Введение
1, Глава. Анализ проблем и задач методологии обучения 14
1.1. Обзор и анализ существующего программного обеспечения по физике 14
1.1.1. Программы, реализующие численные методы 14
1.1.2. Математические пакеты 15
1.1.3. Специализированные программы по физике 16
1.1.4. Моделирующие среды 18
1.2. Основные элементы задачи и факторы, влияющие на решение 20
1.2.1. Объект - задача: условие, требование. Данные задачи 25
1.2.2. Предметная область - физика. Общая классификация физических задач. Группы задач 31
1.2.3. Субъект - учащийся. Анализ и синтез формулировки задачи субъектом: переформулирование, перекодирование. Сложность и трудность 38
1.2.4. Система обучения решению: стратегии, общие и частные правила. Алгоритмические предписания 41
1.3. Требования к программе обучения решению задач 48
1.4. Выводы 49
2. Глава. Исследование и разработка алгоритма компьютерного моделирования задач 51
2.1. Основные понятия и цели моделирования. Математическое и компьютерное моделирование 51
2.2. Задача как объект моделирования 55
2.2.1. Классификация решаемости вычислительных задач в среде моделирования 55
2.2.2. Цели решения задач 57
2.3. Алгоритмы формализации задачи 59
2.3.1, Этапы создания формализованного представления задачи 62
2.3.2. Алгоритм реализации предметного представления 64
2.3.3. Алгоритм реализации модельного представления 68
2.3.4. Алгоритм реализации компьютерного представления 70
2.4. Предметное представление задачи 72
2.4.1. Пример анализа данных условия задачи об автомобилях 72
2.4.2. Алгоритм многоаспектного анализа задач 78
2.4.3. Недостаточность и переизбыточность данных 92
2.4.4. Формализация аспектов и субаспектов с помощью предикатов 93
2.5. Модельное представление задачи 94
2.5.1. Основные элементы алгоритма моделирования 95
2.5.2. Диаграмма процесса решения задачи 98
2.5.3. Классификация задач механики по типам 103
2.6. Компьютерное представление задачи 104
2.6.1. Формализм метода компонентных цепей и его преимущества 105
2.6.2. Необходимость расширения формализма компонентной цепи 107
2.6.3. Расширение базового формализма метода компонентных цепей.. 109
2.7. Выводы 123
3. Глава. Среда компьютерного моделирования задач 124
3.1. Функциональная схема среды компьютерного моделирования задач.. 125
3.1.1. Общие требования к среде компьютерного моделирования задач 125
3.1.2. Среда компьютерного моделирования как система 126
3.1.3. Функциональная схема среды 128
3.1.4. Назначение и описание работы программных модулей среды 130
3.2. Внешний интерфейс среды компьютерного моделирования задач 135
3.2.1. Пользователи среды 136
3.2.2. Режимы решения задач 137
3.3. Использование редакторов 138
3.3.1. Редактор данных 139
3.3.2. Редактор схем 142
3.3.3. Панель решения 150
3.4. Генератор и библиотека моделей компонентов 151
3.4.1. Библиотека моделей компонентов 151
3.4.2. Генератор моделей компонентов 152
3.5. Модуль контроля и анализа ошибок 153
3.5.1. Ошибки математические 153
3.5.2. Ошибки топологические 154
3.6. Модуль параметризации задач 155
3.7. Преимущества использования СКМЗ 156
3.7.1. Алгоритм выделения объектов из условия задач 156
3.7.2. Использование объектно-ориентированного подхода при моделировании структуры задачи 162
3.8. Выводы 166
4. Глава. Применение компьютерного моделирования в обучении решению задач 167
4.1. Компьютерное учебное пособие 167
4.1.1. Программная структура КУПа 173
4.1.2. Пример решения физической задачи 174
4.2. Использование формализованной задачи в КУПе 178
4.2.1. Формализованное представление задачи 178
4.2.2. Банки задач 180
4.2.3. К вопросу о сложности решения задач 181
4.3. Сравнение методик решения задач 182
4.3.1. Определение образовательного эффекта и успешности программы КУП по физике в учебном процессе 185
4.3.2. Оценка пользовательских интерфейсов КУПа 189
4.3.3. Экспериментальная проверка эффективности применения КУПа в обучении физике 192
4.4. Выводы 199
Заключение 201
Список использованных источников 203
