X-xi. Количество часов

Физика на компьютере Классы: X-XI.Количество часов: 136 (2 ч в неделю).Профиль: физико-математический.Место курса в образовательном процессе Инновационные преобразования, происходящие в современном обще­стве, затронули все сферы человеческого общества, включая и сферу обра­зования, – появляются новые дисциплины, пересматривается содержание действующих учебных предметов, разрабатываются новые методики изло­жения материала с применением компьютерной техники. Инновации со­здают как положительный, так и отрицательный эффект. Последний выра­жается, например, в падении интереса к ряду фундаментальных школьных дисциплин, чьи позиции каких-то десять лет назад казались незыблемы­ми. Одной из таких дисциплин является физика: если ранее ей уделялось пристальное внимание, на ее изучение отводилось достаточное количество часов, были популярны физические кружки, олимпиады, вечера, КВН, то ныне данный школьный предмет влачит жалкое существование. Даже не­значительное сокращение количества часов на его изучение повлекло су­щественные перемены. У учителя стало меньше времени на мотивацию изучения тех или иных элементов физики, практически не осталось време­ни на применение элементов занимательности и включение в объяснение исторического материала. Прагматизм, царящий в школьном образовании, привел к падению уровня знаний в области физики. Из данной ситуации есть несколько выходов. Один из них базирует­ся на применении в процессе изложения материала компьютерной тех­ники и программ с физическим содержанием. На данном этапе развития школьного образования проводить полноценные компьютерные уроки со всем классом и по физике, и по информатике не представляется воз­можным, поэтому подобные занятия можно реализовать либо на факуль­тативах, если речь идет о VII–IX классах, либо на элективных курсах, если это касается старших классов. Элективным курсом, на котором фи­зический материал изучается с использованием компьютерной техники, может стать курс «Физика на компьютере».Концепция курса Курс направлен на повышение интереса учеников к школьной физике через применение компьютерной техники. В нем используются и методы информатики (моделирование, решение задач на компьютере), и методы физики (эксперимент, решение количественных и качествен­ных задач с физическим содержанием), и общепедагогические методы (лекция, беседа, демонстрация). Подобное интегрированное наполнение призвано повысить качество обучения и помочь выпускникам школ с определением выбора дальнейшего жизненного пути. Преподавание курса может быть осуществлено учителем физики со­вместно с учителем информатики. Если учитель физики имеет соответст­вующую подготовку по работе с прикладным программным обеспечени­ем компьютера, то он сам может преподавать этот курс. То же самое от­носится и к учителю информатики, хорошо владеющему физикой. Курс проходит параллельно базовому курсу физики, и в нем рассматривается как основной, так и дополнительный материал, а также материал, кото­рый был исключен из учебников в ходе последних преобразований. Основным прикладным программным обеспечением курса являются электронные справочники по физике и программы для проведения фи­зических экспериментов («Живая физика», «Открытая физика», «Физика в картинках»), дополнительно применяются системы программирования, табличные процессоры (Excel) и специализированные программы (мате­матические пакеты Mathead, Eureka и др.), имеющиеся в распоряжении учителя.^ Учебные цели и задачи курса Формирование навыков применения компьютерной техники в фи­зических исследованиях; повышение интереса к физике; совершенствование знаний и умений, полученных в основных курсах физйНси и информатики; расширение представлений об экспериментальном методе позна­ния окружающей действительности, роли и месте компьютерного эксперимента в физических исследованиях; выработка умений применять компьютерную технику для проведе­ния компьютерного эксперимента и решения задач с физическим содержанием; . /, закрепление представлений о постановке, классификации, приемах и методах решения школьных физических задач; подготовка к обоснованному выбору профессии.^ Формы организации учебных занятий Учебный процесс в рамках курса организуется в форме учебной ис­следовательской деятельности. Курс делится на блоки, каждый из кото­рых связан с определенным разделом школьного курса физики. Прежде чем приступить к работе с физическим материалом, рассматриваются прикладные программные средства, применяемые на занятиях. Они под­бираются по усмотрению учителя. При подборе он должен руководство­ваться объемом учебных часов, отводимых на изучение электива, уров­нем подготовки учащихся, теоретическим наполнением курса. Обязатель­но должна проходить работа с программами, с помощью которых проводится демонстрация опытов и реализуется виртуальный лаборатор­ный эксперимент, а также решаются задачи с физическим содержанием и моделируются физические процессы, явления и объекты. После рассмотрения большей части блоков ученики знакомятся со способами работы с программами для оформления результатов исследо­ваний (или повторяют их) и приступают к оформлению полученных ре­зультатов. Последний блок курса является необязательным и реализуется учителем в том случае, если имеется доступ к сети Интернет. Занятия блока призваны сформировать у учеников навыки поиска информации с физическим содержанием в глобальной сети. В рамках курса предполагается рассмотрение некоторых разделов ба­зового курса физики, материал которых изучается в старших классах и изучался ранее в VII–IX классах. Такой подход позволяет, во-первых, показать ученикам различные пути исследования одних и тех же задач, во-вторых, актуализировать знания учащихся в области физики и ин­форматики. Преподавание каждого блока реализуется по следующей схеме: дается теоретический материал, с использованием электронных изданий прово­дятся демонстрация и компьютерный эксперимент. Материал обязательно снабжается историческими сведениями об этапах развития физики, станов­лении физической науки, биографиями ученых. Излагать исторический ма­териал может как учитель, так и ученики, предварительно подготавливая доклады по заданной теме. В ходе эксперимента учащиеся должны убедить­ся в истинности значения физических величин, обнаружить, соответству­ющие эффекты, проверить факт существования той или иной закономер­ности протекания явления. На следующем этапе разбираются решения задач с физическим содержанием. При анализе уделяется внимание как ме­тодам решения, так и технологии реализации решения на компьютере. Каждое занятие заканчивается выдачей домашнего задания, основное на­значение которого – повторение теоретического материала и разработка алгоритмов решения задач по физике. Алгоритмы разрабатываются для реа­лизации различными прикладными программными средствами. В процессе прохождения курса ученики накапливают материал, а на его завершающей стадии оформляют полученные результаты с применением текстовых редакторов. Для повышения качества восприятия полу­ченных результатов используются возможности программ компьютерной графики. По оформлению результатов исследования учитель делает вывод о сформированности у учащихся умений по курсу.^ Минимально необходимый уровень знаний и технологических умений учащихся перед прохождением курса Учащиеся: знают виды прикладных программных средств персонального компьютера и владеют навыками работы с типовыми ППС; имеют представление о способах обработки различных видов ин­формации; умеют решать задачи с физическим содержанием; знают схему решения задачи на компьютере и без него; умеют ставить простейшие исследовательские задачи и решать их доступными средствами; владеют навыками оформления документов.^ Содержание обучения Программные средства, применяемые при обучении физике. Физический вычислительный эксперимент. Роль эксперимента в по­знании окружающей действительности. Возможности компьютерной тех­ники при проведении физических исследований и экспериментов. Про­граммные средства компьютера, применяемые для проведения виртуаль­ного эксперимента («Живая физика», «Виртуальная физика», «Открытая физика»). Приложение Electronics Workbench. Математическое моделирование физических процессов. Програм­мные средства компьютера, применяемые для моделирования (табличные процессоры, системы программирования, математический пакет Math-cad). Физическая задача. Количественные и качественные задачи. Различ­ные приемы и способы решения физических задач. Схема решения задач с физическим содержанием. Программные средства компьютера, приме­няемые для решения задач (табличные процессоры, системы программи­рования, математический пакет Eureka).Кинематика. Основная задача кинематики. Траектория движения. Векторные ве­личины. Действия над векторами в «Открытой физике». Проекция век­тора на ось. Координатный метод решения задач. Задачи о равномерном и прямолинейном движении точки. Задачи на преследование цели. Мо­делирование перемещения материальной точки. Движение с постоянным ускорением. Скорость движения с постоян­ным ускорением. Равномерное движение точки по окружности. Равно­мерное и равноускоренное вращение. Задачи на ускорение.Динамика. Опыты Галилея по изучению движения тел. Законы Ньютона. Сила тяжести и вес. Вес тела в движущемся лифте. Изучение движения планет с помощью компьютерного моделирования. Невесомость. Навигация на орбите: движение спутника в поле Земли. Падение тел. Изучение полета тела, брошенного под углом к гори­зонту, с помощью компьютерного моделирования. Силы упругости. Законы Гука. Задачи о грузах на пружине. Свободные и вынужденные колебания. Изучение движения маятника с помощью компьютерного моделирования. Силы трения между соприкасающимися поверхностями твердых тел. Движение по наклонной плоскости. Решение задач на движение твердо­го тела под действием нескольких сил.Законы сохранения в механике. Закон сохранения импульса. Упругие и неупругие соударения. Со­ударение упругих шаров, Моделирование падения шарика на абсолютно упругую наклонную плоскость. Реактивное движение. Моделирование движения ракеты.Молекулярная физика. Основы молекулярно-кинетической теории. Броуновское движение. Опыты Броуна по изучению теплового движения молекул. Хаотическое движение. Силы взаимодействия молекул. Кинетическая модель идеаль­ного газа. Механическая модель диффузии газа. Распределение Максвел­ла. Решение задач с межпредметным содержанием. Газовые законы. Изобарные, изохорные, изотермические процессы. Адиабатический процесс. Термодинамические циклы. Изотермы реально­го газа. Задачи на построение графиков зависимостей. Насыщенный пар. Влажность воздуха. Испарение и конденсация. Кипение жидкости при низком давлении. Задачи на давление. Задачи на определение характеристик влажности воздуха. Основы термодинамики. Цикл Карно. Построение модели тепловой машины.Основы электродинамики. Электростатика. Заряженные тела. Электризация тел. Электрическое поле точечных зарядов. Взаимодействие точечных зарядов. Силовые поля системы электрических зарядов. Закон сохранения электрического заряда. Задачи на определение силы взаимодействия. Построение моде­лей взаимодействия.Движение зарядов в электрическом поле. Решение качественных задач. Законы постоянного тока. Электрический ток. Сила тока. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление. Параллельное и последовательное со­единения проводников. Цепи постоянного тока. Построение графиков зависимостей. Задачи на расчет сопротивления в электрических цепях. Виртуальные эксперименты с электрическими схемами в Mathcad. Моде­лирование электрических цепей постоянного тока в Electronics Work­bench. Задачи на электричество. Построение силовых линий электрического поля. Магнитное поле. Взаимодействие токов. Магнитное поле переменного тока. Магнитное поле кругового витка с током. Магнитное поле соленоида. Электромагнитная индукция., Опыты Фарадея.Колебания и волны. Механические волны. Продольные и поперечные волны. Распростра­нение механических волн. Интерференция механических волн.Оптика. Световые волны. Скорость света. Опыт Майкельсона по определе­нию скорости света. Отражение и преломление света. Закон преломления света. Диспер­сия света. Плоские и сферические зеркала. Задачи на прохождение света через несколько пластин. Моделирование хода лучей в зеркалах. Линза. Тонкая линза. Система из двух линз. Глаз как оптический инструмент. Зрительная труба. Интерференция света. Опыты Ньютона по интерференции света. Кольца Ньютона. Интерференционный опыт Юнга. Дифракция света. Зоны Френеля. Дифракционная решетка. Дифрак­ционный предел разрешимости. Поперечность световых волн. Поляризация света. Поляроиды. Постулаты теории относительности. Относительность одновременно­сти. Относительность длины.Квантовая физика. Атомная физика. Квантовые постулаты Бора. Квантование электрон­ных орбит. Серия Бальмера.Оформление результатов исследований. Создание иллюстраций в системах компьютерной графики. Средства работы с растровой и векторной графикой. Сканирование и редактиро­вание изображений. Текстовый процессор Word и его возможности по оформлению ре­зультатов исследования. Построение диаграмм. Работа с табличными данными. Внедрение мультимедийных объектов.Поиск информации с физическим содержанием в сети Интернет. Сайты производителей электронных энциклопедий по физике («Фи-зикон», 1С, «Кирилл и Мефодий»). Сайты виртуальных лабораторий. Сайты по дистанционному обучению физике. Каталоги образовательных ресурсов по физике. Телеконференции по физике. Систематизация физических электронных ресурсов.^ Ожидаемые результаты обучения После прохождения курса учащиеся владеют следующими знаниями, умениями и способами деятельности: умеют планировать свою деятельность, связанную с решением задач из школьного курса физики с использованием прикладных программных средств компьютера; умеют описывать решаемые задачи на языке математических поня­тий, точно формулируя цель решения; •знают принципы построения моделей на компьютере и владеют навыками компьютерного моделирования в физике; знают роль вычислительного эксперимента в современном науч­ном познании и имеют представление о возможностях и границах его применимости; умеют грамотно обрабатывать результаты измерений, формулиро­вать вопросы и выводы по исследуемой проблеме, записывать ре­зультаты с учетом погрешности, правильно интерпретируя полу­ченные результаты; знают способы применения информационных технологий в физике; владеют способами продуктивной деятельности.^ Рекомендуемая литература Бешенков С. А., Ракитина Е. А. Решение типовых задач по модели­рованию // Информатика в школе: Приложение к журналу «Информати­ка и образование». 2005. № 1.Бронфман В. В., Дунин С. М. Когда оживает физика // Информати­ка и образование. 1998. №4.Бурсиан Э. В. Задачи по физике для компьютера. М.: Просвеще­ние, 1991.Горбушин Д. Ш., баранин В. А. Виртуальные лабораторные стенды по физике//ИнформатИка и образование. 2003. №10.Горстко А. Б. Познакомьтесь с математическим моделированием. М.: Знание, 1991.Гурский Д. А. Вычисления в MathCAD. M.: Новое знание, 2003.7. Дьяконов В. П. Справочник по MathCAD PLUS 6.0 PRO. M.: СКПресс, 1997.Дьяконов В. П. Справочник по применению системы Eureka. M.: Наука, 1993.Дьяконов В. П. Справочник по алгоритмам и программам на языке программирования бейсик для персональных ЭВМ. М.: Наука, 1987. Из истории физики / Сост. В. А. Тихомирова, А. И. Черноуцан. М.: Бюро Квантум, 1996. (Приложение к журналу «Квант». № 6–1996).Каганов В. И. Компьютерные вычисления в средах Excel и Math-cad. М.: Горячая линия–Телеком, 2003.Карлащук В. Электронная лаборатория на IBM PC: Лаборатор­ный практикум на базе Electronics Workbench и Matlab. M.: Солон-Пресс, 2004.Ланге В. Н. Экспериментальные физические задачи на смекалку: Учеб. руководство. М.: Наука, 1985.Леонович А. А. Физический калейдоскоп, или Фрагменты из жизни замечательных людей, идей и понятий / Под ред. А. И. Черноуца-на. М.: Бюро Квантум, 1994. (Приложение к журналу «Квант». Вып. 2).Мураховский В. И. Компьютерная графика: Популярная энцикло­педия. М.: АСТ-Пресс, 2002.Окулов С. М, Основы программирования. М.: БИНОМ. Лабора­тория знаний, 2004.Оспенникова Е. В. Методологическая функция виртуального лабо­раторного эксперимента//Информатика и образование. 2002. №11.Пономаренко С. Adobe Illustrator 10. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. Практикум абитуриента: Электричество и магнетизм / Под ред. В. В. Можаева, А. И. Черноуцана. М.: Бюро «Квантум», 1998. (Приложе­ние к журналу «Квант». №5–1994).Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. М.: Дрофа, 2003.Самарский А. А., Михайлов А. П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. М.: Наука, 1997.Семакин И. Г., Шестаков А. Л. Основы программирования. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003.Симонович С. В., Евсеев Г. А., Алексеев А. Г. Специальная инфор­матика: Учебное пособие. М.: АСТ-Пресс, Инфорком-Пресс, 1999.Туркин О. В. Использование электронных таблиц при исследова­нии физических моделей // Информатика: Приложение к газете «Первое сентября». 2001. № 17.Угринович Н. Д. и др. Практикум по информатике и информаци­онным технологиям. Учебное пособие для общеобразовательных учреж­дений: М.: Лаборатория Базовых Знаний, 20(13.Угринович Н.Д. Информатика и инфог. мационные технологии: Учебник для 10–11 классов. М.: Лаборатория Баювых Знаний. 2003.Хеерман Д. В. Методы компьютерного эксперимента в теоретиче­ской физике. М.: Наука, 1990.Ходяков И. A. Mathcad 6.0 и Electronics Workbench 5.12 в средней школе // Информатика и образование. 1999. №7.Шафрин Ю. А. Информационные технологии: В 2 ч. Ч. 2: Офис­ная технология и информационные системы. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. Школа в «Кванте»: Физика 9–11. Вып. 1 / Под. ред. А. А. Варла­мова, А. Л. Стасенко, А. И. Черноуцана. М.: Бюро «Квантум», 1995. (Приложение к журналу «Квант». №4–1995). Школьные учебники по физике.^ Рекомендуемые электронные издания 1С: Образование 3.0. Образовательный комплекс: Библиотека электронных наглядных пособий «Физика (7–11 классы)» («1С»), CD-ROM по курсу «Информатика и информационные техноло­гии» (Н. Д. Угринович). Занимательная игра «Физикус – обучение с приключением» («МедиаХауз»). Интерактивные мультимедийные обучающие курсы «Практиче­ский курс Excel 2000», «Практический курс Excel 2003», «Практический курс Excel XP» («Кирилл и Мефодий»). Интерактивный мультимедийный обучающий курс «Практический курс Adobe Photoshop 5.0» («Кирилл и Мефодий»). Интерактивный мультимедийный обучающий курс «Практический курс Corel DRAW 9.0» («Кирилл и Мефодий»). Интерактивный мультимедийный обучающий курс «Практический курс Pascal+Delphi 5.6». Части 1–3 («Кирилл и Мефодий»). Интерактивный мультимедийный обучающий курс «Практический курс Word 2000» («Кирилл и Мефодий»). Компьютерная проектная среда «Живая физика» (ИНТ). Курс «Волновая оптика на компьютере» («Физикой»), Курс «Молекулярная физика на компьютере» («Физикон»). Моделируемая компьютерная среда «Виртуальная физика» («Стратум»). Мультимедийный курс «Открытая физика 2.0» («Физикон»). Образовательный компьютерный курс «Физика в картинках» («Физикон»). Обучающая программа «Обучение: Visual BASIC 6.0» («Медиа-Сервис 2000»). Пакет программ «Фундаментальные физические опыты» (БелНИИ образования, Минск). Электронное издание «TeachPro Решебник по физике» («1С»).