Применение 3d-моделирования в учебном вычислительном эксперименте
Применение компьютерной техники, которое способствует решению проблемы, связанной с усложнением демонстрации физического эксперимента. Возможность создания виртуальных трёхмерных объектов для визуализации результатов учебного вычислительного эксперимента.
Рубрика | Педагогика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 14.11.2016 |
Размер файла | 242,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГБОУ ВПО «Глазовский государственный педагогический институт имени В. Г. Короленко»
ПРИМЕНЕНИЕ 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ В УЧЕБНОМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ
Данилов Олег Евгеньевич
кандидат педагогических наук, доцент,
заведующий кафедрой информатики,
теории и методики обучения информатике
Аннотация
виртуальный трёхмерный эксперимент вычислительный
В статье рассматривается возможность создания виртуальных трехмерных объектов для визуализации результатов учебного вычислительного эксперимента. Приведены основные этапы такого эксперимента.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, моделирование, моделирование 3D, модель, учебный вычислительный эксперимент
Современный физический эксперимент становится все сложнее и сложнее. Применение компьютерной техники способствует решению проблемы, связанной с усложнением эксперимента. При этом иногда происходит замена натурного эксперимента вычислительным [1]. В таком эксперименте присутствует интерактивное взаимодействие пользователя-экспериментатора с ЭВМ [2]. Их диалог обеспечивается инструментально: с помощью графического дисплея, мыши, клавиатуры, джойстика и других устройств. Эти устройства приводят в действие программы обработки информации. Таким образом, программное обеспечение, реализующее диалог, должно включать в себя элементы прямой и обратной связи с изображением их на экране и драйверы устройств диалога [3]. С помощью ЭВМ экспериментатор имеет возможность быстро оценить возникающие в эксперименте ситуации и принять оперативные решения. Фактически компьютер в этом случае выполняет функции усилителя и ускорителя действий экспериментатора.
В учебном вычислительном эксперименте можно выделить следующие основные этапы [4]:
· определение объекта исследования;
· выбор математической модели и ввод упрощающих допущений;
· планирование эксперимента (выбор исходных данных и вычисляемых величин);
· определение способов ввода и вывода информации;
· разработку алгоритма и компьютерной программы;
· выполнение эксперимента;
· оценку погрешностей вычислений и влияния допущений на результат эксперимента;
· анализ результатов (сравнение полученных результатов с ожидаемыми);
· внесение изменений в модель (если в этом есть необходимость) и повторение эксперимента.
Эти этапы важны и обязательны в случае обучения компьютерному моделированию. В нашем случае объектом исследования является сама модель, визуализированная с помощью компьютерной техники [5]. Такое исследование может быть организовано, например, при обучении физике, когда провести натурный эксперимент невозможно в силу ряда причин. Тогда аналогом объекта исследования в натурном эксперименте может выступать его компьютерная модель, исследуемая с помощью вычислительного эксперимента [6]. Такие компьютерные модели мы называем учебными [7; 8]. К ним предъявляется ряд требований, основными из которых являются необходимая наглядность, хорошее соответствие модели реальному объекту и удобство ее использования в обучении. В идеале наглядность должна обеспечивать наилучшее восприятие обучающимися объекта исследования, которое организуется с помощью чувственно-наглядного образа, сформированного на экране компьютера [9]. Второе из перечисленных требований, как правило, определяется адекватностью используемой математической модели, третье - пользовательским интерфейсом. В этой статье более подробно остановимся на той части учебных компьютерных моделей, которая отвечает за обеспечение наглядности. В качестве примере рассмотрим компьютерную модель системы, изображенной на рис. 1. Она включает в себя небольшой шарик и неподвижные направляющие, по которым движется этот шарик. На рисунке показан наиболее простой в исполнении способ реализации экспериментальной установки. Направляющие образуют две дуги окружности, которые ограничивают движение шарика. При моделировании считается, что возможны два варианта движения шарика: скольжение и скатывание.
Рис. 1. Движение шарика по направляющим
Рассмотрим ситуации, в которых применение в обучении данной компьютерной модели будет оправданным. При этом укажем, что это не предполагает полного исключения учебного эксперимента с реальным объектом исследования. Итак, применение такой модели в демонстрациях учителя целесообразно, когда за относительно короткий промежуток времени ему нужно продемонстрировать зависимость характеристик движения скатывающегося или скользящего шарика от времени. Кроме того, существует техническая проблема, которая заключается в том, что провести натурный эксперимент, в котором шарик бы скользил, а не скатывался по направляющим, практически невозможно. Применение обучающимися в лабораторном или индивидуальном варианте исполнения такого виртуального опыта со скатывающимся шариком будет оправданным, если нет возможности обеспечить всех обучающихся необходимым оборудованием, либо в том случае, когда нет возможности провести достаточно точные измерения параметров системы, необходимые для ее детального изучения.
Рис. 2. Приложение, моделирующее движение шарика по направляющим
Учебная компьютерная модель представляет собой многооконное приложение для операционной системы Windows (рис. 2). Одно окно предназначено для изображения системы «шарик-направляющие», два других - для вывода на экран графических зависимостей: угловой координаты, определяющей положение шарика, от времени; угловой скорости и углового ускорения шарика относительно центра кривизны направляющих от времени; угловой координаты от угловой скорости. Также приложение имеет окно с элементами управления моделью и окно для вывода текущих значений характеристик движения шарика.
Более подробно остановимся на описании образной части модели, демонстрирующей движение шарика по направляющим в режиме реального времени. Следует отметить, что мы, как правило, используем 3D-модели объектов, так как при определенном размещении точки наблюдения они могут выглядеть и как плоские изображения, которые в некоторых ситуациях обучающимся воспринимать легче, чем трехмерные объекты. Тем не менее, мы считаем, что образная модель (как часть учебной компьютерной модели физического объекта) - это, чаще всего, 3D-объект. В своих программах создание таких объектов мы осуществляем с помощью технологии OpenGL. Технология применяется достаточно давно и позволяет создавать достаточно «быстрые» приложения, которые хорошо функционируют даже на старых компьютерах с операционными системами типа Windows XP.
Библиографический список
1. Данилов О. Е. Обучение компьютерному моделированию на примере создания компьютерной модели кругового математического маятника / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. - 2013. - № 10. - С. 80-87.
2. Данилов О. Е. Автоматизация учебных экспериментальных исследований / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. - 2014. - № 12. - С. 43-49.
3. Данилов О. Е. Обучение в человеко-машинных системах / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. - 2015. - № 2. - С. 84-90.
4. Данилов О. Е. Изучение интерференции с помощью компьютерного моделирования / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. - 2013. - № 9. - С. 50-58.
5. Данилов О. Е. Подготовка и осуществление компьютерной визуализации в процессе создания учебной модели / О. Е. Данилов // Молодой ученый. - 2015. - № 2. - С. 45-48.
6. Данилов О. Е. Применение имитационного моделирования механических взаимодействий при обучении физике / О. Е. Данилов // Дистанционное и виртуальное обучение. - 2014. - № 5. - С. 97-103.
7. Данилов О. Е. Учебная компьютерная модель пружинного маятника / О. Е. Данилов // Молодой ученый. - 2015. -№ 3. - С. 61-65.
8. Данилов О. Е. Учебная компьютерная модель физического маятника / О. Е. Данилов // Молодой ученый. - 2014. -№ 15. - С. 49-52.
9. Данилов О. Е. Дизайн компьютерных приложений для визуализации информации об учебных компьютерных моделях / О. Е. Данилов // Молодой ученый. - 2014. - № 13. - С. 26-36.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Структура программы внутришкольного эксперимента. Прогнозирование при подготовке эксперимента. Разработка и выбор конкретных методов исследования. Этапы подготовки к проведению эксперимента и оценка его результатов. Критерии оценки ожидаемых результатов.
реферат [24,3 K], добавлен 10.12.2012Сущность химического эксперимента. Демонстрационный химический эксперимент валеологической направленности. Формирование экспериментальных умений у учащихся. Функциональное применение проблемного химического эксперимента в интенсивном обучении химии.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 29.11.2013Использование эксперимента в педагогическом процессе. Сущность, основные виды и этапы проведения эксперимента. Деятельность экспериментальных школ в США, Франции и России. Дидактические принципы системы Занкова. Учет возрастных особенностей воспитанников.
контрольная работа [29,1 K], добавлен 15.01.2010Сущность моделирования в философской и психолого-педагогической литературе. Концепция учебной деятельности Эльконина и Давыдова. Обучение младших школьников обобщённому решению задач на основе методов моделирования. Ход констатирующего эксперимента.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 16.01.2014Схема построения педагогического эксперимента. Определение оптимального числа промежуточных исследований. Классификация педагогического эксперимента, методические особенности его проведения. Специфика построения схемы многофакторного эксперимента.
реферат [49,1 K], добавлен 12.11.2009Изучение системы моделирования учебно-деловых компьютерных игр и оценка перспектив их использования в учебном процессе. Описание элементов компьютерной графики и геометрического моделирования. Применение интерактивной графики в педагогическом процессе.
курсовая работа [873,1 K], добавлен 22.04.2015Методы сбора информации. Основные теоремы теории вероятности. Дискретные и непрерывные случайные величины. Способы представления результатов наблюдений. Методы первичной и вторичной статистической обработки результатов педагогического эксперимента.
тест [20,1 K], добавлен 10.05.2009Характеристика этапов педагогического эксперимента. Констатирующий, уточняющий (проверочный), созидательно-преобразующий, контрольный виды педагогического эксперимента. Объект и предмет исследования по заданной теме. Составление анкеты для родителей.
реферат [17,2 K], добавлен 03.05.2011Методологический фундамент и принципы построения технологии визуализации учебного материала. Электронные наглядные средства обучения на основе компьютерных технологий. Технологии визуализации знаний и презентации результатов исследований в образовании.
курсовая работа [504,7 K], добавлен 02.10.2012Концепция профильного обучения и место учебного предмета "Химия" в ней. Изучение химии на профильном уровне и организация школьного химического эксперимента по органической химии. Школьный химический эксперимент: виды, требования, техника выполнения.
дипломная работа [118,9 K], добавлен 14.07.2012Организация учебного процесса в высшей школе. Роль лабораторных работ в учебном процессе. Требования к уровню освоения содержания дисциплины "Биофизика". Методическая разработка лабораторных работ практикума. Проведение педагогического эксперимента.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 18.12.2013Применение компьютерных технологий в образовательном процессе. Целеполагание в деятельности педагога. Понятие и структура педагогического процесса. Педагогические формы, как способ организации процесса обучения. Коэффициент использования учебного времени.
дипломная работа [853,2 K], добавлен 17.01.2011Основные положения кредитно-модульной системы организации учебного процесса, ее преимущества и недостатки. Модульно-рейтинговая система оценивания. Возможность решения проблемы, связанной с выставлением накопленной оценки за экзамен, в данном учреждении.
реферат [22,0 K], добавлен 09.07.2015Проблемы и современное состояние практической компьютеризации процесса обучения, его психолого-педагогические проблемы. Виды аудиовизуальных и технических средств, используемых в обучении школьников младших классов. Информатика в начальных классах.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 21.05.2009- Применение информационных технологий в организации деятельности учащихся по решению физических задач
Классификация и характеристика программных средств информационной технологии обучения. Использование компьютерных технологий на уроках физики. Курс виртуальных лабораторных работ по дисциплине "Оптические методы и устройства обработки информации".
дипломная работа [874,9 K], добавлен 06.07.2015 Специфика волейбола как спортивной игры. Особенности развития детей 15-16 лет. Положения спортивной подготовки юных волейболистов. Комплекс упражнений по совершенствованию техники игры в нападении, анализ результатов эксперимента по его применению.
курсовая работа [47,8 K], добавлен 25.11.2014Понятие и история появления информационных технологий. Анализ эффективности использования на уроках мультимедиапроекторов, электронной доски и компьютера. Экспериментальная проверка учебного пособия с применением программ компьютерного моделирования.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 06.07.2015Познавательный интерес и его значение в процессе обучения. Методы стимулирования учебной деятельности школьников в процессе обучения. Организация проведения и результаты педагогического эксперимента. Оценка результатов разработки учебной программы.
дипломная работа [2,6 M], добавлен 29.06.2015- Формирование физических качеств у детей младшего школьного возраста при занятиях настольным теннисом
Определение места настольного тенниса в структуре средств физического воспитания. Характеристика экспериментального обоснования игровых средств физического воспитания младших школьников. Ознакомление с целью и задачами педагогического эксперимента.
дипломная работа [97,5 K], добавлен 05.12.2017 Внеклассная работа по биологии как система организации учебного процесса в школе. Викторина как игровая форма внеклассной работы. Разработка сценария викторин по биологии и методика их проведения, анализ результатов педагогического эксперимента.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 27.01.2018