- Преподавателю
- Информатика
- Материалы к уроку Моделирование физических явлений
Материалы к уроку Моделирование физических явлений
Раздел | Информатика |
Класс | - |
Тип | Конспекты |
Автор | Переверзева Е.Г. |
Дата | 12.10.2014 |
Формат | rar |
Изображения | Есть |
Моделирование физических явлений
Переверзева Елена Геннадьевна ([email protected])
Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №1 Курского муниципального района Ставропольского края (МОУ СОШ №1 ст. Курской)
Информатика, урок обучения умениям и навыкам, урок-практикум, урок-исследование.
Моделирование физических явлений
1 урок 45 минут, 9 класс
АРМ учителя, компьютерный класс, EduMandriva 2010, Windows, электронные таблицы: Gnumeric, Exsel
Наука начинается с тех пор, как начинают измерять.
Д. И. Менделеев
Аннотация к уроку
На уроке «Моделирование физических явлений» в 9 классе представлены идеи метапредмета «Задача» и «Знак, использована техника перевода проблем в задачи, поиск средств решения, анализ и прогнозирование результата.
Комментарии к уроку: ▲
Структура урока включает этапы: организационный, постановки цели, проверки домашнего задания и актуализации знаний, выполнение задач стандартного типа, затем реконструктивно-вариативного типа, творческого типа, контроля сформированности умений и навыков, определения домашнего задания.
Сначала ученики занимаются воспроизводящей деятельностью. Затем выполняют задания, требующие владения обобщенными умениями и элементами переноса знаний и способов деятельности в новые ситуации. На этом этапе применяется дифференцированно-групповая форма обучения. Далее - выполнение творческих задач, а в конце урока - творческая деятельность.
Цель - научить учащихся основам моделирования, переводя проблемы в задачи, используя в качестве инструмента обработки результатов электронные таблицы.
Задачи:
образовательные: выработать умение использовать функции и математические формулы для вычислений и построения графиков; научить владению приемами чтения и анализа построенных графиков; углубить знание о функциональных зависимостях, о процессах, происходящих на планете Земля.
воспитательные: показать роль человеческой деятельности в процессах, происходящих на нашей планете; вовлечь в активную практическую деятельность; способствовать воспитанию природоохранного и экологического сознания; создавать объективную основу для воспитания и любви к родному краю; совершенствовать навыки общения.
развивающие: продолжить формировать умения работать с дополнительной литературой; выступать перед аудиторией, формировать критическое мышление; умение анализировать, выделять главное, обобщать и делать выводы.
Ход урока:
I. Цель урока: на уроке мы создадим модели физических явлений в электронных таблицах.
Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Д. И. Менделеев
▲ Слайды 2, 3- на слайдах фото автора, лаборатории СГУ 2010г., современные исследования.
II. Проверка домашнего задания - тест «Основные свойства моделей и моделирования»:
▲ Слайд 4. учащиеся индивидуально работают с тестом (Приложение 2)
-
А и В модели некоторого объекта. Модель А лучше модели В, если…
-
она более формальна, чем В
-
больше соответствует цели моделирования
-
ее разработка дешевле, чем В
-
-
Моделирование - это: процесс...
-
демонстрации моделей одежды в салоне мод;
-
неформальной постановки конкретной задачи;
-
замены реального объекта моделью, отражающей его существенные признаки
-
-
Модель - это:
-
фантастический образ реальной действительности;
-
объект, отражающий существенные характеристики;
-
информация о несущественных свойствах объекта
-
-
Процесс построения модели, как правило, предполагает:
-
выделение наиболее существенных с точки зрения решаемой задачи свойств объекта;
-
описание всех свойств исследуемого объекта;
-
выделение не более трех существенных признаков
-
-
При изучении объекта реальной действительности можно создать:
-
несколько различных видов моделей, каждая из которых отражает те или иные существенные признаки объекта;
-
одну единственную модель;
-
точную копию объекта во всех проявлениях его свойств и поведения.
-
III Анализ ответов теста
▲ Проверка работы осуществляется выведением на экран результата работы отдельных учеников. Вопросы проблемные, поясняя свой выбор примерами, учащиеся анализируют, что такое модель, какими свойствами она должна обладать, как ее создать:
А и В модели некоторого объекта. Модель А лучше модели В, если…
Моделирование - это: процесс...
Модель - это:
Процесс построения модели, как правило, предполагает:
При изучении объекта реальной действительности можно создать:…
▲ Вывод, который могут сделать учащиеся:
Для изучения явлений, физики строят модель, в которой выделяют главные и существенные свойства объекта. Исследуют явления, измеряя величины, находят между ними связь, которую можно выразить в виде формул. См. об этом [1]
IV. Построение и исследование моделей.
Чтобы понять, как физики устанавливают взаимосвязь величин при изучении явлений, рассмотрим движение тела по наклонной плоскости.
▲ Учащиеся смотрят видеозапись[2] (Приложение 3А, 3), рассуждают, анализируют, делают выводы, отвечая на вопросы (слайд 5,6):
Отличаются ли эти два вида движения?
Что можно измерить при движении тела? Как? Какими приборами?
▲ Численные значения для построения модели взяты из видеозаписи опыта «Движение тела по наклонной плоскости». Учащиеся выполняют индивидуальное задание, анализируют результаты эксперимента:
1. Открыть программу электронные таблицы (Gnumeric, Exsel и т.д.) для записи результатов опыта: значений времени (t, c) и перемещения (S, cм) (Таблица 1).
2. Для исследования движения построить графическую модель (Приложение 4), используя Мастер диаграмм.
▲Слайд 7. Данные эксперимента и график зависимости S(t) в программе Gnumeric, Exsel.
t, c
S, см
0
0
1
7
2
28
3
63
4
112
Таблица 1
График 1
3. Анализ модели:
▲ Слайд 8, 9. Графиком является парабола, значит квадратичная зависимость.
S ~k t2, найдем коэффициент k, используя формулу в электронных таблицах: =B3/С3 и функцию автозаполнения, заполним столбец D, получаем различные значения k!
▲ Учащиеся рассуждают, ищут причины, выдвигают гипотезы:
A
B
C
D
E
F
G
1
t, c
S экс, cм
t^2, c
коэф
? S теор, cм
Δ, см
δ
2
0
0
0
7
3
1
7
1
[=B3/С3=]7,00
[=7*C3=]28
[=E3-B3=]0
4
2
28
4
7,00
63
0
5
3
64
9
7,11
112
-1
[=F5/В5=]
-1,56%
6
4
114
16
7,13
175
-2
-1,75%
7
5
25
7
-
неправильно вычислили значение k;
-
неправильно измерили;
-
неверно̀ предположение о квадратичной зависимости и т. д.
Известно, что в результате любого измерения существует погрешность измерения, связанная с приборами, поэтому необходимо проанализировать результаты опыта и оценить, могут ли они входить в область, которой можно доверять.
Рассчитаем абсолютную погрешность измерения для пути Δ= Sтеор- Sэкс (=E3-B3, разность экспериментального и теоретического значения);
Относительная погрешность измерения: δ= Δ/ S
Значения относительной погрешности позволяют считать коэффициент k = 7 с определенной степенью точности.
▲ Слайд 10 . Продолжаем исследовать движение тела по графику и уравнениям движения S(t)= v0t +a t2/2, S(t)= 7 t2. Необходимо определить начальную скорость, ускорение и сделать вывод о правильности результата.
▲ Слайд 11. По результатам модели проанализировать, где будет тело в следующую секунду, используя возможности электронных таблиц построить линию тренда и сравнить с теоретическими (расчетными значениями по уравнению движения).
▲ Слайд 12 Учащиеся выделяют основные этапы построения модели.
Этапы построения модели:
-
Исследовать результаты опыта (построили график, определили вид движения, равноускоренное)
-
Формализация модели (нашли зависимость S(t)= 7 t2)
-
Анализ модели движения тела
-
Прогнозирование. Рассчитали значение ПУТИ ДЛЯ 5-ой секунды, используя линию тренда в электронных таблицах и уравнение движения S(t)= 7 t2
V. Модель деградации Вечной Мерзлоты.
▲Слайд 13-29. Творческая работа учащихся. Учащиеся работают с материалом (Приложение5) «Проблема деградации Вечной Мерзлоты». Размеры Вечной Мерзлоты на территории РФ -11 млн.км2 , площадь России - 17 млн.км 2, (площадь Ставропольского края - 66 160 км2) в районах Вечной Мерзлоты построены города, которые были рассчитаны на то, что мерзлота будет ВЕЧНО, но глобальное потепление, происходящее сегодня, заставляет ученых строить различные модели деградации Вечной Мерзлоты.
▲ Как видно из исследований последних лет (3, 4, 5, 6)
▲ На слайдах 22 - 29, представлены основные этапы работа в группах и индивидуальной работы учащихся. (Приложение 6)
Первый этап - отвечая на вопросы:
-
Зачем ученые строят модели долгосрочных прогнозов изменения климата?
-
К каким результатам пришли ученые в результате моделирования?
-
Предложите, какую величину можно рассчитать, используя данную информацию,
учащиеся анализируют задачи и цель моделирования.
▲ Второй этап: Определяется вид и форма представления информационной модели (компьютерная программа).
1. Построить график зависимости изменения площади ВМ в зависимости от года S(t), где млн км2/год
2. Дополнительно, определить скорость деградации ВМ.
▲ Информацию учащиеся представляют в виде отчета в текстовом документе, вычислений, графиков в электронной таблице.
Третий этап - анализ модели, определение согласно модели времени исчезновения ВМ. Уточнение границы применимости модели.
VI. Итог урока, выставление оценок
VII. Домашнее задание
-
Гл. 5.4 «Информатика» Угринович 9 класс
-
Информацию представить в виде:
-
Отчет «Модель деградации ВМ» в текстовом документе
-
Вычисления, графики в электронной таблице.
-
Презентация «модель Вечной мерзлоты»
-
Дополнительно: презентация «Линейные и квадратичные функции в математике и физике»
Просто анекдот:
Пригласили биолога, статиста и физика, чтобы каждый за 100 тыс. долларов придумал способ предсказания исхода скачек. Результаты:
Биолог:
- Я разработал таблицу, по которой, зная биологические данные коней, можно предсказать победителя.
Статистик:
- Я построил регрессию, по которой, зная предыдущие забеги, можно предсказать коня-победителя.
Физик:
- Мне нужно для работы еще два года и 1 млн. долларов, а к настоящему моменту я построил модель, позволяющую предсказать победу сферического коня в вакууме.
Литература
1. Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ : учебник для 9 класса / Н. Угринович - Москва, БИНОМ, Лаборатория знаний 2011 г.
2. Физика и астрономия 7 - 9 класс [Электронный ресурс]: Комплект цифровых образовательных ресурсов к учебникам "Физика и астрономия" А.А.Пинского и др.(ЗАО «Просвещение - МЕДИА»), 2007. - Физика 9 класс - «Законы Ньютона», эл. опт. диск (CD-ROM). - URL video.mail.ru/bk/e.pereverzeva/36/37.html Дата обращения: 01.09.2011
3. Анисимов, О.А., Лавров, С.А., 2004. Глобальное потепление и таяние вечной мерзлоты: оценка рисков для производственных объектов ТЭК. Технологии ТЭК (3): 78-83. - URL permafrost.su/storage/files/articles/oil&c_f2.pdf Дата обращения: 01.09.2011
4. Болота вечной мерзлоты тают / «Вокруг света» Новости - URL vokrugsveta.ru/news/4804/ Дата обращения: 01.09.2011
5. В.П. Мелешко и др., Климат России в XXI веке: Часть 3: Будущие изменения климата, рассчитанные с помощью ансамбля моделей общей циркуляции атмосферы и океана CMIP3 // Метеорология и гидрология. -2008. - № 8. - С. 5-19.
6. Шерстюков Б.Г. ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ECHAM4, HADCM3 И CGCM2 ПО ДАННЫМ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ/ Общие сведения о физико-математических моделях климата и проблемы моделирования - URL
meteo.ru/publish_tr/trudy175/st1.pdf Дата обращения: 01.09.2011
Урок «Моделирование физических явлений»/ Переверзева Е.Г. - URL docs.google.com/document/d/1_uJH6J9UB_lMqDMkDRQI6dx0jMaZrzDIHDG-hcR_KSQ/edit?hl=en_US
Приложение 1/ Презентация «Модель деградации Вечной Мерзлоты»/ к уроку «Моделирование физических явлений» /Переверзева Е. Г- URL
docs.google.com/present/edit?id=0AXzz8Up1mzEzZGM3ZGdmOG1fMGZqbnY0N2Zx&hl=en_US
Приложение 2/ Тест «Модель»/ к уроку «Моделирование физических явлений» /Переверзева Е. Г. - URL1
docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0Anzz8Up1mzEzdG9HaWhYanVST2U5ZTBrOXREaEZNVEE&hl=en_US#gid=0
- URL 2
docs.google.com/spreadsheet/gform?key=0Anzz8Up1mzEzdG9oTU1ldmQ5MllRTWlTanE2alZCc3c&hl=en#style
Приложение 3/ Видеозапись «Равноускоренное движение по наклонной плоскости»/ к уроку «Моделирование физических явлений» /Переверзева Е. Г. - URL
docs.google.com/leaf?id=0B3zz8Up1mzEzYjY3ODIzMzYtMDZhNC00M2E4LTg4ZTMtZGRkNzgyNzQzMWE5&hl=en_US
Приложение 3А/ Видеозапись «Плазменная лампа»/ к уроку «Моделирование физических явлений» /Переверзева Е. Г. - URL
docs.google.com/leaf?id=0B3zz8Up1mzEzMDUwMTU4NmYtYzdjMC00ZjE0LThjMjctNThlMWFlZTRhOGI5&hl=en_US
Приложение 4/ Электронные таблицы «Модель равноускоренного движения» / к уроку «Моделирование физических явлений» /Переверзева Е. Г. - URL
docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0Anzz8Up1mzEzdF9SdVd2UlpQRVpIb2J5YUtfR09ZVFE&hl=en_US#gid=0
Приложение 5/ Текст для самостоятельного изучения. Модель деградации Вечной Мерзлоты/ к уроку «Моделирование физических явлений» /Переверзева Е. Г- URL docs.google.com/document/d/1iTrHw102qTCo4Y7lgX5F2-J392TDADMAfExuwxuY5Pk/edit?hl=en_US
Приложение 6/ Электронные таблицы «Модель деградации Вечной Мерзлоты» / к уроку «Моделирование физических явлений» /Переверзева Е. Г. - URL
docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0Anzz8Up1mzEzdGRzSkVTS0psbmlzY1JjaHUyblZSVEE&hl=en_US#gid=0
9