| Planificación de lecciones para el año escolar. | Principales etapas del modelado.

Lección 2
Principales etapas del modelado.

Al estudiar este tema, aprenderá:

Qué es modelar;
- qué puede servir como prototipo para el modelado;
- cuál es el lugar del modelado en la actividad humana;
- cuáles son las principales etapas del modelado;
- qué es un modelo de computadora;
¿Qué es un experimento informático?

experimento de computadora

Para dar vida a nuevos desarrollos de diseño, introducir nuevas soluciones técnicas en producción o probar nuevas ideas, se necesita un experimento. Un experimento es un experimento que se realiza con un objeto o modelo. Consiste en realizar algunas acciones y determinar cómo reacciona la muestra experimental a estas acciones.

En la escuela, realizas experimentos en las lecciones de biología, química, física, geografía.

Los experimentos se llevan a cabo cuando se prueban muestras de nuevos productos en las empresas. Por lo general, se utiliza una configuración especialmente diseñada para este propósito, lo que hace posible realizar un experimento en condiciones de laboratorio, o el producto real en sí mismo se somete a todo tipo de pruebas (un experimento a gran escala). Para estudiar, por ejemplo, las propiedades de rendimiento de una unidad o conjunto, se coloca en un termostato, se congela en cámaras especiales, se prueba en soportes vibratorios, se deja caer, etc. Es bueno si se trata de un reloj nuevo o una aspiradora. la pérdida durante la destrucción no es grande. ¿Y si es un avión o un cohete?

Los experimentos de laboratorio ya gran escala requieren grandes costos de material y tiempo, pero su importancia, sin embargo, es muy grande.

Con el desarrollo de la tecnología informática, ha aparecido un nuevo método único de investigación: un experimento informático. En muchos casos, los estudios de simulación por computadora han venido a ayudar, y en ocasiones incluso a reemplazar, las muestras experimentales y los bancos de prueba. La etapa de realización de un experimento informático incluye dos etapas: elaboración de un plan de experimento y realización de un estudio.

Plan de experimentos

El plan del experimento debe reflejar claramente la secuencia de trabajo con el modelo. El primer paso en tal plan es siempre probar el modelo.

La prueba es el proceso de verificar la corrección del modelo construido.

Prueba: un conjunto de datos iniciales que le permiten determinar la exactitud de la construcción del modelo.

Para estar seguro de la exactitud de los resultados de modelado obtenidos, es necesario: ♦ verificar el algoritmo desarrollado para construir el modelo; ♦ asegurarse de que el modelo construido refleje correctamente las propiedades del original, que se tuvieron en cuenta en la simulación.

Para verificar la corrección del algoritmo de construcción del modelo, se utiliza un conjunto de prueba de datos iniciales, para los cuales el resultado final se conoce de antemano o se predetermina de otras maneras.

Por ejemplo, si usa fórmulas de cálculo en el modelado, debe seleccionar varias opciones para los datos iniciales y calcularlas "manualmente". Estos son elementos de prueba. Cuando se construye el modelo, se prueba con las mismas entradas y se comparan los resultados de la simulación con las conclusiones obtenidas por cálculo. Si los resultados coinciden, entonces el algoritmo se desarrolla correctamente; de ​​lo contrario, es necesario buscar y eliminar la causa de su discrepancia. Los datos de prueba pueden no reflejar la situación real en absoluto y pueden no tener contenido semántico. Sin embargo, los resultados obtenidos durante el proceso de prueba pueden incitar a pensar en cambiar el modelo informativo o de signos original, principalmente en esa parte del mismo donde se establece el contenido semántico.

Para asegurarse de que el modelo construido refleje las propiedades del original, que se tuvieron en cuenta en la simulación, es necesario seleccionar un ejemplo de prueba con datos de origen real.

Realización de investigaciones

Después de la prueba, cuando tenga confianza en la corrección del modelo construido, puede proceder directamente al estudio.

El plan debe incluir un experimento o una serie de experimentos que cumplan con los objetivos de la simulación. Cada experimento debe ir acompañado de una comprensión de los resultados, que sirve como base para analizar los resultados del modelado y tomar decisiones.

El esquema para preparar y realizar un experimento de computadora se muestra en la figura 11.7.

Arroz. 11.7. Esquema de un experimento de computadora

Análisis de los resultados de la simulación

El objetivo final del modelado es tomar una decisión, que debe desarrollarse sobre la base de un análisis exhaustivo de los resultados de la simulación. Esta etapa es decisiva: o continúas el estudio o lo terminas. La figura 11.2 muestra que la fase de análisis de resultados no puede existir de manera autónoma. Las conclusiones obtenidas a menudo contribuyen a una serie adicional de experimentos y, a veces, a un cambio en el problema.

Los resultados de las pruebas y experimentos sirven como base para desarrollar una solución. Si los resultados no corresponden a los objetivos de la tarea, significa que se cometieron errores en las etapas anteriores. Esto puede ser una declaración incorrecta del problema, o una construcción demasiado simplificada de un modelo de información, o una elección fallida de un método o entorno de modelado, o una violación de los métodos tecnológicos al construir un modelo. Si se identifican tales errores, es necesario corregir el modelo, es decir, volver a una de las etapas anteriores. El proceso se repite hasta que los resultados del experimento cumplan con los objetivos de la simulación.

Lo principal a recordar es que el error detectado también es el resultado. Como dice el proverbio, aprendes de tus errores. El gran poeta ruso A. S. Pushkin también escribió sobre esto:

Oh, cuántos descubrimientos maravillosos tenemos
Preparar espíritu de iluminación
Y la experiencia, hijo de errores difíciles,
Y genio, paradojas amigo,
Y el azar, dios es el inventor...

Preguntas y tareas de control

1. ¿Cuáles son los dos tipos principales de enunciados de problemas de modelado?

2. En el conocido "Libro de problemas" de G. Oster, se presenta el siguiente problema:

La bruja malvada, trabajando incansablemente, convierte a 30 princesas en orugas al día. ¿Cuántos días le llevará convertir 810 princesas en orugas? ¿Cuántas princesas al día tendrían que convertirse en orugas para hacer el trabajo en 15 días?
¿Qué pregunta se puede atribuir al tipo de "¿qué sucederá si ...", y cuál, al tipo de "cómo hacer para que ..."?

3. Enumere los objetivos más conocidos del modelado.

4. Formalice el problema lúdico del "Libro de problemas" de G. Oster:

De dos casetas ubicadas a una distancia de 27 km entre sí, dos perros belicosos saltaron uno hacia el otro al mismo tiempo. El primero corre a una velocidad de 4 km / h, y el segundo - 5 km / h.
¿Cuánto tiempo comenzará la pelea?

5. Nombra tantas características del objeto "par de zapatos" como puedas. Componer un modelo de información de un objeto para diferentes propósitos:
■ elección de calzado para caminatas;
■ selección de una caja de zapatos adecuada;
■ compra de crema para el cuidado del calzado.

6. ¿Qué características de un adolescente son esenciales para una recomendación sobre la elección de una profesión?

7. ¿Por qué la computadora es ampliamente utilizada en la simulación?

8. Mencione las herramientas de modelado por computadora que conoce.

9. ¿Qué es un experimento informático? Dar un ejemplo.

10. ¿Qué es la prueba de modelos?

11. ¿Qué errores se encuentran en el proceso de modelado? ¿Qué se debe hacer cuando se encuentra un error?

12. ¿Qué es el análisis de los resultados de la simulación? ¿Qué conclusiones se suelen sacar?

En la definición presentada anteriormente, el término "experimento" tiene un significado dual. Por un lado, en un experimento informático, así como en uno real, se estudian las respuestas del sistema a determinados cambios de parámetros oa influencias externas. La temperatura, la densidad y la composición se utilizan a menudo como parámetros. Y los efectos se realizan con mayor frecuencia a través de campos mecánicos, eléctricos o magnéticos. La única diferencia es que el experimentador se enfrenta a un sistema real, mientras que en un experimento informático se considera el comportamiento de un modelo matemático de un objeto real. Por otra parte, la capacidad de obtener resultados rigurosos para modelos bien definidos hace posible utilizar un experimento informático como fuente de información independiente para contrastar las predicciones de las teorías analíticas y, por tanto, en esta capacidad, los resultados de la simulación juegan el papel principal. papel del mismo estándar que los datos experimentales.

De todo lo que se ha dicho, se puede ver que existe la posibilidad de dos enfoques muy diferentes para configurar un experimento de computadora, lo que se debe a la naturaleza del problema que se resuelve y, por lo tanto, determina la elección de una descripción del modelo.

Primero, los cálculos por los métodos MD o MC pueden perseguir objetivos puramente utilitarios relacionados con la predicción de las propiedades de un sistema real específico y su comparación con un experimento físico. En este caso, se pueden hacer predicciones interesantes y se pueden realizar estudios en condiciones extremas, por ejemplo, a presiones o temperaturas ultra altas, cuando un experimento real es imposible por varias razones o requiere demasiados costos de material. La simulación por computadora suele ser generalmente la única forma de obtener la información más detallada ("microscópica") sobre el comportamiento de un sistema molecular complejo. Esto se demostró de manera especialmente clara mediante experimentos numéricos de tipo dinámico con varios biosistemas: proteínas globulares en estado nativo, fragmentos de ADN y ARN. , membranas lipídicas. En varios casos, los datos obtenidos hicieron necesario revisar o cambiar significativamente las ideas previamente existentes sobre la estructura y funcionamiento de estos objetos. Al mismo tiempo, debe tenerse en cuenta que dado que en dichos cálculos se utilizan varios tipos de potenciales de valencia y no valencia, que solo aproximan las verdaderas interacciones de los átomos, esta circunstancia determina en última instancia el grado de correspondencia entre el modelo y la realidad. . Inicialmente, se resuelve el problema inverso, cuando los potenciales se calibran de acuerdo con los datos experimentales disponibles, y solo entonces estos potenciales se utilizan para obtener información más detallada sobre el sistema. A veces, los parámetros de las interacciones interatómicas se pueden encontrar, en principio, a partir de cálculos químicos cuánticos realizados para compuestos modelo más simples. Cuando se modela mediante métodos MD o MC, una molécula no se trata como un conjunto de electrones y núcleos, que obedecen las leyes de la mecánica cuántica, sino como un sistema de partículas clásicas unidas: átomos. Tal modelo se llama modelo mecanico de una molecula .

El objetivo de otro enfoque para configurar un experimento de computadora puede ser comprender los patrones generales (universales o invariantes del modelo) de comportamiento del sistema en estudio, es decir, patrones que están determinados solo por las características más típicas de una clase dada. de objetos, pero no por los detalles de la estructura química de un solo compuesto. Es decir, en este caso, el experimento informático tiene como objetivo el establecimiento de relaciones funcionales, y no el cálculo de parámetros numéricos. Esta ideología está más claramente presente en la teoría de escalado de polímeros. Desde el punto de vista de este enfoque, el modelado por computadora actúa como una herramienta teórica que, en primer lugar, le permite verificar las conclusiones de los métodos analíticos existentes de la teoría o complementar sus predicciones. Esta interacción entre la teoría analítica y el experimento por computadora puede ser muy fructífera cuando ambos enfoques logran utilizar modelos idénticos. El ejemplo más sorprendente de estos modelos generalizados de moléculas poliméricas es el llamado modelo de celosía . Sobre su base, se han realizado muchas construcciones teóricas, en particular, relacionadas con la solución del clásico y, en cierto sentido, el principal problema de la fisicoquímica de los polímeros sobre el efecto de las interacciones de masa en la conformación y, en consecuencia, en la Propiedades de una cadena polimérica flexible. Las interacciones masivas generalmente se entienden como fuerzas repulsivas de corto alcance que surgen entre unidades distantes a lo largo de la cadena cuando se acercan en el espacio debido a la flexión aleatoria de la macromolécula. En el modelo de red, una cadena real se considera como una trayectoria rota que pasa por los nodos de una red regular de un tipo dado: cúbico, tetraédrico, etc. Los nodos de red ocupados corresponden a unidades poliméricas (monómeros) y los segmentos que las conectan. corresponden a enlaces químicos en el esqueleto de una macromolécula. La prohibición de autointersecciones de la trayectoria (o, en otras palabras, la imposibilidad de entrada simultánea de dos o más monómeros en un sitio de red) modela las interacciones volumétricas (Fig. 1). Es decir, si, por ejemplo, si se utiliza el método MC y cuando un enlace seleccionado aleatoriamente se desplaza, cae en un nodo ya ocupado, entonces esa nueva conformación se descarta y ya no se tiene en cuenta en el cálculo de la parámetros del sistema de interés. Distintos arreglos de cadena en la red corresponden a conformaciones de cadena de polímero. Según ellos, se promedian las características requeridas, por ejemplo, la distancia entre los extremos de la cadena R.

El estudio de dicho modelo permite comprender cómo las interacciones de volumen afectan la dependencia del valor de la raíz cuadrada media del número de eslabones de la cadena N . valor del curso , que determina el tamaño promedio de la bobina de polímero, juega el papel principal en varias construcciones teóricas y puede medirse experimentalmente; sin embargo, todavía no existe una fórmula analítica exacta para calcular la dependencia en N en presencia de interacciones masivas. También es posible introducir una energía de atracción adicional entre aquellos pares de enlaces que han caído en nodos de red vecinos. Al variar esta energía en un experimento de computadora, es posible, en particular, investigar un fenómeno interesante llamado transición "bobina-glóbulo", cuando, debido a las fuerzas de atracción intramolecular, una bobina de polímero desplegada se comprime y se convierte en un estructura compacta - un glóbulo que se asemeja a una gota microscópica líquida. Comprender los detalles de tal transición es importante para desarrollar las ideas más generales sobre el curso de la evolución biológica que condujo al surgimiento de las proteínas globulares.

Existen diversas modificaciones de los modelos reticulares, por ejemplo, aquellos en los que las longitudes de los enlaces entre eslabones no tienen valores fijos, sino que pueden cambiar en un determinado intervalo, lo que garantiza únicamente la prohibición de autocruces de cadenas, así es como se utiliza ampliamente Se organiza el modelo usado con "enlaces fluctuantes". Sin embargo, todos los modelos de celosía tienen en común que son discreto, es decir, el número de conformaciones posibles de tal sistema es siempre finito (aunque puede ser un valor astronómico incluso con un número relativamente pequeño de eslabones en la cadena). Todos los modelos discretos tienen una eficiencia computacional muy alta, pero, por regla general, solo pueden investigarse mediante el método de Monte Carlo.

Para algunos casos, utilice continuo modelos generalizados de polímeros que son capaces de cambiar de conformación de manera continua. El ejemplo más simple es una cadena formada por un número dado norte Bolas macizas conectadas en serie por eslabones rígidos o elásticos. Dichos sistemas pueden estudiarse tanto por el método de Monte Carlo como por el método de dinámica molecular.

Experimento

Experimento(del lat. experimento- prueba, experiencia) en el método científico - un método para estudiar un determinado fenómeno en condiciones controladas. Se diferencia de la observación por la interacción activa con el objeto de estudio. Normalmente, un experimento se lleva a cabo como parte de un estudio científico y sirve para probar una hipótesis, para establecer relaciones causales entre fenómenos. El experimento es la piedra angular del enfoque empírico del conocimiento. El criterio de Popper plantea la posibilidad de establecer un experimento como principal diferencia entre una teoría científica y una pseudocientífica. Un experimento es un método de investigación que se reproduce en las condiciones descritas un número ilimitado de veces y da un resultado idéntico.

Modelos de experimentos

Hay varios modelos de experimento: Experimento perfecto: un modelo de experimento que no es factible en la práctica, utilizado por los psicólogos experimentales como estándar. Este término fue introducido en la psicología experimental por Robert Gottsdanker, el autor del conocido libro Fundamentals of Psychological Experiment, quien creía que el uso de tal modelo para la comparación conduciría a una mejora más efectiva de los métodos experimentales y a la identificación de posibles errores en la planificación y realización de un experimento psicológico.

El experimento aleatorio (prueba aleatoria, experiencia aleatoria) es un modelo matemático de un experimento real correspondiente, cuyo resultado no se puede predecir con precisión. El modelo matemático debe cumplir con los requisitos: debe ser adecuado y describir adecuadamente el experimento; la totalidad del conjunto de resultados observados en el marco del modelo matemático considerado debe determinarse con datos iniciales fijos estrictamente definidos descritos en el marco del modelo matemático; debería haber una posibilidad fundamental de llevar a cabo un experimento con un resultado aleatorio un número arbitrario de veces con datos de entrada sin cambios; se debe probar el requisito o aceptar a priori la hipótesis de la estabilidad estocástica de la frecuencia relativa para cualquier resultado observado, definida en el marco del modelo matemático.

El experimento no siempre se implementa según lo previsto, por lo que se inventó una ecuación matemática para la frecuencia relativa de las implementaciones del experimento:

Que haya algún experimento real y que A denote el resultado observado en el marco de este experimento. Sean n experimentos en los que el resultado A pueda realizarse o no. Y sea k el número de realizaciones del resultado observado A en n ensayos, suponiendo que los ensayos realizados son independientes.

Tipos de experimentos

experimento fisico

experimento fisico- una forma de conocer la naturaleza, que consiste en el estudio de los fenómenos naturales en condiciones especialmente creadas. A diferencia de la física teórica, que explora los modelos matemáticos de la naturaleza, un experimento físico está diseñado para explorar la naturaleza misma.

Es el desacuerdo con el resultado de un experimento físico el criterio para la falacia de una teoría física, o más precisamente, la inaplicabilidad de una teoría al mundo que nos rodea. La afirmación inversa no es cierta: la concordancia con el experimento no puede ser prueba de la corrección (aplicabilidad) de la teoría. Es decir, el criterio principal para la viabilidad de una teoría física es la verificación por experimentación.

Idealmente, la física experimental debería dar sólo descripción resultados experimentales, sin ninguna interpretaciones. Sin embargo, en la práctica esto no se puede lograr. La interpretación de los resultados de un experimento físico más o menos complejo se basa inevitablemente en el hecho de que comprendemos cómo se comportan todos los elementos del montaje experimental. Tal comprensión, a su vez, no puede dejar de basarse en ninguna teoría.

experimento de computadora

Un experimento informático (numérico) es un experimento sobre un modelo matemático de un objeto de estudio en una computadora, que consiste en que, de acuerdo con algunos parámetros del modelo, se calculan sus otros parámetros y, sobre esta base, se sacan conclusiones. dibujado sobre las propiedades del objeto descrito por el modelo matemático. Este tipo de experimento solo se puede atribuir condicionalmente a un experimento, porque no refleja fenómenos naturales, sino que es solo una implementación numérica de un modelo matemático creado por una persona. De hecho, en caso de incorrección en mat. modelo - su solución numérica puede ser estrictamente divergente del experimento físico.

experimento psicologico

Un experimento psicológico es un experimento realizado en condiciones especiales para obtener nuevos conocimientos científicos a través de la intervención dirigida de un investigador en la vida del sujeto.

experimento mental

Un experimento mental en filosofía, física y algunos otros campos del conocimiento es un tipo de actividad cognitiva en la que se reproduce en la imaginación la estructura de un experimento real. Por regla general, se lleva a cabo un experimento mental en el marco de un determinado modelo (teoría) para comprobar su coherencia. Al realizar un experimento mental, contradicciones en los postulados internos del modelo o su incompatibilidad con principios externos (en relación con este modelo) que se consideran incondicionalmente verdaderos (por ejemplo, con la ley de conservación de la energía, el principio de causalidad, etc.) .) puede ser revelado.

Experimento crítico

Un experimento crítico es un experimento cuyo resultado determina inequívocamente si una teoría o hipótesis en particular es correcta. Este experimento debe dar un resultado predicho que no puede deducirse de otras hipótesis y teorías generalmente aceptadas.

Literatura

• Vizgin V. P. Hermetismo, experimento, milagro: tres aspectos de la génesis de la ciencia moderna // Orígenes filosóficos y religiosos de la ciencia. M., 1997. S.88-141.

Enlaces

Fundación Wikimedia. 2010 .

Sinónimos:

Vea qué es "Experimento" en otros diccionarios:

- (del lat. experimentum test, experiencia), un método de cognición, con la ayuda del cual, bajo condiciones controladas y controladas, se investigan los fenómenos de la realidad. E. se lleva a cabo sobre la base de una teoría que determina la formulación de problemas y su interpretación... ... Enciclopedia filosófica

experimento- Una oferta a una persona por su propia voluntad de vivir, experimentar, sentirse relevante para él o realizar un experimento consciente, recreando una situación controvertida o dudosa para él en el curso de la terapia (principalmente en forma simbólica). Breve sensato ... ... Gran Enciclopedia Psicológica

Nadie cree en una hipótesis, excepto quien la planteó, pero todos creen en el experimento, excepto quien lo realizó. Ninguna cantidad de experimentación puede probar una teoría; pero un experimento es suficiente para refutarlo... Enciclopedia consolidada de aforismos

Experimento- (Latín experimentum - son, baykau, tәzhhiribe) - nәrseler (objetador) hombres құbylystardy baқylanylatyn zhane baskarylatyn zhagdaylarda zertteytіn empiriyalyқ tanym adisi. Experimente y renueve a Zhana zamanda payda boldy (G.Galilei). La filosofía de Onyn... Terminderdin filosófico sozdigі

- (lat.). Primera experiencia; todo lo que el científico natural usa para obligar a las fuerzas de la naturaleza a actuar bajo ciertas condiciones, como si causaran artificialmente los fenómenos encontrados en ella. Diccionario de palabras extranjeras incluidas en el ruso ... ... Diccionario de palabras extranjeras del idioma ruso.

Ver experiencia ... Diccionario de sinónimos y expresiones rusas de significado similar. por debajo. edición N. Abramova, M.: Diccionarios rusos, 1999. experimento, prueba, experiencia, prueba; investigación, verificación, intento Diccionario de sinónimos rusos ... Diccionario de sinónimos

EXPERIMENTO, experimento, marido. (lat. experimentum) (libro). Experiencia entregada científicamente. Experimento químico. Experimento físico. Haz un experimento. || En general, una experiencia, un intento. El trabajo educativo no permite experimentos arriesgados ... ... Diccionario explicativo de Ushakov

Experimento- Experimento ♦ Experimentación Experiencia activa, deliberada; el deseo no tanto de escuchar la realidad (experiencia) e incluso no tanto de escucharla (observación), sino de tratar de hacerle preguntas. Hay un concepto especial ... ... Diccionario filosófico de Sponville

Véase Experimento de investigación, Experimento forense... Diccionario de Derecho

- (del latín experimentum test, experiencia), un método de cognición, con la ayuda del cual se estudian los fenómenos de la naturaleza y la sociedad en condiciones controladas y controladas. A menudo, la tarea principal del experimento es probar las hipótesis y predicciones de la teoría (entonces ... ... Enciclopedia moderna

- (del lat. experimentum test, experiencia) estudio, estudio de fenómenos y procesos económicos a través de su reproducción, modelado en condiciones artificiales o naturales. Las posibilidades de experimentos económicos son muy limitadas, ya que... ... Diccionario económico

Libros

• Experimento, Stanislav Vladimirovich Borzykh, Este libro ofrece una mirada a lo que nos está sucediendo ahora y lo que sucedió hace algún tiempo desde un nuevo ángulo. De hecho, estamos presenciando un experimento a una escala colosal, ... Categoría: Biología Editor:

Inicio > Conferencia

CONFERENCIA

Tema: Experimento informático. Análisis de los resultados de la simulación

Para dar vida a nuevos desarrollos de diseño, introducir nuevas soluciones técnicas en producción o probar nuevas ideas, se necesita un experimento. Un experimento es un experimento que se realiza con un objeto o modelo. Consiste en realizar algunas acciones y determinar cómo reacciona la muestra experimental a estas acciones. En la escuela, realizas experimentos en las lecciones de biología, química, física, geografía. Los experimentos se llevan a cabo cuando se prueban muestras de nuevos productos en las empresas. Por lo general, se utiliza una configuración especialmente diseñada para este propósito, lo que hace posible realizar un experimento en condiciones de laboratorio, o el producto real en sí mismo se somete a todo tipo de pruebas (un experimento a gran escala). Para estudiar, por ejemplo, las propiedades operativas de una unidad o conjunto, se coloca en un termostato, se congela en cámaras especiales, se prueba en soportes vibratorios, se deja caer, etc. Es bueno si se trata de un reloj nuevo o una aspiradora, no lo es. una gran pérdida tras la destrucción. ¿Y si un avión o un cohete? Los experimentos de laboratorio ya gran escala requieren grandes costos de material y tiempo, pero su valor, sin embargo, es muy grande. Con el desarrollo de la tecnología informática, ha aparecido un nuevo método de investigación único: experimento de computadora En muchos casos, los estudios de modelos informáticos han venido a ayudar, y en ocasiones incluso a reemplazar, las muestras experimentales y los bancos de pruebas. La etapa de realización de un experimento informático incluye dos etapas: elaboración de un plan de experimento y realización de un estudio. Plan del experimento El plan del experimento debe reflejar claramente la secuencia de trabajo con el modelo. El primer punto de tal plan es siempre probar el modelo. Pruebas - procesochequesexactitudconstruidomodelos. Prueba - equipoinicialdatos, permitiendodefinirestupendo-vilezaedificiomodelos. Para estar seguro de la exactitud de los resultados de simulación obtenidos, es necesario:

verificar el algoritmo desarrollado para construir el modelo; asegúrese de que el modelo construido refleje correctamente las propiedades del original, que se tuvieron en cuenta en la simulación.

Para verificar la corrección del algoritmo de construcción del modelo, se utiliza un conjunto de prueba de datos iniciales, para los cuales el resultado final se conoce de antemano o se predetermina de otras maneras. Por ejemplo, si usa fórmulas de cálculo en el modelado, debe seleccionar varias opciones para los datos iniciales y calcularlas "manualmente". Estos son elementos de prueba. Cuando se construye el modelo, se prueba con las mismas entradas y se comparan los resultados de la simulación con las conclusiones obtenidas por cálculo. Si los resultados coinciden, entonces el algoritmo se desarrolla correctamente; de ​​lo contrario, es necesario buscar y eliminar la causa de su discrepancia. Los datos de prueba pueden no reflejar la situación real en absoluto y pueden no tener contenido semántico. Sin embargo, los resultados obtenidos durante el proceso de prueba pueden incitar a pensar en cambiar el modelo informativo o de signos original, principalmente en esa parte del mismo donde se establece el contenido semántico. Para asegurarse de que el modelo construido refleje las propiedades del original, que se tuvieron en cuenta en la simulación, es necesario seleccionar un ejemplo de prueba con datos de origen real. Realización de un estudio Después de la prueba, cuando tenga confianza en la corrección del modelo construido, puede proceder directamente a realizar un estudio. El plan debe incluir un experimento o una serie de experimentos que cumplan con los objetivos de la simulación. Cada experimento debe ir acompañado de una comprensión de los resultados, que sirve como base para analizar los resultados del modelado y tomar decisiones. El esquema para preparar y realizar un experimento de computadora se muestra en la figura 11.7.

PRUEBA DE MODELO

PLAN DE EXPERIMENTO

INVESTIGACIÓN

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Arroz. 11.7. Esquema de un experimento de computadora

Análisis de los resultados de la simulación

El objetivo final del modelado es tomar una decisión, que debe desarrollarse sobre la base de un análisis exhaustivo de los resultados del modelado. Esta etapa es decisiva: o continúas el estudio o lo terminas. La Figura 11.2 muestra que la etapa de análisis de resultados no puede existir de manera autónoma. Las conclusiones obtenidas a menudo contribuyen a una serie adicional de experimentos y, a veces, a un cambio en la tarea. La base para desarrollar una solución son los resultados de las pruebas y experimentos. Si los resultados no corresponden a los objetivos de la tarea, significa que se cometieron errores en las etapas anteriores. Esto puede ser una declaración incorrecta del problema, o una construcción demasiado simplificada de un modelo de información, o una elección fallida de un método o entorno de modelado, o una violación de los métodos tecnológicos al construir un modelo. Si se encuentran tales errores, entonces ajuste del modelo, es decir, una vuelta a uno de los pasos anteriores. El proceso se repite hasta que los resultados del experimento cumplan con los objetivos de la simulación. Lo principal a recordar es que el error detectado también es el resultado. Como dice el proverbio, aprendes de tus errores. El gran poeta ruso A. S. Pushkin también escribió sobre esto: ¡Oh, cuántos descubrimientos maravillosos nos está preparando el espíritu de la iluminación y la experiencia, el hijo de errores difíciles, y el genio, amigo de las paradojas, y el azar, dios inventor! ..

ControlpreguntasyTareas

¿Cuáles son los dos tipos principales de modelado del enunciado del problema?

En el conocido "Libro de problemas" de G. Oster, se presenta el siguiente problema:

La bruja malvada, trabajando incansablemente, convierte a 30 princesas en orugas al día. ¿Cuántos días le llevará convertir 810 princesas en orugas? ¿Cuántas princesas por día habrá que convertir en orugas para hacer frente al trabajo en 15 días? ¿Qué pregunta se puede atribuir al tipo de "qué pasará si ...", y cuál, al tipo de "cómo hacer para que ..."?

Enumere los objetivos más conocidos del modelado. Formalice el problema lúdico del "Libro de problemas" de G. Oster:

De dos casetas ubicadas a una distancia de 27 km entre sí, dos perros belicosos saltaron uno hacia el otro al mismo tiempo. El primero corre a una velocidad de 4 km / h, y el segundo - 5 km / h. ¿Cuánto tiempo comenzará la pelea? Casas: §11.4, 11.5.

1. El concepto de información

   Documento

   El mundo que nos rodea es muy diverso y consiste en una gran cantidad de objetos interconectados. Para encontrar tu lugar en la vida, desde la primera infancia, junto con tus padres, y luego con tus maestros, paso a paso, aprenderás toda esta diversidad.

2. Editor jefe V. Zemskikh Editor N. Fedorova Editor de arte R. Yatsko Maquetación T. Petrova Correctores M. Odinokova, M. Schukina bbk 65. 290-214

   Libro

   Ø39 Cultura organizacional y liderazgo / Per. De inglés. edición V. A. Spivak. - San Petersburgo: Peter, 2002. - 336 p: il. - (Serie "Teoría y práctica de la gestión").

3. Complejo educativo y metodológico en la disciplina: especialidad "Marketing": 080116 "Métodos matemáticos en economía"

   Complejo de formación y metodología

   Área de actividad profesional: análisis y modelado de procesos y objetos económicos a nivel micro, macro y global; seguimiento de modelos económicos y matemáticos; previsión, programación y optimización de sistemas económicos.

Autónomo Municipal

institución educativa

"Escuela Secundaria No. 31"

Syktyvkar

experimento de computadora

en la escuela secundaria de física.

Reiser EE.

República de Komi

GRAMO .Syktyvkar

CONTENIDO:

YO. Introducción

II. Tipos y papel del experimento en el proceso de aprendizaje.

tercero Uso de una computadora en lecciones de física.

v Conclusión.

VI. Glosario.

VIII. Bibliografía.

VIII. Aplicaciones:

1. Clasificación de un experimento físico

2. Los resultados de la encuesta de estudiantes

3. Usar una computadora durante un experimento de demostración y resolver problemas

4. Usar una computadora durante el evento

Laboratorio y trabajos prácticos.

EXPERIMENTO DE COMPUTADORA

EN EL CURSO DE FÍSICA DE LA ESCUELA SECUNDARIA.

…es hora de armar

maestros con una nueva herramienta,

y el resultado inmediatamente

afectar a las generaciones futuras.

Potashnik M. M.,

Académico de la Academia Rusa de Educación, Doctor en Ciencias Pedagógicas, Profesor.

YO. Introducción.

La física es una ciencia experimental. La actividad científica comienza con la observación. Una observación es más valiosa cuando las condiciones que la afectan se controlan con precisión. Esto es posible si las condiciones son constantes, conocidas y pueden cambiarse a voluntad del observador. La observación realizada en condiciones estrictamente controladas se denomina experimento. Y las ciencias exactas se caracterizan por una conexión orgánica entre la observación y la experimentación con la determinación de los valores numéricos de las características de los objetos y procesos objeto de estudio.

El experimento es la parte más importante de la investigación científica, cuya base es un experimento científicamente establecido con condiciones controladas y tenidas en cuenta con precisión. La palabra experimento en sí proviene del latín experimento- prueba, experiencia. En el lenguaje científico y en el trabajo de investigación, el término "experimento" suele utilizarse en un sentido común a una serie de conceptos relacionados: experiencia, observación intencional, reproducción del objeto de conocimiento, organización de condiciones especiales para su existencia, verificación de predicción. Este concepto incluye el escenario científico de los experimentos y la observación del fenómeno en estudio bajo condiciones precisamente tenidas en cuenta que permiten seguir el curso de los fenómenos y recrearlo cada vez que se repiten estas condiciones. El concepto de "experimento" en sí mismo significa una acción destinada a crear condiciones para la implementación de un fenómeno particular y, si es posible, el más frecuente, es decir. sin complicaciones por otros fenómenos. El objetivo principal del experimento es identificar las propiedades de los objetos en estudio, probar la validez de las hipótesis y, sobre esta base, un estudio amplio y profundo del tema de la investigación científica.

AntesXVIIIen. cuando la física era una horael principio de la filosofa, los cientficos consideraban registrosconclusiones científicas son su base, y sóloexperimento mental podría ser paraellos convincentes en la formación de la perspectivaniya en el dispositivo del mundo, el principal fileyes zic. Galileo, a quiencorrectamente considerado el padre de los experimentosfísica, no pudo probar nada a sus contemporáneos, realizando experimentos concaída de bolas de diferentes masas de Pisanrascacielos. "La idea de Galileo provocó comentarios despectivos y desconcierto".experimento mental sobreanálisis del comportamiento de tres cuerpos iguales a la masasy, dos de los cuales estaban conectados por neveSomy hilo, resultó ser para sus colegasmás persuasivo que directamenteexperiencia natural.

De manera similar, Galileo demostró la validez de la ley de la inercia con dos planos inclinados y bolas moviéndose a lo largo de ellos. El propio I. Newton trató de fundamentar las leyes conocidas y descubiertas por él en su libro "Fundamentos matemáticos de la filosofía natural", utilizando el esquema de Euclides, introduciendo axiomas y teoremas basados ​​en ellos. En la portada de este libro

tierra representada, montaña (GRAMO) y pistola ( PAG) (Figura 1).

El cañón dispara balas de cañón que caen a diferentes distancias de la montaña, dependiendo de su velocidad inicial. A cierta velocidad, el núcleo describe una revolución completa alrededor de la Tierra. Newton, con su dibujo, llevó a la idea de la posibilidad de crear satélites artificiales de la Tierra, que se crearon varios siglos después.

En esta etapa del desarrollo de la física, era necesario un experimento mental, ya que debido a la falta de los instrumentos necesarios y la base tecnológica, un experimento real era imposible. El experimento mental fue utilizado tanto por D.K.Maxwell al crear un sistema de ecuaciones básicas de electrodinámica (aunque también se utilizaron los resultados de experimentos a gran escala realizados anteriormente por M.Faraday), como por A. Einstein al desarrollar la teoría de la relatividad.

Así, los experimentos mentales son uno de los componentes del desarrollo de nuevas teorías. La mayoría de los experimentos físicos fueron inicialmente modelados y realizados mentalmente, y luego reales. A continuación daremos ejemplos de experimentos mentales que jugaron un papel importante en el desarrollo de la física.

En el siglo V. ANTES DE CRISTO. el filosofo zeno creo una contradiccion logica entre los fenomenos reales y lo que se puede obtener por conclusiones logicas. Propuso un experimento mental en el que demostró que una flecha nunca alcanzaría a un pato (Fig. 2).

G. Galileo en su actividad científica recurrió al razonamiento basado en el sentido común, refiriéndose a los llamados “experimentos mentales”. Los seguidores de Aristóteles, refutando las ideas de Galileo, citaron una serie de argumentos "científicos". Sin embargo, Galileo fue un gran maestro de la polémica y sus contraargumentos resultaron innegables. El razonamiento lógico para los científicos de esa época era más convincente que la evidencia experimental.

Física del "Cretácico", al igual que otros métodos de enseñanza de la física que no corresponden al método experimental de comprensión de la naturaleza, comenzaron a atacar a la escuela rusa hace 10-12 años. Durante ese período, el nivel de dotación de aulas escolares con equipamiento cayó por debajo del 20% del nivel requerido; la industria productora de equipamiento educativo prácticamente dejó de funcionar; la denominada partida presupuestaria protegida “para equipo”, que sólo podía gastarse para el fin previsto, desapareció de las estimaciones escolares. Al darse cuenta de la crítica situación, se incluyó el subprograma "Gabinete de Física" en el programa Federal "Tecnología Educativa". Como parte del programa, se ha restaurado la producción de equipos clásicos y se han desarrollado equipos escolares modernos, incluso utilizando las últimas tecnologías informáticas y de información. Los cambios más radicales se han producido en los equipos para el trabajo frontal, se han desarrollado y están fabricando en masa equipos temáticos de mecánica, física molecular y termodinámica, electrodinámica, óptica (la escuela dispone de un equipo completo de estos nuevos equipos para estos secciones).

El papel y el lugar de un experimento independiente en el concepto de educación física ha cambiado: un experimento no es solo un medio para desarrollar habilidades prácticas, sino que se convierte en una forma de dominar el método de cognición. La computadora “irrumpió” en la vida escolar a una velocidad tremenda.

La computadora abre nuevos caminos en el desarrollo del pensamiento, brindando nuevas oportunidades para el aprendizaje activo. Usar una computadora para llevar a cabo lecciones,

Los ejercicios, las pruebas y el trabajo de laboratorio, así como los registros de progreso, se vuelven más eficientes y se puede acceder fácilmente a un gran flujo de información. El uso de una computadora en las lecciones de física también ayuda a comprender el principio del interés personal del estudiante en dominar el material y muchos otros principios de la educación para el desarrollo.
Sin embargo, en mi opinión, la computadora no puede reemplazar completamente al maestro. El docente tiene la capacidad de interesar a los alumnos, despertar su curiosidad, ganarse su confianza, puede dirigir su atención hacia determinados aspectos del tema que se está estudiando, premiar sus esfuerzos y hacerlos aprender. La computadora nunca podrá asumir tal papel como un maestro.

La gama de uso de la computadora en el trabajo extracurricular también es amplia: contribuye al desarrollo del interés cognitivo en el tema, amplía la posibilidad de búsqueda creativa independiente para los estudiantes más entusiastas de la física.

II. Tipos y papel del experimento en el proceso de aprendizaje.

Los principales tipos de experimentos físicos:

Experiencia de demostración;

Trabajo de laboratorio frontal;

Taller físico;

Tarea experimental;

Inicio trabajo experimental;

Experimento asistido por computadora (nueva apariencia).

Experimento de demostración es uno de los componentes de un experimento físico educativo y es una reproducción de fenómenos físicos realizada por un maestro en una mesa de demostración utilizando dispositivos especiales. Se refiere a métodos empíricos ilustrativos de enseñanza. El papel de un experimento de demostración en la enseñanza está determinado por el papel que juega el experimento en la física y la ciencia como fuente de conocimiento y criterio de su verdad, y sus posibilidades para organizar la actividad educativa y cognitiva de los estudiantes.

El valor del experimento de física de demostración es el siguiente:

Los estudiantes se familiarizan con el método experimental de cognición en física, con el papel del experimento en la investigación física (como resultado, forman una cosmovisión científica);

Los estudiantes desarrollan algunas habilidades experimentales: la capacidad de observar fenómenos, la capacidad de plantear hipótesis, la capacidad de planificar un experimento, la capacidad de analizar resultados, la capacidad de establecer relaciones entre cantidades, la capacidad de sacar conclusiones, etc.

El experimento de demostración, al ser un medio de visualización, contribuye a la organización de la percepción de los estudiantes sobre el material educativo, su comprensión y memorización; permite la educación politécnica de los estudiantes; promueve un aumento en el interés por el estudio de la física y la creación de motivación para el aprendizaje. Pero cuando el maestro realiza un experimento de demostración, los estudiantes solo observan pasivamente el experimento realizado por el maestro, mientras que ellos mismos no hacen nada con sus propias manos. Por lo tanto, es necesario tener un experimento independiente de estudiantes de física.

La enseñanza de la física no puede presentarse solo en forma de clases teóricas, incluso si se muestran a los estudiantes experimentos físicos de demostración en el aula. A todo tipo de percepción sensorial hay que añadir el "trabajo con las manos" en el aula. Esto se logra cuando los estudiantes experimento físico de laboratorio cuando ellos mismos montan instalaciones, miden cantidades físicas y realizan experimentos. Las clases de laboratorio despiertan un gran interés entre los alumnos, lo cual es bastante natural, ya que en este caso el alumno aprende sobre el mundo que le rodea a partir de su propia experiencia y de sus propios sentimientos.

La importancia de las clases de laboratorio de física radica en el hecho de que los estudiantes forman ideas sobre el papel y el lugar del experimento en la cognición. Al realizar experimentos, los estudiantes desarrollan habilidades experimentales, que incluyen tanto habilidades intelectuales como prácticas. El primer grupo incluye la capacidad de determinar el propósito del experimento, plantear hipótesis, seleccionar instrumentos, planificar el experimento, calcular errores, analizar los resultados, redactar un informe sobre el trabajo realizado. El segundo grupo incluye la capacidad de armar una configuración experimental, observar, medir y experimentar.

Además, la importancia de un experimento de laboratorio radica en el hecho de que cuando se realiza, los estudiantes desarrollan cualidades personales tan importantes como la precisión en el trabajo con los instrumentos; observancia de limpieza y orden en el lugar de trabajo, en los registros que se realicen durante el experimento, organización, perseverancia en la obtención de resultados. Forman una cierta cultura del trabajo mental y físico.

- este es un tipo de trabajo práctico cuando todos los estudiantes de la clase realizan simultáneamente el mismo tipo de experimento utilizando el mismo equipo. El trabajo de laboratorio frontal generalmente lo realiza un grupo de estudiantes que consta de dos personas, a veces es posible organizar el trabajo individual. En consecuencia, la oficina debe tener 15-20 juegos de instrumentos para el trabajo de laboratorio frontal. El número total de tales dispositivos será de unas mil piezas. Los nombres de los trabajos de laboratorio frontal se dan en el plan de estudios. Hay muchos de ellos, se proporcionan para casi todos los temas del curso de física. Antes de realizar el trabajo, el maestro revela la preparación de los estudiantes para la realización consciente del trabajo, determina con ellos su propósito, analiza el progreso del trabajo, las reglas para trabajar con instrumentos, métodos para calcular errores de medición. El trabajo de laboratorio frontal no tiene un contenido muy complejo, está estrechamente relacionado cronológicamente con el material que se estudia y generalmente está diseñado para una lección. Las descripciones del trabajo de laboratorio se pueden encontrar en los libros de texto escolares de física.

taller fisico se lleva a cabo con el objetivo de repetir, profundizar, ampliar y generalizar los conocimientos adquiridos en varios temas del curso de física, desarrollando y mejorando las habilidades experimentales de los estudiantes mediante el uso de equipos más complejos, experimentos más complejos, formando su independencia en la solución de problemas relacionados con el experimento. El taller físico no está conectado en el tiempo con el material que se estudia, generalmente se realiza al final del año académico, a veces al final del primer y segundo semestre e incluye una serie de experimentos sobre un tema en particular. Los estudiantes realizan el trabajo de un taller físico en un grupo de 2 a 4 personas utilizando varios equipos; en las clases siguientes hay un cambio de trabajo, que se realiza de acuerdo con un horario especialmente establecido. Al programar, tenga en cuenta la cantidad de estudiantes en la clase, la cantidad de talleres, la disponibilidad de equipos. Se asignan dos horas académicas para cada trabajo del taller físico, lo que requiere la introducción de lecciones dobles de física en el horario. Esto presenta dificultades. Por ello, y ante la falta de equipamiento necesario, se practica una hora de trabajo de taller físico. Cabe señalar que es preferible el trabajo de dos horas, ya que el trabajo de taller es más difícil que el trabajo de laboratorio frontal, se realizan en equipos más sofisticados y la proporción de participación independiente de los estudiantes es mucho mayor que en el caso de trabajo de laboratorio frontal. Para cada trabajo, el docente debe redactar un instructivo que debe contener el nombre, propósito, lista de instrumentos y equipos, una breve teoría, descripción de instrumentos desconocidos para los estudiantes y un plan de trabajo. Después de realizar el trabajo, los estudiantes deben entregar un informe que debe contener el nombre del trabajo, el propósito del trabajo, una lista de instrumentos, un diagrama o dibujo de una instalación, un plan de ejecución del trabajo, una tabla de resultados, fórmulas por de los cuales se calcularon los valores, cálculo de errores de medición, conclusiones. Al evaluar el trabajo de los estudiantes en el taller, se debe tener en cuenta su preparación para el trabajo, un informe sobre el trabajo, el nivel de desarrollo de habilidades, la comprensión del material teórico, los métodos de investigación experimental utilizados.

H y hoy interés enex tarea perimetral dictado todavía y las causas de los problemas sociales y económicos.personaje del cielo. En relación con la actual "falta de financiación" de la escuela, moenvejecimiento fisico y fisicola base de los armarios es precisamente la exuna tarea perimental puede jugarpara la escuela, el papel de un apartadero, query capaz de salvar el ex físicoexperimento Esto está garantizado por la increíbleuna combinación perfecta de sencillezcon física seria y profunda,que se puede observar en el ejemplo de los mejores ejemplos de estos problemas. ajuste orgánico experimentaltareas en el tradicional esquema de enseñanza curso de fisica escolarse hace posible solo cuando se usa importante

tecnología.

enseñar a los estudiantes a ampliar de forma independiente los conocimientos adquiridos en la lección y adquirir otros nuevos, formar habilidades experimentales mediante el uso de artículos para el hogar y electrodomésticos; desarrollar interés; proporcionar retroalimentación (los resultados obtenidos durante el IED pueden ser un problema a resolver en la próxima lección o pueden servir como una consolidación del material).

Todo lo anterior tipos principales El experimento físico educativo debe complementarse necesariamente con un experimento usando una computadora, tareas experimentales, trabajo experimental en el hogar. Oportunidades ordenador permitir
variar las condiciones del experimento, diseñar de forma independiente modelos de instalaciones y observar su trabajo, formar la capacidad experimentaltratar con modelos de computadora, realizar cálculos automáticamente.

Desde nuestro punto de vista, este tipo de experimentos deberían complementar el experimento educativo en todas las etapas del aprendizaje activo, ya que contribuye al desarrollo de la imaginación espacial y el pensamiento creativo.

tercero . Uso de una computadora en lecciones de física.

La física es una ciencia experimental. El estudio de la física es difícil de imaginar sin trabajo de laboratorio. Desafortunadamente, el equipamiento del laboratorio físico no siempre permite realizar trabajos de laboratorio programáticos, no permite en absoluto introducir nuevos trabajos que requieran equipamientos más sofisticados. Una computadora personal viene al rescate, lo que le permite realizar un trabajo de laboratorio bastante complejo. En ellos, el maestro puede, a su discreción, cambiar los parámetros iniciales de los experimentos, observar cómo cambia el fenómeno como resultado, analizar lo que ha visto y sacar las conclusiones apropiadas.

La creación de una computadora personal dio lugar a nuevas tecnologías de la información que mejoran significativamente la calidad de la asimilación de la información, agilizan el acceso a ella y permiten el uso de la tecnología informática en diversos campos de la actividad humana.

Los escépticos objetarán que hoy en día una computadora multimedia personal es demasiado costosa para equipar las escuelas secundarias con ella. Sin embargo, una computadora personal es una creación del progreso y, como saben, las dificultades económicas temporales no pueden detener el progreso (frenar, sí, detener, nunca). Para mantenerse al día con el nivel actual de civilización mundial, debe implementarse, si es posible, en nuestras escuelas rusas.

Así, la computadora está pasando de ser una máquina exótica a otro medio técnico de enseñanza, quizás el más poderoso y efectivo de todos los medios técnicos que el maestro tenía a su disposición hasta ahora.

Es bien sabido que un curso de física de la escuela secundaria incluye secciones, cuyo estudio y comprensión requiere un pensamiento imaginativo desarrollado, la capacidad de analizar, comparar. En primer lugar, estamos hablando de secciones como "Física molecular", algunos capítulos de "Electrodinámica", "Física nuclear", "Óptica", etc. Estrictamente hablando, en cualquier sección de un curso de física, puede encontrar capítulos que son difíciles de entender.

Como muestran 14 años de experiencia laboral, los estudiantes no tienen las habilidades mentales necesarias para una comprensión profunda de los fenómenos y procesos descritos en estas secciones. En tales situaciones, el maestro acude en ayuda de los modernos medios técnicos de enseñanza y, en primer lugar, una computadora personal.

La idea de usar una computadora personal para modelar varios fenómenos físicos, demostrando el dispositivo y el principio de funcionamiento de los dispositivos físicos surgió hace varios años, tan pronto como apareció la tecnología informática en la escuela. Ya las primeras lecciones usando una computadora mostraron que con su ayuda es posible resolver una serie de problemas que siempre han existido en la enseñanza de la física escolar.

Hagamos una lista de algunos de ellos. Muchos fenómenos no se pueden demostrar en un aula de física escolar. Por ejemplo, estos son fenómenos del microcosmos, o procesos rápidos, o experimentos con dispositivos que no están en la oficina. Como resultado, los estudiantes experimentan dificultades para estudiarlos, ya que no son capaces de imaginarlos mentalmente. La computadora no solo puede crear un modelo de tales fenómenos, sino que también le permite cambiar las condiciones del proceso, "desplazarse" con la velocidad óptima para la asimilación.

El estudio del dispositivo y el principio de funcionamiento de varios dispositivos físicos es una parte integral de las lecciones de física. Por lo general, al estudiar un dispositivo en particular, el maestro lo demuestra, explica el principio de funcionamiento, utilizando un modelo o diagrama. Pero a menudo los estudiantes experimentan dificultades al tratar de imaginar toda la cadena de procesos físicos que aseguran el funcionamiento de un determinado dispositivo. Los programas informáticos especiales permiten "ensamblar" el dispositivo a partir de partes separadas, para reproducir en dinámica con una velocidad óptima los procesos que subyacen al principio de su funcionamiento. En este caso, es posible el "desplazamiento" múltiple de la animación.

Por supuesto, la computadora también se puede usar en otros tipos de lecciones: al estudiar de forma independiente material nuevo, al resolver problemas, durante las pruebas.

También se debe tener en cuenta que el uso de computadoras en las lecciones de física las convierte en un proceso creativo real, le permite implementar los principios de la educación para el desarrollo.

Se deben decir algunas palabras sobre el desarrollo de lecciones de computación. Conocemos los paquetes de software para física "escolar" desarrollados en la Universidad de Voronezh, en el Departamento de Física de la Universidad Estatal de Moscú, y los autores tienen a su disposición un libro de texto electrónico en un disco láser "Física en imágenes", que se ha convertido ampliamente conocido. La mayoría de ellos están hechos profesionalmente, tienen hermosos gráficos, contienen buenas animaciones, son multifuncionales, en una palabra, tienen muchas ventajas. Pero en su mayor parte, no encajan en el esquema de esta lección en particular. Con su ayuda, es imposible lograr todos los objetivos establecidos por el maestro en la lección.

Habiendo realizado las primeras lecciones de computación, llegamos a la conclusión de que requieren una capacitación especial. Comenzamos a escribir guiones para tales lecciones, "tejiendo" orgánicamente en ellos tanto un experimento real como uno virtual (es decir, implementado en la pantalla de un monitor). Me gustaría señalar especialmente que la simulación de varios fenómenos de ninguna manera reemplaza los experimentos reales "en vivo", pero en combinación con ellos nos permite explicar el significado de lo que está sucediendo en un nivel superior. La experiencia de nuestro trabajo muestra que tales lecciones despiertan un interés real entre los estudiantes, hacen que todos trabajen, incluso aquellos niños que encuentran difícil la física. Al mismo tiempo, la calidad del conocimiento aumenta notablemente. Los ejemplos del uso de una computadora en el aula como TCO pueden continuar durante mucho tiempo.

La computadora se usa ampliamente como una técnica de multiplicación para evaluar a los estudiantes y realizar pruebas multivariadas (cada una tiene su propia tarea). En cualquier caso, con la ayuda de programas de búsqueda, el profesor puede encontrar muchas cosas interesantes en Internet.

La computadora es un auxiliar indispensable en las clases optativas, en la realización de trabajos prácticos y de laboratorio, y en la resolución de problemas experimentales. Los estudiantes lo usan para procesar los resultados de sus pequeñas tareas de investigación: hacen tablas, construyen gráficos, realizan cálculos, crean modelos simples de procesos físicos. Tal uso de una computadora desarrolla las habilidades de autoadquisición de conocimiento, la capacidad de analizar los resultados y forma el pensamiento físico.

IV. Ejemplos de uso de una computadora en diferentes tipos de experimentos.

La computadora como elemento de la configuración experimental educativa se usa en diferentes etapas de la lección y en casi todos los tipos de experimentos (a menudo un experimento de demostración y trabajo de laboratorio).

Lección "Estructura de la materia" (experimento de demostración)

Propósito: estudiar la estructura de la materia en diferentes estados de agregación, identificar algunas regularidades en la estructura de los cuerpos en estado gaseoso, líquido y sólido.

Cuando se explica material nuevo, se utiliza animación por computadora para demostrar visualmente la disposición de las moléculas en diferentes estados agregados.

La computadora le permite mostrar los procesos de transición de un estado de agregación a otro, un aumento en la velocidad de movimiento de las moléculas con el aumento de la temperatura, el fenómeno de difusión, la presión del gas.

Lección de resolución de problemas sobre el tema: "Movimiento en ángulo con respecto al horizonte".

Propósito: estudiar el movimiento balístico, su aplicación en la vida cotidiana.

Con la ayuda de la animación por computadora, es posible mostrar cómo cambia la trayectoria del movimiento del cuerpo (altura y rango de vuelo) dependiendo de la velocidad inicial y el ángulo de incidencia. El uso de una computadora como esta le permite hacer esto en unos pocos minutos, lo que ahorra tiempo para resolver otros problemas, evita que los estudiantes tengan que hacer un dibujo para cada problema (lo que realmente no les gusta hacer).

El modelo demuestra el movimiento de un cuerpo lanzado en ángulo hacia el horizonte. Puede cambiar la altura inicial, así como el módulo y la dirección de la velocidad del cuerpo. En el modo "Strobe", el vector de velocidad del cuerpo lanzado y sus proyecciones en los ejes horizontal y vertical se muestran en la trayectoria a intervalos regulares.

Trabajo de laboratorio "Investigación del proceso isotérmico".

Propósito: Establecer experimentalmente la relación entre la presión y el volumen de un gas a temperatura constante.

El trabajo está completamente acompañado por una computadora (nombre, propósito, elección del equipo, orden de trabajo, cálculos necesarios). El objeto es el aire en el tubo. Los parámetros se consideran en dos estados: inicial y comprimido. Se hacen los cálculos correspondientes. Se comparan los resultados y se construye un gráfico de acuerdo con los datos obtenidos.

Problema experimental: determinación de pi por pesaje.

Propósito: determinar el valor de pi de diferentes maneras. Muestre que puede ser igual a 3.14 pesando.

Para realizar el trabajo se recortan un cuadrado y un círculo del mismo material para que el radio del círculo sea igual al lado del cuadrado, se pesan estas figuras. A través de la relación de las masas del círculo y el cuadrado, se calcula el número Pi.

Experimento casero para estudiar las características del movimiento oscilatorio.

Propósito: consolidar el conocimiento adquirido en la lección sobre el período y la frecuencia de las oscilaciones de un péndulo matemático.

Se hace un modelo de un péndulo oscilatorio con medios improvisados ​​(se cuelga un cuerpo pequeño de una cuerda), para el experimento es necesario tener un reloj con segundero. Después de contar 30 oscilaciones durante un tiempo determinado, se calculan el período y la frecuencia. Es posible realizar un experimento con diferentes cuerpos, habiendo establecido que las características de vibración no dependen del cuerpo. Y también, después de experimentar con un hilo de diferentes longitudes, puedes establecer la relación adecuada. Todos los resultados en casa deben discutirse en clase.

Problema experimental: cálculo del trabajo y la energía cinética.

Propósito: mostrar cómo el valor del trabajo mecánico y la energía cinética depende de varias condiciones del problema.

Con la ayuda de una computadora, la relación entre la fuerza de gravedad (peso corporal), la fuerza de tracción, el ángulo de aplicación de la fuerza y ​​el coeficiente de fricción se revela muy rápidamente.

El modelo ilustra el concepto de trabajo mecánico en el ejemplo del movimiento de una barra en un plano con fricción bajo la acción de una fuerza externa dirigida en algún ángulo con el horizonte. Al cambiar los parámetros del modelo (masa de la barra m, coeficiente de fricción, módulo y dirección de la fuerza que actúa F ), es posible rastrear la cantidad de trabajo realizado durante el movimiento de la barra, la fuerza de fricción y la fuerza externa. Asegúrese en un experimento de computadora que la suma de estos trabajos sea igual a la energía cinética de la barra. Tenga en cuenta que el trabajo realizado por la fuerza de fricción PERO siempre es negativo.

Se pueden utilizar tareas similares para controlar el conocimiento de los estudiantes. La computadora le permite cambiar rápidamente los parámetros del problema, creando así una gran cantidad de opciones (se excluyen las trampas). La ventaja de este trabajo es una comprobación rápida. El trabajo se puede comprobar inmediatamente en presencia de los estudiantes. Los estudiantes obtienen el resultado y pueden evaluar su propio conocimiento.

Preparación para el examen.

Propósito: enseñar a los niños a responder rápida y correctamente las preguntas de la prueba.

Hasta la fecha, se ha desarrollado un programa para preparar a los estudiantes para el examen estatal unificado. Contiene tareas de prueba de diferentes niveles de complejidad en todas las secciones del curso de física escolar.

v Conclusión.

La enseñanza de la física en la escuela implica el apoyo constante del curso con un experimento de demostración. Sin embargo, en la escuela moderna, la realización de trabajos experimentales en física a menudo es difícil debido a la falta de tiempo de estudio y la falta de material y equipo técnico modernos. E incluso si el laboratorio de la oficina de física está completamente equipado con los instrumentos y materiales necesarios, un experimento real requiere mucho más tiempo tanto para preparar y realizar como para analizar los resultados del trabajo. (errores de medición significativos, límites de tiempo de la lección, etc.) un experimento real a menudo no se da cuenta de su objetivo principal: servir como fuente de conocimiento sobre patrones y leyes físicos. Todas las dependencias reveladas son solo aproximadas, a menudo el error calculado correctamente excede los valores medidos.

Un experimento de computadora puede complementar la parte "experimental" del curso de física y aumentar significativamente la efectividad de las lecciones. Al usarlo, puede aislar lo principal en el fenómeno, cortar factores secundarios, identificar patrones, realizar repetidamente una prueba con parámetros variables, guardar los resultados y volver a su investigación en un momento conveniente. Además, en la versión para ordenador se puede realizar un número mucho mayor de experimentos. Este tipo de experimento se implementa usando un modelo de computadora de una ley particular, fenómeno, proceso, etc. Trabajar con estos modelos abre grandes oportunidades cognitivas para los estudiantes, haciéndolos no solo observadores, sino también participantes activos en los experimentos.

En la mayoría de los modelos interactivos, se brindan opciones para cambiar los parámetros y condiciones iniciales de los experimentos en un amplio rango, variando su escala de tiempo, así como modelando situaciones que no están disponibles en experimentos reales.

Otro punto positivo es que la computadora proporciona una capacidad única, no implementada en un experimento físico real, de visualizar no un fenómeno natural real, sino su modelo teórico simplificado, que le permite encontrar de manera rápida y eficiente los principales patrones físicos de lo observado. fenómeno. Además, el estudiante puede observar la construcción de las dependencias gráficas correspondientes simultáneamente con el transcurso del experimento. Una forma gráfica de mostrar los resultados de la simulación facilita a los estudiantes la asimilación de grandes cantidades de información recibida. Dichos modelos son de particular valor, ya que los estudiantes, por regla general, experimentan dificultades significativas para construir y leer gráficos.

También es necesario tener en cuenta que no todos los procesos, fenómenos, experimentos históricos en física pueden ser imaginados por un estudiante sin la ayuda de modelos virtuales (por ejemplo, el ciclo de Carnot, la modulación y la demodulación, el experimento de Michelson sobre la medición de la velocidad de luz, experimento de Rutherford, etc.). Los modelos interactivos permiten al alumno ver los procesos de forma simplificada, imaginar esquemas de instalación, realizar experimentos que generalmente son imposibles en la vida real, por ejemplo, controlar el funcionamiento de un reactor nuclear.

Hoy en día, ya hay una serie de herramientas de software pedagógico (PPS), de una forma u otra que contienen modelos interactivos en física. Desafortunadamente, ninguno de ellos se enfoca directamente en la aplicación escolar. Algunos modelos están sobrecargados con la posibilidad de cambiar parámetros debido al enfoque de aplicación en universidades, en otros programas el modelo interactivo es solo un elemento ilustrativo del material principal. Además, los modelos están dispersos en diferentes PPA. Por ejemplo, "Physics in Pictures" de "Physicon", siendo el más óptimo para realizar un experimento informático frontal, está construido sobre plataformas obsoletas y no tiene soporte para su uso en redes locales. Otros profesores, como "Open Physics" de la misma empresa, contienen simultáneamente con los modelos una gran variedad de materiales de información que no se pueden apagar durante la duración del trabajo en la lección. Todo esto complica enormemente la selección y el uso de modelos informáticos al realizar lecciones de física en una escuela secundaria.

Lo principal es que para la aplicación efectiva de un experimento informático, se requiere de personal docente, especialmente orientado para su uso en bachillerato. Recientemente, ha habido una tendencia hacia la creación de personal docente especializado para la escuela en el marco de proyectos federales, como concursos para desarrolladores de software educativo convocados por la Fundación Nacional de Capacitación. Quizás en los próximos años veamos docentes que apoyen integralmente un experimento informático en un curso de física de secundaria. Todos estos momentos traté de revelar en mi trabajo.

VI. Glosario.

Experimento es una actividad sensorial-objetiva en la ciencia.

experimento fisico- esta es la observación y el análisis de los fenómenos estudiados bajo ciertas condiciones, lo que le permite seguir el curso de los fenómenos y recrearlo cada vez bajo condiciones fijas.

Demostración- Este es un experimento físico, que representa fenómenos físicos, procesos, patrones, percibidos visualmente.

trabajo de laboratorio frontal- un tipo de trabajo práctico realizado en el curso del material del programa estudiado, cuando todos los estudiantes de la clase realizan simultáneamente el mismo tipo de experimento utilizando el mismo equipo.

taller fisico- trabajos prácticos realizados por los alumnos al final de las secciones anteriores del curso (o al final del año), en equipos más sofisticados, con un mayor grado de independencia que en el trabajo de laboratorio frontal.

Trabajo experimental casero- el experimento independiente más simple que realizan los estudiantes en casa, fuera de la escuela, sin la guía directa del maestro.

Problemas experimentales- tareas en las que el experimento sirve como medio para determinar algunas cantidades iniciales necesarias para la solución; da una respuesta a la pregunta planteada en él o es un medio para verificar los cálculos realizados de acuerdo con la condición.

VIII. Bibliografía:

1. Bashmakov L.I., S.N. Pozdnyakov, N.A. Reznik "Entorno de aprendizaje de información", San Petersburgo: "Light", p.121, 1997.

2 Belostotsky PI, G.Yu Maksimova, NN Gomulina "Tecnologías informáticas: una lección moderna de física y astronomía". Periódico "Física" No. 20, p. 3, 1999.

3. Burov V. A. "Experimento de demostración en física en la escuela secundaria". Ilustración de Moscú 1979

4. Butikov E. I. Fundamentos de dinámica clásica y simulación por ordenador. Materiales de la séptima conferencia científica y metodológica, Gimnasio Académico, San Petersburgo - Old Peterhof, p. 47, 1998.

5. Vinnitsky Yu.A., G.M. Nurmukhamedov "Experimento informático en el curso de física en la escuela secundaria". Revista "Física en la Escuela" No. 6, p. 42, 2006.

6. Golelov A.A. Conceptos de las ciencias naturales modernas: libro de texto. Taller. - M.: Centro Editorial Humanitario VLADOS, 1998

7. Kavtrev AF "Métodos de uso de modelos informáticos en lecciones de física". Quinta conferencia internacional "Física en el sistema de educación moderno" (FSSO-99), resúmenes, volumen 3, St. Petersburgo: "Editorial de la Universidad Pedagógica Estatal de Rusia que lleva el nombre de A. I. Herzen", p. 98-99, 1999.

8. Kavtrev AF "Modelos informáticos en el curso escolar de física". Revista "Herramientas informáticas en la educación", San Petersburgo: "Informatización de la educación", 12, p. 41-47, 1998.

9. Teoría y métodos de enseñanza de la física en la escuela. Asuntos Generales. Editado por S. E. Kameneykogo, NS Purisheva. M: "Academia", 2000

10. Trofímova T.I. "Curso de Física", ed. "Escuela Superior", M., 1999

11. Chirtsov A.S. Las tecnologías de la información en la enseñanza de la física. Revista "Herramientas informáticas en la educación", San Petersburgo: "Informatización de la educación", 12, p. Z, 1999.

Solicitud No. 1

Clasificación de un experimento físico

Aplicación №2

Los resultados de la encuesta de los estudiantes.

Entre los estudiantes de los grados 5, 6 a, 7 - 11, se realizó una encuesta sobre las siguientes preguntas:

¿Qué papel juega para ti la experimentación en el estudio de la física?

El programa tiene 107 modelos que se pueden usar para explicar material nuevo y resolver problemas experimentales. Quiero dar algunos ejemplos que uso en mis lecciones.

Fragmento de la lección “Reacciones nucleares. Fisión nuclear.

Propósito: formar los conceptos de una reacción nuclear, para demostrar su diversidad. Desarrollar una comprensión de la esencia de estos procesos.

La computadora se usa al explicar material nuevo para una demostración más visual de los procesos en estudio, le permite cambiar rápidamente las condiciones de reacción, hace posible volver a las condiciones anteriores.


Este modelo muestra

varios tipos de transformaciones nucleares.

Las transformaciones nucleares ocurren como resultado de

procesos de desintegración radiactiva de los núcleos, y

debido a reacciones nucleares, acompañadas

fisión o fusión de núcleos.

Los cambios que ocurren en los núcleos se pueden desglosar

en tres grupos:

1. cambio de uno de los nucleones en el núcleo;

   reestructuración de la estructura interna del núcleo;

   transposición de nucleones de un núcleo a otro.

El primer grupo incluye varios tipos de desintegración beta, cuando uno de los neutrones del núcleo se convierte en un protón o viceversa. El primer tipo (más frecuente) de desintegración beta ocurre con la emisión de un electrón y un antineutrino electrónico. El segundo tipo de desintegración beta ocurre emitiendo un positrón y un neutrino electrónico, o capturando un electrón y emitiendo un neutrino electrónico (se captura un electrón de una de las capas de electrones más cercanas al núcleo). Tenga en cuenta que en un estado libre, un protón no puede decaer en un neutrón, un positrón y un neutrino electrónico; esto requiere energía adicional que recibe del núcleo. Sin embargo, la energía total del núcleo disminuye cuando un protón se convierte en un neutrón en el proceso de desintegración beta. Esto se debe a una disminución de la energía de repulsión de Coulomb entre los protones del núcleo (de los cuales hay menos).

El segundo grupo debería incluir la desintegración gamma, en la que el núcleo, originalmente en un estado excitado, vierte el exceso de energía, emitiendo un cuanto gamma. El tercer grupo incluye la desintegración alfa (la emisión de una partícula alfa desde el núcleo original, el núcleo de un átomo de helio, que consta de dos protones y dos neutrones), la fisión nuclear (absorción de un neutrón por el núcleo seguida de la desintegración en dos átomos más ligeros). núcleos y la emisión de varios neutrones) y la síntesis nuclear (cuando, como resultado de una colisión de dos núcleos ligeros, se forma un núcleo más pesado y, posiblemente, quedan fragmentos ligeros o protones o neutrones individuales).

Tenga en cuenta que durante la desintegración alfa, el núcleo experimenta retroceso y cambia notablemente en la dirección opuesta a la dirección de emisión de partículas alfa. Al mismo tiempo, el retroceso durante la desintegración beta es mucho menor y no se nota en absoluto en nuestro modelo. Esto se debe al hecho de que la masa de un electrón es miles (e incluso cientos de miles de veces, para átomos pesados) menor que la masa del núcleo.

Fragmento de la lección "Reactor nuclear"

Propósito: formar ideas sobre la estructura de un reactor nuclear, demostrar su funcionamiento usando una computadora.


La computadora le permite cambiar las condiciones

reacciones en el reactor. Quitando las inscripciones

puede probar el conocimiento de los estudiantes sobre la estructura

reactor, muestre las condiciones bajo las cuales

una explosión es posible.

Un reactor nuclear es un dispositivo

diseñado para convertir la energía

núcleo atómico en energía eléctrica.

El núcleo del reactor contiene radiactivo

sustancia (generalmente uranio o plutonio).

La energía liberada debido a la desintegración a de estos

átomos, calienta el agua. El vapor de agua resultante se precipita hacia la turbina de vapor; A medida que gira, se genera una corriente eléctrica en el generador. El agua tibia, después de una limpieza adecuada, se vierte en un estanque cercano; agua fría entra en el reactor desde allí. Una carcasa sellada especial protege el medio ambiente de la radiación mortal.

Varillas de grafito especiales absorben neutrones rápidos. Con su ayuda, puedes controlar el curso de la reacción. Presione el botón "Subir" (esto solo se puede hacer si las bombas que bombean agua fría al reactor están encendidas) y encienda "Condiciones de proceso". Después de que se levanten las varillas, comenzará una reacción nuclear. Temperatura T dentro del reactor se elevará a 300 ° C, y el agua pronto comenzará a hervir. Mirando el amperímetro en la esquina derecha de la pantalla, puede estar seguro de que el reactor ha comenzado a generar electricidad. Al empujar las varillas hacia atrás, puede detener la reacción en cadena.

Solicitud No. 4

El uso de una computadora en la realización de trabajos de laboratorio y práctica física.

Son 4 CDs con el desarrollo de 72 trabajos de laboratorio que facilitan el trabajo del docente, hacen más interesantes y modernas las lecciones. Estos desarrollos se pueden utilizar a la hora de realizar un taller físico, porque. algunos de ellos están fuera del alcance del plan de estudios. Aquí hay unos ejemplos. El nombre, el propósito, el equipo, la ejecución paso a paso del trabajo: todo esto se proyecta en la pantalla usando una computadora.


Trabajo de laboratorio: "Investigación del proceso isobárico".

Propósito: establecer experimentalmente la relación entre volumen y

temperatura de un gas de cierta masa en sus diversas

estados

Equipamiento: bandeja, tubo - depósito con dos grifos,

termómetro, calorímetro, cinta métrica.

El objeto de estudio es el aire en el tubo -

tanque. En el estado inicial, su volumen está determinado por

longitud de la cavidad interna del tubo. El tubo se coloca bobina por bobina en el calorímetro, la válvula superior está abierta. En el calorímetro se vierte agua 55 0 - 60 0 C. Se observa la formación de burbujas. Se formarán hasta que la temperatura del agua y del aire en el tubo sean iguales. La temperatura se mide con un termómetro de laboratorio. El aire se transfiere al segundo estado vertiendo agua fría en el calorímetro. Una vez establecido el equilibrio térmico, se mide la temperatura del agua. El volumen en el segundo estado se mide por su longitud en el tubo (longitud original menos la longitud del agua entrante).

Conociendo los parámetros del aire en dos estados, se establece una relación entre el cambio de su volumen y el cambio de temperatura a presión constante.

Lección - taller: “Medición del coeficiente de tensión superficial.

Propósito: elaborar uno de los métodos para determinar el coeficiente de tensión superficial.

Equipamiento: balanza, bandeja, vaso, cuentagotas con agua.

El objeto de la investigación es el agua. Las balanzas se ponen en posición de trabajo, equilibradas. Se utilizan para determinar la masa del vidrio. Aproximadamente 60 - 70 gotas de agua caen del cenicero al vaso. Determinar la masa de un vaso de agua. La diferencia de masa se utiliza para determinar la masa de agua en el vaso. Conociendo el número de gotas, puede determinar la masa de una gota. El diámetro del orificio del cuentagotas está indicado en su cápsula. La fórmula calcula el coeficiente de tensión superficial del agua. Compare el resultado obtenido con el valor de la tabla.

Para estudiantes fuertes, puede ofrecer realizar experimentos adicionales con aceite vegetal.