Урок «Криволинейное движение»

Криволинейное движение

номинация: урок + (естественно-научное направление)

физика - информатика

10 класс

Автор:

Коркачева Дина Александровна,

учитель информатики высшей категории

МБОУ СОШ № 15

Апатиты

2014

Пояснительная записка

Робототехника - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Она опирается на электронику, механику и программирование. Робототехнические комплекты прочно входят в образовательную практику российской школы.

Новые ФГОС требуют освоения основ конструкторской и проектно-исследовательской деятельности, и комплекты по робототехнике полностью удовлетворяют эти требования.

Применение возможностей робототехнических комплексов на основе LEGO MINDSTORMS NXT в инженерном образовании в средней и старшей школе в рамках математики, информатики и технологии дает возможность одновременной отработки профессиональных навыков сразу по нескольким смежным дисциплинам: механика, теория управления, схемотехника, программирование, теория информации. А использование датчиков Vernier поможет выстроить межпредметные связи с физикой, биологией и химией. Востребованность комплексных знаний способствует развитию коммуникативных навыков между творческими командами учащихся. Кроме того, ученики уже в процессе профильной подготовки сталкиваются с необходимостью решать реальные практические задачи.

Технологическая карта урока

Организационная информация

Предмет

Физика - информатика

Класс

10 класс ФОСАГРО (профильная группа: физико-математическая; возраст: 15-16 лет; 14 человек; 73% - юноши, 27% - девушки; физическое и психическое развитие обучающихся соответствует норме; успеваемость - 100%, качество знаний - 75%)

Разработка системы уроков по теме или разделу

Календарно-тематическое планирование, утвержденное в начале учебного года на методическом совете школы

Раздел

Механика - 69 часов (кинематика - 22 часа)

Тема

Криволинейное движение

Урок №

19 из 22

Авторы

Демкина Светлана Александровна, учитель физики высшей категории; Коркачева Дина Александровна, учитель высшей категории

ОУ

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 15

Описание урока

Тип урока

Урок комплексного применения знаний

Время реализации урока

45 минут

Триединая дидактическая цель урока

Образовательная: применение теоретических знаний о криволинейном движении для создания программы для робота Lego MINDSTORMS EV3 в приложении ROBOLAB для решения практических задач.

Развивающая: развитие интересов и способностей обучающихся на основе познавательной и творческой деятельности, формирование представлений о физической картине мира.

Воспитательная: воспитывать стремление к овладению новыми знаниями, чувства сопереживания, взаимоуважения, объективность самооценки.

Планируемые результаты

Предметные:

• отличать криволинейное движение от прямолинейного, знать формулы основных характеристик криволинейного движения;

• приобрести практические навыки в робототехнике, составлении алгоритмического и программного кода управления роботом.

Личностные:

• создать условия для формирования познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей обучающихся;

• убедить в необходимости разумного использования достижений науки и технологий для дальнейшего развития человеческого общества;

• создать условия для формирования ценностных отношений друг к другу, учителю, авторам открытий и изобретений, результатам обучения.

Метапредметные

• создать условия для самостоятельного приобретения новых знаний и практических умений, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий;

• понимать различия между исходными фактами и гипотезами для их объяснения, теоретическими моделями и реальными объектами;

• создать условия для приобретения опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации с использованием различных источников и новых информационных технологий для решения познавательных задач;

• уметь выражать свои мысли, выслушивать собеседника, понимать его точку зрения, признавать право другого человека на иное мнение;

• создать условия для освоения приемов действий в нестандартных ситуациях, овладение эвристическими методами решения проблем; формирования умений работать в группе с выполнением различных социальных ролей, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию;

• формирование алгоритмического стиля мышления;

• умение применять методы программирования к решению задач из других областей знания

УУД (номенклатура по А.Г. Асмолову)

Личностные

• установление связи между целью учебной деятельности и ее мотивом;

• нравственно-этическое оценивание усваиваемого содержания, исходя из социальных и личностных ценностей.

Регулятивные

• целеполагание - постановка учебной задачи на основе соотнесения того, что уже известно и усвоено учащимся, и того, что еще неизвестно;

• планирование - определение последовательности промежуточных целей с учетом конечного результата; составление плана и последовательности действий;

• прогнозирование - предвосхищение результата и уровня усвоения, его временных характеристик;

• контроль − сличение способа действия и его результата с заданным эталоном с целью обнаружения отклонений и отличий от эталона;

• коррекция - внесение необходимых дополнений и корректив в план и способ действия в случае расхождения эталона, реального действия и его продукта;

• оценка − выделение и осознание учащимся того, что уже усвоено и что еще подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения;

• волевая саморегуляция − способность к мобилизации сил и энергии; к волевому усилию, то есть к выбору в ситуации мотивационного конфликта и к преодолению препятствий.

Коммуникативные

• планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками - определение цели, функций участников, способов взаимодействия;

• постановка вопросов - инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации;

• управление поведением партнера - контроль, коррекция, оценка действий партнера;

• умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;

Познавательные

1. Общеучебные

• самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели;

• поиск и выделение необходимой информации; применение методов информационного поиска, в том числе с помощью компьютерных средств: моделирование, структурирование знания, выбор наиболее эффективных способов решения задач в зависимости от конкретных условий, рефлексия способов и условий действия, контроль и оценка процесса и результатов деятельности, самостоятельное создание алгоритмов деятельности.

2. Логические

• анализ объектов с целью выделения признаков (существенных, несущественных);

• синтез, обобщение, аналогия, сравнение, классификация;

• установление причинно-следственных связей;

• построение логической цепи рассуждений, доказательство;

• выдвижение гипотез и их обоснование.

Постановка и решение проблемы

• формулирование проблемы;

• самостоятельное создание способов решения проблем творческого и поискового характера.

Смежные дисциплины

математика, теория управления, схемотехника, программирование, теория информации

Учебно-методический комплекс

Оборудование

• конструктор LEGO MINDSTORMS NXT;

• персональные компьютеры, объединенные в локальную сеть с выходом в Интернет;

• мультимедийный проектор;

• Материалы для создания трека (ватман, черная изолента, ножницы)

Программное обеспечение

• графический программный пакет National Instruments LabVIEW;

• Microsoft Office 2010

Дидактические средства

• компьютерная презентация «Криволинейное движение»;

• технические справочнике по физике и робототехнике

Предварительная подготовка к уроку

Преподаватель организует разбивку на группы: физики-теоретики, физики-практики, программисты. Каждой группе предлагается список состава, чтобы ребята, в соответствии со своими желаниями и возможностями определили свою роль в подготовке проекта и спланировали свою деятельность. Обучающиеся: по своему желанию распределяются в группы, выбирают роли и составляют план своей работы над проектом. Группа физиков-теоретиков систематизирует ранее изученный материал о криволинейном движении и подготавливает выступление на уроке с опорой на мультимедийную презентацию. Этот этап ребята проводят во внеурочное время, консультируются с преподавателем.

Хронометраж урока

№ п/п

Вид работы

Время

1

1 этап. Погружение в тему проекта

3 мин

2

2 этап. Подготовка к эксперименту

16 мин

3

3 этап. Проведение эксперимента и обсуждение его результатов

22 мин

4

Домашнее задание

2 мин

5

Подведение итогов и выставление оценок

2 мин

45 мин

Ход проведения урока

«Я бы робота построил, пусть меня научат»

1 этап. Погружение в тему проекта.

Приветствие. Проверка наличия обучающихся. Подготовка к работе.

Мотивация школьников к учению.

Учебная деятельность, которой вы заняты в данный момент в школе, повлечет за собой успех в вашей дальнейшей деятельности. Одним из динамично развивающихся направлений программирования является программное управление робототехническими системами. В период развития техники и технологий, когда роботы начинают применяться не только в науке, но и на производстве и быту, актуальной задачей является владение этими инновационными технологиями.

Тема: «Криволинейное движение».

Цель: применить теоретические знания о криволинейном движении для создания программы для робота Lego MINDSTORMS EV3 в приложении ROBOLAB для решения практических задач.

Объект исследования: криволинейное движение.

Предмет исследования: программный код криволинейного движения на базе графического программного пакета National Instruments LabVIEW.

Гипотеза: если изучить основные характеристики криволинейного движения и основы робототехники, то можно определить скорость и центростремительное ускорение любого тела и написать программный код для управления роботом Lego MINDSTORMS EV3 для решения практических задач.

Задачи:

1. Систематизировать материал о криволинейном движении.

2. Создать программный код для проведения эксперимента и применения полученных знаний из курса физики в роботехнике.

3. Провести эксперимент.

4. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

2 этап. Подготовка к эксперименту.

Группа физиков-теоретиков (4 человека)

1. Систематизирует ранее изученный теоретический материал о криволинейном движении и представляет его в виде мультимедийной презентации.

2. Рассчитывает скорость и ускорение по траектории движения, которую разработала и начертила группа физиков-практиков.

Теоретическая часть

Слайд 2

Слайд 3

Слайд 4

Слайд 5

1. Чем отличается криволинейное движение от прямолинейного?

Слайд 2. Если скорость тела и действующая на него сила направлены вдоль пересекающихся прямых, то тело движется криволинейно.

2. Что можно сказать о пути и перемещении при криволинейном движении?

Слайд 3. Перемещение и пройденный путь не совпадают.

3. Как направлен вектор скорости при криволинейном движении?

Слайд 3. Вектор скорости направлен по касательной в каждой точке траектории.

4. Ускорение при криволинейном движении, его направление, формула?

Слайды 4, 5. Вектор ускорения направлен по радиусу к центру окружности и перпендикулярен вектору скорости.

5. Центростремительная сила, ее направление, формула?

Слайд 5. Направление ускорения и силы совпадают, поэтому сила направлена к центру окружности.

6. Что такое период и его формула?

Слайд 6. Период - это промежуток времени, за который движение снова повторяется.

Решение задач

1. Путь, пройденный колесом робота, движущимся равномерно по внутренней дуге окружности, составил 80 см за 7 с. Определите центростремительное ускорение, если внутренний радиус окружности составил 33 см.

а = ? υ =

L = 80см = 0,8 м

t = 7 с a = a = = 0,037м/с²
r = 33см = 0,33м

2. Путь, пройденный колесом робота, движущимся равномерно по внешней дуге окружности, составил 90 см за 10 с. Определите центростремительное ускорение, если внешний радиус окружности составил 48 см.

а = ? υ =

L = 90см = 0,9 м

t = 10 с a = a = = 0,035м/с²
r = 48см = 0,48м

Группа физиков-практиков (6 человек)

1. Разрабатывает и чертит траекторию движения для робота.

2. Конструирует и собирает робота Lego MINDSTORMS EV3 для проведения эксперимента.

Группа программистов (4 человека)

1. Составляет алгоритм и программный код на базе графического программного пакета National Instruments LabVIEW, описывающий криволинейное движение робота.

3 этап. Проведение эксперимента

1. Группа физиков-теоретиков делится на две подгруппы, одна из которых консультирует физиков-практиков и программистов во время проведения эксперимента, а другая ведет фото и видеосъемку эксперимента.

2. Группа программистов совместно с физиками-практиками проводят эксперимент, осуществляют тестирование и отладку программы.

Обсуждение результатов эксперимента

1. Как зависит скорость при криволинейном движении от длины окружности?

2. Какая взаимосвязь между центростремительным ускорением и скоростью при криволинейном движении?

Вывод

Основываясь на теоретических знаниях о криволинейном движении, создали программу, описывающую движение робота Lego MINDSTORMS EV3 по заданной траектории в приложении ROBOLAB на базе графического программного пакета National Instruments LabVIEW.

Подведение итогов. Выставление отметок по совокупности за работу на уроке, рефлексия.

На уроке используются самые разнообразные оперативные методы контроля знаний, соотнося оценку их уровня с заданной целью урока таким образом, чтобы каждый ученик увидел все пространство образовательного маршрута урока, успешно пройденные его этапы и те пункты, к которым необходимо вернуться при выполнении домашнего задания. Итоговая оценка будет выставлена на следующем уроке - контрольной работе.

Сообщение домашнего задания.

• обязательное: используя данные рассмотренных на уроке задач, определить период Τ и угловую скорость ω робота;

• дополнительное: создать программный код для движения робота Lego MINDSTORMS EV3по замкнутой траектории;

• творческое: смонтировать видеоролик проведения эксперимента по фото и видеоматериалам с урока;

• опережающее: выяснить, какую скорость нужно сообщить телу, чтобы оно стало искусственным спутником Земли.

Схема когнитивных установок для выполнения домашнего задания:

• что нужно выполнить;

• почему это нужно выполнить;

• как это выполнить;

• для чего нужны эти знания, умения и навыки в жизни и на следующем уроке;

• какие могут быть сложности;

• что повторить;

• на что обратить внимание;

• какова будет следующая тема урока;

• кто из одноклассников готов стать консультантом (не для того, чтобы списать, а для того, чтобы объяснить).

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ

Литература

1. Как проектировать универсальные учебные действия в начальной школе: от действия к мысли: пособие для учителя / А. Г. Асмолов, Г. В. Бурменская, И. А. Володарская и др.; под ред. А. Г. Асмолова. - М., 2008.

2. Концепция федеральных государственных образовательных стандартов общего образования: проект / Рос. акад.образования; под ред. А. М. Кондакова, А. А. Кузнецова. -М., 2008.

3. Сологуб В. А. Методика создания и использования мультимедийных пособий и программ. - М., 2008.

4. Безрукова, В.С. Достоинства и недостатки современного урока / В.Безрукова // Директор школы. - 2004. - № 2. - С. 33 - 37.

5. Жук, Н. Личностно ориентированный урок: технология проведения и оценки / Н.Жук // Директор школы. - 2006. - № 2.

6. Зайцев, С. Личностно ориентированное обучение младших школьников / С.Зайцев // Директор школы. - 2005. - № 3.

7. Каминский, В.Ю. Использование общеобразовательных технологий в учебном процессе / В.Ю.Каминский // Завуч для администрации школ. - 2005. - № 3. - С. 4 - 14.

8. Карачи, А. Как повысить КПД обучения / А.Карачи // Директор школы. - 2005. - № 9. - С. 59 - 64.

9. Ковгородова, А. Режиссура школьного урока / А.Ковгородова // Директор школы. - Директор школы. - 2005. - № 2. - С. 49 - 51.

10. Лаврентьев, В.В. Методические основы современного урока в школе с разноуровневым дифференцированным обучением: методические рекомендации для учителя / В.В.Лаврентьев // Завуч для администрации школ. - 2005. - № 1. - С. 89 - 95.

11. Лаврентьев, В.В. Требования к уроку как к основной форме организации учебного процесса в условиях личностно ориентированного обучения: методические рекомендации / В.В. Лаврентьев // Завуч для администрации школ. - 2005. - № 1. - С 83 - 88.

12. Лукьянова, М.И. Методика комплексного анализа и самоанализа личностно-ориентированного урока / М.И.Лукьянова, Т.Н.Абдуллина // Завуч для администрации школ. - 2006. - № 2. - С. 22 - 34.

Интернет-ресурсы

13. Федеральные Государственные образовательные стандарты standart.edu.ru/

14. Как провести интегрированный урок eidos.ru/courses/themes/21512/index.htm

15. Хуторский А.В. Методика личностно-ориентированного обучения lib.podelise.ru/docs/49/index-5085-12.html

16. Хуторский А.В. Модернизация образования rudocs.exdat.com/docs/index-63230.html?page=3

17. Бесплатная техническая библиотека по робототехнике diagram.com.ua/library/elektronika-robototehnika/