Разработка моделей несимметричных режимов трехпроводной трехфазной системы средствами Mathcad для внеурочных занятий по физике учеников старших классов
Введение 3
Глава 1. Применение компьютерного моделирования при обучении
физике школьников старших классов 6
1.1. Понятие “компьютерное моделирование” 6
1.2. Особенности компьютерного моделирования в физике 9
Выводы по первой главе 21
Глава 2. Факультативные занятия по физике на тему «Несимметрич¬ные режимы трехфазной системы» 22
2.1. Факультатив как форма внеурочной деятельности школьников 22
2.2. План факультативных занятий и разработка компьютерных
моделей Mathcad для изучения несимметричных режимов
трехфазной системы 31
2.3. Методические материалы факультативных занятий 32
Выводы по второй главе 53
Заключение 54
Библиографический список 56
Приложение 1. Физические основы трехфазных систем переменного
тока 61
Приложение 2. Схемы соединения трехфазных систем 66
Приложение 3. Метод симметричных составляющих 71
Теоретический анализ современной системы подготовки учащихся общеобразовательных школ к жизни в современном информационном обществе показал, что большая роль отводится использованию современных информационных технологий в учебном процессе.
Использование компьютера на уроках оправдано, прежде всего, в тех случаях, в которых он обеспечивает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является использование компьютерных моделей в учебном процессе. Следует отметить, что под компьютерными моделями мы понимаем компьютерные программы, которые позволяют имитировать физические явления, эксперименты или идеализированные ситуации, встречающиеся в задачах.
Работа учащихся с компьютерными моделями чрезвычайно полезна, так как компьютерные модели позволяют в широких пределах изменять начальные условия физических экспериментов, что дает возможность учащимся выполнять многочисленные виртуальные опыты. Такая интерактивность открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом экспериментов наблюдать построение соответствующих графических зависимостей, что повышает их наглядность.
Трехфазная цепь - это совокупность трех однофазных цепей, в которых действуют синусоидальные э.д.с. одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазе на один и тот же угол. Передача электроэнергии на дальние расстояния по трехфазным цепям более выгодна, чем передача энергии по однофазным цепям, кроме того, трехфазные синхронные генераторы и двигатели, трехфазные асинхронные двигатели и трансформаторы более просты в производстве, экономичны и надежны в эксплуатации. В трехфазных системах достаточно просто получить вращающееся магнитное поле, воздействие которого на проводники с током положено в основу принципа работы асинхронных и синхронных электродвигателей.
Актуальность данной работы связана с необходимостью разработки внеурочных занятий по физике в старших классах с использованием компьютерных моделей для более наглядного представления изучаемых процессов и явлений, в том числе для изучения электромагнитных процессов в трехфазных цепях теми учащимися, кто планирует в дальнейшем обучаться профессии инженера.
Объектом исследования является процесс обучения физике в общеобразовательной школе.
Предмет исследования - компьютерные модели трехпроводной трехфазной системы для использования на внеурочных занятиях по физике школьников старших классов.
Цель работы: подбор и разработка компьютерных моделей для использования на внеурочных занятиях по физике в старших классах при
изучении несимметричных режимов трехпроводной трехфазной системы.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- Изучить опыт использования компьютерного моделирования при обучении физике;
- Систематизировать информацию о принципах построения трехфазных электрических цепей и схемах соединения трехфазной системы;
- Разработать план компьютерного лабораторного практикума по изучению темы «Несимметричные режимы трехпроводной трехфазной системы» на внеурочных занятиях (тематику занятий);
- Разработать компьютерные модели процессов трехфазной системы в Mathcad.
Методы исследования:
1. Изучение литературы по трехфазной системе переменного тока.
2. Изучение литературы по компьютерному моделированию на уроках физики (анализ).
3. Компьютерное моделирование в среде Mathcad.
Практическая значимость работы состоит в возможности внедрения разработанных компьютерных моделей и методических материалов в процесс внеурочного обучения физике в старших классах школы.
Разработанные модели и методические материалы частично апробированы на заочной конференции «Наука и образование: проблемы и перспективы».
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка.
Внедрение компьютерных уроков в физике позволяет задействовать одновременно модель, физический опыт, рисунок, эксперимент, исследование и т. п., что способствует развитию творческих способностей, активизации познавательной деятельности.
Прежде всего, необходимо осознавать, что применение компьютерных технологий в образовании оправдано только в тех случаях, в которых возникает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является преподавание физики с использование компьютерных моделей. Следует отметить, что под компьютерными моделями автор понимает компьютерные программы, имитирующие физические опыты, явления или идеализированные модельные ситуации, встречающиеся в физических задачах.
Компьютерные модели позволяют получать в динамике наглядные запоминающиеся иллюстрации физических экспериментов и явлений, воспроизвести их тонкие детали, которые могут ускользать при наблюдении реальных экспериментов . Компьютерное моделирование позволяет изменять временной масштаб, варьировать в широких пределах параметры и условия экспериментов, а также моделировать ситуации, недоступные в реальных экспериментах.
Некоторые модели позволяют выводить на экран графики временной зависимости величин, описывающих эксперименты, причём графики выводятся на экран одновременно с отображением самих экспериментов, что придаёт им особую наглядность и облегчает понимание общих закономерностей изучаемых процессов. В этом случае графический способ отображения результатов моделирования облегчает усвоение больших объёмов получаемой информации.
В настоящее время, с развитием компьютерной техники и подорожанием составляющих экспериментальных установок, роль численного моделирования физических процессов значительно возрастает.
Не вызывает сомнения необходимость наглядной демонстрации исследуемых в процессе обучения зависимостей для их лучшего понимания и запоминания.
Также актуальным является обучение учащихся в образовательных учреждениях основам компьютерной грамотности и компьютерного моделирования. Система Mathcad позволяет продемонстрировать и дать возможность изучения основных физических законов на уровне более близком к ученику.
На современном этапе компьютерное моделирование в области физики является очень популярной формой образования.
В выпускной квалификационной работе систематизированы материалы по трехфазной системе переменного тока и разработана компьютерная модель для соединения трехфазной системы звездой в программе Mathcad.
Решены следующие задачи:
- Изучены учебники и учебные пособия по трехфазной системе переменного тока.
- Систематизированы и отобраны теоретические материалы для факультатива.
- Изучена литература по компьютерному моделированию электрических цепей.
- Изучена литература по применению компьютерного моделирования на уроках физики.
- Разработаны и отложены отладка компьютерных моделей в среде
Mathcad.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
