Материал: Використання комп’ютерного моделювання в шкільному курсі фізики

3.3 Розробка структурно-смислової моделі формування знань з фізики в 10 класі

Відбір навчального матеріалу для електронного підручника, та побудова структурно-смислової моделі

У відповідності з робочою навчальною програмою дисципліни, вважається за доцільне вибрати таку основну навчальну літературу:

) Фізика. 10 клас. Академічний рівень. Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів (В. Г. Бар’яхтар, Ф. Я. Божинова);

) Физика. 10 класс. Учебник. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.

Два підручника мають ідентичні глави вивчання фізики

Після проведення дослідження порівняння представлених підручників, можна зробити висновок, що слова повторюються, і тому при роботі я їх буду використовувати у якості ключових слів. Занесемо їх у таблицю 3.1.

Таблиця 3.1. Аналіз ключових слів дослідження підручників.

Аналіз всіх ключових слів дозволив побудувати структурно-змістовну модель навчального матеріалу для курсу "Фізика" 10 клас (рис. 3.1, табл. 3.2).

Рис. 3.1 Структурно-змістовна модель навчального матеріалу для курсу "Фізика" 10 клас

Таблиця 3.2. Експлікація до рисунку 3.1.

РОЗДІЛ 4. КОМП’ЮТЕРНЕ АНІМАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРИ ВИКЛАДАННІ ШКІЛЬНОГО КУРСУ ФІЗИКИ

4.1 Застосування комп’ютерного анімаціонного моделювання для підвищення наочності уроку за допомогою графічного редактора Paint.Net

Для створення анімаційного роліку доцільно використати програмне забезпечення Paint.Net. Paint.net, який передбачався як заміна графічного редактора Microsoft Paint, що входить у комплект поставки Windows, перетворився у потужний і простий інструмент для роботи із зображеннями й фотографіями. На відміну від стандартного редактора paint, в paint.net є такі інструменти, як "волшебная палочка", "градиент <#"792186.files/image006.gif">

Виділяємо майбутні об'єкти, що рухаються, і створюємо їх на нових прошарках.

) Створення дублікатів картинки зі зміненою траєкторією польоту м'яча:

Зміна формули й і стрілок покажчиків сили.

)За допомогою команд Копіювати, Вставити - перетворюємо дублікати в прошарки:

Вибудовуємо зображння в потрібному для нас порядку.

) За допомогою функції Анімація, Створюємо кадри із прошарків:

5)Настроювання часу затримки кадрів

Виставляємо потрібний нам час затримки.

) Перетворення у формат gif і збереження на комп'ютері:

Вибираємо потрібні для нас параметри анімації:

Вибираємо місце збереження.

4.2 Розробка анімаціонної моделі засобами програми для створення й редагування анімаційних об’єктів Macromedia Flash

Обзор можливостей комп’ютерної анімації був би не повний без професійних засобів розробки анімаційних роликів. Тож, треба розробити комп'ютерну анімацію, для наочної демонстрації результату дії на предмет декількох векторів сил.

Для рішення поставленого завдання було вирішено створити анімацію обертання Місяця навколо Землі в спрощеному вигляді.

Відомо, що у дійсності Місяць обертається не навколо Землі, а навколо спільного центра маси його і Землі, що Земля теж обертається навколо цьго центра. При цьому орбіти центра Місяця і центра Землі являють собою еліпси, а не кола. Однак, у зв’язку з тим, що Земля має масу у 81 раз більшу за масу Місяця, можна приблизно вважати, що Місяць обертається навколо Землі по круговій орбіті з постійною за величиною лінійною швидкістю. Відомо також, що умовою рівномірного руху тіла по колу є доцентрова сила, роль якої для Місяця виконує сила всесвітнього тяжіння між Землею і Місяцем.

Таким чином, розроблювальна анімація задовольняє вимогам завдання, і крім наочності буде виконувати функцію мотивування, надаючи більший інтерес предмету вивчення.

Розробка анімації проводиться в програмі Macromedia Flash 8.0 на серії прошарків. Вибір даної програми обумовлений простотою обігу, зрозумілим інтерфейсом і високим рівнем функціональності, необхідним для рішення завдання.

Розроблювальна 2d-модель складається з наступних об'єктів:

Система "Земля-Місяць"

Умовні позначки й формули

Запускаємо програму й у привітальному меню вибираємо "Створити новий проект". Після цього з'явиться вікно, у якому вводимо необхідні передустановки:

Дозвіл 600х600

Кадрів у секунду 24

Кольори тла білий

Після цього переходимо безпосередньо до створення об'єктів.

Система «Земля-Місяць» складається з 3-х об'єктів:

Коло радіусом 30 пікс. залитий синіми кольорами, що імітує Землю

Коло радіусом 15 пікс. залитий сірими кольорами, що імітує Місяць

Коло білих кольорів без заливання 250 пікс., що поєднує в собі основні об'єкти.

Коло об'єднувач необхідний для того, що б при об'єднанні центр нового об'єкта збігався із центром «Землі»

Кола рисуються на полотні за допомогою інструмента малювання «Коло», але задаються різні параметри.

«Земля»:

Положення - х:270; у:270

Радіус - 30

Кольори контуру - немає

Кольори заливання - «Синій»

«Місяць»:

Положення - х:285; у:50

Радіус - 15

Кольори контуру - немає

Кольори заливання - «Сірий»

«Об'єднувач»:

Положення - х:50; у:50

Радіус - 250

Кольори контуру - Білий (що б зливався із тлом)

Кольори заливання - Немає

Після створення всіх об'єктів, виділяємо їхньою мишею, заходимо в меню Модифікація й вибираємо Об'єднати. У такий спосіб ми одержуємо необхідний нам об'єкт із центром у центрі полотна, що збігає із центром "Землі".

Досі все це ми робили на одному прошарку. Для створення умовних позначок і формул нам необхідний новий прошарок. Для його створення потрібно у вікні керування шарами нажати кнопку Створити новий прошарок

Вибираємо новий прошарок, кликнувши на його назві мишею й переходимо до створення умовних позначок.

Спочатку наносимо необхідні вектори. У панелі малювання вибираємо інструмент Лінія й малюємо два вектори сили всесвітнього тяжіння, прикладеної до Місяця і його швидкості, спрямованої по дотичній до траєкторії.

Трикутники, що утворять стрілки створюються за допомогою інструмента малювання Багатокутник. У настойках виставляється кількість кутів рівне 3-м, розмір установлювався довільно за допомогою миші. Розташування також установлювалося мишею.

Для створення покажчика відстані від Землі до Місяця рисуються три лінії: 2 винесення й 1 обозначитель. У властивостях всіх ліній установлюємо тип лінії Пунктирний.

Тепер створюємо текстові позначення за допомогою інструменту малювання Текст.

Для позначення векторів розмір тексту вибираємо 24 пт., а для формул 36 пт. Після написання всіх формул і позначень, поєднуємо їх в один об'єкт, як ми робили раніше.

Переходимо до створення анімації руху Місяця навколо Землі. Для цього в контекстному меню об’єкту "Земля-Місяць" вибираємо "Додати анімацію". У меню анімації вибираємо підміню "Поворот" і встановлюємо наступні параметри:

Кількість поворотів = 5

Напрямок повороту - проти часової стрілки

Створена основна анімація й тепер необхідно відредагувати тимчасову шкалу анімації.

Вибираємо прошарок з анімацією об'єкта «Земля-Місяць». Покажчиком миші розтягуємо тимчасову шкалу анімації на 240 кадрів (10 сек.) і всі тим же покажчиком зрушуємо її вперед, що б початок анімації перебувало на 120-ом кадрі.

Тепер вибираємо прошарок з позначеннями й у такий же спосіб розтягуємо тимчасову шкалу анімації на 120 кадрів. У даного прошарку немає анімаційних ефектів, тому анімаційна шкала вказує час у плині якого об'єкт буде видний. Таким чином, у глядача буде 5 секунд на початку анімації, що б прочитати формули перед початком руху об'єктів, після цього вони зникнуть.

Тому що анімація об'єкта «Земля-Місяць» починається з 120-го кадру, то до цього моменту він не буде видимим. Тому створюємо прошарок, на якому об'єкт "Земля-Місяць" буде дублюватися своєю копією без анімації протягом з 1-го по 120-й кадр.

Для цього потрібно перейти до прошарку з потрібним об'єктом, виділити й копіювати його, створити новий прошарок і вставити на нього скопійований об'єкт у координати х:50; у:50 (як в оригінального об'єкта). При цьому в копійованого об'єкта не буде анімації.

Для даного прошарку редагуємо тимчасову шкалу аналогічно тому, як ми це робили для прошарку умовних позначок. Тепер тимчасова шкала одержала наступний вигляд:

Зберігаємо анімацію через меню Файл-Експортувати, де вибираємо формат анімації *GIF.

В результаті була створена навчальна анімація, що демонструє рух Місяця навколо Землі. Дана анімація може бути використана як при вивченні "Фізики", так й в астрономії.

4.3 Розробка лабораторної роботи "Вимірювання прискорення вільного падіння"

Мета роботи: переконатися в рівноприскореному характері руху вільно падаючого тіла й визначити його прискорення й миттєву швидкість.

Устаткування: лінійка (можна намалювати на дошці), кульки, відеокамера (бажано високої якості).

Короткі відомості з теорії.

Відомо, що вектор  прискорення вільного падіння на поверхні Землі спрямовано майже до її центра, а його величина  дещо змінюється у залежності від кута широти точки виміру: від  на екваторі до  на полюсах. Як нормальне (стандартне) значення прискорення вільного падінняприйнято величину .

У кожній точці на поверхні Землі величина сили тяжіння, яка прикладена до тіла у його вільному падінні і дорівнює добутку його маси  на прискорення  вільного падіння , є сталою. Тому вільне падіння є рівноприскореним рухом, який у разі відсутності початкової швидкості описується формулами:

, ,

Звідки маємо:

 і ,

де  - миттєва швидкість тіла;  - час падіння;  - висота, з якої падає тіло.

Вказівки до роботи:

. Зробити відеозапис падіння стальної <../../../WINDOWS/Temp/Rar$DI00.937/Сталь_шар.avi> й тенісної <../../../WINDOWS/Temp/Rar$DI00.937/Теннис.avi> кульок. Перенести відеозапис у комп'ютер.

. Відкрити перший відеозапис безкоштовною програмою Windows Movie Maker (стандартна програма Windows XP не відкриває файл формату mp4).

.1. Скористайтеся кнопкою Імпорт відео.

.2. Перетягнете кліп на розкадрування, розташовану нижче.

2.3. Натисніть кнопку сфотографувати.

.4 Зберегти малюнок (за замовчуванням файл попадає в папку Мої малюнки).

.5. Перейти до наступного кадру.

.6 Зберегти в такий же спосіб інші кадри

По фотокадрам <../../../WINDOWS/Temp/Rar$DI00.937/Полет> скласти таблицю <../../../WINDOWS/Temp/Rar$DI00.937/Полет8102011.xls> у програмі Excel (потрібні знання з курсу інформатики 8-9 класів):

Таблиця в режимі відображення формул:

Значення часу 0,11 можна підібрати вручну, тому що ми не можемо зафіксувати момент початку польоту кульки.

2.7 Побудувати графіки <../../../WINDOWS/Temp/Rar$DI00.937/Полет8102011.xls> використовуючи Мастер диаграмм.

2.8 Додати лінію тренда на графіку швидкості.

Для цього потрібно встати покажчиком мишки на лінію графіка, нажати праву кнопку миші й вибрати Добавить линию тренда.

Обрати закладку Параметры й поставити флажки (три галочки), далі ОК.

Коефіцієнт рівняння лінії тренда і є прискорення вільного падіння, отриманого графічним способом.

. Виконати пункти 2.1 - 2.8 для тенісної кульки

сталь=9.7 м/с2теніс=9.3 м/с2

ВИСНОВКИ

У даній роботі проведено аналіз літературних джерел, наукових праць, статей з питання використання комп’ютерних моделей при викладанні фізики в середній школі.

На основі цього розглянуто психолого-педагогічні аспекти ефективного використання комп’ютерного моделювання при викладанні фізики. Дослідження шкільного курсу "Фізика" 10 класу на основі використання структурно-змістовного аналізу дозволило краще зрозуміти взаємозв’язки основних явищ, законів та теорій, що вивчаються в рамках цього курсу.

Застосування в навчальному процесі навчальних комп’ютерних моделей надасть змогу підвищити інтерес учнів до вивчаємого матеріалу, стимулювати розвиток пізнавальної активності і творчого мислення, сформувати в учнів уявлення про комп’ютер як ефективний засіб пізнання закономірностей і явищ світу.

Також розроблено комп’ютерні моделі фізичних явищ для застосування в навчальному процесі обраної теми.

Розроблено методичні рекомендації лабораторної роботи для вивчення теми "Вимірювання прискорення вільного падіння" із застосуванням розроблених комп’ютерних моделей в якості наочного матеріалу.

Використання розроблених демонстрацій сприятиме інтенсифікації навчального процесу, підвищенню зацікавленості учнів до вивчення фізики та урізноманітненню уроку, що сприятиме кращому засвоєнню знань з вивчаємого розділу. Вони допоможуть учням зрозуміти суть фізичних явищ і процесів, оволодіти способами і технікою вимірювань, а також дадуть їм можливість ознайомитися з практичним використанням фізичних закономірностей.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

фізика інформаційний шкільний

1. Галузевий стандарт вищої освіти. Освітньо-кваліфікаційний рівень - бакалавр. Напрям підготовки - 0701 Фізика. Освітньо-кваліфікаційна характеристика. Освітньо-професійна програма / Л.А. Булавін, Ю.В. Александров, В.М. Андронов, Г.П. Грищенко, В.П. Лебедєв та ін. - Міністерство освіти і науки України. Видання офіційне. - К. - 2004. - 99 с.

. Іваницький О. І. Теоретичні і методичні основи підготовки майбутнього вчителя фізики до впровадження інноваційних технологій навчання: Автореф. дис. На здобуття наук. ступеня д-ра пед. наук : 13.00.02 / О. І. Іваницький. - К., 2005. - 43 с.

. Савченко В.Ф., Коршак Е.В., Ляшенко О.І. Уроки фізики у 7-8 класах. - Київ: Перун. - 2002. - 320 с.

. Компетентнісний підхід у сучасній освіті: світовий досвід та українські перспективи : Бібліотека з освітньої політики / Під заг. ред. О. В. Овчарук. - К. : “К.І.С.”, 2004. - 112 с.

. Шевандрин Н.И. Психодиагностика, коррекция и развитие личности. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС. - 1998. - 512 с.

. Буров В.А. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. - М.: Просвещение. - 1979. - 147 - 179 с.

. Данилюк Р. Використання комп’ютерних моделей у шкільному курсі фізики // Фізика. - 2004. - Жовт. (№30). - с. 1-2.

. Роберт И.В. Распределенное изучение информационных и коммуникационных технологии в образовательных предметах // Информатика и образование. - М. - 2001. - №5.

9. Шилов В.Ф. Демонстрационный экеперимент по молекулярной физике и термодинамике. В сб.: Учебный экеперимент по молекулярной физике и теплоте. Библ. ж-ла «Физика в шк.». Вып. 6 / Ред.-сост. В.Ф. Гудкова. - М.: Школа-Пресс, 1995. - С. 4-17.

. Шилов В.Ф. Демонстрационный экеперимент по электродинамике. В сб.: Учебный экеперимент по злектродинамике. Библ. ж-ла «Физика в шк.». Вып. 7 / Ред.-сост. А.В. Чеботарёва. - М.: Школа-Пресс, 1996. - С. 4-27.

. Тищук В.І. Педагогічні основи розвитку навчального фізичного експерименту. В зб.: Оновлення змісту, форм та методів навчання фізики / Наукові записки РДПІ. Вип. 2. - Рівне: РДПІ, 1997. - с. 18-34.

12. Бігун М.І. Використання елементів комп’ютерного моделювання при вивченні фізики // Освіта. - 2003. - 23-30 липн. (№34). - с. 5.

13. Рамський Ю.С., Хазіна С.А. Комп’ютерне моделювання фізичного процесу у різних програмних середовищах / Ю.C. Рамський, С.А. Хазіна // Науковий часопис НПУ імені М.П. Драгоманова. Серія № 2. Комп’ютерно-орієнтовані системи навчання : зб. наукових праць / Редрада. - К. : НПУ імені М.П. Драгоманова, 2008. - № 6 (13). - С. 93-97.