Алгоритмы формализации и автоматизации решения задач на основе среды компьютерного моделирования задач

• Автор: Филиппов, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 232 с. : ил.

Введение.

1. Глава. Анализ проблем и задач методологии обучения.

1.1. Обзор и анализ существующего программного обеспечения по физике

1.1.1. Программы, реализующие численные методы

1.1.2. Математические пакеты

1.1.3. Специализированные программы по физике.

1.1.4. Моделирующие среды.

1.2. Основные элементы задачи и факторы, влияющие на решение

1.2.1. Объект задача условие, требование. Данные задачи

1.2.2. Предметная область физика. Общая классификация физических задач. Группы задач.
1.2.3. Субъект учащийся. Анализ и синтез формулировки задачи субъектом переформулирование, перекодирование. Сложность и трудность
1.2.4. Система обучения решению стратегии, общие и частные правила. Алгоритмические предписания.
1.3. Требования к программе обучения решению задач
1.4. Выводы
2. Глава. Исследование и разработка алгоритма компьютерного моделирования задач.
2.1. Основные понятия и цели моделирования. Математическое и компьютерное моделирование.
2.2. Задача как объект моделирования
2.2.1. Классификация решаемости вычислительных задач в среде моделирования.
2.2.2. Цели решения задач.
2.3. Алгоритмы формализации задачи
2.3.1. Этапы создания формализованного представления задачи.
2.3.2. Алгоритм реализации предметного представления
2.3.3. Алгоритм реализации модельного представления.
2.3.4. Алгоритм реализации компьютерного представления
2.4. Предметное представление задачи
2.4.1. Пример анализа данных условия задачи об автомобилях
2.4.2. Алгоритм многоаспектного анализа задач.
2.4.3. Недостаточность и переизбыточность данных
2.4.4. Формализация аспектов и субаспектов с помощью предикатов.
2.5. Модельное представление задачи.
2.5.1. Основные элементы алгоритма моделирования
2.5.2. Диаграмма процесса решения задачи
2.5.3. Классификация задач механики по типам.
2.6. Компьютерное представление задачи.
2.6.1. Формализм метода компонентных цепей и его преимущества
2.6.2. Необходимость расширения формализма компонентной цепи.
2.6.3. Расширение базового формализма метода компонентных цепей
2.7. Выводы
3. Глава. Среда компьютерного моделирования задач.
3.1. Функциональная схема среды компьютерного моделирования задач
3.1.1. Общие требования к среде компьютерного моделирования задач
3.1.2. Среда компьютерного моделирования как система.
3.1.3. Функциональная схема среды
3.1.4. Назначение и описание работы программных модулей среды
3.2. Внешний интерфейс среды компьютерного моделирования задач
3.2.1. Пользователи среды
3.2.2. Режимы решения задач
3.3. Использование редакторов
3.3.1. Редактор данных.
3.3.2. Редактор схем.
3.3.3. Панель решения
3.4. Генератор и библиотека моделей компонентов
3.4.1. Библиотека моделей компонентов.
3.4.2. Генератор моделей компонентов
3.5. Модуль контроля и анализа ошибок.
3.5.1. Ошибки математические
3.5.2. Ошибки топологические
3.6. Модуль параметризации задач
3.7. Преимущества использования СКМЗ
3.7.1. Алгоритм выделения объектов из условия задач.
3.7.2. Использование объектноориентированного подхода при
моделировании структуры задачи
3.8. Выводы.
4. Глава. Применение компьютерного моделирования в обучении решению задач.
4.1. Компьютерное учебное пособие.
4.1.1. Программная структура КУПа.
4.1.2. Пример решения физической задачи.
4.2. Использование формализованной задачи в КУПе
4.2.1. Формализованное представление задачи.
4.2.2. Банки задач
4.2.3. К вопросу о сложности решения задач
4.3. Сравнение методик решения задач
4.3.1. Определение образовательного эффекта и успешности программы
КУП по физике в учебном процессе
4.3.2. Оценка пользовательских интерфейсов КУПа.
4.3.3. Экспериментальная проверка эффективности применения КУПа в обучении физике.
4.4. Выводы.
Заключение
Список использованных источников


В плане обучения решению задач решаются только задачи закрытого типа. Решить такую проблему можно, используя среду моделирования. В такой среде, возможно, использовать построение решения задачи и непосредственно ее вычисление. Как правило, основной задачей в таких средах является непосредственно моделирование, а реализация численных методов является внутренним механизмом. Рассмотрим такие среды. САУ и других областей. Материал теоретический и экспериментальный присутствует в полной мере. Программы моделирующего характера Vii i 3. Приложение 1. Позволяют моделировать и имитировать математическую систему. Теоретический материал по физике отсутствует. Используется свой встроенный язык. Каждая из перечисленных сред может быть использована для решения физических задач узкой направленности объекты электрической, технической природы и т. Необходимо использовать продукт с возможностью создания универсальной технологии решения задач. В качестве такого продукта было предложено использовать моделирующую среду САМ МАРС. В.М. МАРС САМ МАРС , , позволяющая на основе метода компонентных цепей МКЦ моделировать физически неоднородные сложные технические устройства и системы в статическом и динамическом во временной и частотной области режимах . Данный продукт и метод компонентных цепей выбран не случайно. Внутренняя реализация МКЦ наиболее удачно подходит для решения поставленной задачи , . Компонент содержит свойства модели внутри. Существует возможность расширять и дополнять базовую концепцию МКЦ. Существует возможность изменять программный код САМ МАРС. Это уже отработанный механизм с летним опытом. В связи с тем, что каждая моделирующая среда либо предназначена для решения задач конкретной направленности или, наоборот, для решения разноплановых задач имитационные и моделирующие среды, методическая составляющая, в плане решения задач, отсутствует. В заключении обзора существующих программных продуктов можно сказать, что единого программного комплекса, который бы подходил для обучения процессу решения задач, нет. В конце первой главы будут даны требования, которые необходимо учитывать при разработке программного комплекса для решения задач. Данные требования были получены на основе анализа недостатков продуктов, которые были рассмотрены выше. В том, что для реализации компьютерного моделирования необходимо разработать и реализовать программный комплекс, учитывающий недостатки существующих программных продуктов, сомнения нет. Теперь рассмотрим специфику изучаемой предметной области процесс решения задачи. Здесь определим, что необходимо учесть для создания удобного и функционального инструментария обучению процессу решения задач. В данной главе диссертационной работы изучается область исследования, вводится терминология и анализируются факторы, влияющие на процесс обучения решению задач, а также доопределяются требования, цели и задачи данной работы. Задачу можно сравнить с айсбергом см. Для того чтобы исследовать его подводную часть, субъекту необходимо иметь определенные знания. Дно у айсберга можно и не найти по двум причинам либо формулировка неверна, либо у субъекта недостаточно знаний, он не может постичь глубины решаемой задачи изза поверхностных знаний в этом вопросе. Рисунок 1. Проблема задача субъект Поскольку проблема порождает задачу, мы не будем вдаваться в поиск причин возникновения данной проблемы и решения этой проблемы в более широком смысле выяснением и устранением причин возникновения проблемы. Ведь если найдено решение, проблема как таковая исчезает. Задачи же, которые предлагается рассматривать в данной работе, преследуют иные цели. Поскольку, даже если решение задачи будет найдено, она так и останется задачей для других субъектов, еще не решавших ее, поэтому будем ассоциировать проблему с задачей, рассматривая е с учебных позиций. В пределах данной работы рассмотрим взаимодействие субъект обучаемый объект задача, игнорируя проблему. Но учебные позиции предполагают появление третьей стороны системы обучения школа, вуз, преподаватель,.