microbik.ru
1


Использование на уроках физики вычислительных и лабораторных экспериментов. Удаленный доступ


История применения ЭВМ в физике

  • Для вычислений

  • Для управления экспериментом

  • Для организации связи

  • Для создания обучающих программ

  • Для имитации и моделирования



Вычислительная физика

  • Сложные расчётные методы

  • и компьютерное моделирование физических процессов появились в 50-х - 60-х годах ХХ века.

  • Получили развитие два основных метода моделирования: динамический и статистический.

  • Возникла и получила развитие вычислительная физика, структурной единицей которой является вычислительный (компьютерный) эксперимент.

  • В физическом образовании методы моделирования и вычислительные методы начали применяться в 90-х годах для создания учебного компьютерного эксперимента.



Учебный компьютерный эксперимент



Модели в физике

  • Роль эксперимента:

  • 1) в науке, 2) в образовании.

  • Роль теории: 1) в науке, 2) в образовании.

  • Модель как основа физической теории. Модель и физические законы.

  • Физическая модель и компьютер. Возможность «оживить» модель и визуализировать её.

  • Компьютерная модель:

  • 1) в науке, 2) в образовании.



Компьютерная демонстрация

  • Зачем нужна физическая демонстрация?

  • Она позволяет вскрыть внутреннюю сущность процесса в рамках принятых теоретических представлений.

  • Когда нужна компьютерная физическая демонстрация?

  • Реальная демонстрация не может быть проведена по каким-то причинам



Виртуальная лабораторная работа

  • По методике выполнения похожа на обычную.

  • Позволяет частично сформировать экспериментаторские навыки.

  • Позволяет усилить «модельную», теоретическую составляющую обучения.

  • Не заменяет, но дополняет обычные лабораторные работы.



Интерфейс компьютерной лабораторной работы

  • Демонстрационные возможности и демонстрационное окно. Динамика.

  • Окно ввода данных.

  • Окна вывода результатов. Результаты в виде чисел и в графическом виде.

  • Панель управления экспериментом.

  • Описание хода работы.





Виртуальное и реальное в учебном компьютерном эксперименте

  • Компьютерные модели должны быть адекватны реальности.

  • Соотношения между виртуальными величинами должны быть такими же, как и между реальными.

  • Графические объекты на экране должны вести себя в соответствии с законами физики.



Методика компьютерной лабораторной работы

  • Фронтальная работа или маршрутизация?

  • Предварительный опрос (тестирование).

  • А при фронтальной?

  • Самостоятельность учащихся.

  • Виртуальные приборы с ручным управлением.

  • Ручная обработка результатов «опытов» (или компьютерная, но самостоятельная)

  • Методика, в целом, может быть оставлена прежней.



Как создается учебный компьютерный эксперимент

  • Разработка детального сценария компьютерного эксперимента.

  • Выбор расчётного метода

  • а) Численное решение фундаментальных уравнений движения методами молекулярной динамики.

  • б) Статистический метод Монте-Карло



Пример применения динамического метода

  • Закон всемирного тяготения.

  • Динамический метод моделирования.



Пример статистического метода







Вычисление площади



Примеры виртуальных лабораторных работ

  • Изучение движения тела, брошенного под углом к горизонту

  • Изучение движения законов планет Эксперимент Бюффона