Μοντελοποίηση –Προσομοίωση & Υπολογιστικές Επιστήμες: Μια πρώτη προσέγγιση

Σαράντος Ψυχάρης
Παιδαγωγικό Τμήμα Δημοτικής Εκπαίδευσης Πανεπιστημίου Αιγαίου

Η προσομοίωση αποτελείται από οντότητες που έχουν ιδιότητες και μεθόδους που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους κατά τη διάρκεια των διεργασιών κάτω από ορισμένες συνθήκες για να παραγάγουν γεγονότα τα οποία θα αλλάξουν την κατάσταση του συστήματος(
Claude Shannon)

Στο άρθρο αυτό προσδιορίζουμε τους όρους Υπολογιστική Επιστήμη και Υπολογιστικό Πείραμα. Στη συνέχεια αναλύουμε τις συνιστώσες ενός Υπολογιστικού πειράματος μέσω των τριών φάσεων: της μοντελοποίησης, της προσομοίωσης και της υπολογιστικής φάσης. Το άρθρο αυτό είναι τμήμα άρθρων του συγγραφέα και αποσκοπεί στην διαφοροποίηση και τον συνεκτικό προσδιορισμό όρων που συχνά χρησιμοποιούνται και θεωρούμε ότι θα πρέπει να οριοθετηθούν.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

How Casinosforusdt Explains USDT’s Growing Role in Canadian Online Gambling

The intersection of cryptocurrency and online gambling has evolved considerably over the past decade, but few developments have been as consequential as the widespread adoption of Tether (USDT) as a transactional currency in Canadian digital casinos. Unlike Bitcoin or Ethereum, which carry significant price volatility, USDT is a stablecoin pegged to the US dollar, meaning its value remains consistent regardless of broader crypto market conditions. This characteristic makes it particularly attractive to gamblers who want the speed and privacy benefits of cryptocurrency without the risk of their bankroll losing 20% of its value overnight. In Canada specifically, where the regulatory landscape for online gambling has been undergoing significant structural changes since 2021, USDT has found fertile ground. Understanding why requires looking at both the mechanics of the currency itself and the specific legal and financial circumstances that Canadian players navigate when accessing online gambling platforms.

The Canadian Regulatory Context and Why It Created Space for USDT

Canada’s gambling regulations have historically been managed at the provincial level, with each province maintaining authority over what gambling activities are permitted and how they are administered. For decades, this meant that only provincially operated online casinos — such as PlayNow in British Columbia and Manitoba, or OLG in Ontario — were technically legal options for Canadian residents. However, enforcement against offshore operators was largely absent, and millions of Canadians routinely used international platforms without legal consequence.

The most significant shift came in April 2022, when Ontario launched its regulated iGaming market under the Alcohol and Gaming Commission of Ontario (AGCO). This made Ontario the first Canadian province to open a competitive, regulated online gambling market where private operators could apply for licenses and legally serve Ontario residents. By mid-2023, over 70 operators had received approval to operate within the province. This development was important not just for Ontario but for the broader Canadian market, because it signaled that the era of purely offshore, unregulated play was giving way to a more structured environment — at least in the country’s most populous province.

Yet even within this new regulated environment, payment friction remained a real problem. Canadian banks have long been inconsistent in processing transactions to and from gambling sites. Some major financial institutions, including several of the Big Six banks, have policies that flag or outright block gambling-related transactions. This is not illegal — banks in Canada operate under their own terms of service — but it creates a practical barrier for players who want to deposit or withdraw funds. Credit card processors like Visa and Mastercard have similarly tightened their policies on gambling transactions following pressure from card networks at the international level.

This payment friction is precisely where USDT entered the picture. Because USDT transactions occur on blockchain networks — primarily Ethereum (ERC-20) and Tron (TRC-20) — they bypass traditional banking rails entirely. A player can convert Canadian dollars to USDT through a regulated Canadian cryptocurrency exchange such as Bitbuy or Newton, then transfer those funds to a casino wallet without any bank intermediary being involved. The transaction is fast, typically confirmed within minutes on the Tron network, and the fees are negligible compared to wire transfers or even some e-wallet services. For Canadian players who had grown frustrated with declined deposits or delayed withdrawals, this represented a genuine solution rather than a workaround.

How USDT Differs From Other Crypto Options in Gambling Contexts

It is worth being precise about what makes USDT distinct from other cryptocurrencies in the gambling context, because the distinction matters for how players actually use it. Bitcoin, despite being the most recognized cryptocurrency, has two characteristics that make it less than ideal for casino play. First, its price volatility means that funds held in a casino wallet can fluctuate substantially in value between deposit and withdrawal. A player who deposits 0.01 BTC when Bitcoin is trading at $60,000 USD is depositing $600, but if Bitcoin drops to $45,000 before they withdraw, their remaining balance is worth proportionally less even if they have not lost a single hand. Second, Bitcoin’s transaction confirmation times and fees, particularly during periods of network congestion, can make small deposits impractical.

Ethereum shares the volatility problem and has historically had even higher transaction fees during peak periods, though the shift to proof-of-stake in September 2022 has improved its efficiency. Other cryptocurrencies like Litecoin or Dogecoin, which some casinos accept, are faster and cheaper but are even more volatile and less widely held by the average Canadian who might be new to crypto.

USDT eliminates the volatility issue entirely. One USDT is always worth approximately one US dollar, because Tether Limited maintains reserves backing each token in circulation. This means a player can think about their casino balance in familiar dollar terms rather than having to mentally convert from crypto units. The psychological simplicity of this is not trivial — it reduces a significant cognitive barrier for players who are curious about crypto gambling but deterred by the complexity of tracking fluctuating values.

Resources that track the USDT casino space in Canada, such as https://casinosforusdt.com, where platform comparisons and payment method analyses are maintained, reflect this growing user interest in stablecoin-specific gambling options. The site’s focus on USDT rather than cryptocurrency broadly illustrates how the market has matured from a general “crypto casino” category into more specialized segments based on which digital assets players actually prefer to use.

There is also a regulatory dimension to this distinction. Canadian cryptocurrency exchanges that are registered as Money Services Businesses (MSBs) with FINTRAC — Canada’s financial intelligence unit — are required to conduct Know Your Customer (KYC) verification on their users. This means that when a Canadian player buys USDT on a compliant exchange, there is an identity trail attached to that purchase. The USDT itself, once transferred, moves pseudonymously on the blockchain, but the on-ramp is regulated. This is actually a meaningful consideration for players who are concerned about operating within a legitimate framework, because it means their crypto gambling activity is not occurring in a completely opaque environment from a regulatory standpoint.

The Mechanics of USDT Transactions in Online Casinos

Understanding how USDT transactions actually work in a casino context helps explain why adoption has accelerated among Canadian players who have made the initial effort to acquire the currency. The process typically begins with a player purchasing USDT on a Canadian exchange. As of 2023 and into 2024, several exchanges operating in Canada — including Coinbase, Kraken, and domestic platforms like NDAX — offer USDT trading pairs against the Canadian dollar. The purchase itself takes minutes, and the USDT is held in the player’s exchange wallet or, for more security-conscious users, transferred to a personal wallet such as MetaMask or Trust Wallet.

When a player is ready to deposit at a casino that accepts USDT, the casino generates a unique wallet address for that player’s account. The player initiates a transfer from their wallet to this address, specifying the amount in USDT. On the Tron network, which has become the preferred network for USDT casino transactions because of its near-zero fees and fast confirmation times (typically under a minute), the deposit appears in the player’s casino account almost immediately. This is a stark contrast to bank transfers, which can take one to three business days, or even e-wallet services like iDebit, which, while faster, are still subject to banking system limitations.

Withdrawals follow the same logic in reverse. A player requests a withdrawal to their personal USDT wallet address, and the casino processes this transfer, typically within 24 hours though many platforms complete crypto withdrawals within an hour. The player then holds USDT in their personal wallet and can either convert it back to Canadian dollars on an exchange or hold it as USDT for future use. The conversion back to CAD is subject to the exchange’s standard fees and any applicable reporting requirements, but the actual transfer from casino to personal wallet is fast and uninhibited by banking restrictions.

One nuance that Canadian players need to understand involves the Canada Revenue Agency’s treatment of cryptocurrency transactions. The CRA has been explicit since at least 2013 that cryptocurrency is treated as a commodity for tax purposes, not as currency. This means that converting USDT back to Canadian dollars is technically a disposition of property and may trigger capital gains or business income reporting requirements depending on the circumstances. However, because USDT is pegged to the US dollar, any gain or loss on the USDT itself relative to the Canadian dollar is a function of CAD/USD exchange rate movements rather than cryptocurrency speculation. In practice, this means the tax implications of holding USDT are relatively straightforward compared to holding volatile cryptocurrencies, though players with significant gambling activity would be well advised to maintain records and consult a tax professional familiar with cryptocurrency reporting.

Industry Trends and What Casinosforusdt Observes in the Canadian Market

The growth of USDT in Canadian online gambling is not occurring in isolation — it is part of a broader global trend toward stablecoin adoption in digital commerce. According to data from blockchain analytics firms including Chainalysis, stablecoin transaction volumes have grown substantially year over year since 2020, with USDT consistently maintaining the largest market share among stablecoins by transaction volume. In the gambling sector specifically, industry reports from organizations tracking the iGaming market have noted that crypto payment options are now standard features at offshore casinos catering to Canadian players, with USDT frequently listed alongside Bitcoin as a primary option.

Casinosforusdt, which focuses specifically on the Canadian USDT gambling market, has documented how operator behavior has shifted in response to player demand. Platforms that previously listed Bitcoin as their primary crypto option have increasingly added dedicated USDT deposit and withdrawal infrastructure, recognizing that stablecoin users represent a distinct segment with different needs and preferences. Some operators have gone further, offering USDT-denominated bonuses — promotional credits calculated and awarded in USDT rather than converted to fiat — which eliminates the exchange rate uncertainty that can make crypto bonuses confusing for players.

The network choice has also evolved in ways that reflect player feedback. Early USDT casino offerings often defaulted to the Ethereum network, which, while secure, could involve transaction fees of $10 to $30 or more during periods of high network activity. This was impractical for players making modest deposits of $50 to $200. The industry’s shift toward Tron network USDT (TRC-20) dramatically reduced this friction, with fees typically under $1 regardless of network conditions. Some casinos have also begun supporting USDT on the BNB Smart Chain and Polygon networks, offering players additional options with low fees and reasonable confirmation times.

From a platform perspective, the casinos that have seen the most USDT adoption among Canadian players tend to share several characteristics. They offer instant deposits and withdrawals without manual review delays for amounts under a certain threshold. They provide transparent fee disclosures — some casinos absorb network fees for USDT transactions as a competitive differentiator. And they offer customer support that is knowledgeable about crypto transactions, capable of helping players who encounter issues such as sending USDT on the wrong network, which can result in temporarily inaccessible funds until the platform manually recovers them.

The question of whether USDT gambling will eventually be integrated into Ontario’s regulated iGaming market — or whether it will remain primarily in the offshore space — is one that industry observers are watching carefully. The AGCO has not issued specific guidance on cryptocurrency payment methods as of early 2024, and the licensed operators in Ontario’s market have largely continued to rely on traditional payment methods to ensure compliance with existing financial regulations. However, as stablecoin regulation develops at the federal level in Canada — the Department of Finance has been consulting on digital asset frameworks — it is plausible that future regulatory updates could create a pathway for licensed operators to accept USDT under defined conditions. Several jurisdictions internationally, including Malta and Gibraltar, have already developed frameworks that permit licensed gambling operators to accept regulated stablecoins, which may serve as models for Canadian regulators.

The trajectory of USDT in Canadian online gambling reflects a broader pattern in which technological capability and user demand are outpacing regulatory frameworks, creating a period of practical adoption before formal legal clarity arrives. Canadian players who use USDT for gambling are not operating in a legal vacuum — they are using a regulated cryptocurrency acquired through compliant channels to access offshore gambling services that, outside of Ontario, exist in a long-standing gray area of Canadian law. The currency itself is simply a more efficient and stable tool for doing what Canadian online gamblers have been doing for years. As the regulatory environment continues to evolve and as stablecoin infrastructure matures, USDT’s role in this market is likely to deepen rather than diminish, making it an increasingly important subject for anyone seeking to understand the current state of digital gambling in Canada.

Η θεωρία της Πληροφορίας βασίζεται στην θεωρία των πιθανοτήτων και τη στατιστική. Οι βασικές έννοιες στη θεωρία της Πληροφορίας είναι η εντροπία, η πληροφορία σε μια τυχαία μεταβλητή και η αμοιβαία πληροφορία ανάμεσα σε δυο τυχαίες μεταβλητές.
Η εξέλιξη των Υπολογιστών στηρίχθηκε στη Φυσική ενώ οι κβαντικοί υπολογιστές στηρίζονται σε δυο επιστήμες: την επιστήμη της πληροφορίας και την κβαντική φυσική.
Η κυματοσυνάρτηση μπορεί να γραφεί ως υπέρθεση ιδιοσυναρτήσεων ενός φυσικού μεγέθους και μεταφέρει τη πληροφορία για τη κατάσταση ενός συστήματος. Η χρονική της εξέλιξη περιγράφεται μέσω τελεστών και δείχνει την εξέλιξη της πληροφορίας που έχουμε για ένα σύστημα. Η γλώσσα της κβαντικής φυσικής μοιάζει πολύ με τη γλώσσα της πληροφορίας: η κβαντική κυματοσυνάρτηση ορίζεται ως μια μαθηματική οντότητα η οποία εκφράζει όλες τις ιδιότητες ενός δεδομένου φυσικού συστήματος, άρα είναι μια ποσότητα πληροφορίας. Οι φυσικές διαδικασίες την αναγκάζουν να μεταβάλλεται, και έτσι αν σχεδιάσουμε κατάλληλες διαδικασίες, τότε η εξέλιξη της κυματοσυνάρτησης θα είναι μια μορφή επεξεργασίας πληροφοριών την οποία μπορούμε να ελέγξουμε. Ειδικότερα η κβαντική θεωρία πληροφορίας είναι το ερευνητικό πεδίο που διαπραγματεύεται θέματα όπως η κβαντική κρυπτογραφία και οι κβαντικοί υπολογιστές.
Η θεωρία της πληροφορίας συνδέεται άμεσα με την εντροπία ενός συστήματος. Το 1948 ο Shannοn(Shannon1949) δημοσίευσε την εργασία του, με τίτλο «Η μαθηματική θεωρία της πληροφορίας» και θεμελίωσε τη Θεωρία της Πληροφορίας. Στη θεωρία του Shannon η εντροπία η εντροπία της πληροφορίας ορίζεται ως το μέτρο της αβεβαιότητας που σχετίζεται με μια τυχαία μεταβλητή και ποσοτικοποιεί τη πληροφορία που περιέχεται σε ένα μήνυμα με τη μορφή bits/σύμβολο. Έστω Χ μια τυχαία μεταβλητή η οποία μπορεί να παίρνει τις τιμές {x1…xn} και p(xi) η συνάρτηση κατανομής πιθανότητας της μεταβλητής. Η εντροπία Η ( ή η εντροπία μια πηγής με Μ σύμβολα ή η μέση ανά σύμβολο πληροφορία μιας ακολουθίας συμβόλων) ορίζεται από τη σχέση .

Η εξίσωση του Shannοn για την εντροπία της πληροφορίας είναι σχεδόν ίδια με την εξίσωση του BοΙtzmann (S=klnP) για την εντροπία όπως διατυπώνεται στο δεύτερο Θερμοδυναμικό νόμο. Η εντροπία μετράει το βαθμό αταξίας και αυξάνει με την πιθανότητα ενώ η πληροφορία ουσιαστικά μετράει το βαθμό της τάξης μέσα στη δομή του μηνύματος και ελαττώνεται με την πιθανότητα. Από τα παραπάνω προκύπτει η σχέση της πιθανότητας (που συνδέεται με τη μέθοδο Monte Carlo) και της Πληροφορίας. Συνοψίζοντας τα παραπάνω προκύπτει ότι η Πληροφορία είναι συνυφασμένη με την έννοια της πιθανότητας αλλά και τον αριθμό των μικροκαταστάσεων ενός συστήματος. Οι Υπολογιστικές Επιστήμες(Computational Sciences) μετράνε τη πληροφορία ενός συστήματος, δηλαδή των αριθμό των μικρο/μακρο καταστάσεων και χρησιμοποιούν –μεταξύ άλλων-την έννοια της πυκνότητα πιθανότητας για τους υπολογισμούς τιμών μεγεθών.
Μια από τις βασικές συνιστώσες αυτού του επιστημονικού πεδίου είναι ο μετασχηματισμός ενός φυσικού φαινομένου ( η Υπολογιστική Φυσική ήταν από τις πρώτες Υπολογιστικές Επιστήμες) από το επίπεδο της αφαίρεσης στο επίπεδο των εννοιολογικού μοντέλου και στη συνέχεια στο μετασχηματισμό σε ένα υπολογιστικό μοντέλο το οποίο θα κριθεί για την αξιοπιστία ,την αποτίμηση και την επαλήθευσή του. Τα παραπάνω οδήγησαν στην έννοια του υπολογιστικού πειράματος όπου το μοντέλο και ο υπολογιστής παίρνουν τη θέση του «κλασικού» πειράματος και όπου η προσομοίωση αντικαθιστά το πείραμα (Koonin & Meredith 1990, Gibbs 1994).

ΤΟ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑ –ΦΑΣΕΙΣ ΤΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ

Με τον όρο Υπολογιστική προσέγγιση στις Επιστήμες εννοούμε την προσέγγιση που θεωρεί τα πειράματα με υπολογιστή ως βασικό εργαλείο της Εκπαίδευσης και όχι μόνο της Διδακτικής σε όλα τα επίπεδα της εκπαίδευσης(Hjorth-Jensen, 2007). Τα «υπολογιστικά πειράματα» είναι βασικό συστατικό στις επιστήμες με αποτέλεσμα σήμερα η επιστήμη να θεωρείται ότι συνίσταται από τρεις άξονες: το πείραμα, την αριθμητική μοντελοποίηση –υπολογιστικά πειράματα και τη θεωρία ενώ θεμελιώδης συνιστώσα στα υπολογιστικά πειράματα είναι ο προγραμματισμός και η κατασκευή αλγορίθμου. Ένα βασικό θέμα στην εκπαίδευση και τη διδακτική είναι επίσης η επίλυση προβλημάτων και οι γνωστικές λειτουργίες που πραγματοποιούνται κατά τη διάρκεια της επίλυσης ενώ η αλγοριθμική σκέψη αποτελεί μια από τις βασικές γνωστικές διαδικασίες. Η δημιουργία αλγορίθμων προέρχεται κυρίως από την ανάγκη επίλυσης προβλημάτων που περιλαμβάνουν Μαθηματικές σχέσεις μεταξύ των μεταβλητών και των παραμέτρων Ο αλγόριθμος θα πρέπει να περιλαμβάνει αρχικές συνθήκες του συστήματος, συνοριακές συνθήκες, τους νόμους που διέπουν την εξέλιξη του συστήματος και ότι άλλο «συνδέσμους» συνδέουν τις παραμέτρους και μεταβλητές του συστήματος. Στη συνέχεια –συνήθως –το σύστημα περιγράφεται από συζευγμένες διαφορικές εξισώσεις και επιλύεται αριθμητικά και υπολογιστικά.
Τα παραπάνω συνοψίζονται στην παρακάτω λογική ακολουθία Landau(2008) για τον τρόπο εργασίας στην Υπολογιστική Φυσική, η οποία θεωρείται και ο πυρήνας της Υπολογιστικής Επιστήμης:
Πρόβλημα ↔ θεωρία ↔ μοντέλο ↔ μέθοδος-προσομοίωση-↔ υλοποίηση(με γλώσσες προγραμματισμού-η λογισμικά ↔ αξιολόγηση( συγκρίνοντας με πραγματικά δεδομένα)


Εικόνα 1 : Το παράδειγμα επίλυσης προβλήματος στην Υπολογιστική Φυσική

Σύμφωνα με τη προσέγγιση του Landau, η μέθοδος που ακολουθείται στην Υπολογιστική Φυσική ξεκινά με την υιοθέτηση μιας θεωρίας και στη συνέχεια την εφαρμογή ενός μοντέλου σε αντιστοιχία με τη θεωρία αυτή.
Σύμφωνα με τη τυπολογία των μοντέλων, η υιοθέτηση ενός μοντέλου υπάρχει ακόμα και όταν δεν υπάρχει θεωρία και ίσως αυτή η κατάσταση να είναι αυτή που «γεννά» περισσότερη Φυσική. Στη συνέχεια ακολουθεί η χρήση τεχνικών προσομοίωσης-όπως περιγράφονται σε άλλα άρθρα του συγγραφέα-και η χρήση τεχνικών αριθμητικής ανάλυσης για να καταλήξουμε στην υπολογιστική φάση όπου χρησιμοποιείται κώδικας σε γλώσσα προγραμματισμού εφαρμογές λογισμικών(ή και τα δυο ορισμένες φορές).
Η διαδικασία δημιουργίας ενός υπολογιστικού πειράματος αποτελείται από τρεις φάσεις:
Η πρώτη φάση είναι η φάση της μοντελοποίησης, η δεύτερη φάση είναι η φάση της προσομοίωσης και η τρίτη φάση είναι η «υπολογιστική φάση».
Η φάση της μοντελοποίησης αφορά τη δημιουργία ενός αφηρημένου μοντέλου για το σύστημα που θα μελετηθεί. Οι ερευνητικές προσπάθειες στο πεδίο αυτό προτείνουν τη χρήση «δομημένων αλληλεπιδραστικών μεθόδων μοντελοποίησης» (Doerr 1996, Schecker,1998,2005) , τη χρήση «γραφήματος μέσω συνδέσεων» (bond graph) με χρήση αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού (Cellier 1992). Για πιο ρεαλιστικά προβλήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν υπολογιστικά πειράματα με γλώσσα προγραμματισμού.
Η φάση της προσομοίωσης. Στη φάση αυτή αναφερόμαστε στις μαθηματικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τη λύση του προβλήματος. Οι προσομοιώσεις χρησιμοποιούν το χρόνο σε τρεις διαφορετικές προσεγγίσεις προσομοίωσης(διακριτού χρόνου, συνεχούς χρόνου, επόμενου γεγονότος). Σύμφωνα με τους (Garzia & Garzia, 1990) υπάρχουν τρία κριτήρια για την απόφαση αν το μοντέλο της προσομοίωσης είναι ακριβής αναπαράσταση του φυσικού κόσμου. Το πρώτο αφορά την επαλήθευση( verification) του μοντέλου, δηλαδή την εξασφάλιση ότι είμαστε βέβαιοι ότι η υπολογιστική προσομοίωση δρα-αντιστοιχεί όπως είχαμε σχεδιάσει σχετικά με το νοητικό μοντέλο. Στο βήμα αυτό τα ερωτήματα είναι: υλοποιείται σωστά το μοντέλο στον υπολογιστή(με τη γλώσσα προγραμματισμού); Οι παράμετροι εισόδου και η λογική δομή του μοντέλου αντιπροσωπεύονται σωστά στο μοντέλο στον υπολογιστή; Οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται είναι η τμηματοποιημένη ανάπτυξη του κώδικα, το τρέξιμο του μοντέλου κάτω από διαφορετικές συνθήκες με γνωστή συμπεριφορά και διαφορετικές παραμέτρους εισόδου . Το επόμενο βήμα είναι η αποτίμηση (validation) , δηλαδή η εξέταση αν το εννοιολογικό μοντέλο ανταποκρίνεται στο πραγματικό σύστημα. Η αποτίμηση συνήθως επιτυγχάνεται με τη ρύθμιση του μοντέλου , δηλαδή με την επαναληπτική διαδικασία σύγκρισης του μοντέλου με την πραγματική συμπεριφορά του συστήματος και την ανεύρεση διαφορών ανάμεσα στο μοντέλο και το πραγματικό σύστημα. Η σύγκριση μπορεί να γίνει με την ανάλυση της συνάρτησης κατανομής μεγεθών του φυσικού συστήματος και της συνάρτησης κατανομής των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. Το τελικό βήμα αφορά την αξιοπιστία (credibility) του μοντέλου , δηλαδή τη βεβαιότητα ότι το μοντέλο της προσομοίωσης δίνει αποτελέσματα με ακρίβεια τα οποία μπορούν να είναι και χρήσιμα σε επεκτάσεις του μοντέλου.

 

Εικόνα: σχέση φυσικού συστήματος, εννοιολογικού μοντέλου και υπολογιστικού μοντέλου

 Η διδακτική προβολή αυτών των κριτηρίων( αφού όμως εξασφαλισθούν τα παραπάνω κριτήρια-κάτι που συνήθως δεν αναφέρεται σε εφαρμογές των ΤΠΕ) είναι τα εξής κριτήρια: 1. η λειτουργική αξιοπιστία 2. η εννοιολογική αξιοπιστία και 3. τα εσωτερικά χαρακτηριστικά του μοντέλου της προσομοίωσης(Ψυχάρης,2008)

Η λειτουργική αξιοπιστία αφορά την εσωτερική αντιστοιχία της δομής του μοντέλου που προσομοιώθηκε και την εσωτερική δομή της θεματικής ενότητας στην οποία αντιστοιχεί το μοντέλο της προσομοίωσης.
Η εννοιολογική αξιοπιστία αφορά τον τρόπο που αυτή η αναπαράσταση παρουσιάζεται στο χρήστη ή δημιουργείται από το χρήστη και το τρόπο διαχείρισης των αντικειμένων της προσομοίωσης από το χρήστη σύμφωνα με τον τρόπο που απαιτεί η θεματική ενότητα.
Τέλος τα εσωτερικά χαρακτηριστικά του μοντέλου προσομοίωσης αναφέρονται στα χαρακτηριστικά και τη δομή των μεταβλητών, τις μαθηματικές σχέσεις μεταξύ των ιδιοτήτων των οντοτήτων του συστήματος, τη φύση των μεταβλητών της προσομοίωσης και τη φύση της σχέσης μεταξύ των μεταβλητών. . Τα εσωτερικά χαρακτηριστικά του μοντέλου είναι σημαντικά για την διδακτική. Η χρήση και διαχείριση παραμέτρων από τον εκπαιδευόμενο, η δυνατότητα μεταβολών των τιμών των μεταβλητών, η αναγκαιότητα χρήσης όλων των μεταβλητών για την περιγραφή του συστήματος, η «απόσταση» των πραγματικών τιμών και των τιμών της προσομοίωσης, η χρήση ή όχι όλων των ανεξάρτητων μεταβλητών κλπ. αποτελούν βασικά χαρακτηριστικά της προσομοίωσης και μελετώνται από τη διδακτική των Επιστημών. Παρόλα αυτά αυτό που συνήθως απουσιάζει από τα άρθρα σχετικά με τα εσωτερικά χαρακτηριστικά του μοντέλου είναι η αλγοριθμική σκέψη, δηλαδή το σύνολο των οδηγιών για τη λύση του προβλήματος.
Η αιτιολόγηση της χρήσης της αξιοπιστίας ως δείκτη για την προσομοίωση προέρχεται από το γεγονός ότι η υψηλής αξιοπιστίας προσομοίωση βοηθά την απόκτηση γνώσης όταν οι διαφορές ανάμεσα στο πραγματικό και το προσομοιωμένο σύστημα είναι πολύ μικρές (De Hoog, De Jong, & De Vries, 1991). Οι διαφορές αυτές-τουλάχιστον σε εμένα- είναι αδύνατον να γίνουν αντιληπτές από τον εκπαιδευόμενο, όταν δεν υπάρχει ο αλγόριθμος και η υπολογιστική φάση σε ένα υπολογιστικό πείραμα, γιατί είναι αδύνατον να γίνει αντιληπτό πως δημιουργούνται αυτές οι διαφορές(εξάλλου ας μη μας διαφεύγει ότι με τη χρήση των λογισμικών δεν υπάρχει η έννοια του σφάλματος).
Τα παραπάνω κριτήρια θα πρέπει να περιλαμβάνονται σε κάθε εφαρμογή των ΤΠΕ στην εκπαίδευση και αφορούν την αξιολόγηση της επιστημονικής διαδικασίας σύμφωνα με το μοντέλο του Landau(2008) που αναφέραμε σε προηγούμενη ενότητα.

Εικόνα :Από τα κριτήρια της προσομοίωσης στη διδακτική προβολή τους
Η υπολογιστική φάση. Η φάση αυτή αναφέρεται στην υλοποίηση αλγορίθμων και αριθμητικών τεχνικών και στη συνέχεια στη συγγραφή κώδικα σε κάποια γλώσσα για την επίλυση και «οπτικοποίηση» της προσομοίωσης(άρα εκτός των άλλων και στην διδακτική της αξία). Ειδικότερα για την Υπολογιστική Φυσική (ΥΦ), στο βιβλίο του «Computational Physics – An Introduction» (Kluwer Academic Plenum Publishers, New York-London 1993 και 2000) ο Franz Vesely αναφέρει: το θεμελιώδες σημείο στην Υπολογιστική Φυσική είναι η συστηματική εφαρμογή αριθμητικών τεχνικών μαζί με αναλυτικές μεθόδους και αλγορίθμους ώστε να καταστεί δυνατή η εφαρμογή υπολογιστικών τεχνικών σε ένα μεγάλο μέρος της φυσικής πραγματικότητας. Αυτή η μεθοδολογία επεκτάθηκε σε πολλές επιστήμες που χαρακτηρίζονται από τον όρο «Υπολογιστική» αλλά ειδικά η Υπολογιστική Φυσική «πάτησε τη σκανδάλη» για την ανάπτυξη ενός ολόκληρου επιστημονικού πεδίου με τους δικούς του στόχους , προβλήματα και ερευνητικά αποτελέσματα. Ο επιστημονικός κλάδος με την ονομασία «Υπολογιστική Φυσική» θεωρείται ότι περιέχει και περιέχεται στην «επιστήμη των υπολογιστών» (Σημαντικό είναι να διαχωρίσουμε τους όρους Computational Science και Computer Science). Σύμφωνα με τους πολλούς συγγραφείς(π.χ. Landau,2008) η Υπολογιστική Φυσική(ΥΦ) είναι ένα διεπιστημονικό πεδίο που συνδυάζει τα πεδία της φυσικής, των μαθηματικών και της επιστήμης των υπολογιστών(βλέπε εικόνα) με σκοπό την επίλυση πραγματικών προβλημάτων αλλά είναι κάτι περισσότερο από την τομή της φυσικής, της επιστήμης των υπολογιστών και των μαθηματικών αφού μπορεί να δρα και ως γέφυρα μεταξύ αυτών των επιστημών αφού περιέχει και δικά της υπολογιστικά εργαλεία και μεθόδους που μπορούν να στηρίξουν αυτές τις επιστήμες.
Επίσης σύμφωνα με τους συγγραφείς η ΥΦ(CP) θεωρείται από την επιστημονική κοινότητα ως κυρίαρχο μέλος των επιστημών και οι επιστήμονες που ασχολούνται με αυτήν είναι εκτός από τους Φυσικούς και όσοι ασχολούνται με την επιστήμη των υπολογιστών. Η ΥΦ ως επιστήμη που ασχολείται με εφαρμογές στην εκπαίδευση ακολουθεί την διαδικασία:Πρόβλημα↔Θεωρία↔ Μοντέλο ↔ Μέθοδος↔ Υλοποίηση ↔ Αξιολόγηση.

 

 

Εικόνα: η σχέση της Υπολογιστικής Φυσικής με την επιστήμη των υπολογιστών και τα γνωστικά αντικείμενα της Φυσικής και των Μαθηματικών

Στη σύγχρονη έρευνα υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για τον τρόπο που μπορεί να διδάσκεται η Φυσική ενσωματώνοντας το υπολογιστικό πείραμα στο αναλυτικό πρόγραμμα. Αρκετοί εκπαιδευτικοί της Φυσικής θεωρούν ότι η χρήση υπολογιστικών πειραμάτων είναι ανάλογη με τη χρήση μαθηματικών εργαλείων που χρησιμοποιούνται στη Φυσική ενώ χρησιμοποιούν και ως βασικό επιχείρημα ότι η δημιουργία υπολογιστικού πειράματος επιτρέπει τη θεώρηση πιο ρεαλιστικών προβλημάτων και η ενασχόληση με τέτοια προβλήματα οδηγεί σε μεγαλύτερη κατανόηση των φαινομένων. (Tobochnik & Gould 2007, Spencer 2005,Tobochnik 2001 , Redish & Wilson 1993) .

ΣΥΖΗΤΗΣΗ Οι προυποθέσεις χρήσης του υπολογιστικού πειράματος ξεκινούν από την αποσαφήνιση για το είδος του μοντέλου που τα εφαρμοσθεί-σχεδιασθεί( σύμφωνα με γνωστές τυπολογίες) ,στη συνέχεια περνούν στην εφαρμογή τεχνικών προσομοίωσης(συνεχής, διακριτού χρόνου-συμβάντων) και τέλος στη μορφή της υπολογιστικής φάσης(λογισμικό ή κώδικας-αλγόριθμος).
Για να μπορέσει το εκφραστικό μοντέλο να λειτουργήσει ως εργαλείο για τη Διδακτική π.χ. για την εννοιολογική αλλαγή, θεωρούμε ότι δεν αρκεί να χρησιμοποιείται μόνο μέσα σε υπολογιστικά περιβάλλοντα με δημιουργία απλών μοντέλων στα οποία λείπουν τα κριτήρια της επαλήθευσης , της αξιοπιστίας και της εγκυρότητας, αλλά να περιέχει α) την απόφαση για τη τυπολογία του μοντέλου, β) τη τεχνική προσομοίωσης και γ) την υπολογιστική φάση και δ) τεχνικές για την αξιολόγηση της συμπεριφοράς των εκπαιδευόμενων κατά τη διαδικασία της λύσης ενός προβλήματος ή κατά τη δημιουργία του μοντέλου της προσομοίωσης.

Επίσης θα πρέπει να οριοθετηθούν οι όροι μοντελοποίηση και προσομοίωση.
Συχνά οι δυο αυτοί όροι εναλλάσσονται και υποδηλώνουν ο ένας τον άλλον. Επίσης σε κείμενα αναφέρεται ότι «θα ασχοληθούμε με ένα μοντέλο..» αλλά δεν περιγράφεται το είδος του μοντέλου(και προφανώς και της προσομοίωσης που αντιστοιχεί στο μοντέλο). Αν και στη βιβλιογραφία υπάρχουν ορισμένα άρθρα που επιχειρούν να περιγράψουν μια προσομοίωση αναφέροντας π.χ. ότι η προσομοίωση αντιστοιχεί π.χ. σε ένα φαινομενολογικό μοντέλο, τα άρθρα αυτά είναι περιορισμένα και συνήθως αποφεύγεται η τυπολογία του μοντέλου της προσομοίωσης καθώς και ο τύπος και η μεθοδολογία της προσομοίωσης (Andrei κ.α. 2007).
Επίσης, συνυφασμένα με τα παραπάνω, είναι και:
Η άποψη ότι η μοντελοποίηση (ή η προσομοίωση όταν οι δυο έννοιες δεν οριοθετούνται σωστά και ταυτίζονται) ως έννοια θα πρέπει να διαφοροποιείται ως προς τη χρήση της στη διδακτική και στην έρευνα. Αυτό είναι μια εσφαλμένη άποψη γιατί υπάρχουν πολλές ομοιότητες ανάμεσα στη μοντελοποίηση ως γνωστική διαδικασία (ως εργαλείο για να «μάθει» κανείς Φυσική) και στη μοντελοποίηση ως δραστηριότητα στην έρευνα της Φυσικής . Ακόμα και αν δεχθούμε ότι είναι εν μέρει σωστή στην Πρωτοβάθμια και τη Δευτεροβάθμια εκπαίδευση(όπου ακραία μπορούμε να πούμε ότι δεν γίνεται έρευνα) είναι σαν να ισχυριζόμαστε ότι κατά την έρευνα δεν πραγματοποιούνται γνωστικές διαδικασίες! (Angell κ.α 2008). Μάλιστα σύμφωνα με τον Landau(2008) η μοντελοποίηση περιλαμβάνεται στο σύνολο των ενεργειών για τη λύση προβλημάτων (όπου απαιτείται και η γνωστική διαδικασία) . Με την υιοθέτηση της διδακτικής χρήσης των ΤΠΕ στην εκπαίδευση, αποφεύγεται η συζήτηση για θέματα όπως η επαλήθευση, η αξιοπιστία κ.λ.π του μοντέλου, τα οποία όμως συνδέονται άμεσα με γνωστικές διαδικασίες. Για παράδειγμα η επαλήθευση( verification) του μοντέλου, δηλαδή η εξασφάλιση ότι είμαστε βέβαιοι ότι η προσομοίωση δρα-αντιστοιχεί όπως είχαμε σχεδιάσει σχετικά με το εννοιολογικό ή το νοητικό μοντέλο δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο με τη χρήση έτοιμων λογισμικών, καθώς μάλιστα σε αυτά η προσομοίωση δεν σχεδιάζεται ούτε υλοποιείται από το χρήστη. Επίσης στα έτοιμα λογισμικά η αξιοπιστία (credibility) του μοντέλου , δηλαδή η βεβαιότητα ότι το μοντέλο της προσομοίωσης δίνει αποτελέσματα με ακρίβεια τα οποία μπορούν να είναι και χρήσιμα σε επεκτάσεις του μοντέλου, δεν μπορεί να μελετηθεί ούτε και να αξιολογηθεί καθώς τα περισσότερα από αυτά είναι έτσι σχεδιασμένα ώστε να δίνουν τα αποτελέσματα που αναμένονται. Τέλος η χρήση –συνήθως- των «ΤΠΕ στην Εκπαίδευση» υπονοεί ότι το μοντέλο είναι ένα και μοναδικό και αντιστοιχεί σε μια θεωρία η οποία δεν αμφισβητείται. Στη περίπτωση αυτή αφήνεται να εννοηθεί ότι υπάρχει πάντα μια σωστή θεωρία και το μοντέλο επιχειρεί να την «αναπαραστήσει» ενώ γνωρίζουμε ότι ακόμα και αν η θεωρία είναι τέλεια και πλήρης το μοντέλο θα πρέπει να κάνει «συμβιβασμούς». Ειδικότερα δεν αναφέρεται ότι υπάρχουν περιπτώσεις όπου δεν υπάρχει θεωρία και το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δημιουργηθεί θεωρία. Ο κίνδυνος από τη προηγούμενη προσέγγιση είναι ότι αποφεύγεται η συζήτηση για το γνωστικό αντικείμενο και ειδικά για τις Φυσικές Επιστήμες ως να θεωρείται δεδομένη η επιστημονική γνώση και απλά θα πρέπει να αναπαραχθεί (sic!).