Помощь студентам в учебе
Разработка моделей для изучения движения космических аппаратов средствами Mathcad на внеурочных занятиях по физике учеников старших классов
|
Введение 4
Глава 1. Теоретические аспекты применения компьютерных моделей в
школьном курсе обучения физике 7
1.1. Использование информационных технологий при обучении
физике 7
1.2. Применение компьютерных моделей на занятиях по
физике 11
1.3. Отличие внеурочной и урочной работы 13
1.4. Виды заданий к компьютерным моделям 17
Выводы по главе 1 23
Глава 2. Разработка компьютерных моделей Mathcad и методических материалов для внеурочных занятий по физике на тему «Движение космических аппаратов» 24
2.1. План организации внеурочной работы в школе 24
2.2. Требования, предъявляемые к использованию компьютерных
моделей на занятиях по физике 25
2.3. Описание Маthcad 26
2.4. Методические материалы для внеурочных занятий по физике в старших
классах с применением компьютерного моделирования 30
Выводы по главе 2 55
Заключение 56
Библиографический список 58
Глава 1. Теоретические аспекты применения компьютерных моделей в
школьном курсе обучения физике 7
1.1. Использование информационных технологий при обучении
физике 7
1.2. Применение компьютерных моделей на занятиях по
физике 11
1.3. Отличие внеурочной и урочной работы 13
1.4. Виды заданий к компьютерным моделям 17
Выводы по главе 1 23
Глава 2. Разработка компьютерных моделей Mathcad и методических материалов для внеурочных занятий по физике на тему «Движение космических аппаратов» 24
2.1. План организации внеурочной работы в школе 24
2.2. Требования, предъявляемые к использованию компьютерных
моделей на занятиях по физике 25
2.3. Описание Маthcad 26
2.4. Методические материалы для внеурочных занятий по физике в старших
классах с применением компьютерного моделирования 30
Выводы по главе 2 55
Заключение 56
Библиографический список 58
В современных условиях одной из составных частей функциональной грамотности является компьютерная грамотность, как неотъемлемая часть общего уровня образования. Выпускник современной школы должен обладать определенными качествами личности, в частности:
а) гибко адаптироваться к меняющимся жизненным ситуациям, самостоятельно приобретая необходимые знания, умело применять их на практике для решения разнообразных проблем;
б) самостоятельно критически мыслить, четко осознавать, где и каким образом приобретаемые им знания могут быть применены в окружающей действительности, творчески мыслить;
в) грамотно работать с информацией;
г) быть коммуникабельным, контактным в разных группах, уметь
работать сообща;
д) самостоятельно трудиться над развитием собственного интеллекта, культурного уровня.
Поэтому современный этап обучения в школе - это реализация в образовательной практике личностно ориентированных педагогических систем, когда учитель становится не только источником знаний, но и организатором собственной познавательной деятельности учащихся. Это требует поиска особых организационных форм, учитывающих тот неоспоримый факт, что подлинное знание - это индивидуальное знание, созидаемое в опыте собственной деятельности и связанное с формированием конкретных навыков деятельности в определенных ситуациях.
Применение новых информационных технологий позволяет практически безгранично разнообразить и комбинировать средства педагогического воздействия на учащихся. Но, в свою очередь, требует изменения привычного учебного процесса, создания определенных учебных
ситуаций, в которых учащийся самостоятельно приобретает опыт определенного вида деятельности.
Компьютерные средства дают возможность сочетать индивидуальные задания с различными вариантами групповых форм работы. При такой вариативности занятий в ситуации коллективной деятельности учитель играет роль одного из партнеров, но обладающего особыми знаниями и статусом. Таким образом, и контакт с учениками начинает строиться на иных, по сравнению с традиционной школой, ценностных и личностных основаниях.
Когда же следует использовать компьютерные программы на уроках физики? Прежде всего, в тех случаях, в которых возникает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является использование компьютерных моделей в учебном процессе.
Актуальность выбранной темы состоит, с одной стороны, в том, что для внеурочных занятий по физике разработано недостаточно методических материалов, использующих компьютерные модели, предоставляющие уникальную, не реализуемую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации упрощённой теоретической модели явления природы или технической системы, с поэтапным включением в рассмотрение дополнительных усложняющих факторов, постепенно приближающих эту модель к реальному явлению или процессу, а с другой - в том, что тематика движения космических аппаратов вновь становится популярной ввиду развития и повсеместного использования систем спутниковой навигации и связи.
Объектом исследования является моделирование и применение
компьютерных моделей на внеурочных занятиях по физике в старших классах.
Предмет исследования - изучение движения космических аппаратов на внеурочных занятиях по физике в старших классах с применением компьютерных моделей Mathcad.
Цель работы - разработка компьютерных моделей Mathcad и методических материалов по теме «Движение космических аппаратов» для их применения на внеурочных занятиях по физике учеников старших классов.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1) рассмотреть особенности использования информационных технологий при обучении физике;
2) дать характеристику компьютерных моделей, в том числе разработанных в Mathcad, и их использованию на занятиях по физике;
3) разработать компьютерные модели Mathcad и задания к ним;
4) разработать методические материалы для внеурочных занятий по физике на тему «Движение космических аппаратов» с использованием компьютерных моделей.
Для решения поставленных задач были использованы следующие
методы:
а) изучение методической, педагогической и справочной литературы по вопросам исследования;
б) компьютерный эксперимент.
Практическая значимость работы состоит в том, что разработанные методические материалы по физике можно использовать на внеурочных занятиях в старших классах при изучении темы «Движение космических аппаратов».
Разработанные методические материалы частично апробированы в работе, опубликованной в трудах конференции «Наука и образование: проблема и перспектива. Материалы XX Всероссийской с международным участием научно-практической конференции молодых ученых, студентов и учащихся (Бийск, 27 апреля 2018г.).
а) гибко адаптироваться к меняющимся жизненным ситуациям, самостоятельно приобретая необходимые знания, умело применять их на практике для решения разнообразных проблем;
б) самостоятельно критически мыслить, четко осознавать, где и каким образом приобретаемые им знания могут быть применены в окружающей действительности, творчески мыслить;
в) грамотно работать с информацией;
г) быть коммуникабельным, контактным в разных группах, уметь
работать сообща;
д) самостоятельно трудиться над развитием собственного интеллекта, культурного уровня.
Поэтому современный этап обучения в школе - это реализация в образовательной практике личностно ориентированных педагогических систем, когда учитель становится не только источником знаний, но и организатором собственной познавательной деятельности учащихся. Это требует поиска особых организационных форм, учитывающих тот неоспоримый факт, что подлинное знание - это индивидуальное знание, созидаемое в опыте собственной деятельности и связанное с формированием конкретных навыков деятельности в определенных ситуациях.
Применение новых информационных технологий позволяет практически безгранично разнообразить и комбинировать средства педагогического воздействия на учащихся. Но, в свою очередь, требует изменения привычного учебного процесса, создания определенных учебных
ситуаций, в которых учащийся самостоятельно приобретает опыт определенного вида деятельности.
Компьютерные средства дают возможность сочетать индивидуальные задания с различными вариантами групповых форм работы. При такой вариативности занятий в ситуации коллективной деятельности учитель играет роль одного из партнеров, но обладающего особыми знаниями и статусом. Таким образом, и контакт с учениками начинает строиться на иных, по сравнению с традиционной школой, ценностных и личностных основаниях.
Когда же следует использовать компьютерные программы на уроках физики? Прежде всего, в тех случаях, в которых возникает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является использование компьютерных моделей в учебном процессе.
Актуальность выбранной темы состоит, с одной стороны, в том, что для внеурочных занятий по физике разработано недостаточно методических материалов, использующих компьютерные модели, предоставляющие уникальную, не реализуемую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации упрощённой теоретической модели явления природы или технической системы, с поэтапным включением в рассмотрение дополнительных усложняющих факторов, постепенно приближающих эту модель к реальному явлению или процессу, а с другой - в том, что тематика движения космических аппаратов вновь становится популярной ввиду развития и повсеместного использования систем спутниковой навигации и связи.
Объектом исследования является моделирование и применение
компьютерных моделей на внеурочных занятиях по физике в старших классах.
Предмет исследования - изучение движения космических аппаратов на внеурочных занятиях по физике в старших классах с применением компьютерных моделей Mathcad.
Цель работы - разработка компьютерных моделей Mathcad и методических материалов по теме «Движение космических аппаратов» для их применения на внеурочных занятиях по физике учеников старших классов.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1) рассмотреть особенности использования информационных технологий при обучении физике;
2) дать характеристику компьютерных моделей, в том числе разработанных в Mathcad, и их использованию на занятиях по физике;
3) разработать компьютерные модели Mathcad и задания к ним;
4) разработать методические материалы для внеурочных занятий по физике на тему «Движение космических аппаратов» с использованием компьютерных моделей.
Для решения поставленных задач были использованы следующие
методы:
а) изучение методической, педагогической и справочной литературы по вопросам исследования;
б) компьютерный эксперимент.
Практическая значимость работы состоит в том, что разработанные методические материалы по физике можно использовать на внеурочных занятиях в старших классах при изучении темы «Движение космических аппаратов».
Разработанные методические материалы частично апробированы в работе, опубликованной в трудах конференции «Наука и образование: проблема и перспектива. Материалы XX Всероссийской с международным участием научно-практической конференции молодых ученых, студентов и учащихся (Бийск, 27 апреля 2018г.).
Внедрение информационных технологий во все сферы жизнедеятельности человека постепенно происходит и в основном звене образования - школе. Несмотря на плохую техническую оснащенность школы в целом, и кабинетов физики в частности, учителя с помощью имеющихся средств выполняют демонстрации опытов и проводят с учащимися лабораторные работы, определенные государственной программой и обязательным минимумом содержания образования по физике. Поскольку в настоящее время резко возросло число школ, имеющих выход в глобальную сеть, а также актуальность перехода к открытым системам обучения, ценность для процесса обучения физике виртуальной лаборатории возрастает. Это тем более важно, что в настоящее время формируется единое информационное образовательное пространство.
Физика - наука, в которой математическое моделирование является важным методом исследования. Сегодня кроме теоретической и экспериментальной физики можно выделить третий раздел - вычислительную физику. Одним из наиболее перспективных направлений использования информационных технологий в физическом образовании является компьютерное моделирование физических процессов и явлений. Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать на экране компьютера многие физические эффекты, а также позволяют организовать новые нетрадиционные виды учебной деятельности. При грамотном использовании компьютерных моделей физических явлений можно достигнуть многого из того, что требуется для неформального усвоения курса физики и для формирования физической картины мира
В настоящее время, с развитием компьютерной техники и подорожанием составляющих экспериментальных установок, роль компьютерного 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.
На современном этапе компьютерное моделирование в области физики является очень популярной формой обучения.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы разработаны компьютерные модели Mathcad и методические материалы по теме «Движение космических аппаратов» для проведения внеурочных занятий по физике в форме факультатива в объеме 12 академических часов для учеников старших классов общеобразовательной школы.
В процессе выполнения работы рассмотрены особенности использования информационных технологий при обучении физике. Были использованы источники Б.Ц. Бахшиян, К.С. Федяев «Основы космической баллистики и навигации» М-2013; В.Е. Косенко, В.Е. Чеботарев «Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения» Красноярск 2011. разработаны компьютерные модели Mathcad, задания к ним, а также другие методические материалы (теоретическое введение, тестовые задания для контроля теоретических знаний перед решением задачи по компьютерной модели), пригодные для проведения внеурочных занятий по физике на тему «Движение космических аппаратов». Компьютерные модели в Mathcad разработаны для следующих занятий: «Уравнение орбиты спутника», «Первая космическая скорость», «Вторая космическая скорость», «Задача Кеплера о взаимодействии двух тел», «Задача Кеплера о взаимодействии трех тел»
Физика - наука, в которой математическое моделирование является важным методом исследования. Сегодня кроме теоретической и экспериментальной физики можно выделить третий раздел - вычислительную физику. Одним из наиболее перспективных направлений использования информационных технологий в физическом образовании является компьютерное моделирование физических процессов и явлений. Компьютерные модели легко вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать на экране компьютера многие физические эффекты, а также позволяют организовать новые нетрадиционные виды учебной деятельности. При грамотном использовании компьютерных моделей физических явлений можно достигнуть многого из того, что требуется для неформального усвоения курса физики и для формирования физической картины мира
В настоящее время, с развитием компьютерной техники и подорожанием составляющих экспериментальных установок, роль компьютерного 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.
На современном этапе компьютерное моделирование в области физики является очень популярной формой обучения.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы разработаны компьютерные модели Mathcad и методические материалы по теме «Движение космических аппаратов» для проведения внеурочных занятий по физике в форме факультатива в объеме 12 академических часов для учеников старших классов общеобразовательной школы.
В процессе выполнения работы рассмотрены особенности использования информационных технологий при обучении физике. Были использованы источники Б.Ц. Бахшиян, К.С. Федяев «Основы космической баллистики и навигации» М-2013; В.Е. Косенко, В.Е. Чеботарев «Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения» Красноярск 2011. разработаны компьютерные модели Mathcad, задания к ним, а также другие методические материалы (теоретическое введение, тестовые задания для контроля теоретических знаний перед решением задачи по компьютерной модели), пригодные для проведения внеурочных занятий по физике на тему «Движение космических аппаратов». Компьютерные модели в Mathcad разработаны для следующих занятий: «Уравнение орбиты спутника», «Первая космическая скорость», «Вторая космическая скорость», «Задача Кеплера о взаимодействии двух тел», «Задача Кеплера о взаимодействии трех тел»