авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 ||

«Министерство образования Российской Федерации ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ К ...»

-- [ Страница 9 ] --

Дружинин В.Н. Когнитивные способности: структура, диагностика, развитие. М.–СПб., 2001.

Кафедра "Конструирование машин и аппаратов" УДК 53.087. Д.В. НЕГРОВ РЕАЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ В ВИРТУАЛЬНОМ ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ Классическое представление о физическом эксперименте предполагает наличие объекта экспери мента и исследователя, взаимодействующих друг с другом посредством измерительной техники.

Схема взаимодействий исследователя (экспериментатора) и экспериментального оборудования в простом классическом эксперименте показана на рис. 1.

Экспериментальное Управление экспериментом оборудование Экспериментатор Обработка Регистрация результатов результатов эксперимента эксперимента Рис. 1 Схема классического эксперимента Экспериментальные исследования сложных явлений требуют использования специальной техники, усиливающей способности восприятия экспериментатора (оптические приборы, усилители электриче ских импульсов и т.д.), а порой и вовсе освобождающей его от регистрирующих функций, оставляя за ним управление ходом эксперимента и обработку результатов (автоматизированные измерительно регистрирующие комплексы).

Одна из целей научного эксперимента – получение наиболее точного результата, путем исключения субъективных погрешностей, наличие которых объясняется индивидуальными особенностями исследователя.

В последнее время в экспериментах используется вычислительная техника, выполняющая функции управления экспериментом, накопления данных и их обработки. Таким образом, за исследователем ос таются только общие контрольные функции. Схема такого автоматизированного эксперимента представлена на рис. 2.

Экспериментальное Управление экспериментом оборудование Измерительно Компьютер регистрирующее оборудование Накопление и обработка результатов эксперимента Рис. 2 Схема автоматизированного эксперимента При изучении физики эксперимент играет очень важную роль.

К сожалению, имеется большое количество препятствий для проведения сложных экспериментальных исследований в рамках учебного заведения – это высокая стоимость оборудования, его техническая и эксплуатационная сложность и, как следствие, необходимость наличия квалифицированного обслужи вающего персонала, ограниченность пространства учебных аудиторий.

В связи с указанными причинами, для учебных целей значительно возрастает роль компьютерного моделирования реальных процессов.

Обычно компьютерный (виртуальный) эксперимент формируется по схеме близкой к реальному сложному автоматизированному эксперименту (см. рис. 2), т.е. сводится к вводу исходных данных и получению результатов обработки данных путем использования вычислительных возможностей ком пьютера. Например, по этой схеме функционируют компьютерные эксперименты в известном инте рактивном курсе физики "Открытая физика", разработанном под редакцией профессора МФТИ С.М.

Козела. Но такая степень автоматизации не совсем точно отвечает учебным целям, так как обучае мый почти не участвует в проведении самой работы, оказываясь, по-существу, пассивным наблюда телем. Более того, в подобных работах исключается необходимость повторных экспериментов, так как их результаты являются идентичными. Другими словами, отсутствует разброс значений резуль татов последовательных экспериментов, что не характерно для реальных исследований. Чтобы из бежать этого существенного недостатка, вводят искусственные погрешности, например, с помощью генератора случайных чисел.

Целью учебного эксперимента является углубление понимания изучаемого явления, наработка на выков планирования и проведения опытов, что наиболее полно достигается при полноценном участии обучаемого на всех стадиях экспериментального исследования. Обучаемый должен иметь возможность совершать ошибки, чтобы при последующем анализе результатов самостоятельно находить пути для их преодоления (реализуется метод проб и ошибок, в соответствии с известным утверждением – на ошиб ках учатся).

Вследствие упомянутых выше причин, на начальных этапах знакомства с физическим явлением виртуальный эксперимент должен быть, по возможности, близким к реальному простому классическо му эксперименту (см. рис. 1).

Попытка реализовать изложенные соображения сделана в данной работе при разработке учебных лабораторных работ по физике.

Приближение виртуального эксперимента к реальному достигается следующим образом. В работах за экспериментатором оставлены функции управления экспериментом, регистрации и обработки ре зультатов эксперимента. Компьютер используется только для моделирования экспериментального обо рудования.

Регистрация параметров эксперимента в некоторых случаях может быть осуществлена с помощью реальных измерительных приборов. Например, для измерения линейных и угловых размеров и времени можно использовать обычные линейки, транспортиры, секундомеры.

При такой комбинации возможностей компьютера и экспериментатора результаты эксперимента неизбежно будут содержать погрешности, определяемые индивидуальными особенностями исследова теля. При этом нет необходимости вводить искусственные погрешности.

Для измерения тех параметров эксперимента, которые невозможно регистрировать реальными средствами (масса, сила электрического тока и т.д.), моделируются виртуальные измерительные прибо ры, работой которых управляет экспериментатор. Несмотря на то, что приборы виртуальные, результа ты измерений содержат аналогичные субъективные погрешности, что и при использовании реальных измерительных устройств, так как регистрирующие функции остаются за экспериментатором.

Таким образом, лабораторные работы реализованы по схеме – реальные измерения в виртуальном эксперименте.

В настоящее время по данной схеме разработан комплекс лабораторных работ по физике (раздел механика). Например, лабораторная работа по определению ускорения свободного падения построена следующим образом.

Виртуальный помощник экспериментатора сбрасывает материальное тело в форме шара с башни определенной высоты (в работе использовано изображение Пизанской башни).

Момент сбрасывания тела озвучивается ударом колокола, момент падения тела на землю – звуком удара.

Время падения фиксируется экспериментатором путем включения реального секундомера или его виртуального аналога в момент удара колокола и выключения в момент удара тела о землю.

Обработка результатов эксперимента осуществляется непосредственно экспериментатором.

Комбинация компьютерного моделирования физического эксперимента и реального измерения его параметров создает эффект участия пользователя в проведении эксперимента, что положительно влияет на усвоение закономерностей исследуемого процесса.

Для разработки комплекса лабораторных работ использовался язык программирования C++, среда разработки Visual Studio. Net 7.0 и набор библиотек DirectX 8.0 (DirectDraw, Direct3D, DirectSound и DirectInput). Были созданы оригинальный GUI (графический пользовательский интерфейс) и набор вспомогательных функций для работы с Windows и DirectX.

Муниципальное общеобразовательное учреждение лицей №

Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.