Уразбаева К. Т., Мақамбаев М. Б. Компьютерлік модельдеу элементтері физика пәнінде

-модельдердің берілу тәсілдері.

ХХ ғасырда модель түсінігі нақты және идеалдық модельдерді қатар қамтитын болып жалпыланды. Сондықтан, абстрактылы модель түсінігі математикалық модельдер шеңберінен шығып, әлем туралы білімдер мен танымдардың барлығына қатысты болды. Модель түсінігінің айналасындағы кең талқылаудың қазіргі кезде де жалғасып отырғандығын естен шығармау қажет. Бастапқыда ақпараттық, кибернетикалық бағыттардығы ғылыми пәндер аяасында, содан соң ғылымның басқа да салаларында түрлі тәсілдермен іске асырылатын модель ретінде танылады. Негізінде модель білімнің мәнін нақтылау тәсілі ретінде қарастырылады.

Адамның практикалық, ғылыми қызметтерінде жұмыс істеуіне тура келетін объектілердің қандай да бір алмастырушысын құрады. Мұның табиғи көшірме – картина/скульптура; самалеттің ұшу қасиетін зерттеуге белгіленген макеті; қандай да бір бұйымның партиясын дайындауға арналған үлгісі болуы мүмкін.

Адамның оқып үйренетін объект туралы ақпараттық моделінің негізін құрайтын қажетті ақпараттарды жинақтауы қажет.

Практикалық есепті шешу тұрғысынан модельдерді пайдалану оқып үйренетін объектілерді модельдеудің мәнін, мазмұнын демонстациялауға мүмкіндік береді.

«Модель» термині көп мағыналы. Модель деп қандай да бір заттың кішірейтілген көшірмесін, математикалық формулаларды, бұрыштан горизонтқа лақтырылған дененің ұшу моднлін, іштен жану двигателі жұмысының моделін, бұйымдарды жинау моделін, құрамы бойынша сөйлем талдау моделін қандай да бір нәрсенің эталонын ( метр эталоны, килограмм эталоны) айтамыз.

Жалпы түрдегі «модель» түсінігі төмендегідей негізде анықталады.

Модельдеудегі ең бастысы модельдеуші объекті мен оның моделі арасындағы өзара ұқсас қатысы болып табылады.

Барлық модельдердің көпбейнелілігі негізінен үш топқа бөлінеді:

• 
  материалдық (табиғи) модельдеуші объектінің сыртқы түрін, құрылымын (кристал торлардың модельдері, глобус), жағдайын (самолеттің радио басқарылымды моделі) бейнелейтін кішірейтілген/ұлғайтылған көшірмелері;
  
• 
  бейнеленуші модельдер (геометриялық нүктелер, математикалық маятник, идеал газ, шексіздігі);
  
• 
  ақпараттық модельдер – модельденуші объектінің ақпаратты кодтау тілдерінің бірінде жазылған сипаттамасы (сөздік сипаттау, схемалар, сызбалар, картиналар, суреттер, ғылыми формулалар, бағдарламалар).
  

Модель (фр. modele, ит. Modello, лат. modulus - өлшем, үлгі) – бұл:

• 
  нақты объектінің қарапайымдандырылған ұқсасы;
  
• 
  заттың кішірейтілген/ұлғайтылған түрдегі макеті;
  
• 
  табиғат пен қоғамдағы қандай да бір құбылыстың бейнесі, сипаттамасы және схемасы;
  
• 
  жұмыс істеуі анықталған параметрлер бойынша нақты объектінің жұмыс істеуіне ұқсас физикалық/ақпараттық аналогы;
  
• 
  анықталған шарттарда түпнұсқа объектінің бізді қызықтыратын қасиеттері мен сипаттамасын алмастыра алатын алмастырушы-объектісі;
  
• 
  модельдеу мақсаты тұрғысынан оқып үйренетін объектінің, құбылыстың кейбір нақты жақтарын бейнелейтін жаңа объект
  
• 
  Ақпараттық модель- модельденуші объектінің ақпаратты кодтау тілдердің бірінде сипатталуы.
  

Модельдеу- бұл

• 
  нақты бар обектілердің (заттар, құбылыстар, процестер) модельдерін құру
  
• 
  нақты объектіні қолайлы көшірмемен алмастыру
  
• 
  таным объектілерін модельдері арқылы зерттеу
  

Модельдеу танымның негізгі әдістерінің бірі.

1.Қолданылу аймағы.

2.Модельде уақыт факторын ескеру.

3.Білім саласына қарай топтау.

4.Модельді көрсету тәсіліне қарай топтау.

Қолданылу аймағына қарай модель не үшін және қандай мақсатқа қолданылады деген сұраққа жауап беру масатында

-оқу,

-тәжірибелік,

-ойын,

-тәрізді топтарға жіктеледі.

Тәжірибелік модель- жобалау объектісінің кішірейтілген немесе өте майда объектілер үшін олардың үлкейтілген көшірмесі болып табылады. Бұл модельдер- объектіні зерттеу, қасиеттерін болжау, зерттеу мақсатында қолданылады. Мысалы, үлкен теңіз кемесінің моделін алдын ала бассейнге жіберіп, оның тез қозғалған кездегі ауытқуын, шайқау кезіндегі ұстамдылығын анықтайды т.б.

Ғылми-техникалық модельдер-процестер мен құбылыстарды зерттеу мақсатында құрылады. Оған мысал ретінде электрондардың жылдамдығын үдеткіш- синхротрон, найзағайдың разрядын бақылаушы құрал және теледидар тексеруг арналған стендтерді айтуға болады.

Ойын модельдеріне-әскери, экономикалық, спорттық ойындар жатады. Бұл модельдер әр түрлі жағдайда объектіні бақылауға жаттықтырады. Сондай-ақ қарсыласы немесе одақтасы тарапынан болатын іс-әрекетке қарай алдын алу шараларын анықтауға көмектеседі. Ойын модельдері адамдарға әр түрлі жағдайларда психологиялық көмек көрсетеді.

Имитациялық модель- шын мәніндегі нақты объектіні өте жоғары дәлдікпен бейнелеп алады. Тәжірибе нақты объектіні зерттеу, бағалау мақсатында бірнеше рет қайталанады немсе бір мезгілде әр түрлі жағдайда бірнеше ұқсас объектілермен қатар жүргізеді. Дұрыс шешім таңдаудың мұндай тәсілі байқау және қатенің әдісі деп аталады. Мысалы, жаңа дәрілердің әсері мен қабылдау мөлшерін бекіту үшін оны алдымен тышқандарға беріп, тәжірибе жасайды.

Модельді уақыт факторына байланысты динамикалық және статистикалық деп екі топқа жіктеуге болады.

Статистикалық модель деп-объект жөнінде алынған ақпараттың белгілі бір уақыт бөлігіндегі үзіндісін айтуға болады. Мысалы, тіс емханасында дәл сол уақыт мезетіндегі оқушылардың тістерінің жағдайы туралы мәлімет береді: бастауыш сыныптағылардың сүт тісі, орта және жоғары буын оқушыларының емделген, емделуге тиісті тістердің саны т.б.

Динамикалық модель- уақыт барысындағы объектінің қасиеттерінің өзгерісін көрсету мүмкіндігін береді. Мысалы, жеке оқушының емханадағы түбіртек кітапшасын динамикалық модель деп айтуға болады. Өйткені, осы кітапша бойынша жыл сайын олардың денсаулығындағы болып жатқан өзгерістерді анықтау мүмкіндігі бар.

Үй салу кезінде оның іргетасының қабырғалары мен тіреулерінің үнемі түсіп тұратын күшке шыдамдылығын тексеру керек. Бұл-үйдің статистикалық моделі. Сондай-ақ дауылға, жер сілкінісіне т.б. уақыт факторына байланысты болатын өзгерістерді де ескеру қажет. Бұл мәселелерді динамикалық модельге сүйене отырып анықтауға болады. Жоғарыдағы мысалдардан байқағанымыздай бір объектіні статистиклық және динамикалық модельдерді пайдалана отырып, зерттеу мүмкіндігі бар.

Соңғы кездердегі ғылым мен ақпараттық технологиялардың қарыштай дамуы барлық дерлік ғылыми – зерттеу жұмыстарында зерттелетін объектіні модельдеу жұмыстарын өз деңгейінде жүргізуді талап етуде. Модельдер барлық жерде дерлік кездеседі. Олардың саны орасан зор. Олардың кейбірі ескіреді, ұмытылады, жоғалады.

Ақпараттарды модельдеу түрлерін таңдауда және құруда зерттеушінің маман ретінде танымы мен біліктілік деңгейі, эстетикалық талғамы көрінеді. Дұрыс таңдалған және өз дәрежесінде тиімді құрылған модель түрлерін зерттеу жұмыстары жеңілдетіп, объект туралы толығырақ мәлімет алуға септігін тигізеді.

Әрбір модель үшін оның кеңістіктегі «субъект-объект-нақтылық» орнын анықтауға болады.

Таным қарым-қатынастың ажырамас бөлігі, ал қарым-қатынас практикалық іс-әрекетпен қабаттаса жүреді.

Ақпараттық модель әрқайсысын бейнелеуге таңдалған бейнелу тілдерінің формалдылығын сипаттай алады. Әрбір ақпараттық модельді кеңістіктегі «субъект-объект-формалдау дәрежесі» нүктелеріне сәйкес қойып көруге болады.

Ақпараттық модельдерді сипаттау тілі бойынша мысалы, математикалық модельдер, кестелік модельдер сияқты мақсатты түрде клссификациялауға болады.

Модельдеу тілі – зерттеліп жатқан объектіні үлгілеу үшін қажетті бастапқы ақпарат берілетін жобалау тілі.

Объектінің практикалық қызметінің сферасы модельдеу объектісін басқару процесіндегі модельдің қатысына байланысты нақтылануы мүмкін. Бұл жағдайда модельдің келесі түрлері: тіркелуші, эталондық, болжамдық, оңтайланған, имитациялық деп бөлінеді.

Модельдеу құбылысының қосымша мүмкіндіктерін ашуға мүмкіндік беретін модельдер кластарының басқалай да бөліну түрлерін таңдауға болады.

Информатика курсындк компьютер көмегімен құруға, зерттеуге болатын модельдер қарастырылады. Компьютер көмегімен мәтіндер, графикалар, кестелер, диаграммалар сияқты көптеген объектілерді құруға, зерттеугк болады.

Бірақ бұл объектілердің басқа да орталардың көмегімен құруға, зерттеуге болады. Демек, компьютер көмегімен жасалатын жұмыстардың барлығын компьютерсіз де жасауға болады. Мұндағы негізгі мәселе жұмсалатын ресурстарға, уақытқа, пайдаланылатын технологияларға байланысты.

Компьютерлік модельдердің ақпараттық модельдерден сапалық айырмасы жоқ. Компьютерлік модельдеуді өзіндік ерекшеліктеріне орай ақпараттық модельдеудің ерекше түрі деп айтуға болады.

Компьютерлік модель- 1) таңдалынған программалық ортаға бейімделуге ақпарттық модельді ұсыну формасы; 2) программалық ортаның құралдары мен жасалынған модель.

Қазіргі кезде компьютерлік модель ретінде:

• 
  өзара байланысты компьютерлік суреттердің, кестелердің, схемалардың, диаграммалардың, графиканың, анимациялық фрагменттердің, гипертекстердің көмегімен сипатталған объектінің шартты бейнесі айтылады. Бұл түрдегі компьютерлік модельдер құрылымдық-функционалдық деп аталады;
  
• 
  түрлі факторлардағы объектіге әсер ету шарттарының функциялану процесін имтациялауды реттелген есептеулер мен графикалық бейнелеулер нәтижесін шығаруға мүмкіндік беретін жеке бағдарламалар комплекстері аталады.
  

Компьютерлік математикалық модельдеу информатика пәнімен технологиялық жағынан байланысады.

Модельдерді көрсетілу әдісіне қарай топтау.

Модель көрсетілу әдісіне қарай материалдық және ақпараттық болып үлкен екі топқа жіктеледі

Ақпараттық модельді қолмен ұстап, көзбен көре алмаймыз.Себебі, олар тек ақпараттарға ғана құрылады. Мұндай модельдер қоршаған ортаны ақпараттық жағынан зерттеуге мүмкіндік береді.

Ақпараттық модель дегеніміз- объектінің, процестің, құбылыстың қасиеттері мен күйін сипаттайтын ақпарат жиынтығы және сыртқы әлеммен өзара байланыс болып табылады.