Урок 20. Основні етапи комп’ютерного моделювання. Проведення комп’ютерного експерименту.

Цілі:

  • навчальна: познайомити з етапами моделювання та реалізувати моделювання відповідно поставленої задачі на прикладі схеми мікроконтролерів;
  • розвивальна:  розвивати логічне мислення; формувати вміння діяти за інструкцією, планувати свою діяльність, аналізувати i робити висновки;
  • виховна:  виховувати інформаційну культуру учнів, уважність, акуратність, дисциплінованість.

Тип уроку: засвоєння нових знань;  

Хід уроку

І. Організаційний етап

  • привітання
  • перевірка присутніх
  • перевірка готовності учнів до уроку

ІІ. Актуалізація опорних знань

Дайте відповіді на запитання:

  • які існують етапи створення інформаційної моделі;
  • як створюють інформаційні моделі в різних програмних середовищах.

ІІІ. Оголошення теми та мети уроку . Мотивація навчальної діяльності

На сьогоднішньому уроці ви:

  • дізнаєтесь етапи створення комп'ютерного моделювання
  • створите комп'ютерну модель для конкретної задачі

IV. Вивчення нового матеріалу

З яких етапів складається процес комп’ютерного моделювання?

Процес комп’ютерного моделювання складається з декількох етапів, кожний з яких передбачає певні дії

Для створення та опрацювання комп’ютерних моделей використо­вуються наявні програмні засоби (математичні програми, електронні таблиці, графічні редактори тощо), онлайнові інструменти, що належать до сервісів Веб 2.0, або розробляються оригінальні програми за допомо­гою мов програмування.

Комп’ютерний експеримент — дослідження математичної моделі за допомогою комп’ютера, під час якого за одними параметрами моделі обчислюють інші її параметри й на цій основі роблять висновки про властивості об’єкта, описані математичною моделлю.

Дослідження матема­тичної моделі за до­помогою комп’ютера можна лише умовно віднести до експери­менту, бо він відобра­жає не природні явища чи процеси, а є лише чисельною реалізацією створеної математич­ної моделі. Результати проведеного експери­менту характеризують властивості моделі, а не прототипу.

У ході експерименту може виникнути потреба виправити план дослідження. Наприклад,  поглибити його в деякому напрямку. Отримані результати можуть викликати сумніви, які вимагатимуть вибору іншого методу дослідження, уточнення моделі або навіть внесення змін у постановку завдання.

Розглянемо процес побудови комп'ютерної моделі на прикладі розв'язування такої задачі: учні 9 класу розробляють автономний літальний апарат, який хочуть обладнати світловим маячком, що блиматиме з деякою частотою.  Метою створення комп'ютерної моделі є складання, програмування та перевірка електричного кола, яке забезпечить блимання маячка  з програмним управлінням.

Для створення маячка можна взяти світлодіод. Блимання маячка можна забезпечити такими подіями протягом 0,5 с на світлодіод потрібно подавати високий сигнал, який «засвітить» маячок, і протягом 0,5 с — низький сигнал, який його «по­гасить». Таким чином, в електричну схему слід включити джерело жив­лення, заземлення, з’єднувальні проводи, світлодіод, опір, програмний елемент. Створення комп’ютерної моделі будемо здійснювати у віртуаль­ній лабораторії https://circuits.io/, яка дає змогу створювати комп’ютерні моделі реальних схем для мікроконтролерів. Оберемо для проекту такі компоненти

Реалізуємо в моделі електричне коло

За складеною інформаційною моделлю схеми отримуємо значення необхідних параметрів моделі: опір 220 Ом, вихід на мікроконтролері № 13, коротка ніжка світлодіода — це «-», а довга — «+». Кольором світло- діода можна знехтувати.

При побудові комп’ютерної моделі слід врахувати, що на макетній платі лінії електричного кола розташовані вертикально. На платі мікро- контролера Л^иіпо точки виходу (піни) мають номери від 0 до 13 (0 та 1 зазвичай не використовують), а точка «земля» позначена входом GND.

Для створення моделі скористаємось меню віртуальної лабораторії

Щоб відкрити список компонентів, обирають меню Components (Ком­поненти).

Клацання на обраному у списку об’єкті переносить його в робоче поле.

Щоб повернути об’єкт, використовують інструмент . З’єднання елементів у схему відбувається клацанням на відповідному отворі макетної плати та роз’ємі мікроконтролера. Видалення з’єднання — клавішею Delete на клавіатурі. Отримаємо комп’ютерну модель

Особливістю обраного середовища є те, що для цього проекту автома­тично генерується програмний код, який можна переглянути в Редакто­рі коду (Code Editor). Внесемо зміни у програмний код. Зокрема, у тілі програми змінимо значення тривалості подання сигналу на 500 = 0,5 с.

Для іншого проекту в цьому коді слід вносити більш суттєві зміни. Перевіримо правильність створеної моделі. Для цього запустимо скла­дену модель, натиснувши Start Simulation. Якщо під час створення моде­лі не було помилок, то світлодіод на макетній платі блиматиме.

Проведемо комп’ютерний експеримент. Змінимо значен­ня часу світіння світлодіода. Для цього в команді delay(500), яка у програмі слідує за командою передавання високого сиг­налу напруги, задамо значення 400, а в наступній команді delay(500) значення параметра вкажемо 200. Після запуску програми маячок блиматиме частіше.

V.  Інструктаж з ТБ

VI. Засвоєння нових знань, формування вмінь

Практичне завдання .

  • Робота в парах: вправи  2, 3 ст. 98
  • Самостійна робота вправа 2, 3 ст. 99

VІІ. Підсумки уроку

Рефлексія

  • Що ми навчились на уроці
  • Що виявилось занадто важким

VІІI. Домашнє завдання

Підручник п. 12.3 ст. 96- 99  Вправа 1 ст. 99

IХ.  Оцінювання роботи учнів