УДК 378(004)
ВИБІР ПРОГРАМНОГО СЕРЕДОВИЩА ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ ФІЗИЧНИХ ПРОЦЕСІВ
кандидат педагогічних наук, Базурін В. М.
Глухівський національний педагогічний університет імені Олександра Довженка, Україна, м.Глухів
У статті обґрунтовано вибір програмного середовища для створення розробки комп’ютерних моделей фізичних процесів на основі таких критеріїв: коефіцієнти інтерактивності, мультимедійності, зворотного зв’язку, автономності, обчислень, люб’язності. Проаналізовано можливості програмних середовищ Delphi, C++ Builder, NetBeans для створення комп’ютерних моделей фізичних процесів. Встановлено, що оптимальним програмним середовищем для створення моделей фізичних процесів є Delphi.
Ключові слова: інформаційно-комунікаційні технології, модель, моделювання, програмний засіб, програмне середовище, мова програмування, фізичні процеси.
кандидат педагогических наук, Базурин В. Н. Выбор програмнной среды для моделирования физических процессов/ Глуховский национальный педагогический университет имени Александра Довженко
Обосновано выбор программной среды для создания компьютерных моделей физических процессов на основании таких критериев: коэффициенты интерактивности, мультимедийности, обратной связи, автономности, вычислений, любезности. Проанализированы возможности программных сред Delphi, C++ Builder, NetBeans для создания компьютерных моделей физических процессов. Установлено, что оптимальной программной средой для создания моделей физических процессов является Delphi.
Ключевые слова: информационно-коммуникационные технологии, модель, моделирование, программное средство, язык программирования, физические процессы.
PhD in Pedagogics, Bazurin V. M. Selection software environment modeling of physical processes/ Glukhiv national pedagogical university named after Olexander Dovzhenko
The choice of software development environment to create computer models of physical processes on the basis of such criteria: coefficients of interactive, multimedia, feed-back, autonomous, calculations, courtesy. In article were analysed possibilities of the software environments Delphi, C++ Builder, NetBeans for creation computer models of physical processes. It is set, that Delphi is an optimum software environment for creation models of physical processes.
Keywords: ICT, model, modeling, software, software environment, programming language, physical processes.
Вступ
У час бурхливого розвитку інформаційно-комунікаційних технологій зростає їх роль у житті людини, і у навчальному процесі, зокрема. Науковцями розробляються нові технології, удосконалюються існуючі. Одним із перспективних напрямів, на думку І.О.Теплицького та С.О.Семерікова [1], є використання засобів інформаційно-комунікаційних технологій для моделювання фізичних явищ у навчальному процесі вищих та середніх навчальних закладів. Причому засоби ІКТ використовуються: 1) для створення і дослідження моделей фізичних явищ; 2) для навчання студентів створення моделей фізичних явищ.
Аналіз наукових публікацій у даному напрямі
Основні напрями застосування засобів ІКТ у навчальному процесі розглянуто в працях значної кількості науковців, зокрема, В.Ю.Бикова [2], М.І.Жалдака [3-5,9], В.В.Лапінського [6], М.С.Львова [7], С.А.Ракова [8], В.Д.Руденка [9-10], Ю.В.Триуса [11].
Особливості побудови моделей фізичних процесів у різних програмних середовищах розкрито у працях М.В.Дудика [12], Ю.С.Рамського [13-14], С.О.Семерікова, І.О.Теплицького [1], С.А.Хазіної [15] та інших.
Проблема організації та проведення обчислювального експерименту розв’язується у працях С.А.Хазіної [16], В.Д.Швець [17] та інших науковців.
Постановка задачі
Метою статті є обґрунтування вибору програмного засобу для створення моделей фізичних процесів та явищ.
Визначення основних понять
Модель — це деякий матеріал чи описово представлений об'єкт або явище, що є спрощеною версією модельованого об'єкта або явища (прототипу) і в достатній мірі повторює властивості, суттєві для цілей конкретного моделювання (опускаючи несуттєві властивості, в яких він може відрізнятися від прототипу) [18].
Моделювання — це метод дослідження явищ і процесів, що ґрунтується на заміні конкретного об'єкта досліджень (оригіналу) іншим, подібним до нього (моделлю) [19].
Критерії вибору програмного середовища для моделювання фізичних процесів та явищ
У нашому дослідженні [20, с.226-227] було обґрунтовано такі критерії ефективності програмних середовищ для моделювання фізичних явищ: коефіцієнти інтерактивності, мультимедійності, зворотного зв’язку, автономності, обчислень, люб’язності.
Коефіцієнт інтерактивності надає уявлення про ступінь зв’язку між діями користувача і реакцією програмного засобу [20, с.226].
Коефіцієнт мультмедійності характеризує можливість подання даних у кількох видах (текстовому, графічному, табличному, відео) [20, с.226].
Коефіцієнт зворотного зв’язку відзначає рівень реакції моделі на дії користувача [20, с.226-227].
Коефіцієнт автономності характеризує можливість моделі, створеної у середовищі програмного середовища, працювати без наявності того програмного середовища, в якому було розроблено модель [20, с.227].
Коефіцієнт обчислень визначає обчислювальні можливості моделі, створеної у даному програмному середовищі [20, с.227].
Коефіцієнт люб’язності інтерфейсу характеризує інтуїтивну зрозумілість програмного середовища [20, с.227].
Однак, розроблені критерії не враховують того, з якою метою використовується програмне середовище – для навчання студентів моделювання або для побудови діючої моделі.
Аналіз можливостей мов програмування та програмних середовищ щодо побудови моделей фізичних явищ та процесів
Розглянемо основні види програмних середовищ, за допомогою яких можна створити моделі фізичних явищ. Умовно такі засоби можна поділити на дві основні групи: 1) створені моделі вимагають наявності програмного середовища; 2) створені моделі не вимагають наявності програмного середовища.
Для створення комп’ютерних моделей першої групи доцільно застосувати електронні таблиці, математичні пакети Advanced Grapher, GRAN тощо. Для створення комп’ютерних моделей другої групи більш за все підходять візуальні програмні середовища. Розглянемо їх детальніше.
У даний час розроблено низку програмних середовищ, за допомогою яких можна розробити комп’ютерні моделі з різним ступенем візуалізації. У той же час за допомогою певного програмного середовища можна розробляти комп’ютерні моделі різними мовами. Тому визначимо особливості цих мов програмування.
Структурні мови програмування існують понад півстоліття. Найбільш поширеними, на нашу думку, є С/С++, Паскаль, Бейсик. Для створення комп’ютерної моделі доцільніше за все використати Паскаль: програми, написані на цій мові, забезпечують достатній рівень точності обчислень і в той же час не вимагають знання особливостей введення-виведення на консоль або у файл.
Мова С/С++ забезпечує більший рівень точності, ніж Паскаль, проте існують певні особливості введення даних з файла та виведення даних у файл, які залежать від налаштувань операційної системи. Тобто, на одному комп’ютері введення даних з файла та виведення даних у файл будуть здійснюватися коректно, в іншому – некоректно. За винятком цих особливостей, мова С/С++ також підходить для побудови моделей.
Однак структурні мови програмування дозволяють створити комп’ютерну модель – програмний засіб, який працює у текстовому вікні. Однак створити екранну форму досить складно, тому використовувати структурні мови програмування для розробки комп’ютерних моделей нераціонально.
Значно ширші можливості для створення комп’ютерних моделей надають візуальні середовища, у яких можна створювати екранну форму. Таких візуальних середовищ розроблено значну кількість.
Visual C++ – потужне програмне середовище. У ньому можна писати програми різними мовами. Однак дане середовище має високі системні вимоги.
Borland (Embarcadero) Delphi – програмне середовище, у якому програми пишуться мовою Object Pascal. Системні вимоги Delphi значно нижчі, ніж у Visual C++. У даному середовищі досить зручно налаштовувати введення даних з файла і виведення даних у файл. Дані вводяться в компоненти форм у зручному для користувача вигляді. Для роботи створена програма може потребувати встановленого додатка Microsoft Framework.
Borland C++ Builder – програмне середовище, подібне до Delphi. Однак воно базується на мові програмування C++ Builder, тому досить складно налаштувати введення даних з файла і виведення даних у файл. Крім того, дані виводяться в компоненти екранної форми у зручному для користувача вигляді не завжди. Для роботи створена програма може потребувати встановленого додатка Microsoft Framework.
NetBeans – програмне середовище, програми у якому пишуться на мові Java. Дані зчитуються з компонентів форм у зручному вигляді. Програма займає незначний обсяг оперативної пам’яті. Для роботи створена програма може потребувати додатку Java Development Kit.
Висновки
Отже, для розробки комп’ютерних моделей, з якими буде працювати користувач різного рівня підготовки, доцільніше за все використати програмні середовища Delphi (мова Object Pascal) і NetBeans (мова Java).
Література:
1. Семеріков С. О. Роль, місце та зміст комп’ютерного моделювання в системі шкільної освіти / С. О. Семеріков, І. О. Теплицький // Науковий часопис НПУ імені М. П. Драгоманова. Серія 2 : Комп'ютерно-орієнтовані системи навчання. – 2010. – №9. – С.30-40. – Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/j-pdf/Nchnpu_2_2010_9_6.pdf.
2. Биков В. Ю. Сучасні завдання інформатизації освіти / В. Ю. Биков / Інформаційні технологій і засоби навчання – 2010. – № 1(15). – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.nbuv.gov.ua/e-journals/ITZN/em15/emg.html.
3. Жалдак М. І. Елементи стохастики з комп’ютерною підтримкою : [посібник для вчителів] / М. І. Жалдак, Г. О. Михалін. – К.: ДІНІТ, 2001. – 70 с.
4. Жалдак М. І. Комп’ютер на уроках геометрії [посібник для вчителів] / М. І. Жалдак, О. В. Вітюк. – К.: НПУ ім..М.П.Драгоманова, 2000. – 168 с.
5. Жалдак М. І. Комп’ютер на уроках математики [посібник для вчителів]/ М. І. Жалдак. – К.: Техніка, 1997. – 303 с.
6. Лапінський В. В. Інформатизація середньої освіти: програмні засоби, технології, досвід, перспективи / Н. В. Вовковінська, Ю. О. Дорошенко, Л. М. Забродська. – К.: Педагогічна думка, 2003.
7. Львов М. С. Шкільна система комп’ютерної алгебри ТЕРМ 7-9. Принципи побудови та особливості використання / М. С. Львов // Науковий часопис НПУ ім. М.П.Драгоманова. Серія №2. Комп’ютерно-орієнтовані системи навчання: зб.наук.праць / Редкол. – К.НПУ ім.М.П.Драгоманова, 2005. – №3(10). – 380 с.
8. Раков С. А. Математична освіта: компетентісний підхід з використанням ІКТ: [монографія] / С. А. Раков. – Харків: Факт, 2005. – 360 с.
9. Жалдак М. І. Становлення і розвиток комп'ютерно-орієнтованих систем навчання [Текст] / М. І. Жалдак, В. Д. Руденко // Комп'ютер у школі та сім'ї : наук.-метод. журн. – 2010. – №5. – С. 44-49.
10. Руденко В. Д. Сучасний зміст шкільної освіти: яким йому бути? / В. Д. Руденко // Комп'ютер у школі та сім'ї. – 2009. – № 6. – С. 3-6.
11. Триус Ю. В. Інноваційні інформаційні технології у навчанні математичних дисциплін / Ю. В. Триус // Вісник Національного університету «Львівська політехніка». – 2012. – №731: Інформатизація вищого навчального закладу. – С. 76-81.
12. Дудик М. В. Моделювання фізичних явищ у комп'ютерних навчальних програмах: навч. посіб. / М. В. Дудик, С. А. Хазіна; Уман. держ. пед. ун-т ім. П.Тичини. – Умань: Алмі, 2009. – 96 c.
13. Рамський Ю. Комп'ютерне моделювання фізичних процесів у середовищі програми Maxima [Текст] / Ю. Рамський, C. Хазіна // Інформатика та інформаційні технології в навчальних закладах. – 2009. – №1.
14. Рамський Ю. Підвищення рівня фахової підготовки майбутніх учителів фізики у процесі навчання комп'ютерного моделювання / Ю. Рамський, С. Хазіна // Вища школа. – 2009. – № 7. – С. 32-38.
15. Хазіна С. А. Комп’ютерне моделювання фізичного процесу у різних програмних середовищах / С. А. Хазіна // Науковий часопис Національного педагогічного університету імені М. П. Драгоманова. Серія 2, Комп’ютерно-орієнтовані системи навчання : збірник. Вип. 6 (13) / М-во освіти і науки України, Нац. пед. ун-т імені М. П. Драгоманова; редкол. В. П. Андрущенко (голова) [та ін.]. – К.: НПУ, 2008. – С. 93–97.
16. Хазіна С. Фундаменталізація підготовки майбутніх вчителів фізики, математики, інформатики в рамках наукових гуртків та проблемних груп з комп’ютерного моделювання / С. Хазіна // Збірник наукових праць Уманського державного педагогічного університету. – 2011. – Ч.2. – С. 335-345.
17. Швець В. Д. Застосування пакета Excel для обробки даних лабораторних робіт з фізики / В. Швець // Фізика та астрономія в школі. – 2003. – №6. – С.50-53.
18. Модель [електронний ресурс] // Вікіпедія. – Режим доступу: http://uk.wikipedia.org/wiki/Модель.
19. Моделювання [електронний ресурс] // Вікіпедія. – Режим доступу: http://uk.wikipedia.org/wiki/ Наукове_моделювання.
20. Базурін В. М. Вибір програмних засобів для створення моделей фізичних процесів і явищ / В. М. Базурін // Теорія та методика навчання математики, фізики, інформатики: [збірник наукових праць]. – Вип.ІХ. – Видавничий відділ НМетАУ, 2011. – 625 с.
21. Базурін В. М. Структура та інтерфейс програмних засобів для дослідження фізичних процесів на комп’ютерних моделях / В.М.Базурін// Інформаційні технології і засоби навчання. – 2014. – №6. – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/1137#.VXUupoLtmko.
References:
1. Semerikov S. O. Rol, mistse ta zmist kompiuternoho modeliuvannia v systemi shkilnoi osvity / S. O. Semerikov, I. O.Teplytskyi // Naukovyi chasopys NPU imeni M. P. Drahomanova. Seriia 2: Kompiuterno-oriientovani systemy navchannia. – 2010. – № 9. – S.30-40. – Rezhym dostupu: http://nbuv.gov.ua/j-pdf/Nchnpu_2_2010_9_6.pdf.
2. Bykov V. Yu. Suchasni zavdannia informatyzatsii osvity / V. Yu. Bykov / Informatsiini tekhnolohii i zasoby navchannia – 2010. – № 1(15). – [Elektronnyi resurs]. – Rezhym dostupu: http://www.nbuv.gov.ua/e-journals/ITZN/em15/emg.html.
3. Zhaldak M. I. Elementy stokhastyky z kompiuternoiu pidtrymkoiu: [posibnyk dlia vchyteliv] / M. I. Zhaldak, H. O. Mykhalin. – K.: DINIT, 2001. – 70 s.
4. Zhaldak M. I. Kompiuter na urokakh heometrii [posibnyk dlia vchyteliv] / M. I. Zhaldak, O. V. Vitiuk. – K.: NPU im..M.P.Drahomanova, 2000. – 168 s.
5. Zhaldak M. I. Kompiuter na urokakh matematyky [posibnyk dlia vchyteliv] / M. I. Zhaldak. – K.: Tekhnika, 1997. – 303 s.
6. Lapinskyi V. V. Informatyzatsiia serednoi osvity: prohramni zasoby, tekhnolohii, dosvid, perspektyvy / N. V. Vovkovinska, Yu. O. Doroshenko, L. M. Zabrodska. – K.: Pedahohichna dumka, 2003.
7. Lvov M. S. Shkilna systema kompiuternoi alhebry TERM 7-9. Pryntsypy pobudovy ta osoblyvosti vykorystannia / M. S. Lvov // Naukovyi chasopys NPU im. M. P. Drahomanova. Seriia № 2. Kompiuterno-oriientovani systemy navchannia: zb.nauk.prats / Redkol. – K.NPU im.M.P.Drahomanova, 2005. – № 3(10). – 380 s.
8. Rakov S.A. Matematychna osvita : kompetentisnyi pidkhid z vykorystanniam IKT: [monohrafiia] / S. A.Rakov. – Kharkiv: Fakt, 2005. – 360 s.
9. Zhaldak M. I. Stanovlennia i rozvytok kompiuterno-oriientovanykh system navchannia [Tekst] / M. I. Zhaldak, V. D. Rudenko // Kompiuter u shkoli ta simi: nauk.-metod. zhurn. – 2010. – № 5. – S. 44-49.
10. Rudenko V. D. Suchasnyi zmist shkilnoi osvity: yakym yomu buty? / V. D. Rudenko // Kompiuter u shkoli ta simi. – 2009. – № 6. – S. 3-6.
11. Tryus Yu. V. Innovatsiini informatsiini tekhnolohii u navchanni matematychnykh dystsyplin / Yu. V. Tryus // Visnyk Natsionalnoho universytetu «Lvivska politekhnika». – 2012. – № 731: Informatyzatsiia vyshchoho navchalnoho zakladu. – S. 76-81.
12. Dudyk M. V. Modeliuvannia fizychnykh yavyshch u kompiuternykh navchalnykh prohramakh: navch. posib. / M. V. Dudyk, S. A. Khazina; Uman. derzh. ped. un-t im. P.Tychyny. – Uman: Almi, 2009. – 96 c.
13. Ramskyi Yu. Kompiuterne modeliuvannia fizychnykh protsesiv u seredovyshchi prohramy Maxima [Tekst] / Yu. Ramskyi, C. Khazina // Informatyka ta informatsiini tekhnolohii v navchalnykh zakladakh. – 2009. – № 1.
14. Ramskyi Yu. Pidvyshchennia rivnia fakhovoi pidhotovky maibutnikh uchyteliv fizyky u protsesi navchannia kompiuternoho modeliuvannia / Yu. Ramskyi, S. Khazina // Vyshcha shkola. – 2009. – № 7. – S. 32-38.
15. Khazina S. A. Kompiuterne modeliuvannia fizychnoho protsesu u riznykh prohramnykh seredovyshchakh / S. A. Khazina // Naukovyi chasopys Natsionalnoho pedahohichnoho universytetu imeni M. P. Drahomanova. Seriia 2, Kompiuterno-oriientovani systemy navchannia: zbirnyk. Vyp. 6 (13) / M-vo osvity i nauky Ukrainy, Nats. ped. un-t imeni M. P. Drahomanova; redkol. V. P. Andrushchenko (holova) [ta in.]. – K.: NPU, 2008. – S. 93–97.
16. Khazina S. Fundamentalizatsiia pidhotovky maibutnikh vchyteliv fizyky, matematyky, informatyky v ramkakh naukovykh hurtkiv ta problemnykh hrup z kompiuternoho modeliuvannia / S. Khazina // Zbirnyk naukovykh prats Umanskoho derzhavnoho pedahohichnoho universytetu. – 2011. – Ch.2. – S. 335-345.
17. Shvets V. D. Zastosuvannia paketa Excel dlia obrobky danykh laboratornykh robit z fizyky / V. Shvets // Fizyka ta astronomiia v shkoli. – 2003. – № 6. – S.50-53.
18. Model [elektronnyi resurs] // Vikipediia. – Rezhym dostupu: http://uk.wikipedia.org/wiki/Model.
19. Modeliuvannia [elektronnyi resurs] // Vikipediia. – Rezhym dostupu: http://uk.wikipedia.org/wiki/ Naukove_modeliuvannia.
20. Bazurin V. M. Vybir prohramnykh zasobiv dlia stvorennia modelei fizychnykh protsesiv i yavyshch / V. M. Bazurin // Teoriia ta metodyka navchannia matematyky, fizyky, informatyky: [zbirnyk naukovykh prats]. – Vyp.IKh. – Vydavnychyi viddil NMetAU, 2011. – 625 s.
21. Bazurin V. M. Struktura ta interfeis prohramnykh zasobiv dlia doslidzhennia fizychnykh protsesiv na kompiuternykh modeliakh / V. M. Bazurin // Informatsiini tekhnolohii i zasoby navchannia. – 2014. – № 6. – [Elektronnyi resurs]. – Rezhym dostupu: http://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/1137#.VXUupoLtmko