CC BY
5
УДК.53.
Абдурагимова З.М.
доцент
кафедра «Физика твердого тела»
Алероев А-Р.А. студент 2 курса факультет «Физики и информационно
- коммуникационных технологий»
Юшаев Р.Р. студент 4 курса факультет «Физики и информационно
- коммуникационных технологий» Чеченский государственный университет
Россия, г. Грозный ИКТ КАК ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ РЕСУРС ПРИ ОБУЧЕНИИ
ФИЗИКЕ
Аннотация: Это исследование описывает возможности и преимущества использования простых компьютерных языков (кодов), чтобы дополнить методы обучения физики. Здесь рассматривается работа над коллекцией программ с открытым исходным кодом, которые позволяют студентам строить и исследовать графики и моделировать физический эксперимент. При изучении и преподавании физики нужно извлекать пользу из современных разработок в области компьютерных наук, создавая тем самым связь между учебниками и использованием компьютеров.
Ключевые слова: физика, интерактивный процесс обучения, проблемные задачи, программирование, пк.
Abduragimova Z.M. Associate professor of "Physicist of a solid body"
Chechen state university Russia, Grozny Aleroev of A-P.A.
Student
3 course, faculty "Physics are also information - communication
technologies" Chechen state university Yushaev R.R. student
4 course, faculty "Physics are also information - communication
technologies" Chechen state university Russia, Grozny
ICT AS THE AUXILIARY RESOURCE WHEN TRAINING IN
PHYSICS
Annotation: This study describes the features and benefits of the use of simple computer languages (codes) to complement the teaching methods of physics. Here we consider the work on the collection of open-source programs that allow students to build and explore graphs and simulate the physical experiment. When learning and teaching of physics need to benefit from the latest developments in the field of computer science, thus creating a link between the use of textbooks and computers.
Key words: physics, interactive process of learning, problem tasks, programming, PC.
Актуальность статьи
Сегодня в школе возможности обучения физике реализуются не полностью. Наряду с другими предметами, физика до сих пор преподается заучиваниями определений и решением типовых задач по данным формулам. Физическим опытам и лабораторным работам почти не уделяется нужного внимания. Все занятие строится на том, что написано в учебнике. В сегодняшних социально-экономических условиях актуальны проблемы развития познавательных интересов учащихся, их творческого мышления и навыков самостоятельного умственного труда.
В связи с этим учителю часто приходится задаваться вопросом «Как нужно организовать учебный процесс, чтобы каждый урок для ученика был сродни научному открытию, был значим для него?! » В целом, перед педагогом встает задача создать необходимые условия для развития у детей познавательных интересов, умения самостоятельно решать проблемы в разных сферах деятельности, навыков исследовательской деятельности.
И так как это проблема существует мы ставим перед собой цель решить эту проблему хотя бы частично.
Введение
Современные методы преподавания-обучения-оценки предлагают выгодную возможность организовать полный курс обучения, основанные на стратегии интерактивной связи. Систематическое применение современных методов включает в себя эффективные коммуникационные и конструктивные отношения, в которых все, кто принимает участие в обсуждении, имеет познавательное, аффективно-мотивационное, поведенческое, социальное и практическое преимущество применения.
Применение современных методов не означает отказ от традиционной системы преподавания, просто вносится обновление. Учебный процесс должен вызвать интерес к изучаемому. Учитель в таких условиях должен стать профессионалом, который знает, как использовать инструменты и материальную базу.
Современные разработки в области компьютерных языков и
компьютерной технике позволили использовать программы, коды и библиотеку с минимальными навыками программирования. Теперь можно легко создавать, распространять и модифицировать исходные коды от преподавателей и студентов для решения упражнения или иллюстраций учебника физики средней школы. Компьютерное моделирование, предложенное в этой статье, призвано дополнить лабораторные эксперименты и упражнения для учащегося, для проверки, подтверждения и уточнения полученных результатов. Мы сосредоточимся на одной программе, разработанной для уроков механики, которая решает и представляет графически уравнения для свободного падения тела в вакууме. Физические величины, участвующие в этом простом упражнении есть масса, длина, время, скорость, импульс и энергия. Очень простой и удобный способ программирования уравнения, связывающие эти величины были записаны в понятном языке для математических выражений, таких как Fortran.
Это позволяет студентам получить доступ к формулам в их естественных выражениях. Grace использует графическую часть которая использует простые выражения и команды, доступные из исходного кода.
1. Описание программы
Для того, чтобы разработать простую программу, подходящую для студентов и преподавателей, был принят во внимание список возможностей . Все программное обеспечение, необходимое и связанное с этим проектом, должно было быть бесплатным и с открытым исходным кодом. Программа необходима настолько, чтобы можно было легко использовать, изменять и компилировать, а требования к оборудованию должны были быть настолько низкими, насколько это возможно и необходимо, чтобы можно было использовать в любой операционной системе .
Для того, чтобы соответствовать этим требованиям, был выбран
Язык программирования Фортран, используя компилятор GNU, графический порт через библиотеку GRACE, известную также как XMGRACE, и все они доступны для Linux, Unix, Mac OS и Windows. При компиляции в Windows, используя библиотеку GRACE.
2. Ввод:
Программа требует от пользователя ввести четыре входных значения для параметров, описывающих массу, высоту, гравитационную константу и число точек данных для графического представления мгновенных значений. Блоки относительны и студент должен иметь в виду масштаб, используемый для того, чтобы точно интерпретировать результаты.
3. Вывод:
Выходные результаты по умолчанию являются значениями для конечной скорости, общего времени, средней скорости, начальной потенциальной энергии, окончательной кинетической энергии, и график, который представляет мгновенные кинетическую и потенциальную энергию в зависимости от прошедшего времени. Этот выбор выходных
демонстрирует студенту момент сохранения энергии и тот факт, что в вакууме скорость и общее время не зависит от массы. Можно выбрать любые другие значения и графики вывода, такие как импульс, мгновенная скорость, соотношение энергий или любые другие желаемые начальные значения.
4. Применение :
После ввода входных значений, начальные и конечные параметры вычисляются. Количество требуемых точек данных генерирует дискретизацию переменного времени, необходимого для мгновенных значений. Поскольку в итерации участвуют выражения для кинетической и потенциальной энергии ,и они применяются как функции всякий раз для входных параметров. В ходе итерационного цикла, скорость вычисляется мгновенная скорость , пройденное расстояние, текущая высота и эти значения входят в общие выражения для кинетической и потенциальной энергии.
Для простоты использования исходного кода в этом пакете и расширениях, которые будут следовать, проект разрабатывается в модулях, содержащих вызываемые функции для всех физических выражений. Например, мы создаем функцию «Потенциальная энергия», еще одна функция «Кинетическая энергия», функцию для «Momentum», таким образом, что эти функции могут быть использованы в более сложных выражениях и вызываются в любое время с их набором переменных (масса, скорость , высота, постоянные тяготения). В дальнейшем развитии можно будет добавить больше выражений и, таким образом,заимеем больше возможностей для реализации проекта. Хотя сама идея не нова и такие компьютерные программы уже были, мы считаем, что проектирование и разработка этого проекта приносит пользу в процессе обучения уроков физики. Тот факт, что все так просто, как это возможно для студента и преподавателя, приносит гибкость в пакет программного обеспечения и позволяет в дальнейшем развиваться и расширяться за пределы того, что изначально предусмотрено. Это очень хорошо может служить отправной точкой для других проектов, физики и математики, которые соответствуют этой идее вызова простых выражений в более сложные формулы. Еще один интересный аспект наблюдается из личного опыта, что представление физики с более чем одним способом, приводит к более легкому пониманию. Некоторые студенты проводят больше времени с помощью компьютеров и притягиваются к программированию и алгоритмам; позволяет им взаимодействовать с исходным кодом, открывает новые возможности для удовлетворения их интереса в науке. Вся философия проекта- не учить программировать или ИТ смежных дисциплин, а использовать то, что студенты уже знают и привлечь их к физике, предлагая им новую перспективу над классом упражнений и экспериментов. Простые инструкции, необходимые для компиляции программы и для его запуска, включены в пакет .
5. Пример
На следующих рисунках показано использование программы с набором входных параметров и полученный результат.
'-■Л' -Г_Г.-Г|
Тагта I пц]
£1!г £'14 VI 1.-ЧЦ1 ХшгиИш!
,/рПу&Хса
ГИе ГI её Га11 ОТ ли
П^П ? й =
П
иеитг-
10
у I ¿V 1 Х-Л 1. 1ипа"1 =
ч. ы
ЬитЬег р(1!пТ'; ^г лплТ, ¿г.уг>-10
тие пиша!. ропотаI *твг(|у 2446.ооооооооооооо
те fin.il Ыие1.1с епегду Екг= лио.ыыаыааавыйвев
СЬЧпЧ (19С 1= 1 . Ы7ВЭ?142Н<1
^1пл1 г.ргл^ 14.ОВВВВВВОВОВВВВВ
одо 5реес1 VIII- 7,000000П000000000
- 0 .000000 VI- 0.000000 ЕС- 0 000000 Еи-26-16 000000 Н- 10. [НШПШ1
_ и. 1421157 V- 1.400000 ЕС" 26 4Ь000и Ер-2619 5Ю0и0 н= 9. уООООи
- в. газ/14 ч= 2 . нввавв 1ва ачвевй £р=ЗЯ4б 1ьввев н= в ЬВВВВВ
— В.47Я171 V- 4.7ВЯ000 рг= 73(1 14ПЯЯП Рр=74й7 ЯЕВЙЙЯ н= п. 1ВЙЙЙЙ
- о 571429 V з.е&ее&е ЕС- 423 30000(1 Ер-2222.040000 н- 1? 400000
0,71-1286 V- 7.000000 ЕС- 661 500000 £15-1984 500000 н- 7. 500000
а Й.05714.3 V- и. 400000 Ес= 952 5ЫЭ000 410000 н= 6 400000
= 1.вввввв ч.ивввва ьс = 17ае. ;,4цвее Ер=1349 4ЬВБЙВ н= 1ВБВОВ
а т.14гяз7 V- 11.?аввяя ЕС=1С9Э 4400ВЙ ПОЙЙЙЙ и= йййййй
1,285714 V- 12,600000 ЕС-2143 200000 Ер 502.740000 н- 1. ^ооооо
- 1.428571 V- 14.000000 ЕС-26411 000000 Е|Э- 0 000000 И- 0. 000000
■и^штНги. 1
Рисунок 1. Ввод и вывод текста программы.
Ю00(—————■ - ■ т- ---------—■ т--—---- ■■ г-
Время
Рисунок 2. Графический вывод, сгенерированный программой с вызовами «libgrace_np библиотеки».
6. Выводы
Этот пакет программ предназначен для простоты и облегчения узучения и в дальнейшем должен развиваться в более сложный код для решения других задач. Этот факт позволяет пользователям и разработчикам выбирать различные методы и интегрировать их в своих собственных идеях. Авторы намерены расширить возможности и дизайн больше
функциональных возможностей для удовлетворения всех аспектов при изучении физики средней школы.
Мы считаем, что интереснее решать упражнения и проблемы, связанные с программой, представленной здесь, которые студент может решить различными способами: они могут проверить свои результаты с полученными на компьютере, могут изменить что-либо в коде, и, самое главное, они получают дополнительную перспективу о том, как решить связанные с физикой вычисления. Заключение
Таким образом, организация на уроках физики имеются широкие возможности организации исследовательской деятельности, в частности в ходе лабораторного практикума и реализации проектного метода с использованием цифровых образовательных ресурсов, что позволяет сделать обучение более эффективным, которое отвечает всем современным требования.
Использованные источники:
1. Джамай В.В. Прикладная механика: Учебник для бакалавров / В.В. Джамай, Е.А. Самойлов, А.И. Станкевич. - М.: Юрайт, 2013. - 360 c.
2. Бартеньев О. В. Современный Фортран Диалог-МИФИ, 2013
3. Grace пакет и библиотека. Ссылка http: //plasma. gate. weizmann. ac. il/Grace
