Научтруд
Войти

Створення програмного забезпечення для опису технічних об’єктів за допомогою математичного пакета MathCad

Научный труд разместил:
Morludora
20 сентября 2020
Автор: Олександр Дудін

7. Триус Ю. В. Комп&ютерно-opieHTOBaHÎ методичш системи навчання математики: Моногр. — Черка-си: Брама-Украша, 2005. — 400 с.

Олександр ДУД1Н

СТВОРЕННЯ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ ОПИСУ ТЕХН1ЧНИХ ОБ&6КТ1В ЗА ДОПОМОГОЮ МАТЕМАТИЧНОГО ПАКЕТА MATHCAD

Математичж пакети MathCad, Maple, Mathematica, Matlab крм розвинутих 3aco6ie для чисель-них, символьных обчислень та побудови графiчного матерiалу, мають вбудовану мову програмування. Вона дозволяе використовувати складш розгалужен алгоритми i3 застосуванням циклiв, ят поверта-ють математичний результат переважно у виглядi матриць. Дана можливкть створюе базу для побудови складних алгебро-логiчних функцш, ят широко застосовуються при моделюванш геометричних фи гур, тнематики та динамîru об &ектiв техжчног системи.

На сучасному етат виникае проблема переходу шженерних пращвниюв на використан-ня комп&ютерно1 техшки при проведенш складних математичних розрахунюв. Особливий ефект даного заходу спостертаеться серед пращвниюв передпенсшного вжу та молод^ У пер-шому випадку реал1зуються проекти, як внаслвдок складно1 схеми обчислень не були здшснет, у другому — реал1зуються певш чисельш методи в ршеннях, в яких традицшно застосовували-ся спрощеш приблизт обчислення.

Для даних цшей використовуються пакети таких математичних програм, як MathCad, Maple, Matlab, Derive, Mathematica.

Питання проведення навчального курсу з математичних програм розглядалися в наступ-них лiтературних джерелах [1-3], причому в бшьшосп випадюв одна або декшька математичних програм без пор1вняння 1х м1ж собою. Також в данш л1тератур1 в основному звернено увагу на безмодульне програмування, хоча розробники сучасних математичних пакетв динам1чно розвивають шструментарп для модульного програмування.

Мета статл — проанал1зувати кнукш математичт пакети та розглянути методики навчання основ використання даних пакетв прикладних програм (математичт ППП) студенпв те-хшчно1 (ф1зико-математично1) спещальноста, а також визначити особливоста використання модульного програмування в математичних пакетах.

У [4] стверджуеться, що математичний пакет MathCad 8 е найзручшшим для нескладних розрахунюв на комп&ютерг Використовуеться природна вхвдна мова, де представлення математичних залежностей та шструменти його набору такого типу, як в Microsoft Equation, котрий широко використовуеться Microsoft Office. У тзтших верЫях даного математичного пакета введено можливкть створення розгалужених програмних алгоритмов 1з використанням цикл1в та програмних модул1в, под1бних до тих, що використовуються за допомогою таких мов програмування, як Delphi, Фортран, БейЫк i таке шше. Також передбачеш алгебро-логiчнi функци, за допомогою яких у ППП MathCad наочно будуються складш геометричт моделi (рис. 1).

Математичний пакет Derive простший у використант, але вхiдна мова представлення математичних залежностей бшьш заплутана i не мае такого наочного представлення, як у MathCad.

Iншi математичт пакети бшьш професшш, i вщповщно, складн^ у використаннi. Даний фактор негативно впливае на перспективи використання таких пакета. Встановлено, що проста у використант програми користуються на порядок вищим попитом, нiж складнi, багатофункщ-ональнi програми. Наприклад, Linux — дешева i складна операцшна система, а Windows — проста та набагато дорожча, але вона використовуеться на бшьшоста комп&ютерiв [5].

У вищих навчальних закладах iснують юлька пiдходiв до визначення мкця математичних ППП на курсах, на яких використовуються комп&ютерш технологи:

42

Науков1 записки. Серш: Педагопка. — 2008. — №7

Рис. 1. TpHMipHa модель гвинтово!" поверхш за допомогою алгебро-логiчноí функцй в ППП MathCad

• опосередкований розгляд питань у передбачених програмою курсш курс «Комп&ютерна тдготовка» ([1], курс «САПР ТП» техтчного коледжу Тернотльсь-кого державного техтчного утверсигету для спещальноста «Обробка метал1в рь занням»);

• вивчення математичних пакетав у межах окремих спецкурЫв та спецпрактикумв [2];

• окремо видшений, затверджений у навчальних програмах курс [3].

Останнш шдхвд реал1зуеться, якщо тдготовка майбутнього спещалюта передбачае пог-либлене знання з шформатики (наприклад, спещальтсть «Педагопка i методика середньо1 осв^и 1нформатика»).

В останньому випадку курс з математичних ППП розглядаеться з двох частин:

• безмодульне програмування в математичних ППП [6];

• модульне програмування в математичних ППП.

Засоби модульного програмування в математичних пакетах активно розвиваються. Наприклад, верЫя MathCad 7 не мае панелi програмування шдпрограм-функцш, а верия Mathcad 13 даний заЫб вже використовуе.

Математичний пакет Matlab найбшьш наближений до класичних мов програмування (Delphi, Basic), також використовуе об&ектно-орiентоване програмування, пакет вiзуального програмування SimuLink. Таким чином, ППП MathCad, Maple, Mathematica, Matlab поступово з кожною новою вершею розвивають шструментарп модульного програмування, що значно спрощуе використання складних розгалужених математичних алгоритм1в при побудовi склад-них дослiдних моделей. Вiдповiдно, виникла необхiднiсть при вивченнi можливостей математичних пакетав окремо розглядати питання модульного програмування.

У випадку, коли мови програмування студентом ще не засвоеш (зокрема Си ++, Delphi, Basic i т. ш.), то математичний пакет Matlab (або Mathcad) дае основш поняття алгоритмiв суНаукоБ1 записки. Серш: Педагопка. — 2008. — №7

43

часних мов програмування, що широко використовуються для обчислень складних iмiтанiйних моделей через використання набору команд, яю мають подiбний змiст в рiзних мовах програмування (табл. 1).

Таблиця 1

Оператори програмування

ППП MathCad ППП Matlab Мова Delphi

Оператори умови

if та otherwise if та else ... end if ...then begin ... end else begin ... end

Оператор циклу з визначеним числом операцш

für 1 Е| 1 for <змшна циклу>=<початкове зна-чення>:<приркт>:<кшцеве значення> шструкцп end for ..to.. do begin ... end

Оператор циклу з невизначеним числом операцш

while 1 ■ while вираз тструкцп end while ... do begin ... end

Оператор передчасного завершення циклу

Break Break break

Оператор переходу на наступну ггеращю

Continue Continue continue

Оператор обробки помилок

Вираз2 on error Ви- раз1 Try список шструкцш1 catch список шструкцш2 при виникненш помилок end try список шструкцш1 except список шструкщй2 при виникненш помилок end

Оператор завчасного виходу з тдпрограми

return I Return Exit

Для кращого поетапного засвоення курсу «Математичт ППП» його змiст подiлено на ок-ремi логiчнi завершенi частини — змiстовнi модулi (табл. 2).

Кожен модуль мктить опис теоретичних питань, якi повиннi засвогги студенти, та лабо-раторних робiт, метою виконання яких е систематизацiя знань та формування вiдповiдних умiнь (табл. 3).

У такому випадку, для глибшого засвоення математичних пакепв, необхвдно вводити спецкурс iз основ програмування або спецпрактикум, самостшну роботу. Доцшьно, щоб студенти одночасно iз вивченням даних програмних пакетiв проходили або пройшли курс iз вивчен-ня класичних мов програмування (Pascal, Delphi, Fortran, Basic, Си++).

44

HayKOBi записки. Серш: Педагопка. — 2008. — №7

Таблиця 2

Перелж 3MicmoeHux модулiв «Математичт пакети прикладних програм»

Змктовний модуль № теми Тема Кшьюстъ лекцшних годин

1 1 Програмування ППП Mathcad 2
2 2 Програмування ППП Mathematica 2
3 3 Програмування ППП Derive 2
4 4 Програмування ППП Maple 2
5 5 Програмування ППП Matab 2

Лекцшний матерiал студентам даеться до проведення лабораторних po6iT (на початку семестру), де робиться огляд можливостей математичних пакетав для ïx практичного застосуван-ня в майбутнiй професiï студента, описуються переваги та недолiки рiзниx комп&ютерних прикладних програм [4].

Таблиця 3

Перелж 3Micmoemrn модулiв «Математичт пакети прикладних програм»

Змктовний модуль № лаборатор-жи роботи Тема лабораторжй роботи Кiлькiсть годин

1. Програмування ППП Mathcad. 1 1нтерфейс ППП Mathcad. Вввд та вивщ даних. 2
2 Символьш, числовi ршення математичних задач. Комплексш числа. 2
3 Операцп з матрицями. Вввд функ-цiй. Побудова графтв. 2
4 Модульне програмування. 2
2. Програмування ППП Mathematica. 5 Символьнi, числовi рiшення математичних задач. 2
6 Побудова графтв. Розв&язок дифе-ренцiальниx рiвнянь. 2
3. Програмування ППП Derive. 7 Символьнi, числовi рiшення математичних задач. 2
4. Програмування ППП Maple. 8 Символьш, числовi рiшення математичних задач. 2
5. Програмування ППП Matlab. 9 1нтерфейс ППП Matlab. Вввд та ви-вiд даних. Математичт функци. 2
10 Операцп з векторами. Функцп обро-бки даних. 2
11 Операцп з матрицями. Функци об-робки даних. 2
12 Графiчне представлення даних. 2
13 Модульне програмування. 2
14 1нтерфейс пакета прикладних програм Simulink (для iмiтацiйного мо-делювання). 2
15 Бiблiотеки ППП Simulink:. 2
16 Створення пiдсистем моделей в се-редовище ППП Simulink. 2

Перед початком лабораторно! роботи студент повинен: знати i виконати ум вимоги та правила з техшки безпеки при робот в комп&ютерному класц пiдготувати для заповнення звiт лабораторно! роботи (титульна сторшка, тема, мета, теоретична частина та шаблон ходу робоНауков1 записки. Сер1я: Педагопка. — 2008. — №7 45

ти); вивчити теоретичний матерiал i вмгги його самостiйно викласти; отримати допуск до вико-нання робiт ввд викладача. При закiнченнi лабораторно1 роботи: студент прибирае робоче мк-це; здае звгт по роботi та захищае !!. Звiт складаеться iз: а) титульно1 сторiнки та вступу, де вка-зуеться тема, мета роботи, обладнання та iнструменти, шструкцп; б) теоретично! частини (опи-суються об&екти, методи, властивостi, змiннi, яю плануеться використати; даються вiдповiдi на теоретичш питання для контролю); в) описуеться хвд роботи (вказуеться порядок та результати виконання (скрiни, таблищ, роздрукiвка результатiв i т. ш.); змiсту коду написаних програм (необхвдно робити коментарi пояснень коду); г) висновюв; д) електронно! документацп та програм на електронному носи шформацп [7].

Курс заюнчуеться виконанням шдиввдуально! (самостшно!) роботи зпдно з рекомендациями [8], де студент вiдповiно свого варiанту отримуе комплексне завдання, яке вимагае ввд ньо-го знань i вмшь з математики та програмування. Дану роботу виконують за допомогою рiзних математичних пакетiв для того, щоб майбутнiй фахiвець порiвняв !х i зробив особистi виснов-ки.

Лабораторнi роботи, присвячеш математичним ППП, дають наочний аналiз технiчних рiшень, що складае практичну цiннiсть для майбутнiх науковщв, вчител1в математики та фiзи-ки, шженерно-техшчних працiвникiв.

Висновки. Розроблений 42-годинний курс призначений для студентiв техтчно! ^зико-математично!) спецiальностi, але його окремi елементи можуть використовуватися у складi спецiальних курсiв для студенлв економiчного напрямку, а також для самостшного вивчення в планi використання математичних пакетiв прикладних програм у наукових дослiдженнях. Рекомендуеться:

• в перспективi звертати бiльшу увагу на елементи модульного програмування, яю ди-намiчно впроваджуються розробниками математичних програм;

• щоб студенти одночасно iз вивченням даних програмних пакетв проходили або пройшли курс iз вивчення класичних мов програмування (Pascal, Delphi, Fortran, Basic, Си++).

Л1ТЕРАТУРА

1. Глинський Я. М. Практикум з шформатики. — ЛьБiБ: СПД «Глинський», 2008. — 296 с.
2. Дьяконов В. П. Компьютер для студентов. — СПб: Питер, 2001. — 592 с.
3. Шанайда В. В. Пакет MathCad в шженерних розрахунках. — Терношль: Видавництво ТДТУ, 2001. — 163 с.
4. Рыжиков Ю. И. Решение научно-технических задач на персональном компьютере. — Спб.: Корона, 2000. — 272 с.
5. Флёнов М. Е. Библия Delphi. — СПб.: БХВ — Петербург, 2004. — 880 с.
6. Войскобойников Ю. Е., Очков В. Ф. Программирование и решение задач в пакете MathCad: Учеб. пособие. — Новосибирск: НГАСУ, 2002. — 136 с.
7. Арыдин В. М., Атанов Г. А. Учебная деятельность студентов. — Донецк: ЕАИ-пресс, 2000. — 80 с.
8. Методичш вк^вки до виконання лабораторних роб^ з дисциплши «Основи САПР» в пакетах MathCad i P-CAD / Оробчук Б. Я. — Терношль: ТДТУ, 2000. — 80 с.

Тетяна ГАЛАЙ, 1ванна ОЗАРКО ВИКОРИСТАННЯ 1НТЕРНЕТУ ПРИ ВИВЧЕНН1 АНГЛ1ЙСЬКО1 МОВИ У ВНЗ

У cmammi розглядаються методи використання тформащйних технологш при вивчент тоземног мови зокрема англтськог у ВНЗ. Особлива увага придшяеться ролi 1нтернету у формуванж навичок та умть читання, письма, говортня та сприйняття тоземног мови на слух.

У зв&язку з штегращею Укра!ни у свггове ствтовариство та розвитком мiжнародних ввд-носин, все бшьший штерес проявляеться до зростання ролi iноземноl мови в дiяльностi випуск-ниюв вищих навчальних закладiв. Основним завданням професшно! освпи стае тдготовка ква-лiфiкованого працiвника належного рiвня, компетентного фахiвця, додатково ефективно пра-цювати за спецiальнiстю на рiвнi свггових стандарт1в. Випускник ВТНЗ мае бути спроможний скласти конкуренщю спецiалiстам за кордоном. Разом iз зростанням попиту на фахiвцiв з iно46 Науков1 записки. Сер1я: Педагог1ка. — 2008. — №7

Другие работы в данной теме: