестірілуде. Физика пәні жаратылыстану ғылымдарының ішінде техникаға, өндірісті автоматтаңдыру мен компьютерлендіруге ең жақын ғылым екендігі белгілі. Физиканың жастарды тәрбиелеуде, талант-қабілетін ашып дамытуда алатын орны ерекше. Соған қарамастан оқушылардың физикаға деген қызығушылығы азайып, жаратылыстану пәндері бойынша алған білім сапасы төмендеп кетті. Бұлардың көптеген себептері бар: солардың ішінде ең бастыларының бірі - физиканы оқыту әдістемесінің жаңа өзгерген жағдайға бейімделе алмауында болып отыр.
Расында да, мектеп физикасы біртұтас оқу пәні ретінде білімнің классикалық үлгілерімен қатар, ғылымның қазіргі кезеңіне сәйкес келетін жаңалықтарын да қамтиды. Соңғыларына атомдық, ядролық және кванттық физикаға байланысты материалдар жатады. Бұл материалдар қазіргі физиканың білімдік негізін құрай отырып, дүниенің біртұтас физикалық көрінісін беруде де, ғылыми-техникалық төңкеріс жасауда да, жаңа технологияларды игеруде де орасан зор рөл атқарады.
Бұл жұмыста оқушылардың оқу- танымдық белсенділігін, жоғары деңгейін қамтамасыз ету үшін физика пән мұғалімдерінің оқу процесіне компьютерлік модельдеу бағдарламасын қолданудың тиімді тәсілдері көрсетілген.
Аталған мәселелерді жүзеге асыру бағытымен дипломдық жұмыстың тақырыбы Денелердің өзара әрекеттесу заңдылығтарын 3D графикада бейнелеу деп таңдалған.
Зерттеудің мақсаты: білім алушыларға компьютерлік модельдеу программаларында жұмыс жасауды үйрету жәнефизика пәнін оқытудың сапасын арттыру.
Зерттеудің міндеттері:
білім берудің сапасын арттыру жолдарының негіздерін зерделеу;
жаңа компьютерлік модельдеу программаларына салыстырмалы талдау
жасау арқылы оқытудың ақпараттық технологиясының мүмкіндіктерін айқындау;
оқытудың жаңа ақпараттық технологиясын информатика пәніне оқытуға
қолданудың әдістемелік жүйесін жасақтау.
Зерттеудің нысаны: жалпы білім беретін мектептер.
Зерттеудің пәні: 3Dмодельдеу программасынқолданып оқушылардың білім сапасын арттыру.
Жұмысымыздың ғылыми жаңалығы:
білім беру негізінде жаңа технологиянегіздері қарастырылды;
жаңа 3D программаларға салыстырмалы талдау жасалды және оқытуды
ақпараттық технологиясының мүмкіндіктерін айқындады;
оқудың жаңа ақпараттық технологиясын пайдалануда физика пәніне
оқытуға арналған әдістемелік жүйесі жасақталды.
Жұмыстың құрылымы: диплом жұмысы кіріспе, үш тарау, қорытынды және пайдаланған әдебиеттерден тұрады.
Оқытуда компьютерлік модельдеу түсінігі
Компьютерлік модельдеу бағдарламасын пайдаланудың артықшылықтары
Бастапқыда модель деп анықталған жағдайда объектіні алмастыратын қандай да бір көмекші объекті аталған. Сондықтан табиғат заңдарының әмбебаптығы, модельдеудің жалпылығы, және біздің білімдерімізді модель түрінде бейнелеудің мүмкіндіктері сәйкессіз болды.
Уақыт өте келе объектілірді жасанды сызбалардың, суреттердің, карталардың модельдік ерекшеліктері арқылы сипаттала бастады. Келесі қадамда модель ретінде нақты объект ғана емес абстрактылы, идеялық құрылымдардың да жұмыс істеу мүмкіндіктері белгілі болды. Мұның мысалы математикалық модельдер бола алады. Математика негіздерін зерттеумен айналысатын математиктер мен философтардың еңбектерінің нәтижесінде модельдер теориясы жасалды. Онда модель бір абстрактылы математикалық құрылымның басқасына бейнелену, түрлендіру нәтижесі болып анықталады.
ХХ ғасырда модель түсінігі нақты және идеялық модельдерді қатар қамтитындай болып жалпыланды. Сондықтан, абстрактылы модель түсінігі математикалық модельдер шеңберінен шығып, әлем туралы білімдер мен танымдардың барлығына қатысты болды. Модель түсінігінің айналасындағы кең талқылыаудың қазіргі кезде жалғасып отырғандағын естен шығармау қажет. Бастапқыда ақпараттық, кибернетикалық бағыттардағы ғылыми пәндер аясында, содан соң ғылымның басқа да салаларында түрлі тәсілдермен іске асырылатын модель ретінде танылды. Негізінде модель білімнің мәнін нақтылау тәсілі ретінде қарастырылады.
Модель - қaсиеттері белгілі бір мaғынaдaғы жүйенің немесе процесстің қасиеттеріне ұқсас объектілер немесе процесстер жүйесі; сериялы бұйымдарды жаппай өндіруге арналған үлгі, эталон; кез-келген бір объекті жұмысы, мыс., процессордың жұмыс істеуін модельдейтін порграмма немесе құрылғы. Ол материалдық объект түрінде, математикалық байланыстар жүйесі ретінде немесе құрылымды имитациялайтын программа күйінде құрастырылады да, қарастырылатын объектінің жұмыс істеуін зерттеу үшін қолданылады. Модельге қойылатын негізгі талап - оның қасиеттерінің негізгі объектіге сәйкес келуі, яғни барабарлығы. [1]
Модельдеу - кез-келген құбылыстардың, процесстердің немесе объект жүйелерінің қасиеттері мен сипаттамаларын зерттеу үшін олардың үлгісін құру (жасау) және талдау; бар немесе жаңадан құрастырылған объектілердің сипатын анықтау немесе айқындау үшін олардың аналогтарында (моделбдеріне) объекілердің әр түрлі табиғатын зерттеу әдісі. Модель төрт деңгейде түпнұсқаның гносеологиялық орынбасары бола алады: 1-элементтер деңгейінде, 2-құрылым деңгейінде, 3-қалып-күй немесе қызметтік деңгейінде, 4-нәтижелер деңгейінде. Сипаты бойынша модельдеу материалдық және идеалдық болып бөлінеді. Материалдық модельдеу объектінңі геометриялық, физикалық, динамикалық және қызметтік сипатын нақты дәл береді. Идеалдық модельдеуге объектінің ойдағы бейнесі жатады. Ойша модельдеу тіл көмегімен іске асырылады.
Соңғы онжылдықтa технологияның қарқынды дамуы, компьютeрлік техника мен бағдарламалық қамтамасыз ету сaласында да көптеген өзгерістерәкелді. Сол өлгерістердің арқасында, ерекше эффектілер арқылы жасалған фильмдер, эпизодтары қазіргі заманғы стандарттарға сәйкес келетін, толқудың және пікірталастың қалыптасуына себеп болды. Бүгін сіз фильмдерде және теледидарда арнайы әсерлермен ешкімді таң қалдырмайсыз. Өйткені, қазірде компьютерлік графиканы құруға арналған бағдарламалар және үш өлшемді модельдеуге арналған программалар кең таралған. Үшөлшемді графикалық бағдарламалар өзінің мүмкіндіктері мен артықшылықтары арқылы қолданушылардың қызығушылығын арттырады.
Компьютерлік модельдеу, соның ішінде үшөлшемді графика біздің өмірімізде соншалықты үлкен орын алады. Біз оны кез-келген жерде кездестіреміз, бірақ аңғарып қарамаймыз. Не себепті? Өйткені үшөлшемді графика өміріміздің бір бөлшегіне айналған. Үлкен билбордтар, сауда орталығындағы жарнамалар, ұшақты көруге арналған іс-әрекеттегі фильмде жарылыс жасаған күлгін жарқылына қарап, көптеген адамдар бұл нақты түсірілім емес, үш өлшемді графикалық шеберлігінің нәтижесі екенін түсінбейді. Үшөлшемді графиканың көлемі өте кең: жарнамалық және киноиндустриядан интерьер дизайнымен шектелмей, компьютерлік ойындар мен архитектуралық проектер кезінде де қолданылады.
Қазіргі таңда білім беру жүйесінің басты міндеті, олқоғамды жаһандық ақпараттандыру. Сонымен қатар қазіргі заманғы ақпараттық ортада шығармашылығы жоғары, сапалы қызметке дайын маман даярлау. Кәсіби құзіреттіліктері жоғары информатика пәнінің мамандарын даярлау үшін, ғылыми әдістемелік құралдар керек. Сонымен қатар материалдық-техникалық және ақпараттық-технологиялық оқытудың рөлі жоғары.
Адамдарды өмірге және ақпараттық қоғамдағы жұмысқа дайындау, білім беруді ақпараттандырудың басты мақсаты болып табылады. Ақпараттық технологияларды өздерінің практикалық мәселелерін шешу үшін пайдалану мүмкіндігін қалыптастырады. Сондықтан, компьютерлік технологияны оқушыларға кәсіби бағдарында қолданудың өзектілігі айқын: бұл қоғамды ақпараттандыру үдерісінің жылдам дамуына көмек береді [1].
Физика пәнін оқу процесінде шешілетін басты міндеттердің бірі - оқушылардың танымдық мүдделерін, зияткерлік және шығармашылық қабілеттерін дамыту. Информатика сабағының негізгі мақсатының біріне: оқушылардың заманауи ақпараттық технологияларды меңгеру үшін әртүрлі іс-шараларға қатысуға, оқушылардың өнімділігі мен шығармашылық сипатын ескере отырып, тиімді жағдай жасау. Эксперимент жасауға, өз бетінше ізденуге ынталандыру. Осы жағдайлардың бірі, менің ойымша, компьютерлік модельдеу болып табылады. Қазіргі уақытта ғылыми-практикалық зерттеулердегі компьютерлік модельдеу әлемді түсінудің негізгі құралдарының бірі болып табылады. Компьютерлік сабақтар кезінде оқушылар модельдерді қалай құрастыруға, компьютерлік модельдеу программаларымен жұмыс жасауға үйрену керек. Қазіргі таңда кең таралған үшөлшемді модельдеу информатика сабағында,жоғарғы сынып оқушыларына арнайы сабақ ретінде үйретіледі [14].
Ең көп қолданылатын танымал ақпараттық-коммуникациялық технологиялардың бірі компьютерлік модельдеу. Бұл жұмыс тек кәсіпқой ғана емес, сондай-ақ жаңа пайдаланушыларды да қамтиды. Компьютерлік графикасыз заманауи мультимедиялық бағдарлама жасай алмайды. Оқушылар алдында тұрған міндеттер қызықты және жиі қиындық тудырады, бұл олардың мотивациясын арттыруға, кеңістіктік ойлауды дамытуға, компьютерлік ғылымның мүмкіндіктерін ашуға және математикамен қарым-қатынасты анықтауға мүмкіндік береді.
3D-технологиялық бағдарламамен жұмыс істеу, кез-келген деңгейдегі оқушыларды оқыту мен танымдық үдерісіне белсене араласуға және өзінше ой қабілетін білдіруге мүмкіндік береді. Сабақтар күрделі деңгейде өткізілуі мүмкін, бірақ барлығына қол жетімді программаны пайдаланған дұрыс. Өйткені олардың сыныптағы және сыныптан тыс 3D-модельдеу элементтерін пайдалану, оқушылардың практикалық дайындығын жақсартуға ықпал етеді. Бұл техникалық мамандықтарды табысты меңгеруге әкеледі. Компьютерлік модельдерді құру қызметі оқушылардың білімін тереңдетіп қана қоймай, сонымен қатар модельдеу саласындағы интеллектуалды дағдыларды дамытады. Оқушылардың шығармашылық қабілеттерін дамытуға мүмкіндік береді. Компьютерлік 3D модельдеу: математика, физика және басқа ғылымдармен информатика пәнаралық қосылыстарды барынша кеңінен пайдалану арқылы сипатталады. Толық ғылыми көзқарас алу үшін, шығармашылық қабілеттерін дамыту, болашақта танымал мамандар болу үшін оқушылардың компьютерлікмодельдеу негіздерін меңгеруі дұрыс [1]. Оқушылардың кәсіби құзыреттілігін дамытуда компьютерлік модельдеуді оқыту мұғалімнің оқу процесінде көптеген білім беру технологияларын қолдануды көздейтін шығармашылық міндеті болып табылады:
көп деңгейлі оқыту, тез қабылдайтын оқушылар өздерінің қабілеттерін
жүзеге асырады, әлсіз қабылдайтын оқушылар өздеріне мотивация алып практикалық ой- өрісін дамытады;
жобаға негізделген оқыту әдістері оқушылардың жеке шығармашылық
қабілеттерін дамытуға, олардың кәсіби және әлеуметтік өзін-өзі тануына саналы түрде жақындауға мүмкіндік береді;
Оқудың зерттеу әдісі оқушыларға өздерінің білімін дербес толтыруға, зерттелетін проблемаға тереңірек қарауға және оны шешу жолдарын ұсынуға мүмкіндік береді, бұл әлемдік көзқарас қалыптастыру кезінде маңызды болып табылады. Бұл әрбір оқушының жеке даму траекториясын анықтау үшін маңызды;
Компьютерлік модельдеуді тиімді оқыту үшін әдіснамалық және дидактикалық материалдар болуы тиіс. Өйткені модельдеуге қатысқысы келетіндердің қамтуы - 2-ден 9-ға дейін және оқытудың түрлі деңгейлеріндегі балаларға назар аудару қажет. Оқушылардың әрқайсысына берілген білім беру тапсырмаларын орындауға арналған егжей-тегжейлі нұсқаулардың болуы, әрбір балаға оның қабілеттеріне және оқу жылдамдығына сәйкес тиімді түрде орындауға мүмкіндік береді. Әрбір оқушы өзінің даралығын көрсете алады. Бұл тәжірибеде жеке, топтық және фронталистік жұмыс түрлері пайдаланылады:
дәріс;
практикалық жұмыс;
шығармашылық жоба;
білім беру ойындары;
бәсекелестік;
тақырыптық тапсырмалар.
Компьютерлік модельдеуге арналған бағдарламалардапрактикалық тапсырмалар орындау, модельдеуге бастамашылық элементтерімен шығармашылыққа ие. Мұндай сабақтар төмендегі әдістерді көрсетіледі:
Оқушылардың білімін нығайтуға, тестілеу дағдыларын қалыптастыруға, оқушылардыңдербес компьютерде жұмысқа дайындауға, арнайы компьютерлерде оқушылардың синхронды жұмыс істеуіне;
Компьютерлерде оқушылардың қажетті танымдық қызметін ұйымдастыру және ұйымдастыру қажет болған жағдайда, өзіндік жұмыстарды орындау.
Информатика сабағында компьютерлік модельдеу бағдарламасымен жұмыс жасаған оқушылар өздерінің ойлау қабілеттерін жақтартады. Практикалық жұмыс барысында топ мүшелері объектілерді модельдеу, пайда болған проблемаларды шешу жолдары туралы. Сонымен қатар өз күштерін бағалау туралы өздерінің жорамалдарын ұсынуға мүмкіндіктері бар. Бұдан басқа, топтық белсенділік диалогта тәжірибе жинауға, оқушылардың кәсіби құзыреттіліктерін қалыптастыруда маңызды болып табылатын көзқарастарын талқылауға мүмкіндік береді.
Қазіргі таңда информатика сабағында компьютерлік модельдеу жоғары сыныптарда қарастырылған. Ал компьютерлік модельдеу технологиясының элементтерін өз бетінше зерттеуге ниет білдірген 7-9 сынып оқушылары жеке кеңес алады. Бұл технология оқушыларға бұрын алынған білім мен дағдыларды пайдалана отырып, өз міндеттерін шешуге мүмкіндік береді. Практикалық жұмыс іс-әрекетте өзін таныту қабілеті арқылы білімді алу процесін қызықтыруға мүмкіндік береді. Оқушылар модельдеу жұмыстарын толық меңгеріп, өз қажеттілігіне қолдана алады. Бұл табыстың жағдайын жасауға және білім беру және кәсіби қызметті жандандыруға әкеледі. Бұл жаңа оқу бағдарламасындағы басты мәселе. Өзгерістер негізінде тұжырымдама жатыр,оған сәйкес білімнің жалпы санына емес, функционалдық сауаттылыққа басымдық беріледі. Басқаша айтқанда, жаңартылған білім берудің міндеті-оқушыларды алған білімдерін тәжірибеде қолдануға үйрету [12].
Компьютерлік модельдеу бағдарламаларының түрлері
Компьютерлік модельдердің негізгі түрлері. мақсаты мен ауқымы. Компьютерлік модельдеу - оның компьютерлік моделін пайдалану негізінде кешенді жүйені талдау немесе синтездеу міндеттерін шешу әдісі.
Компьютерлік модельдеуді төмендегілер ретінде қарастыруға болады:
математикалық модельдеу;
имитациялық модельдеу;
тохастикалық модельдеу.
Компьютерлік модель термині теңдеулер, теңсіздік, логикалық қатынастар, өзара байланысты компьютерлік кестелер, графиктер, диаграммалар, графиктер, сызбалар, анимация фрагменттері, гипермәтін және т.б. арқылы сипатталған объектінің немесе белгілі бір жүйенің шартты бейнесі ретінде түсініледі. Сондай- ақ объектінің элементтері арасындағы құрылым мен қатынастарды көрсету. Теңдеулер, теңсіздіктер, логикалық қатынастар, өзара байланысты компьютерлік кестелер, графиктер, диаграммалар, графиктер арқылы сипатталған компьютерлік модельдер математикалық деп аталады. Компьютерлік модельдер өзара байланысты компьютерлік кестелер, графиктер, диаграммалар, суреттер, анимация фрагменттері, гипермәтін және т.б. және объектінің элементтері арасындағы құрылым мен қатынастарды көрсете отырып, біз құрылымдық және функционалды деп атаймыз.
Әртүрлі, әдеттегі кездейсоқ факторларға әсерін тигізетін объектінің (объектілердің) жұмыс істеу процестерін ойнату үшін, оның жұмысының нәтижелерін графикалық бейнелеу және дәйектеуді пайдалануға мүмкіндік беретін компьютерлік модельдер (жеке бағдарламалар, бағдарламалар жиынтығы, бағдарлама кешені) имитация деп аталады. Компьютерлік модельдеудің мәні бар модельге сандық және сапалық нәтижелер алу болып табылады. Талдаудың сапалы нәтижелері күрделі жүйенің бұрын-соңды белгісіз қасиеттерін анықтайды: оның құрылымы, даму динамикасы, тұрақтылығы, тұтастығы және т.б. Сандық қорытындылар негізінен қолданыстағы СС-ны талдау немесе кейбір айнымалылардың болашақ құндылықтарын болжау болып табылады. Сапалы, сонымен қатар сандық нәтижелерді ғана емес, иметатциялық модельдеуі мен құрылымдық-функционалдық арасындағы маңызды айырмашылық. Модельдеудің бірқатар ерекшеліктері бар. Олардың әрқайсысында, модельдің күрделілігіне байланысты, мақсат модельдеу, модель сипаттамаларының белгісіздігінің дәрежесі болуы мүмкін. Әртүрлі жолмен зерттеулер жүргізіледі(эксперименттер), яғни зерттеу әдістері. Мысалы, талдау кезінде зерттеу математикалық әдістерді қолданды. Жеке немесе далалық үлгілеу үшін эксперименттік зерттеу әдісі қолданылады [23].
Қолдану арқылы категориялау оқу модельдері оқытуда қолданылады. Көрнекі құралдар, түрлі тренажерлар, оқу бағдарламалары болуы мүмкін. Эксперименталды модельдер объектіні зерттеу және оның болашақ сипаттамаларын болжау үшін пайдаланылады. Мысалы, ұшақ қанатының моделі желдің туннельдерінде ағып кетеді, оның ағынын зерттейді; Құрылыс үлгісі оны белгілі бір жерге байланыстыру үшін пайдаланылады. Мұндай модельдер жобаланған объектінің қысқартылған немесе үлкейтілген көшірмелері болып табылады. Ғылыми-техникалық модельдер процестер мен құбылыстарды зерттеуге арналған. Бұл модельдерде найзағайдың электр зарядтарын алу құрылғысы, Күн Жүйесінің планеталарының қозғалысы моделі, ішкі жану қозғалтқышының моделі табылады. Ойын модельдері әртүрлі ойындар: бизнес, экономикалық, әскери. Осындай модельдердің көмегімен жанжал жағдайларын шешуге, психологиялық көмек көрсетуге, әртүрлі жағдайларда объектінің мінез-құлқын ойнауға болады. Модельдеу модельдері әртүрлі дәрежелі дәлдікпен шындықты көрсетпейді, бірақ оны еліктейді. Модельдегі эксперимент нақты жағдайдағы кез-келген әрекеттердің әсерін зерттеу немесе бағалау үшін немесе басқа да көптеген ұқсас нысандармен бір уақытта жүзеге асырылатын, бірақ әртүрлі жағдайларда орнатылған бірнеше бастапқы деректермен бірнеше рет қайталанады. Зерттеу қорытындылары бойынша.
Статикалық модельдер объектіні кез-келген нүктеде уақытында, онымен бірге болған өзгерістерді ескерместен көрсетеді. Бұл модельдерде уақыт факторы жоқ. статикалық модель сутегі атомдары мен оттегінен тұратын су молекуласының орналасуы немесе құрылымы бола алады.
Динамикалық модельдер объектіні уақыт бойынша өзгерту процесін бейнелейді. Білім саласы бойынша физикалық-химиялық географиялық географиялық тарихи социологиялық экономикалық классификация.
Машина экспериментінің қолданбалы және перспективалық әдістерін талдау есептеу, статистикалық, имитациялық және өзін-өзі ұйымдастыру әдістерін ажыратуға мүмкіндік береді.
Есептелген (математикалық) модельдеу математикалық үлгілерді зерттеуде пайдаланылады және әр түрлі сандық кіріс деректерімен машинаны іске асыруға дейін азаяды. Осы енгізулердің (есептеулердің) нәтижелері графикалық немесе кестелік түрінде берілген. Мысалы, классикалық схема - математикалық модель алгоритмдік формаға дейін төмендетілген сандық әдістерді қолдануға негізделген дифференциалдық теңдеулер жүйесі түрінде ұсынылған математикалық модельді машина іске асыру, бағдарламалық қамтамасыз ету компьютерде жүзеге асырылады және нәтижелер есептеледі [23].
Информатика компьютер көмегімен жасалуы және зерттелуі мүмкін үлгілерді қарастырады. Бұл жағдайда модель компьютерге және компьютерге емес болып бөлінбейді. Қазіргі уақытта компьютерлік модельдердің екі түрі бар: құрылымдық және функционалдық, олар компьютерлік технологияны қолдану арқылы сипатталған объектінің әдеттегі бейнесін білдіреді; әртүрлі жағдайларда объектінің жұмыс істеу процестерін жаңғыртуға мүмкіндік беретін бағдарламаларды немесе бағдарламаларды кешенін имитациялайды. Имитациялық модельдеу жалпыға ортақ дәрежеде сипатталады, тапсырмалардың кең класына оңай бейімделетін бірыңғай модель құру үшін алғышарттар жасайды және әртүрлі сынып модельдерін біріктіру құралы ретінде әрекет етеді.
Компьютерлік модельді құру құбылыстың немесе зерттелетін ерекше объектінің ерекшелігінен абстракцияға негізделеді және екі кезеңнен тұрады: алдымен сапалы және кейіннен сандық модель. Компьютерлік модельдеу - компьютерде компьютерлік есептеу эксперименттерінің сериясын жүргізу, оның мақсаты зерттелетін объектінің нақты мінез-құлқымен талдау модельдеу нәтижелерін талдау, талдау және салыстыру, қажет болған жағдайда модельді нақтылау және т.б.
Екі ғимарат модельдерінің салыстырмалы компьютерлік анимациясы.
Компьютерлік модельдеудің негізгі кезеңдері:
проблемалық есеп, модельдеу объектісінің анықтамасы;
тұжырымдамалық модельді әзірлеу, жүйенің негізгі элементтерін және
өзара әрекеттесудің қарапайым актілерін анықтау;
формализация, яғни математикалық модельге көшу;
алгоритм құру және бағдарламаны жазу;
компьютерлік эксперименттерді жоспарлау және жүргізу;
нәтижелерді талдау және түсіндіру.
Модельдеудің компьютерлік түрлері қазіргі кезде де кеңінен қолданыс табуда. Компьютерлік модельдеудің мүмкіндіктерін кеңейтіп, қолдану тәсілдерін жеңілдететін ішкі бағдарламалар мен сандық математика тәсілдерінің формаларымен толықтырылған функциялардың кітапханалары бар. Сондай-ақ компьютерлік модельдеу түсінігі ХХ ғасырдың 50-ші жылдары биологиядағы күрделі жүйелерді автоматтандырылған экономикалық-ұйымдастырылған басқару жүйесін құруда жүйелік талдаумен жиі қоладнған.
Күрделі жүйелерді талдаудағы компьютерлік модельдеу зерттелетін объектінің математикалық-логикалық күйін модельдеу, объектінің қызметтік алгоритміне айналатын, компьютерлерге арналған бағдарламаларды комплексті түрде дайындайтын имитациялық модельдеу болып табылады.
Кез-келген объект күйін имитациялауға болады, бірақ имитациялық модельдеу бәрінен бұрын таңдалған басқару стратегиясына тәуелді күрделі жүйелердің алдыңғы уақыттағы күйін болжаудың зерттелуін қарастырады.
Графикалық интерфейстер мен қолданбалы бағдарламалардың графикалық пакеттерінің дамуының негізінде объектінің сыртқы түрі мен құрылымын компьютерлік модельдеу кең таралды.
Қазіргікездекомпьютерлікмодельдеуре тінде;
өзара байланысты компьютерлік суреттердің, кестелердің,
схемалардың, диаграммалардың, графиканың, анимациялық фрагменттердің, гипертексттердің көмегімен сипатталған объектінің шартты бейнесі айтылады. Бұл түрдегікомпьютерлікмодельдер құрылымдық-функционалдық деп аталады;
түрліфакторлардағы объектіге әсер
ету шарттарының функциялану процесін имитациядауды реттелген есептер мен графикалық бейнелеулер нәтижесін шығаруға мүмкіндік беретін жеке бағдарламалар комплекстері аталады [22].
Компьютерлік модельдеудің мақсаты - экономикалық, әлеуметтік, ұйымдастырушылық-техникалық сипатта шешім дайындап, қабылдауға пайдаланылуы мүмкін мәліметтер алу. Компьютерлік математикалық модельдеу информатика пәнімен технологиялық жағынан байланысады. Компьютерлер мен ақпаратты өңдеудің сәйкес технологияларын пайдалану экологтардың, экономистердің, физиктердің және т.б. қызметтердің ажырамас бөлігі.
Модельдеу үдерісіне нысанның тұпнұсқасын танып- білу мақсатымен нысан-үлгілер құрылады.
1.3 Физиканы оқытуда компьютерлік технологияны қолданудың қазіргі жағдайы мен бағыттары
Оқытудың жаңа ақпараттық - коммуникациялық технологияларын меңгеру - қазіргі заман талабы. ХХІ ғасыр - ақпараттық технология ғасыры. Қазіргі қоғамдағы білім жүйесін дамыту да ақпараттық - коммуникациялық технологиялардың маңызы зор. Білім беруді ақпараттандыру және пәндерді ғылыми - технологиялық негізде оқыту мақсаттары алға қойылуда. Ақпараттандыру технологиясының дамуы кезеңінде осы заманға сай білімді, әрі білікті жұмысшы мамандарын даярлау оқытушының басты міндеті болып табылады. Қоғамдағы ақпараттандыру процестерінің қарқынды дамуыжан-жақты, жаңа технологияны меңгерген жеке тұлға қалыптастыруды талап етеді.
22 қыркүйек 1997 жылы Қазақстан Республикасы Президентінің өкімімен Қазақстан Республикасы орта білім жүйесін ақпараттандыру туралы мемлекеттік бағдарламасы бекітілді. Онда былай делінген: Қазақстандағы жаңа қоғамдық-саяси және әлеуметтік-экономикалық шарттар білім беру саласында принциптік жағынан жаңа жағдайлар жасады. Орта білім беру жүйесін демократиялық мемлекеттің және нарық экономикасының талаптарына жауап беретіндей етіп түпкілікті қайта құру талап етіледі .
Қазақстан Республикасы дүние жүзінің дамыған елдері сияқты орта білім беру жүйесін ақпараттандырудың нақты жолына түсуі тиіс, яғни бірыңғай ақпараттық білім беру кеңістігін жасау қажет. Бұл орта білім беру жүйесін ақпараттандырудың мақсаты болып табылады.
Білім саласын ақпараттандыру деп оқытудың және оқу үдерісін басқарудың тиімділігін арттыру мақсатында техникалық және материалдық ресурстарды, идеяларды, ғылыми-әдістемелік материалдарды оңтайлы интеграциялау үдерісін айтады.
Бүгінгі таңда мектепте білім беруді ақпараттандырудың болашағы қоғамдағы ғылыми-техникалық прогрестің қарқынды даму үрдісімен, білім мен ғылымның интеграцияға ұмтылуымен, қоғамдағы ақпарат көлемінің ұлғаюымен және оның әртүрлілігімен анықталады [6].
Мектепте білім беруді ақпараттандыру әлеуметтік, экономикалық, теориялық, практикалық сипаттағы түйінді мәселелерді шешуге жол ашуда. Міне сондықтан, ғылыми-техникалық прогресс жағдайында мектеп оқушыларынан жоғары білікті мамандар даярлау үшін жаңаша оқыту әдістерін ғылыми негіздеп, практикаға енгізу қажеттігі туды.
Бұлмәселелердіұтымды шешудің бірден бір жолы - оқу үдерісін компьютерлендіру. Өйткені болашақ мамандардың бойында ақпараттық мәдениеттің негіздерін қалыптастыру олардың жастайынан компьютерде жұмыс жасап, оны жақсы игеруімен тығыз байланысты.
Жалпы білім беретін мектептерде компьютерлендіруді жаппай енгізу үдерісі оқыту теориясы мен мектеп практикасы алдына жаңа ғылыми мәселелерді қойып отыр. Осыған орай көптеген ғалымдар мен әдіскер мамандар компьютерді білім беру жүйесінде сапалы әрі тиімді қолдану мақсатында теориялық және әдістемелік зерттеулер жүргізуде.
Физиканы оқытудың кез-келген формасында ақпараттық технологияларды, яғни,компьютерлердіжәнебағдарламалы ққұралдардыәр-түрлімақсатта пайдаланады (1.1-сурет).
Сурет 1.1 - Компьютерлік бағдарламалық құралдарды пайдалану мақсаттары мен түрлері
Физиканы оқытуда ақпараттық технологияларды қолдану әдістемесімен:
- физиканы оқытуда ақпараттық технологияларды қолданудың ғылыми
әдістемелікнегіздері (Э.В.Бурсиан,Е.И.Бутиков,И.Б.Горбун ова, Л.В.Жуков,В.А.Извозчиков,A.C.Кондра тьев,А.В.Ляпцев,Г.Г.Матаев, А.И. Ходанович, A.C. Чирцов);
- физиканы оқытуда жаңа ақпараттық технологияларды қолдану
әдістемесінің мәселелері Л.И.Анциферова, A.C.Кондратьева, В.В.Лаптева, A.B. Смирнова, А.И. Ходановича және т.б еңбектерінде орын алған;
- жоғары оқу орындарында ақпараттық технологияларды қолдану
мәселелерімен Е.В.Демин, Л.С.Коновалец A.A.Лактионов, Л.В.Миронова және т.б ғалымдар айналысқан;
- әр-түрлі нақты ақпараттық технологияларды физиканы оқытуда қолдану
П.В.Абросимова,A.A.Ездова,Ю.Б.Икрен иковой,В.В.Клевицкого, С.Л.Светлицкого,Л.Х.Умаровой,A.B.Эл ьцовжәнет.бғалымдардың еңбектерінде кездеседі.
Физикалықбілімберудіақпараттандырут әжірибементеориядакең зерттеулердіңбастымәселесінеайналды .Физикасабағындакомпьютерлерді пайдаланумәселесініңәдістемелікнегі здерінеЛ.И.Анциферов, Г.А.Бордовский,В.А.Извозчиков,A.C.К ондратьев,В.А.Лаптевжәне т.б.ғалымдардың жұмыстары арналды.
Аталғанавторлардыңжұмыстарындафизик аныоқытубарысында компьютерлердіқолданудыңтиімдібағыт тарыонықұралретіндепайдалану болыптабылады.Сондықтан, компьютерлікоқыту-физиканыоқыту әдістемесініңқазіргімаңыздықарқынын аайналды.Осылайшажоғарыоқу орындарындакомпьютердіпайдалануқаже ттілігіинформатикаданбасқа физика сабақтарында да міндеттеле бастады.
Сонымен қатар бірнеше шет елдік ғалымдар, П. Клейн, С.Гребер, Ж.Кухн, A.Мюллер планшетті, компьютерді эксперимент жасау құралы ретінде пайдаланып, физикалық құбылыстарға видеоанализ жасауар қылы оқушылар қызығушылығын арттыруды, А.Л.Рудольф, Б.Леймин, Е.Празер Физиканы оқытудаақпараттықтехнологиялардыңер екшелігіннегіздейкеле,физикалық құбылыстарды түсіндіруде интерактивті әдістердің маңызын көрсетті [2].
Физиканы оқытуда компьютерді пайдалану мәселесі бойынша зерттеу жүргізген Ресейлік және отандық ғалымдардың кейбір пікірлерін қарастырайық. Физиканы оқытуда компьютерлерді пайдалану мәселесін И.Я.Ланина оқушылардың танымдық қызығушылықтарын қалыптастыру және дамыту мәселелерін зерттеу барысында қарастырды .Автор компьютер мүмкіндіктерін зерттеу оның қасиеттерін ерекшелеуге жәнео қушылардың білімі, қабілеттері мен дағдыларын қалыптастырумен қатар, олардың тұлғалық қасиеттерінің қалыптасуы үшін компьютердің маңызы туралы қорытынды жасады [19].
Кеңтаралған пікірлердің бірі, компьютермен оқыту барысында оқушылардың ойлау қабілетінің шектеулілігі, яғни сезімдердің болмауына байланысты Д.Вайценбаумның ойынша, оқытудың сезімділігін жеткіліксіз бағалау компьютерлерді қолдануға ұласатын теріс әсерлердің бірі болып табылады. Ғалымның пікірінше, физиканы оқыту әдістемесінде компьютермен жұмыс істеу маңызды - бұл, оқушылардың іс-әрекетке шығармашылықпен қарауы, ал, компьютердің қызықты идеяларды үнемі ұсынуы болып табылады.
В.Г.Разумовскийдің ойынша, дайын ережелер негізінде оқыту іс - әрекетін алгоритмдеуд ішектемей, қажетті алгоритмді өздігініше құрумен, интуициямен байланысты оқушының шығармашылық қабілеттерін тежемеу керек. Компьютердің экрандық әлемі табиғи құбылыстардың бай әлемінің орнын алмауы қажет. Оқушылар үшін компьютер-бұл адам қолындағы құрал, жетік құрал болғанымен, адамның жасаған мүмкіндіктерімен шектелгенгендігін түсіну керек, ол еңбекті, өнімді, шығармашылықты қызықты етеді.
Физиканы оқытуда компьютерлерді пайдалану оқушылардың бағдарламаларды құрау, гипотезаларды тексеру үшін тапсырмаларды шешуді, графиктерді құру үшін қосымшаақпаратты алу секілді дербес жұмыстарды көздейді. Барлық жағдайларда компьютер іс-әрекетті ынталандырушы басты құрал ретінде оқушылардың шығармашылық белсенділігін арттырады.
Оқушылардың ақыл-ойының дамуына компьютердің әсер ету мәселелері (Б.Ф.Ломов, К.М.Гуревич және т.б.), компьютермен жұмыс жасауда оқушылардың оқу әрекетін ұйымдастыру (В.В.Рубцов) проблемалары да зерттеле бастады.
Зерттеушілер оқу үдерісі үшін арнайы жасалған не соған үйлестірілген ПБҚ-ды оқушылардың іс-әрекетін ұйымдастырушы, бірлесе қаракет етуге үйретуші оқыту құралы деп танып, зерттеу объектісін өзгерту мен оны қайта көрсету тек компьютер көмегімен оқу үдерісінде ғана іске асырылуы мүмкін деген тұжырымға келді.
Оқу құралы ретінде компьютерді енгізу мектеп пен шынайы өмір арасындағы байланысты күшейтуге, фундаментальдық білімді оқушылардың танымдық қаракетін басқару мен оқу үдерісінің тәрбиелік бағытын күшейтетін де құрал болып табылады.
Мектептерде дербес компьютерлердің пайда болуы көптеген оқу материалдарын көрнекілендіру, физика зандарын өздігінен тексеру, математикалық ақпарат пен физикалық құбылыстарды меңгеру дағдыларын қалыптастыру, мектеп зертханасын және онда қойылатын төжірибелерді автоматтандыру, оны нағыз ғылыми-зерттеу жұмыстарына жақындастыру сияқты әдістерді кеңінен қолдану мүмкіндіктерін туғызды [18].
Физика сабақтарында компьютерді әр түрлі мақсаттарда пайдаланады.
(1-кесте).
Кесте 1 - Педагогикалық бағдарламалық құралдарды қолдану мақсаттары мен түрлері.
ПБҚ қолдану мақсаттары
ПБҚ түрлері
Көрнекілікті арттыру және бейнелі қойылым көрсету, қорыту және жүйелеу, сабақ ақпаратын үнемі жаңартып отыру.
1.Ақпараттық-іздестіру жүйелері
2. Сараптау жүйелері
3. Оқыту бағдарламалары (демонстрациялық модельдеу типтері)
4. Компьютерлік ойындар
Әртүрлі дағдылар мен іскерлік-терді қалыптастыру мен бекіту
1. Оқыту бағдарламалары
2. Сараптау жүйелері
3. Компьютерлік ойындар
4. Иммитациялық модельдеу
Білімді меңгеру деңгейін тексеру
1. Оқыту бағдарламалары
(бақылаушы типтегі)
2. Компьютерлік ойындар
3. Ақпараттық-іздестіру жүйелері
4. Сараптау жүйелері
Алайда, бұл жұмыста оқушылардың өздік таным іс-әрекетін ұйымдастыру, дербес танымдық белсенділігі мен логикалық ой-өрісін дамыту, сабақта проблемалық ситуация туғызу, шығармашылық деңгейін арттыру сияқты оқытудың негізгі мақсаттары нақты ашылып көрсетілмеген.
Сабақта ЭЕМ пайдаланудың қандай да бір түрін мұғалім тандайды және оқыту кезеңі мен сабақты ұйымдастыру түріне байланысты сабақ сценариіне енгізеді.
Физика сабағында электронды есептеу техникасын қолдану түрлерін классификациялау оқу материалын меңгерудің 4 деңгейі: 1 - идентификациялау, 2 - репродукциялау, 3 - білімді типтік жағдайларда қолдану, 4 - білімді, іскерлік пен дағдыларды стандартты емес жағдайларға көшіру (трансформациялау) негізінде жүргізілген. Бұл жұмыста физика сабақтары түрлерінің спецификациясы мен материалды меңгеру кезеңдеріне байланысты электронды есептеу техникасын пайдаланудың мүмкін жолдары кесте түрінде көрсетілген. Онда физика сабақтарының дәстүрлі түрлері: лекция сабағы, есеп шығару сабақтары, зертханалық жұмыс, сынақ сабақ, теория меңгеру бойынша оқушылардың өздік жұмысы қаралады [19].
Электронды есептеу техникасын пайдаланудың ең бір көптен қолданылып жүрген түрлерінің бірі - физика есептерін шығару.
Физиканы оқытуда әр түрлі компьютерлік оқу бағдарламаларын қолдана отырып, пән бойынша білімді, дағдылар мен іскерліктерді қалыптастыруда жаңа ақпараттық технологияларды пайдаланудың ашылмай жатқан әлеуеті (потенциалы) мол.
Орта білім беруде компьютерлік модельдер, электрондық оқулық, мультимедиалық, Интернет т.б. жаңа ақпараттық технологияларды қолданудың дидактикасы мен технологиясы кеңінен қолданылып келе жатқаны көптегенғалымдардың еңбектерінде қарастырылғаны мәлім. Көптеген ғалымдарбілімдіақпараттандырусөзін, компьютрлендірусөзіменсиноним ретінде қолданады. Себебі, білім беру саласын ақпараттандыруда компьютер басты қажеттілік деп санайды.
Қазіргіуақыттаоқуорындарындақұрал-ж абдықтарқатарынанзиянды әсері бар, құрамында сынабы бар аспаптар алынып тасталды; сонымен қатар электрондық сәуле шоғырының қасиетін көрсетуге арналған катодтық түтікшелер де лабораторияларға шығарылмайды; қуатты рентген түтігін қолдануда шектелінген. Осы және тағы басқа жайттар оқытуда қиындықтарды арттыра түседі. Физикалық құбылысты көзбен көріп бақылауды еш нәрсе алмастыра алмайтыны мәлім. Материалды тек сөзбен баяндағанда білімгерлердезерттелініпотырғанқұбы лыстуралыайқынтүсінік қалыптаса бермейді.Бақылаументәжірибеніңтекәң гімегеайналуыбелсендіойлау әрекетін төмендетеді. Көзбен көрген бейнелер ғана құбылыстың заңдылығын өз бетінше зерделеуге негіз болады.
Оқыту құралы ретінде компьютерлер - қолданыстағы шынайы көрнекіліктіңдамуынажолашады.Компью терлероқытукөрнекілігінің тиімділігінарттырып,тікелейбақылауб олабермейтінмикроғаламдыда зерттеуге мүмкіндік береді.
Физиканы оқытуда компьютерлерді қолдануды ұсынған ең алғашқылардың қатарында бірнеше ғалымдарды атауға болады.
Физиканы оқыту барысында компьютерді қолдану мүмкіндіктерін зерттей отырып, В.В.Лаптев физика бойынша оқыту құралдарының қатарына қосылған электрондық техника,пәнге деген қызығушылықты арттырады деп, физиканы оқыту бағытында оларды пайдалануды тереңірек зерттеу қажеттігін ұсынды. Дегенмен, автордың ойынша, компьютер білімгерлердің танымдық іс-әрекетінің құралы ғана, ал оны басқару мұғалімнің міндеті.
В.В.Лаптев білім беру мазмұнына электрондық техниканың әсерін және физиканы оқыту барысындағы дербес компьютердің мүмкіндіктерін анықтады. Авторфизиканы оқытудың дидактикалық циклінің элементтерін сараптап, электрондық техниканы қолдану мүмкіндіктерін ашты, сол арқылы физика пәніэлектрондықтехниканы пәндік-бейімділікпайдаланутуралыпік ірдікеңейтті және электрондық техниканың құрал-жабдықтық қолданылу ерекшеліктерін ашып көрсетті.
Электрондық техниканы кеңінен қолдану жағдайында физиканы оқытудың мазмұндық және үдерістік құрауыштарын одан әрі зерттеу барысында В.В.Лаптев келесі нәтижелерге қолжеткізді: физикаға тән электрондық техниканы пайдалану салалары анықталды және оның әдімстемесі жасалды; электрондық техника құралдарымен табиғи тәжірибені жетілдіру концепциясы жасалды; қажетті құрал-жабдықтар мен компьютерлік бағдарламалар арқылы тәжірибе жүргізу әдістемесі жасалды [7].
Орта мектептеоқыту-тәрбиелеу үдерісінде табиғи құбылыстардың компьютерлікмодельдерінпайдаланумен құруәдістемесінжасауамалын М.П.Фокин іскеасырды. Автор компьютерлік модельдейтін бағдарламалардың дидактикалық талаптарын, олардың қызметтерін, оқыту-тәрбиелеу үдерісінде табиғи құбылыстардың компьютерлік модельдерін қолдану тиімділігінің жағдайларын анықтады. Дегенмен, аталған зерттеу жұмысында қозғалған мәселенің тәжірибедегі жағдайы талданбады, оқытудағы компьютерлік модельдер топтастырылмады. Аталған кемшіліктерді жоюда A.A.Немцов өз зерттеулерімен қадам жасады. Көптеген физикалық тәжірибелерді зерттеу негізінде автор оқытудың компьютерлік моделі(ОКМ) түсінігі туралы ғылыми білімдерді жалпылады.
Соның негізінде қарастырылған модельдер - оқыту модельдерінің жаңа түрін қалыптастырды. ОКМ-ның анықталған қасиеттері оқыту материалының мазмұнымен, оны оқыту әдістемесі мен оқыту үдерісі қатысушыларының жеке ерекшеліктеріменсипатталады.Автордә стүрлідидактикалыққұралдардың алдында оқытудың компьютерлік модельдерінің артықшылықтарын физиканы оқытутәжірибесінебарыншапайдалануүш інұйымдастырушылық-педагогикалық жағдайларын жасауға мүмкіндік алды.
Физика сабағындағы танымдық іс-әрекетті белсендендіру құралдарын, есептеуіш техниканы қолдану әдістемесінің психолого-педагогикалықжәне дидактикалы қаспектілерін Р.Ю.Шукюров зерттеген. Физика сабағында оқушылардың танымдық іс-әрекетін белсендендіру үдерісін зерттей отырып, оқыту үдерісінде сол танымдық белсенділікті анықтайтын, негізгі психологиялық, дидактикалық және әдістемелік факторлардың тиімділігін арттыру үшін компьютердің мүмкіндіктерін анықтады. Физика сабағында компьютердің дидактикалық мүмкіндіктерін пайдаланудың әдістемелік негізділігі - теориялық материалдың игерілуіне, ойланудың дамуына, ғылыми-зерттеужұмысының элементтеріне қызығушылықтыңқалыптасуына, компьютерді пайдаланумен физикалық тапсырмаларды орындау қабілеттері мен берік дағдыларын қалыптастыруға көмектеседі.
Физика сабақтарында компьютерлерді қолданубағытындағыалғашқы мақалалардың авторлары В.А.Извозчиковпен И.В.Марковалардың еңбектерінде кеңістіктегі дененің қозғалысы мысалында компьютерлердің рөліне маңызды назар аударылды. Осы уақыттан бастап, бұл тақырып бойынша басылымдар саны үздіксіз арта түсті.
В.А.Изовчиков компьютерлік модельдерді пайдалану мынадай тиімді нәтиже береді деп көрсетті[16]:
- сабақ барысында шешілетін есептер санын арттыруға болады, есепті шынайы шарттармен, яғни, техникадан алынған параметрлермен шешуге мүмкіндік туады;
- физикалық экспериментті жобалау мүмкіндігі ашылады; мәліметтерді өңдеуде уақыт ұтымды пайдаланылады; өлшемдердің саны артып отырады; әр-түрлі мәселелерде тапсырмаларды орындауға мүмкіндік ашылады;
- өзіндік көтеріңкі көңілкүй байқалады; білімгерлердің шаршауы төмендеп, эмоциялық жағымды көңіл күй пайда болады; шап-шаңдылық артады; материалдың физикалық мәні оңай меңгеріледі.
Физика сабағында компьютер бағдарламаларын қолдану мәселелеріне Н.В. Разумовскийдің мақалалары арналған. Автордың айтуынша, компьютер табиғи құбылыстар мен үдерістерді модельдеу, механизмдермен машиналардың жұмысын қайталау кезінде оқытушының тәуелсіз көмекшісі болады. Сонымен қатар, автор табиғи құбылыстардың бай әлемін компьютердің экрандық әлемімен ауыстырудың қауіптілігін ескертеді.
Компьютерді физиканы оқыту үрдісіне қолдану мәселесіне арналған ғылыми-зерттеу жұмыстарды талдай келе, оны пайдаланудың бағыттарын анықтап көрсетейік(1.2-сурет).
Ақпараттық технологиялар дыңдамуы, физикалық есептерді түрлі компьютер бағдарламалары көмегімен шешуге жолашты. Физиканы оқытуда есептерді компьютер арқылы шешудің ерекшелігі, оқушылардың физикалық құбылысты жан-жақтыталдауға, сол құбылыс негізделген физикалық формулаларды зерттеуге, алгоритмдерқұруға,жәнефизика,матема тика, информатика пәндері арасындағы байланыстықұра алуға үйретеді. Физикалық есептердікомпьютерарқылышығару,негі зінен,есептеужолдары қайталанатын, есептің жауабы графикалық түрде алынатын жағдайларда тиімді болыпсаналады.Соныменқатар, күрделі формулалар бойынша есептер шығарғанда, компьютер арқылы есеп жауабын тексеруде, экспериментальдық есептердің жауабын алуда, графиктік есептерді шығаруда, дифференциялдық, интегралдық, сандық және аралас типті есептерді компьютер арқылы шығарудың маңыздылығы зор. Физикалық есептерді компьютер арқылы шығару бірнеше кезеңді өзішіне алады: есептіңберілуі,алгоритмқұру, бағдарламалау және тестілеу немесе есеп жауабына анализ жасау [20].
Сурет 1.2 - Компьютерді физиканы оқыту үрдісіне қолдану бағыттары
Әрбір шығарылған есепте оқушыларға әр түрлі проблемалық жағдайларда дұрыс модель құруға, есепті шығарудағы ыңғайлы әдісті талдай алуына үйрету қажет. Оқушылардың білім деңгейін жоғарылату үшін жүйелі түрде есеп шығару тәжрибесі болуы керек. Бұл кейбір физикалық есеп шығару әдістерін мысалдарымен жүйелендіру және анықтамаларын тұжырымдау әрекетінен туындайды. Есеп шығарудың синтетикалық әдісі төмендегісуретте келтірілген (1.3- сурет).
Біз қорыта келе физикалық есептерді компьютер арқылы шығарудың мынадай шығармашылық сипатта маңызы бар екедігін анықтадық:
- физикалық құбылыстармен заңдарды және теорияларды талдауға, қорытындылауға, олардың арасындағы өзара байланыстарды анықтауға жәрдемдеседі;
- логикалық және физикалық ойлауын дамытады, математикалық амалдар мен түрлендірулерді орындауға жаттықтырады,физикалық заңдармен эксперименттің сандық және сапалық мағыналарын ашады;
- физикалық құбылыстармен заңдылықтардың практикалық маңызына және өмірмен, информатикамен байланыстылығына көз жеткізеді;
- оқушыларды тапқырлыққа, өзбетінше жұмыс істеуге, ақпараттық технологияларды қоладна алуына, физикалық процестердің модельдерін жасай алуға үйретеді;
- физикалық ұғымдарды, оқушылардың практикалық іскерліктерімен дағдыларын, шығармашылық қабілеттерін қалыптастырады;
оқушылардың білімдерінің тереңдігі мен беріктігін тексереді;
пәнаралық байланысты күшейтуге ықпал жасайды;
оқушылардың физикаға деген қызығушылығын арттырады.
Сурет 1.3 - Компьютер көмегімен физикалық есептерді шығару әдісі
Аленділабораториялықсабақтардыңмаңы зыменондағыақпараттық технологиялардың тиімділігін қарастырайық.
Физика-эксперименттікғылымболыпесеп телінетіндігібелгілі.Сол себепті,физикалықэкспериментоқушыла рдыңфизикабойыншаалатын білімдерінің негізгі көзі, физика кұбылыстарын зерттеудің негізгі әдісі, физика сабақтарындағы басты көрнекілік болып табылады.
Физикалықоқуэксперименті дегеніміз - арнайы құралдардыңкөмегімен физикалық құбылыстарды демонстрациялап көрсету және оқушылардың өздерінің істеп, зерттеп, бақылауы. Эксперимент фазиканы оқытудағы ең негізгі көрнекі құрал болып табылады, оны пайдаланудың нәтижесінде физикалық ұғымдар (жылдамдық, үдеу, күш, жарық интерференциясы, дисперсиясы, дифракциясы, атомның құрылысы, атом ядросы, радиоактивті ыдырау т.б.) қалыптастырылады, құбылыстар арасындағы өзарабайланыстар (күшпен масса, жылдамдық пен үдеу, ток күші мен кедергі, толқын ұзындығы мен сыну көрсеткіші, т.б.) тағайындалады, физикалық заңдар (Кирхгов, Ньютон, Ом, Мальюс заңы т.б.) тексеріледі [19].
Физика сабағында компьютерді әр түрлі оқыту бағдарламаларынан бастап эксперимент барысын басқаратын, түрлі құралдардағы деректерді жинақтайтын жүйеретіндеэксперименттердепайдалан уменаяқталатын,түрліамалдармен қолдануға болады.
Ұйымдастыруформасынақарайфизикадағы оқуэкспериментін төмендегідей етіп бөліп қарастырасыз:
лабораториялықэксперимент;демонстра циялықэксперимент;физикалық практикум;аудиториядантысжүргізілет інэксперимент; эксперименттік есептер шығару; қолдан физикалық приборлар мен көрнекі құралдар жасау.
Физикалықэксперимент - оқытудыңеңнәтижелі,әсерліәдістеріні ңбірі есептелінеді. Демонстрациялық эксперимент те компьютердің пайдаланылу мүмкіндігі күрделі техникалық қиындықтардан тұрмайды, себебі, компьютерлер жеткілікті және физика аудиторияларының көпшілігінде түрлі электрлік және электрлік емес көлемдегі құрылғылар бар(температура, жарық, түрлі байланыс құралдары). Физика кабинеті интербелсенді тақталармен жабдықталған (немесе теледидарлық жүйемен), бұл жағдайда компьютермен жасалатынкөрініс (сандар, кестелер, сызбалармен т.б.) кең таралған монитордан да үлкен экранға шығарылу мүмкіншілігі бар.
Зертханалық жұмыстар барысында оқушылардың қабілеттерімен дағдыларын, шығармалығын қалыптастыру бірнеше бағыт арқылы жүргізіледі. Ең алдымен оқушылардың зертханалық жұмысқа салынған физикалық құбылыстар мен заңдылықтар туралы теориялық деңгейде танысады. Солайша, оқушыларда зерттелетін физикалық құбылыс жайында негізгі физика заңдарын түсіну, оның басқа үдерістермен байланысын анықтауға, қарастырылатын құбылыстың әлемдік физикалық көрінісіндегі орнын нақтылауға мүмкіндік береді. Екінші кезеңде оқушылар физикалық құбылыстың көлемдік сипаттамасымен, модельді құру қағидаларымен, объектілерді кіршіксіздендірумен танысады. Физикалық жүйенің тәртібін сипаттайтын өлшемдерді жүйеге түрлі физикалық әсерлерді бағалауға, оның өзгерісінің сипатын сандық және сапалық деңгейде сипаттауға мүмкіндік береді. Мұндай қарастыру жүйенің тәртібін өлшемдер өзгерісінің кең ауқымында қарастыруға және қалыпсыз жағдайлардағы оныңдамуын болжамдауға жағдай жасайды. Үшінші кезеңде физикалық жүйе зертханалық экспериментте зерттеледі. Қажетті құралдар жинақталынып және сарапталынады, зерттелетін жүйеге әсерету қағидалары, эксперимент нәтижелерін жинақтау мен өңдеу іске асады. Қорытынды кезеңге алынған нәтижелерді сараптау, оның қолданылатын модельге сәйкестігі ,жүргізілген зерттеудің толықтығымен заңдылығы кіреді. Аталған кезеңдердің барлығы оқушыларда зерттелетін құбылыс немесе үдеріс, оның физика курсындағы орны, оны зерттеу амалдары мен әдістері туралы тұтас және аяқталған пікірді қалыптастыруға бағытталады [15].
Физикалық процестерді 3D компьютерлік модельдеу әдістері
2.1 Үшөлшемді модельдеу
Үшөлшемді графика. Графиканың бұл түрі ғылыми есептеулерде., инженерлік жобалауда, физакалық объектілерді компьютерлік модельдеуде қолданылады. Объектілерді кеңістікте модельдеу үшін:
Объектінің табиғи пішіміне неғұрлым толыұ сәйкес келетін виртуальдық қарасын жобалап және құру қажет;
Көнекілеудің физикалық қасиеттері бойынша табиғиға ұқсас виртуалдық материалды жобалар және жасау қажет;
Материалды объекті беттерінің бөліктеріне меншіктеу қажет;
Кеңістіктің физикалық параметрлерін құру қажет- жарықты, гравитацияны, атмосфера қасиеттерін беру қажет;
Объектілердің қозғалыс траекториясын беру қажет;
Кадрлардың қорытындыға жету тізбегін есептеу қажет;
Беттік эффектілерді қорытынды аниматциялық білікке салу қажет;
Табиғиға ұқсас кескіндерді есептеу үрдісін рендеринг деп атайды. Күрделі математикалық модельдерді ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 4
1.Оқытуда компьютерлік модельдеу түсінігі ... ... ... ... ... ... . 6
1.1 Компьютерлік модельдеу бағдарламасын пайдаланудыңартықшылықтары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 6
1.2 Компьютерлік модельдеу бағдарламаларының түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... 10
1.3 Физиканы оқытуда компьютерлік технологияны қолданудың қазіргі жағдайы мен бағыттары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13
2. Физикалық процестерді 3D компьютерлік модельдеу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 23
2.1 Үшөлшемді модельдеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23
2.2 Физикалық процестерді компьютерлік модельдеу негіздері ... ... ... ... ... ... 26
2.3Жалпы физика бөлімдеріндегі компьютерлік модельдеу әдістері ... ... ... ... 34
3. ЖOбAны экOнOмикAлық нEгIздEрі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 49
3.1 Бaғдaрлaмaлық өнiмдi құрyдaғы шығындaр ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 49
3.2 Жaлпы шығындaр eceбi ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 54
3.3 Еңбек қауіпсіздігі негіздері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 55
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 66
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 69
Кіріспе
Зерттеу жұмысының көкейкестілігі. Қазіргі уақытта елімізді бәсекеге қабілетті дамыған мемлекет болуға дайындау мақсатында, жастардың сауаттылығын арттырып, барлық жеткіншек ұрпақтың толыққанды білім алуына үлкен көңің бөлінеді. Тәуелсіз елдің тірегі білімді ұрпақ- демекші. Жаңа дәуірде басты мәселе білімді беру, ғылымды дамыту.
Қазақстан Республикасының Білім туралы Заңында: Білім беру жүйесінің басты міндеті ұлттық және жалпы азаматтық құндылықтар, ғылым мен практика жетістіктері негізінде жеке адамды қалыптастыруға және кәсіби шыңдауға бағытталған білім алу үшін қажетті жағдайлар: оқытудың жаңа технологияларын енгізу, білім беруді ақпараттандыру, халықаралық ғаламдық коммуникациялық желілерге шығу деп білім беру жүйесін одан әрі дамыту міндеттерін көздейді. Сондықтан, қазіргі даму кезеңі білім беру жүйесінің алдында оқыту үрдісі технологияландыру мәселесін қойып отыр. Заман талабына сай білім оқу орындарында білім мазмұнын, оның құрылымдық жүйесін жақсарту білім реформасының жүзеге асуының басты шарты.
Электронды есептеу машинасын пайдаланып пәндерді (солардың ішінде физиканы) тиімді оқытудың әртүрлі жолдары мен амалдары іздестірілуде. Физика пәні жаратылыстану ғылымдарының ішінде техникаға, өндірісті автоматтаңдыру мен компьютерлендіруге ең жақын ғылым екендігі белгілі. Физиканың жастарды тәрбиелеуде, талант-қабілетін ашып дамытуда алатын орны ерекше. Соған қарамастан оқушылардың физикаға деген қызығушылығы азайып, жаратылыстану пәндері бойынша алған білім сапасы төмендеп кетті. Бұлардың көптеген себептері бар: солардың ішінде ең бастыларының бірі - физиканы оқыту әдістемесінің жаңа өзгерген жағдайға бейімделе алмауында болып отыр.
Расында да, мектеп физикасы біртұтас оқу пәні ретінде білімнің классикалық үлгілерімен қатар, ғылымның қазіргі кезеңіне сәйкес келетін жаңалықтарын да қамтиды. Соңғыларына атомдық, ядролық және кванттық физикаға байланысты материалдар жатады. Бұл материалдар қазіргі физиканың білімдік негізін құрай отырып, дүниенің біртұтас физикалық көрінісін беруде де, ғылыми-техникалық төңкеріс жасауда да, жаңа технологияларды игеруде де орасан зор рөл атқарады.
Бұл жұмыста оқушылардың оқу- танымдық белсенділігін, жоғары деңгейін қамтамасыз ету үшін физика пән мұғалімдерінің оқу процесіне компьютерлік модельдеу бағдарламасын қолданудың тиімді тәсілдері көрсетілген.
Аталған мәселелерді жүзеге асыру бағытымен дипломдық жұмыстың тақырыбы Денелердің өзара әрекеттесу заңдылығтарын 3D графикада бейнелеу деп таңдалған.
Зерттеудің мақсаты: білім алушыларға компьютерлік модельдеу программаларында жұмыс жасауды үйрету жәнефизика пәнін оқытудың сапасын арттыру.
Зерттеудің міндеттері:
білім берудің сапасын арттыру жолдарының негіздерін зерделеу;
жаңа компьютерлік модельдеу программаларына салыстырмалы талдау
жасау арқылы оқытудың ақпараттық технологиясының мүмкіндіктерін айқындау;
оқытудың жаңа ақпараттық технологиясын информатика пәніне оқытуға
қолданудың әдістемелік жүйесін жасақтау.
Зерттеудің нысаны: жалпы білім беретін мектептер.
Зерттеудің пәні: 3Dмодельдеу программасынқолданып оқушылардың білім сапасын арттыру.
Жұмысымыздың ғылыми жаңалығы:
білім беру негізінде жаңа технологиянегіздері қарастырылды;
жаңа 3D программаларға салыстырмалы талдау жасалды және оқытуды
ақпараттық технологиясының мүмкіндіктерін айқындады;
оқудың жаңа ақпараттық технологиясын пайдалануда физика пәніне
оқытуға арналған әдістемелік жүйесі жасақталды.
Жұмыстың құрылымы: диплом жұмысы кіріспе, үш тарау, қорытынды және пайдаланған әдебиеттерден тұрады.
Оқытуда компьютерлік модельдеу түсінігі
Компьютерлік модельдеу бағдарламасын пайдаланудың артықшылықтары
Бастапқыда модель деп анықталған жағдайда объектіні алмастыратын қандай да бір көмекші объекті аталған. Сондықтан табиғат заңдарының әмбебаптығы, модельдеудің жалпылығы, және біздің білімдерімізді модель түрінде бейнелеудің мүмкіндіктері сәйкессіз болды.
Уақыт өте келе объектілірді жасанды сызбалардың, суреттердің, карталардың модельдік ерекшеліктері арқылы сипаттала бастады. Келесі қадамда модель ретінде нақты объект ғана емес абстрактылы, идеялық құрылымдардың да жұмыс істеу мүмкіндіктері белгілі болды. Мұның мысалы математикалық модельдер бола алады. Математика негіздерін зерттеумен айналысатын математиктер мен философтардың еңбектерінің нәтижесінде модельдер теориясы жасалды. Онда модель бір абстрактылы математикалық құрылымның басқасына бейнелену, түрлендіру нәтижесі болып анықталады.
ХХ ғасырда модель түсінігі нақты және идеялық модельдерді қатар қамтитындай болып жалпыланды. Сондықтан, абстрактылы модель түсінігі математикалық модельдер шеңберінен шығып, әлем туралы білімдер мен танымдардың барлығына қатысты болды. Модель түсінігінің айналасындағы кең талқылыаудың қазіргі кезде жалғасып отырғандағын естен шығармау қажет. Бастапқыда ақпараттық, кибернетикалық бағыттардағы ғылыми пәндер аясында, содан соң ғылымның басқа да салаларында түрлі тәсілдермен іске асырылатын модель ретінде танылды. Негізінде модель білімнің мәнін нақтылау тәсілі ретінде қарастырылады.
Модель - қaсиеттері белгілі бір мaғынaдaғы жүйенің немесе процесстің қасиеттеріне ұқсас объектілер немесе процесстер жүйесі; сериялы бұйымдарды жаппай өндіруге арналған үлгі, эталон; кез-келген бір объекті жұмысы, мыс., процессордың жұмыс істеуін модельдейтін порграмма немесе құрылғы. Ол материалдық объект түрінде, математикалық байланыстар жүйесі ретінде немесе құрылымды имитациялайтын программа күйінде құрастырылады да, қарастырылатын объектінің жұмыс істеуін зерттеу үшін қолданылады. Модельге қойылатын негізгі талап - оның қасиеттерінің негізгі объектіге сәйкес келуі, яғни барабарлығы. [1]
Модельдеу - кез-келген құбылыстардың, процесстердің немесе объект жүйелерінің қасиеттері мен сипаттамаларын зерттеу үшін олардың үлгісін құру (жасау) және талдау; бар немесе жаңадан құрастырылған объектілердің сипатын анықтау немесе айқындау үшін олардың аналогтарында (моделбдеріне) объекілердің әр түрлі табиғатын зерттеу әдісі. Модель төрт деңгейде түпнұсқаның гносеологиялық орынбасары бола алады: 1-элементтер деңгейінде, 2-құрылым деңгейінде, 3-қалып-күй немесе қызметтік деңгейінде, 4-нәтижелер деңгейінде. Сипаты бойынша модельдеу материалдық және идеалдық болып бөлінеді. Материалдық модельдеу объектінңі геометриялық, физикалық, динамикалық және қызметтік сипатын нақты дәл береді. Идеалдық модельдеуге объектінің ойдағы бейнесі жатады. Ойша модельдеу тіл көмегімен іске асырылады.
Соңғы онжылдықтa технологияның қарқынды дамуы, компьютeрлік техника мен бағдарламалық қамтамасыз ету сaласында да көптеген өзгерістерәкелді. Сол өлгерістердің арқасында, ерекше эффектілер арқылы жасалған фильмдер, эпизодтары қазіргі заманғы стандарттарға сәйкес келетін, толқудың және пікірталастың қалыптасуына себеп болды. Бүгін сіз фильмдерде және теледидарда арнайы әсерлермен ешкімді таң қалдырмайсыз. Өйткені, қазірде компьютерлік графиканы құруға арналған бағдарламалар және үш өлшемді модельдеуге арналған программалар кең таралған. Үшөлшемді графикалық бағдарламалар өзінің мүмкіндіктері мен артықшылықтары арқылы қолданушылардың қызығушылығын арттырады.
Компьютерлік модельдеу, соның ішінде үшөлшемді графика біздің өмірімізде соншалықты үлкен орын алады. Біз оны кез-келген жерде кездестіреміз, бірақ аңғарып қарамаймыз. Не себепті? Өйткені үшөлшемді графика өміріміздің бір бөлшегіне айналған. Үлкен билбордтар, сауда орталығындағы жарнамалар, ұшақты көруге арналған іс-әрекеттегі фильмде жарылыс жасаған күлгін жарқылына қарап, көптеген адамдар бұл нақты түсірілім емес, үш өлшемді графикалық шеберлігінің нәтижесі екенін түсінбейді. Үшөлшемді графиканың көлемі өте кең: жарнамалық және киноиндустриядан интерьер дизайнымен шектелмей, компьютерлік ойындар мен архитектуралық проектер кезінде де қолданылады.
Қазіргі таңда білім беру жүйесінің басты міндеті, олқоғамды жаһандық ақпараттандыру. Сонымен қатар қазіргі заманғы ақпараттық ортада шығармашылығы жоғары, сапалы қызметке дайын маман даярлау. Кәсіби құзіреттіліктері жоғары информатика пәнінің мамандарын даярлау үшін, ғылыми әдістемелік құралдар керек. Сонымен қатар материалдық-техникалық және ақпараттық-технологиялық оқытудың рөлі жоғары.
Адамдарды өмірге және ақпараттық қоғамдағы жұмысқа дайындау, білім беруді ақпараттандырудың басты мақсаты болып табылады. Ақпараттық технологияларды өздерінің практикалық мәселелерін шешу үшін пайдалану мүмкіндігін қалыптастырады. Сондықтан, компьютерлік технологияны оқушыларға кәсіби бағдарында қолданудың өзектілігі айқын: бұл қоғамды ақпараттандыру үдерісінің жылдам дамуына көмек береді [1].
Физика пәнін оқу процесінде шешілетін басты міндеттердің бірі - оқушылардың танымдық мүдделерін, зияткерлік және шығармашылық қабілеттерін дамыту. Информатика сабағының негізгі мақсатының біріне: оқушылардың заманауи ақпараттық технологияларды меңгеру үшін әртүрлі іс-шараларға қатысуға, оқушылардың өнімділігі мен шығармашылық сипатын ескере отырып, тиімді жағдай жасау. Эксперимент жасауға, өз бетінше ізденуге ынталандыру. Осы жағдайлардың бірі, менің ойымша, компьютерлік модельдеу болып табылады. Қазіргі уақытта ғылыми-практикалық зерттеулердегі компьютерлік модельдеу әлемді түсінудің негізгі құралдарының бірі болып табылады. Компьютерлік сабақтар кезінде оқушылар модельдерді қалай құрастыруға, компьютерлік модельдеу программаларымен жұмыс жасауға үйрену керек. Қазіргі таңда кең таралған үшөлшемді модельдеу информатика сабағында,жоғарғы сынып оқушыларына арнайы сабақ ретінде үйретіледі [14].
Ең көп қолданылатын танымал ақпараттық-коммуникациялық технологиялардың бірі компьютерлік модельдеу. Бұл жұмыс тек кәсіпқой ғана емес, сондай-ақ жаңа пайдаланушыларды да қамтиды. Компьютерлік графикасыз заманауи мультимедиялық бағдарлама жасай алмайды. Оқушылар алдында тұрған міндеттер қызықты және жиі қиындық тудырады, бұл олардың мотивациясын арттыруға, кеңістіктік ойлауды дамытуға, компьютерлік ғылымның мүмкіндіктерін ашуға және математикамен қарым-қатынасты анықтауға мүмкіндік береді.
3D-технологиялық бағдарламамен жұмыс істеу, кез-келген деңгейдегі оқушыларды оқыту мен танымдық үдерісіне белсене араласуға және өзінше ой қабілетін білдіруге мүмкіндік береді. Сабақтар күрделі деңгейде өткізілуі мүмкін, бірақ барлығына қол жетімді программаны пайдаланған дұрыс. Өйткені олардың сыныптағы және сыныптан тыс 3D-модельдеу элементтерін пайдалану, оқушылардың практикалық дайындығын жақсартуға ықпал етеді. Бұл техникалық мамандықтарды табысты меңгеруге әкеледі. Компьютерлік модельдерді құру қызметі оқушылардың білімін тереңдетіп қана қоймай, сонымен қатар модельдеу саласындағы интеллектуалды дағдыларды дамытады. Оқушылардың шығармашылық қабілеттерін дамытуға мүмкіндік береді. Компьютерлік 3D модельдеу: математика, физика және басқа ғылымдармен информатика пәнаралық қосылыстарды барынша кеңінен пайдалану арқылы сипатталады. Толық ғылыми көзқарас алу үшін, шығармашылық қабілеттерін дамыту, болашақта танымал мамандар болу үшін оқушылардың компьютерлікмодельдеу негіздерін меңгеруі дұрыс [1]. Оқушылардың кәсіби құзыреттілігін дамытуда компьютерлік модельдеуді оқыту мұғалімнің оқу процесінде көптеген білім беру технологияларын қолдануды көздейтін шығармашылық міндеті болып табылады:
көп деңгейлі оқыту, тез қабылдайтын оқушылар өздерінің қабілеттерін
жүзеге асырады, әлсіз қабылдайтын оқушылар өздеріне мотивация алып практикалық ой- өрісін дамытады;
жобаға негізделген оқыту әдістері оқушылардың жеке шығармашылық
қабілеттерін дамытуға, олардың кәсіби және әлеуметтік өзін-өзі тануына саналы түрде жақындауға мүмкіндік береді;
Оқудың зерттеу әдісі оқушыларға өздерінің білімін дербес толтыруға, зерттелетін проблемаға тереңірек қарауға және оны шешу жолдарын ұсынуға мүмкіндік береді, бұл әлемдік көзқарас қалыптастыру кезінде маңызды болып табылады. Бұл әрбір оқушының жеке даму траекториясын анықтау үшін маңызды;
Компьютерлік модельдеуді тиімді оқыту үшін әдіснамалық және дидактикалық материалдар болуы тиіс. Өйткені модельдеуге қатысқысы келетіндердің қамтуы - 2-ден 9-ға дейін және оқытудың түрлі деңгейлеріндегі балаларға назар аудару қажет. Оқушылардың әрқайсысына берілген білім беру тапсырмаларын орындауға арналған егжей-тегжейлі нұсқаулардың болуы, әрбір балаға оның қабілеттеріне және оқу жылдамдығына сәйкес тиімді түрде орындауға мүмкіндік береді. Әрбір оқушы өзінің даралығын көрсете алады. Бұл тәжірибеде жеке, топтық және фронталистік жұмыс түрлері пайдаланылады:
дәріс;
практикалық жұмыс;
шығармашылық жоба;
білім беру ойындары;
бәсекелестік;
тақырыптық тапсырмалар.
Компьютерлік модельдеуге арналған бағдарламалардапрактикалық тапсырмалар орындау, модельдеуге бастамашылық элементтерімен шығармашылыққа ие. Мұндай сабақтар төмендегі әдістерді көрсетіледі:
Оқушылардың білімін нығайтуға, тестілеу дағдыларын қалыптастыруға, оқушылардыңдербес компьютерде жұмысқа дайындауға, арнайы компьютерлерде оқушылардың синхронды жұмыс істеуіне;
Компьютерлерде оқушылардың қажетті танымдық қызметін ұйымдастыру және ұйымдастыру қажет болған жағдайда, өзіндік жұмыстарды орындау.
Информатика сабағында компьютерлік модельдеу бағдарламасымен жұмыс жасаған оқушылар өздерінің ойлау қабілеттерін жақтартады. Практикалық жұмыс барысында топ мүшелері объектілерді модельдеу, пайда болған проблемаларды шешу жолдары туралы. Сонымен қатар өз күштерін бағалау туралы өздерінің жорамалдарын ұсынуға мүмкіндіктері бар. Бұдан басқа, топтық белсенділік диалогта тәжірибе жинауға, оқушылардың кәсіби құзыреттіліктерін қалыптастыруда маңызды болып табылатын көзқарастарын талқылауға мүмкіндік береді.
Қазіргі таңда информатика сабағында компьютерлік модельдеу жоғары сыныптарда қарастырылған. Ал компьютерлік модельдеу технологиясының элементтерін өз бетінше зерттеуге ниет білдірген 7-9 сынып оқушылары жеке кеңес алады. Бұл технология оқушыларға бұрын алынған білім мен дағдыларды пайдалана отырып, өз міндеттерін шешуге мүмкіндік береді. Практикалық жұмыс іс-әрекетте өзін таныту қабілеті арқылы білімді алу процесін қызықтыруға мүмкіндік береді. Оқушылар модельдеу жұмыстарын толық меңгеріп, өз қажеттілігіне қолдана алады. Бұл табыстың жағдайын жасауға және білім беру және кәсіби қызметті жандандыруға әкеледі. Бұл жаңа оқу бағдарламасындағы басты мәселе. Өзгерістер негізінде тұжырымдама жатыр,оған сәйкес білімнің жалпы санына емес, функционалдық сауаттылыққа басымдық беріледі. Басқаша айтқанда, жаңартылған білім берудің міндеті-оқушыларды алған білімдерін тәжірибеде қолдануға үйрету [12].
Компьютерлік модельдеу бағдарламаларының түрлері
Компьютерлік модельдердің негізгі түрлері. мақсаты мен ауқымы. Компьютерлік модельдеу - оның компьютерлік моделін пайдалану негізінде кешенді жүйені талдау немесе синтездеу міндеттерін шешу әдісі.
Компьютерлік модельдеуді төмендегілер ретінде қарастыруға болады:
математикалық модельдеу;
имитациялық модельдеу;
тохастикалық модельдеу.
Компьютерлік модель термині теңдеулер, теңсіздік, логикалық қатынастар, өзара байланысты компьютерлік кестелер, графиктер, диаграммалар, графиктер, сызбалар, анимация фрагменттері, гипермәтін және т.б. арқылы сипатталған объектінің немесе белгілі бір жүйенің шартты бейнесі ретінде түсініледі. Сондай- ақ объектінің элементтері арасындағы құрылым мен қатынастарды көрсету. Теңдеулер, теңсіздіктер, логикалық қатынастар, өзара байланысты компьютерлік кестелер, графиктер, диаграммалар, графиктер арқылы сипатталған компьютерлік модельдер математикалық деп аталады. Компьютерлік модельдер өзара байланысты компьютерлік кестелер, графиктер, диаграммалар, суреттер, анимация фрагменттері, гипермәтін және т.б. және объектінің элементтері арасындағы құрылым мен қатынастарды көрсете отырып, біз құрылымдық және функционалды деп атаймыз.
Әртүрлі, әдеттегі кездейсоқ факторларға әсерін тигізетін объектінің (объектілердің) жұмыс істеу процестерін ойнату үшін, оның жұмысының нәтижелерін графикалық бейнелеу және дәйектеуді пайдалануға мүмкіндік беретін компьютерлік модельдер (жеке бағдарламалар, бағдарламалар жиынтығы, бағдарлама кешені) имитация деп аталады. Компьютерлік модельдеудің мәні бар модельге сандық және сапалық нәтижелер алу болып табылады. Талдаудың сапалы нәтижелері күрделі жүйенің бұрын-соңды белгісіз қасиеттерін анықтайды: оның құрылымы, даму динамикасы, тұрақтылығы, тұтастығы және т.б. Сандық қорытындылар негізінен қолданыстағы СС-ны талдау немесе кейбір айнымалылардың болашақ құндылықтарын болжау болып табылады. Сапалы, сонымен қатар сандық нәтижелерді ғана емес, иметатциялық модельдеуі мен құрылымдық-функционалдық арасындағы маңызды айырмашылық. Модельдеудің бірқатар ерекшеліктері бар. Олардың әрқайсысында, модельдің күрделілігіне байланысты, мақсат модельдеу, модель сипаттамаларының белгісіздігінің дәрежесі болуы мүмкін. Әртүрлі жолмен зерттеулер жүргізіледі(эксперименттер), яғни зерттеу әдістері. Мысалы, талдау кезінде зерттеу математикалық әдістерді қолданды. Жеке немесе далалық үлгілеу үшін эксперименттік зерттеу әдісі қолданылады [23].
Қолдану арқылы категориялау оқу модельдері оқытуда қолданылады. Көрнекі құралдар, түрлі тренажерлар, оқу бағдарламалары болуы мүмкін. Эксперименталды модельдер объектіні зерттеу және оның болашақ сипаттамаларын болжау үшін пайдаланылады. Мысалы, ұшақ қанатының моделі желдің туннельдерінде ағып кетеді, оның ағынын зерттейді; Құрылыс үлгісі оны белгілі бір жерге байланыстыру үшін пайдаланылады. Мұндай модельдер жобаланған объектінің қысқартылған немесе үлкейтілген көшірмелері болып табылады. Ғылыми-техникалық модельдер процестер мен құбылыстарды зерттеуге арналған. Бұл модельдерде найзағайдың электр зарядтарын алу құрылғысы, Күн Жүйесінің планеталарының қозғалысы моделі, ішкі жану қозғалтқышының моделі табылады. Ойын модельдері әртүрлі ойындар: бизнес, экономикалық, әскери. Осындай модельдердің көмегімен жанжал жағдайларын шешуге, психологиялық көмек көрсетуге, әртүрлі жағдайларда объектінің мінез-құлқын ойнауға болады. Модельдеу модельдері әртүрлі дәрежелі дәлдікпен шындықты көрсетпейді, бірақ оны еліктейді. Модельдегі эксперимент нақты жағдайдағы кез-келген әрекеттердің әсерін зерттеу немесе бағалау үшін немесе басқа да көптеген ұқсас нысандармен бір уақытта жүзеге асырылатын, бірақ әртүрлі жағдайларда орнатылған бірнеше бастапқы деректермен бірнеше рет қайталанады. Зерттеу қорытындылары бойынша.
Статикалық модельдер объектіні кез-келген нүктеде уақытында, онымен бірге болған өзгерістерді ескерместен көрсетеді. Бұл модельдерде уақыт факторы жоқ. статикалық модель сутегі атомдары мен оттегінен тұратын су молекуласының орналасуы немесе құрылымы бола алады.
Динамикалық модельдер объектіні уақыт бойынша өзгерту процесін бейнелейді. Білім саласы бойынша физикалық-химиялық географиялық географиялық тарихи социологиялық экономикалық классификация.
Машина экспериментінің қолданбалы және перспективалық әдістерін талдау есептеу, статистикалық, имитациялық және өзін-өзі ұйымдастыру әдістерін ажыратуға мүмкіндік береді.
Есептелген (математикалық) модельдеу математикалық үлгілерді зерттеуде пайдаланылады және әр түрлі сандық кіріс деректерімен машинаны іске асыруға дейін азаяды. Осы енгізулердің (есептеулердің) нәтижелері графикалық немесе кестелік түрінде берілген. Мысалы, классикалық схема - математикалық модель алгоритмдік формаға дейін төмендетілген сандық әдістерді қолдануға негізделген дифференциалдық теңдеулер жүйесі түрінде ұсынылған математикалық модельді машина іске асыру, бағдарламалық қамтамасыз ету компьютерде жүзеге асырылады және нәтижелер есептеледі [23].
Информатика компьютер көмегімен жасалуы және зерттелуі мүмкін үлгілерді қарастырады. Бұл жағдайда модель компьютерге және компьютерге емес болып бөлінбейді. Қазіргі уақытта компьютерлік модельдердің екі түрі бар: құрылымдық және функционалдық, олар компьютерлік технологияны қолдану арқылы сипатталған объектінің әдеттегі бейнесін білдіреді; әртүрлі жағдайларда объектінің жұмыс істеу процестерін жаңғыртуға мүмкіндік беретін бағдарламаларды немесе бағдарламаларды кешенін имитациялайды. Имитациялық модельдеу жалпыға ортақ дәрежеде сипатталады, тапсырмалардың кең класына оңай бейімделетін бірыңғай модель құру үшін алғышарттар жасайды және әртүрлі сынып модельдерін біріктіру құралы ретінде әрекет етеді.
Компьютерлік модельді құру құбылыстың немесе зерттелетін ерекше объектінің ерекшелігінен абстракцияға негізделеді және екі кезеңнен тұрады: алдымен сапалы және кейіннен сандық модель. Компьютерлік модельдеу - компьютерде компьютерлік есептеу эксперименттерінің сериясын жүргізу, оның мақсаты зерттелетін объектінің нақты мінез-құлқымен талдау модельдеу нәтижелерін талдау, талдау және салыстыру, қажет болған жағдайда модельді нақтылау және т.б.
Екі ғимарат модельдерінің салыстырмалы компьютерлік анимациясы.
Компьютерлік модельдеудің негізгі кезеңдері:
проблемалық есеп, модельдеу объектісінің анықтамасы;
тұжырымдамалық модельді әзірлеу, жүйенің негізгі элементтерін және
өзара әрекеттесудің қарапайым актілерін анықтау;
формализация, яғни математикалық модельге көшу;
алгоритм құру және бағдарламаны жазу;
компьютерлік эксперименттерді жоспарлау және жүргізу;
нәтижелерді талдау және түсіндіру.
Модельдеудің компьютерлік түрлері қазіргі кезде де кеңінен қолданыс табуда. Компьютерлік модельдеудің мүмкіндіктерін кеңейтіп, қолдану тәсілдерін жеңілдететін ішкі бағдарламалар мен сандық математика тәсілдерінің формаларымен толықтырылған функциялардың кітапханалары бар. Сондай-ақ компьютерлік модельдеу түсінігі ХХ ғасырдың 50-ші жылдары биологиядағы күрделі жүйелерді автоматтандырылған экономикалық-ұйымдастырылған басқару жүйесін құруда жүйелік талдаумен жиі қоладнған.
Күрделі жүйелерді талдаудағы компьютерлік модельдеу зерттелетін объектінің математикалық-логикалық күйін модельдеу, объектінің қызметтік алгоритміне айналатын, компьютерлерге арналған бағдарламаларды комплексті түрде дайындайтын имитациялық модельдеу болып табылады.
Кез-келген объект күйін имитациялауға болады, бірақ имитациялық модельдеу бәрінен бұрын таңдалған басқару стратегиясына тәуелді күрделі жүйелердің алдыңғы уақыттағы күйін болжаудың зерттелуін қарастырады.
Графикалық интерфейстер мен қолданбалы бағдарламалардың графикалық пакеттерінің дамуының негізінде объектінің сыртқы түрі мен құрылымын компьютерлік модельдеу кең таралды.
Қазіргікездекомпьютерлікмодельдеуре тінде;
өзара байланысты компьютерлік суреттердің, кестелердің,
схемалардың, диаграммалардың, графиканың, анимациялық фрагменттердің, гипертексттердің көмегімен сипатталған объектінің шартты бейнесі айтылады. Бұл түрдегікомпьютерлікмодельдер құрылымдық-функционалдық деп аталады;
түрліфакторлардағы объектіге әсер
ету шарттарының функциялану процесін имитациядауды реттелген есептер мен графикалық бейнелеулер нәтижесін шығаруға мүмкіндік беретін жеке бағдарламалар комплекстері аталады [22].
Компьютерлік модельдеудің мақсаты - экономикалық, әлеуметтік, ұйымдастырушылық-техникалық сипатта шешім дайындап, қабылдауға пайдаланылуы мүмкін мәліметтер алу. Компьютерлік математикалық модельдеу информатика пәнімен технологиялық жағынан байланысады. Компьютерлер мен ақпаратты өңдеудің сәйкес технологияларын пайдалану экологтардың, экономистердің, физиктердің және т.б. қызметтердің ажырамас бөлігі.
Модельдеу үдерісіне нысанның тұпнұсқасын танып- білу мақсатымен нысан-үлгілер құрылады.
1.3 Физиканы оқытуда компьютерлік технологияны қолданудың қазіргі жағдайы мен бағыттары
Оқытудың жаңа ақпараттық - коммуникациялық технологияларын меңгеру - қазіргі заман талабы. ХХІ ғасыр - ақпараттық технология ғасыры. Қазіргі қоғамдағы білім жүйесін дамыту да ақпараттық - коммуникациялық технологиялардың маңызы зор. Білім беруді ақпараттандыру және пәндерді ғылыми - технологиялық негізде оқыту мақсаттары алға қойылуда. Ақпараттандыру технологиясының дамуы кезеңінде осы заманға сай білімді, әрі білікті жұмысшы мамандарын даярлау оқытушының басты міндеті болып табылады. Қоғамдағы ақпараттандыру процестерінің қарқынды дамуыжан-жақты, жаңа технологияны меңгерген жеке тұлға қалыптастыруды талап етеді.
22 қыркүйек 1997 жылы Қазақстан Республикасы Президентінің өкімімен Қазақстан Республикасы орта білім жүйесін ақпараттандыру туралы мемлекеттік бағдарламасы бекітілді. Онда былай делінген: Қазақстандағы жаңа қоғамдық-саяси және әлеуметтік-экономикалық шарттар білім беру саласында принциптік жағынан жаңа жағдайлар жасады. Орта білім беру жүйесін демократиялық мемлекеттің және нарық экономикасының талаптарына жауап беретіндей етіп түпкілікті қайта құру талап етіледі .
Қазақстан Республикасы дүние жүзінің дамыған елдері сияқты орта білім беру жүйесін ақпараттандырудың нақты жолына түсуі тиіс, яғни бірыңғай ақпараттық білім беру кеңістігін жасау қажет. Бұл орта білім беру жүйесін ақпараттандырудың мақсаты болып табылады.
Білім саласын ақпараттандыру деп оқытудың және оқу үдерісін басқарудың тиімділігін арттыру мақсатында техникалық және материалдық ресурстарды, идеяларды, ғылыми-әдістемелік материалдарды оңтайлы интеграциялау үдерісін айтады.
Бүгінгі таңда мектепте білім беруді ақпараттандырудың болашағы қоғамдағы ғылыми-техникалық прогрестің қарқынды даму үрдісімен, білім мен ғылымның интеграцияға ұмтылуымен, қоғамдағы ақпарат көлемінің ұлғаюымен және оның әртүрлілігімен анықталады [6].
Мектепте білім беруді ақпараттандыру әлеуметтік, экономикалық, теориялық, практикалық сипаттағы түйінді мәселелерді шешуге жол ашуда. Міне сондықтан, ғылыми-техникалық прогресс жағдайында мектеп оқушыларынан жоғары білікті мамандар даярлау үшін жаңаша оқыту әдістерін ғылыми негіздеп, практикаға енгізу қажеттігі туды.
Бұлмәселелердіұтымды шешудің бірден бір жолы - оқу үдерісін компьютерлендіру. Өйткені болашақ мамандардың бойында ақпараттық мәдениеттің негіздерін қалыптастыру олардың жастайынан компьютерде жұмыс жасап, оны жақсы игеруімен тығыз байланысты.
Жалпы білім беретін мектептерде компьютерлендіруді жаппай енгізу үдерісі оқыту теориясы мен мектеп практикасы алдына жаңа ғылыми мәселелерді қойып отыр. Осыған орай көптеген ғалымдар мен әдіскер мамандар компьютерді білім беру жүйесінде сапалы әрі тиімді қолдану мақсатында теориялық және әдістемелік зерттеулер жүргізуде.
Физиканы оқытудың кез-келген формасында ақпараттық технологияларды, яғни,компьютерлердіжәнебағдарламалы ққұралдардыәр-түрлімақсатта пайдаланады (1.1-сурет).
Сурет 1.1 - Компьютерлік бағдарламалық құралдарды пайдалану мақсаттары мен түрлері
Физиканы оқытуда ақпараттық технологияларды қолдану әдістемесімен:
- физиканы оқытуда ақпараттық технологияларды қолданудың ғылыми
әдістемелікнегіздері (Э.В.Бурсиан,Е.И.Бутиков,И.Б.Горбун ова, Л.В.Жуков,В.А.Извозчиков,A.C.Кондра тьев,А.В.Ляпцев,Г.Г.Матаев, А.И. Ходанович, A.C. Чирцов);
- физиканы оқытуда жаңа ақпараттық технологияларды қолдану
әдістемесінің мәселелері Л.И.Анциферова, A.C.Кондратьева, В.В.Лаптева, A.B. Смирнова, А.И. Ходановича және т.б еңбектерінде орын алған;
- жоғары оқу орындарында ақпараттық технологияларды қолдану
мәселелерімен Е.В.Демин, Л.С.Коновалец A.A.Лактионов, Л.В.Миронова және т.б ғалымдар айналысқан;
- әр-түрлі нақты ақпараттық технологияларды физиканы оқытуда қолдану
П.В.Абросимова,A.A.Ездова,Ю.Б.Икрен иковой,В.В.Клевицкого, С.Л.Светлицкого,Л.Х.Умаровой,A.B.Эл ьцовжәнет.бғалымдардың еңбектерінде кездеседі.
Физикалықбілімберудіақпараттандырут әжірибементеориядакең зерттеулердіңбастымәселесінеайналды .Физикасабағындакомпьютерлерді пайдаланумәселесініңәдістемелікнегі здерінеЛ.И.Анциферов, Г.А.Бордовский,В.А.Извозчиков,A.C.К ондратьев,В.А.Лаптевжәне т.б.ғалымдардың жұмыстары арналды.
Аталғанавторлардыңжұмыстарындафизик аныоқытубарысында компьютерлердіқолданудыңтиімдібағыт тарыонықұралретіндепайдалану болыптабылады.Сондықтан, компьютерлікоқыту-физиканыоқыту әдістемесініңқазіргімаңыздықарқынын аайналды.Осылайшажоғарыоқу орындарындакомпьютердіпайдалануқаже ттілігіинформатикаданбасқа физика сабақтарында да міндеттеле бастады.
Сонымен қатар бірнеше шет елдік ғалымдар, П. Клейн, С.Гребер, Ж.Кухн, A.Мюллер планшетті, компьютерді эксперимент жасау құралы ретінде пайдаланып, физикалық құбылыстарға видеоанализ жасауар қылы оқушылар қызығушылығын арттыруды, А.Л.Рудольф, Б.Леймин, Е.Празер Физиканы оқытудаақпараттықтехнологиялардыңер екшелігіннегіздейкеле,физикалық құбылыстарды түсіндіруде интерактивті әдістердің маңызын көрсетті [2].
Физиканы оқытуда компьютерді пайдалану мәселесі бойынша зерттеу жүргізген Ресейлік және отандық ғалымдардың кейбір пікірлерін қарастырайық. Физиканы оқытуда компьютерлерді пайдалану мәселесін И.Я.Ланина оқушылардың танымдық қызығушылықтарын қалыптастыру және дамыту мәселелерін зерттеу барысында қарастырды .Автор компьютер мүмкіндіктерін зерттеу оның қасиеттерін ерекшелеуге жәнео қушылардың білімі, қабілеттері мен дағдыларын қалыптастырумен қатар, олардың тұлғалық қасиеттерінің қалыптасуы үшін компьютердің маңызы туралы қорытынды жасады [19].
Кеңтаралған пікірлердің бірі, компьютермен оқыту барысында оқушылардың ойлау қабілетінің шектеулілігі, яғни сезімдердің болмауына байланысты Д.Вайценбаумның ойынша, оқытудың сезімділігін жеткіліксіз бағалау компьютерлерді қолдануға ұласатын теріс әсерлердің бірі болып табылады. Ғалымның пікірінше, физиканы оқыту әдістемесінде компьютермен жұмыс істеу маңызды - бұл, оқушылардың іс-әрекетке шығармашылықпен қарауы, ал, компьютердің қызықты идеяларды үнемі ұсынуы болып табылады.
В.Г.Разумовскийдің ойынша, дайын ережелер негізінде оқыту іс - әрекетін алгоритмдеуд ішектемей, қажетті алгоритмді өздігініше құрумен, интуициямен байланысты оқушының шығармашылық қабілеттерін тежемеу керек. Компьютердің экрандық әлемі табиғи құбылыстардың бай әлемінің орнын алмауы қажет. Оқушылар үшін компьютер-бұл адам қолындағы құрал, жетік құрал болғанымен, адамның жасаған мүмкіндіктерімен шектелгенгендігін түсіну керек, ол еңбекті, өнімді, шығармашылықты қызықты етеді.
Физиканы оқытуда компьютерлерді пайдалану оқушылардың бағдарламаларды құрау, гипотезаларды тексеру үшін тапсырмаларды шешуді, графиктерді құру үшін қосымшаақпаратты алу секілді дербес жұмыстарды көздейді. Барлық жағдайларда компьютер іс-әрекетті ынталандырушы басты құрал ретінде оқушылардың шығармашылық белсенділігін арттырады.
Оқушылардың ақыл-ойының дамуына компьютердің әсер ету мәселелері (Б.Ф.Ломов, К.М.Гуревич және т.б.), компьютермен жұмыс жасауда оқушылардың оқу әрекетін ұйымдастыру (В.В.Рубцов) проблемалары да зерттеле бастады.
Зерттеушілер оқу үдерісі үшін арнайы жасалған не соған үйлестірілген ПБҚ-ды оқушылардың іс-әрекетін ұйымдастырушы, бірлесе қаракет етуге үйретуші оқыту құралы деп танып, зерттеу объектісін өзгерту мен оны қайта көрсету тек компьютер көмегімен оқу үдерісінде ғана іске асырылуы мүмкін деген тұжырымға келді.
Оқу құралы ретінде компьютерді енгізу мектеп пен шынайы өмір арасындағы байланысты күшейтуге, фундаментальдық білімді оқушылардың танымдық қаракетін басқару мен оқу үдерісінің тәрбиелік бағытын күшейтетін де құрал болып табылады.
Мектептерде дербес компьютерлердің пайда болуы көптеген оқу материалдарын көрнекілендіру, физика зандарын өздігінен тексеру, математикалық ақпарат пен физикалық құбылыстарды меңгеру дағдыларын қалыптастыру, мектеп зертханасын және онда қойылатын төжірибелерді автоматтандыру, оны нағыз ғылыми-зерттеу жұмыстарына жақындастыру сияқты әдістерді кеңінен қолдану мүмкіндіктерін туғызды [18].
Физика сабақтарында компьютерді әр түрлі мақсаттарда пайдаланады.
(1-кесте).
Кесте 1 - Педагогикалық бағдарламалық құралдарды қолдану мақсаттары мен түрлері.
ПБҚ қолдану мақсаттары
ПБҚ түрлері
Көрнекілікті арттыру және бейнелі қойылым көрсету, қорыту және жүйелеу, сабақ ақпаратын үнемі жаңартып отыру.
1.Ақпараттық-іздестіру жүйелері
2. Сараптау жүйелері
3. Оқыту бағдарламалары (демонстрациялық модельдеу типтері)
4. Компьютерлік ойындар
Әртүрлі дағдылар мен іскерлік-терді қалыптастыру мен бекіту
1. Оқыту бағдарламалары
2. Сараптау жүйелері
3. Компьютерлік ойындар
4. Иммитациялық модельдеу
Білімді меңгеру деңгейін тексеру
1. Оқыту бағдарламалары
(бақылаушы типтегі)
2. Компьютерлік ойындар
3. Ақпараттық-іздестіру жүйелері
4. Сараптау жүйелері
Алайда, бұл жұмыста оқушылардың өздік таным іс-әрекетін ұйымдастыру, дербес танымдық белсенділігі мен логикалық ой-өрісін дамыту, сабақта проблемалық ситуация туғызу, шығармашылық деңгейін арттыру сияқты оқытудың негізгі мақсаттары нақты ашылып көрсетілмеген.
Сабақта ЭЕМ пайдаланудың қандай да бір түрін мұғалім тандайды және оқыту кезеңі мен сабақты ұйымдастыру түріне байланысты сабақ сценариіне енгізеді.
Физика сабағында электронды есептеу техникасын қолдану түрлерін классификациялау оқу материалын меңгерудің 4 деңгейі: 1 - идентификациялау, 2 - репродукциялау, 3 - білімді типтік жағдайларда қолдану, 4 - білімді, іскерлік пен дағдыларды стандартты емес жағдайларға көшіру (трансформациялау) негізінде жүргізілген. Бұл жұмыста физика сабақтары түрлерінің спецификациясы мен материалды меңгеру кезеңдеріне байланысты электронды есептеу техникасын пайдаланудың мүмкін жолдары кесте түрінде көрсетілген. Онда физика сабақтарының дәстүрлі түрлері: лекция сабағы, есеп шығару сабақтары, зертханалық жұмыс, сынақ сабақ, теория меңгеру бойынша оқушылардың өздік жұмысы қаралады [19].
Электронды есептеу техникасын пайдаланудың ең бір көптен қолданылып жүрген түрлерінің бірі - физика есептерін шығару.
Физиканы оқытуда әр түрлі компьютерлік оқу бағдарламаларын қолдана отырып, пән бойынша білімді, дағдылар мен іскерліктерді қалыптастыруда жаңа ақпараттық технологияларды пайдаланудың ашылмай жатқан әлеуеті (потенциалы) мол.
Орта білім беруде компьютерлік модельдер, электрондық оқулық, мультимедиалық, Интернет т.б. жаңа ақпараттық технологияларды қолданудың дидактикасы мен технологиясы кеңінен қолданылып келе жатқаны көптегенғалымдардың еңбектерінде қарастырылғаны мәлім. Көптеген ғалымдарбілімдіақпараттандырусөзін, компьютрлендірусөзіменсиноним ретінде қолданады. Себебі, білім беру саласын ақпараттандыруда компьютер басты қажеттілік деп санайды.
Қазіргіуақыттаоқуорындарындақұрал-ж абдықтарқатарынанзиянды әсері бар, құрамында сынабы бар аспаптар алынып тасталды; сонымен қатар электрондық сәуле шоғырының қасиетін көрсетуге арналған катодтық түтікшелер де лабораторияларға шығарылмайды; қуатты рентген түтігін қолдануда шектелінген. Осы және тағы басқа жайттар оқытуда қиындықтарды арттыра түседі. Физикалық құбылысты көзбен көріп бақылауды еш нәрсе алмастыра алмайтыны мәлім. Материалды тек сөзбен баяндағанда білімгерлердезерттелініпотырғанқұбы лыстуралыайқынтүсінік қалыптаса бермейді.Бақылаументәжірибеніңтекәң гімегеайналуыбелсендіойлау әрекетін төмендетеді. Көзбен көрген бейнелер ғана құбылыстың заңдылығын өз бетінше зерделеуге негіз болады.
Оқыту құралы ретінде компьютерлер - қолданыстағы шынайы көрнекіліктіңдамуынажолашады.Компью терлероқытукөрнекілігінің тиімділігінарттырып,тікелейбақылауб олабермейтінмикроғаламдыда зерттеуге мүмкіндік береді.
Физиканы оқытуда компьютерлерді қолдануды ұсынған ең алғашқылардың қатарында бірнеше ғалымдарды атауға болады.
Физиканы оқыту барысында компьютерді қолдану мүмкіндіктерін зерттей отырып, В.В.Лаптев физика бойынша оқыту құралдарының қатарына қосылған электрондық техника,пәнге деген қызығушылықты арттырады деп, физиканы оқыту бағытында оларды пайдалануды тереңірек зерттеу қажеттігін ұсынды. Дегенмен, автордың ойынша, компьютер білімгерлердің танымдық іс-әрекетінің құралы ғана, ал оны басқару мұғалімнің міндеті.
В.В.Лаптев білім беру мазмұнына электрондық техниканың әсерін және физиканы оқыту барысындағы дербес компьютердің мүмкіндіктерін анықтады. Авторфизиканы оқытудың дидактикалық циклінің элементтерін сараптап, электрондық техниканы қолдану мүмкіндіктерін ашты, сол арқылы физика пәніэлектрондықтехниканы пәндік-бейімділікпайдаланутуралыпік ірдікеңейтті және электрондық техниканың құрал-жабдықтық қолданылу ерекшеліктерін ашып көрсетті.
Электрондық техниканы кеңінен қолдану жағдайында физиканы оқытудың мазмұндық және үдерістік құрауыштарын одан әрі зерттеу барысында В.В.Лаптев келесі нәтижелерге қолжеткізді: физикаға тән электрондық техниканы пайдалану салалары анықталды және оның әдімстемесі жасалды; электрондық техника құралдарымен табиғи тәжірибені жетілдіру концепциясы жасалды; қажетті құрал-жабдықтар мен компьютерлік бағдарламалар арқылы тәжірибе жүргізу әдістемесі жасалды [7].
Орта мектептеоқыту-тәрбиелеу үдерісінде табиғи құбылыстардың компьютерлікмодельдерінпайдаланумен құруәдістемесінжасауамалын М.П.Фокин іскеасырды. Автор компьютерлік модельдейтін бағдарламалардың дидактикалық талаптарын, олардың қызметтерін, оқыту-тәрбиелеу үдерісінде табиғи құбылыстардың компьютерлік модельдерін қолдану тиімділігінің жағдайларын анықтады. Дегенмен, аталған зерттеу жұмысында қозғалған мәселенің тәжірибедегі жағдайы талданбады, оқытудағы компьютерлік модельдер топтастырылмады. Аталған кемшіліктерді жоюда A.A.Немцов өз зерттеулерімен қадам жасады. Көптеген физикалық тәжірибелерді зерттеу негізінде автор оқытудың компьютерлік моделі(ОКМ) түсінігі туралы ғылыми білімдерді жалпылады.
Соның негізінде қарастырылған модельдер - оқыту модельдерінің жаңа түрін қалыптастырды. ОКМ-ның анықталған қасиеттері оқыту материалының мазмұнымен, оны оқыту әдістемесі мен оқыту үдерісі қатысушыларының жеке ерекшеліктеріменсипатталады.Автордә стүрлідидактикалыққұралдардың алдында оқытудың компьютерлік модельдерінің артықшылықтарын физиканы оқытутәжірибесінебарыншапайдалануүш інұйымдастырушылық-педагогикалық жағдайларын жасауға мүмкіндік алды.
Физика сабағындағы танымдық іс-әрекетті белсендендіру құралдарын, есептеуіш техниканы қолдану әдістемесінің психолого-педагогикалықжәне дидактикалы қаспектілерін Р.Ю.Шукюров зерттеген. Физика сабағында оқушылардың танымдық іс-әрекетін белсендендіру үдерісін зерттей отырып, оқыту үдерісінде сол танымдық белсенділікті анықтайтын, негізгі психологиялық, дидактикалық және әдістемелік факторлардың тиімділігін арттыру үшін компьютердің мүмкіндіктерін анықтады. Физика сабағында компьютердің дидактикалық мүмкіндіктерін пайдаланудың әдістемелік негізділігі - теориялық материалдың игерілуіне, ойланудың дамуына, ғылыми-зерттеужұмысының элементтеріне қызығушылықтыңқалыптасуына, компьютерді пайдаланумен физикалық тапсырмаларды орындау қабілеттері мен берік дағдыларын қалыптастыруға көмектеседі.
Физика сабақтарында компьютерлерді қолданубағытындағыалғашқы мақалалардың авторлары В.А.Извозчиковпен И.В.Марковалардың еңбектерінде кеңістіктегі дененің қозғалысы мысалында компьютерлердің рөліне маңызды назар аударылды. Осы уақыттан бастап, бұл тақырып бойынша басылымдар саны үздіксіз арта түсті.
В.А.Изовчиков компьютерлік модельдерді пайдалану мынадай тиімді нәтиже береді деп көрсетті[16]:
- сабақ барысында шешілетін есептер санын арттыруға болады, есепті шынайы шарттармен, яғни, техникадан алынған параметрлермен шешуге мүмкіндік туады;
- физикалық экспериментті жобалау мүмкіндігі ашылады; мәліметтерді өңдеуде уақыт ұтымды пайдаланылады; өлшемдердің саны артып отырады; әр-түрлі мәселелерде тапсырмаларды орындауға мүмкіндік ашылады;
- өзіндік көтеріңкі көңілкүй байқалады; білімгерлердің шаршауы төмендеп, эмоциялық жағымды көңіл күй пайда болады; шап-шаңдылық артады; материалдың физикалық мәні оңай меңгеріледі.
Физика сабағында компьютер бағдарламаларын қолдану мәселелеріне Н.В. Разумовскийдің мақалалары арналған. Автордың айтуынша, компьютер табиғи құбылыстар мен үдерістерді модельдеу, механизмдермен машиналардың жұмысын қайталау кезінде оқытушының тәуелсіз көмекшісі болады. Сонымен қатар, автор табиғи құбылыстардың бай әлемін компьютердің экрандық әлемімен ауыстырудың қауіптілігін ескертеді.
Компьютерді физиканы оқыту үрдісіне қолдану мәселесіне арналған ғылыми-зерттеу жұмыстарды талдай келе, оны пайдаланудың бағыттарын анықтап көрсетейік(1.2-сурет).
Ақпараттық технологиялар дыңдамуы, физикалық есептерді түрлі компьютер бағдарламалары көмегімен шешуге жолашты. Физиканы оқытуда есептерді компьютер арқылы шешудің ерекшелігі, оқушылардың физикалық құбылысты жан-жақтыталдауға, сол құбылыс негізделген физикалық формулаларды зерттеуге, алгоритмдерқұруға,жәнефизика,матема тика, информатика пәндері арасындағы байланыстықұра алуға үйретеді. Физикалық есептердікомпьютерарқылышығару,негі зінен,есептеужолдары қайталанатын, есептің жауабы графикалық түрде алынатын жағдайларда тиімді болыпсаналады.Соныменқатар, күрделі формулалар бойынша есептер шығарғанда, компьютер арқылы есеп жауабын тексеруде, экспериментальдық есептердің жауабын алуда, графиктік есептерді шығаруда, дифференциялдық, интегралдық, сандық және аралас типті есептерді компьютер арқылы шығарудың маңыздылығы зор. Физикалық есептерді компьютер арқылы шығару бірнеше кезеңді өзішіне алады: есептіңберілуі,алгоритмқұру, бағдарламалау және тестілеу немесе есеп жауабына анализ жасау [20].
Сурет 1.2 - Компьютерді физиканы оқыту үрдісіне қолдану бағыттары
Әрбір шығарылған есепте оқушыларға әр түрлі проблемалық жағдайларда дұрыс модель құруға, есепті шығарудағы ыңғайлы әдісті талдай алуына үйрету қажет. Оқушылардың білім деңгейін жоғарылату үшін жүйелі түрде есеп шығару тәжрибесі болуы керек. Бұл кейбір физикалық есеп шығару әдістерін мысалдарымен жүйелендіру және анықтамаларын тұжырымдау әрекетінен туындайды. Есеп шығарудың синтетикалық әдісі төмендегісуретте келтірілген (1.3- сурет).
Біз қорыта келе физикалық есептерді компьютер арқылы шығарудың мынадай шығармашылық сипатта маңызы бар екедігін анықтадық:
- физикалық құбылыстармен заңдарды және теорияларды талдауға, қорытындылауға, олардың арасындағы өзара байланыстарды анықтауға жәрдемдеседі;
- логикалық және физикалық ойлауын дамытады, математикалық амалдар мен түрлендірулерді орындауға жаттықтырады,физикалық заңдармен эксперименттің сандық және сапалық мағыналарын ашады;
- физикалық құбылыстармен заңдылықтардың практикалық маңызына және өмірмен, информатикамен байланыстылығына көз жеткізеді;
- оқушыларды тапқырлыққа, өзбетінше жұмыс істеуге, ақпараттық технологияларды қоладна алуына, физикалық процестердің модельдерін жасай алуға үйретеді;
- физикалық ұғымдарды, оқушылардың практикалық іскерліктерімен дағдыларын, шығармашылық қабілеттерін қалыптастырады;
оқушылардың білімдерінің тереңдігі мен беріктігін тексереді;
пәнаралық байланысты күшейтуге ықпал жасайды;
оқушылардың физикаға деген қызығушылығын арттырады.
Сурет 1.3 - Компьютер көмегімен физикалық есептерді шығару әдісі
Аленділабораториялықсабақтардыңмаңы зыменондағыақпараттық технологиялардың тиімділігін қарастырайық.
Физика-эксперименттікғылымболыпесеп телінетіндігібелгілі.Сол себепті,физикалықэкспериментоқушыла рдыңфизикабойыншаалатын білімдерінің негізгі көзі, физика кұбылыстарын зерттеудің негізгі әдісі, физика сабақтарындағы басты көрнекілік болып табылады.
Физикалықоқуэксперименті дегеніміз - арнайы құралдардыңкөмегімен физикалық құбылыстарды демонстрациялап көрсету және оқушылардың өздерінің істеп, зерттеп, бақылауы. Эксперимент фазиканы оқытудағы ең негізгі көрнекі құрал болып табылады, оны пайдаланудың нәтижесінде физикалық ұғымдар (жылдамдық, үдеу, күш, жарық интерференциясы, дисперсиясы, дифракциясы, атомның құрылысы, атом ядросы, радиоактивті ыдырау т.б.) қалыптастырылады, құбылыстар арасындағы өзарабайланыстар (күшпен масса, жылдамдық пен үдеу, ток күші мен кедергі, толқын ұзындығы мен сыну көрсеткіші, т.б.) тағайындалады, физикалық заңдар (Кирхгов, Ньютон, Ом, Мальюс заңы т.б.) тексеріледі [19].
Физика сабағында компьютерді әр түрлі оқыту бағдарламаларынан бастап эксперимент барысын басқаратын, түрлі құралдардағы деректерді жинақтайтын жүйеретіндеэксперименттердепайдалан уменаяқталатын,түрліамалдармен қолдануға болады.
Ұйымдастыруформасынақарайфизикадағы оқуэкспериментін төмендегідей етіп бөліп қарастырасыз:
лабораториялықэксперимент;демонстра циялықэксперимент;физикалық практикум;аудиториядантысжүргізілет інэксперимент; эксперименттік есептер шығару; қолдан физикалық приборлар мен көрнекі құралдар жасау.
Физикалықэксперимент - оқытудыңеңнәтижелі,әсерліәдістеріні ңбірі есептелінеді. Демонстрациялық эксперимент те компьютердің пайдаланылу мүмкіндігі күрделі техникалық қиындықтардан тұрмайды, себебі, компьютерлер жеткілікті және физика аудиторияларының көпшілігінде түрлі электрлік және электрлік емес көлемдегі құрылғылар бар(температура, жарық, түрлі байланыс құралдары). Физика кабинеті интербелсенді тақталармен жабдықталған (немесе теледидарлық жүйемен), бұл жағдайда компьютермен жасалатынкөрініс (сандар, кестелер, сызбалармен т.б.) кең таралған монитордан да үлкен экранға шығарылу мүмкіншілігі бар.
Зертханалық жұмыстар барысында оқушылардың қабілеттерімен дағдыларын, шығармалығын қалыптастыру бірнеше бағыт арқылы жүргізіледі. Ең алдымен оқушылардың зертханалық жұмысқа салынған физикалық құбылыстар мен заңдылықтар туралы теориялық деңгейде танысады. Солайша, оқушыларда зерттелетін физикалық құбылыс жайында негізгі физика заңдарын түсіну, оның басқа үдерістермен байланысын анықтауға, қарастырылатын құбылыстың әлемдік физикалық көрінісіндегі орнын нақтылауға мүмкіндік береді. Екінші кезеңде оқушылар физикалық құбылыстың көлемдік сипаттамасымен, модельді құру қағидаларымен, объектілерді кіршіксіздендірумен танысады. Физикалық жүйенің тәртібін сипаттайтын өлшемдерді жүйеге түрлі физикалық әсерлерді бағалауға, оның өзгерісінің сипатын сандық және сапалық деңгейде сипаттауға мүмкіндік береді. Мұндай қарастыру жүйенің тәртібін өлшемдер өзгерісінің кең ауқымында қарастыруға және қалыпсыз жағдайлардағы оныңдамуын болжамдауға жағдай жасайды. Үшінші кезеңде физикалық жүйе зертханалық экспериментте зерттеледі. Қажетті құралдар жинақталынып және сарапталынады, зерттелетін жүйеге әсерету қағидалары, эксперимент нәтижелерін жинақтау мен өңдеу іске асады. Қорытынды кезеңге алынған нәтижелерді сараптау, оның қолданылатын модельге сәйкестігі ,жүргізілген зерттеудің толықтығымен заңдылығы кіреді. Аталған кезеңдердің барлығы оқушыларда зерттелетін құбылыс немесе үдеріс, оның физика курсындағы орны, оны зерттеу амалдары мен әдістері туралы тұтас және аяқталған пікірді қалыптастыруға бағытталады [15].
Физикалық процестерді 3D компьютерлік модельдеу әдістері
2.1 Үшөлшемді модельдеу
Үшөлшемді графика. Графиканың бұл түрі ғылыми есептеулерде., инженерлік жобалауда, физакалық объектілерді компьютерлік модельдеуде қолданылады. Объектілерді кеңістікте модельдеу үшін:
Объектінің табиғи пішіміне неғұрлым толыұ сәйкес келетін виртуальдық қарасын жобалап және құру қажет;
Көнекілеудің физикалық қасиеттері бойынша табиғиға ұқсас виртуалдық материалды жобалар және жасау қажет;
Материалды объекті беттерінің бөліктеріне меншіктеу қажет;
Кеңістіктің физикалық параметрлерін құру қажет- жарықты, гравитацияны, атмосфера қасиеттерін беру қажет;
Объектілердің қозғалыс траекториясын беру қажет;
Кадрлардың қорытындыға жету тізбегін есептеу қажет;
Беттік эффектілерді қорытынды аниматциялық білікке салу қажет;
Табиғиға ұқсас кескіндерді есептеу үрдісін рендеринг деп атайды. Күрделі математикалық модельдерді ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz