CC BY
59
Раздел IV. Физика
УДК 681.142.7(063) ББК 32.973.23 я 431
С. А. Донских, В. Н. Семин, П. В. Моисеев
РАЗРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИЙ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ1
Аннотация. Учебные презентации являются важным элементом современных УМК. Они могут синтезировать практически все виды информации, преподнося их в комплексе и в динамике. Особенно полезно использование презентаций для активизации самостоятельной работы студентов в очном обучении.
Ключевые слова: презентации, теоретическая механика.
S. A. Donskih, V. N. Syomin, P. V. Moiseev
WORKING OUT AND USE OF PRESENTATIONS ON THE THEORETICAL MECHANICS
Abstract. Educational presentations are the important element modern UMC. They can practically synthesise all types of information, presenting them in a complex and in dynamics. Use of presentations for activization of independent work of students in resident instruction is especially useful.
Key words: Presentations, the theoretical mechanics.
За последние десятилетия в мире произошла компьютерная революция. Компьютеры основательно вошли в повседневную жизнь людей. Многие сферы деятельности человека невозможно представить без компьютера. Образование, как одна из самых динамичных областей деятельности, тоже не осталось в стороне от этого процесса. В этой ситуации возникает вопрос: как на компьютере максимально удобно и эффективно представить учебную информацию ученикам или студентам, чтобы облегчить их общение с компьютером, привлечь внимание к предмету, заинтересовать им. Здесь очень большую помощь могут оказать современные мультимедиа технологии.
Известно, что человек большую часть информации воспринимает органами зрения (~80 %), и органами слуха (~15 %) (это давно замечено и эффективно используется в кино и на телевидении). Мультимедиа технологии позволяют воздействовать одновременно на эти важнейшие органы чувств человека. Сопровождая динамический визуальный ряд (слайд-шоу, анимацию, видео) звуком, мы можем рассчитывать на большее внимание со стороны обучающегося. Следовательно, мультимедиа технологии позволяют представлять информацию в максимально эффективном виде.
В отличие от видео, мультимедиа технологии позволяют управлять потоком информации, т. е. могут быть интерактивны. Мультимедиа презентации дают прямой доступ к информации. Пользователь может сразу видеть все содержание и переходить к тому, что его заинтересовало. Извлечение информации не будет связано с большими затратами труда и времени.
В отличие от других видов представления информации мультимедиа презентации могут содержать десятки тысяч страниц текста и тысячи рисунков и фотографий, несколько часов видео-и аудиозаписей, анимацию и трехмерную графику, при этом обеспечивая низкую стоимость тиражирования и длительный срок хранения.
Среди имеющихся в настоящее время инструментальных систем можно найти различные по спектру предоставляемых возможностей и сложности освоения, но обладающие одним общим недостатком: это коммерческие программные продукты, которые нужно где-то найти в продаже и заплатить за них достаточно «весомые» деньги. Однако, в большинстве случаев, преподавателю требуется разрабатывать сравнительно несложные мультимедиа-приложения, «презентационного» характера, интерактивность которых сводится лишь к реализации произвольной (нелинейной) траектории просмотра слайдов. В этом случае вполне достаточно более простых средств, например, входящего в комплект общераспространенного сегодня пакета Microsoft Office стандартного приложения PowerPoint, рассматриваемого в этом случае уже не просто как средство для подготовки коммерческих и др. презентаций, а как хотя и простая, но полноценная инструментальная среда.
1 Данная работа выполнена при финансовой поддержке гранта ФГБОУ ВПО «ТГПИ имени А. П. Чехова» в рамках научно-исследовательского проекта «Дидактическое мультимедийное обеспечение курса «Теоретическая механика»», проект № 140 от 31.08.2011 г.
Под презентацией подразумевается передача или представление аудитории новой для нее информации, т. е. в общепринятом понимании презентация - это демонстрационные материалы для публичного выступления. Компьютерная презентация позволяет не заучивать всю лекцию или практическое занятие наизусть, а слайды презентации становятся канвой занятия.
Компьютерная презентация - это файл, в который собраны материалы лекции или практического занятия, подготовленные в виде компьютерных слайдов.
К достоинствам слайдовой презентации можно отнести:
- последовательность изложения: при помощи сменяющихся слайдов легко удержать внимание аудитории;
- возможность воспользоваться сопроводительными подсказками: презентация это не только то, что видит и слышит аудитория, но и заметки для выступающего - как расставить акценты, о чем не забыть;
- мультимедийные эффекты: слайд презентации - это не просто изображение, в нем могут быть элементы анимации, аудио и видеофрагменты;
- транспортабельность: носитель с презентацией гораздо компактнее рулона плакатов, при этом файл презентации можно легко переслать по электронной почте или опубликовать в интернете.
Презентация представляет собой серию независимых страниц: если текст и иллюстрации не помещаются на одной странице, то избыток не переносится на новую страницу, а теряется. Поэтому распределение информации по страницам презентации производит пользователь, при этом в его распоряжении имеется обширный набор готовых объектов.
Актуальность работы по созданию учебных презентаций следует из общей направленности современного российского образования на широкое внедрение в учебный процесс информационно - коммуникационных и интерактивных технологий.
Презентации дают возможность подать в привлекательном и доступном для восприятия виде тщательно подготовленную информацию и могут быть использованы в различных целях, в том числе и учебных.
Учебные презентации могут быть нескольких типов.
I. Презентация, содержащая значимую информацию и сопровождаемая преподавателем. Фактически - это самостоятельная презентация, несущая в себе всю или большую часть информации, предназначенной для студентов. Преподаватель может сопровождать презентацию небольшими комментариями. Для такой презентации характерно следующее:
1. Исходный интерес аудитории к презентации неизвестен.
2. Презентация полностью или частично может демонстрироваться без сопровождения преподавателя.
3. Внимание аудитории сосредоточено на информации, содержащейся в презентации.
4. В подавляющем большинстве случаев используется презентационное оборудование.
5. Презентация представляется группе студентов.
6. Время представления презентации чаще всего ограничено временем учебного занятия.
II. Презентация, сопровождающая лекцию преподавателя. В данном случае основную информацию до аудитории доносит преподаватель, презентация служит для уточнения отдельных положений лекции, содержит большие массивы данных и т. п. Такую презентацию характеризует следующее:
1. Исходный интерес аудитории к презентации неизвестен.
2. Внимание аудитории, главным образом, сосредоточено на преподавателе.
3. Презентация полностью управляется преподавателем.
4. В большинстве случаев используется презентационное оборудование.
5. Презентация представляется группе студентов.
6. Время представление презентации чаще всего ограничено временем учебного занятия.
III. Презентация, предназначенная для самостоятельного просмотра студентом. Такая презентация может размещаться, например, на презентационном компакт-диске. Предполагается, что во время просмотра презентации студент не будет иметь никаких дополнительных источников информации. Данный тип характеризуется тем, что:
1. Внимание студента сосредоточено только на презентации.
2. Студент изначально заинтересован презентацией.
3. Презентация полностью управляется студентом.
4. Чаще всего презентация просматривается студентом с экрана компьютера.
5. Презентация просматривается одним студентом или небольшой группой студентов.
6. Время представления презентации чаще всего не ограничено и зависит от интереса студента к презентации.
7. Чаще всего студент просматривает только одну презентацию.
IV. Презентация, предназначенная для одновременного просмотра с экранов нескольких компьютеров группой студентов. С распространением презентационного оборудования такие пре-
зентации стали встречаться чрезвычайно редко. Однако некоторое время назад они были популярны, например, при проведении разного рода занятий в компьютерном классе. Презентации такого рода чаще всего сопровождались преподавателем или поддерживали лекцию преподавателя. Однако по мере снижения цен на компьютеры и оснащения ими всех рабочих мест в аудиториях такой тип презентации может вновь стать доминирующим. Для таких презентаций характерно следующее:
1. Внимание аудитории постоянно переключается от презентации к преподавателю и обратно.
2. Презентация управляется студентом, чаще всего - по указанию преподавателя.
3. Презентация демонстрируется с экрана компьютера.
4. На каждом конкретном компьютере с презентацией могут работать несколько студентов.
5. Время представления презентации чаще всего ограничено временем учебного занятия, скорость «прохождения» презентации зависит от работы всей аудитории.
Презентация поддержки учебного процесса должна удовлетворять следующим условиям:
1. Презентация должна являться частью учебного комплекса презентационных материалов.
2. Презентация одновременно является источником информации и средством привлечения внимания студентов, активизации их познавательной деятельности.
3. Презентация должна быть технологична. Внесение изменений, тиражирование и создание на ее основе новых презентаций должны осуществляться максимально просто.
4. Презентация должна быть универсальна с точки зрения используемых средств презентации (должна одинаково эффективно работать при использовании мультимедиа-проектора, с прозрачных пленок, будучи распечатанной и т. д.).
Учебные презентации бывают линейные и интерактивные.
В линейной презентации:
1. Слайды презентации сменяют друг друга последовательно.
2. Обучающийся пассивен, его участие в управлении презентацией незначительно.
3. Внимание обучающегося акцентируется на просматриваемом слайде, содержание просмотренных слайдов быстро забывается.
Данная презентация может быть использована в учебном процессе только как заключительная по итогам изучения какой-либо темы. В ней могут быть повторены основные моменты содержания изученного материала, сделаны выводы самого общего характера.
В интерактивной презентации:
1. Слайды презентации демонстрируются в зависимости от действий преподавателя и обучающихся.
2. Обучающийся активен и в значительной степени управляет ходом презентации.
3. Обучающийся держит в памяти значительную часть презентации, рассматривая каждый слайд как продолжение предыдущих.
4. Требования обучающегося к качеству потребляемой информации высоки - он ожидает адекватной реакции на производимый выбор.
Данная презентация является основной при изучении нового материала.
Руководствуясь изложенными выше критериями создания и применения учебных презентаций, мы разработали презентации по основным разделам теоретической механики: статика, кинематика, динамика, аналитическая механика.
Презентация по статике содержит 8 лекций:
Лекция 1. Введение. Основные понятия. Аксиомы статики. Связи и реакции связей.
Лекция 2. Система сходящихся сил. Теорема о трех силах. Аналитическое определение равнодействующей сходящихся сил. Уравнения равновесия.
Лекция 3. Произвольная плоская система сил. Момент силы относительно точки. Пара сил. Теоремы о парах. Метод Пуансо. Главный вектор и главный момент. Уравнения равновесия. Три формы уравнений равновесия. Теорема Вариньона.
Лекция 4. Плоские фермы. Методы расчета. Метод вырезания узлов. Метод Риттера. Понятие о линиях влияния опорных реакций и усилий. Равновесие сочлененных тел. Условие равновесия рычага. Условие устойчивости тела на опрокидывание. Кинематический способ определения реакций (принцип возможных перемещений).
Лекция 5. Трение скольжения. Основные законы. Способы определения коэффициента трения. Угол трения. Конус трения. Учет сил трения при решении задач на равновесие. Сопротивление при качении.
Лекция 6. Произвольная пространственная система сил. Моменты силы относительно центра и оси. Связь момента силы относительно точки и момента силы относительно оси. Теоремы о парах. Сложение произвольно расположенных сил в пространстве. Главный вектор и главный момент.
Лекция 7. Аналитическое определение главного вектора и главного момента. Уравнения равновесия произвольной пространственной системы сил. Возможные случаи приведения систе-
мы. Зависимость главного момента от выбора центра приведения. Инварианты системы. Теоремы Вариньона.
Лекция 8. Сложение параллельных сил. Центр параллельных сил. Центр тяжести. Определение положения центра тяжести однородных тел. Центры тяжести простейших фигур. Способы определения положения центров тяжести.
Презентация по кинематике также содержит 8 лекций:
Лекция 1. Кинематика точки. Способы задания движения. Уравнения движения. Траектория. Закон движения точки. Связь между тремя способами задания движения. Скорость точки.
Лекция 2. Ускорение точки. Равнопеременное движение точки. Классификация движения точки. Пример решения задач на определение кинематических характеристик движения точки. Кинематика твердого тела. Виды движений. Поступательное движение.
Лекция 3. Вращательное движение. Угловая скорость и угловое ускорение. Равнопеременное вращение. Скорость и ускорение точки тела при вращательном движении. Скорость и ускорение точки вращающегося тела как векторные произведения. Формула Эйлера. Преобразование вращений.
Лекция 4. Плоскопараллельное движение твердого тела. Разложение плоского движения на поступательное и вращательное движения. Уравнения движения. Теорема о сложении скоростей. Следствия из теоремы. Мгновенный центр скоростей (МЦС).
Лекция 5. Примеры использования МЦС для определения скоростей. Теорема о сложении ускорений. Мгновенный центр ускорений (МЦУ). Примеры использования теоремы о сложении ускорений и МЦУ для определения ускорений
Лекция 6. Сферическое движение твердого тела. Теорема Эйлера. Угловая скорость и угловое ускорение. Скорость и ускорение точки тела в сферическом движении. Общий случай движения. Скорость точки свободного тела. Независимость векторов угловой скорости и углового ускорения от выбора полюса. Ускорение точки свободного тела.
Лекция 7. Сложное движение точки. Теорема о сложении ускорений точки при сложном движении. Теорема о сложении ускорений при сложном движении точки. Ускорение Кориолиса. Причины возникновения ускорения Кориолиса.
Лекция 8. Сложное движение твердого тела. Сложение поступательных движений. Сложение вращательных движений. Сложение поступательного и вращательного движений. Общий случай составного движения тела. Кинематические инварианты.
Презентация по динамике также состоит из 8 лекций:
Лекция 1. Введение в динамику. Законы и аксиомы динамики материальной точки. Основное уравнение динамики. Дифференциальные и естественные уравнения движения. Две основные задачи динамики. Примеры решения прямой задачи динамики
Лекция 2. Решение обратной задачи динамики. Общие указания к решению обратной задачи динамики. Примеры решения обратной задачи динамики. Движение тела, брошенного под углом к горизонту, без учета сопротивления воздуха.
Лекция 3. Прямолинейные колебания материальной точки. Условие возникновения колебаний. Классификация колебаний. Свободные колебания без учета сил сопротивления. Затухающие колебания. Декремент колебаний.
Лекция 4. Вынужденные колебания материальной точки. Резонанс. Влияние сопротивления движению при вынужденных колебаниях.
Лекция 5. Относительное движение материальной точки. Силы инерции. Частные случаи движения для различных видов переносного движения. Влияние вращения Земли на равновесие и движение тел.
Лекция 6. Динамика механической системы. Механическая система. Внешние и внутренние силы. Центр масс системы. Теорема о движении центра масс. Законы сохранения. Пример решения задачи на использование теоремы о движении центра масс.
Лекция 7. Импульс силы. Импульс точки. Теорема об изменении импульса. Закон сохранения импульса. Теорема Эйлера. Пример решения задачи на использование теоремы об изменении импульса. Момент импульса. Теорема об изменении момента импульса.
Лекция 8. Законы сохранения. Элементы теории моментов инерции. Момент импульса твердого тела. Дифференциальное уравнение вращения твердого тела. Пример решения задачи на использование теоремы об изменении момента импульса системы. Элементарная теория гироскопа.
В разделе «Аналитическая механика» 6 презентаций:
1. Принципы механики.
2. Уравнения Лагранжа.
3. Пример решения задачи.
4. Уравнения Гамильтона с примером решения задачи.
5. Принцип наименьшего действия Гамильтона.
6. Основы СТО.
Создаваемые презентации поэтапно вводились в учебный процесс и показали рост интереса студентов к изучению данного предмета. В сочетании с разработанными ранее видеолекциями по аналитической механике, данный мультимедиа комплекс учебных материалов способствует повышению качества образовательного процесса по теоретической механике, углублению знаний студентов по данному предмету. Внедрение подобных интерактивных мультимедийных пособий в учебный процесс идет в русле процесса перехода к компетентностному подходу в образовании.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Воген, Т. Мультимедиа: практическое руководство : пер. с англ. / Т. Воген. - Мн.: Пупурри, 1997. - 500 с.
2. Дерешко, Б. Ю. Новые технологии для учебного процесса // Телекоммуникация и информатизация образования. - 2000. - № 1.
3. Добронравов, В. В. Курс теоретической механики / В. В. Добронравов, Н. Н. Никитин. - 4-е изд. - М.: Высшая школа, 1983. - 575 с.
4. Елизаветина, Т. М. Компьютерные презентации: от риторики до слайд-шоу / Т. М. Елизаветина. - М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2003.
5. Тарг, С. М. Краткий курс теоретической механики / С. М. Тарг. - 20-е изд. - М.: Высшая школа, 2010. - 416 с.
6. Педагогика и психология высшей школы. - Ростов н/Д.: Феникс, 1998. - (Учебники и учебные пособия высшей школы).
УДК 534.533.22+539.3 ББК 22.36
Н. Ф. Ерохин
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ВОДЫ В КРИТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ АКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Аннотация. Приведены результаты измерений скорости и поглощения ультразвука в воде в критической области. Дан анализ их поведения по различным термодинамическим путям.
Ключевые слова: скорость и поглощение, ультразвук, критическая область.
N. F. Erokhin
WATER PROPERTY INVESTIGATION IN THE CRITICAL AREAS BY ACOUSTIC METOD
Abstract. The velocity measurement and ultrasound absorption in water in the critical area results are given in this article. The analysis of their behavior is given on different thermodynamic.
Key words: velocity and adsorption, ultrasound, critical region.
Вода, как объект исследования, интересна тем, что ее физические свойства изучены наилучшим образом, разными авторами и многочисленными методами, а основные теплофизические свойства находятся под пристальным контролем международной ассоциации (МАСВП) по свойствам воды и водяного пара. Более того, значительная часть ее свойств, стандартизована, например, скелетными таблицами. Однако для однозначного анализа предсказаний теории и эксперимента международные уравнения состояния не дают прогнозов для критической области состояний воды. Физико-химические свойства воды изучены недостаточно, так как в них обнаруживается все большее и большее число аномалий (их уже более 60). С другой стороны регулярно появляются новые факты, которые должны быть осмыслены, объяснены и подвергнуты строгой проверке. Например, открытая в конце прошлого столетия сверхкритическая вода, позволяет растворять и экстрагировать считавшиеся практически нерастворимыми до сих пор вещества. Это позволило создать уже новые технологии в получении необычных веществ в химии, препаратов в фармацевтике. Однако для ее эффективного использования такую воду требуется изучать разными методами.
Если в низкотемпературной области воды теплофизические свойства изучены достаточно полно, то в критической, только равновесные свойства приведены с достаточно высокой точностью. Неудовлетворительно изучены кинетические (объемная вязкость, скорость распространения и поглощение звуковых волн) и калорические (изохорная теплоемкость Си) свойства, не выяснена роль водородных связей, неизвестно превалируют ли кооперативные эффекты над проявлением индивидуальности, отсутствует уравнение состояния и др. Многие из этих трудностей обусловлены высокими критическими параметрами (Рк = 224,064 МПа, Тк = 647,14 К), значительной химической активностью воды при таких условиях. Они приводят к жесточайшим требованиям к конструкциям экспериментальных установок, методам и точности исследований [1]. Не удается создать герметичных оптически прозрачных, выдерживающих действия воды и пара при
