Помощь студентам в учебе
Разработка моделей для изучения реактивного движения средствами Mathcad на внеурочных занятиях по физике учеников старших классов
|
Введение 3
Глава 1. Изучение элементов темы «Реактивное движение» в школе 5
1.1 Конспект урока по теме «Закон сохранения импульса и
реактивное движение» на уроках физики в школе 6
1.2. Внеурочная деятельность по физике 10
1.3. Формула Циолковского 17
1.4. Теоретические материалы по основам реактивного движения,
используемые для проведения компьютерных лабораторных работ 23
Выводы по первой главе 28
Глава 2. Компьютерное моделирование при обучении физике 29
2.1. Компьютерное моделирование на внеурочных занятиях по физике 33
2.2. Компьютерный лабораторный практикум по решению задач на
тему «Реактивное движение» на внеурочных занятиях 37
2.3. Компьютерные модели задач 52
Выводы по второй главе 57
Заключение 58
Библиографический список 62
Глава 1. Изучение элементов темы «Реактивное движение» в школе 5
1.1 Конспект урока по теме «Закон сохранения импульса и
реактивное движение» на уроках физики в школе 6
1.2. Внеурочная деятельность по физике 10
1.3. Формула Циолковского 17
1.4. Теоретические материалы по основам реактивного движения,
используемые для проведения компьютерных лабораторных работ 23
Выводы по первой главе 28
Глава 2. Компьютерное моделирование при обучении физике 29
2.1. Компьютерное моделирование на внеурочных занятиях по физике 33
2.2. Компьютерный лабораторный практикум по решению задач на
тему «Реактивное движение» на внеурочных занятиях 37
2.3. Компьютерные модели задач 52
Выводы по второй главе 57
Заключение 58
Библиографический список 62
Использование информационных и коммуникационных технологий в учебном процессе является актуальной проблемой современного школьного образования.
Компьютерные модели чрезвычайно удобно использовать прежде всего в демонстрационном варианте при объяснении нового материала или при решении задач. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом экспериментов наблюдать построение соответствующих графических зависимостей. Подобные модели имеют особую ценность, так как учащиеся, как правило, испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков. Одной из главных задач обучения физике является развитие мышления, формирование умения самостоятельно приобретать и сознательно применять знания в практической деятельности. Положительное решение такой задачи возможно лишь при условии возникновения у обучающихся
устойчивого интереса к изучаемому явлению, теме, разделу.
MATHCAD- универсальный математический пакет, предназначенный для выполнения инженерных и научных расчетов. Основное преимущество пакета - естественный математический язык, на котором формируются решаемые задачи. Объединение текстового редактора с возможностью использования общепринятого математического языка позволяет пользователю получить готовый итоговый документ. Пакет обладает широкими графическими возможностями, расширяемыми от версии к версии. Практическое применение пакета существенно повышает эффективность интеллектуального труда.
Актуальность данной работы связана с необходимостью разработки компьютерных моделей для использования на внеурочных занятиях по физике в старших классах.
Объект исследования: учебный процесс по физике в старших
классах.
Предмет исследования: разработка учебно материалов на внеурочных занятиях по физике по изучению закономерностей реактивного движения с применением метода моделирование в среде Mathcad.
Цель работы: подбор и разработка компьютерных моделей, для использования на внеурочных занятиях по физике в старших классах при
изучении реактивного движения, а так же методики их использования.
Исходя из цели работы, поставлены следующие задачи:
1. Изучить содержание школьных учебников по физике по теме «Реактивное движение».
2. Изучить методическую, учебную и научно-популярную литературу и ресурсы Интернет по теме исследования.
3. Разработать план компьютерного лабораторного практикума по решению задач на тему «Реактивное движение» на внеурочных занятиях.
4. Разработать модели в среде Mathcad.
Использовались методы исследования: анализ литературы по теме исследования, компьютерное моделирование в среде Mathcad и моделирование учебного процесса.
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» (27.04.2018 г.).
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, двух глав, заключения и библиографического списка.
Компьютерные модели чрезвычайно удобно использовать прежде всего в демонстрационном варианте при объяснении нового материала или при решении задач. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом экспериментов наблюдать построение соответствующих графических зависимостей. Подобные модели имеют особую ценность, так как учащиеся, как правило, испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков. Одной из главных задач обучения физике является развитие мышления, формирование умения самостоятельно приобретать и сознательно применять знания в практической деятельности. Положительное решение такой задачи возможно лишь при условии возникновения у обучающихся
устойчивого интереса к изучаемому явлению, теме, разделу.
MATHCAD- универсальный математический пакет, предназначенный для выполнения инженерных и научных расчетов. Основное преимущество пакета - естественный математический язык, на котором формируются решаемые задачи. Объединение текстового редактора с возможностью использования общепринятого математического языка позволяет пользователю получить готовый итоговый документ. Пакет обладает широкими графическими возможностями, расширяемыми от версии к версии. Практическое применение пакета существенно повышает эффективность интеллектуального труда.
Актуальность данной работы связана с необходимостью разработки компьютерных моделей для использования на внеурочных занятиях по физике в старших классах.
Объект исследования: учебный процесс по физике в старших
классах.
Предмет исследования: разработка учебно материалов на внеурочных занятиях по физике по изучению закономерностей реактивного движения с применением метода моделирование в среде Mathcad.
Цель работы: подбор и разработка компьютерных моделей, для использования на внеурочных занятиях по физике в старших классах при
изучении реактивного движения, а так же методики их использования.
Исходя из цели работы, поставлены следующие задачи:
1. Изучить содержание школьных учебников по физике по теме «Реактивное движение».
2. Изучить методическую, учебную и научно-популярную литературу и ресурсы Интернет по теме исследования.
3. Разработать план компьютерного лабораторного практикума по решению задач на тему «Реактивное движение» на внеурочных занятиях.
4. Разработать модели в среде Mathcad.
Использовались методы исследования: анализ литературы по теме исследования, компьютерное моделирование в среде Mathcad и моделирование учебного процесса.
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» (27.04.2018 г.).
Выпускная квалификационная работа состоит из введения, двух глав, заключения и библиографического списка.
Применение компьютерных технологий позволяет
индивидуализировать учебный процесс за счет предоставления возможности учащимся как углубленно изучать предмет, так и отрабатывать элементарные навыки и умения. В современной школе, осуществляющей массовое обучение, учитель вынужден работать одновременно с учащимися, обладающими неодинаковым развитием, знаниями и умениями, темпом познания и другими индивидуальными качествами. Компьютер позволяет каждому учащемуся работать самостоятельно, уровень обученности слабых школьников при этом поднимается; не оказываются запущенными и сильные ученики [14].
В заключении своей работы, ещё раз хочу отметить, что применение современных компьютерных технологий в школе отвечает целям и задачам современной школы. Накопленный мною опыт, частично отраженный в настоящей работе, показывает, что применение информационных технологий на уроках физики расширяет возможности творчества как учителя, так и учеников, повышает интерес к предмету. Благодаря информационным компьютерным технологиям, которые применяются не только на уроках физики, но и вообще в школе, учитель развивает образное и творческое мышление учащихся. Применяемые инновационные методы обучения, ориентируют на индивидуальные познавательные потребности личности, воспитывают познавательный интерес, коммуникативность учащихся при обмене и обработке совместных компьютерных проектов.
В современном обществе использование информационных технологий становится необходимым практически в любой сфере деятельности человека. Овладение навыками этих технологий еще за школьной партой во многом определяет успешность будущей профессиональной подготовки нынешних учеников. Бесспорно, что овладение этими навыками протекает гораздо эффективней, если происходит не только на уроках информатики, а находит свое продолжение и развитие на
уроках учителей-предметников [9].
Этот подход выдвигает новые требования к подготовке учителя- предметника, ставит перед ним новые проблемы, заставляет осваивать новую технику и создавать новые методики преподавания, основанные на использовании современной информационной среды обучения. Преподавание физики, в силу особенностей самого предмета, представляет собой наиболее благоприятную сферу для применения современных информационных технологий. В процессе преподавания физики, информационные технологии могут использоваться в различных формах. И в данной работе я пытался показать некоторую часть форм работы применяемую мною на уроках физики.
Изучение реактивного движения в курсе общей физики вузов имеет не только прикладное значение, но и методическое, так как показывает иной способ помимо приложения внешней силы, позволяющий изменить скорость тела. При реактивном движении тело приобретает ускорение за счет изменения массы самого тела (содержащегося в нем топлива). Традиционно при изучении реактивного движения на лекционных и практических занятиях рассматривается формула Циолковского [23].
Вывода формулы Циолковского о предельной скорости, которую может развить ракета после истечения из нее всего топлива, недостаточно для изучения процесса разгона ракеты, взаимосвязи кинетических характеристик с параметрами ракеты и топлива. Динамика разгона ракеты существенно зависит от динамики истечения топлива. Вербальное рассмотрение особенностей разгона ракет требует развитых навыков исследования физических процессов и возможно, в основном, при изучении соответствующих спецкурсов. В курсе общей физики реактивное движение с учетом простейших случаев разгона ракеты может быть исследовано в лабораторном практикуме при выполнении работ по изучению физических моделей на компьютере. Использование в учебном процессе компьютерных моделей позволяет сделать процесс изучения реактивного
движения не только наглядным, но и динамичным.
Целенаправленная разработка компьютерной модели
реактивного движения для лабораторного практикума дает учащимся возможность: в удобном для них темпе и последовательности изучить динамику движения ракеты при различных режимах вытекания топлива (при линейном и экспоненциальном уменьшении массы топлива); самостоятельно воздействуя на модель, выявить взаимосвязь массы и размеров сопла ракеты с максимальной скоростью, которую она может развить, и временем разгона.
Несомненно, что применение компьютерных моделей на уроках будет наиболее эффективным при соответствующем оснащении кабинета физики. Материальная база лицея (несколько компьютерных классов, оснащенных мультимедийными проекторами, интерактивными досками) позволяет нам систематически проводить уроки с использованием компьютерной демонстрации [6].
В данной работе описаны компьютерные модели, которые могут использоваться на уроках физики в старших классах для изучения реактивного движения. Рассмотрены и изучены основные современные технологии обучения физике, показано, как на основе этих технологий повышается качество обучения, мышление и кругозор учащихся.
В процессе выполнения работы решены следующие задачи:
1. Изучено содержание школьных учебников по физике по теме
«Реактивное движение» («Физика. 10 класс» автора Мякишева Г.Я,
«Физика. 9 класс» автора Перышкина А.В.).
2. Изучена методическая, учебная и научно-популярная литература и ресурсы Интернет по теме исследования.
3. Разработан план компьютерного лабораторного практикума по изучению темы «Реактивное движение» на внеурочных занятиях в объеме 10 академических часов, проводимый в среде Mathcad по следующему плану:
1. Первоначальное знакомство с Mathcad (2 ч.).
2. Определение конечной скорости ракеты по формуле Циолковского (1 ч.).
3. Расчет параметров посадки по формуле Мещерского (1 ч.).
4. Расчет положения ракеты над уровнем земной поверхности при заданных исходных параметрах (2 ч.).
5. Моделирование полета многоступенчатой ракеты (2 ч.).
6. Определение ускорения ракеты (2 ч).
индивидуализировать учебный процесс за счет предоставления возможности учащимся как углубленно изучать предмет, так и отрабатывать элементарные навыки и умения. В современной школе, осуществляющей массовое обучение, учитель вынужден работать одновременно с учащимися, обладающими неодинаковым развитием, знаниями и умениями, темпом познания и другими индивидуальными качествами. Компьютер позволяет каждому учащемуся работать самостоятельно, уровень обученности слабых школьников при этом поднимается; не оказываются запущенными и сильные ученики [14].
В заключении своей работы, ещё раз хочу отметить, что применение современных компьютерных технологий в школе отвечает целям и задачам современной школы. Накопленный мною опыт, частично отраженный в настоящей работе, показывает, что применение информационных технологий на уроках физики расширяет возможности творчества как учителя, так и учеников, повышает интерес к предмету. Благодаря информационным компьютерным технологиям, которые применяются не только на уроках физики, но и вообще в школе, учитель развивает образное и творческое мышление учащихся. Применяемые инновационные методы обучения, ориентируют на индивидуальные познавательные потребности личности, воспитывают познавательный интерес, коммуникативность учащихся при обмене и обработке совместных компьютерных проектов.
В современном обществе использование информационных технологий становится необходимым практически в любой сфере деятельности человека. Овладение навыками этих технологий еще за школьной партой во многом определяет успешность будущей профессиональной подготовки нынешних учеников. Бесспорно, что овладение этими навыками протекает гораздо эффективней, если происходит не только на уроках информатики, а находит свое продолжение и развитие на
уроках учителей-предметников [9].
Этот подход выдвигает новые требования к подготовке учителя- предметника, ставит перед ним новые проблемы, заставляет осваивать новую технику и создавать новые методики преподавания, основанные на использовании современной информационной среды обучения. Преподавание физики, в силу особенностей самого предмета, представляет собой наиболее благоприятную сферу для применения современных информационных технологий. В процессе преподавания физики, информационные технологии могут использоваться в различных формах. И в данной работе я пытался показать некоторую часть форм работы применяемую мною на уроках физики.
Изучение реактивного движения в курсе общей физики вузов имеет не только прикладное значение, но и методическое, так как показывает иной способ помимо приложения внешней силы, позволяющий изменить скорость тела. При реактивном движении тело приобретает ускорение за счет изменения массы самого тела (содержащегося в нем топлива). Традиционно при изучении реактивного движения на лекционных и практических занятиях рассматривается формула Циолковского [23].
Вывода формулы Циолковского о предельной скорости, которую может развить ракета после истечения из нее всего топлива, недостаточно для изучения процесса разгона ракеты, взаимосвязи кинетических характеристик с параметрами ракеты и топлива. Динамика разгона ракеты существенно зависит от динамики истечения топлива. Вербальное рассмотрение особенностей разгона ракет требует развитых навыков исследования физических процессов и возможно, в основном, при изучении соответствующих спецкурсов. В курсе общей физики реактивное движение с учетом простейших случаев разгона ракеты может быть исследовано в лабораторном практикуме при выполнении работ по изучению физических моделей на компьютере. Использование в учебном процессе компьютерных моделей позволяет сделать процесс изучения реактивного
движения не только наглядным, но и динамичным.
Целенаправленная разработка компьютерной модели
реактивного движения для лабораторного практикума дает учащимся возможность: в удобном для них темпе и последовательности изучить динамику движения ракеты при различных режимах вытекания топлива (при линейном и экспоненциальном уменьшении массы топлива); самостоятельно воздействуя на модель, выявить взаимосвязь массы и размеров сопла ракеты с максимальной скоростью, которую она может развить, и временем разгона.
Несомненно, что применение компьютерных моделей на уроках будет наиболее эффективным при соответствующем оснащении кабинета физики. Материальная база лицея (несколько компьютерных классов, оснащенных мультимедийными проекторами, интерактивными досками) позволяет нам систематически проводить уроки с использованием компьютерной демонстрации [6].
В данной работе описаны компьютерные модели, которые могут использоваться на уроках физики в старших классах для изучения реактивного движения. Рассмотрены и изучены основные современные технологии обучения физике, показано, как на основе этих технологий повышается качество обучения, мышление и кругозор учащихся.
В процессе выполнения работы решены следующие задачи:
1. Изучено содержание школьных учебников по физике по теме
«Реактивное движение» («Физика. 10 класс» автора Мякишева Г.Я,
«Физика. 9 класс» автора Перышкина А.В.).
2. Изучена методическая, учебная и научно-популярная литература и ресурсы Интернет по теме исследования.
3. Разработан план компьютерного лабораторного практикума по изучению темы «Реактивное движение» на внеурочных занятиях в объеме 10 академических часов, проводимый в среде Mathcad по следующему плану:
1. Первоначальное знакомство с Mathcad (2 ч.).
2. Определение конечной скорости ракеты по формуле Циолковского (1 ч.).
3. Расчет параметров посадки по формуле Мещерского (1 ч.).
4. Расчет положения ракеты над уровнем земной поверхности при заданных исходных параметрах (2 ч.).
5. Моделирование полета многоступенчатой ракеты (2 ч.).
6. Определение ускорения ракеты (2 ч).