Ғылыми жоба "Күн активтілігінің адам ағзасына әсері"

Кіріспе

Жұмыстың өзектілігі: Қоғамның ақпараттануы бүкіл дүние жүзінде шексіз ақпараттық кеңістік қалыптастыра отырып, өндірісті, білім беруді және адамдардың тұрмыс - тіршілігін түбегейлі өзгертуде. Ал ақпараттардың жеткізілуін, өңделуін, сақталу заңдарының мәнін ұғынуда құбылыстың кейбір жақтарын ұқсастырып бейнелейтін жаңа объект – яғни модельдеу өте қажет.

Модель - бұл материалды түрде немесе адам ойымен сипатталатын объект, яғни нақты объектінің немесе процестің түрін оңайлатылған түрде жеткізу. Модельденген объект арқылы нақты объектіні жеткілікті түрде түсіндіре аламыз.

Модельдеу деп моделді құру процессін айтамыз, яғни, құрылған модель арқылы объектінің құрлымы мен қасиетін анықтау.

Исаак Ньютон заманынан (XVII - XVIII ғғ) бері физика ғылымы математикалық моделмен тығыз байланысты. Барлық келесі физикалық ашылуларды (термодинамикада, электродинамикада, атомдық физикада және т.б.) заң және принцип түрінде, математика тілінде жазып, яғни математикалық модель формасында көрсетті.

Кез келген физикалық есептердің шешімінің теориялық жолы бұл математикалық моделдеу деп айтуға болады. Бірақ, есептің теориялық шешімі оның математикалық моделінің қиын сатысымен шектеледі. Математикалық модель оның көмегімен физикалық процесті суреттегеннен гөрі қиынырақ және сонымен қоса есептеу үшін мұндай модельді қолдану проблеммалы түрде болады [2].

Басқаша айтқанда, физикалық зерттеулер ауыр математикалық модель негізінде яғни компьютерлік математикалық моделдеу жолымен шығарылады. Бұнымен байланыса отырып ХХ ғасырда физиканың теориялық және тәжірбиелік дәстүрлі бөлуімен жаңа бағыты – «есептеу физикасы» пайда болды.

Математикалық моделдің компьютерлік моделдену курсының көптеген нұсқасында физикадағы құқық бойынша басқамен салыстырғанда үлкен көлемді иеленеді және оларды оқытуда үлкен көлемді уақытты алады. Шынымен, сол және басқа физикалық үрдісің моделі табиғи болып табылады және басқа пәндік облысқа жиі ауысып кететін кейбір жасанды тәсілді талап етпейді[3].

Зерттеудің мақсаты: Берілген мәліметтер құрлымын немесе талап етілген нәтижені оңтайлы бейнелеу үшін физикалық үрдістердің моделдеудің түрлі формаларын қолдану тәсілдерін игеру. Әлеуметтік, экономикалық, техникалық сипатта шешім дайындап, қабылдауға пайдаланылуы мүмкін мәліметтер алу.

Зерттеудің міндеті:

• Физикалық процестердің қасиеттері мен сипаттамаларын зерттеу үшін олардың үлгісін құру және талдау;

• Құрастырылған физикалық объектілердің сипатын анықтау немесе айқындау үшін олардың аналогтарында объектілердің әр түрлі табиғатын зерттеу;

• Физикалық зерттелетін объектілердің әр түрлі табиғатын зерттеу.

Зерттеудің болжамы: Егер физикалық процестерді модельдеуді зерттеудің ғылыми танымының ерекше әдісі деп қарастырсақ, онда модельдеу әдісі кез келген ғылымда, ғылыми танымның барлық кезеңдерінде пайдаланылуы мүмкін. Негізінде объектінің моделімен жұмыс жасау салыстырмалы түрде тез және ешқандай елеулі шығынсыз оның қасиетін зерттеуге мүмкіндік береді.

Зерттеу объектісі: Зерттелетін объектіні математикалық және экономикалық аналогтарын құру.

Зерттеу әдістері: Зерттелетін объектіні математикалық және физикалық тұрғыда компьютерлік модельдеу. Зерттелетін объектінің құрлымдық алгоритмін анықтап, компьютер көмегімен бағдарламалау.

Ғылыми жаңалығы: Физикалық есептерді әр түрлі әдіс-тәсілдерді қолдану арқылы тиімді түрде шығару, кез- келген объектінінің және жүйенің арасындағы байланыстардың күрделігін айқындап, нәтижесін анықтау.

Зерттеудің тәжірибелік маңыздылығы: Физикалық модельдеудің негізгі ұғымдары мен тәжірибелерін барлық мектеп курсында күрделі объектілерді оқу, зерттеу үшін тиімді тәсіл ретінде пайдалану.

I -тарау Теориялық бөлім.

1.1 Компьютерді оқу үрдісін жетілдірудегі ролі және және

оны физика сабағында қолданудың мүмкіндіктері

Білім беруде ақпараттық технологияларды енгізудің негізгі

бағыттары: оқытудың үрдісін жетілдіру, оның сапасы мен тиімділігін арттырудың құралы ретінде пайдалану: компьютерлік техниканы білім алудың, өзін танудың және ортаны танудың құралы ретінде пайдалану; компьютерлік техниканы және ақпараттық технологияның жаңа құралдар оқып-білудің объектісі; жаңа ақпараттық технологияны білім алушының шығармашылық дамуының құралы ретінде қолдану; компьютерлік техниканы бақылау үрдісін, түзету, тестілеу және психодиагностика құралы ретінде, педагогикалық тәжірибемен әдістемелік және оқу әдебиетімен алмасу құралы ретінде; ақпараттық техниканы қолдану арқылы коммуникациялар ұйымдастыру; қазіргі заманғы ақпараттық технологиялар құралдары интеллектуальды бос уақытты ұйымдастыру; оқу орнын және оқу үрдісін қазіргі коммуникациялық технологиялары негізінде интенсификациялау және жетілдіру [3].

Компьютер физиканы оқытудың тиімді тәсілі болып табылады. Мысалы, копьютерді физикалық процесстерді модельдеуге, зертханалық жұмыстар жүргізумен есептер шығаруда, зертханалық қондырғылармен жұмысты басқаруда,бағдарламалы оқыту мен білімді тексеруде қолдануға болады. Көрсетілген бағыттардың әрқайсысы өзіндік арнаулы ерекшеліктерге ие.

Компьютер мұғалім еңбегін ғылыми ұйымдастыру мен сабақ үрдісін басқару құралы ретінде де қолданыс табады. Бұл жағдайда компьютердің негізгі міндеті ақпараттық деректер қорын құру, жүйелеу, әр түрлі ақпараттарды топтастыру және бағалау болып табылады. Басқаша айтқанда копьютер- ғылыми-педагогикалық зерттеклерге тиесілі баға беруге және басқаруды оптималдандыруға септігін тигізетін, әрі зерттеу және басқару жұмысының тиімділігін арттыратын қуатты құрал болып табылады.

Компьютерді қолдану физика мұғалімнің сабаққа дайындалуына және сабақ үрдісін ұйымдастыру мәселелерін шешуіне көмектеседі.

Анықтамалық ақпаратты жүйе құрудың болашағы зор деп есептелінеді. Компьютерде бар каталог мұғалімге пайдалы кітапты немесе мақаланы табуға, тәжірибеге қажет құрал-жабдықтарды іріктеуге мүмкіндік беретіндіктен сабаққа дайындық өте тиімді әрі нәтижелі болады [4].

Қазіргі физикалық зерттеу зертханалары компьютерлермен мейлінше жабдықталған. Қазіргі кезде ғалымдар компьютерсіз қалай жұмыс істейтінін көз алдына елестету қиын. Қазіргі заманғы құралдармен алынған ақпарат көлемі өте көп болғандықтан, оларды алдын ала компьютермен автоматты өңдемей игеру іс жүзінде мүмкін емес. Компьютерлер өлшеу нәтижелерін өңдеу кезінде де , сол сияқты тәжірибені жасау кезінде де баға жетпес көмек көрсетеді. Тәжірибелік қондырғыларды және тәжірибе барысын компьютерлік басқару күрделі қондырғылармен жабдықталған зертханаларды Интернет пайдалану арқылы жетілдіру.

Компьютерлерге байланысты тек ғылыми емес, оқу физикалық зертханалары өз келбеттерін баяу болса да, өзгеретін келеді. Тәжірибелерді компьютерлік басқару, оқу зертханаларында да тәжірибе нәтижелерін автоматты түрде компьютерлік өңдеу қажеттілігі туындап отыр, жақын аралықта бұл бағыттағы өзгерістер міндетті түрде болады. Білім алушыларға инженерлік бағытта оқыту барысында зертханалық практикум міндетті құрамды бөлігі болып табылады. Практилық тұрғыды студенттер теориялық білімдерін практикалық жұмыстарда бекітеді, бақылау және өлшеу құралдарымен жұмыс істеп үйренеді, ізденімпаздық дағдылары қалыптасады.Ақпараттық технологиялармен байланысты, "виртуальды зертханалық практикум" (ВЗП) ұйымы қалыптасты, оның негізін иммитациялық компьютерлік модельдеу алынады. Оқу үрдісінде ВЗП қолдану бағыттары:

• Нақты зертханада практикумды орындауға әзірлік ретінде компьютерлік "тренажер" ретінде қолдану, бұл жағдайда компьютерлік бағдарлама мен физикалық тәжірибенің барысы, көп жағдайда бірдей болады.

• Физикалық қондырғыда әр түрлі себептермен (техникалық, қаржылық, ұйымдастыру және т.б.) жүзеге асыру мүмкін болмағанда, нақты практикумға қосымша ретінде компьютерлік

тәжірибелермен толықтыру.

Компьютерлік "тренажер" ретінде ВЗП қолдану физикалық тәжірибеге білім алушының жан-жақты дайындалуына, зерттелетін құбылыстарды терең игеруіне, өлшеуіш құралдармен жұмыс істеу дағдыларының қалыптасуына (бұл жағдайда виртуаль практикумды нақты приборларға қасиеттері жақын өлшеуіш құралдар пайдаланған жағдайда). Мұндай жағдайда көбіне сырттай – дистанциялық оқыту бөлімінің студенттері ұсынылады, себебі оқылатын материалды терең игеруге мүмкіндік беріп қоймайды, сонымен қатар оқу орнында нақты зертханаларда практикумды орындау уақытын қысқартуға оң әсерін тигізеді.Егер ВЗП нақты практикумға толықтыру ретінде қолданылса, ол күрделігі жоғары практикумды орындауға немесе университетте күрделі құрал-жабдықтар болмаған жағдайда зерттеу жұмыстарын жүргізуге бағытталуы керек [5].

Қазіргі кездегі концепциялардың біреуін сай, адам қабылдайтын ақпарат төмендегі сатылардан өтеді: сенсорлы-моторлы, символды, логикалық және лингвистикалық.

Табиғаттану ғылымдары пәндерін оқытуда әр уақытта да сенсорлы-моторлы саты орын алады. Мұнда зертханалық практикумдар және оқу тәжірибелері елеулі роль атқарады .

Оқу тәжірибесі білім беру әдістерінің маңыздыларының бірі болып табылады. Ол қандай да болмасын курстық кіріспесі ретінде қолданылуы мүмкін (мотивация), жаңа материалды түсіндіруге иллюстрация (қабылдау), өткен материалды қайталау және қорытындалау (интериоризациялау), немесе оқытуды барлық кезеңінде алған білімді, дағдылады т.б. бақылау ретінде пайдаланылады.

Оқу тәжірибелері.

Демонстрациялық тәжірибе: Заңдарды, құбылыстарды түрлендіру кезінде иллюстрациялау және оларды қодануы көрсету, техникалық қондырғыларды жұмыс істеу принципін, іргелі тәжірибелермен оқушыларды таныстыру үшін қолданылады. Оны тек оқытушы әзірлеп, өткізеді.

Фронталь зертханалық жұмыстар, тәжірибелер және бақылаулар. Сабақ барысында оқытушы басқаруымен барлық студент бір мезгілде бірдей қондырғылармен жасайды .

Практикалық тұрғыдан білім алушылардың өзбетімен жұмыс істеу формасы болып табылады, білім алушылар алдын-ала әзірлеп, жазбаша нұсқаулықтар бойынша орындайды.

Сабақтан тыс тәжірибелер және бақылаулар. Үй тапсырмасының бір түрі. Теориялық білімдерді өзектілеу және жаңа материалды оқуға ынталандыру мақсатында пайдаланылады.

Әдістемелік жағынан дұрыс ұйымдастырылған тәжірибе практикалық білім қалыптастыру үшін де, бұрын алған теориялық білімдерін белсендіре түсуге де көмек көрсетеді. Оқыту процесінде қабылдаудың әр түрлі арналары (есту, көру, сезіну т.б.) іске қосылады. Бұл алынған ақпаратты жарқын бейнелер жүйесі түрінде қалыптастырып, ұзақ еске сақтауға мүмкіндік жасайды. Екінші жағынан, зертханалық жұмыстарды дайындау және орындау оңай іс емес, оқытушыдан белгілі бір әдістемелік ерекшеліктерді білуді талап етеді, белгілі бір приборлар мен аспаптардың болуын қажет етеді.

Осы және басқа да мәселелерді белгілі бір деңгейде білім беру кезінде компьютерлік тәжірибелер арқылы шешуге болады. Бұл термин зертханалық жұмысты басқа да техникалық құралдарды пайдаланбай компьютерде толықтай атқаруды қамтиды.

Оқу үрдісінде компьютерлер қолдану арқылы тәжірибе жасау көптеген ұсақ мәселелерді шешуге (сұлбаның параметрлерін өзгерту, тәжірибе нәтижесін өлшеу, есептеу т.б.) қажетті уақытты елеулі қысқартуға мүмкіндік береді, сөйтіп өткізілген тәжірибенің мақсаты мен міндеттеріне елеулі көңіл бөлуге мұрса береді. Сонымен қатар оқу кабинетінде жасауға келмейтін тәжірибе көрсету мүмкіндігі пайда болады

1.2 Модель және модельдеу ұғымы

Модель және моделдеуді адамзат ертеден бастап қолдана бастаған. Модель және моделдеу тіл байланысын, жазбаша түрдегі байланысты, графиктердің пайда болуына ықпал еткен. Ата - бабаларымыздың тасқа салынған бейнелері, картиналар және кітаптар - бұл қоршаған ортаның ақпарттық моделі болып табылады. Ал бізге әртүрлі модель түрлері бала күнімізден таныс, яғни бала күнімізде ойнайтын ойыншықтар бізге қандайда бір объектінің моделін береді. Мәселен, әртүрлі ойыншық автомобильдер, самолет немесе кеме ойыншықтары, қуыршақ немесе қонжық және т.б. ойыншықтарды атап айтуға болады.

Модель түсінігіне тереңірек үңілер болсақ, жоғарыда атап көрсетілген балалар ойыншықтар нақты объектінің моделі бола алама? Әрине, өйткені ол ойыншықтар нақты объектінің орынбасары ретінде жасылынған бейнелер. Ал, модель дегеніміз - кез - келген нақты объектіні қандайда бір формада беру.

Модель тәжірибе жүзінде таным процесінің негізгі құралы болып табылады. Нақты объектілер және процестер күрделі және әртүрлі болып келеді, ал оларды арнайы әдіспен оқыту дегеніміз - қарапайым, бірақ нақты объектіге ұқсас модель құру, объектінің нақтылығын анықтамас бұрын, оның моделін зерттеу қажет.

Модель түсінігіне қатысты мынадай мысалдар: яғни архитектор өзі көрмеген ауылға қандайда бір қамал тұрғызбақшы. Ол ең бірінші бұл қамалды тұрғызбас бұрын оның макетін кубиктармен үстел үстіне тұрғызып көреді. Бұл қамалдың моделі [6].

Қан айналым процессі қалай жүретінін түсіндіру үшін оқытушы сызбамен берілген плакаты көрсетеді, яғни ол сызбада қан айналым процесі бағыт тілімен көрсетілген. Бұл модель - қанайналым процессін көрсетеді.

Тіпті, қабырғадағы картиналардың өзі де қандайда бір объектіні моделейді. Мәселен, алма бағының суреті – үлкен бір алма бағын моделдейді.

Әдеби жанрлардың өзінде моделге жатқызуға болады, атап айтсақ мысал мен нақыл сөздер. Олардағы мәтіндер екі адам арасындағы диалогты немесе бір адаммен айтылған мәтінді моделдейді.

Енді осы келтірілген мысалдарда моделдің рөлі қандай екенін қарастырайық:

Әрине, архитектор кубиктермен тәжірибе жасап, қамалдың сыртқы бейнесін көрмей - ақ, қамал тұрғыза алар еді. Бірақ, ол қамалдың бейнесі жеткілті әдемі көрінетіне сенімсіз. Сол себпті ол кубиктармен ең бірінші эксперимент жасап, қамалды өз қабілетінше моделдейді.

Сол сияқты, оқытушыда қан айналым процесі студенттерге жеткілікті түсінікті болу үшін анатомиялық атласты пайдаланбай, жек плакатбейнеленген сызбаны пайдаланады. Яғни сызба қанайналым процесін жеткілті түрде моделейді.

Сонымен, жоғарыда келтірілген мысалдардан қорытынды шығарып, модель түсінігіне келесі анықтманы аламыз:

Модель - бұл материалды түрде немесе адам ойымен сипатталатын объект. Моделденген объект арқылы нақты объектіні жеткілікті түрде түсіндіре аламыз, яғни тәжірибеде көбінесе моделденген объект жиі кездеседі. Бір сөзбен айтақанда, модель - нақты объектінің немесе процестің түрін оңайлатылған түрде жеткізу.

Қорыта айтсақ, модель тәжірибеде:

• Нақты объектінің –құрлымын, негізгі қасиетін, даму заңдылығын және қоршаған ортамен байланысын түсіндіру үшін қажет;

• Объектіні және процесті басқаруды, немесе оларды басқарудың дұрыс тәсілін таңдауды анықтау үшін қажет;

• Нақты объектінің басқа бір объектімен жанама немесе тура байланысын анықтау үшін қажет етіледі.

Модель тәжірибеде өте қажет және де объектіні зерттеу барысында негізгі құрал ретінде қолданылады. Модель таным процессінде жиі қолданылады.

Модельдеу деп моделді құру процессін айтамыз, яғни, құрылған модель арқылы объектінің құрлымы мен қасиетін анықтау.

Модельдеу технологиясы зерттеушіден мәселені анықтап, есеп беруді, зерттеудің қорытындысын болжауды, нақты баға беруді, модель құруға қатысты негізгі немесе жанама факторларды анықтауды, аналогтар мен математикалық формулаларды дұрыс таңдауды, компьютерлік жүйе көмегімен есептерді шеше білуді, компьютерлік зерттеудің қорытындысын беруді талап етеді.

Модельдеу дағдылары адамның күнделікті қызметі үшін маңызды болып келеді. Модельдеу адам баласы үшін күн тәртібін дұрыс белгілеуді, оқу, жұмыс уақытын дұрыс таңдауды, әртүрлі мәселелерді дұрыс шешіп, дұрыс шешім қабылдауға көмектеседі.

Модель құруды неден бастау қажет?

Бiрiншiден модельдеу мақсаты тұрғысынан объектiнi талдау қажет.

Бұл сатыда объектiнiң модельдеу субъектiсiне таныс барлық қасиеттерi қарастырылады. Объектiнiң көптеген қасиеттерi мен белгiлерiнiң арасынан модельдеуде бейнеленуге тиiстi қасиеттердiң нақты болуы мүмкін. Бірнеше субъектілердің бір объектіге түрлі модельдер құру мүмкіндігін көрсететін схема. (Қосымша 1)

Модельдеу мақсаты анықталған соң - моделъдеу максаты тұpғысынан модельдеуші объектiнiң нақты белriлерiн aйқындау қажет. Бұл белriлердiң:

• объектiнiң сыртқы түpiнe;

• объектiнiң құрылымына;

• объектiнiң күйiне қатысы болуы мүмкін.

Модельдеу мақсатының түрлiше болуынa байланысты барлық жағдайлар үшiн белгiлердi, қасиеттердi, қaтынастарды ерекшелейтін

Модель түрлерi.

Барлық модельдердiң көпбейнелiлiгi негiзiнен үш топқа бөлiнедi:

• матерuалды (mабuғu) моделъдеушi объектiнiң сыртқы

түpiн, құрылымын (кристал торлардың модельдерi, глобус),

жағдайын (самолеттiң радио басқарылымды моделi) бейнелейтiн кiшiрейтiлген немес ұлғайтылған көшiрмелерi;

• бейнеленушi модельдер (геометриялық нүктелер, математикалық маятник, идеал газ, шексiздiк);

• ақпаратmық модельдер - модельденушi объектiнiң ақпаратты кодтау тiлдерiнiң бiрiнде жазылған сипаттамасы (сөздiк сипаттау, схемалар, сызбалар, картиналар, суреттер, ғылыми формулалар, бағдарламалар).

Информатика курсында негiзiнен ақпараттық модельдер қарастырылады. Субъектiнiң практикалық қызметiнiң сферасы модельдеу объектiciн басқару процесiндегi модельдiң қатысына байланысты нақтылануы мүмкін. Бұл жағдайда модельдiң келесi түрлерi: тiркелушi, эталондық, болжамдық, оңтайланған, имитациялық деп бөлiнедi.

Модельдеу құбылысының қосымша мүмкiндiктерiн ашуға

мүмкiндiк беретiн модельдер кластарының басқалай да бөлiну түрлерiн таңдауға болады. Модельдер классификациясы. (Қосымша 1, 1-сурет)

Моделъ (фр. modele, ит. modell0, лат. modulus - өлшем, үлгi) бұл:

• нақты объектiнiң қарапайымдандырылған ұқсасы;

• заттың кішiрейтiлген немесе ұлғайтылған түрдегі мaкeтi;

• табиғат пен қоғамдағы қандай да бiр процесстiң құбылыстың бейнесi, сипаттамасы және схемасы;

• жұмыс iстeyi анықталған параметрлер бойынша нақты объектiнiң жұмыс істеуіне ұқсас физикалық/ақпараттық аналогы;

• анықталған шарттарда тұпнұсқа объектiнiң бiздi қызықтыратын қасиеттерi мен сипаттамасын

Соңғы кездердегi ғылым мен ақпараттық технологиялардың қарыштай дамуы барлық дерлiк ғылыми-зерттеу жұмыстарында зерттелетiн объектiнi модельдеу жұмыстарын өз деңгейiнде жүргiзудi талап етуде. Модельдер барлық жерде дерлiк кездеседi. Олардың саны орасан зор. Олардың кейбiрi eскipeдi, ұмытылады, жоғалады [7].

Ақпараттарды модельдеу түрлерiн таңдауда және құруда зерттеушiнiң маман peтіндегі танымы мен бiлiктiлiк деңгейi, эстетикалық тaлғамы көрiнедi. Дұрыс таңдалған және өз дәрежесiнде тиiмдi құрылған модель түрлерiн зерттеу жұмыстары жеңiлдетiп, объект туралы толығырақ мәлiмет aлyға септiгiн тигiзедi. Әрбiр модель үшiн оның кеңiстiктегi "субъект-объект-нақтылық" орнын анықтауға болады.

Ақпараттық модель әркайсысын бейнелеуге таңдaлған бейнелеу тiлдерiнiң формалдылығын сипаттай алады. Әрбiр ақпараттық модельдi кеңiстiктегi "субъект-объект-формалдау дәрежесi" нүктелерiне сәйкес қойып көруге болады.

Ақпараттық модельдердi сипаттау тiлi бойынша мысалы, математикалық модельдер, кестелiк модельдер сияқты мақсатты түрде классификациялауға болады. (Қосымша 1, 2-сурет)

Модельдеу miлi (simulatioп laпguage) - зерттелiп жатқан объектiнi үлтiлеу үшiн қажеттi бастапқы ақпарат берiлетiн жобалау тiлi . Информатика курсында компьютер көмегімен құруға, зерттеуге болатын модельдер қарастырылады.

II - тарау Негізгі бөлімі

2.1. Физикалық үрдістерді оқып үйренуде компьютерлік моделдеудің алар орны

Компьютерлік моделдеу физикалық жүйенің әртүрлі процестері мен құбылыстарын оқып үйренуде ең көп тараған және нәтижелі әдістердің бірі болып табылады. Компьютерлік моделдер жиі зерттегенге оңай және ыңғайлы, олар есептеу тәжірибелерін жүргізуде мүмкіндік береді, қиындатылған есептердің шынайы құрылымын, нақты немесе алдын ала болжалмайтын нәтиже беруі мүмкін.

Қазіргі уақытта көпсандық әдіс және моделдеудің тәсілдері белгілі және кең қолданылады. Жалпы физикалық және математикалық моделдеу деп бөлінеді. Физикалық моделдеуде модель физикалық табиғатын сақтай отырып оқылатын процестерде жүргізіледі. Бұл моделдеу түріне, мысалы, аэродинамикалық трубада ұшақты үрлеп тазарту моделі жатады. Компьютерлік моделдердің қисындылығы және формалдануы оқылатын объектілердің қасиетін анықтайтын, физикалық жүйелердің параметрлерінің және бастапқы шартының өзгеруінің ауытқуын зерттейтін негізгі факторларды айқындауға мүмкіндік береді.

Компьютерлік моделдеу абстрактілі нақты табиғат құбылыстарын, ең бастысы сапалы құрылуын, содан соң сандық моделін талап етеді. Бұларды компьютерде есептеу тәжірибелерінің сериялары өткізіледі, нәтиженің интерпретациясы, ізделінетін объектінің мінез - құлығын моделдеудің нәтижесін салыстыру, моделдің келесі үлгілерін анықтау және т.б.

Компьютерлік моделдеудің басты этаптарына жататындар: еспетің құрылуы, моделдеу объектісінің анықтамасы, концепцуалдық моделдің үлгісі, жүйенің негізгі элементін табу, элементарлы актілердің қарым - қатынасы, формалдануы, яғни математикалық моделге өтуі; алгоритмнің құрылуы және программаның жазылуы; жобалау және компьютерлік тәжірбиесін жүргізу; нәтиже интерпретациясы және анализі.

Моделдеудің аналитикалық және иммитациялық түрлері бар. Аналитикалық моделдеу деп алгебралық, дифференциялық және басқа да теңдеулерден, сонымен қоса бірмағыналы есептеуіш процедураларын жүзеге асыруды ескеретін, оларға нақты шешім туғызатын шынайы объектінің моделін айтамыз [8].

Иммитациялық модел деп элементарлы операциялардың үлкен санын жүйелі түрде орындайтын жолымен ізделінген жүйенің функцияланған алгоиртмін өңдейтін математикалық моделді айтамыз.

Исаак Ньютон заманынан (XVII - XVIII ғғ) бері физика ғылымы математикалық моделмен тығыз байланысты. И. Ньютон механика заңын, әлемдік тартылыс заңын ашқан және оларды математика тілінде жазған. И. Ньютон (Г. Лейбницпен бірге отырып) физиканың математикалық аппараттын негізге ала отырып дифференциалдық және интегралдық есептеулерді өңдеген. Барлық келесі физикалық ашылуларды (термодинамикада, электродинамикада, атомдық физикада және т.б.) заң және принцип түрінде, математика тілінде жазып, яғни математикалық модель формасында көрсетті. [9].

Кез – келген физикалық есептердің шешімінің теориялық жолы бұл математикалық моделдеу деп айтуға болады. Бірақ, есептің теориялық шешімі оның математикалық моделінің қиын сатысымен шектеледі. Математикалық модель оның көмегімен физикалық процесті суреттегеннен гөрі қиынырақ және сонымен қоса есептеу үшін мұндай моделді қолдану проблеммалы түрде болады.

Қарапайым жағдайда есепті шешімін аналитикалық түрде «қолмен» алуға болады. Көптеген практикалық маңызды жағдайда аналитикалық шешімін табу математикалық моделдің қиындығынан сәтті болмайды. Мұндай жағдайда есепті шешудің нәтижелі орындалуы тек компьютерде ғана мүмкін - есептеу әдісі қолданылады.

Басқаша айтқанда, физикалық зерттеулер ауыр математикалық модель негізінде яғни компьютерлік математикалық моделдеу жолымен шығарылады. Бұнымен байланыса отырып ХХ ғасырда физиканың теориялық және тәжірбиелік дәстүрлі бөлуімен жаңа бағыты – «есептеу физикасы» пайда болды.

Физикалық процестерді компьютерде зерттеу есептеу тәжірибесі деп аталады. Сол есептеу физикасы виртуалды физикалық тәжірбиені компьютерде іске асыра отырып теориялық физика мен тәжірбиелік физика арасындағы көпірді салды. Есептеу нәтижесін өңдеуде компьютерлік графиканы қолдану сол нәтижелердің көрнекілігін, яғни олардың қабылдауының өте маңызды шарты және зерттеушілердің интерпретациясы болып не табылатынын қамтамасыз етеді [10].

2.2. Microsoft Excel электрондық кестесі туралы жалпы түсінік.

1979 жылы екі экономист студент Дэн Бриклин және Боб Френкстон үй тапсырмасын тез орындауға көмектесетін және уақытты үнемдейтін әдіс ойлап табуды шешті, олар тарихта бірінші рет электронды кесте бағдарламасын жазып, оны Visible Calculator сөзінен қысқартылған VisiCalc деп атады, сондықтан барлық электрондық кестелер бағдарламасы, оның ішінде Excel программасы Дэн мен Бобтың арқасында жүзеге асты.  IBM  және  Macintosh компьютерлерінде жұмыс істейтін, ең озық үлгілерді ала отырып, бүгінгі заман талабына сай жасалған, электрондық кесте құрастыратын қолданбалы программа. Excel-дің соңғы нұсқаларында график тұрғызу, күрделі функциялар арқылы есеп-қисап жүргізу және бірнеше жұмыс кітаптарымен қатар жұмыс атқару сияқты мүмкіндіктер кеңінен қолданылады. Кестелік құрылымды құжаттармен жұмыс істеуге арналған кең таралған құралдардың бірі Microsoft Excel. Ол сандық мәліметтермен жұмыс істеу үшін негізделген [11].

Excel жай ғана бағдарлама емес, оны көптеген математикалық амалдарды, күрделі есептерді жеңілдету үшін пайдалануға болады. Ол кестедегі мәліметтердің негізінде түрлі-түсті диаграмммалар тұрғызып, жүргізуді қамтамасыз ете алады. Excel мүмкіндігінің көпжақтылығы тек экономика саласында ғана емес, ғылыми зерттеу, әкімшілік жұмыстарында да кеңінен қолданылады.

Excel даярлайтын құжат Жұмыс кітабы деп аталады. Жұмыс кітабы жұмыс парағынан тұрады. Жұмыс парағының құрылымы кестенің құрылымындай және ол бір немесе бірнеше кестені қамтиды. Әрбір парақтың аты төменгі жағында орналасқан таңбашада көрініп тұрады. Әрбір жұмыс парағы жолдар мен бағандардан тұрады. Бағандардың аты латын алфавитінің бас әріптерімен жазылады. Бір жұмыс парағы 256-ға дейін баған санын қамти алады. Бағандар А-дан ZZ әріптерінің комбинацияларымен белгіленеді, ал жолдар 1-ден бастап 65536-ға дейін нөмірленеді. Бағандар мен жолдардың қиылысуы ұяшықтар деп аталады. Ол электрондық кестенің мәлімет енгізетін ең кіші элементі болып табылады. [1].

Excel программасындағы диаграмма термині сандық мәліметердің графиктік түрде бейнеленуінің барлық жағын қамтиды. Графиктік бейнелеу берілген мәліметтер қатары негізінде құрылады. Берілген мәліметтері бар жеке алынған жол немесе бағаннан тұратын ұяшықтар тобы мәліметер тобын құрайды. Бір диаграммада бірнеше мәліметтер қатарын бейнелеуге болады. Диаграмма деп жұмыс кітабының бір парағына енгізілген графиктік обьектіні айтады. мәліметтер тұрған парқта немесе кез келген басқа парақта орналасуы мүмкін. Диаграмма өзі тұрғызылған мәліметтермен әрқашан тығыз байланыста болады. Егер мәліметтер жаңартылатын болса, диаграмма да автоматты түрде соған сәйкес өзгереді. Диаграмманы тұрғызу үшін Диаграмма шебері (Мастер диаграмм) қолданылады

Excel электрондық кестесi iске қосылғаннан кейiн автоматты түрде 1-кiтап (Книга 1) деген атпен жаңа құжат ашылады. Бұл кiтаптың атын файлды сақтау кезiнде өзгертуге болады. (Қосымша 2, 3-сурет) 

Бұдан басқа жаңа кiтап жасау үшiн стандартты саймандар тақтасынан Құру(Создать)   батырмасын шертемiз немесе Ctrl+N пернелер комбинациясын басамыз. Жаңадан қүрылған кiтаптың аты үнсіздік бойынша  2-кiтап, 3-кiтап (Книга 2, Книга 3) т.с.с. болады.

Excel терезесiнiң екiншi жолы –Мәзірлер қатары. 

Үшiншi және төртiншi жолдар Стандартты және Форматтау саймандар тақтасының аспаптары. (Қосымша 2, 4-сурет) 

Стандартты саймандар тақтасында орналасқан батырмалар жиi орындалатын командалардың әрекеттерiн қайталайды. Олар файлды сақтау, оқу, қағазға басу, көшiру, енгiзу, сандардың қосындысын табу, мәлiметтердi реттеу және т.б. әрекеттердi жылдам орындау мүмкiндiгiн бередi.

Форматтау саймандар тақтасындағы батырмалар қарiп (шрифт) форматын таңдау мүмкiндiгiн бередi: мәтiндi жартылай қарайтылған, курсивтi, асты сызылған етiп жазу, мәтiндi туралау, сандарды форматтау, жақтау мен түстердi қолдана отырып, кестенi безендiру әрекеттерiн жылдам орындау iстерiн атқарады.

Бесiншi жол – Формулалар қатары. Мұнда әрбiр ұяшықтың мазмұнын көрiп, формулаларды өңдеуге болады.

Бесiншi жол мен кестенiң соңына дейiнгi аралықты электрондық кестенiң жұмыс аймағы алып тұрады. Кестенiң жолдары (қатарлары) санмен, ал бағаналары латын әрiптерімен таңбаланады.

Төменгi қатар – Қалып-күй қатары, мұнда үстiмiздегi уақыттағы компьютердiң жұмысы немесе Excel кестесi жөнiнде ақпарат шығып тұрады.

Төменгi қатардың сол жақ шетiнде Excel кестесi жұмыс режимiнiң индикаторы тұр -  Excel кестесi мәлiметтердiң енгiзiлуiн күтiп тұрған жағдайда дайын режимiндетұрады да, индикатор Дайын (Готов) деген сөздi көрсетiп тұрады.

Пернелер тақтасының көмегiмен мәзір қатарына шығу үшiн ALT немесе F10пернесiн басу керек. Бұл пернелер басылғаннан кейiн  Файл мәзірі басқа түске өзгереді. Курсорды басқару пернелерінің көмегімен (,) қажеттi мәзір командасын таңдаймыз да ENTER пернесiн бассақ iшкi мәзір (подменю) ашылады. Iшкi мәзір  командаларын ­ немесе  пернелерiнiң көмегі арқылы  таңдауға болады. Команданыорындау үшiн ENTER пернесiн басамыз. Мәзір қатарынан жұмыс аймағына ESCпернесiн басу арқылы оралуға болады.

Excel кестесiнiң мәзір командаларын тышқанмен орындаған өте жеңiл, әрi қолайлы. Қажеттi мәзір командасына тышқан курсорын орналастырамыз да, төменгi сатылы мәзір командаларында тышқанды жылжыта отырып, тиiстi командада тышқанның сол жақ батырмасын шертемiз. Тышқанның сол жақ батырмасын шерту арқылы қанатбелгiлердi көрсету немесе алып тастау, сұхбат терезелерiн және iшкi беттердi ашу әрекеттерi орындалады.

Excel электрондық кестесi жазылған әрбiр файл бiрнеше беттерден тұратын кiтапболып саналады. Электрондық кесте iске қосылған мезетте 1-бет (лист 1) екпiндi болады. Үнсіздік бойынша ашылған кез-келген кітап 3 беттен тұрады. Бір беттен келесi бетке өту қажет болса, сәйкес парақтың жарлығында тышқанды шертемiз. Бір кітап 255бет жұмыс парағынан тұруы мүмкін. Ал қажеттi беттiң жарлығы экранда көрiнбей тұрса, жарлықтардың сол жағындағы бағыттауышта (,) тышқанды шерте отырып, жылжытамыз.

Excel электрондық кестесiнде бағаналар A –Z, одан кейiн ретi бойынша AA –AZ, BA –BZ,… латын әрiптерiмен белгiленедi және олардың саны –256- ға тең.

Excel электрондық кестесiнде қатарлар араб цифрларымен нөмірленеді және олардың саны – 65536-ға тең.

Әрбiр бағана мен қатардың қиылысқан жерiнде ұяшық деп аталатын тiктөртбұрыш орналасқан. Әрбiр ұяшықтың бағана әрпiмен  қатар нөмiрiнiң қиылысуына сәйкес адресi бар.  Мысалы, A1 – бiрiншi ұяшықтың, ал В105 – В бағанының 105 қатарындағы ұяшықтың адресi.

Ұяшықтарға мәлiметтердi (мәтiн, сан және формулалар) енгiзуге болады.Электрондық кестеде ағымдағы немесе екпiндi ұяшықты көрсететiн ерекше тiктөртбұрышкестелiк курсор деп аталады. Кестелiк курсор орналасқан ұяшық  екпiндi ұяшық (ағымды ұяшық)   деп аталады.

Парақтағы ұяшықтардың жалпы саны – 16 777 216-ға тең. Әрбiр ұяшыққа 32 мыңсимвол енгiзу мүмкiндiгi бар.

Бiр мезгiлде бiр ұяшықпен немесе қатар орналасқан бiрнеше ұяшықтар тобымен жұмыс жасауға болады. Белгiленген ұяшықтар тобы ұяшықтар блогы немесе торлараралығы деп аталады. Мұндай блоктардың адресi бiрiншi ұяшықпен соңғы ұяшықтардың адресiн қос нүктемен бөлiп жазу арқылы көрсетiледi.

Мысалы: A1 ұяшығында тышқанды шертiңiз де, тышқанның сол жақ батырмасын басулы күйде ұстап, курсорды D9 ұяшығына дейін созыңыз. Жұмыс аймағында бірінші ұяшықтар блогы пайда болды, яғни А1:D9.

Бір жұмыс аймағында бiр-бiрiмен байланыспаған бірнеше блоктарды белгiлеу үшiн алдымен бiрiншi блокты белгiлеймiз, одан кейiн келесi ұяшықтар блогын белгiлеу кезiнде [Ctrl] пернесiн басулы күйде ұстап тұрамыз. Мысалы: F8:H16, E2:G6, A2:C8 , B10:D16 ұяшықтар блогын бір жұмыс аймағында белгілеу үлгісі 2-суретте көрсетілген.

Бағана –қажеттi бағана тақырыбындағы таңбаланған әрiпте (A,B,C...) тышқанның сол жақ батырмасын бір рет шерту;

қатар – қажеттi қатарға сәйкес келетiн нөмiрде (1,2,3...) тышқанның сол жақ батырмасын бір рет шерту;

бiрнеше бағаналар – бiрiншi бағанада тышқанды шерткен соң, тышқанның сол жақ батырмасын басқан күйде соңғы бағанаға жеткiземiз;

жұмыс парағын – бағаналар таңбаланған әрiптер жолы мен қатар нөмiрiнiң қиылысқан жерiнде тышқанды шертемiз (кестенiң сол жақ жоғарғы шетi).

Пернелер көмегiмен кесте бөлiктерiн белгiлеу үшiн [Shift]+ [F8]  пернелерiн бір рет басамыз да, [Shift] пернесін басулы күйде ұстап тұрып курсорды басқару пернелері арқылы белгiлеу режимiне көшемiз. Белгiлеу режимiнен [Esc] пернесiн басу арқылы шығамыз[12].

Қазіргі таңда физика курсы үшін компьютердің орны ерекше. Компьютер физиканы оқыту процесінде қолдану құралы бола алады. Компьютерді есеп шығаруда, лабораториялық жұмыстар жасауда, жаңа материалды меңгеруде, білім деңгейін тексеруде қолдануға болады. Қосымшада MS EXCEL электрондық кестесі көмегімен, физикадан бірнеше мәрте есептеуді қажет ететін есептерді шығару көрсетілген.

Есептер шығару оқушылардың физикалық заңдарды тереңірек және берік меңгеруіне, логикалық ойлаудың дамуына себебін тигізеді, өзіндік ой қорытуға, физикаға қызығушылығын оятады. Ал, MS EXCEL электрондық кестесі әр түрлі сандық есептерді шығару барысында өте ыңғайлы құрал болып табылады.

EXCEL физика сабағында лабораториялық жұмысты жүргізу және тексеру, есептерді шығару, диаграммаларды тұрғызу барысында қолдануға болады. Мысал ретінде механика бөлімінің есептері алынған.

1-есеп.

Байқау басталған кезде автобус пен мотоциклшінің ара қашықтығы s болған еді және автобус координаттар басын (х₀₁=0) өтіп бара жатты. Денелер жылдамдықтарының проекциялары және - ке тең. Мыналарды табу керек: 1) автобус пен мотоциклшінің кездесу уақыты t – ні; 2) олардың кездесетін жерінің х координатын; 3) автобус х´₁ координаты ( ) тең нүктені өтетін уақыттағы мотоциклдің координаты қандай болу керек?

Берілгені: Шешуі:

s, , 1) , 2) ,

t-? х-? -? 3)

1-суретте EXCEL бойынша есептеу формулалары берілген. 5-суретте есептің шешімі және автобус пен мотоциклшінің жүрген жолдары мен кездесу нүктесінің графигі берілген.(Қосымша 3, 5,6-сурет).

2-есеп.

Өзенннің ені АВ=80м, қайық қысқа жолмен өзеннің бір жағасынан екінші жағасына бағытталған. Өзеннің ағысымен салыстырғанда ескекші қайыққа 1,5 м/с жылдамдық береді. Өзен ағысының жылдамдығы 1,2 м/с. Қайық өзеннің арғы жағасына жеткенге дейін әр бес метр аралыққа кеткен уақытты табыңыз?

Берілгені: Шешуі:

,

t-?

Мұнда 7-суретте қайық өзеннің арғы жағасына жеткенге дейін әр бес метр аралыққа кеткен уақыт өзгерісін есептеу формулалары берілген. Осы шартқа сай уақыт өзгерісінің графигі берілген. .(Қосымша 4, 7,8-сурет

Қорытынды

Қазіргі кездегі қоғамның ақпараттану жағдайына ақпараттық технологиялардың қарқынды дамуы адам өмірінің әр түрлі саласына біртіндеп өзгерістер енуде. Ақпараттандыру ісі Қазақстанның білім беру жүйесінің даму жолына да ықпалын тигізуде. Ақпараттық технологияның қарқынды дамуына сәйкес электронды оқыту деп аталатын оқытудың жаңа технологиясы қалыптасып нығая түсуде. Соған сәйкес бұл ғылыми жұмысымды мен, «Физикалық процесстерді Excel электрондық кестенің көмегімен модельдеу» тақырыбын таңдап алдым.

Қазіргі кезде жаңа ақпараттық технологиялар енгізу оқушылардың мүмкіндіктері мен талаптарын компьютер арқылы жүзеге асыруды жылдамдатып болашаққа қарай екпінді қадам жасатып отыр.

Ақпараттық технологиялардың білім беру жүйесіне енгізу оқу процесін ұйымдастырудың тиімді технологияларын таңдау мүмкіндігін береді. Оларды таңдау кезінде технологияның оқушының игеру қабілеті мен нақты пәннің ерекшеліктеріне сәйкес келуіне көңіл бөлінуі тиіс. Мультимедиалық технологиялармен жұмыс істеу кезінде оқушылар да, студенттер де басынан бастап, қызықты танымдық әрекеттерге араласа алады. Осындай процесс барысында жастар білім алып, оны іс жүзіне қолданып қана қоймай, сол ортадағы қосымша мәлімет көздері мен қажетті деген құралдарын да өздері таңдап ала алады.

Сонымен қатар есептер шығару оқушылардың физикалық заңдарды тереңірек және берік меңгеруіне, логикалық ойлаудың дамуына себебін тигізеді, өзіндік ой қорытуға, физикаға қызығушылығын оятады. Ал, MS EXCEL электрондық кестесі әр түрлі сандық есептерді шығару барысында өте ыңғайлы құрал болып табылады.

EXCEL физика сабағында лабораториялық жұмысты жүргізу және тексеру, есептерді шығару, диаграммаларды тұрғызу барысында қолдануға болады.

Заман талабына сай жас ұрпаққа сапалы білім беруде электрондық кестелерді сабаққа пайдалану - оқытудың жаңа технологиясының бір түрі ретінде қарастыруға болады. Ой - өрісі дамыған, шетелдік білім жүйесінен қалыспайтын жас ұрпаққа білім беру жолындағы ортақ міндетті өз мәнінде жүргізу үшін, бір - бірімізден тәжірибе алмасып, кемшілік - жетістіктерді айтып отырсақ жұмысымыз өнетін болады деп ойлаймын.

Қолданылған әдебиеттер:

1. Байжұманов М.Қ, Жапсарбаева Л.Қ. Информатика. Алматы-2002, 104-108 бет.

2. Бальцук Н. Б. Некоторые возможности использования электронно-вычислительной техники в учебном процессе./ М.М.Буняев, В.Л. Матросов- М.: Прометей, 2010. - 138 с.

3. Бердиева М.А, Физикалық процесстерді компьютерлік модельдеу және компьютерлік эксперимент// Педагогикалық кадрларды дайындаудың өзекті мәселелері Халықаралық ғылыми пaрктикалық конференция материалдары ( 9-10қараша, 2007 жыл) Шымкент-2007, 57-59 бет.

4. Графкина Н.О., Никогородов В.А. Проблемы создания электронных учебников.

5. Ержанова А.Н., Білім беруде ақпараттық технологияларды пайдалану //Информатика негіздері №2 2005

6. Зайнутдинова Л.Х. Создание и применение электронных учебников (на примере общетехнических дисциплин). Астрахань: Изд - во ЦНТЭП, 1999.

7. Матрос Д.Ш. Электронная модель школьного учебника.// Информатика и образование. 2000 - № 8.

8. Нурамухамедов Г.М. О подходах к созданию электронного учебника //Информатика и Образование 2006. №5

9. Огородников Е.В. О модели учебника нового поколения //Сб.научных трудов «Проблемы школьного учебника» М.:ИСМО РАО, 2005

10. Скок Г.Б. Как спроектировать учебный процесс по курсу:Учеб.пособие для преподавателей Новосибирск:Изд - во НГТУ, 2001

11. Сұлтанова Қ.,Физикалық құбылыстарды копьютерде модельдеп оқыту әдістері. Физика-2010,№1,10бет.

12. Христочевский С.А. Электронные мультимедийные учебники и энциклопедии. //Информатика и образование. 2000 - № 2.

13. www.ustaz.kz

14. www.physic.kz