Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Виртуальный физический конструктор: компьютерные модели для школьного курса механики

Голосов: 2

Обсуждаются перспективы применения моделирующих программ по физике, ориентированных на использование в заочном обучении. Авторы сравнивают компьютерное моделирование с постановкой эксперимента в традиционной, "бескомпьютерной", форме. Также читатель может познакомиться с принципами работы программы "Физический конструктор".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    Íèêîëüñêèé Äìèòðèé Þðüåâè÷
×èðöîâ Àëåêñàíäð Ñåðãååâè÷


 ÂÈÐÒÓÀËÜÍÛÉ ÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÉ ÊÎÍÑÒÐÓÊÒÎÐ:
        ÊÎÌÏÜÞÒÅÐÍÛÅ ÌÎÄÅËÈ
    ÄËß ØÊÎËÜÍÎÃÎ ÊÓÐÑÀ ÌÅÕÀÍÈÊÈ

      ÊÎÍÖÅÏÖÈß ÏÐÈÌÅÍÅÍÈß                â áîëåå àêêóðàòíîì è õóäîæåñòâåííîì èñ-
ÌÎÄÅËÈÐÓÞÙÈÕ ÏÐÎÃÐÀÌÌ ÏÎ ÔÈÇÈÊÅ,          ïîëíåíèè. Èìåííî íà ýòîì ïóòè âîçìîæ-
ÎÐÈÅÍÒÈÐÎÂÀÍÍÛÕ ÍÀ ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÈÅ          íî ñóùåñòâåííîå ïðîäâèæåíèå, ñâÿçàííîå
       ÓÄÀËÅÍÍÎÌ ÎÁÓ×ÅÍÈÈ                ñ ïðèìåíåíèåì âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè.
                                          ×èñëî ôèçè÷åñêèõ çàäà÷, äîïóñêàþùèõ
      Ðîëü êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ    àíàëèòè÷åñêîå ðåøåíèå, âåñüìà îãðàíè-
â îáó÷åíèè ôèçèêå ìíîãîêðàòíî îáñóæ-      ÷åíî, è ýòè îãðàíè÷åíèÿ íåðåäêî âûçâàíû
äàëàñü íà ñòðàíèöàõ æóðíàëà. Áåç âñÿêî-   ÷èñòî ìàòåìàòè÷åñêèìè òðóäíîñòÿìè. Äàæå
ãî ñîìíåíèÿ, ôèçèêà ïî ñóùåñòâó ÿâëÿåò-   â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ýòè òðóäíîñòè ïðèí-
ñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíîé íàóêîé, è êàêèå-     öèïèàëüíî ïðåîäîëèìû, ïîëíîå âîñïðî-
ëèáî ïîïûòêè âûòåñíåíèÿ ðåàëüíîãî ëåê-    èçâåäåíèå â àóäèòîðèè õîäà ðåøåíèÿ çà-
öèîííîãî èëè ëàáîðàòîðíîãî ýêñïåðè-       äà÷è îêàçûâàåòñÿ äàëåêî íå âñåãäà âîç-
ìåíòà êîìïüþòåðíûìè àíèìàöèÿìè ÿâëÿ-      ìîæíûì èç-çà îãðàíè÷åííîãî âðåìåíè ëåê-
þòñÿ íåäîïóñòèìûìè ñ òî÷êè çðåíèÿ ñà-     öèè, ãðîìîçäêîñòè âûêëàäîê èëè íåäîñòà-
ìîé èäåîëîãèè ïðåäìåòà. Íà íàø âçãëÿä,    òî÷íîé ìàòåìàòè÷åñêîé ïîäãîòîâêè ñàìîé
ê êîìïüþòåðíîìó ìîäåëèðîâàíèþ â ôèçè-     àóäèòîðèè îáó÷àåìûõ.  óêàçàííûõ ñèòó-
êå ñëåäóåò îòíîñèòüñÿ                                        àöèÿõ êàæåòñÿ âïîëíå
íå êàê ê àëüòåðíàòèâå                                        ïðàâîìåðíûì èñïîëü-
ôèçè÷åñêîìó ýêñïåðè-                                         çîâàíèå ÷èñëåííîãî
ìåíòó, à êàê ê ïðèí-                                         ðåøåíèÿ çàäà÷ â ðå-
öèïèàëüíî íîâîìó, ñî-                                        àëüíîì âðåìåíè çàíÿ-
âðåìåííîìó âàðèàíòó                                          òèÿ, ÷òî ñóùåñòâåííî
òðàäèöèîííîé êëàññ-                                          ðàñøèðÿåò ÷èñëî ôè-
íîé äîñêè è ìåëà. Ïî-                                        çè÷åñêèõ ïðîáëåì, äî-
âèäèìîìó, íèêòî íå                                           ñòóïíûõ äëÿ îáñóæäå-
îñìåëèòñÿ óòâåðæäàòü,                                        íèÿ íà êîëè÷åñòâåí-
÷òî âûïèñûâàåìûå                                             íîì, à íå êà÷åñòâåí-
ïðåïîäàâàòåëåì ìàòå-                                         íîì óðîâíå. Îòñóò-
ìàòè÷åñêèå âûêëàäêè,                                         ñòâèå ïðè òàêîì ðå-
ðèñóíêè è ñõåìû                                              øåíèè îêîí÷àòåëüíî-
âðåäíû, òàê êàê íå äå-                                       ãî àíàëèòè÷åñêîãî âû-
ìîíñòðèðóþò àóäèòî-                                          ðàæåíèÿ íå äîëæíî
ðèè ðåàëüíûõ ÿâëåíèé                                         ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê
ïðèðîäû. Òî÷íî òàê                                           ÿâíûé íåäîñòàòîê, ïî-
æå íå äîëæíû âûçû-                                           ñêîëüêó äàæå â ñëó÷àå
âàòü ïðèíöèïèàëüíûõ                                          ïîëó÷åíèÿ êîíå÷íîé
âîçðàæåíèé è äåìîí-                                          àíàëèòè÷åñêîé ôîðìó-
ñòðàöèè ñ ïîìîùüþ ...ïîëíîå âîñïðîèçâåäåíèå â àóäèòîðèè      ëû òåîðåòè÷åñêîå ðàñ-
êîìïüþòåðà òåõ æå õîäà ðåøåíèÿ çàäà÷è îêàçûâàåòñÿ äàëåêî     ñìîòðåíèå îáû÷íî çà-
÷åðòåæåé è ôîðìóë, íî íå âñåãäà âîçìîæíûì...                 êàí÷èâàåòñÿ ðèñîâà-

42


íèåì áîëåå íàãëÿäíûõ                                             ìàñøòàáîâ ÿâëåíèÿ,
ãðàôèêîâ. Êîìïüþòåð-                                             åãî îïàñíîñòè äëÿ
íàÿ æå âèçóàëèçàöèÿ                                              àóäèòîðèè èëè äîðî-
ðåçóëüòàòîâ ìîæåò áûòü                                           ãîâèçíû åãî ïîñòàíîâ-
ñäåëàíà åùå áîëåå íà-                                            êè (óñêîðèòåëü çàðÿ-
ãëÿäíîé è ïðè íåîáõî-                                            æåííûõ ÷àñòèö, äâè-
äèìîñòè – ïðèáëèæåí-                                             æåíèå êîñìè÷åñêèõ
íîé ê ðåàëüíî ïðîòå-                                             òåë, çàäà÷è áàëëèñòè-
êàþùåìó ÿâëåíèþ.                                                 êè).  òàêèõ ñëó÷àÿõ
      Ñóùåñòâóåò åùå                                             êàæåòñÿ äîïóñòèìîé
îäèí íåìàëîâàæíûé                                                çàìåíà ðåàëüíîãî ýê-
àñïåêò, ñâÿçàííûé ñ                                              ñïåðèìåíòà íà êîìïü-
èñïîëüçîâàíèåì êîì-                                              þòåðíóþ ìîäåëü èëè,
ïüþòåðíûõ ìîäåëåé                                                åñëè ýòî âîçìîæíî, âè-
ïðè àóäèòîðíîì îáó-                                              äåîçàïèñü òîãî æå ýê-
÷åíèè. Ïîêàç êîìïüþ-                                             ñïåðèìåíòà.
òåðíûõ àíèìàöèé, ñî-                                                   Åùå îäíîé ìå-
çäàâàåìûõ íà îñíîâå                                              òîäè÷åñêè îïðàâäàí-
ðåçóëüòàòîâ ÷èñëåííî-                                            íîé âîçìîæíîñòüþ èñ-
ãî ìîäåëèðîâàíèÿ (à                                              ïîëüçîâàíèÿ ÷èñëåí-
íå «ìóëüòôèëüìîâ» â                                              íûõ ýêñïåðèìåíòîâ â
âèäå àíèìèðîâàííûõ                                               îáó÷åíèè ôèçèêå ÿâ-
GIF-ôàéëîâ!), äàþò                                               ëÿåòñÿ áëîê äåìîíñò-
ïðåïîäàâàòåëþ óíè-                                               ðàöèé íà òåìó «êàê
êàëüíóþ âîçìîæíîñòü      Êîìïüþòåðíàÿ æå âèçóàëèçàöèÿ            áû ïðîòåêàëî èçó÷àå-
âèçóàëèçàöèè âñåãäà      ðåçóëüòàòîâ ìîæåò áûòü ...              ìîå ÿâëåíèå, åñëè áû
                         ïðèáëèæåííîé ê ðåàëüíî ïðîòåêàþùåìó
óïðîùåííîé ïî ñðàâ-                                              çàêîíû ôèçèêè áûëè
                         ÿâëåíèþ...
íåíèþ ñ ðåàëüíîñòüþ                                              äðóãèìè», òî åñòü äå-
òåîðåòè÷åñêîé ìîäåëè. Òàêèì îáðàçîì,         ìîíñòðàöèÿ ìîäåëåé ïðèíöèïèàëüíî íå-
íàèáîëåå öåëåñîîáðàçíîé ñõåìîé îáó÷å-        âîçìîæíûõ â ðåàëüíîñòè (èëè êðàéíå ìà-
íèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì êîìïüþòåðíîãî ìî-       ëîâåðîÿòíûõ) ÿâëåíèé ïðèðîäû. Àâòîðó
äåëèðîâàíèÿ â ôèçèêå ïðåäñòàâëÿåòñÿ ñëå-     íå íóæíî îáëàäàòü áîëüøîé ôàíòàçèåé, äëÿ
äóþùàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü: äåìîíñòðàöèÿ      òîãî ÷òîáû ïðåäñòàâèòü ñåáå îñíîâíûå àð-
ðåàëüíîãî ýôôåêòà â «æèâîì» ýêñïåðè-         ãóìåíòû êðèòèêè ïî ïîâîäó ñêàçàííîãî
ìåíòå, ïðîñòåéøåå òåîðåòè÷åñêîå ðàññìîò-     ñî ñòîðîíû ïðîòèâíèêîâ èñïîëüçîâàíèÿ
ðåíèå, äîïóñêàþùåå àíàëèòè÷åñêîå îïè-        êîìïüþòåðà â îáó÷åíèè ôèçèêå. (Ïðè ýòîì
ñàíèå, êîìïüþòåðíàÿ àíèìàöèÿ ýòîé ïðî-       íóæíî áûòü ðåàëèñòîì è ïîíèìàòü, ÷òî ðå-
ñòåéøåé ìîäåëè, ïîýòàïíîå óñëîæíåíèå òå-     àëüíîé êðèòèêè âîîáùå ñêîðåå âñåãî íå
îðåòè÷åñêîé ìîäåëè, ñîïðîâîæäàåìîå êîì-      áóäåò õîòÿ áû ïîòîìó, ÷òî ýòè ïðîòèâíè-
ïüþòåðíûìè èëëþñòðàöèÿìè ðåçóëüòàòîâ         êè, êñòàòè âåñüìà ìíîãî÷èñëåííûå, ïðî-
òàêîãî ïîýòàïíîãî ïðèáëèæåíèÿ ê ðåàëü-       ñòî íå áóäóò ÷èòàòü æóðíàë, ïîñâÿùåííûé
íîñòè. Ðàçóìååòñÿ, ïðèâåäåííàÿ ñõåìà òàê     èñïîëüçîâàíèþ êîìïüþòåðîâ â îáó÷åíèè).
æå âåñüìà èäåàëèçèðîâàíà, êàê è ëþáàÿ        Íåñìîòðÿ íà êàæóùóþñÿ àáñóðäíîñòü èäåè
äðóãàÿ ñõåìà. Âîçìîæíû è íåèçáåæíû ñó-       äåìîíñòðàöèè çàâåäîìî íåðåàëüíûõ ñèòó-
ùåñòâåííûå âàðèàöèè â çàâèñèìîñòè îò         àöèé, â òðàäèöèîííîì (íåêîìïüþòåðíîì)
ñïåöèôèêè èçó÷àåìîãî ìàòåðèàëà. Òàê, íå-     îáó÷åíèè ôèçèêå ïðåïîäàâàòåëè ñðàâíè-
òðóäíî ïðåäñòàâèòü ñèòóàöèþ, â êîòîðîé       òåëüíî ÷àñòî îáðàùàþòñÿ ê òàêîìó ïðè-
ðåàëüíûé ýêñïåðèìåíò â àóäèòîðíûõ óñ-        åìó, îñóùåñòâëÿåìîìó õîòÿ áû â âîîáðà-
ëîâèÿõ âîîáùå îêàçûâàåòñÿ íåâîçìîæíûì        æåíèè ó÷àùèõñÿ. Òàê, ïðè èçó÷åíèè çà-
èç-çà âðåìåííûõ èëè ïðîñòðàíñòâåííûõ         êîíîâ Íüþòîíà, òðóäíî óäåðæàòüñÿ îò ñî-

                                                                                    43


áëàçíà ïðåäëîæèòü ó÷àùèìñÿ ïðåäñòàâèòü        èäåÿ îêàçàëîñü âåñüìà ñîçâó÷íîé ïðåäëî-
ñåáå ïàäàþùåå íà Çåìëþ ÿáëîêî, ìàññà          æåíèþ Öåíòðà Èíôîðìàòèçàöèè Îáðàçî-
êîòîðîãî ñðàâíèìà ñ ìàññîé ïëàíåòû. Â         âàíèÿ ïî ñîçäàíèþ â ñåòè Èíòåðíåò «âèð-
ïîñëåäíèå ãîäû ñòàëè ïîïóëÿðíûìè îëèì-        òóàëüíîãî ìóçåÿ» è «âèðòóàëüíîãî âûñòà-
ïèàäíûå çàäà÷è î äâèæåíèè òåëà, áðîøåí-       âî÷íîãî çàëà ïî ôèçèêå», â ÷àñòíîñòè. Ê
íîãî ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó íà «îäíîì èç       íàñòîÿùåìó âðåìåíè íàìè ðàçðàáîòàíà
îñòðîâîâ Áåðìóäñêîãî òðåóãîëüíèêà», ãäå       Java-âåðñèÿ ïðîãðàììû «Âèðòóàëüíûé êîí-
âåêòîð óñêîðåíèÿ ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ           ñòðóêòîð ôèçè÷åñêèõ ñèòóàöèé», è íà åå
íàêëîíåí ê âåðòèêàëè [5]. Ïðè èçó÷åíèè        áàçå ñîçäàí áëîê âèðòóàëüíûõ ôèçè÷åñêèõ
ïðîáëåìû íåîáðàòèìîñòè â òåðìîäèíàìè-         äåìîíñòðàöèé ïî èçó÷àåìûì â øêîëüíîì
êå êàæåòñÿ âåñüìà ïîëåçíîé äåìîíñòðà-         êóðñå ôèçèêè òåìàì «Çàêîíû Íüþòîíà»,
öèÿ ðàáîòû äåìîíà Ìàêñâåëëà èëè êàêî-         «Êèíåìàòèêà ðàâíîóñêîðåííîãî äâèæåíèÿ»,
ãî-ëèáî äðóãîãî âå÷íîãî äâèãàòåëÿ âòîðî-      «Çàêîí âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ».
ãî ðîäà. Ïðè ÷òåíèè ëåêöèé î ãðàâèòàöèè
òðàäèöèîííî áîëüøîé èíòåðåñ ó àóäèòî-                «ÂÈÐÒÓÀËÜÍÛÉ ÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÉ
ðèè âûçûâàåò îáñóæäåíèå ïðîáëåìû ýâî-                       ÊÎÍÑÒÐÓÊÒÎл –
ëþöèè Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû â ñëó÷àå ãðà-                 ÏÐÎÃÐÀÌÌÀ ÄËß ÑÎÇÄÀÍÈß
âèòàöèîííûõ âçàèìîäåéñòâèé, óáûâàþùèõ                ÊÎÌÏÜÞÒÅÐÍÛÕ ÀÍÈÌÀÖÈÉ
ñ ðàññòîÿíèåì ïî çàêîíó, îòëè÷íîìó îò
çàêîíà îáðàòíûõ êâàäðàòîâ. Âñå ýòè è ìíî-           Îïûò ñîçäàíèÿ è èñïîëüçîâàíèÿ ìî-
ãèå äðóãèå «ÿâëåíèÿ» ëåãêî ìîãóò áûòü         äåëèðóþùèõ êîìïüþòåðíûõ ïðîãðàìì â
âîñïðîèçâåäåíû íà êîìïüþòåðå.                 ó÷åáíîì ïðîöåññå ïîêàçàë äâà ñîâåðøåí-
      Ïðèíöèïèàëüíî èíîé ïîäõîä ê îï-         íî îáÿçàòåëüíûõ óñëîâèÿ, áåç âûïîëíåíèÿ
ðàâäàííîñòè êîìïüþòåðíîãî ýêñïåðèìåí-         êîòîðûõ íå ïðèõîäèòñÿ ðàññ÷èòûâàòü íà
òà ñêëàäûâàåòñÿ â ñëó÷àå óäàëåííîãî îáó-      èõ èñïîëüçîâàíèå: ïðîñòîòà èíòåðôåéñà
÷åíèÿ. Íåòðóäíî ïðåäñòàâèòü ñåáå ðåàëü-       è îòêðûòîñòü ïðîãðàììû äëÿ ñîçäàíèÿ
íóþ ñèòóàöèþ íà ìåñòàõ, ãäå ïîëíîñòüþ         ïîëüçîâàòåëåì ñâîèõ îðèãèíàëüíûõ âåð-
îòñóòñòâóåò êàêîå-ëèáî äåìîíñòðàöèîííîå       ñèé ÷èñëåííîãî ýêñïåðèìåíòà.
îáîðóäîâàíèå è ôèçè÷åñêàÿ ëàáîðàòîðèÿ.              Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ âîçìîæíîñòåé ñî-
 òàêîé ñèòóàöèè ïðåäñòàâëÿåòñÿ äîïóñ-        çäàíèÿ ãèáêèõ êîìïüþòåðíûõ ìîäåëåé,
òèìûì âåñüìà øèðîêîå èñïîëüçîâàíèå êîì-       äîïóñêàþùèõ èõ ñóùåñòâåííîå ïåðåîïðå-
ïüþòåðà äëÿ âèðòóàëüíûõ ëåêöèîííûõ äå-        äåëåíèå ïðåïîäàâàòåëåì èëè ó÷àùèìñÿ â
ìîíñòðàöèé, ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò. Ïðè ýòîì      ðåàëüíîì âðåìåíè çàíÿòèé, â òîì ÷èñëå –
âåñüìà æåëàòåëüíî                                                 ïðîâîäèìûõ â ðåæè-
ñîïðîâîæäàòü òàêèå                                                ìå óäàëåííîãî äîñòó-
âèðòóàëüíûå ýêñïå-                                                ïà, íàìè áûëà ðàçðà-
ðèìåíòû åñëè íå âè-                                               áîòàíà îðèãèíàëüíàÿ
äåîçàïèñÿìè ðàáîòû                                                Java-âåðñèÿ ïðîãðàì-
ðåàëüíîé óñòàíîâêè,                                               ìû «Ôèçè÷åñêèé
òî õîòÿ áû èõ ôîòî-                                               êîíñòðóêòîð». Èäåî-
ãðàôèÿìè.                                                         ëîãèÿ ïîñòðîåíèÿ
      Ïåðå÷èñëåí-                                                 ïðîãðàììû è åå èí-
íûå ñîîáðàæåíèÿ                                                   òåðôåéñ ðàçðàáàòû-
ïðèâåëè ê èäåå                                                    âàëèñü â õîäå ñîçäà-
îðãàíèçàöèè öèêëà                                                 íèÿ ïðåäøåñòâóþ-
ðàáîò ïî ñîçäàíèþ                                                 ùèõ íåñåòåâûõ âåð-
âèðòóàëüíîé ôèçè-                                                 ñèé, îðèåíòèðîâàí-
÷åñêîé ëàáîðàòîðèè                                                íûõ íà ðàáîòó â îïå-
äëÿ ó÷àùèõñÿ ñòàð-      ...êàê áû ïðîòåêàëî èçó÷àåìîå ÿâëåíèå,    ðàöèîííûõ ñèñòåìàõ
øèõ êëàññîâ. Ýòà        åñëè áû çàêîíû ôèçèêè áûëè äðóãèìè...     DOS è WINDOWS.

44


                                                           äóþùèõ öåíòðàëüíûõ ñèë:
                                                           ãðàâèòàöèîííûõ, ýëåêòðîñòà-
                                                           òè÷åñêèõ, êâàçèóïðóãèõ ñ âÿç-
                                                           êèì çàòóõàíèåì è ñèë, ïðî-
                                                           èçâîëüíî îïðåäåëÿåìûõ àíà-
                                                           ëèòè÷åñêèìè âûðàæåíèÿìè.
                                                                 Äëÿ     âèçóàëèçàöèè
                                                           îáúåêòîâ êëàññà «ôèçè÷åñêèå
                                                           òåëà» ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ
                                                           ãðàôè÷åñêèå ïðèìèòèâû,
                                                           ôàéëû â ôîðìàòå GIF, àíè-
                                                           ìèðîâàííûå GIFû.
                                                                 Ïîìèìî êëàññîâ, ìîäå-
                                                           ëèðóþùèõ «ôèçè÷åñêèå
                                                           îáúåêòû», â êîíñòðóêòîð ââå-
                                                           äåí äîïîëíèòåëüíûé äî÷åð-
                                                           íèé êëàññ, îðèåíòèðîâàííûé
                                                           íà âèçóàëèçàöèþ àíàëèòè÷åñ-
                                                           êèõ âûðàæåíèé. Åãî ïðåäñòà-
                                                           âèòåëè íå ïîäâåðãàþòñÿ ñè-
    ...íàìè áûëà ðàçðàáîòàíà îðèãèíàëüíàÿ Java-âåðñèÿ      ëîâûì âîçäåéñòâèÿì ñî ñòî-
    ïðîãðàììû «Ôèçè÷åñêèé êîíñòðóêòîð»...
                                                           ðîíû âíåøíèõ ïîëåé è äðó-
       Â ñåòåâîé âåðñèè ïðîãðàììû, ïîä-       ãèõ îáúåêòîâ, à ïåðåìåùàþòñÿ â ïðîñòðàí-
äåðæèâàþùåé âîçìîæíîñòü åå èñïîëüçî-          ñòâå â ñîîòâåòñòâèè ñ çàäàííûìè ïîëüçî-
âàíèÿ êàê íà èíäèâèäóàëüíîì êîìïüþòå-         âàòåëåì èëè àâòîðîì äåìîíñòðàöèè àíà-
ðå, òàê è ÷åðåç Internet, çàëîæåí ïðèìå-      ëèòè÷åñêèì âûðàæåíèåì. Îñíîâíîå íàçíà-
íåííûé íàìè ðàíåå ïðèíöèï ïîñòðîåíèÿ          ÷åíèå ýòèõ îáúåêòî⠖ îáåñïå÷åíèå âîç-
÷èñëåííîé ìîäåëè ôèçè÷åñêîé ñèñòåìû,          ìîæíîñòè íàãëÿäíîãî ñîïîñòàâëåíèÿ ïðè-
ðàññìàòðèâàåìîé êàê ñîâîêóïíîñòü ïîïàð-       áëèæåííûõ àíàëèòè÷åñêèõ ðåøåíèé ñ áî-
íî âçàèìîäåéñòâóþùèõ äðóã ñ äðóãîì ïðî-       ëåå òî÷íûìè ÷èñëåííûìè ìîäåëÿìè ðåàëü-
ãðàììíûõ îáúåêòîâ, ïðèíàäëåæàùèõ ê            íîé ôèçè÷åñêîé ñèñòåìû.
êëàññàì «ôèçè÷åñêèå òåëà», «âíåøíèå                  êà÷åñòâå âíåøíèõ ïîëåé ìîãóò
ïîëÿ» è «îêíà îòîáðàæåíèÿ ðåçóëüòàòîâ         çàäàâàòüñÿ ýëåêòðè÷åñêèå, ìàãíèòíûå, ãðà-
÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ».                    âèòàöèîííûå è îïðåäåëÿåìûå ïîëüçîâàòå-
       Êëàññ «ôèçè÷åñêèå òåëà» âêëþ÷àåò       ëåì ïîëÿ âñåâîçìîæíûõ ïðîñòðàíñòâåííî-
â ñåáÿ îáúåêòû, ìîäåëèðóþùèå àáñîëþò-         âðåìåííûõ êîíôèãóðàöèé (ïîñòîÿííûå,
íî-òâåðäûå ñôåðû ïðîèçâîëüíîãî ðàäèó-         ïåðåìåííûå âî âðåìåíè, ïðîñòðàíñòâåí-
ñà (â òîì ÷èñëå – íóëåâîãî), âçàèìîäåé-       íî íåîäíîðîäíûå). Âîçìîæíî çàäàíèå ïî-
ñòâóþùèå äðóã ñ äðóãîì è âíåøíèìè ïî-         ëåé, çàâèñÿùèõ îò ñêîðîñòè (íàïðèìåð,
ëÿìè è äâèæóùèåñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ êëàñ-      ñèë âÿçêîãî òðåíèÿ). Íàáîð ïðåäîñòàâëÿ-
ñè÷åñêèìè èëè ðåëÿòèâèñòñêèìè çàêîíà-         åìûõ ïîëüçîâàòåëþ ìàòåìàòè÷åñêèõ ôóí-
ìè. Âîçìîæåí ó÷åò ïîòåðü ìåõàíè÷åñêîé         êöèé ïîçâîëÿåò òàêæå çàäàâàòü âñåâîçìîæ-
ýíåðãèè çà ñ÷åò èçëó÷åíèÿ ýëåêòðîìàãíèò-      íûå óïðóãèå è íåóïðóãèå ïîâåðõíîñòè
íûõ âîëí.                                     ðàçëè÷íûõ ãåîìåòðè÷åñêèõ êîíôèãóðàöèé.
       Âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó îáúåêòàìè               Äëÿ îòîáðàæåíèÿ ðåçóëüòàòîâ ìîäå-
ìîæåò «âêëþ÷àòüñÿ» èëè «âûêëþ÷àòüñÿ»          ëèðîâàíèÿ èñïîëüçóåòñÿ äâà îêíà: äâóìåð-
ïîïàðíî, ïî óñìîòðåíèþ àâòîðà äåìîíñò-        íîé ãðàôèêè è 3D-àíèìàöèé.  ãðàôè÷åñ-
ðàöèè èëè ïîëüçîâàòåëÿ. Äëÿ êàæäîé ïàðû       êîì îêíå ðåçóëüòàòû ÷èñëåííîãî ìîäåëè-
âçàèìîäåéñòâóþùèõ îáúåêòîâ äîïóñòèìî          ðîâàíèÿ îòîáðàæàþòñÿ â âèäå ãðàôèêîâ,
èñïîëüçîâàíèå ëþáîé êîìáèíàöèè èç ñëå-        ïî îñÿì êîîðäèíàò êîòîðûõ îòêëàäûâà-

                                                                                     45


þòñÿ âåëè÷èíû, çàäàâàåìûå ïîëüçîâàòåëåì      íîñòü âûáðàííîé ìîäåëè êîìïüþòåðíîãî
(âðåìÿ, êîîðäèíàòû, ñêîðîñòè, óñêîðåíèÿ,     ýêñïåðèìåíòà ïîëíîñòüþ ëåæèò íà åãî àâ-
èìïóëüñû è ò.ä.). Îêíî 3D-àíèìàöèè ñëó-      òîðå (íàïðèìåð, ïðîãðàììà äîïóñêàåò äå-
æèò äëÿ ïðèáëèæåííîãî ê ðåàëüíîñòè îòî-      ìîíñòðàöèþ äâèæåíèÿ çàðÿæåííîé ÷àñòè-
áðàæåíèÿ ìîäåëèðóåìîé ôèçè÷åñêîé ñèñ-        öû â ïðîñòðàíñòâåííî íåîäíîðîäíûõ, ïå-
òåìû. Ïîëüçîâàòåëþ ïðåäîñòàâëÿåòñÿ âîç-      ðåìåííûõ âî âðåìåíè, ýëåêòðè÷åñêîì è
ìîæíîñòü èçìåíÿòü ìàñøòàáû ïî îñÿì êî-       ìàãíèòíîì ïîëÿõ, ñîâîêóïíîñòü êîòîðûõ
îðäèíàò, à òàêæå èçìåíÿòü îðèåíòàöèþ â       ïðîòèâîðå÷èò ñèñòåìå óðàâíåíèé Ìàêñâåë-
ïðîñòðàíñòâå êîîðäèíàò âìåñòå ñ ìîäåëè-      ëà). Ïðåäâèäÿ âîçìîæíóþ êðèòèêó ïî ýòî-
ðóåìîé ñèñòåìîé. Ïðè íåîáõîäèìîñòè ìî-       ìó ïîâîäó, õî÷åòñÿ íàïîìíèòü, ÷òî ïðè
æåò áûòü íàçíà÷åí ðåæèì ñîõðàíåíèÿ òðà-      ïðîâåäåíèè çàíÿòèé â òðàäèöèîííîé ôîð-
åêòîðèé äâèæóùèõñÿ îáúåêòîâ.                 ìå ïîäîáíûé êîíòðîëü ïðàâèëüíîñòè èç-
      Ðåàëèçóþùàÿ ïåðå÷èñëåííûå âîç-         ëîæåíèÿ ìàòåðèàëà òàêæå ÿâëÿåòñÿ äåëîì
ìîæíîñòè ìîäåëèðóþùàÿ ïðîãðàììà ïðåä-        ëåêòîðà è àóäèòîðèè. Ñ äðóãîé ñòîðîíû,
ñòàâëÿåò ñîáîé öèêë, âíóòðè êîòîðîãî êàæ-    ïîïûòêè åãî àâòîìàòèçàöèè ñóùåñòâåííî
äûé èç îáúåêòîâ ïîñëåäîâàòåëüíî îïðà-        ñóçèëè áû âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ
øèâàåò âñåõ ñâîèõ ïàðòíåðîâ ïî âçàèìî-       êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ. Òàê, â
äåéñòâèÿì (ðåøåíèå î âêëþ÷åíèè èëè íå-       ïàêåòå ìàòåðèàëîâ ïî ãðàâèòàöèè îêàçà-
âêëþ÷åíèè â ìàòåìàòè÷åñêóþ ìîäåëü ðàñ-       ëèñü áû íåâîçìîæíûìè ìíîãèå ìåòîäè÷åñ-
ñìàòðèâàåìîé ôèçè÷åñêîé ñèñòåìû òîãî èëè     êè ïðèâëåêàòåëüíûå êîìïüþòåðíûå äåìîí-
èíîãî ïàðíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïðèíèìàåò-      ñòðàöèè, òàêèå, íàïðèìåð, êàê ìîäåëèðî-
ñÿ àâòîðîì êîìïüþòåðíîãî ýêñïåðèìåíòà íà     âàíèå äâèæåíèÿ ïëàíåò Ñîëíå÷íîé ñèñòå-
ýòàïå ñîçäàíèÿ åãî ñöåíàðèÿ) è îáìåíó èí-    ìû â ñëó÷àå íåáîëüøèõ îòêëîíåíèé ãðà-
ôîðìàöèåé î âçàèìíîì ñîñòîÿíèè îáúåê-        âèòàöèîííûõ âçàèìîäåéñòâèé îò çàêîíà
òîâ (íàïðèìåð, ìåæäó ìîäåëèðóþùèì ôè-        îáðàòíûõ êâàäðàòîâ. Íàêîíåö, ñ òî÷êè
çè÷åñêîå òåëî ïðîãðàììíûì îáúåêòîì è îòî-    çðåíèÿ ñàìûõ îáùèõ ïîçèöèé, ïðîãðàìì-
áðàæàþùèì åãî äâèæåíèå îêíîì).               íûé êîíòðîëü ïðàâèëüíîñòè âûáîðà ôèçè-
      Õî÷åòñÿ îñîáî ïîä÷åðêíóòü, ÷òî ïðè     ÷åñêîé ìîäåëè ÿâëÿåòñÿ àáñóðäíîé çàäà÷åé,
ðàçðàáîòêå äàííîé ñðåäû íàìè ñòàâèëàñü       ïîñêîëüêó ëþáàÿ ôèçè÷åñêàÿ ìîäåëü ÿâëÿ-
çàäà÷à ñîçäàíèÿ ñèñòåìû, ÿâëÿþùåé ñî-        åòñÿ íå áîëåå ÷åì ïðèáëèæåíèåì ê ðåàëü-
áîé íåêîòîðóþ àëüòåðíàòèâó òðàäèöèîí-        íîñòè è, ñëåäîâàòåëüíî, äîëæíà áûòü îòáðî-
íûì äëÿ ïðåïîäàâàíèÿ ìåòîäàì çàïèñè è        øåíà êîíòðîëèðóþùåé ïðîãðàììîé.
ðåøåíèÿ óðàâíåíèé äâèæåíèÿ, à íå ïðî-
ãðàììû âèðòóàëüíîé ôèçè÷åñêîé ðåàëüíî-            ÂÈÐÒÓÀËÜÍÛÅ ÝÊÑÏÅÐÈÌÅÍÒÛ
ñòè. Òàêèì îáðàçîì, íèêàêîãî àâòîìàòè-         ÏÎ ÊÓÐÑÓ ÊËÀÑÑÈ×ÅÑÊÎÉ ÌÅÕÀÍÈÊÈ
÷åñêîãî êîíòðîëÿ çà ôèçè÷åñêîé îñìûñ-
ëåííîñòüþ ñîçäàâàåìîé àâòîðîì ìîäåëè                   íàñòîÿùåå âðåìÿ ñîçäàí íàñ÷èòû-
ðåàëüíîé ñèñòåìû óìûøëåííî íå ïðåäóñ-                         âàþùèé îêîëî ñòà åäèíèö
ìîòðåíî. Âñÿ îòâåòñòâåííîñòü çà àäåêâàò-                      ðåñóðñîâ ïàêåò óäàëåííûõ
                                                              âèðòóàëüíûõ ëåêöèîííûõ
                                                              äåìîíñòðàöèé, ëàáîðàòîð-
                                                              íûõ ýêñïåðèìåíòîâ è çàäà÷
                                                              ïî êóðñó êëàññè÷åñêîé ìå-
                                                              õàíèêè, îðèåíòèðîâàííîìó
                                                              íà ó÷àùèõñÿ ñòàðøèõ êëàñ-
                                                              ñîâ. Ïàêåò ñîñòîèò èç ñëå-
                                                              äóþùèõ áëîêîâ:
     ...íèêàêîãî àâòîìàòè÷åñêîãî êîíòðîëÿ çà ôèçè÷åñêîé       – ñâîéñòâà ðàâíîìåðíîãî
     îñìûñëåííîñòüþ ñîçäàâàåìîé àâòîðîì ìîäåëè ðåàëüíîé       è ðàâíîóñêîðåííîãî äâè-
     ñèñòåìû óìûøëåííî íå ïðåäóñìîòðåíî...                    æåíèÿ;

46


– âçàèìîäåéñòâèÿ â ïðèðîäå;               ìåíÿåìûõ â ðåàëüíîì âðåìåíè äèàëîãà ñ
– îïðåäåëåíèå ñèëû è âòîðîé çàêîí Íüþ-    êîìïüþòåðîì. Äëÿ îáëåã÷åíèÿ äîñòóïà
òîíà;                                     ïîëüçîâàòåëÿ ê óïðàâëåíèþ ýòèìè ïàðà-
– òðåòèé çàêîí Íüþòîíà;                   ìåòðàìè íà ïàíåëü óïðàâëåíèÿ âûâîäÿòñÿ
– ñèëà òÿæåñòè;                           ñïåöèàëüíûå îêíà ñ äèàëîãàìè ïî çàäà-
– äâèæåíèå òåëà, áðîøåííîãî âåðòèêàëü-    íèþ âåëè÷èí èìåííî ýòèõ, íàèáîëåå âàæ-
íî ââåðõ;                                 íûõ äëÿ ïîíèìàíèÿ ñóùíîñòè èçó÷àåìîãî
– äâèæåíèå òåëà, áðîøåííîãî ïîä óãëîì     ÿâëåíèÿ, ïàðàìåòðîâ.
ê ãîðèçîíòó;                                    Îñîáûé êëàññ ìåõàíè÷åñêèõ ìîäå-
– çàêîí âñåìèðíîãî òÿãîòåíèÿ;             ëåé ñîñòàâëÿþò êîìïüþòåðíûå çàäà÷è, ìíî-
– çàêîíû Êåïëåðà;                         ãèå èç êîòîðûõ ÿâëÿþòñÿ ñâîåîáðàçíûì
– äâèæåíèå êîñìè÷åñêèõ òåë, íå îïèñû-     ðàçâèòèåì èäåé è çàäà÷ ïðåäëàãàâøèõñÿ
âàåìîå çàêîíàìè Êåïëåðà;                  íà ðàéîííûõ è ãîðîäñêèõ îëèìïèàäàõ ïî
– íåâåñîìîñòü.                            ôèçèêå äëÿ ñòàðøåêëàññíèêîâ. Ñîçäàííûå
      Êàæäûé èç áëîêîâ ñîïðîâîæäàåòñÿ     çàäà÷è ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé çàäàíèÿ íà íà-
êðàòêîé ãèïåðòåêñòîâîé ñïðàâêîé, ñîäåð-   õîæäåíèå òàêèõ ïàðàìåòðîâ âèðòóàëüíî-
æàùåé âàæíåéøèå ôîðìóëû è òåêñòîâóþ       ãî ýêñïåðèìåíòà, ïðè êîòîðûõ ïîâåäåíèå
èíôîðìàöèþ â îáúåìå, ïðèìåðíî ñîîòâåò-    ìîäåëèðóåìîé ñèñòåìû ñîîòâåòñòâóåò îïè-
ñòâóþùåì òðåáîâàíèÿì âñòóïèòåëüíûõ ýê-    ñàííîé â óñëîâèè ñèòóàöèè.
çàìåíîâ ïî ôèçèêå äëÿ òåõíè÷åñêèõ               Íàêîíåö, ïîñëåäíèé òèï ó÷åáíûõ
ÂÓÇîâ. Îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ ñïðàâêè èë-     ðåñóðñîâ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé çàäàíèÿ íà
ëþñòðèðóþòñÿ 5–6 êîìïüþòåðíûìè ýêñïå-     ðàçðàáîòêó ó÷àùèìñÿ ñâîèõ îðèãèíàëüíûõ
ðèìåíòàìè-äåìîíñòðàöèÿìè, â êîòîðûõ       êîìïüþòåðíûõ äåìîíñòðàöèé, îðèåíòèðî-
îáó÷àåìîìó îòâåäåíà äîñòàòî÷íî ïàññèâ-    âàííûõ íà èëëþñòðèðîâàíèå ñôîðìóëèðî-
íàÿ ðîëü íàáëþäàòåëÿ. Ïî ìåðå óñëîæíå-    âàííîãî â óñëîâèè óòâåðæäåíèÿ. Êàê ïðåä-
íèÿ è óãëóáëåíèÿ ïðåäëàãàåìîãî äëÿ èçó-   ñòàâëÿåòñÿ àâòîðàì, èìåííî òàêîé ðîä äå-
÷åíèÿ ìàòåðèàëà âîçðàñòàåò ÷èñëî çàäà-    ÿòåëüíîñòè ó÷àùèõñÿ äîëæåí îáåñïå÷èòü
íèé, îðèåíòèðîâàííûõ íà áîëåå òâîð÷åñ-    óäîâëåòâîðåíèå èõ åñòåñòâåííîé ïîòðåá-
êóþ, àêòèâíóþ ðàáîòó ó÷àùåãîñÿ ñ êîì-     íîñòè ê òâîð÷åñêîé äåÿòåëüíîñòè è íåïðå-
ïüþòåðîì. Âûïîëíåíèå òàêèõ çàäàíèé ïî     ìåííî òðåáóåò íå òîëüêî âåñüìà ãëóáîêèõ
ñóùåñòâó ñâîäèòñÿ ê íàáëþäåíèþ çà ïî-     çíàíèé, íî è ïîíèìàíèÿ ìàòåðèàëà.
âåäåíèåì ìîäåëèðóåìîé ñèñòåìû ïðè ðàç-          Ñ ðàáî÷åé âåðñèåé ïðîãðàììû ìîæ-
ëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ 2–3 åå ïàðàìåòðîâ, èç-   íî ïîçíàêîìèòüñÿ íà ñàéòå www.spin.nw.ru.




Íèêîëüñêèé Äìèòðèé Þðüåâè÷,
âûïóñêíèê ôèçè÷åñêîãî ôàêóëüòåòà
ÑÏáÃÓ.
×èðöîâ Àëåêñàíäð Ñåðãååâè÷,                                      ÍÀØÈ           ÀÂÒÎÐÛ
êàíäèäàò ôèç.-ìàò. íàóê,
äåêàí ôèçè÷åñêîãî ôàêóëüòåòà ÑÏáÃÓ.


                                                                                47



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика