| Unterrichtsplanung für das Schuljahr | Hauptphasen der Modellierung

Lektion 2
Hauptphasen der Modellierung

Durch das Studium dieses Themas lernen Sie:

Was ist Modellieren;
- was als Prototyp für die Modellierung dienen kann;
- Welchen Stellenwert hat die Modellierung in der menschlichen Tätigkeit?
- Was sind die Hauptphasen der Modellierung?
- was ist ein Computermodell;
Was ist ein computerexperiment.

Computerexperiment

Um neuen Designentwicklungen Leben einzuhauchen, neue technische Lösungen in die Produktion einzuführen oder neue Ideen zu testen, braucht es ein Experiment. Ein Experiment ist ein Experiment, das mit einem Objekt oder Modell durchgeführt wird. Es besteht darin, einige Aktionen auszuführen und zu bestimmen, wie die experimentelle Probe auf diese Aktionen reagiert.

In der Schule machst du Experimente in den Fächern Biologie, Chemie, Physik, Erdkunde.

Beim Testen neuer Produktmuster in Unternehmen werden Experimente durchgeführt. Üblicherweise wird dazu ein speziell konstruierter Aufbau verwendet, der es ermöglicht, ein Experiment unter Laborbedingungen durchzuführen, oder das reale Produkt selbst wird allen möglichen Tests unterzogen (ein Full-Scale-Experiment). Um beispielsweise die Leistungseigenschaften einer Einheit oder Baugruppe zu untersuchen, wird sie in einen Thermostaten gelegt, in speziellen Kammern eingefroren, auf Vibrationsständern getestet, fallen gelassen usw. Es ist gut, wenn es sich um eine neue Uhr oder einen Staubsauger handelt - der Verlust bei der Zerstörung ist nicht groß. Was, wenn es ein Flugzeug oder eine Rakete ist?

Labor- und Großversuche erfordern große Materialkosten und Zeit, aber ihre Bedeutung ist dennoch sehr groß.

Mit der Entwicklung der Computertechnologie ist eine neue einzigartige Forschungsmethode aufgetaucht - ein Computerexperiment. In vielen Fällen helfen Computersimulationsstudien und ersetzen manchmal sogar Versuchsmuster und Prüfstände. Die Phase der Durchführung eines Computerexperiments umfasst zwei Phasen: die Erstellung eines Experimentplans und die Durchführung einer Studie.

Versuchsplan

Der Versuchsplan sollte den Arbeitsablauf mit dem Modell klar wiedergeben. Der erste Schritt in einem solchen Plan ist immer, das Modell zu testen.

Testen ist der Prozess der Überprüfung der Korrektheit des konstruierten Modells.

Test - eine Reihe von Anfangsdaten, mit denen Sie die Richtigkeit der Konstruktion des Modells bestimmen können.

Um sicher zu sein, dass die erhaltenen Modellierungsergebnisse korrekt sind, ist es notwendig: ♦ den entwickelten Algorithmus zum Erstellen des Modells zu überprüfen; ♦ sicherstellen, dass das konstruierte Modell die Eigenschaften des Originals, die in der Simulation berücksichtigt wurden, korrekt widerspiegelt.

Zur Überprüfung der Korrektheit des Modellkonstruktionsalgorithmus wird ein Testsatz von Ausgangsdaten verwendet, bei dem das Endergebnis im Voraus bekannt oder auf andere Weise vorgegeben ist.

Wenn Sie beispielsweise Berechnungsformeln in der Modellierung verwenden, müssen Sie mehrere Optionen für die Ausgangsdaten auswählen und diese „manuell“ berechnen. Dies sind Testobjekte. Wenn das Modell erstellt wird, testen Sie mit denselben Eingaben und vergleichen die Ergebnisse der Simulation mit den Schlussfolgerungen, die Sie durch Berechnung erhalten haben. Wenn die Ergebnisse übereinstimmen, ist der Algorithmus korrekt entwickelt, wenn nicht, muss die Ursache für ihre Abweichung gesucht und beseitigt werden. Testdaten spiegeln möglicherweise überhaupt nicht die reale Situation wider und tragen möglicherweise keinen semantischen Inhalt. Die im Testverfahren erzielten Ergebnisse können Sie jedoch dazu veranlassen, über eine Änderung des ursprünglichen Informations- oder Zeichenmodells nachzudenken, vor allem in dem Teil davon, in dem der semantische Inhalt festgelegt ist.

Um sicherzustellen, dass das konstruierte Modell die Eigenschaften des Originals widerspiegelt, die in der Simulation berücksichtigt wurden, ist es notwendig, ein Testbeispiel mit realen Quelldaten auszuwählen.

Nachforschungen anstellen

Wenn Sie nach dem Testen Vertrauen in die Korrektheit des konstruierten Modells haben, können Sie direkt mit der Studie fortfahren.

Der Plan sollte ein Experiment oder eine Reihe von Experimenten umfassen, die den Zielen der Simulation entsprechen. Jedes Experiment muss von einem Verständnis der Ergebnisse begleitet werden, das als Grundlage für die Analyse der Ergebnisse der Modellierung und das Treffen von Entscheidungen dient.

Das Schema zur Vorbereitung und Durchführung eines Computerexperiments ist in Abbildung 11.7 dargestellt.

Reis. 11.7. Schema eines Computerexperiments

Analyse der Simulationsergebnisse

Das ultimative Ziel der Modellierung ist es, eine Entscheidung zu treffen, die auf der Grundlage einer umfassenden Analyse der Simulationsergebnisse entwickelt werden sollte. Diese Phase ist entscheidend - entweder Sie setzen das Studium fort oder beenden es. Abbildung 11.2 zeigt, dass die Ergebnisanalysephase nicht autonom existieren kann. Die gewonnenen Schlussfolgerungen tragen oft zu einer weiteren Versuchsreihe und manchmal zu einer Änderung des Problems bei.

Die Ergebnisse aus Tests und Experimenten dienen als Grundlage für die Entwicklung einer Lösung. Wenn die Ergebnisse nicht den Zielen der Aufgabe entsprechen, bedeutet dies, dass in den vorherigen Phasen Fehler gemacht wurden. Dies kann entweder eine falsche Problemstellung oder eine zu vereinfachte Konstruktion eines Informationsmodells oder eine erfolglose Wahl einer Modellierungsmethode oder -umgebung oder ein Verstoß gegen technologische Methoden beim Erstellen eines Modells sein. Wenn solche Fehler identifiziert werden, muss das Modell korrigiert werden, dh zu einer der vorherigen Stufen zurückkehren. Der Prozess wird wiederholt, bis die Ergebnisse des Experiments den Zielen der Simulation entsprechen.

Die Hauptsache ist, dass der erkannte Fehler auch das Ergebnis ist. Wie das Sprichwort sagt, lernt man aus seinen Fehlern. Auch der große russische Dichter A. S. Puschkin schrieb darüber:

Oh, wie viele wundervolle Entdeckungen wir haben
Bereiten Sie den Geist der Erleuchtung vor
Und Erfahrung, der Sohn schwieriger Fehler,
Und Genie, Freund der Paradoxien,
Und Zufall, Gott ist der Erfinder...

Kontrollfragen und Aufgaben

1. Was sind die zwei Haupttypen von Modellierungsproblemen?

2. In dem bekannten „Problembuch“ von G. Oster steht folgendes Problem:

Die böse Hexe, die unermüdlich arbeitet, verwandelt täglich 30 Prinzessinnen in Raupen. Wie viele Tage wird sie brauchen, um 810 Prinzessinnen in Raupen zu verwandeln? Wie viele Prinzessinnen müssten pro Tag in Raupen verwandelt werden, um die Arbeit in 15 Tagen zu erledigen?
Welche Frage lässt sich der Art „Was passiert, wenn …“ zuordnen und welche – der Art „Wie macht man das …“?

3. Nennen Sie die bekanntesten Ziele der Modellierung.

4. Formalisieren Sie das spielerische Problem aus G. Osters „Problembuch“:

Aus zwei 27 km voneinander entfernten Ständen sprangen zwei kampflustige Hunde gleichzeitig aufeinander zu. Der erste läuft mit einer Geschwindigkeit von 4 km / h und der zweite mit 5 km / h.
Wie lange wird der Kampf beginnen?

5. Nennen Sie möglichst viele Merkmale des Objekts „Paar Schuhe“. Erstellen Sie ein Informationsmodell eines Objekts für verschiedene Zwecke:
■ Auswahl an Wanderschuhen;
■ Auswahl eines geeigneten Schuhkartons;
■ Kauf von Schuhpflegecreme.

6. Welche Eigenschaften eines Teenagers sind für eine Berufswahlempfehlung wesentlich?

7. Warum ist der Computer in der Simulation weit verbreitet?

8. Nennen Sie die Ihnen bekannten Werkzeuge der Computermodellierung.

9. Was ist ein Computerexperiment? Gib ein Beispiel.

10. Was ist Modelltest?

11. Welche Fehler treten im Modellierungsprozess auf? Was ist zu tun, wenn ein Fehler gefunden wird?

12. Was ist die Analyse von Simulationsergebnissen? Welche Schlussfolgerungen werden normalerweise gezogen?

In der oben dargestellten Definition hat der Begriff "Experiment" eine doppelte Bedeutung. Zum einen werden sowohl in einem Computerexperiment als auch in einem realen Experiment die Reaktionen des Systems auf bestimmte Änderungen von Parametern oder auf äußere Einflüsse untersucht. Als Parameter werden häufig Temperatur, Dichte, Zusammensetzung verwendet. Und die Effekte werden meistens durch mechanische, elektrische oder magnetische Felder realisiert. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Experimentator es mit einem realen System zu tun hat, während bei einem Computerexperiment das Verhalten eines mathematischen Modells eines realen Objekts betrachtet wird. Andererseits macht es die Fähigkeit, rigorose Ergebnisse für wohldefinierte Modelle zu erhalten, möglich, ein Computerexperiment als unabhängige Informationsquelle zu verwenden, um die Vorhersagen analytischer Theorien zu testen, und daher spielen die Simulationsergebnisse in dieser Eigenschaft eine Rolle Rolle des gleichen Standards wie die experimentellen Daten.

Aus all dem Gesagten ist ersichtlich, dass es zwei sehr unterschiedliche Herangehensweisen zum Aufbau eines Computerexperiments gibt, was der Art der zu lösenden Problemstellung geschuldet ist und somit die Wahl einer Modellbeschreibung bestimmt.

Erstens können Berechnungen nach den MD- oder MC-Methoden rein utilitaristische Ziele verfolgen, die sich auf die Vorhersage der Eigenschaften eines bestimmten realen Systems und deren Vergleich mit einem physikalischen Experiment beziehen. In diesem Fall können interessante Vorhersagen getroffen und Untersuchungen unter extremen Bedingungen durchgeführt werden, beispielsweise bei ultrahohen Drücken oder Temperaturen, wenn ein echtes Experiment aus verschiedenen Gründen nicht möglich ist oder zu hohe Materialkosten erfordert. Computersimulationen sind oft der einzige Weg, um möglichst detaillierte ("mikroskopische") Informationen über das Verhalten eines komplexen molekularen Systems zu erhalten. Dies wurde besonders deutlich durch numerische Experimente dynamischer Art mit verschiedenen Biosystemen gezeigt: globuläre Proteine ​​im nativen Zustand, DNA- und RNA-Fragmente. , Lipidmembranen. In einer Reihe von Fällen machten die gewonnenen Daten es erforderlich, die bisher bestehenden Vorstellungen über die Struktur und Funktionsweise dieser Objekte zu revidieren oder erheblich zu ändern. Da bei solchen Berechnungen verschiedene Arten von Valenz- und Nichtvalenzpotentialen verwendet werden, die die wahren Wechselwirkungen von Atomen nur annähern, ist dabei zu bedenken, dass dieser Umstand letztlich den Grad der Übereinstimmung zwischen Modell und Realität bestimmt . Zunächst wird das umgekehrte Problem gelöst, indem die Potentiale gemäß den verfügbaren experimentellen Daten kalibriert werden und erst dann diese Potentiale verwendet werden, um detailliertere Informationen über das System zu erhalten. Manchmal können die Parameter interatomarer Wechselwirkungen im Prinzip aus quantenchemischen Berechnungen gefunden werden, die für einfachere Modellverbindungen durchgeführt werden. Bei der Modellierung mit MD- oder MC-Methoden wird ein Molekül nicht als eine Gruppe von Elektronen und Kernen behandelt, die den Gesetzen der Quantenmechanik gehorchen, sondern als ein System gebundener klassischer Teilchen - Atome. Ein solches Modell heißt mechanisches Modell eines Moleküls .

Das Ziel eines anderen Ansatzes zum Aufbau eines Computerexperiments kann darin bestehen, die allgemeinen (universellen oder modellinvarianten) Verhaltensmuster des untersuchten Systems zu verstehen, dh Muster, die nur durch die typischsten Merkmale einer bestimmten Klasse bestimmt werden von Objekten, aber nicht durch die Details der chemischen Struktur einer einzelnen Verbindung. Das heißt, das Computerexperiment hat in diesem Fall das Aufstellen funktionaler Zusammenhänge zum Ziel und nicht die Berechnung numerischer Parameter. Diese Ideologie ist am deutlichsten in der Skalierungstheorie von Polymeren vorhanden. Aus Sicht dieses Ansatzes fungiert die Computermodellierung als theoretisches Werkzeug, mit dem Sie zunächst die Schlussfolgerungen bestehender Analysemethoden der Theorie überprüfen oder deren Vorhersagen ergänzen können. Diese Wechselwirkung zwischen analytischer Theorie und Computerexperiment kann sehr fruchtbar sein, wenn in beiden Ansätzen identische Modelle verwendet werden können. Das auffälligste Beispiel für solche verallgemeinerten Modelle von Polymermolekülen ist das sogenannte Gittermodell . Auf ihrer Grundlage wurden viele theoretische Konstruktionen vorgenommen, insbesondere im Zusammenhang mit der Lösung des klassischen und in gewissem Sinne des Hauptproblems der Physikochemie von Polymeren zur Auswirkung von Wechselwirkungen im Volumen auf die Konformation und dementsprechend auf die Eigenschaften einer flexiblen Polymerkette. Bulk-Wechselwirkungen werden normalerweise als kurzreichweitige Abstoßungskräfte verstanden, die zwischen Einheiten entstehen, die entlang der Kette entfernt sind, wenn sie sich im Raum aufgrund zufälliger Biegung des Makromoleküls nähern. Im Gittermodell wird eine echte Kette als unterbrochene Trajektorie betrachtet, die durch die Knoten eines regelmäßigen Gitters eines bestimmten Typs verläuft: kubisch, tetraedrisch usw. Besetzte Gitterknoten entsprechen Polymereinheiten (Monomeren) und den sie verbindenden Segmenten entsprechen chemischen Bindungen im Gerüst eines Makromoleküls. Das Verbot von Selbstüberschneidungen der Trajektorie (oder mit anderen Worten die Unmöglichkeit des gleichzeitigen Eintritts von zwei oder mehr Monomeren in einen Gitterplatz) modelliert volumetrische Wechselwirkungen (Abb. 1). D. h., wenn beispielsweise das MC-Verfahren verwendet wird und ein zufällig ausgewählter Link beim Verschieben in einen bereits belegten Knoten fällt, dann wird eine solche neue Konformation verworfen und bei der Berechnung der nicht mehr berücksichtigt Systemparameter von Interesse. Unterschiedliche Kettenanordnungen auf dem Gitter entsprechen Polymerkettenkonformationen. Demnach werden die erforderlichen Eigenschaften gemittelt, beispielsweise der Abstand zwischen den Enden der Kette R.

Die Untersuchung eines solchen Modells ermöglicht es zu verstehen, wie Volumenwechselwirkungen die Abhängigkeit des Effektivwerts beeinflussen von der Anzahl der Glieder in der Kette N . natürlich Wert , die die durchschnittliche Größe des Polymerknäuels bestimmt, die Hauptrolle in verschiedenen theoretischen Konstruktionen spielt und experimentell gemessen werden kann; allerdings gibt es noch keine exakte analytische Formel zur Berechnung der Abhängigkeit auf N in Gegenwart von Bulk-Wechselwirkungen. Es ist auch möglich, eine zusätzliche Anziehungsenergie zwischen jene Verbindungspaare einzuführen, die in benachbarte Gitterknoten gefallen sind. Durch Variation dieser Energie in einem Computerexperiment lässt sich insbesondere ein interessantes Phänomen untersuchen, das als „Knäuel-Kügelchen“-Übergang bezeichnet wird, wenn ein entfaltetes Polymerknäuel durch intramolekulare Anziehungskräfte zusammengedrückt wird und sich in einen verwandelt kompakte Struktur - ein Kügelchen, das einem flüssigen mikroskopischen Tropfen ähnelt. Das Verständnis der Details eines solchen Übergangs ist wichtig, um die allgemeinsten Vorstellungen über den Verlauf der biologischen Evolution zu entwickeln, die zur Entstehung globulärer Proteine ​​führte.

Es gibt verschiedene Modifikationen von Gittermodellen, beispielsweise solche, bei denen die Längen von Bindungen zwischen Gliedern keine festen Werte haben, sondern sich in einem bestimmten Intervall ändern können, was nur das Verbot von Kettenselbstkreuzungen garantiert, so die weit verbreitete gebrauchtes Modell mit "schwankenden Anleihen" angeordnet ist. Allen Gittermodellen ist jedoch gemeinsam, dass sie es sind diskret, Das heißt, die Anzahl möglicher Konformationen eines solchen Systems ist immer endlich (obwohl sie selbst bei einer relativ kleinen Anzahl von Gliedern in der Kette astronomisch sein kann). Alle diskreten Modelle haben eine sehr hohe Recheneffizienz, können aber in der Regel nur mit der Monte-Carlo-Methode untersucht werden.

Verwenden Sie in einigen Fällen kontinuierlich verallgemeinerte Modelle von Polymeren, die in der Lage sind, ihre Konformation kontinuierlich zu ändern. Das einfachste Beispiel ist eine Kette, die aus einer gegebenen Zahl besteht N Massive Kugeln, die durch starre oder elastische Verbindungen in Reihe geschaltet sind. Solche Systeme können sowohl mit der Monte-Carlo-Methode als auch mit der Methode der Molekulardynamik untersucht werden.

Experiment

Experiment(von lat. Experiment- Test, Erfahrung) in der wissenschaftlichen Methode - eine Methode zur Untersuchung eines bestimmten Phänomens unter kontrollierten Bedingungen. Sie unterscheidet sich von der Beobachtung durch die aktive Interaktion mit dem untersuchten Objekt. Typischerweise wird ein Experiment im Rahmen einer wissenschaftlichen Studie durchgeführt und dient dazu, eine Hypothese zu testen, kausale Zusammenhänge zwischen Phänomenen herzustellen. Das Experiment ist der Eckpfeiler des empirischen Zugangs zum Wissen. Poppers Kriterium stellt die Möglichkeit, ein Experiment aufzustellen, als Hauptunterschied zwischen einer wissenschaftlichen Theorie und einer pseudowissenschaftlichen Theorie heraus. Ein Experiment ist eine Forschungsmethode, die unter den beschriebenen Bedingungen unbegrenzt oft wiederholt wird und ein identisches Ergebnis liefert.

Versuchsmodelle

Es gibt mehrere Versuchsmodelle: Fehlerfreies Experiment – ​​ein Versuchsmodell, das in der Praxis nicht durchführbar ist und von experimentellen Psychologen als Standard verwendet wird. Dieser Begriff wurde von Robert Gottsdanker, dem Autor des bekannten Buches Fundamentals of Psychological Experiment, in die experimentelle Psychologie eingeführt, der glaubte, dass die Verwendung eines solchen Vergleichsmodells zu einer effektiveren Verbesserung experimenteller Methoden und der Identifizierung möglicher Methoden führen würde Fehler bei der Planung und Durchführung eines psychologischen Experiments.

Zufallsexperiment (Zufallstest, Zufallserfahrung) ist ein mathematisches Modell eines entsprechenden realen Experiments, dessen Ergebnis nicht genau vorhergesagt werden kann. Das mathematische Modell muss die Anforderungen erfüllen: es muss angemessen sein und das Experiment angemessen beschreiben; die Gesamtheit der beobachteten Ergebnisse im Rahmen des betrachteten mathematischen Modells sollte mit genau definierten festen Anfangsdaten bestimmt werden, die im Rahmen des mathematischen Modells beschrieben werden; es soll grundsätzlich die Möglichkeit bestehen, ein Experiment mit zufälligem Ausgang beliebig oft mit unveränderten Eingangsdaten durchzuführen; die Anforderung muss bewiesen werden oder die Hypothese der stochastischen Stabilität der relativen Häufigkeit für jedes beobachtete Ergebnis, definiert im Rahmen des mathematischen Modells, muss a priori akzeptiert werden.

Das Experiment wird nicht immer wie beabsichtigt durchgeführt, daher wurde eine mathematische Gleichung für die relative Häufigkeit von Experimentdurchführungen erfunden:

Es gebe ein reales Experiment, und A bezeichne das im Rahmen dieses Experiments beobachtete Ergebnis. Es gebe n Experimente, bei denen das Ergebnis A realisiert werden kann oder nicht. Und k sei die Anzahl der Realisierungen des beobachteten Ergebnisses A in n Versuchen, unter der Annahme, dass die durchgeführten Versuche unabhängig sind.

Arten von Experimenten

Physikalisches Experiment

Physikalisches Experiment- eine Art, die Natur zu kennen, die darin besteht, Naturphänomene unter speziell geschaffenen Bedingungen zu studieren. Im Gegensatz zur theoretischen Physik, die die mathematischen Modelle der Natur erforscht, ist ein physikalisches Experiment darauf ausgelegt, die Natur selbst zu erforschen.

Die Nichtübereinstimmung mit dem Ergebnis eines physikalischen Experiments ist das Kriterium für den Irrtum einer physikalischen Theorie, oder genauer gesagt, für die Unanwendbarkeit einer Theorie auf die Welt um uns herum. Die umgekehrte Aussage ist nicht richtig: Die Übereinstimmung mit dem Experiment kann kein Beweis für die Richtigkeit (Anwendbarkeit) der Theorie sein. Das heißt, das Hauptkriterium für die Lebensfähigkeit einer physikalischen Theorie ist die Überprüfung durch Experimente.

Idealerweise sollte Experimentalphysik nur geben Bezeichnung experimentelle Ergebnisse, ohne irgendwelche Interpretationen. In der Praxis ist dies jedoch nicht realisierbar. Die Interpretation der Ergebnisse eines mehr oder weniger komplexen physikalischen Experiments setzt zwangsläufig voraus, dass wir verstehen, wie sich alle Elemente des Versuchsaufbaus verhalten. Ein solches Verständnis wiederum kann sich nur auf irgendeine Theorie stützen.

Computerexperiment

Ein (numerisches) Computerexperiment ist ein Experiment an einem mathematischen Modell eines Untersuchungsobjekts auf einem Computer, das darin besteht, dass gemäß einigen Parametern des Modells seine anderen Parameter berechnet werden und auf dieser Grundlage Schlussfolgerungen gezogen werden über die Eigenschaften des durch das mathematische Modell beschriebenen Objekts gezeichnet. Diese Art von Experiment ist nur bedingt einem Experiment zuzuordnen, da es keine Naturphänomene widerspiegelt, sondern nur eine numerische Umsetzung eines von einem Menschen erstellten mathematischen Modells ist. In der Tat, im Falle einer Unrichtigkeit in mat. Modell - seine numerische Lösung kann strikt vom physikalischen Experiment abweichen.

Psychologisches Experiment

Ein psychologisches Experiment ist ein unter besonderen Bedingungen durchgeführtes Experiment zur Gewinnung neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse durch den gezielten Eingriff eines Forschers in das Leben des Probanden.

Gedankenexperiment

Ein Gedankenexperiment in Philosophie, Physik und einigen anderen Wissensgebieten ist eine Art kognitiver Aktivität, bei der die Struktur eines realen Experiments in der Vorstellung nachgebildet wird. In der Regel wird im Rahmen eines bestimmten Modells (Theorie) ein Gedankenexperiment durchgeführt, um dessen Stimmigkeit zu überprüfen. Bei der Durchführung eines Gedankenexperiments können Widersprüche in den internen Postulaten des Modells oder deren Unvereinbarkeit mit externen (in Bezug auf dieses Modell) Prinzipien, die als unbedingt wahr gelten (z. B. mit dem Energieerhaltungssatz, dem Kausalitätsprinzip usw .) kann aufgedeckt werden.

Kritisches Experiment

Ein kritisches Experiment ist ein Experiment, dessen Ergebnis eindeutig bestimmt, ob eine bestimmte Theorie oder Hypothese richtig ist. Dieses Experiment sollte ein vorhergesagtes Ergebnis liefern, das nicht aus anderen allgemein akzeptierten Hypothesen und Theorien abgeleitet werden kann.

Literatur

• Vizgin V. P. Hermetik, Experiment, Wunder: drei Aspekte der Entstehung der modernen Wissenschaft // Philosophische und religiöse Ursprünge der Wissenschaft. M., 1997. S.88-141.

Verknüpfungen

Wikimedia-Stiftung. 2010 .

Synonyme:

Sehen Sie, was "Experiment" in anderen Wörterbüchern ist:

- (von lat. experimentum Test, Erfahrung), eine Erkenntnismethode, mit deren Hilfe unter kontrollierten und kontrollierten Bedingungen die Phänomene der Wirklichkeit untersucht werden. E. wird auf der Grundlage einer Theorie durchgeführt, die die Formulierung von Problemen und ihre Interpretation bestimmt ... ... Philosophische Enzyklopädie

Experiment- Ein Angebot an eine Person aus freiem Willen zu leben, zu erleben, sich für sie relevant zu fühlen oder ein bewusstes Experiment zu unternehmen, um im Laufe der Therapie eine kontroverse oder zweifelhafte Situation für sie nachzubilden (vor allem in symbolischer Form). Kurz vernünftig ... ... Große psychologische Enzyklopädie

Niemand glaubt an eine Hypothese, außer derjenige, der sie aufgestellt hat, aber jeder glaubt an das Experiment, außer derjenige, der es durchgeführt hat. Keine noch so großen Experimente können eine Theorie beweisen; aber ein Experiment reicht aus, um es zu widerlegen ... Konsolidierte Enzyklopädie der Aphorismen

Experiment- (lateinisches Experimentum - Sohn, baykau, tazhіribe) - nәrseler (Objectiler) Männer құbylystardy baқylanylatyn zhane baskarylatyn zhagdaylarda zertteytіn empiriyalyқ tanym adisi. Experimentieren Sie mit Zhana zamanda payda mutig (G.Galilei). Onyn-Philosophie ... Philosophischer Terminderdin sozdigі

- (lat.). Erste Erfahrung; alles, was der Naturwissenschaftler verwendet, um die Kräfte der Natur unter bestimmten Bedingungen dazu zu zwingen, so zu wirken, als ob er die darin auftretenden Phänomene künstlich hervorrufen würde. Wörterbuch der im Russischen enthaltenen Fremdwörter ... ... Wörterbuch der Fremdwörter der russischen Sprache

Siehe Erfahrung ... Wörterbuch der russischen Synonyme und Ausdrücke mit ähnlicher Bedeutung. unter. ed. N. Abramova, M.: Russische Wörterbücher, 1999. Experiment, Test, Erfahrung, Test; Recherche, Überprüfung, Versuch Wörterbuch der russischen Synonyme ... Synonymwörterbuch

EXPERIMENT, Experiment, Ehemann. (lat. experimentum) (Buch). Wissenschaftlich vermittelte Erfahrung. Chemisches Experiment. Physikalisches Experiment. Machen Sie ein Experiment. || Im Allgemeinen eine Erfahrung, ein Versuch. Bildungsarbeit erlaubt keine riskanten Experimente ... ... Erklärendes Wörterbuch von Ushakov

Experiment- Experiment ♦ Experimentation Aktives, bewusstes Erleben; der Wunsch, nicht so sehr die Realität zu hören (Erfahrung) und ihr gar nicht so sehr zuzuhören (Beobachtung), sondern zu versuchen, ihr Fragen zu stellen. Es gibt ein besonderes Konzept ... ... Philosophisches Wörterbuch von Sponville

Siehe Untersuchungsexperiment, Forensisches Experiment... Lexikon Recht

- (von lat. experimentum Test, Erfahrung), eine Erkenntnismethode, mit deren Hilfe Phänomene der Natur und der Gesellschaft unter kontrollierten und kontrollierten Bedingungen untersucht werden. Oft besteht die Hauptaufgabe des Experiments darin, die Hypothesen und Vorhersagen der Theorie zu testen (also ... ... Moderne Enzyklopädie

- (von lat. experimentum Test, Erfahrung) Studium, Studium wirtschaftlicher Phänomene und Prozesse durch deren Reproduktion, Modellierung in künstlichen oder natürlichen Bedingungen. Die Möglichkeiten ökonomischer Experimente sind sehr begrenzt, da ... ... Wirtschaftslexikon

Bücher

• Experiment, Stanislav Vladimirovich Borzykh, Dieses Buch bietet einen Blick auf das, was uns jetzt und vor einiger Zeit passiert, aus einem neuen Blickwinkel. Tatsächlich sind wir Zeugen eines Experiments von kolossalem Ausmaß, ... Kategorie: Biologie Verleger:

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VORLESUNG

Thema: Computerexperiment. Analyse der Simulationsergebnisse

Um neuen Designentwicklungen Leben einzuhauchen, neue technische Lösungen in die Produktion einzuführen oder neue Ideen zu testen, braucht es ein Experiment. Ein Experiment ist ein Experiment, das mit einem Objekt oder Modell durchgeführt wird. Es besteht darin, einige Aktionen auszuführen und zu bestimmen, wie die experimentelle Probe auf diese Aktionen reagiert. In der Schule machst du Experimente in den Fächern Biologie, Chemie, Physik, Erdkunde. Beim Testen neuer Produktmuster in Unternehmen werden Experimente durchgeführt. Üblicherweise wird dazu ein speziell konstruierter Aufbau verwendet, der es ermöglicht, ein Experiment unter Laborbedingungen durchzuführen, oder das reale Produkt selbst wird allen möglichen Tests unterzogen (ein Full-Scale-Experiment). Um beispielsweise die Betriebseigenschaften einer Einheit oder Baugruppe zu untersuchen, wird sie in einen Thermostat gestellt, in speziellen Kammern eingefroren, auf Vibrationsständern getestet, fallen gelassen usw. Es ist gut, wenn es sich um eine neue Uhr oder einen Staubsauger handelt - nicht ein großer Verlust bei der Zerstörung. Und wenn ein Flugzeug oder eine Rakete? Labor- und Großversuche erfordern große Materialkosten und Zeit, aber ihr Wert ist dennoch sehr groß. Mit der Entwicklung der Computertechnologie ist eine neue einzigartige Forschungsmethode aufgetaucht - Computerexperiment. In vielen Fällen helfen Computermodellstudien und ersetzen manchmal sogar experimentelle Muster und Prüfstände. Die Phase der Durchführung eines Computerexperiments umfasst zwei Phasen: die Erstellung eines Experimentplans und die Durchführung einer Studie. Versuchsplan Der Versuchsplan sollte den Arbeitsablauf mit dem Modell klar wiedergeben. Der erste Punkt eines solchen Plans ist immer das Testen des Modells. Testen - ProzessSchecksRichtigkeitgebautModelle. Prüfen - BausatzInitialDaten, erlaubendefinierenGroßartig-NiedertrachtGebäudeModelle. Um sicher zu sein, dass die erhaltenen Simulationsergebnisse korrekt sind, ist es notwendig:

Überprüfen Sie den entwickelten Algorithmus zum Erstellen des Modells. stellen Sie sicher, dass das konstruierte Modell die Eigenschaften des Originals, die in der Simulation berücksichtigt wurden, korrekt widerspiegelt.

Zur Überprüfung der Korrektheit des Modellkonstruktionsalgorithmus wird ein Testsatz von Ausgangsdaten verwendet, bei dem das Endergebnis im Voraus bekannt oder auf andere Weise vorgegeben ist. Wenn Sie beispielsweise Berechnungsformeln in der Modellierung verwenden, müssen Sie mehrere Optionen für die Ausgangsdaten auswählen und diese „manuell“ berechnen. Dies sind Testobjekte. Wenn das Modell erstellt wird, testen Sie mit denselben Eingaben und vergleichen die Ergebnisse der Simulation mit den Schlussfolgerungen, die Sie durch Berechnung erhalten haben. Wenn die Ergebnisse übereinstimmen, ist der Algorithmus korrekt entwickelt, wenn nicht, muss die Ursache für ihre Abweichung gesucht und beseitigt werden. Testdaten spiegeln möglicherweise überhaupt nicht die reale Situation wider und tragen möglicherweise keinen semantischen Inhalt. Die im Testverfahren erzielten Ergebnisse können Sie jedoch dazu veranlassen, über eine Änderung des ursprünglichen Informations- oder Zeichenmodells nachzudenken, vor allem in dem Teil davon, in dem der semantische Inhalt festgelegt ist. Um sicherzustellen, dass das konstruierte Modell die Eigenschaften des Originals widerspiegelt, die in der Simulation berücksichtigt wurden, ist es notwendig, ein Testbeispiel mit realen Quelldaten auszuwählen. Recherche durchführen Wenn Sie nach dem Testen Vertrauen in die Korrektheit des konstruierten Modells haben, können Sie direkt mit der Recherche fortfahren. Der Plan sollte ein Experiment oder eine Reihe von Experimenten umfassen, die den Zielen der Simulation entsprechen. Jedes Experiment muss von einem Verständnis der Ergebnisse begleitet werden, das als Grundlage für die Analyse der Ergebnisse der Modellierung und das Treffen von Entscheidungen dient. Das Schema zur Vorbereitung und Durchführung eines Computerexperiments ist in Abbildung 11.7 dargestellt.

MODELLTEST

EXPERIMENTPLAN

NACHFORSCHUNGEN ANSTELLEN

ANALYSE DER ERGEBNISSE

Reis. 11.7. Schema eines Computerexperiments

Analyse der Simulationsergebnisse

Das ultimative Ziel der Modellierung ist das Treffen einer Entscheidung, die auf der Grundlage einer umfassenden Analyse der Ergebnisse der Modellierung entwickelt werden sollte. Diese Phase ist entscheidend - entweder Sie setzen das Studium fort oder beenden es. Abbildung 11.2 zeigt, dass die Ergebnisanalysestufe nicht autonom existieren kann. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen oft zu einer weiteren Versuchsreihe und manchmal zu einer Änderung der Aufgabenstellung bei. Grundlage für die Entwicklung einer Lösung sind die Ergebnisse von Tests und Experimenten. Wenn die Ergebnisse nicht den Zielen der Aufgabe entsprechen, bedeutet dies, dass in den vorherigen Phasen Fehler gemacht wurden. Dies kann entweder eine falsche Problemstellung oder eine zu vereinfachte Konstruktion eines Informationsmodells oder eine erfolglose Wahl einer Methode oder Modellierungsumgebung oder ein Verstoß gegen technologische Methoden beim Erstellen eines Modells sein. Wenn solche Fehler gefunden werden, dann Modellanpassung, das heißt, eine Rückkehr zu einem der vorherigen Schritte. Der Prozess wird wiederholt, bis die Ergebnisse des Experiments den Zielen der Simulation entsprechen. Die Hauptsache ist, dass der erkannte Fehler auch das Ergebnis ist. Wie das Sprichwort sagt, lernt man aus seinen Fehlern. Auch der große russische Dichter A. S. Puschkin schrieb darüber: Oh, wie viele wunderbare Entdeckungen bereitet uns der Geist der Erleuchtung vor Und Erfahrung, der Sohn schwieriger Fehler, Und das Genie, Freund der Paradoxien, Und der Zufall, Gott der Erfinder . ..

SteuerungFragenundAufgaben

Was sind die zwei Haupttypen der Modellierung von Problemaussagen?

In dem bekannten „Problembuch“ von G. Oster steht folgendes Problem:

Die böse Hexe, die unermüdlich arbeitet, verwandelt täglich 30 Prinzessinnen in Raupen. Wie viele Tage wird sie brauchen, um 810 Prinzessinnen in Raupen zu verwandeln? Wie viele Prinzessinnen pro Tag müssen in Raupen verwandelt werden, um die Arbeit in 15 Tagen zu bewältigen? Welche Frage lässt sich der Art „Was passiert, wenn …“ zuordnen und welche der Art „Wie macht man das …“?

Nennen Sie die bekanntesten Ziele der Modellierung. Formalisieren Sie das spielerische Problem aus G. Osters „Problembuch“:

Aus zwei 27 km voneinander entfernten Ständen sprangen zwei kampflustige Hunde gleichzeitig aufeinander zu. Der erste läuft mit einer Geschwindigkeit von 4 km / h und der zweite mit 5 km / h. Wie lange wird der Kampf beginnen? Häuser: §11.4, 11.5.

1. Das Informationskonzept

   Dokumentieren

   Die Welt um uns herum ist sehr vielfältig und besteht aus einer Vielzahl miteinander verbundener Objekte. Um Ihren Platz im Leben zu finden, lernen Sie von frühester Kindheit an zusammen mit Ihren Eltern und dann mit Ihren Lehrern Schritt für Schritt all diese Vielfalt kennen.

2. Chefredakteurin V. Zemskikh Lektorin N. Fedorova Bildredakteurin R. Yatsko Layout T. Petrova Korrekturleserin M. Odinokova, M. Schukina bbk 65. 290-214

   Buch

   Ø39 Organisationskultur und Führung / Per. aus dem Englischen. ed. V. A. Spivak. - St. Petersburg: Peter, 2002. - 336 S. mit Abb. - (Reihe "Theorie und Praxis des Managements").

3. Bildungs- und Methodenkomplex im Fach: „Marketing“ Fachgebiet: 080116 „Mathematische Methoden in den Wirtschaftswissenschaften“

   Schulungs- und Methodenkomplex

   Berufliches Tätigkeitsfeld: Analyse und Modellierung wirtschaftlicher Prozesse und Objekte auf Mikro-, Makro- und globaler Ebene; Überwachung von ökonomischen und mathematischen Modellen; Prognose, Programmierung und Optimierung von Wirtschaftssystemen.

Städtische Autonomie

Bildungseinrichtung

"Sekundarschule Nr. 31"

Syktywkar

Computerexperiment

in Physik am Gymnasium.

Reiser E.E.

Republik Komi

G .Syktywkar

INHALT:

ICH. Einführung

II. Arten und Rolle des Experiments im Lernprozess.

III. Einsatz eines Computers im Physikunterricht.

v. Fazit.

VI. Glossar.

VII. Referenzliste.

VIII. Anwendungen:

1. Klassifizierung eines physikalischen Experiments

2. Die Ergebnisse der Schülerbefragung

3. Verwendung eines Computers während eines Demonstrationsexperiments und Lösen von Problemen

4. Nutzung eines Computers während der Veranstaltung

Labor und praktische Arbeit

Computerexperiment

IM KURS PHYSIK DER SEKUNDARSCHULE.

…Es ist Zeit, sich zu bewaffnen

Lehrer mit einem neuen Tool,

und das Ergebnis sofort

kommende Generationen beeinflussen.

Potaschnik M.M.,

Akademiker der Russischen Akademie für Pädagogik, Doktor der Pädagogischen Wissenschaften, Professor.

ICH. Einführung.

Die Physik ist eine experimentelle Wissenschaft. Wissenschaftliches Handeln beginnt mit Beobachtung. Eine Beobachtung ist am wertvollsten, wenn die sie beeinflussenden Bedingungen genau kontrolliert werden. Dies ist möglich, wenn die Bedingungen konstant, bekannt und vom Betrachter beliebig veränderbar sind. Beobachtung unter streng kontrollierten Bedingungen genannt Experiment. Und die exakten Wissenschaften zeichnen sich durch eine organische Verbindung zwischen Beobachtungen und Experimenten mit der Bestimmung der Zahlenwerte der Eigenschaften der untersuchten Objekte und Prozesse aus.

Das Experiment ist der wichtigste Teil der wissenschaftlichen Forschung, dessen Grundlage ein wissenschaftlich fundiertes Experiment mit genau berücksichtigten und kontrollierten Bedingungen ist. Das Wort Experiment selbst kommt aus dem Lateinischen Experiment- testen, erleben. In der Wissenschaftssprache und Forschungsarbeit wird der Begriff „Experiment“ üblicherweise in einem Sinn verwendet, der einer Reihe verwandter Begriffe gemeinsam ist: Erfahrung, zielgerichtete Beobachtung, Reproduktion des Wissensgegenstandes, Organisation besonderer Bedingungen für seine Existenz, Verifikation der Vorhersage. Dieses Konzept umfasst die wissenschaftliche Einstellung von Experimenten und die Beobachtung des untersuchten Phänomens unter genau berücksichtigten Bedingungen, die es ermöglichen, den Ablauf von Phänomenen zu verfolgen und bei jeder Wiederholung dieser Bedingungen neu zu erstellen. Der Begriff "Experiment" selbst bedeutet eine Aktion, die darauf abzielt, Bedingungen für die Umsetzung eines bestimmten Phänomens zu schaffen, und wenn möglich das häufigste, d.h. unkompliziert durch andere Phänomene. Der Hauptzweck des Experiments besteht darin, die Eigenschaften der untersuchten Objekte zu identifizieren, die Gültigkeit von Hypothesen zu testen und auf dieser Grundlage eine breite und gründliche Untersuchung des Themas der wissenschaftlichen Forschung durchzuführen

VorXVIIIin. wenn Physik eine Stunde warthew der Philosophie, Wissenschaftler betrachteten Protokollewissenschaftliche Schlussfolgerungen sind seine Grundlage, und nurGedankenexperiment könnte für seinsie überzeugend in der Gestaltung des Ausblicksniya auf dem Gerät der Welt, der wichtigsten fiZic Gesetze. Galileo, wengilt zu Recht als der Vater der ExperimentePhysik, konnte seinen Zeitgenossen nichts beweisen, führte Experimente mit durchfallende Kugeln unterschiedlicher Masse von PisanHochhaus. "Galileos Idee sorgte für abfällige Bemerkungen und Verwirrung."Gedankenexperiment anAnalyse des Verhaltens von drei Körpern gleicher Massesy, von denen zwei durch neve verbunden wareneinige Thread, stellte sich heraus, für seine Kollegen zu seinüberzeugender als direktNaturerlebnis.

In ähnlicher Weise bewies Galileo die Gültigkeit des Trägheitsgesetzes mit zwei schiefen Ebenen und daran entlang bewegten Kugeln. I. Newton selbst versuchte, die von ihm bekannten und entdeckten Gesetze in seinem Buch „Mathematische Grundlagen der Naturphilosophie“ zu begründen, indem er das Schema von Euklid anwandte und darauf basierende Axiome und Theoreme einführte. Auf dem Cover dieses Buches

abgebildete Erde, Berg (G) und Waffe ( P) (Abb. 1).

Die Kanone feuert Kanonenkugeln ab, die je nach Anfangsgeschwindigkeit unterschiedlich weit vom Berg herunterfallen. Bei einer bestimmten Geschwindigkeit beschreibt der Kern eine vollständige Umdrehung um die Erde. Newton führte mit seiner Zeichnung zu der Idee, künstliche Satelliten der Erde zu schaffen, die einige Jahrhunderte später entstanden.

In diesem Stadium der Entwicklung der Physik war ein Gedankenexperiment notwendig, da ein echtes Experiment aufgrund des Mangels an notwendigen Instrumenten und technologischen Grundlagen unmöglich war. Das Gedankenexperiment wurde sowohl von D. K. Maxwell bei der Erstellung eines Systems grundlegender Gleichungen der Elektrodynamik verwendet (obwohl auch die Ergebnisse von Experimenten im großen Maßstab verwendet wurden, die zuvor von M. Faraday durchgeführt wurden), als auch von A. Einstein bei der Entwicklung der Relativitätstheorie.

So gehören Gedankenexperimente zu den Bestandteilen der Entwicklung neuer Theorien. Die meisten physikalischen Experimente wurden zunächst gedanklich modelliert und durchgeführt und dann real. Im Folgenden geben wir Beispiele für Gedankenexperimente, die bei der Entwicklung der Physik eine wichtige Rolle gespielt haben.

Im 5. Jh. BC. Der Philosoph Zeno schuf einen logischen Widerspruch zwischen realen Phänomenen und dem, was durch logische Schlussfolgerungen gewonnen werden kann. Er schlug ein Gedankenexperiment vor, in dem er zeigte, dass ein Pfeil niemals eine Ente überholen würde (Abb. 2).

G. Galileo griff in seiner wissenschaftlichen Tätigkeit auf vernünftige Argumente zurück und bezog sich auf sogenannte "mentale Experimente". Die Anhänger von Aristoteles, die die Ideen von Galileo widerlegten, führten eine Reihe von "wissenschaftlichen" Argumenten an. Galileo war jedoch ein großer Meister der Polemik, und seine Gegenargumente erwiesen sich als unbestreitbar. Logisches Denken war für Wissenschaftler dieser Zeit überzeugender als experimentelle Beweise.

"Kreide"-Physik, wie andere Methoden des Physikunterrichts, die nicht der experimentellen Methode des Naturverständnisses entsprechen, begann vor 10-12 Jahren die russische Schule anzugreifen. In dieser Zeit sank die Ausrüstungsausstattung der Schulklassen unter 20 % des Bedarfs; die Industrie, die Bildungsgeräte herstellte, hörte praktisch auf zu arbeiten; Der sogenannte geschützte Haushaltsposten „für Ausrüstung“, der nur für den vorgesehenen Zweck ausgegeben werden konnte, verschwand aus den Schulvoranschlägen. Als die kritische Situation erkannt wurde, wurde das Teilprogramm „Physikkabinett“ in das Bundesprogramm „Bildungstechnik“ aufgenommen. Im Rahmen des Programms wurde die Produktion klassischer Geräte wiederhergestellt und moderne Schulgeräte entwickelt, einschließlich der Verwendung der neuesten Informations- und Computertechnologien. Die radikalsten Änderungen wurden bei der Ausrüstung für die Frontalarbeit vorgenommen, thematische Ausrüstungssätze in Mechanik, Molekularphysik und Thermodynamik, Elektrodynamik, Optik wurden entwickelt und werden in Serie produziert (die Schule hat einen kompletten Satz dieser neuen Ausrüstung für diese). Abschnitte).

Die Rolle und der Platz eines unabhängigen Experiments im Konzept des Sportunterrichts haben sich geändert: Ein Experiment ist nicht nur ein Mittel zur Entwicklung praktischer Fähigkeiten, es wird zu einem Weg, die Methode der Erkenntnis zu beherrschen. Der Computer „brach“ mit enormer Geschwindigkeit in den Schulalltag ein.

Der Computer eröffnet neue Wege in der Entwicklung des Denkens und bietet neue Möglichkeiten für aktives Lernen. Einsatz eines Computers für den Unterricht,

Übungen, Tests und Laborarbeiten sowie Fortschrittsaufzeichnungen werden effizienter, und eine riesige Informationsflut ist leicht zugänglich. Der Einsatz eines Computers im Physikunterricht trägt auch dazu bei, das Prinzip des Eigeninteresses des Schülers an der Bewältigung des Stoffes und viele andere Prinzipien der Entwicklungspädagogik umzusetzen.
Allerdings kann der Computer meiner Meinung nach den Lehrer nicht vollständig ersetzen. Der Lehrer hat die Fähigkeit, Schüler zu interessieren, ihre Neugier zu wecken, ihr Vertrauen zu gewinnen, er kann ihre Aufmerksamkeit auf bestimmte Aspekte des zu studierenden Fachs lenken, ihre Bemühungen belohnen und sie zum Lernen anregen. Eine solche Rolle als Lehrer wird der Computer niemals übernehmen können.

Das Spektrum der Nutzung des Computers in der außerschulischen Arbeit ist ebenfalls breit: Es trägt zur Entwicklung des kognitiven Interesses am Fach bei und erweitert die Möglichkeit der unabhängigen kreativen Suche nach den enthusiastischsten Physikstudenten.

II. Arten und Rolle des Experiments im Lernprozess.

Die wichtigsten Arten von physikalischen Experimenten:

Demo-Erfahrung;

frontale Laborarbeit;

Physikalischer Workshop;

Versuchsaufgabe;

Hausexperimentelle Arbeit;

Computergestütztes Experiment (neues Aussehen).

Demo-Experiment ist eine der Komponenten eines pädagogischen physikalischen Experiments und ist eine Nachbildung physikalischer Phänomene durch einen Lehrer auf einem Demonstrationstisch mit speziellen Geräten. Es bezieht sich auf anschauliche empirische Lehrmethoden. Die Rolle eines Demonstrationsexperiments im Unterricht wird durch die Rolle bestimmt, die das Experiment in Physik und Naturwissenschaften als Quelle der Erkenntnis und als Kriterium für seine Wahrheit und seine Möglichkeiten zur Gestaltung der pädagogischen und kognitiven Aktivität der Schüler spielt.

Der Wert des physikalischen Demonstrationsexperiments ist wie folgt:

Die Studierenden lernen die experimentelle Erkenntnismethode in der Physik, die Rolle des Experiments in der physikalischen Forschung kennen (dadurch bilden sie ein wissenschaftliches Weltbild);

Die Schüler entwickeln einige experimentelle Fähigkeiten: die Fähigkeit, Phänomene zu beobachten, die Fähigkeit, Hypothesen aufzustellen, die Fähigkeit, ein Experiment zu planen, die Fähigkeit, Ergebnisse zu analysieren, die Fähigkeit, Beziehungen zwischen Größen herzustellen, die Fähigkeit, Schlussfolgerungen zu ziehen usw.

Das Demonstrationsexperiment als Mittel der Visualisierung trägt zur Organisation der Schülerwahrnehmung des Unterrichtsmaterials, seines Verständnisses und seiner Erinnerung bei; ermöglicht die polytechnische Ausbildung von Studenten; fördert die Steigerung des Interesses am Studium der Physik und die Schaffung von Lernmotivation. Aber wenn der Lehrer ein Demonstrationsexperiment durchführt, beobachten die Schüler das Experiment des Lehrers nur passiv, während sie selbst nichts mit ihren eigenen Händen tun. Daher ist es notwendig, ein unabhängiges Experiment von Studenten in Physik zu haben.

Der Physikunterricht kann nicht nur in Form von theoretischem Unterricht vermittelt werden, auch wenn den Schülern physikalische Demonstrationsexperimente im Unterricht gezeigt werden. Zu allen Arten der Sinneswahrnehmung muss im Unterricht die „Arbeit mit den Händen“ hinzugefügt werden. Dies wird erreicht, wenn Studenten physikalisches Experiment im Labor wenn sie selbst Installationen aufbauen, physikalische Größen messen und Experimente durchführen. Laborstudien wecken großes Interesse bei Studenten, was ganz natürlich ist, da der Student in diesem Fall die Welt um sich herum auf der Grundlage seiner eigenen Erfahrung und seines eigenen Gefühls erfährt.

Die Bedeutung des Laborunterrichts in Physik liegt darin, dass sich die Schüler Vorstellungen über die Rolle und den Ort des Experiments in der Kognition bilden. Bei der Durchführung von Experimenten entwickeln die Schüler experimentelle Fähigkeiten, die sowohl intellektuelle als auch praktische Fähigkeiten umfassen. Die erste Gruppe umfasst die Fähigkeit, den Zweck des Experiments zu bestimmen, Hypothesen aufzustellen, Instrumente auszuwählen, das Experiment zu planen, Fehler zu berechnen, die Ergebnisse zu analysieren und einen Bericht über die geleistete Arbeit zu erstellen. Die zweite Gruppe umfasst die Fähigkeit, einen Versuchsaufbau aufzubauen, zu beobachten, zu messen und zu experimentieren.

Darüber hinaus liegt die Bedeutung eines Laborexperiments darin, dass die Schüler bei seiner Durchführung so wichtige persönliche Eigenschaften wie Genauigkeit im Umgang mit Instrumenten entwickeln; Einhaltung von Sauberkeit und Ordnung am Arbeitsplatz, in den Aufzeichnungen, die während des Experiments gemacht werden, Organisation, Ausdauer bei der Erzielung von Ergebnissen. Sie bilden eine bestimmte Kultur der geistigen und körperlichen Arbeit.

- Dies ist eine Art praktische Arbeit, bei der alle Schüler der Klasse gleichzeitig die gleiche Art von Experimenten mit denselben Geräten durchführen. Frontallaborarbeiten werden meistens von einer Gruppe von Studierenden durchgeführt, die aus zwei Personen besteht, manchmal ist es möglich, Einzelarbeiten zu organisieren. Dementsprechend sollte die Praxis über 15-20 Instrumentensätze für frontale Laborarbeiten verfügen. Die Gesamtzahl solcher Geräte wird etwa tausend Stück betragen. Die Namen der Frontallaborarbeiten sind im Curriculum angegeben. Es gibt viele davon, sie werden für fast jedes Thema des Physikkurses bereitgestellt. Vor der Ausführung der Arbeit offenbart der Lehrer die Bereitschaft der Schüler zur bewussten Ausführung der Arbeit, bestimmt mit ihnen deren Zweck, bespricht den Fortschritt der Arbeit, die Regeln für die Arbeit mit Instrumenten, Methoden zur Berechnung von Messfehlern. Die Frontallaborarbeit ist inhaltlich wenig aufwendig, zeitlich eng an den Lernstoff gekoppelt und in der Regel auf eine Unterrichtsstunde ausgelegt. Beschreibungen der Laborarbeit finden sich in den Schulbüchern der Physik.

Physikalische Werkstatt wird mit dem Ziel durchgeführt, das aus verschiedenen Themen des Physikstudiums erworbene Wissen zu wiederholen, zu vertiefen, zu erweitern und zu verallgemeinern, die experimentellen Fähigkeiten der Schüler durch den Einsatz komplexerer Geräte, komplexerer Experimente zu entwickeln und zu verbessern und ihre Unabhängigkeit bei der Lösung von damit verbundenen Problemen zu bilden das Experiment. Der physische Workshop ist zeitlich nicht an den Studienstoff gebunden, findet in der Regel am Ende des Studienjahres, teilweise am Ende des ersten und zweiten Semesters statt und beinhaltet eine Versuchsreihe zu einem bestimmten Thema. Die Schüler führen die Arbeit eines physischen Workshops in einer Gruppe von 2-4 Personen mit verschiedenen Geräten durch; In den folgenden Klassen gibt es einen Arbeitswechsel, der nach einem speziell erstellten Zeitplan durchgeführt wird. Berücksichtigen Sie bei der Planung die Anzahl der Schüler in der Klasse, die Anzahl der Workshops und die Verfügbarkeit von Geräten. Für jede Arbeit des physikalischen Workshops werden zwei akademische Stunden zugewiesen, was die Einführung von Doppelstunden in Physik in den Stundenplan erfordert. Dies bereitet Schwierigkeiten. Aus diesem Grund und aufgrund des Mangels an notwendiger Ausrüstung wird eine einstündige Arbeit einer physischen Werkstatt praktiziert. Zu beachten ist, dass zweistündige Arbeiten vorzuziehen sind, da die Arbeit der Werkstatt schwieriger ist als Frontallaborarbeiten, sie an aufwändigeren Geräten durchgeführt werden und der Anteil der selbstständigen Mitarbeit der Studierenden viel größer ist als bei frontale Laborarbeit. Für jedes Werk muss der Lehrer eine Anleitung erstellen, die Name, Verwendungszweck, Instrumenten- und Ausstattungsliste, eine kurze Theorie, eine Beschreibung von Instrumenten, die den Schülern unbekannt sind, und einen Arbeitsplan enthalten sollte. Nach Abschluss der Arbeit müssen die Studierenden einen Bericht vorlegen, der den Namen der Arbeit, den Zweck der Arbeit, eine Liste der Instrumente, ein Diagramm oder eine Zeichnung einer Installation, einen Arbeitsausführungsplan, eine Ergebnistabelle, Formeln von enthalten sollte deren Werte berechnet wurden, Berechnung von Messfehlern, Schlussfolgerungen. Bei der Bewertung der Arbeit der Studenten im Workshop sollte man ihre Vorbereitung auf die Arbeit, einen Bericht über die Arbeit, das Niveau der Kompetenzentwicklung, das Verständnis des theoretischen Materials und die verwendeten Methoden der experimentellen Forschung berücksichtigen.

H und heute Interesse anEx perimentale Aufgabe noch diktiert und Ursachen der sozialen und wirtschaftlichenHimmel Charakter. Im Zusammenhang mit der aktuellen „Unterfinanzierung“ der Schule, mokörperliches und körperliches Alterndie basis von schränken ist genau die exeine perimentale Aufgabe spielen kannfür die Schule die Rolle eines Abstellgleises, dasry in der Lage, den physischen Ex zu rettenVersuch. Dafür bürgt das Erstaunlicheeine perfekte Kombination aus Einfachheitmit ernsthafter und tiefer Physik,was am Beispiel der besten Beispiele dieser Aufgaben zu beobachten ist. organische Passform Experimental-Aufgaben in der traditionellen Unterrichtsschema Schulphysikkurswird möglich nur beim benutzen relevant

Technologie.

den Schülern beibringen, das im Unterricht erworbene Wissen selbstständig zu erweitern und neue zu erwerben, experimentelle Fähigkeiten durch die Verwendung von Haushaltsgegenständen und hausgemachten Geräten zu bilden; Interesse entwickeln; Feedback geben (die während des IED erzielten Ergebnisse können ein Problem darstellen, das in der nächsten Lektion gelöst werden muss, oder als Vertiefung des Materials dienen).

Alles das oben Genannte Haupttypen pädagogisches körperliches Experiment muss unbedingt durch ein Experiment mit einem Computer, experimentelle Aufgaben, experimentelle Heimarbeit ergänzt werden. Gelegenheiten Computer ermöglichen
die Bedingungen des Experiments variieren, selbstständig Modelle von Installationen entwerfen und ihre Arbeit beobachten, die Fähigkeit bilden Experimental-Umgang mit Computermodellen, Berechnungen automatisch durchführen.

Aus unserer Sicht sollte diese Art von Experiment das pädagogische Experiment in allen Phasen des Aktivitätslernens ergänzen, da es zur Entwicklung des räumlichen Vorstellungsvermögens und des kreativen Denkens beiträgt.

III . Einsatz eines Computers im Physikunterricht.

Die Physik ist eine experimentelle Wissenschaft. Das Studium der Physik ist ohne Laborarbeit kaum vorstellbar. Leider erlaubt die Ausstattung des physikalischen Labors nicht immer die Durchführung programmatischer Laborarbeiten, es erlaubt überhaupt nicht, neue Arbeiten einzuführen, die eine anspruchsvollere Ausrüstung erfordern. Abhilfe schafft ein Personal Computer, mit dem Sie recht komplexe Laborarbeiten durchführen können. In ihnen kann der Lehrer nach eigenem Ermessen die Anfangsparameter der Experimente ändern, beobachten, wie sich das Phänomen selbst dadurch verändert, das Gesehene analysieren und entsprechende Schlussfolgerungen ziehen.

Die Schaffung eines Personal Computers führte zu neuen Informationstechnologien, die die Qualität der Informationsaufnahme erheblich verbessern, den Zugriff darauf beschleunigen und den Einsatz von Computertechnologie in verschiedenen Bereichen menschlicher Aktivitäten ermöglichen.

Skeptiker werden einwenden, dass ein Multimedia-Personalcomputer heute zu teuer ist, um weiterführende Schulen damit auszustatten. Ein Personal Computer ist jedoch die Erfindung des Fortschritts, und wie Sie wissen, können vorübergehende wirtschaftliche Schwierigkeiten den Fortschritt nicht aufhalten (verlangsamen – ja, stoppen – niemals). Um mit dem aktuellen Stand der Weltzivilisation Schritt zu halten, sollte es nach Möglichkeit in unseren russischen Schulen umgesetzt werden.

Der Computer verwandelt sich also von einer exotischen Maschine in ein weiteres technisches Unterrichtsmittel, vielleicht das mächtigste und effektivste aller technischen Mittel, die ein Lehrer bisher hatte.

Es ist bekannt, dass ein Physikkurs der Oberstufe Abschnitte umfasst, deren Studium und Verständnis ein entwickeltes einfallsreiches Denken, die Fähigkeit zum Analysieren und Vergleichen erfordern. Zunächst einmal sprechen wir von Abschnitten wie "Molekularphysik", einigen Kapiteln von "Elektrodynamik", "Kernphysik", "Optik" usw. Streng genommen können Sie in jedem Abschnitt eines Physikkurses Kapitel finden, die es sind schwierig zu verstehen.

Wie 14 Jahre Berufserfahrung zeigen, verfügen die Studierenden nicht über die notwendigen geistigen Fähigkeiten für ein tiefes Verständnis der in diesen Abschnitten beschriebenen Phänomene und Prozesse. In solchen Situationen hilft der Lehrer modernen technischen Lehrmitteln und in erster Linie einem Personal Computer.

Die Idee, einen Personal Computer zur Modellierung verschiedener physikalischer Phänomene zu verwenden, um das Gerät und das Funktionsprinzip physikalischer Geräte zu demonstrieren, entstand vor einigen Jahren, als die Computertechnologie in der Schule auftauchte. Bereits der erste Unterricht am Computer zeigte, dass mit ihrer Hilfe eine Reihe von Problemen gelöst werden können, die es im Schulphysikunterricht schon immer gegeben hat.

Lassen Sie uns einige davon auflisten. Viele Phänomene lassen sich in einem Schulphysikunterricht nicht demonstrieren. Das sind zum Beispiel Phänomene des Mikrokosmos, schnelle Prozesse oder Experimente mit Geräten, die nicht im Büro stehen. Infolgedessen haben die Schüler Schwierigkeiten, sie zu studieren, da sie sie sich nicht geistig vorstellen können. Ein Computer kann nicht nur ein Modell solcher Phänomene erstellen, sondern ermöglicht Ihnen auch, die Bedingungen des Prozesses zu ändern und mit der für die Assimilation optimalen Geschwindigkeit zu "scrollen".

Das Studium der Geräte und Wirkungsweise verschiedener physikalischer Geräte ist fester Bestandteil des Physikunterrichts. Wenn der Lehrer ein bestimmtes Gerät studiert, demonstriert er es normalerweise und erklärt das Funktionsprinzip anhand eines Modells oder Diagramms. Schüler haben jedoch oft Schwierigkeiten, sich die gesamte Kette physikalischer Prozesse vorzustellen, die den Betrieb eines bestimmten Geräts sicherstellen. Spezielle Computerprogramme ermöglichen es, das Gerät aus Einzelteilen "zusammenzusetzen", um die seinem Funktionsprinzip zugrunde liegenden Prozesse mit optimaler Geschwindigkeit dynamisch zu reproduzieren. In diesem Fall ist ein mehrfaches „Scrollen“ der Animation möglich.

Natürlich kann der Computer auch in anderen Unterrichtsformen eingesetzt werden: beim selbstständigen Erarbeiten neuer Stoffe, beim Lösen von Aufgaben, bei Prüfungen.

Es sollte auch beachtet werden, dass der Einsatz von Computern im Physikunterricht diesen zu einem echten kreativen Prozess macht und es Ihnen ermöglicht, die Prinzipien der Entwicklungspädagogik umzusetzen.

Zur Entwicklung des Computerunterrichts seien noch einige Worte gesagt. Wir kennen die Softwarepakete für "Schul" -Physik, die an der Universität Woronesch am Physikalischen Institut der Staatlichen Universität Moskau entwickelt wurden, und den Autoren steht ein elektronisches Lehrbuch auf einer Laserdisk "Physik in Bildern" zur Verfügung, das weit verbreitet ist bekannt. Die meisten von ihnen sind professionell gemacht, haben schöne Grafiken, enthalten gute Animationen, sie sind multifunktional, kurz gesagt, sie haben viele Vorteile. Aber zum größten Teil passen sie nicht in die Gliederung dieser speziellen Lektion. Mit ihrer Hilfe ist es unmöglich, alle vom Lehrer im Unterricht gesetzten Ziele zu erreichen.

Nachdem wir die ersten Computerkurse durchgeführt hatten, kamen wir zu dem Schluss, dass sie eine spezielle Schulung erfordern. Wir fingen an, Skripte für solche Lektionen zu schreiben, indem wir sowohl ein reales Experiment als auch ein virtuelles (dh auf einem Bildschirm implementiertes) organisches Experiment darin "einwebten". Besonders möchte ich anmerken, dass die Simulation verschiedener Phänomene keinesfalls reale, "live" Experimente ersetzt, sondern uns in Kombination mit ihnen ermöglicht, die Bedeutung des Geschehens auf einer höheren Ebene zu erklären. Die Erfahrung unserer Arbeit zeigt, dass ein solcher Unterricht ein echtes Interesse bei den Schülern weckt und alle zum Arbeiten anregt, auch die Kinder, denen Physik schwerfällt. Gleichzeitig steigt die Qualität des Wissens deutlich an. Beispiele für die Verwendung eines Computers im Klassenzimmer als TCO können noch lange fortgesetzt werden.

Der Computer wird häufig als Multiplikationstechnik zum Testen von Schülern und zum Durchführen multivariater Tests (jede hat ihre eigene Aufgabe) verwendet. Auf jeden Fall kann der Lehrer mit Hilfe von Suchprogrammen viel Interessantes im Internet finden.

Der Computer ist ein unverzichtbarer Helfer im Wahlunterricht, bei praktischen und Laborarbeiten sowie beim Lösen experimenteller Probleme. Schüler verarbeiten damit die Ergebnisse ihrer kleinen Forschungsaufgaben: Sie erstellen Tabellen, bauen Grafiken auf, führen Berechnungen durch, erstellen einfache Modelle physikalischer Vorgänge. Eine solche Verwendung eines Computers entwickelt die Fähigkeiten des Selbsterwerbs von Wissen, die Fähigkeit, die Ergebnisse zu analysieren, und bildet das physische Denken.

IV. Beispiele für die Verwendung eines Computers in verschiedenen Arten von Experimenten.

Der Computer als Element des pädagogischen Versuchsaufbaus wird in verschiedenen Phasen des Unterrichts und bei fast allen Arten von Experimenten (häufig Demonstrationsexperiment und Laborarbeit) eingesetzt.

Lektion "Aufbau der Materie" (Anschauungsversuch)

Zweck: Untersuchung der Struktur von Materie in verschiedenen Aggregatzuständen, Identifizierung einiger Regelmäßigkeiten in der Struktur von Körpern in gasförmigen, flüssigen und festen Zuständen.

Bei der Erklärung von neuem Material wird Computeranimation verwendet, um die Anordnung von Molekülen in verschiedenen Aggregatzuständen visuell zu demonstrieren.

Mit dem Computer können Sie die Übergangsprozesse von einem Aggregatzustand in einen anderen zeigen, eine Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit von Molekülen bei steigender Temperatur, das Phänomen der Diffusion, den Gasdruck.

Problemlösungsstunde zum Thema: "Bewegung schräg zum Horizont".

Zweck: Untersuchung der ballistischen Bewegung, ihrer Anwendung im Alltag.

Mit Hilfe von Computeranimationen lässt sich darstellen, wie sich die Bewegungsbahn des Körpers (Höhe und Flugweite) in Abhängigkeit von Anfangsgeschwindigkeit und Einfallswinkel verändert. Mit einem solchen Computer können Sie dies in wenigen Minuten erledigen, was Zeit für die Lösung anderer Probleme spart und die Schüler davon abhält, für jedes Problem ein Bild zu zeichnen (was sie nicht wirklich gerne tun).

Das Modell demonstriert die Bewegung eines schräg zum Horizont geworfenen Körpers. Sie können die Anfangshöhe sowie den Modulus und die Richtung der Körpergeschwindigkeit ändern. Im „Strobe“-Modus werden in regelmäßigen Abständen der Geschwindigkeitsvektor des Wurfkörpers und dessen Projektionen auf die horizontale und vertikale Achse auf die Flugbahn eingeblendet.

Laborarbeit "Erforschung des isothermen Prozesses".

Zweck: Experimentelle Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Druck und Volumen eines Gases bei konstanter Temperatur.

Die Arbeit wird vollständig von einem Computer begleitet (Name, Zweck, Wahl der Ausrüstung, Arbeitsablauf, notwendige Berechnungen). Das Objekt ist die Luft in der Röhre. Parameter werden in zwei Zuständen betrachtet: initial und komprimiert. Es werden entsprechende Berechnungen durchgeführt. Die Ergebnisse werden verglichen und anhand der erhaltenen Daten wird ein Diagramm erstellt.

Versuchsaufgabe: Bestimmung von Pi durch Wägung.

Zweck: den Wert von Pi auf verschiedene Weise zu bestimmen. Zeigen Sie, dass sie gleich 3,14 sein kann, indem Sie wägen.

Um die Arbeit auszuführen, werden ein Quadrat und ein Kreis aus demselben Material geschnitten, so dass der Radius des Kreises gleich der Seite des Quadrats ist, diese Figuren werden gewogen. Aus dem Verhältnis der Massen von Kreis und Quadrat wird die Zahl Pi berechnet.

Heimexperiment zur Untersuchung der Eigenschaften von Schwingbewegungen.

Zweck: Festigung der im Unterricht erworbenen Kenntnisse über die Schwingungsdauer und -frequenz eines mathematischen Pendels.

Ein Modell eines oszillierenden Pendels wird aus improvisierten Mitteln hergestellt (ein kleiner Körper wird an einem Seil aufgehängt), für das Experiment ist eine Uhr mit Sekundenzeiger erforderlich. Nach dem Zählen von 30 Schwingungen für eine bestimmte Zeit werden die Periode und die Frequenz berechnet. Es ist möglich, ein Experiment mit verschiedenen Körpern durchzuführen, nachdem festgestellt wurde, dass die Schwingungseigenschaften nicht vom Körper abhängen. Und nachdem Sie mit einem Faden unterschiedlicher Länge experimentiert haben, können Sie die entsprechende Beziehung herstellen. Alle Heimergebnisse müssen in der Klasse besprochen werden.

Versuchsaufgabe: Berechnung von Arbeit und kinetischer Energie.

Zweck: zu zeigen, wie der Wert der mechanischen Arbeit und der kinetischen Energie von verschiedenen Bedingungen des Problems abhängt.

Mit Hilfe eines Computers wird sehr schnell der Zusammenhang zwischen Schwerkraft (Körpergewicht), Zugkraft, Kraftangriffswinkel und Reibungskoeffizient aufgezeigt.

Das Modell veranschaulicht das Konzept der mechanischen Arbeit am Beispiel der Bewegung eines Stabes auf einer Ebene mit Reibung unter Einwirkung einer äußeren Kraft, die in einem bestimmten Winkel zum Horizont gerichtet ist. Durch Änderung der Parameter des Modells (Masse des Stabes m, Reibungskoeffizient, Modul und Richtung der einwirkenden Kraft F ), es ist möglich, die während der Bewegung des Balkens geleistete Arbeit, die Reibungskraft und die äußere Kraft zu verfolgen. Stellen Sie in einem Computerexperiment sicher, dass die Summe dieser Arbeiten gleich der kinetischen Energie des Stabes ist. Beachten Sie, dass die Arbeit durch die Reibungskraft verrichtet wird SONDERN ist immer negativ.

Ähnliche Aufgaben können verwendet werden, um das Wissen der Schüler zu kontrollieren. Der Computer ermöglicht es Ihnen, die Parameter des Problems schnell zu ändern, wodurch eine große Anzahl von Optionen erstellt wird (Cheaten ist ausgeschlossen). Der Vorteil dieser Arbeit ist eine schnelle Kontrolle. Die Arbeit kann sofort im Beisein der Studierenden überprüft werden. Die Schüler erhalten das Ergebnis und können ihr eigenes Wissen bewerten.

Vorbereitung auf die Prüfung.

Zweck: Kindern beizubringen, Testfragen schnell und richtig zu beantworten.

Bislang wurde ein Programm entwickelt, das Studierende auf das einheitliche Staatsexamen vorbereitet. Es enthält Testaufgaben unterschiedlicher Schwierigkeitsgrade in allen Abschnitten des Schulphysikkurses.

v. Fazit.

Das Lehren von Physik in der Schule beinhaltet die ständige Unterstützung des Kurses mit einem Demonstrationsexperiment. In der modernen Schule ist die Durchführung von experimentellen Arbeiten in der Physik jedoch oft schwierig, da die Unterrichtszeit und der Mangel an modernen Materialien und technischen Geräten fehlen. Und selbst wenn das Labor des Physikbüros mit den erforderlichen Instrumenten und Materialien vollständig ausgestattet ist, erfordert ein reales Experiment aufgrund seiner Besonderheiten sowohl für die Vorbereitung und Durchführung als auch für die Analyse der Arbeitsergebnisse viel mehr Zeit (erhebliche Messfehler, zeitliche Begrenzung des Unterrichts etc.) ein echtes Experiment verfehlt oft seinen Hauptzweck – als Erkenntnisquelle über physikalische Muster und Gesetzmäßigkeiten zu dienen. Alle aufgezeigten Abhängigkeiten sind nur ungefähr, oft übersteigt der korrekt berechnete Fehler die gemessenen Werte selbst.

Ein Computerexperiment kann den „experimentellen“ Teil des Physikkurses ergänzen und die Effektivität des Unterrichts deutlich steigern. Wenn Sie es verwenden, können Sie die Hauptsache des Phänomens isolieren, sekundäre Faktoren abschneiden, Muster identifizieren, wiederholt einen Test mit variablen Parametern durchführen, die Ergebnisse speichern und zu einem geeigneten Zeitpunkt zu Ihrer Forschung zurückkehren. Außerdem kann in der Computerversion eine viel größere Anzahl von Experimenten durchgeführt werden. Diese Art von Experiment wird unter Verwendung eines Computermodells eines bestimmten Gesetzes, Phänomens, Prozesses usw. implementiert. Die Arbeit mit diesen Modellen eröffnet den Studierenden enorme kognitive Möglichkeiten und macht sie nicht nur zu Beobachtern, sondern zu aktiven Teilnehmern der Experimente.

In den meisten interaktiven Modellen werden Optionen bereitgestellt, um die Anfangsparameter und -bedingungen von Experimenten über einen weiten Bereich zu ändern, ihre Zeitskala zu variieren, sowie Situationen zu modellieren, die in realen Experimenten nicht verfügbar sind.

Ein weiterer positiver Punkt ist, dass der Computer eine einzigartige, nicht in einem realen physikalischen Experiment implementierte Fähigkeit bietet, kein reales Naturphänomen zu visualisieren, sondern sein vereinfachtes theoretisches Modell, mit dem Sie schnell und effizient die wichtigsten physikalischen Muster des Beobachteten finden können Phänomen. Außerdem kann der Student parallel zum Versuchsablauf den Aufbau der entsprechenden grafischen Abhängigkeiten beobachten. Eine grafische Darstellung der Simulationsergebnisse erleichtert es den Schülern, große Mengen an erhaltenen Informationen zu verarbeiten. Solche Modelle sind von besonderem Wert, da Schüler in der Regel erhebliche Schwierigkeiten beim Erstellen und Lesen von Diagrammen haben.

Es ist auch zu berücksichtigen, dass nicht alle Prozesse, Phänomene, historischen Experimente in der Physik von einem Studenten ohne die Hilfe von virtuellen Modellen vorstellbar sind (z. B. der Carnot-Zyklus, Modulation und Demodulation, Michelsons Experiment zur Geschwindigkeitsmessung). Licht, Rutherfords Experiment usw.). Interaktive Modelle ermöglichen es dem Schüler, die Prozesse in vereinfachter Form zu sehen, sich Installationsschemata vorzustellen und Experimente durchzuführen, die im wirklichen Leben im Allgemeinen unmöglich sind, z. B. den Betrieb eines Kernreaktors zu steuern.

Heute gibt es bereits eine Reihe von pädagogischen Software-Tools (PPS), die in der einen oder anderen Form interaktive Modelle in der Physik enthalten. Leider konzentriert sich keiner von ihnen direkt auf die schulische Anwendung. Einige Modelle sind durch die Fokussierung auf die Anwendung in Hochschulen mit der Möglichkeit der Parameteränderung überladen, in anderen Programmen ist das interaktive Modell nur ein Element, das den Hauptstoff veranschaulicht. Zudem sind die Modelle über verschiedene PPPs verstreut. Beispielsweise ist "Physics in Pictures" von "Physicon", das für die Durchführung eines frontalen Computerexperiments am besten geeignet ist, auf veralteten Plattformen aufgebaut und unterstützt die Verwendung in lokalen Netzwerken nicht. Andere Lehrmaterialien wie „Open Physics“ der gleichen Firma enthalten gleichzeitig mit den Modellen eine Vielzahl von Informationsmaterialien, die für die Dauer der Arbeit im Unterricht nicht abgestellt werden können. All dies erschwert die Auswahl und Verwendung von Computermodellen bei der Durchführung des Physikunterrichts in einer weiterführenden Schule erheblich.

Die Hauptsache ist, dass für die effektive Anwendung eines Computerexperiments Lehrkräfte benötigt werden, die speziell auf den Einsatz in der Oberstufe ausgerichtet sind. In jüngster Zeit gibt es einen Trend zur Schaffung von spezialisiertem Lehrpersonal für die Schule im Rahmen von Bundesprojekten, wie z. B. Wettbewerben für Entwickler von Bildungssoftware, die von der Nationalen Ausbildungsstiftung durchgeführt werden. Vielleicht werden wir in den nächsten Jahren Lehrkräfte sehen, die ein Computerexperiment in einem Physikkurs der Oberstufe umfassend betreuen. All diese Momente habe ich versucht, in meiner Arbeit zu offenbaren.

VI. Glossar.

Experiment ist eine sinnlich-objektive Tätigkeit in der Wissenschaft.

Physikalisches Experiment- Dies ist die Beobachtung und Analyse der untersuchten Phänomene unter bestimmten Bedingungen, die es Ihnen ermöglichen, den Verlauf der Phänomene zu verfolgen und ihn jedes Mal unter festgelegten Bedingungen neu zu erstellen.

Demonstration- Dies ist ein physikalisches Experiment, das physikalische Phänomene, Prozesse, Muster darstellt, die visuell wahrgenommen werden.

Frontale Laborarbeit- eine Art praktische Arbeit, die im Rahmen des studierten Programmmaterials durchgeführt wird, wenn alle Studenten der Klasse gleichzeitig die gleiche Art von Experiment mit der gleichen Ausrüstung durchführen.

Physikalische Werkstatt- Praktische Arbeiten der Studierenden am Ende der vorangegangenen Studienabschnitte (bzw. am Jahresende) an aufwändigeren Geräten mit einem höheren Maß an Selbständigkeit als bei frontaler Laborarbeit.

Experimentelle Arbeit zu Hause- das einfachste unabhängige Experiment, das von Schülern zu Hause außerhalb der Schule ohne direkte Anleitung durch den Lehrer durchgeführt wird.

Experimentelle Probleme- Aufgaben, bei denen der Versuch dazu dient, einige für die Lösung notwendige Anfangsgrößen zu ermitteln; gibt eine Antwort auf die darin gestellte Frage oder ist ein Mittel zur Überprüfung der gemäß der Bedingung durchgeführten Berechnungen.

VII. Referenzliste:

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Antrag Nr. 1

Klassifizierung eines physikalischen Experiments

Anwendung Nr. 2

Die Ergebnisse der Schülerbefragung.

Unter Schülerinnen und Schülern der Klassen 5, 6 a, 7 - 11 wurde eine Befragung zu folgenden Fragen durchgeführt:

Welche Rolle spielt das Experiment für Sie im Physikstudium?

Das Programm verfügt über 107 Modelle, die verwendet werden können, um neues Material zu erklären und experimentelle Probleme zu lösen. Ich möchte einige Beispiele nennen, die ich in meinem Unterricht verwende.

Fragment der Lektion „Kernreaktionen. Kernspaltung.

Zweck: die Konzepte einer Kernreaktion zu bilden, ihre Vielfalt zu demonstrieren. Entwickeln Sie ein Verständnis für die Essenz dieser Prozesse.

Der Computer wird beim Erklären von neuem Material für eine visuellere Demonstration der untersuchten Prozesse verwendet, ermöglicht es Ihnen, die Reaktionsbedingungen schnell zu ändern, ermöglicht die Rückkehr zu den vorherigen Bedingungen.


Dieses Modell zeigt

verschiedene Arten von Kernumwandlungen.

Kernumwandlungen treten als Folge von auf

Prozesse des radioaktiven Zerfalls von Kernen und

aufgrund von Kernreaktionen, begleitet

Spaltung oder Verschmelzung von Kernen.

Die Änderungen, die in den Kerneln auftreten, können aufgeschlüsselt werden

in drei Gruppen:

1. Veränderung eines der Nukleonen im Kern;

   Umstrukturierung der inneren Struktur des Kerns;

   Umlagerung von Nukleonen von einem Kern zum anderen.

Die erste Gruppe umfasst verschiedene Arten des Beta-Zerfalls, wenn sich eines der Neutronen des Kerns in ein Proton verwandelt oder umgekehrt. Die erste (häufigere) Art des Beta-Zerfalls tritt bei der Emission eines Elektrons und eines Elektron-Antineutrinos auf. Die zweite Art des Beta-Zerfalls tritt entweder durch Emittieren eines Positrons und eines Elektron-Neutrinos oder durch Einfangen eines Elektrons und Emittieren eines Elektron-Neutrinos auf (ein Elektron wird von einer dem Kern am nächsten liegenden Elektronenhülle eingefangen). Beachten Sie, dass ein Proton in einem freien Zustand nicht in ein Neutron, ein Positron und ein Elektron-Neutrino zerfallen kann – dies erfordert zusätzliche Energie, die es vom Kern erhält. Die Gesamtenergie des Kerns nimmt jedoch ab, wenn ein Proton beim Beta-Zerfall in ein Neutron umgewandelt wird. Dies ist auf eine Abnahme der Energie der Coulomb-Abstoßung zwischen den Protonen des Kerns (von denen es weniger gibt) zurückzuführen.

Die zweite Gruppe sollte den Gamma-Zerfall umfassen, bei dem der Kern, ursprünglich in einem angeregten Zustand, überschüssige Energie abgibt und ein Gamma-Quant emittiert. Die dritte Gruppe umfasst den Alpha-Zerfall (die Emission eines Alpha-Teilchens aus dem ursprünglichen Kern - dem Kern eines Heliumatoms, bestehend aus zwei Protonen und zwei Neutronen), die Kernspaltung (Absorption eines Neutrons durch den Kern, gefolgt vom Zerfall in zwei Feuerzeuge). Atomkerne und Emission mehrerer Neutronen) und Kernsynthese (wenn durch Kollision zweier leichter Kerne ein schwererer Kern entsteht und ggf. leichte Bruchstücke oder einzelne Protonen oder Neutronen zurückbleiben).

Bitte beachten Sie, dass der Kern während des Alpha-Zerfalls einen Rückstoß erfährt und sich merklich in die Richtung verschiebt, die der Richtung der Alpha-Teilchenemission entgegengesetzt ist. Gleichzeitig ist der Rückstoß beim Beta-Zerfall deutlich geringer und fällt bei unserem Modell überhaupt nicht auf. Dies liegt an der Tatsache, dass die Masse eines Elektrons Tausende (und sogar Hunderttausende Male - für schwere Atome) kleiner ist als die Masse des Kerns.

Fragment der Lektion "Kernreaktor"

Zweck: Ideen über die Struktur eines Kernreaktors zu entwickeln, seinen Betrieb mit einem Computer zu demonstrieren.


Der Computer ermöglicht es Ihnen, die Bedingungen zu ändern

Reaktionen im Reaktor. Entfernen der Inschriften

Sie können das Wissen der Schüler über die Struktur testen

Reaktor, zeigen die Bedingungen, unter denen

eine Explosion ist möglich.

Ein Kernreaktor ist ein Gerät

entworfen, um Energie umzuwandeln

Atomkern in elektrische Energie.

Der Kern des Reaktors enthält radioaktives Material

Substanz (normalerweise Uran oder Plutonium).

Die freigesetzte Energie aufgrund des a - Zerfalls dieser

Atome, erwärmt das Wasser. Der entstehende Wasserdampf strömt in die Dampfturbine; Beim Rotieren wird im Generator ein elektrischer Strom erzeugt. Warmes Wasser wird nach entsprechender Reinigung in einen nahe gelegenen Teich gegossen; Von dort gelangt kaltes Wasser in den Reaktor. Ein spezielles abgedichtetes Gehäuse schützt die Umgebung vor tödlicher Strahlung.

Spezielle Graphitstäbe absorbieren schnelle Neutronen. Mit ihrer Hilfe können Sie den Reaktionsverlauf steuern. Drücken Sie die Taste "Erhöhen" (dies ist nur möglich, wenn die Pumpen, die kaltes Wasser in den Reaktor pumpen, eingeschaltet sind) und schalten Sie "Prozessbedingungen" ein. Nachdem die Stäbe angehoben wurden, beginnt eine Kernreaktion. Temperatur T Im Inneren des Reaktors steigt die Temperatur auf 300 ° C, und das Wasser beginnt bald zu kochen. Wenn Sie auf das Amperemeter in der rechten Ecke des Bildschirms schauen, können Sie sicher sein, dass der Reaktor begonnen hat, Strom zu erzeugen. Indem Sie die Stäbe zurückschieben, können Sie die Kettenreaktion stoppen.

Antrag Nr. 4

Die Verwendung eines Computers bei der Durchführung von Laborarbeiten und körperlichen Übungen.

Es gibt 4 CDs mit der Entwicklung von 72 Laborarbeiten, die die Arbeit des Lehrers erleichtern, den Unterricht interessanter und moderner machen. Diese Entwicklungen können bei der Durchführung eines physischen Workshops verwendet werden, weil. einige von ihnen liegen außerhalb des Rahmens des Lehrplans. Hier sind einige Beispiele. Name, Zweck, Ausrüstung, schrittweise Ausführung der Arbeit - all dies wird mit einem Computer auf den Bildschirm projiziert.


Laborarbeit: "Erforschung des isobaren Prozesses."

Zweck: experimentell die Beziehung zwischen Volumen und herzustellen

Temperatur eines Gases einer bestimmten Masse in seinen verschiedenen

Zustände.

Ausstattung: Tablett, Rohr - Tank mit zwei Hähnen,

Thermometer, Kalorimeter, Maßband.

Das Untersuchungsobjekt ist die Luft in der Röhre -

Panzer. Im Ausgangszustand wird sein Volumen durch bestimmt

Länge des inneren Hohlraums des Rohrs. Das Rohr wird Spule für Spule in das Kalorimeter gelegt, das obere Ventil ist geöffnet. Wasser 55 0 - 60 0 C wird in das Kalorimeter gegossen, dabei wird die Blasenbildung beobachtet. Sie bilden sich, bis die Temperatur des Wassers und der Luft in der Röhre gleich sind. Die Temperatur wird mit einem Laborthermometer gemessen. Die Luft wird in den zweiten Zustand überführt, indem kaltes Wasser in das Kalorimeter gegossen wird. Nachdem sich das thermische Gleichgewicht eingestellt hat, wird die Temperatur des Wassers gemessen. Das Volumen im zweiten Zustand wird durch seine Länge im Rohr gemessen (ursprüngliche Länge minus Länge des einströmenden Wassers).

Kennt man die Parameter von Luft in zwei Zuständen, wird eine Beziehung zwischen der Volumenänderung und der Temperaturänderung bei konstantem Druck hergestellt.

Lektion - Workshop: „Messung des Oberflächenspannungskoeffizienten.

Zweck: Ausarbeitung einer der Methoden zur Bestimmung des Oberflächenspannungskoeffizienten.

Ausstattung: Waage, Tablett, Glas, Tropfer mit Wasser.

Gegenstand der Forschung ist Wasser. Die Waage wird in Arbeitsstellung gebracht, ausbalanciert. Sie werden verwendet, um die Masse des Glases zu bestimmen. Aus dem Aschenbecher tropfen ca. 60 - 70 Wassertropfen in das Glas. Bestimmen Sie die Masse eines Glases Wasser. Aus der Massendifferenz wird die Masse des Wassers im Glas bestimmt. Wenn Sie die Anzahl der Tropfen kennen, können Sie die Masse eines Tropfens bestimmen. Der Durchmesser des Tropferlochs ist auf der Kapsel angegeben. Die Formel berechnet den Oberflächenspannungskoeffizienten von Wasser. Vergleichen Sie das erhaltene Ergebnis mit dem Tabellenwert.

Für starke Schüler können Sie anbieten, zusätzliche Experimente mit Pflanzenöl durchzuführen.