В настоящее время существует немалое количество математических
пакетов. Наиболее распространенные из них – это Mathcad, Matlab, Derive,
Eureka, Mathematika, Maple. Данные пакеты многофункциональны.
Например, интегрированная система автоматизации математических,
физических, химических, электро- и радиохимических и прочих научно-
технических расчетов «Eureka» позволяет:
- выполнить типовые математические и экономические расчеты;
- вычислять производные и интегралы;
- решать системы уравнений;
- искать экстремумы;
- выводить данные в табличной форме;
- строить по выбору график одной из функций;
- работать с комплексными числами.
«Eureka» также интегрирует в одной системе редактор для подготовки файлов,
вычислитель, верификатор, проверяющий правильность вычислений, генератор
отчетов, простой графопостроитель. Данный пакет работает в многооконной
оболочке, позволяющей одновременно наблюдать описание решаемой задачи,
результаты вычислений и их проверки, готовить отчет о работе и график
выбранной функции.
Математический пакет «Derive» является системой символьной
математики, т.е. позволяет производить символьные вычисления. Пакет
обладает богатыми графическими возможностями. Задания и результаты
вычислений представлены на экране в привычной математической записи.
Интерфейс системы прост, но исключительно удобен для пользователя. Пакет
можно эффективно использовать при решении широкого круга математических
задач от планиметрии до теории вероятностей и статистики, а также
производить финансовые расчеты.
«Derive» имеет несколько десятков встроенных функций:
- элементарные и специальные функции;
- действия с комплексными числами;
- решение задач математического анализа: отыскание пределов функций,
производных, определенных и неопределенных интегралов, конечных сумм и
сумм числовых рядов, бесконечных произведений;
- операции векторной алгебры;
- действия с матрицами, вычисление обратной матрицы, собственных значений
матрицы.
«Derive» имеет библиотеку функций-утилит, предназначенных для решения
специальных задач, есть возможность пополнения библиотеки функциями
пользователя.
«Matlab» является одной из старейших и проработавших систем
автоматизации автоматических расчетов. Она была разработана С.В.Молером и с
конца 70-х годов широко использовалась на больших ЭВМ. Система Matlab
оказала большое внимание на разработку ряда пакетов для выполнения
матричных операций, расчета систем управления, в свою очередь, вобрав в
себя лучшие из средств, накопленных за более чем 30-летнюю историю развития
матричных методов вычислений на ЭВМ.
«Matlab» - расширяемая система, и ее можно легко приспособить к
решению нужных классов задач. Возможности ее весьма обширны, по скорости
выполнения задач система не уступает многим другим подобным системам.
Своим названием (MATrixLABoratory – «матричная лаборатория») система
«Matlab» обязана ориентации на матричные и векторные вычисления. Она
выполняет операции над векторами и матрицами даже в режиме простых
вычислений без какого-либо программирования.
Система содержит средства, особенно удобные для электро- и радиотехнических
расчетов (операции с комплексными числами, полиномами, обработка данных,
анализ сигналов и цифровая фильтрация). «Matlab» содержит также операторы
построения графиков в декартовой и полярной системах координат, трехмерных
поверхностей. На одном графике данная система может представить множество
кривых, различающихся цветом и отличительными символами. Графики «Matlab»
выводит в одном или несколько окон.
Будучи ориентированной, на работу с реальными данными, эта система
выполняет все вычисления в арифметике с плавающей точкой. Система также
поддерживает выполнение операций с массивами данных, регулирует сингулярное
и спектральное разложения, вычисление ранга и чисел обусловленности матриц,
поддерживает работу с алгебраическими полиномами, решение нелинейных
уравнений и задач оптимизации, интегрирование в квадратурах, решение
дифференциальных и разностных уравнений. В системе реализована удобная
операционная среда, которая позволяет формулировать проблемы и получать
решения в привычной математической форме, не прибегая к рутинному
программированию.
Каждая из вышеописанных систем имеет свои достоинства и недостатки.
Одни из них чрезвычайно сложны для освоения, требуют основательной
математической подготовки и предназначены в первую очередь для
профессионалов, имеют встроенные языки программирования математических
действий и дополнительные библиотеки электронных справочников, другие,
простые в освоении, обладают ограниченными возможностями и неудобным
интерфейсом пользователя.
Особое же место среди систем автоматизации математических расчетов
занимает пакет «Mathcad» . Это наиболее мощная интегрированная система
автоматизации математических расчетов, широко распространенная в России.
Отличительная черта этой системы – входной язык, максимально приближенный к
математическому языку или языку научных статей и книг. Объединение в этой
системе текстового редактора с возможностью использования общепринятого
языка позволяет пользователю получить готовый итоговый документ.
«Mathcad» столь же гибок, как самые мощные электронные таблицы и
языки программирования, но легок в освоении и приятен в использовании.
Система «Mathcad» содержит текстовый редактор, мощный графопостроитель и
графический процессор.
Текстовый редактор служит для ввода и редактирования текстов. Текст
может состоять из слов, математических выражений и формул, спецзнаков.
Вычислитель обладает уникальными возможностями:
- обеспечивает вычисления по сложным математическим формулам;
- имеет большой набор встроенных математических функций;
- позволяет вычислять ряды, суммы и произведения, определенные интегралы и
производные;
- работать с комплексными числами;
- решать линейные и нелинейные уравнения;
- выполнять векторные и матричные операции.
В вычислитель входят и такие мощные средства как линейная и сплайн-
интерполяция, регрессия, прямое и обратное быстрое преобразование Фурье.
Легко можно менять разрядность чисел и погрешность итерационных методов.
«Mathcad» позволяет записывать на экране компьютера формулы в их
привычном виде. Но формулы в «Mathcad» могут значительно больше, чем просто
хорошо выглядеть. С их помощью можно решить почти любую мыслимую
математическую задачу символьно либо численно. Можно реализовать текст в
любых местах вокруг уравнений, чтобы документировать процесс решения.
Графический процессор служит для создания графиков. Графический
процессор сочетает чрезвычайную простоту общения с пользователем с самыми
изысканными возможностями графических средств. Простые графики нескольких
функций пользователь может начать строить буквально в первые секунды
знакомства с системой. По мере приобретения навыков работы с графическим
процессором легко осваиваются и другие графические средства – графики в
логарифмическом масштабе, масштабные сетки с любым числом делений, линии,
отмеченные точками, прямоугольниками и ромбиками. Графика ориентирована на
решение типичных математических задач. Возможно быстрое изменение размеров
графиков, наложение их на текстовые надписи и перемещение в любое место
документа. Можно создавать двумерные и трехмерные графики. Можно
пользоваться иллюстрациями из других приложений Windows.
Для изучения именно этой интегрированной системы программирования мы
разработали фрагмент содержания прикладного профильного курса для
специализированных классов (с углубленным изучением математики) –
«Математический пакет для научных расчетов Mathcad».
Исключительно велика роль математических пакетов в образовании.
Умение применять математические пакеты является одним из важнейших
компонентов содержания компьютерной грамотности школьников. Облегчая
решение сложных математических задач, они снимают психологический барьер в
изучении математики, и делают этот процесс интересным и более простым. При
грамотном применении их в учебном процессе, пакеты обеспечивают повышение
фундаментальности математического и технического образования, содействуют
интеграции нашей образовательной системы с образовательной системой
наиболее развитых западных стран, где подобные методы обучения применяются
уже давно.
Предлагаемый профильный курс «Использование математических пакетов»
предназначен для специализированных классов (с углубленным изучением
математики). Почему?
Во-первых, учащиеся таких классов, как правило, уже
профориентированы. Причем, круг выбранных ими профессий предполагает
использование компьютера при решении конкретных профессиональных задач.
Успех в будущей профессиональной деятельности зависит от того, насколько
владеют они новыми информационными технологиями (НИТ). Систематическое
использование инструментальных программных средств (ИПС) уже в школе (в
данном случае в процессе обучения профилирующему предмету – математике)
позволит учащемуся увидеть и сформировать отношение к компьютеру, как
средству решения профессиональных задач.
Во-вторых, у учащихся отмечается повышенный интерес с ИПС. Такие
ученики имеют более глубокие знания не только по математике, но и по
информатике. Как правило, у них нет психологического барьера перед
использованием сложных программных средств. Наоборот, их привлекают
созданные на высоком профессиональном уровне программы, и они видят
уникальные возможности ИПС.
Данный курс, предназначенный для изучения математических пакетов,
будет способствовать:
- расширению и углублению знаний учащихся, как по информатике, так и
по математике;
- овладению учащимися умениями решать задачи различного характера при
помощи математических пакетов;
- экономии учебного времени за счет исключения рутинных операций
вычислительного характера и числового анализа;
- формированию навыков применения современных математических пакетов в
процессе обучения математике и в будущей профессиональной деятельности.
Цель курса – изучение технологии применения математических пакетов
для решения практических задач.
Задачи курса:
1) Знакомство с наиболее известными математическими пакетами;
2) Приобретение навыков работы с математическими пакетами;
3) Использование математических пакетов для решения практических задач.
После изучения данного курса, учащиеся должны знать назначение
и возможности основных математических пакетов, должны уметь применять их
для решения типовых учебных задач.
§2. Содержание фрагмента прикладного профильного курса –
«Математический пакет для научных расчетов «Mathcad»
Как уже отмечалось выше, Mathcad является одной из самых мощных и
эффективных математических систем, которая занимает особое место среди
множества таких систем и по праву может называться самой современной,
универсальной и массовой математической системой для всех пользователей.
Она позволяет выполнять как численные, так и аналитические (символьные)
вычисления, имеет чрезвычайно удобный математико-ориентированный интерфейс
и прекрасные средства графики.
Система настолько гибка и универсальна, что может оказать неоценимую
помощь в решении математических задач как школьнику, постигающему азы
математики, так и умудренному в решении сложнейших научных проблем
академику.
2.1. Аппаратное и программное обеспечение
Для правильного функционирования "Mathcad" необходимо следующее
аппаратное и программное обеспечение:
Минимальная конфигурация ПК:
- Персональный компьютер (ПК) фирмы IBM или совместимый на основе
процессоров 80386, 80486 или Pentium. Арифметический сопроцессор не
обязателен, но его присутствие существенно увеличивает
производительность.
- Не менее 8 мегабайт оперативной памяти.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
|