Εφαρμογές της μεθόδου Monte Carlo και των τεχνολογιών της πληροφορίας και επικοινωνίας στην εκπαίδευση: προσομοιώσεις στη μοριακή φυσική

Abstract

Τα εργαλεία προσομοιώσεων είναι ιδανικά μέσα για να υποστηρίξουν την ερευνητική και ανακαλυπτική μάθηση. Οι τρισδιάστατες προσομοιώσεις δίνουν τη δυνατότητα για παρουσίαση των φυσικών συστημάτων σχεδόν όπως είναι, προωθώντας έτσι εμπειρίες που βοηθούν τους μαθητές να κατανοήσουν τα διδακτικά αντικείμενα. Η μοριακή φυσική δίνει απαντήσεις για τα φυσικά φαινόμενα στηριζόμενη στην ανάλυση των κινήσεων των μορίων της ύλης. Στην εκπαιδευτική διαδικασία οι αντιλήψεις που άπτονται της μοριακή δομής της ύλης, δίνουν στο μαθητή τη δυνατότητα να προσεγγίζει τις ίδιες τις δομές των ουσιών αρχικά, αλλά και τις μεταβολές τους στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια των φαινομένων. Η δυνατότητα για διαδραστικό χειρισμό της μοριακής δομής της ύλης με κατάλληλο διδακτικό υλικό συνεπικουρείται με τη χρήση τρισδιάστατων απεικονίσεων αυτής. Οι προσεγγίσεις της μοριακής δομής της ύλης, γίνονται συνήθως με τη χρήση κατάλληλων στοχαστικών μοντέλων, μιας και συγκεκριμένη, αναλυτική λύση δεν είναι εφικτή. Η μέθοδος δημιουργίας στοχαστικών μοντέλων, Monte Carlo (M.C.) χρησιμοποιείται σε πλήθος περιπτώσεων όπου η αναλυτική λύση είναι δύσκολη ή αδύνατη. Στην παρούσα εργασία δημιουργήθηκαν πέντε στοχαστικά μοντέλα χρησιμοποιώντας Monte Carlo και Simulink. Η προσομοίωση παρουσιάζεται σε τρεις διαστάσεις και τα εξαγόμενα αποτελέσματα αφορούν την εσωτερική ενέργεια, την πίεση και την ενεργή ταχύτητα των μορίων. Τμήματα της παρούσας εργασίας έχουν δημοσιευτεί ως έχουν στις εργασίες (Psycharis & Tatsis, 2007), (Ψυχάρης & Τάτσης 2007α), (Ψυχάρης & Τάτσης 2007β), (Psycharis & Tatsis 2008), (Ψυχάρης & Τάτσης 2008).