ВКР: Создание комплекса демонстрационных модельных программ по оптике

Введение
Наглядность — одно из основных общедидактических требований к лекциям по общим курсам [1]. В курсе общей физики в качестве средства наглядности могут выступать различные демострационные материалы (плакаты, фотографии, видеозаписи и проч.), но основным средством традиционно остается демонстрационный эксперимент. Однако натурный эксперимент имеет ряд существенных недостатков. Так, например, некоторые демонстрации очень сложны или капризны в постановке и настройке, а значит, могут не всегда получаться на лекции. Необходимое для их проведения оборудование может иметься далеко не во всех физических кабинетах. Параметры экспериментальной установки часто нельзя изменять быстро в широких пределах, а это увеличивает время проведения демонстрации, снижает темп лекции и с большой долей вероятности приводит к тому, что эксперимент вообще не будет показан. Ряд демонстраций требует слишком громоздкого оборудования, которое сложно расположить в лекционной аудитории. К тому же, не все физические явления можно представить с помощью натурных демонстраций: к примеру, невозможно наблюдение излучения абсолютно черного тела или интерференции абсолютно когерентных источников, поскольку эти объекты являются физическими моделями. Модельные демонстрации свободны от перечисленных выше недостатков. Сложности, связанные с постановкой натурного эксперимента, неактуальны при моделировании на компьютере. Показ модельных демонстраций требует наличия только компьютера и мультимедийного проектора, которые в последнее время стали фактически стандартными средствами обучения. Скорость изменения параметров эксперимента в модельной демонстрации практически неограничена. Пространство, требуемое для показа модельной демонстрации, обусловлено только размерами средств воспроизведения. Модельные демонстрации позволяют наглядно представлять практически любые физические явления.
Однако анализ существующих модельных демонстраций, разработанных как в нашей стране, так и за рубежом, показал, что значительная их часть имеет недостатки и не в полной мере удовлетворяет дидактическим требованиям [2], применяемым к средствам наглядности. Это следствие как устаревания среды разработки или ее недостатков, так и просто неполного использования возможностей такой среды на момент создания программы. Особенно это актуально для демонстраций по оптике, в которых наглядность представления информации и реалистичность ее воспроизведения играют важнейшую роль. Целью настоящей работы являлось создание комплекса демонстрационных модельных програм по оптике. В задачи работы входило: • разработка списка моделируемых процессов; • анализ требований к реализации модельных программ; • создание модели интерфейса програмы с использованием библиотеки Qt; • реализация комплекса программ на основе разработанной модели интерфейса с учетом сформулированых требований.

Часть 1. Методические основы создания демонстрационных модельных программ
Во введении отмечалось, что модельные демонстрации имеют ряд преимуществ перед натурными. К основным из них можно отнести: • отсутствие необходимости длительной настройки; • отсутствие необходимости специфического дорогостоящего оборудования; • требование только наличия компьютера и мультимедийного проектора; • возможность быстро изменять параметры в щироких пределах; Помимо этого, не все явления можно продемонстрировать, но зато практически любое явление можно смоделировать на ЭВМ. Для реализации перечисленных преимуществ модельная программа должна удовлетворять ряду требований, речь о которых пойдет далее.

1.1. Общие требования к реализации модельных программ Существует множество различных демонстрационных программ по оптике, как отечественных так и зарубежных, написанных с использованием различных программных средств для функционирования в различных операционных системах. Чтобы программа подходила для использования на лекции, нужно, чтобы она удовлетворяла следующим требованиям [2],[3]: • быстрота действия; • устойчивость работы; • интероперабельность; • удобный интерфейс. Чем медленней программа, тем менее она привлекательна в сравнении с натурным экспериментом, поэтому быстрота действия — это одно из основ
Часть 1. Методические основы создания демонстрационных модельных программ Во введении отмечалось, что модельные демонстрации имеют ряд преимуществ перед натурными. К основным из них можно отнести: • отсутствие необходимости длительной настройки; • отсутствие необходимости специфического дорогостоящего оборудования; • требование только наличия компьютера и мультимедийного проектора; • возможность быстро изменять параметры в щироких пределах; Помимо этого, не все явления можно продемонстрировать, но зато практически любое явление можно смоделировать на ЭВМ. Для реализации перечисленных преимуществ модельная программа должна удовлетворять ряду требований, речь о которых пойдет далее. 1.1. Общие требования к реализации модельных программ Существует множество различных демонстрационных программ по оптике, как отечественных так и зарубежных, написанных с использованием различных программных средств для функционирования в различных операционных системах. Чтобы программа подходила для использования на лекции, нужно, чтобы она удовлетворяла следующим требованиям [2],[3]: • быстрота действия; • устойчивость работы; • интероперабельность; • удобный интерфейс. Чем медленней программа, тем менее она привлекательна в сравнении с натурным экспериментом, поэтому быстрота действия — это одно из основ