Этап 1. Организационный момент и постановка учебной проблемы
5 минут
Преподаватель: «Здравствуйте. Сегодня на практическом занятии мы переходим от изучения общей хронологии развития вычислительной техники к инженерному сравнительному анализу двух ключевых технологических эпох: чисто механических вычислителей и электромеханических цифровых машин на релейной основе. Наша цель — разобраться не только в том, как эти машины устроены, но и почему одна технология сменила другую, какие физические ограничения завели зубчатую механику в тупик и как реле подготовили появление первых компьютеров современности».
Действие обучающихся: Приветствуют преподавателя, занимают рабочие места, открывают рабочие материалы и электронный бланк практической работы.
Этап 2. Вводный инструктаж и актуализация опорных знаний
10 минут (сокращённо: 7 минут)
Преподаватель: «Вспомните ключевой закон суммирования: любое число представляется набором разрядов. Главная инженерная трудность многоразрядного сумматора — операция межразрядного переноса. Как решал её Паскаль в своей „Паскалине“? В ней использовался рычаг сотуара: колесо поворачивалось от 0 до 9, взводя латунный грузик, а при переходе на 0 грузик падал под силой тяжести и толкал колесо старшего разряда на одну позицию. А что происходило, когда нужно было прибавить 1 к числу 999 999?»
Студент (ожидаемый ответ): «Падающий рычажок должен был стронуть сразу все шесть шестерёнок старших разрядов, но силы гравитации одного грузика не хватало, чтобы преодолеть трение покоя, и механизм клинило».
Преподаватель: «Верно. Этот эффект суммирования механического сопротивления и трения стал непреодолимым барьером кинематики. Лейбниц добавил ступенчатый валик для умножения, Бэббидж спроектировал универсальную архитектуру с памятью и процессором, но построить её в XIX веке не удалось именно из-за трения, инерции и люфта тысяч шестерёнок. И только появление электромеханического реле позволило разделить управляющий сигнал и силовую работу».
Действие обучающихся: Фиксируют опорные тезисы в рабочих тетрадях / бланках, знакомятся с критериями оценки работы (4-балльная шкала: 2 балла за таблицу, 1 балл за объяснение, 1 балл за расчёт).
Этап 3. Демонстрация образца выполнения аналитического разбора
5 минут
Преподаватель: «Обратите внимание на Задание 1 практической работы. При анализе машины Паскаля в графе „Представление разряда“ недостаточно написать „десятичное“. Нужно указать физический механизм: „Десятичное колесо с 10 зубьями, поворот на фиксированный угол 36°“. В графе машины Бэббиджа: „Набор латунных дисков на вертикальном валу, 50 дисков на число“. А для электромеханических машин важно различать основание: Mark I работает в десятичной системе (релейные счётные колёса), а Z3 Цузе — в двоичной системе с плавающей запятой (состояние контактов реле 0 или 1). В графе „Перенос в старший разряд“ сопоставьте механический сотуар Паскаля и сквозной перенос Бэббиджа с релейной импульсной коммутацией цепей переноса».
Действие обучающихся: Изучают структуру формы, проверяют работу автосохранения и масштабирования текстовых полей при вводе данных.
Этап 4. Самостоятельная практическая работа обучающихся
40 минут (сокращённо: 30 минут)
Обучающиеся индивидуально заполняют все три блока заданий в интерактивной форме:
- Задание 1: Заполнение 5 параметров сравнительной таблицы для Паскалины, Аналитической машины Бэббиджа и комплекса Mark I / Z3.
- Задание 2: Аналитическое письменное обоснование причин перехода от механики к электромеханике (роль трения, инерции и безынерционной проводной коммутации).
- Задание 3: Расчёт суммарного времени выполнения 500 шагов астрономических вычислений на ручном арифмометре и релейном комплексе.
Деятельность преподавателя: Контролирует ход выполнения работы, оказывает индивидуальные консультации студентам, испытывающим затруднения при математическом расчёте времени операций, следит за регламентом.
Действие обучающихся: Самостоятельно формулируют технические выводы, производят расчёты, сохраняют результаты в браузере и готовят страницу к печати/экспорту в PDF.
Этап 5. Контроль, проверка результатов и разбор характерных ошибок
15 минут (сокращённо: 10 минут)
Преподаватель: «Давайте сверим расчётные показатели по кейсу быстродействия. Сколько времени потребовалось бы оператору с ручным арифмометром на 500 шагов вычислений?»
Студент: «Один шаг занимает 145 секунд, а на 500 шагов потребуется 72 500 секунд — это 20 часов 8 минут 20 секунд непрерывного ручного труда!»
Преподаватель: «Совершенно верно. А релейной машине Mark I с перфолентой?»
Студент: «Один шаг занимает 42.7 секунды, а на 500 шагов уйдёт 21 350 секунд — ровно 5 часов 55 минут 50 секунд автоматической работы. Ускорение примерно в 3.40 раза».
Преподаватель: «Главный вывод здесь не только в выигрыше во времени в 3.4 раза. Главное — ликвидация человеческого фактора: оператор не может крутить рукоятку 20 часов без ошибок в разрядах, тогда как релейная машина выполняла программу непрерывно по перфоленте».
Действие обучающихся: Сверяют свои логические выводы, вносят уточнения в аналитические пояснения, передают распечатанные бланки или файлы PDF преподавателю на проверку.
Этап 6. Подведение итогов, рефлексия и домашнее задание
5 минут (сокращённо: 3 минуты)
Преподаватель: «Сегодня мы доказали, что смена поколений вычислительных машин определяется законами физики и материаловедения: механика уступила электромеханике, когда скорость и надежность вычислений упёрлись в трение и массу шестерён. На следующей теме мы увидим, как само электромеханическое реле уступило место вакуумной электронной лампе. Домашнее задание носит резервный статус — выполняйте его только в случае пропуска занятия или индивидуального назначения преподавателем».
Действие обучающихся: Анализируют достижение цели занятия, фиксируют итоговую оценку, завершают сеанс работы на компьютерах.