ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ В ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУКАХ И ТЕХНОЛОГИЯХ

Тимофеева Татьяна

класс 11 «Б», школа № 32, г. Смоленск

Тарадонова Анна Вячеславовна

научный руководитель, учитель информатики, школа № 32, г. Смоленск

Широкое использование компьютера в учебной и внеучебной деятельности школьников позволило ему стать полезным инструментом, с помощью которого можно способствовать популяризации научных экспериментальных подходов к исследованию интересных, трудных или еще не решенных в общем виде задач.

В качестве примера такой задачи выберем задание предложенное старшим школьникам в рамках девятого Международного Конкурса КИО — «Конструируй, исследуй, оптимизируй», учрежденного журналом «Компьютерные инструменты в образовании» и Институтом продуктивного обучения Российской Академии Образования, «Огранка бриллианта» [1].

В предложенной задаче проблема упрощена, и бриллиант заменен выпуклым многоугольником, форму которого и необходимо сконструировать. Однако преломление и отражение лучей на гранях бриллианта в точности соответствует их физической природе. На ограненный бриллиант сверху и снизу падает белый цвет, который для простоты считается состоящим только из трех чистых цветов (красного, зеленого и синего). Если представить, что плоскость экрана расположена параллельно земле, то физически такое освещение означает демонстрацию бриллианта в просторном помещении, в котором окна находятся на двух противоположных сторонах. После преломления лучей в гранях бриллианта они попадают на сетчатку глаза, и, кажется, что бриллиант светится разными цветами. Если изобразить все лучи сразу, то нельзя будет разобраться в ходе лучей, попадающих на сетчатку глаза. Поэтому демонстрировался лишь тот луч, который попадает в выбранную точку на сетчатке глаза. Критериев, по которым оценивается качество огранки бриллианта, два, и они оцениваются независимо. Один соответствует суммарной яркости света, преломленного бриллиантом и достигшего сетчатки глаза. Другой критерий характеризует дисперсию светового пучка от бриллианта, то есть насколько разноцветным кажется нам бриллиант. Чем разноцветнее, тем лучше. Задание было представлено в форме компьютерной модели-лаборатории с игровыми элементами (рис 1).

Рисунок 1. Компьютерная модель-лаборатория задачи «Огранка бриллианта»

В начале ХХ века (1919 г.) Марсель Толковский опубликовал работу «Diamond Design», где проследил ход светового луча в бриллианте. За исходную форму был принят круглый бриллиант с 57 гранями как наиболее распространенный. Толковский рассчитал пропорции и углы, при которых бриллиант характеризуется максимальным блеском и игрой: размер площадки 53 %, угол короны 34.5 %. Расчеты хорошо совпали с параметрами реальных бриллиантов, которые считались хорошо ограненными.

Разные системы оценки бриллиантов (в мире их более 20) предлагают самые разные пропорции считать наилучшими, и единого мнения не существует [2].

Применение компьютерных моделей бриллиантов, таких, как, например, предложенная в конкурсе КИО — 2012, дает возможность использовать математические расчеты для анализа бриллиантовой огранки. При этом компьютер позволяет перебрать множество наборов параметров огранки. В реальных условиях невозможно огранить огромное количество бриллиантов с различными наборами параметров для поиска наилучших, поэтому такой перебор возможен только для «виртуальных» бриллиантов.

На наш взгляд, при решении подобных задач, важным является не только приобщение учащихся к готовым научным знаниям, но и возможность самостоятельного решения различных научных проблем средствами информационных технологий.

Лучшее решение проблемы огранки бриллианта в рамках конкурса КИО было предложено автором (рис. 1).

Список литературы:

1.Материалы девятого Международного Конкурса КИО — «Конструируй, исследуй, оптимизируй» — [Электронный ресурс] — Режим доступа — URL: http://ipo.spb.ru/kio/index.php?dir=main&page=main.

2.Представления о бриллиантовой огранке — [Электронный ресурс] — Режим доступа — URL: http://www.diamanters.ru/correct-cutting.htm.