III.1 Các khái niệm
III.1.1 Phơng pháp là gì ?
Một cách chung nhất, phơng pháp nghĩa là con đờng, cách thức để giải quyết những nhiệm vụ nhất định và đạt mục đích đề ra.
Trong dạy học thì phơng pháp có thể hiểu là: Phơng thức làm việc của giáo viên và học sinh, nhờ đó mà học sinh có thể nắm vững kiến thức , kỹ năng , kỹ xảo, hình thành thế giới quan và phát triển năng lực.
Theo Robert.E.Stephenson, Mô phỏng là nghiên cứu trạng thái của mô hình để qua đó hiểu đợc hệ thống thực. Việc mô phỏng bắt đầu bằng việc tạo ra một mô hình nhờ trí tởng tợng (có suy nghĩ ) của con ngời về những yếu tố có liên quan đến hệ thống thực. Đôi khi ngời ta nhận thấy rằng, giữa mô hình nhận đợc và thực tế có mâu thuẫn, song việc khảo sát đợc bổ sung và tiếp tục cho đến khi thoả mãn yêu cầu mà giả thiết đề ra.
Nh vậy, Mô phỏng là con đờng nghiên cứu song song với nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trên đối tợng thực . Nó đợc sử dụng khi không thể, không cần hay không nên thực nghiệm trên đối tợng thực.
Tóm lại Phơng pháp mô phỏng là phơng pháp nhận thức thế giới thực thông qua nghiên cứu, thực nghiệm trên mô hình mà ta quan tâm
III.2 Cấu trúc phơng pháp mô phỏng số
Đối t ợng nghiên
cứu (1) Mô hình Kết quả (2)
(3)
Hình (III.1) : Quá trình mô phỏng Phơng pháp mô phỏng đợc tiến hành theo ba bớc:
(1) Mô hình hóa : Từ mục đích nghiên cứu, cần xác định , lựa chọn một số tính chất và mối quan hệ chính của đối tợng nghiên cứu đồng thời loại bỏ những tính chất và mối quan hệ thứ yếu để xây dựng mô hình.
Bằng quan sát thực nghiệm ngời ta xác định đợc một tập hợp những tính chất của đối tợng nghiên cứu. Thờng thì do kết quả của sự tơng tự mà ng- ời ta đi đến hình dung sơ bộ về sự vật, hiện tợng cần nghiên cứu, tức là đi đến một mô hình sơ bộ, cha đầy đủ. Trong giai đoạn này, trí tởng tợng và trực quan giữ vai trò quan trọng, nhờ đó mà ngời ta mới loại bỏ đợc những tính chất và mối quan hệ thứ yếu, thay nó bằng mô hình chỉ mang tính chất và những mối quan hệ chính mà ta phải quan tâm. Mô hình lúc đầu mới có trong óc ngời nghiên cứu, nó trở thành mẫu để dựa vào đó nhà nghiên cứu xây dựng những mô hình thật.
(2) Nghiên cứu mô hình (tính toán, thực nghiệm) để rút ra những hệ quả lý thuyết, kết luận về đối tợng nghiên cứu.
Sau khi mô hình đợc xây dựng, ngời ta áp dụng những phơng pháp lý thuyết hoặc thực nghiệm khác nhau để thu đợc những thông tin mới. Đối với các mô hình vật chất thì ngời ta làm thí nghiệm thực trên mô hình. Còn đối với những mô hình lý tởng thì tiến hành thao tác trên mô hình trong óc, tức là áp dụng những phép tính hay những phép phân tính logic trên các ký hiệu. Ngời ta coi công việc này nh là một thí nghịêm đặc biệt gọi là thí nghiệm tởng tợng, tuy không có thật nhng nó có vai trò rất lớn trong khoa học.
(3) Đối chiếu kết quả thu đợc trên mô hình với kết quả thực tiễn đồng thời xét tính hợp thức của mô hình. Trong trờng hợp kết quả không phù hợp với thực tiễn phải chọn lại mô hình.
Những mô hình đã đợc kiểm nghiệm trong thực tế là những mô hình hợp thức và dùng để phản ánh một số mặt thực tế khách quan. Nó có thể thay đổi
hoàn chỉnh thêm hoặc bị bác bỏ khi ngời ta có thêm thông tin chính xác hơn về đối tợng gốc.
Qua những phân tích trên, ta nhận thấy để việc mô hình hóa đạt hiệu quả thì phải quan tâm đến tính đơn giản, trực quan và hợp thức của mô hình so với nguyên hình: có thể chuyển các kết quả nhận đợc khi nghiên cứu mô hình sang đối tợng nghiên cứu.
III.3 Phơng pháp mô phỏng số
III.3.1 Bản chất của mô phỏng số
Nhờ các máy tính có tốc độ tính toán cao, dung lợng lớn, các phần mềm chuyên dụng ... mà ngời ta có thể xây dựng đợc các mô hình có tính hợp thức cao với đối tợng cần nghiên cứu. Đặc biệt PPMP số là phơng pháp hữu hiệu để nghiên cứu những đối tợng có cấu trúc phức tạp, các đối tợng mà trong đó có các biến ngẫu nhiên. Ví dụ: Mô hình hàng đợi về số khách mua vé tầu.
Bản chất của PPMP số là xây dựng một mô hình số (mô hình thể hiện bằng chơng trình máy tính) đại diện cho đối tợng cần nghiên cứu (nguyên hình), sau đó ngời ta tiến hành các thực nghiệm trên mô hình, kết quả nhận đ- ợc cần hợp thức với nguyên hình.
III.3.2 Quá trình mô phỏng số
Thử nghiệm và so sánh
Đối t ợng nghiên cứu
Mô hình trên máy tính
Kết quả (4) (1) (2) (3) Mô hình nguyên lý
(1) Từ mục đích nghiên cứu ta thu nhập các thông tin, dữ liệu cần thiết của đối tợng và các yếu tố tác động (môi trờng), trên cơ sở đó xây dựng mô hình nguyên lý (phản ánh bản chất của đối tợng nghiên cứu).
(2) Xây dựng mô hình máy tính: tiến hành lập trình để xây dựng mô hình máy tính (là những chơng trình chạy trên máy tính). Các chơng trình này đợc viết bằng ngôn ngữ cấp cao thông dụng nh Fortran, Pascal, C++ hay các phần mềm chuyên dụng khác. Ngoài ra còn dùng cả những chơng trình hoạt hình khác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(3) Lập kế hoạch thực nghiệm: (số lần thử nghiệm thời gian mô phỏng), hiệu chỉnh kế hoạch thực nghiệm để đảm bảo độ chính xác theo yêu cầu.
Thử nghiệm mô phỏng: cho chơng trình chạy để lấy kết quả (các kết quả thờng có tính thống kê mang tính chất đánh giá theo xác suất). Kết quả có thể đợc biểu diễn dới dạng số liệu hoặc đồ thị. Cần lu ý rằng kết quả sẽ mang tính “đánh giá” chính xác nếu số bớc tính tăng lên đủ lớn.
(4) Sau khi cài đặt chơng trình, chạy thử xem mô hình có phản ánh đúng các đặc tính của đối tợng hay không. Nếu cần, phải sửa chữa các lỗi về lập trình. Sau khi chạy thử, nếu mô hình trên máy tính không đạt yêu cầu thì cần phải xây dựng lại
III.3.4 Ưu khuyết điểm của phơng pháp mô phỏng số
a. Ưu điểm:
- Có thể đánh giá các đặc tính của hệ thống làm việc trong các điều kiện dự kiến trớc.
- Có thể nghiên cứu trong một thời gian ngắn đối với hoạt động dài nh hệ thống kinh tế, hệ thống xã hội.
- Trong dạy học thì phơng pháp mô phỏng số có những u điểm chính sau: + Mô phỏng đợc những sự vật hiện tợng trong thực tế không thể quan sát + Phơng pháp mô phỏng số thích hợp với nhiều môn học nh điện, điện tử ...vì những môn học này ít trực quan bằng vật thật đợc.
+ Từ phơng pháp mô phỏng số ta sẽ xây dựng đợc một bài giảng hoàn chỉnh, sinh động lôi cuốn học sinh. Không những thế bài giảng này có thể nâng cấp, sửa chữa, phát triển dễ dàng.
+ Giáo viên đỡ tốn thời gian giảng, có điều kiện mở rộng bài học. Học sinh tiếp thu bài một cách nhanh chóng và chính xác.
b. Nhợc điểm
- Sản phẩm mô phỏng chỉ là các đánh giá không cho giá trị chính xác.
- Phơng pháp mô phỏng đòi hỏi công cụ mô phỏng đắt tiền.
- Phơng pháp mô phỏng đòi hỏi ngời giáo viên thiết kế không những phải có trình độ về s phạm mà họ còn phải có cả kiến thức về máy tính.
- Giáo viên thiết kế phải biết đợc nhiều ngôn ngữ mô phỏng, các phần mềm đồ họa tạo hoạt hình ... để có thể lựa chọn phần mềm nào, ngôn ngữ nào áp dụng cho đối tợng (sự vật, hiện tợng, bài giảng ...) một cách hợp lý nhất.