التصوير المرئي التفاعلي ثلاثي الأبعاد لنموذج بور الذري: تعزيز الأدوات التعليمية باستخدام WebGL وخوارزميات القوى الموجّهة
كلية الهندسة - معلوماتية - الجامعة الوطنية الخاصة
تقدم هذه الدراسة تطبيق ويب تفاعلي ثلاثي الأبعاد مُصمم لتصور البُنى الذرية وفقاً لنموذج بور، باستخدام مكتبة Three.js وتقنية WebGL. يهدف المشروع بشكل رئيسي إلى تعزيز الأدوات التعليمية في الفيزياء الذرية من خلال تقديم تمثيل تفاعلي للبنى الذرية يعمل في الوقت الحقيقي. تتيح هذا الأداة للمستخدمين استكشاف النماذج الذرية ديناميكيًا، مع عرض تفصيلي لمدارات الإلكترونات، والبنية النووية، وحركة الإلكترونات. بُني نظام التصور باستخدام مكتبة Three.js (المخصصة لتقديم الرسوميات ثلاثية الأبعاد بلغة JavaScript)، مع دمج خوارزميات التوجيه بالقوة Force-Directed لوضع البروتونات والنيوترونات داخل النواة بشكل واقعي. تُرصَد هذه الجسيمات باستخدام خوارزمية (Eades) الخاصة بالرسوم البيانية الموجهة بالقوة، والتي تحاكي القوى الفيزيائية لترتيب الجسيمات في تكوين ذي طاقة دنيا. أما مدارات الإلكترونات فتُولَّد باستخدام طرق التقسيم الفرعي الدائرية، مما يضمن تحرك الإلكترونات حول النواة في مستويات طاقة محددة، كما اقترح بور. يتضمن التطبيق أيضًا تحسينات للأداء وتفاعل المستخدم، حيث يحافظ على سلاسة الحركة عبر حساب (Delta Time) بين الدورات، حتى على الأجهزة ذات القدرات الحاسوبية المتفاوتة. يمكن للمستخدم التفاعل مع النموذج عن طريق ضبط زاوية الكاميرا للتقريب أو تدوير البنية الذرية، مما يعزز الفهم العميق للفيزياء الذرية. كما تُبرز الدراسة استخدام لغة TypeScript لتحسين قابلية الصيانة والسلامة النوعية أثناء التطوير. تم اختبار فاعلية الأداة مع طلاب الهندسة، وأثبتت نجاحها كوسيلة تعليمية. تشمل الخطوات المستقبلية توسيع النموذج لدمج مفاهيم ميكانيكا الكم، وإمكانية دمج تقنية الواقع المعزز لتجارب تعليمية أكثر عمقاً. في الختام، يسهم هذا البحث في مجال التعليم بمساعدة الحاسوب عبر تقديم أداة تفاعلية لتصور الذرات بشكل ثلاثي الأبعاد، مما يوفر طريقة جذابة وفعالة لفهم البنى الذرية وسلوكها، ويجعل المفاهيم العلمية المعقدة أكثر سهولة.
الباحثون المشاركون: