8. Инструментальные программные средства для моделирования динамических систем.

Одной из тенденций развития современного общества является математизация предметных областей. Многие дисциплины используют методы математической статистики, моделирования, прогнозирования, оптимального планирования, что повышает требования к математической подготовке специалистов различных областей. Использование современных ИТ при реализации возможностей аппарата математики позволяет автоматизировать процессы обработки информации, что существенно повышает скорость обработки информации и ее объемы. Одной из основных областей применения ПК являются математические и научно-технические расчеты. Для этого могут быть привлечены следующие программные средства: 1) виртуальные математические лаборатории; 2) табличные процессоры (QuattroPro,MSExselи др.); 3) языки программирования (Basic,Pascalи др.) 4) пакеты символьной математики (Maple,MatLAB,Derive,Mathcadи др.); 5) пакеты статистической обработки данных (Statisticaи др.).

Рассмотрим подробнее каждое указанное средство.

1. например, пакет «Живая физика» - это компьютерная проектная среда, с помощью которой можно организовать деятельность по моделированию объектов, процессов и явлений. Набор объектов, законы, формулы и т.п. уже заданы. Пользователь выбирает из предоставляемого набора какой-либо объект, устанавливает его параметры, связи с другими объектами и внешние условия проведения эксперимента. Есть возможность использования виртуальных измерительных инструментов и выбора способа представления результатов: мультипликация, график, таблица, диаграмма, вектор. Пакет может быть востребован при изучении школьного курса физики или в старших классах на уроках математики или информатики при рассмотрении тем, связанных с компьютерным моделированием. Он призван помочь учащимся понять теорию, научиться решать задачи, самостоятельно организовать и провести эксперименты.

2. Эффективным средством исследования компьютерных моделей является среда электронных таблиц. Электронная таблица – интерактивная система обработки числовой и текстовой информации, упорядоченной в виде таблицы с поименованными строками и столбцами. Это программное средство предназначено для расчетов без использования программирования. Поэтому в качестве прикладного средства для моделирования можно использовать табличные процессоры. Тому есть несколько причин:

А) электронная таблица – это одно из самых распространенных программных средств общего назначения, и владение технологией работы в ней является одним из показателей информационной культуры человека;

Б) существует большое разнообразие задач, которые достаточно просто решать в этой среде. Многие объекты и процессы можно описать математическими формулами, связывающими их параметры. Эти формулы и есть математическая модель оригинала. По ним можно сделать численные расчеты с различными значениями параметров и получить количественные характеристики модели. Расчеты, в свою очередь, позволяют сделать выводы и обобщить их. Табличный процессор представляет инструмент по расчету количественных характеристик исследуемого объекта или процесса, берет на себя всю трудоемкую работу по вычислениям. Главное здесь – связать параметры, описывающие объект, процесс или явление, математическими соотношениями;

В) технология работы в электронных таблицах проста и результатом моделирования появляются практически мгновенно и без ошибок. Электронные таблицы не только автоматизируют расчеты, но и являются эффективным средством для моделирования различных ситуаций. Меняя значения параметров, можно наблюдать за изменением расчетных параметров и анализировать полученные результаты.

3. Эта группа является наиболее приспособленной для решения самых общих вычислительных задач. Есть возможность организации циклических вычислений и проверки различных условий, хранения данных в массивах, графических построений. Современные алгоритмические языки программирования являются объективно ориентированными, что существенно облегчает создание интерфейса приложения. Для использования подобных средств требуется специальная подготовка, связанная с изучением основ алгоритмизации, того или иного языка программирования и интегрированной среды разработки приложений. Однако такая подготовка позволит пользователю создавать любые, в том числе и моделирующие, приложения. Пользователь получает инструмент, позволяющий создавать приложения и настраивать их.

4. Сложные вычислительные задачи, возникающие при моделировании технических устройств и процессов, можно разбить на ряд элементарных: вычисление интегралов, решение уравнения и т.д. Для таких задач уже разработаны методы решения, созданы математические системы, предоставляющие простейшие методы вычислений с использованием современных информационных технологий. Наиболее подходящей для этой цели являются системы компьютерной математики: MathCad,Matlabи т.д. Это мощные и в то же время универсальные среды для решения задач в различных отраслях науки и техники, финансов и экономики, физики и астрономии и др.

5. Программные статические комплексы были созданы для обработки статических данных. Они представляют собой интегрированную систему анализа и обработки данных и позволяют проводить моделирование и прогнозирование различных процессов. Все операции производятся визуально, имеется набор встроенных статистических и математических функций, возможность графического представления полученных результатов.