| Planowanie lekcji na rok szkolny | Główne etapy modelowania

Lekcja 2
Główne etapy modelowania

Studiując ten temat, dowiesz się:

Czym jest modelowanie;
- co może służyć jako prototyp do modelowania;
- jakie jest miejsce modelowania w działalności człowieka;
- jakie są główne etapy modelowania;
- czym jest model komputerowy;
Co to jest eksperyment komputerowy.

eksperyment komputerowy

Aby ożywić nowe rozwiązania konstrukcyjne, wprowadzić do produkcji nowe rozwiązania techniczne lub przetestować nowe pomysły, potrzebny jest eksperyment. Eksperyment to eksperyment przeprowadzany na obiekcie lub modelu. Polega na wykonaniu pewnych czynności i ustaleniu, jak na te czynności zareaguje próbka eksperymentalna.

W szkole przeprowadzasz eksperymenty na lekcjach biologii, chemii, fizyki, geografii.

Eksperymenty są przeprowadzane podczas testowania nowych próbek produktów w przedsiębiorstwach. Zazwyczaj do tego celu wykorzystuje się specjalnie stworzoną instalację, która umożliwia przeprowadzenie eksperymentu w warunkach laboratoryjnych, bądź też sam prawdziwy produkt poddawany jest różnego rodzaju testom (eksperyment pełnoskalowy). Aby zbadać np. właściwości użytkowe jednostki lub zespołu, umieszcza się go w termostacie, zamraża w specjalnych komorach, testuje na stojakach wibracyjnych, upuszcza itp. Dobrze, jeśli jest to nowy zegarek lub odkurzacz - strata podczas niszczenia nie jest duża. A jeśli to samolot lub rakieta?

Eksperymenty laboratoryjne i pełnoskalowe wymagają dużych nakładów materiałowych i czasu, ale ich znaczenie jest jednak bardzo duże.

Wraz z rozwojem technologii komputerowej pojawiła się nowa unikalna metoda badań - eksperyment komputerowy. W wielu przypadkach badania symulacyjne komputerowe przyszły z pomocą, a czasem nawet w celu zastąpienia próbek eksperymentalnych i stanowisk testowych. Etap przeprowadzania eksperymentu komputerowego obejmuje dwa etapy: sporządzenie planu eksperymentu oraz przeprowadzenie badania.

Plan eksperymentu

Plan eksperymentu powinien jasno odzwierciedlać kolejność pracy z modelem. Pierwszym krokiem w takim planie jest zawsze przetestowanie modelu.

Testowanie to proces sprawdzania poprawności zbudowanego modelu.

Test - zbiór danych początkowych pozwalający określić poprawność konstrukcji modelu.

Aby mieć pewność co do poprawności uzyskanych wyników modelowania należy: ♦ sprawdzić opracowany algorytm budowy modelu; ♦ upewnić się, że zbudowany model poprawnie odzwierciedla właściwości oryginału, które zostały uwzględnione w symulacji.

Do sprawdzenia poprawności algorytmu budowy modelu wykorzystuje się testowy zbiór danych początkowych, dla których wynik końcowy jest z góry znany lub z góry określony w inny sposób.

Na przykład, jeśli używasz formuł obliczeniowych w modelowaniu, musisz wybrać kilka opcji dla danych początkowych i obliczyć je „ręcznie”. To są pozycje testowe. Kiedy model jest budowany, testujesz z tymi samymi danymi wejściowymi i porównujesz wyniki symulacji z wnioskami uzyskanymi w wyniku obliczeń. Jeśli wyniki się zgadzają, to algorytm jest opracowany poprawnie, jeśli nie, należy poszukać i wyeliminować przyczynę ich rozbieżności. Dane testowe mogą w ogóle nie odzwierciedlać rzeczywistej sytuacji i mogą nie zawierać treści semantycznej. Jednak wyniki uzyskane w procesie testowania mogą skłaniać do zastanowienia się nad zmianą pierwotnego modelu informacyjnego lub znakowego, przede wszystkim w tej części, w której ułożona jest treść semantyczna.

Aby zbudowany model odzwierciedlał właściwości oryginału, które zostały uwzględnione w symulacji, konieczne jest wybranie przykładu testowego z rzeczywistymi danymi źródłowymi.

Przeprowadzać badanie

Po przetestowaniu, gdy masz pewność co do poprawności zbudowanego modelu, możesz przejść bezpośrednio do badania.

Plan powinien zawierać eksperyment lub serię eksperymentów, które spełniają cele symulacji. Każdemu eksperymentowi musi towarzyszyć zrozumienie wyników, które jest podstawą do analizy wyników modelowania i podejmowania decyzji.

Schemat przygotowania i przeprowadzenia eksperymentu komputerowego pokazano na rysunku 11.7.

Ryż. 11.7. Schemat eksperymentu komputerowego

Analiza wyników symulacji

Ostatecznym celem modelowania jest podjęcie decyzji, która powinna zostać opracowana na podstawie kompleksowej analizy wyników symulacji. Ten etap jest decydujący - albo kontynuujesz naukę, albo kończysz. Rysunek 11.2 pokazuje, że faza analizy wyników nie może istnieć autonomicznie. Uzyskane wnioski często przyczyniają się do dodatkowej serii eksperymentów, a czasem do zmiany problemu.

Wyniki testów i eksperymentów stanowią podstawę do opracowania rozwiązania. Jeśli wyniki nie odpowiadają celom zadania, oznacza to, że popełniono błędy na poprzednich etapach. Może to być albo błędne sformułowanie problemu, albo zbyt uproszczona konstrukcja modelu informacyjnego, albo nieudany wybór metody lub środowiska modelowania, albo naruszenie metod technologicznych przy budowie modelu. Jeśli takie błędy zostaną zidentyfikowane, to model wymaga korekty, czyli powrotu do jednego z poprzednich etapów. Proces powtarza się, aż wyniki eksperymentu spełnią cele symulacji.

Najważniejszą rzeczą do zapamiętania jest to, że wykryty błąd jest również wynikiem. Jak mówi przysłowie, uczysz się na błędach. Pisał o tym także wielki rosyjski poeta A. S. Puszkin:

Och, ile mamy wspaniałych odkryć
Przygotuj ducha oświecenia
I doświadczenie, syn trudnych błędów,
I geniusz, przyjaciel paradoksów,
I przypadek, bóg jest wynalazcą...

Pytania i zadania kontrolne

1. Jakie są dwa główne typy stwierdzenia problemu modelowania.

2. W znanej „Księdze problemów” G. Ostera pojawia się następujący problem:

Zła wiedźma, pracując niestrudzenie, zamienia 30 księżniczek w gąsienice dziennie. Ile dni zajmie jej przekształcenie 810 księżniczek w gąsienice? Ile księżniczek dziennie musiałoby zostać zamienionych w gąsienice, aby wykonać zadanie w 15 dni?
Jakie pytanie można przypisać rodzajowi „co się stanie, jeśli…”, a które – rodzajowi „jak to zrobić, że…”?

3. Wymień najbardziej znane cele modelowania.

4. Sformalizuj żartobliwy problem z „Księgi problemów” G. Ostera:

Z dwóch budek oddalonych od siebie o 27 km wyskoczyły na siebie jednocześnie dwa zadziorne psy. Pierwszy biegnie z prędkością 4 km/h, a drugi – 5 km/h.
Jak długo rozpocznie się walka?

5. Wymień jak najwięcej cech obiektu „para butów”. Skomponuj model informacyjny obiektu do różnych celów:
■ wybór obuwia na piesze wędrówki;
■ wybór odpowiedniego pudełka na buty;
■ zakup kremu do pielęgnacji obuwia.

6. Jakie cechy nastolatka są kluczowe dla rekomendacji wyboru zawodu?

7. Dlaczego komputer jest szeroko stosowany w symulacji?

8. Nazwij znane Ci narzędzia komputerowego modelowania.

9. Czym jest eksperyment komputerowy? Daj przykład.

10. Co to jest testowanie modelu?

11. Jakie błędy napotykamy w procesie modelowania? Co należy zrobić, gdy zostanie znaleziony błąd?

12. Jak wygląda analiza wyników symulacji? Jakie wnioski są zwykle wyciągane?

W przedstawionej powyżej definicji termin „eksperyment” ma dwojakie znaczenie. Z jednej strony, zarówno w eksperymencie komputerowym, jak i rzeczywistym, badane są reakcje układu na określone zmiany parametrów lub na wpływy zewnętrzne. Temperatura, gęstość, skład są często używane jako parametry. A efekty są najczęściej realizowane za pomocą pól mechanicznych, elektrycznych lub magnetycznych. Jedyna różnica polega na tym, że eksperymentator ma do czynienia z rzeczywistym układem, podczas gdy w eksperymencie komputerowym rozważane jest zachowanie modelu matematycznego rzeczywistego obiektu. Z drugiej strony możliwość uzyskania rygorystycznych wyników dla dobrze zdefiniowanych modeli umożliwia wykorzystanie eksperymentu komputerowego jako niezależnego źródła informacji do testowania przewidywań teorii analitycznych, a zatem w tym charakterze wyniki symulacji odgrywają rolę rola tego samego standardu, co dane eksperymentalne.

Ze wszystkiego, co zostało powiedziane, widać, że istnieje możliwość dwóch bardzo różnych podejść do zaplanowania eksperymentu komputerowego, co wynika z charakteru rozwiązywanego problemu, a tym samym determinuje wybór opisu modelu.

Po pierwsze, obliczenia metodami MD lub MC mogą realizować cele czysto utylitarne związane z przewidywaniem właściwości konkretnego układu rzeczywistego i ich porównaniem z eksperymentem fizycznym. W tym przypadku można poczynić ciekawe prognozy i prowadzić badania w ekstremalnych warunkach, na przykład przy ultrawysokich ciśnieniach lub temperaturach, kiedy prawdziwy eksperyment jest z różnych powodów niemożliwy lub wymaga zbyt dużych nakładów materiałowych. Symulacja komputerowa jest często jedynym sposobem uzyskania najbardziej szczegółowych („mikroskopowych”) informacji o zachowaniu złożonego układu molekularnego. Szczególnie wyraźnie pokazały to eksperymenty numeryczne typu dynamicznego z różnymi biosystemami: białkami globularnymi w stanie natywnym, fragmentami DNA i RNA. , błony lipidowe. Uzyskane dane w wielu przypadkach spowodowały konieczność zrewidowania lub istotnej zmiany dotychczasowych wyobrażeń o strukturze i funkcjonowaniu tych obiektów. Jednocześnie należy pamiętać, że skoro w takich obliczeniach wykorzystuje się różne typy potencjałów walencyjnych i niewalencyjnych, które jedynie przybliżają rzeczywiste oddziaływania atomów, to ta okoliczność ostatecznie determinuje stopień zgodności modelu z rzeczywistością . Początkowo rozwiązanie problemu odwrotnego przeprowadza się, gdy potencjały są kalibrowane zgodnie z dostępnymi danymi eksperymentalnymi, a dopiero potem potencjały te są wykorzystywane do uzyskania bardziej szczegółowych informacji o układzie. Czasami parametry oddziaływań międzyatomowych można w zasadzie znaleźć na podstawie obliczeń chemii kwantowej przeprowadzonych dla prostszych związków modelowych. Przy modelowaniu metodami MD lub MC cząsteczka jest traktowana nie jako zbiór elektronów i jąder, zgodny z prawami mechaniki kwantowej, ale jako układ połączonych klasycznych cząstek - atomów. Taki model nazywa się mechaniczny model cząsteczki .

Celem innego podejścia do konfiguracji eksperymentu komputerowego może być zrozumienie ogólnych (uniwersalnych lub modelowo-niezmiennych) wzorców zachowania badanego systemu, czyli wzorców, które są determinowane wyłącznie przez najbardziej typowe cechy danej klasy obiektów, ale nie przez szczegóły budowy chemicznej pojedynczego związku. Oznacza to, że w tym przypadku eksperyment komputerowy ma na celu ustalenie zależności funkcjonalnych, a nie obliczenie parametrów numerycznych. Najwyraźniej ta ideologia jest obecna w teorii skalowania polimerów. Z punktu widzenia tego podejścia modelowanie komputerowe pełni rolę narzędzia teoretycznego, które przede wszystkim pozwala sprawdzić wnioski istniejących metod analitycznych teorii lub uzupełnić ich przewidywania. Ta interakcja między teorią analityczną a eksperymentem komputerowym może być bardzo owocna, gdy w obu podejściach można zastosować identyczne modele. Najbardziej uderzającym przykładem takich uogólnionych modeli cząsteczek polimerów jest tzw model kratowy . Na jego podstawie powstało wiele konstrukcji teoretycznych, w szczególności związanych z rozwiązaniem klasycznego i w pewnym sensie głównego problemu fizykochemii polimerów na wpływ oddziaływań w masie na konformację i odpowiednio na właściwości elastycznego łańcucha polimerowego. Oddziaływania masowe są zwykle rozumiane jako siły odpychające o krótkim zasięgu, które powstają między jednostkami odległymi wzdłuż łańcucha, gdy zbliżają się do siebie w przestrzeni z powodu przypadkowego wygięcia makrocząsteczki. W modelu sieciowym za łańcuch rzeczywisty uważa się zerwaną trajektorię, która przechodzi przez węzły sieci regularnej danego typu: sześciennej, czworościennej itp. Zajęte węzły sieci odpowiadają jednostkom polimerowym (monomerom), a łączącym je segmentom odpowiadają wiązaniom chemicznym w szkielecie makrocząsteczki. Zakaz samoprzecinania się trajektorii (lub innymi słowy niemożność równoczesnego wejścia dwóch lub więcej monomerów w jedno miejsce sieci) modeluje interakcje wolumetryczne (ryc. 1). Oznacza to, że jeśli np. stosuje się metodę MC i gdy losowo wybrane łącze zostanie przesunięte, wpadnie do już zajętego węzła, to taka nowa konformacja jest odrzucana i nie jest już uwzględniana przy obliczaniu interesujące parametry systemu. Różne układy łańcuchów na sieci odpowiadają konformacjom łańcuchów polimerowych. Według nich wymagane cechy są uśredniane, na przykład odległość między końcami łańcucha R.

Badanie takiego modelu pozwala zrozumieć, w jaki sposób interakcje objętości wpływają na zależność wartości średniej kwadratowej o liczbie ogniw w łańcuchu N . wartość kursu , który określa średni rozmiar cewki polimerowej, odgrywa główną rolę w różnych konstrukcjach teoretycznych i może być mierzony doświadczalnie; jednak nadal nie ma dokładnego wzoru analitycznego na obliczenie zależności na N w obecności interakcji masowych. Możliwe jest również wprowadzenie dodatkowej energii przyciągania między tymi parami połączeń, które wpadły w sąsiednie węzły sieci. Zmieniając tę ​​energię w eksperymencie komputerowym, można w szczególności zbadać interesujące zjawisko zwane przejściem „cewka-globula”, gdy pod wpływem sił przyciągania wewnątrzcząsteczkowego rozłożona cewka polimerowa jest ściskana i zamienia się w zwarta budowa - kulka przypominająca mikroskopijną kroplę cieczy. Zrozumienie szczegółów takiego przejścia jest ważne dla opracowania najbardziej ogólnych idei dotyczących przebiegu ewolucji biologicznej, która doprowadziła do pojawienia się białek globularnych.

Istnieją różne modyfikacje modeli sieci, na przykład takie, w których długości wiązań między ogniwami nie mają stałych wartości, ale mogą zmieniać się w pewnym przedziale, co gwarantuje jedynie zakaz samoskrzyżowań łańcuchów, tak szeroko używany model z „zmiennymi wiązaniami” jest ułożony. Jednak wszystkie modele kratowe mają wspólną cechę: oddzielny, oznacza to, że liczba możliwych konformacji takiego układu jest zawsze skończona (choć może to być wartość astronomiczna nawet przy stosunkowo niewielkiej liczbie ogniw w łańcuchu). Wszystkie modele dyskretne mają bardzo wysoką wydajność obliczeniową, ale z reguły mogą być badane jedynie metodą Monte Carlo.

W niektórych przypadkach użyj ciągły uogólnione modele polimerów zdolnych do zmiany konformacji w sposób ciągły. Najprostszym przykładem jest łańcuch złożony z podanej liczby N lite kule połączone szeregowo za pomocą sztywnych lub elastycznych ogniw. Takie układy można badać zarówno metodą Monte Carlo, jak i metodą dynamiki molekularnej.

Eksperyment

Eksperyment(od łac. eksperyment- test, doświadczenie) w metodzie naukowej - metoda badania określonego zjawiska w kontrolowanych warunkach. Różni się od obserwacji aktywną interakcją z badanym obiektem. Zazwyczaj eksperyment jest przeprowadzany jako część badania naukowego i służy do sprawdzenia hipotezy, ustalenia związków przyczynowych między zjawiskami. Eksperyment jest kamieniem węgielnym empirycznego podejścia do wiedzy. Kryterium Poppera jako główną różnicę między teorią naukową a teorią pseudonaukową wysuwa możliwość ustalenia eksperymentu. Eksperyment to metoda badawcza, która w opisanych warunkach powtarza się nieograniczoną liczbę razy i daje identyczny wynik.

Modele eksperymentalne

Istnieje kilka modeli eksperymentu: Eksperyment bezbłędny - model eksperymentu niewykonalny w praktyce, stosowany jako standard przez psychologów eksperymentalnych. Termin ten został wprowadzony do psychologii eksperymentalnej przez Roberta Gottsdankera, autora znanej książki Fundamentals of Psychological Experiment, który uważał, że zastosowanie takiego modelu do porównań doprowadziłoby do efektywniejszego doskonalenia metod eksperymentalnych i identyfikacji możliwych błędy w planowaniu i przeprowadzaniu eksperymentu psychologicznego.

Eksperyment losowy (test losowy, losowe doświadczenie) to matematyczny model odpowiadającego mu rzeczywistego eksperymentu, którego wyniku nie można dokładnie przewidzieć. Model matematyczny musi spełniać wymagania: musi być adekwatny i odpowiednio opisywać eksperyment; całość zbioru obserwowanych wyników w ramach rozpatrywanego modelu matematycznego powinna być określona za pomocą ściśle określonych stałych danych wyjściowych opisanych w ramach modelu matematycznego; powinna istnieć podstawowa możliwość przeprowadzenia eksperymentu z wynikiem losowym dowolną liczbę razy z niezmienionymi danymi wejściowymi; wymaganie to musi być udowodnione lub hipoteza o stochastycznej stabilności względnej częstotliwości dla dowolnego obserwowanego wyniku, zdefiniowanego w ramach modelu matematycznego, musi być zaakceptowana a priori.

Eksperyment nie zawsze jest realizowany zgodnie z przeznaczeniem, więc wynaleziono równanie matematyczne dla względnej częstotliwości realizacji eksperymentów:

Niech będzie jakiś prawdziwy eksperyment i niech A oznacza wynik obserwowany w ramach tego eksperymentu. Niech będzie n eksperymentów, w których wynik A może zostać zrealizowany lub nie. I niech k będzie liczbą realizacji obserwowanego wyniku A w n próbach, przy założeniu, że wykonane próby są niezależne.

Rodzaje eksperymentów

eksperyment fizyczny

eksperyment fizyczny- sposób poznawania przyrody, który polega na badaniu zjawisk przyrodniczych w specjalnie stworzonych warunkach. W przeciwieństwie do fizyki teoretycznej, która bada matematyczne modele przyrody, eksperyment fizyczny ma na celu zbadanie samej przyrody.

To niezgoda na wynik eksperymentu fizycznego jest kryterium błędności teorii fizycznej, a ściślej niestosowalności teorii do otaczającego nas świata. Nie jest prawdą stwierdzenie odwrotne: zgodność z eksperymentem nie może być dowodem poprawności (stosowalności) teorii. Oznacza to, że głównym kryterium wykonalności teorii fizycznej jest weryfikacja eksperymentalna.

Idealnie, fizyka eksperymentalna powinna dawać tylko opis wyniki eksperymentalne, bez żadnych interpretacje. Jednak w praktyce nie jest to możliwe. Interpretacja wyników mniej lub bardziej złożonego eksperymentu fizycznego nieuchronnie opiera się na fakcie, że rozumiemy, jak zachowują się wszystkie elementy układu doświadczalnego. Takie rozumienie z kolei nie może nie polegać na jakiejkolwiek teorii.

eksperyment komputerowy

Eksperyment komputerowy (numeryczny) to eksperyment na modelu matematycznym przedmiotu badań na komputerze, który polega na tym, że według niektórych parametrów modelu obliczane są jego inne parametry i na tej podstawie wyciągane są wnioski narysowany o właściwościach obiektu opisanego przez model matematyczny. Ten rodzaj eksperymentu można tylko warunkowo przypisać do eksperymentu, ponieważ nie odzwierciedla on zjawisk naturalnych, a jest jedynie numeryczną implementacją stworzonego przez człowieka modelu matematycznego. Rzeczywiście, w przypadku nieprawidłowości w mat. model - jego rozwiązanie numeryczne może być ściśle rozbieżne z eksperymentem fizycznym.

Eksperyment psychologiczny

Eksperyment psychologiczny to eksperyment przeprowadzany w specjalnych warunkach w celu uzyskania nowej wiedzy naukowej poprzez ukierunkowaną interwencję badacza w życie podmiotu.

eksperyment myślowy

Eksperyment myślowy w filozofii, fizyce i niektórych innych dziedzinach wiedzy jest rodzajem aktywności poznawczej, w której struktura prawdziwego eksperymentu jest odtwarzana w wyobraźni. Z reguły eksperyment myślowy przeprowadza się w ramach pewnego modelu (teorii), aby sprawdzić jego spójność. Przeprowadzając eksperyment myślowy, sprzeczności w wewnętrznych postulatach modelu lub ich niezgodność z zewnętrznymi (w stosunku do tego modelu) zasadami, które są uznawane za bezwarunkowo prawdziwe (np. z prawem zachowania energii, zasadą przyczynowości itp. .) mogą zostać ujawnione.

Krytyczny eksperyment

Eksperyment krytyczny to eksperyment, którego wynik jednoznacznie określa, czy dana teoria lub hipoteza jest poprawna. Eksperyment ten powinien dać przewidywany wynik, którego nie można wywnioskować z innych, ogólnie przyjętych hipotez i teorii.

Literatura

• Vizgin V. P. Hermetyzm, eksperyment, cud: trzy aspekty genezy współczesnej nauki // Filozoficzne i religijne początki nauki. M., 1997. S.88-141.

Spinki do mankietów

Fundacja Wikimedia. 2010 .

Synonimy:

Zobacz, co „Eksperyment” znajduje się w innych słownikach:

- (z łac. test eksperymentum, doświadczenie), metoda poznania, za pomocą której w kontrolowanych i kontrolowanych warunkach bada się zjawiska rzeczywistości. E. odbywa się w oparciu o teorię, która determinuje sformułowanie problemu i jego interpretację…… Encyklopedia filozoficzna

eksperyment- Zaoferowanie osobie z własnej woli życia, doświadczania, odczuwania dla niej znaczenia lub świadomego eksperymentu, odtwarzając dla niego kontrowersyjną lub wątpliwą sytuację w toku terapii (przede wszystkim w formie symbolicznej). Krótki sensowny ... ... Wielka Encyklopedia Psychologiczna

Nikt nie wierzy w hipotezę, z wyjątkiem tego, który ją wysunął, ale wszyscy wierzą w eksperyment, z wyjątkiem tego, który go przeprowadził. Żadna ilość eksperymentów nie może udowodnić teorii; ale wystarczy jeden eksperyment, aby to obalić ... Skonsolidowana encyklopedia aforyzmów

Eksperyment- (łac. eksperymentum - syn, baykau, tazhіribe) - nәrseler (objectiler) mężczyźni құbylystardy baқylanylatyn zhane baskarylatyn zhagdaylarda zertteytіn empiriyalyқ tanym adisi. Eksperyment adіs retіnde Zhana zamanda payda boldy (G.Galilei). Filozofia Onyna ... Filozoficzny terminderdin sozdigі

- (łac.). Pierwsze doświadczenie; wszystko, czego przyrodnik używa, aby zmusić siły przyrody do działania w określonych warunkach, jakby sztucznie powodował napotkane w nim zjawiska. Słownik obcych słów zawartych w rosyjskim ... ... Słownik wyrazów obcych języka rosyjskiego

Zobacz doświadczenie ... Słownik rosyjskich synonimów i wyrażeń o podobnym znaczeniu. pod. wyd. N. Abramova, M.: Słowniki rosyjskie, 1999. eksperyment, test, doświadczenie, test; badanie, weryfikacja, próba Słownik rosyjskich synonimów ... Słownik synonimów

EKSPERYMENT, eksperyment, mąż. (łac. eksperyment) (książka). Doświadczenie dostarczone naukowo. Eksperyment chemiczny. Eksperyment fizyczny. Zrób eksperyment. || Ogólnie doświadczenie, próba. Praca edukacyjna nie pozwala na ryzykowne eksperymenty ... ... Słownik wyjaśniający Uszakowa

Eksperyment- Eksperyment ♦ Eksperyment Aktywne, celowe doświadczenie; pragnienie nie tyle słyszenia rzeczywistości (doświadczenie), a nawet nie tyle jej słuchania (obserwacja), ile próby zadawania jej pytań. Istnieje specjalna koncepcja ... ... Słownik filozoficzny Sponville

Zobacz Eksperyment śledczy, Eksperyment kryminalistyczny... Słownik prawniczy

- (z łac. test eksperymentum, doświadczenie), metoda poznania, za pomocą której w kontrolowanych i kontrolowanych warunkach badane są zjawiska przyrody i społeczeństwa. Często głównym zadaniem eksperymentu jest sprawdzenie hipotez i przewidywań teorii (a więc ... ... Współczesna encyklopedia

- (z łac. eksperymentum test, doświadczenie) badanie, badanie zjawisk i procesów ekonomicznych poprzez ich odtwarzanie, modelowanie w warunkach sztucznych lub naturalnych. Możliwości eksperymentów ekonomicznych są bardzo ograniczone, ponieważ ... ... Słownik ekonomiczny

Książki

• Eksperyment, Stanislav Vladimirovich Borzykh, Ta książka oferuje spojrzenie na to, co dzieje się z nami teraz i na to, co wydarzyło się jakiś czas temu, z nowej perspektywy. W rzeczywistości jesteśmy świadkami eksperymentu na kolosalną skalę, ... Kategoria: Biologia Wydawca:

Strona główna > Wykład

WYKŁAD

Temat: Eksperyment komputerowy. Analiza wyników symulacji

Aby ożywić nowe rozwiązania konstrukcyjne, wprowadzić do produkcji nowe rozwiązania techniczne lub przetestować nowe pomysły, potrzebny jest eksperyment. Eksperyment to eksperyment przeprowadzany na obiekcie lub modelu. Polega na wykonaniu pewnych czynności i ustaleniu, jak na te czynności zareaguje próbka eksperymentalna. W szkole przeprowadzasz eksperymenty na lekcjach biologii, chemii, fizyki, geografii. Eksperymenty są przeprowadzane podczas testowania nowych próbek produktów w przedsiębiorstwach. Zazwyczaj do tego celu wykorzystuje się specjalnie stworzoną instalację, która umożliwia przeprowadzenie eksperymentu w warunkach laboratoryjnych, bądź też sam prawdziwy produkt poddawany jest różnego rodzaju testom (eksperyment pełnoskalowy). Aby zbadać na przykład właściwości eksploatacyjne jednostki lub zespołu, umieszcza się go w termostacie, zamraża w specjalnych komorach, testuje na stojakach wibracyjnych, upuszcza itp. Dobrze, jeśli jest to nowy zegarek lub odkurzacz - tak nie jest duża strata po zniszczeniu. A jeśli samolot czy rakieta? Eksperymenty laboratoryjne i pełnoskalowe wymagają dużych nakładów materiałowych i czasu, jednak ich wartość jest bardzo duża. Wraz z rozwojem technologii komputerowej pojawiła się nowa unikalna metoda badawcza - eksperyment komputerowy. W wielu przypadkach badania modeli komputerowych przychodzą z pomocą, a czasem nawet w celu zastąpienia próbek eksperymentalnych i stanowisk testowych. Etap przeprowadzania eksperymentu komputerowego obejmuje dwa etapy: sporządzenie planu eksperymentu oraz przeprowadzenie badania. Plan eksperymentu Plan eksperymentu powinien jasno odzwierciedlać kolejność pracy z modelem. Pierwszym punktem takiego planu jest zawsze testowanie modelu. Testowanie - procesczekipoprawnośćwybudowanymodele. Test - zestawInicjałdane, pozwalaćdefiniowaćŚwietnie-podłośćbudynekmodele. Aby mieć pewność co do poprawności uzyskanych wyników symulacji konieczne jest:

sprawdzić opracowany algorytm budowy modelu; upewnij się, że zbudowany model poprawnie odzwierciedla właściwości oryginału, które zostały uwzględnione w symulacji.

Do sprawdzenia poprawności algorytmu budowy modelu wykorzystuje się testowy zbiór danych początkowych, dla których wynik końcowy jest z góry znany lub z góry określony w inny sposób. Na przykład, jeśli używasz formuł obliczeniowych w modelowaniu, musisz wybrać kilka opcji dla danych początkowych i obliczyć je „ręcznie”. To są pozycje testowe. Kiedy model jest budowany, testujesz z tymi samymi danymi wejściowymi i porównujesz wyniki symulacji z wnioskami uzyskanymi w wyniku obliczeń. Jeśli wyniki się zgadzają, to algorytm jest opracowany poprawnie, jeśli nie, należy poszukać i wyeliminować przyczynę ich rozbieżności. Dane testowe mogą w ogóle nie odzwierciedlać rzeczywistej sytuacji i mogą nie zawierać treści semantycznej. Jednak wyniki uzyskane w procesie testowania mogą skłaniać do zastanowienia się nad zmianą pierwotnego modelu informacyjnego lub znakowego, przede wszystkim w tej części, w której ułożona jest treść semantyczna. Aby zbudowany model odzwierciedlał właściwości oryginału, które zostały uwzględnione w symulacji, konieczne jest wybranie przykładu testowego z rzeczywistymi danymi źródłowymi. Przeprowadzenie badania Po przetestowaniu, gdy masz pewność co do poprawności zbudowanego modelu, możesz przejść bezpośrednio do przeprowadzenia badania. Plan powinien zawierać eksperyment lub serię eksperymentów, które spełniają cele symulacji. Każdemu eksperymentowi musi towarzyszyć zrozumienie wyników, które jest podstawą do analizy wyników modelowania i podejmowania decyzji. Schemat przygotowania i przeprowadzenia eksperymentu komputerowego pokazano na rysunku 11.7.

TESTOWANIE MODELI

PLAN EKSPERYMENTU

PRZEPROWADZAĆ BADANIE

ANALIZA WYNIKÓW

Ryż. 11.7. Schemat eksperymentu komputerowego

Analiza wyników symulacji

Ostatecznym celem modelowania jest podjęcie decyzji, która powinna zostać opracowana na podstawie kompleksowej analizy wyników modelowania. Ten etap jest decydujący - albo kontynuujesz naukę, albo kończysz. Rysunek 11.2 pokazuje, że etap analizy wyników nie może istnieć autonomicznie. Uzyskane wnioski często przyczyniają się do dodatkowej serii eksperymentów, a czasem do zmiany zadania. Podstawą opracowania rozwiązania są wyniki testów i eksperymentów. Jeśli wyniki nie odpowiadają celom zadania, oznacza to, że popełniono błędy na poprzednich etapach. Może to być albo błędne sformułowanie problemu, albo zbyt uproszczona konstrukcja modelu informacyjnego, albo nieudany wybór metody lub środowiska modelowania, albo naruszenie metod technologicznych przy budowaniu modelu. Jeśli takie błędy zostaną znalezione, to dopasowanie modelu, czyli powrót do jednego z poprzednich kroków. Proces powtarza się, aż wyniki eksperymentu spełnią cele symulacji. Najważniejszą rzeczą do zapamiętania jest to, że wykryty błąd jest również wynikiem. Jak mówi przysłowie, uczysz się na błędach. Pisał o tym także wielki rosyjski poeta A. S. Puszkin: O, ile cudownych odkryć szykuje nam duch oświecenia I doświadczenie, syn trudnych błędów, I geniusz, przyjaciel paradoksów, I przypadek, bóg wynalazca. ...

Kontrolapytaniaorazzadania

Jakie są dwa główne typy modelowania opisów problemów.

W znanej „Księdze problemów” G. Ostera pojawia się następujący problem:

Zła wiedźma, pracując niestrudzenie, zamienia 30 księżniczek w gąsienice dziennie. Ile dni zajmie jej przekształcenie 810 księżniczek w gąsienice? Ile księżniczek dziennie będzie trzeba zamienić w gąsienice, aby poradzić sobie z pracą w ciągu 15 dni? Jakie pytanie można przypisać rodzajowi „co się stanie, jeśli…”, a które – rodzajowi „jak to zrobić, żeby…”?

Wymień najbardziej znane cele modelowania. Sformalizuj żartobliwy problem z „Księgi problemów” G. Ostera:

Z dwóch budek oddalonych od siebie o 27 km wyskoczyły na siebie jednocześnie dwa zadziorne psy. Pierwszy biegnie z prędkością 4 km/h, a drugi – 5 km/h. Jak długo rozpocznie się walka? Domy: §11,4, 11,5.

1. Pojęcie informacji

   Dokument

   Otaczający nas świat jest bardzo różnorodny i składa się z ogromnej liczby połączonych ze sobą obiektów. Aby znaleźć swoje miejsce w życiu, od wczesnego dzieciństwa razem z rodzicami, a potem z nauczycielami, krok po kroku, poznasz całą tę różnorodność.

2. Redaktor zarządzający V. Zemskikh Redaktor N. Fedorova Redaktor artystyczny R. Yatsko Layout T. Petrova Proofreaders M. Odinokova, M. Schukina bbk 65. 290-214

   Książka

   Ш39 Kultura organizacyjna i przywództwo / Per. z angielskiego. wyd. V. A. Spivak. - Petersburg: Piotr, 2002. - 336 s: chory. - (seria „Teoria i praktyka zarządzania”).

3. Zespół dydaktyczno-metodologiczny w dyscyplinie: „Marketing” specjalność: 080116 „Metody matematyczne w ekonomii”

   Kompleks szkoleniowo-metodologiczny

   Obszar działalności zawodowej: analiza i modelowanie procesów i obiektów gospodarczych na poziomie mikro, makro i globalnym; monitorowanie modeli ekonomicznych i matematycznych; prognozowanie, programowanie i optymalizacja systemów ekonomicznych.

Miejskie Autonomiczne

instytucja edukacyjna

„Szkoła średnia nr 31”

Syktywkar

eksperyment komputerowy

w fizyce w szkole średniej.

Reiser E.E.

Republika Komi

G .Syktywkar

ZAWARTOŚĆ:

I. Wstęp

II. Rodzaje i rola eksperymentu w procesie uczenia się.

III. Korzystanie z komputera na lekcjach fizyki.

V. Wniosek.

VI. Słowniczek.

VII. Bibliografia.

VIII. Aplikacje:

1. Klasyfikacja eksperymentu fizycznego

2. Wyniki ankiety wśród studentów

3. Korzystanie z komputera podczas eksperymentu demonstracyjnego i rozwiązywanie problemów

4. Korzystanie z komputera podczas imprezy

Praca laboratoryjna i praktyczna

EKSPERYMENT KOMPUTEROWY

W KIERUNKU FIZYKI SZKOŁY ŚREDNIEJ.

…Czas się uzbroić

nauczyciele z nowym narzędziem,

a wynik natychmiast

wpływają na przyszłe pokolenia.

Potashnik M.M.,

Akademik Rosyjskiej Akademii Edukacji, doktor nauk pedagogicznych, prof.

I. Wstęp.

Fizyka to nauka eksperymentalna. Działalność naukowa zaczyna się od obserwacji. Obserwacja jest najcenniejsza, gdy warunki na nią wpływające są precyzyjnie kontrolowane. Jest to możliwe, jeśli warunki są stałe, znane i mogą być zmieniane według woli obserwatora. Obserwacja prowadzona w ściśle kontrolowanych warunkach nazywa się eksperyment. A nauki ścisłe charakteryzują się organicznym połączeniem obserwacji i eksperymentu z określeniem wartości liczbowych cech badanych obiektów i procesów.

Eksperyment jest najważniejszą częścią badań naukowych, której podstawą jest naukowo ustalony eksperyment z precyzyjnie uwzględnionymi i kontrolowanymi warunkami. Samo słowo eksperyment pochodzi z łaciny eksperyment- test, doświadczenie. W języku naukowym i pracy badawczej termin „eksperyment” jest zwykle używany w znaczeniu wspólnym dla wielu pokrewnych pojęć: doświadczenie, celowa obserwacja, reprodukcja przedmiotu wiedzy, organizacja specjalnych warunków jego istnienia, weryfikacja przewidywania. Koncepcja ta obejmuje naukowe założenie eksperymentów i obserwację badanego zjawiska w ściśle uwzględnionych warunkach, które pozwalają śledzić przebieg zjawisk i odtwarzać je za każdym razem, gdy te warunki się powtarzają. Samo pojęcie „eksperymentu” oznacza działanie mające na celu stworzenie warunków do realizacji określonego zjawiska i, jeśli to możliwe, najczęstszego, tj. nieskomplikowane przez inne zjawiska. Głównym celem eksperymentu jest identyfikacja właściwości badanych obiektów, sprawdzenie słuszności hipotez i na tej podstawie szerokie i dogłębne zbadanie tematu badań naukowych

ZanimXVIIIw. kiedy fizyka była godzinąfilozofowie, naukowcy uważali logiwnioski naukowe są jego podstawą i tylkoeksperyment myślowy może być dlaich przekonujący w kształtowaniu światopogląduniya na urządzeniu świata, główna fiZic prawa. Galileusz, którego…słusznie uważany za ojca eksperymentówfizyki, nie mógł niczego udowodnić swoim współczesnym, przeprowadzając eksperymenty zspadające kule o różnych masach z PisanPodniebna Wieża. „Pomysł Galileusza wywołał lekceważące uwagi i oszołomienie”.Eksperyment myślowy włączonyanaliza zachowania trzech ciał o masiesy, z których dwa były połączone nevesomy wątek okazał się być dla jego kolegówbardziej przekonujący niż bezpośrednionaturalne doświadczenie.

W podobny sposób Galileusz udowodnił słuszność prawa bezwładności przy dwóch nachylonych płaszczyznach i poruszających się wzdłuż nich kulach. Sam I. Newton próbował uzasadnić znane i odkryte przez siebie prawa w swojej książce „Matematyczne podstawy filozofii naturalnej”, stosując schemat Euklidesa, wprowadzając oparte na nich aksjomaty i twierdzenia. Na okładce tej książki

przedstawiona ziemia, góra (G) i pistolet ( P) (rys. 1).

Działo wystrzeliwuje kule armatnie, które spadają w różnych odległościach od góry, w zależności od ich początkowej prędkości. Przy określonej prędkości rdzeń opisuje całkowitą rewolucję wokół Ziemi. Newton swoim rysunkiem doprowadził do pomysłu możliwości stworzenia sztucznych satelitów Ziemi, które powstały kilka wieków później.

Na tym etapie rozwoju fizyki konieczny był eksperyment myślowy, gdyż ze względu na brak niezbędnych instrumentów i zaplecza technologicznego prawdziwy eksperyment był niemożliwy. Eksperyment myślowy został wykorzystany zarówno przez D.K.Maxwella przy tworzeniu układu podstawowych równań elektrodynamiki (choć wykorzystano również wyniki pełnoskalowych eksperymentów przeprowadzonych wcześniej przez M.Faradaya), jak i przez A.Einsteina przy opracowywaniu teorii względności.

Eksperymenty myślowe są więc jednym z elementów rozwoju nowych teorii. Większość fizycznych eksperymentów była początkowo modelowana i przeprowadzana mentalnie, a potem realna. Poniżej podamy przykłady eksperymentów myślowych, które odegrały ważną rolę w rozwoju fizyki.

W V w. PNE. filozof Zeno stworzył logiczną sprzeczność między rzeczywistymi zjawiskami a tym, co można uzyskać na podstawie logicznych wniosków. Zaproponował eksperyment myślowy, w którym pokazał, że strzała nigdy nie dogoni kaczki (ryc. 2).

G. Galileo w swojej działalności naukowej odwoływał się do rozumowania opartego na zdrowym rozsądku, odwołując się do tzw. „eksperymentów umysłowych”. Zwolennicy Arystotelesa, obalając idee Galileusza, przytoczyli szereg „naukowych” argumentów. Galileusz był jednak wielkim mistrzem polemik, a jego kontrargumenty okazały się niezaprzeczalne. Logiczne rozumowanie dla naukowców tamtych czasów było bardziej przekonujące niż dowody eksperymentalne.

fizyka „kredowa”, podobnie jak inne metody nauczania fizyki, które nie odpowiadają eksperymentalnej metodzie rozumienia przyrody, zaczął atakować rosyjską szkołę 10–12 lat temu. W tym okresie poziom wyposażenia sal szkolnych w sprzęt spadł poniżej 20% wymaganego poziomu; przemysł produkujący sprzęt edukacyjny praktycznie przestał działać; ze szkolnych szacunków zniknęła tak zwana chroniona pozycja budżetowa „na sprzęt”, którą można było wydać tylko zgodnie z jej przeznaczeniem. Kiedy zrealizowano krytyczną sytuację, podprogram „Gabinet Fizyki” został włączony do federalnego programu „Technologia edukacyjna”. W ramach programu przywrócono produkcję klasycznego wyposażenia oraz rozwinięto nowoczesne wyposażenie szkolne, w tym z wykorzystaniem najnowszych technologii informatycznych i komputerowych. Najbardziej radykalne zmiany zaszły w sprzęcie do pracy czołowej, zostały opracowane i są masowo produkowane zestawy tematyczne aparatury w mechanice, fizyce molekularnej i termodynamice, elektrodynamice, optyce (uczelnia posiada komplet tego nowego sprzętu do tych prac). Sekcje).

Zmieniła się rola i miejsce samodzielnego eksperymentu w koncepcji wychowania fizycznego: eksperyment jest nie tylko sposobem rozwijania umiejętności praktycznych, ale staje się sposobem na opanowanie metody poznania. Komputer „wdarł się” w szkolne życie z ogromną prędkością.

Komputer otwiera nowe drogi w rozwoju myślenia, dając nowe możliwości aktywnego uczenia się. Korzystanie z komputera do prowadzenia lekcji,

ćwiczenia, testy i prace laboratoryjne oraz ewidencja postępów stają się wydajniejsze, a ogromny przepływ informacji jest łatwo dostępny. Wykorzystanie komputera na lekcjach fizyki pomaga również realizować zasadę osobistego zainteresowania ucznia opanowaniem materiału i wielu innych zasad edukacji rozwojowej.
Jednak moim zdaniem komputer nie może całkowicie zastąpić nauczyciela. Nauczyciel potrafi zainteresować uczniów, wzbudzić ich ciekawość, zdobyć ich zaufanie, może skierować ich uwagę na pewne aspekty badanego przedmiotu, wynagrodzić ich wysiłek i sprawić, by się uczyli. Komputer nigdy nie będzie w stanie przejąć takiej roli nauczyciela.

Szeroki jest również zakres wykorzystania komputera w pracy pozalekcyjnej: przyczynia się do rozwoju zainteresowania poznawczego przedmiotem, poszerza możliwości samodzielnych twórczych poszukiwań dla najbardziej entuzjastycznych studentów fizyki.

II. Rodzaje i rola eksperymentu w procesie uczenia się.

Główne rodzaje eksperymentu fizycznego:

Doświadczenie demonstracyjne;

Czołowe prace laboratoryjne;

warsztat fizyczny;

zadanie eksperymentalne;

Domowa praca eksperymentalna;

Eksperyment wspomagany komputerowo (nowy wygląd).

Eksperyment demonstracyjny jest jednym z elementów edukacyjnego eksperymentu fizycznego i jest odtworzeniem zjawisk fizycznych przez nauczyciela na stole demonstracyjnym za pomocą specjalnych urządzeń. Odnosi się do poglądowych empirycznych metod nauczania. O roli eksperymentu pokazowego w nauczaniu decyduje rola, jaką eksperyment pełni w fizyce i nauce jako źródło wiedzy i kryterium jej prawdziwości oraz możliwości organizowania działalności edukacyjnej i poznawczej uczniów.

Wartość eksperymentu fizyki demonstracyjnej jest następująca:

Studenci zapoznają się z eksperymentalną metodą poznawania w fizyce, z rolą eksperymentu w badaniach fizycznych (w efekcie kształtują światopogląd naukowy);

Studenci rozwijają niektóre umiejętności eksperymentalne: umiejętność obserwacji zjawisk, umiejętność stawiania hipotez, umiejętność planowania eksperymentu, umiejętność analizy wyników, umiejętność ustalania relacji między wielkościami, umiejętność wyciągania wniosków itp.

Eksperyment demonstracyjny, będąc środkiem wizualizacji, przyczynia się do uporządkowania percepcji przez uczniów materiału edukacyjnego, jego zrozumienia i zapamiętywania; umożliwia kształcenie politechniczne studentów; promuje wzrost zainteresowania nauką fizyki i tworzenie motywacji do nauki. Ale kiedy nauczyciel przeprowadza eksperyment pokazowy, uczniowie tylko biernie obserwują eksperyment prowadzony przez nauczyciela, podczas gdy sami nic nie robią własnymi rękami. Dlatego konieczne jest posiadanie samodzielnego eksperymentu studentów z fizyki.

Nauczanie fizyki nie może odbywać się wyłącznie w formie zajęć teoretycznych, nawet jeśli uczniom pokazywane są w klasie demonstracyjne eksperymenty fizyczne. Do wszystkich rodzajów percepcji zmysłowej należy dodać „pracę z rękami” w klasie. Osiąga się to, gdy uczniowie laboratoryjny eksperyment fizyczny kiedy sami montują instalacje, mierzą wielkości fizyczne i przeprowadzają eksperymenty. Badania laboratoryjne cieszą się dużym zainteresowaniem wśród studentów, co jest całkiem naturalne, gdyż w tym przypadku student poznaje otaczający go świat na podstawie własnych doświadczeń i własnych odczuć.

Znaczenie zajęć laboratoryjnych z fizyki polega na tym, że studenci formułują wyobrażenia o roli i miejscu eksperymentu w poznaniu. Wykonując eksperymenty, uczniowie rozwijają umiejętności eksperymentalne, które obejmują zarówno umiejętności intelektualne, jak i praktyczne. Pierwsza grupa obejmuje umiejętność określenia celu eksperymentu, stawiania hipotez, doboru instrumentów, planowania eksperymentu, obliczania błędów, analizy wyników, sporządzania raportu z wykonanej pracy. Druga grupa obejmuje umiejętność składania zestawu eksperymentalnego, obserwowania, mierzenia i eksperymentowania.

Ponadto znaczenie eksperymentu laboratoryjnego polega na tym, że podczas jego przeprowadzania uczniowie rozwijają tak ważne cechy osobiste, jak dokładność w pracy z instrumentami; przestrzeganie czystości i porządku w miejscu pracy, w zapisach dokonywanych podczas eksperymentu, organizacja, wytrwałość w uzyskiwaniu wyników. Tworzą pewną kulturę pracy umysłowej i fizycznej.

- jest to rodzaj pracy praktycznej, w której wszyscy uczniowie w klasie jednocześnie wykonują ten sam rodzaj eksperymentu na tym samym sprzęcie. Czołowa praca laboratoryjna wykonywana jest najczęściej przez dwuosobową grupę studentów, czasami istnieje możliwość zorganizowania pracy indywidualnej. W związku z tym biuro powinno mieć 15-20 zestawów instrumentów do czołowej pracy laboratoryjnej. Łączna liczba takich urządzeń wyniesie około tysiąca sztuk. W programie nauczania podane są nazwy frontalnych prac laboratoryjnych. Jest ich bardzo dużo, są przewidziane na prawie każdy temat kursu fizyki. Nauczyciel przed wykonaniem pracy ujawnia przygotowanie uczniów do świadomego wykonywania pracy, ustala z nimi jej cel, omawia przebieg pracy, zasady pracy z instrumentami, metody obliczania błędów pomiarowych. Czołowa praca laboratoryjna nie jest bardzo złożona w treści, jest ściśle związana chronologicznie z badanym materiałem i zwykle jest przeznaczona na jedną lekcję. Opisy prac laboratoryjnych można znaleźć w podręcznikach szkolnych do fizyki.

Warsztat fizyczny realizowany jest w celu powtórzenia, pogłębienia, poszerzenia i uogólnienia wiedzy zdobytej z różnych tematów zajęć z fizyki, rozwijania i doskonalenia umiejętności eksperymentalnych uczniów poprzez stosowanie bardziej złożonego sprzętu, bardziej złożonych eksperymentów, kształtowanie ich samodzielności w rozwiązywaniu problemów związanych z eksperyment. Warsztat fizyczny nie jest związany w czasie z przerabianym materiałem, odbywa się zwykle pod koniec roku akademickiego, czasem pod koniec pierwszego i drugiego semestru i obejmuje serię eksperymentów na określony temat. Uczniowie wykonują pracę warsztatu fizycznego w grupie 2-4 osobowej przy użyciu różnego sprzętu; na kolejnych zajęciach następuje zmiana pracy, która odbywa się według specjalnie opracowanego harmonogramu. Planując zajęcia, weź pod uwagę liczbę uczniów w klasie, liczbę warsztatów, dostępność sprzętu. Na każdą pracę warsztatu fizycznego przeznaczane są dwie godziny akademickie, co wymaga wprowadzenia do grafiku podwójnych lekcji fizyki. To stwarza trudności. Z tego powodu oraz ze względu na brak niezbędnego sprzętu praktykowana jest godzinna praca warsztatu fizycznego. Należy zauważyć, że preferowana jest praca dwugodzinna, ponieważ praca w warsztacie jest trudniejsza niż frontalna praca laboratoryjna, są one wykonywane na bardziej wyrafinowanym sprzęcie, a odsetek samodzielnego udziału studentów jest znacznie większy niż w przypadku czołowe prace laboratoryjne. Do każdej pracy nauczyciel musi sporządzić instrukcję, która powinna zawierać nazwę, przeznaczenie, wykaz instrumentów i sprzętu, krótką teorię, opis instrumentów nieznanych uczniom oraz plan pracy. Po wykonaniu pracy studenci muszą złożyć raport, który powinien zawierać nazwę pracy, cel pracy, spis przyrządów, schemat lub rysunek instalacji, plan wykonania pracy, tabelę wyników, wzory wg. których obliczono wartości, obliczenia błędów pomiarowych, wnioski. Oceniając pracę uczniów w warsztacie należy wziąć pod uwagę ich przygotowanie do pracy, sprawozdanie z pracy, poziom rozwoju umiejętności, zrozumienie materiału teoretycznego, zastosowane metody badań eksperymentalnych.

H a dziś zainteresowaniebyły zadanie eksperymentalne jeszcze podyktowane i przyczyn społecznych i gospodarczychcharakter nieba. W związku z obecnym „niedofinansowaniem” szkoły, mofizyczne i fizyczne starzenie siępodstawa szafek to właśnie exmoże zagrać zadanie perymentalnedla szkoły rolę bocznicy, którary w stanie uratować fizyczną experyferie. Gwarantuje to niesamowiteidealne połączenie prostotyz poważną i głęboką fizyką,co widać na przykładzie najlepszych przykładów tych problemów. organiczne dopasowanie eksperymentalnyzadania w tradycyjnym program nauczania szkolny kurs fizykistaje się możliwe tylko podczas używania istotnych

technologia.

nauczyć uczniów samodzielnego poszerzania wiedzy zdobytej na lekcji i zdobywania nowej, kształtowania umiejętności eksperymentalnych poprzez korzystanie z przedmiotów gospodarstwa domowego i sprzętu domowego; rozwijać zainteresowanie; przekaż informację zwrotną (wyniki uzyskane podczas IED mogą stanowić problem do rozwiązania na następnej lekcji lub mogą służyć jako utrwalenie materiału).

Wszystkie powyższe główne rodzaje edukacyjny eksperyment fizyczny musi być koniecznie uzupełniony eksperymentem przy użyciu komputera, zadaniami eksperymentalnymi, domową pracą eksperymentalną. Możliwości komputer umożliwić
zmieniać warunki eksperymentu, samodzielnie projektować modele instalacji i obserwować ich pracę, kształtować umiejętność eksperymentalnyradzić sobie z modelami komputerowymi, wykonywać obliczenia automatycznie.

Z naszego punktu widzenia tego typu eksperyment powinien uzupełniać eksperyment edukacyjny na wszystkich etapach uczenia się przez działanie, gdyż przyczynia się do rozwoju wyobraźni przestrzennej i twórczego myślenia.

III . Korzystanie z komputera na lekcjach fizyki.

Fizyka to nauka eksperymentalna. Trudno sobie wyobrazić studiowanie fizyki bez pracy laboratoryjnej. Niestety wyposażenie laboratorium fizycznego nie zawsze pozwala na wykonywanie programowych prac laboratoryjnych, w ogóle nie pozwala na wprowadzanie nowych prac wymagających bardziej wyrafinowanego sprzętu. Na ratunek przychodzi komputer osobisty, który pozwala na wykonywanie dość skomplikowanych prac laboratoryjnych. W nich nauczyciel może, według własnego uznania, zmienić początkowe parametry eksperymentów, obserwować, jak zmienia się samo zjawisko w wyniku, analizować to, co widział i wyciągać odpowiednie wnioski.

Stworzenie komputera osobistego dało początek nowym technologiom informatycznym, które znacząco poprawiają jakość przyswajania informacji, przyspieszają do nich dostęp oraz pozwalają na wykorzystanie technologii komputerowej w różnych dziedzinach ludzkiej działalności.

Sceptycy będą się sprzeciwiać, że dzisiaj multimedialny komputer osobisty jest zbyt drogi, aby wyposażyć w niego szkoły średnie. Jednak komputer osobisty jest dziełem postępu i, jak wiadomo, tymczasowe trudności ekonomiczne nie mogą zatrzymać postępu (zwolnij – tak, zatrzymaj – nigdy). Aby nadążyć za obecnym poziomem cywilizacji światowej, należy ją w miarę możliwości wdrożyć w naszych rosyjskich szkołach.

Tak więc komputer zmienia się z egzotycznej maszyny w kolejny techniczny środek nauczania, być może najpotężniejszy i najskuteczniejszy ze wszystkich środków technicznych, jakimi do tej pory dysponował nauczyciel.

Powszechnie wiadomo, że kurs fizyki w szkole średniej obejmuje sekcje, których poznanie i zrozumienie wymaga rozwiniętego wyobraźni, umiejętności analizowania, porównywania. Przede wszystkim mówimy o takich sekcjach jak „Fizyka molekularna”, niektóre rozdziały „Elektrodynamika”, „Fizyka jądrowa”, „Optyka” itp. Ściśle mówiąc, w każdym dziale kursu fizyki można znaleźć rozdziały, które są trudne do zrozumienia.

Jak pokazuje 14-letnie doświadczenie zawodowe, studenci nie posiadają umiejętności umysłowych niezbędnych do głębokiego zrozumienia zjawisk i procesów opisanych w tych sekcjach. W takich sytuacjach nauczyciel przychodzi z pomocą nowoczesnych technicznych pomocy dydaktycznych, a przede wszystkim komputera osobistego.

Pomysł wykorzystania komputera osobistego do modelowania różnych zjawisk fizycznych, demonstrowania urządzenia i zasady działania urządzeń fizycznych zrodził się kilka lat temu, gdy tylko w szkole pojawiła się technika komputerowa. Już pierwsze lekcje z wykorzystaniem komputera pokazały, że z ich pomocą można rozwiązać szereg problemów, które od zawsze istniały w nauczaniu szkolnej fizyki.

Wymieńmy niektóre z nich. Wielu zjawisk nie da się zademonstrować w szkolnej klasie fizyki. Są to na przykład zjawiska mikrokosmosu, szybkie procesy, eksperymenty z urządzeniami, których nie ma w biurze. W rezultacie uczniowie mają trudności w ich studiowaniu, ponieważ nie są w stanie ich sobie wyobrazić. Komputer potrafi nie tylko stworzyć model takich zjawisk, ale także umożliwia zmianę warunków procesu, „przewijanie” z prędkością optymalną dla asymilacji.

Badanie urządzenia i zasady działania różnych urządzeń fizycznych jest integralną częścią lekcji fizyki. Zwykle, studiując dane urządzenie, nauczyciel demonstruje je, opowiada o zasadzie działania, posługując się modelem lub diagramem. Często jednak uczniowie mają trudności z wyobrażeniem sobie całego łańcucha procesów fizycznych, które zapewniają działanie danego urządzenia. Specjalne programy komputerowe umożliwiają „składanie” urządzenia z poszczególnych części, dynamiczne odtwarzanie z optymalną szybkością procesów leżących u podstaw zasady jego działania. W takim przypadku możliwe jest wielokrotne „przewijanie” animacji.

Oczywiście komputer może być również używany na innych rodzajach lekcji: podczas samodzielnego studiowania nowego materiału, podczas rozwiązywania problemów, podczas testów.

Należy również zauważyć, że wykorzystanie komputerów na lekcjach fizyki zamienia je w prawdziwy proces twórczy, pozwala realizować zasady edukacji rozwojowej.

Kilka słów o rozwoju lekcji komputerowych. Znamy pakiety oprogramowania do „szkolnej” fizyki opracowane na Uniwersytecie w Woroneżu, na Wydziale Fizyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, a autorzy mają do dyspozycji elektroniczny podręcznik na dysku laserowym „Fizyka w obrazach”, który stał się szeroko rozpowszechniony. znany. Większość z nich jest wykonana profesjonalnie, ma piękną grafikę, zawiera dobre animacje, jest wielofunkcyjna, jednym słowem ma wiele zalet. Ale w większości nie pasują one do zarysu tej konkretnej lekcji. Z ich pomocą niemożliwe jest osiągnięcie wszystkich celów postawionych przez nauczyciela na lekcji.

Po przeprowadzeniu pierwszych lekcji komputerowych doszliśmy do wniosku, że wymagają one specjalnego przeszkolenia. Zaczęliśmy pisać scenariusze takich lekcji, organicznie „wplatając” w nie zarówno prawdziwy eksperyment, jak i wirtualny (czyli zaimplementowany na ekranie monitora). Szczególnie chciałbym zauważyć, że symulacja różnych zjawisk w żaden sposób nie zastępuje prawdziwych, „żywych” eksperymentów, ale w połączeniu z nimi pozwala wyjaśnić sens tego, co dzieje się na wyższym poziomie. Doświadczenia naszej pracy pokazują, że takie lekcje wzbudzają duże zainteresowanie wśród uczniów, sprawiają, że pracują wszyscy, nawet te dzieci, którym fizyka jest trudna. Jednocześnie wyraźnie wzrasta jakość wiedzy. Przykłady wykorzystania komputera w klasie jako TCO mogą być kontynuowane przez długi czas.

Komputer jest szeroko stosowany jako technika mnożąca do testowania uczniów i przeprowadzania testów wielowymiarowych (każdy ma swoje własne zadanie). W każdym razie za pomocą programów wyszukiwania nauczyciel może znaleźć wiele interesujących rzeczy w Internecie.

Komputer jest nieodzownym pomocnikiem na zajęciach fakultatywnych, podczas wykonywania prac praktycznych i laboratoryjnych oraz rozwiązywania problemów doświadczalnych. Studenci wykorzystują go do przetwarzania wyników swoich małych zadań o charakterze badawczym: sporządzają tabele, konstruują wykresy, przeprowadzają obliczenia, tworzą proste modele procesów fizycznych. Takie posługiwanie się komputerem rozwija umiejętności samodzielnego zdobywania wiedzy, umiejętność analizowania wyników oraz kształtuje myślenie fizyczne.

IV. Przykłady wykorzystania komputera w różnego rodzaju eksperymentach.

Komputer jako element edukacyjnego układu doświadczalnego jest wykorzystywany na różnych etapach lekcji oraz w prawie wszystkich rodzajach eksperymentów (często eksperyment pokazowy i praca laboratoryjna).

Lekcja „Struktura materii” (eksperyment demonstracyjny)

Cel: badanie struktury materii w różnych stanach skupienia, rozpoznanie pewnych prawidłowości w budowie ciał w stanie gazowym, ciekłym i stałym.

Podczas wyjaśniania nowego materiału wykorzystywana jest animacja komputerowa, aby wizualnie zademonstrować ułożenie cząsteczek w różnych stanach skupienia.

Komputer pozwala pokazać procesy przejścia z jednego stanu skupienia do drugiego, wzrost prędkości ruchu cząsteczek wraz ze wzrostem temperatury, zjawisko dyfuzji, ciśnienie gazu.

Lekcja rozwiązywania problemów na temat: „Ruch pod kątem do horyzontu”.

Cel: badanie ruchu balistycznego, jego zastosowania w życiu codziennym.

Za pomocą animacji komputerowej można pokazać, jak zmienia się trajektoria ruchu ciała (wysokość i zasięg lotu) w zależności od początkowej prędkości i kąta padania. Korzystanie z takiego komputera pozwala zrobić to w kilka minut, co oszczędza czas na rozwiązywanie innych problemów, oszczędza uczniom konieczności rysowania obrazka dla każdego problemu (czego tak naprawdę nie lubią robić).

Model pokazuje ruch ciała rzuconego pod kątem do horyzontu. Możesz zmienić wysokość początkową, a także moduł i kierunek prędkości ciała. W trybie „Strobe” wektor prędkości rzucanego ciała i jego rzuty na osie poziomą i pionową są pokazywane na trajektorii w regularnych odstępach.

Praca laboratoryjna „Badania procesu izotermicznego”.

Cel: Eksperymentalne ustalenie zależności między ciśnieniem a objętością gazu w stałej temperaturze.

Do pracy w całości dołączony jest komputer (nazwa, przeznaczenie, dobór sprzętu, kolejność prac, niezbędne obliczenia). Obiektem jest powietrze w rurce. Parametry są rozpatrywane w dwóch stanach: początkowym i skompresowanym. Dokonane są odpowiednie obliczenia. Wyniki są porównywane, a na podstawie uzyskanych danych budowany jest wykres.

Zadanie eksperymentalne: wyznaczanie pi przez ważenie.

Cel: określenie wartości pi na różne sposoby. Pokaż, że może być równy 3,14 przez ważenie.

Aby wykonać pracę, kwadrat i okrąg są wycinane z tego samego materiału, tak aby promień koła był równy bokowi kwadratu, te liczby są ważone. Poprzez stosunek mas koła do kwadratu obliczana jest liczba Pi.

Eksperyment domowy do badania charakterystyk ruchu oscylacyjnego.

Cel: utrwalenie wiedzy zdobytej na lekcji na temat okresu i częstotliwości drgań wahadła matematycznego.

Model wahadła oscylacyjnego wykonany jest z improwizowanych środków (małe ciało zawieszone na linie), do eksperymentu niezbędny jest zegar z sekundnikiem. Po zliczeniu 30 oscylacji przez określony czas obliczany jest okres i częstotliwość. Możliwe jest przeprowadzenie eksperymentu z różnymi ciałami, po ustaleniu, że charakterystyka drgań nie zależy od ciała. A także, po eksperymentowaniu z nitką o różnych długościach, możesz ustalić odpowiednią relację. Wszystkie wyniki domowe muszą być omówione w klasie.

Zadanie eksperymentalne: obliczanie pracy i energii kinetycznej.

Cel: pokazanie, jak wartość pracy mechanicznej i energia kinetyczna zależą od różnych warunków problemu.

Za pomocą komputera bardzo szybko ujawnia się zależność między siłą grawitacji (masą ciała), siłą trakcyjną, kątem przyłożenia siły i współczynnikiem tarcia.

Model ilustruje koncepcję pracy mechanicznej na przykładzie ruchu pręta w płaszczyźnie z tarciem pod działaniem siły zewnętrznej skierowanej pod pewnym kątem do horyzontu. Zmieniając parametry modelu (masę pręta m, współczynnik tarcia, moduł i kierunek działającej siły F ), możliwe jest prześledzenie ilości pracy wykonanej podczas ruchu pręta, siły tarcia i siły zewnętrznej. Upewnij się w eksperymencie komputerowym, że suma tych prac jest równa energii kinetycznej pręta. Zauważ, że praca wykonana przez siłę tarcia ALE jest zawsze ujemna.

Podobne zadania można wykorzystać do kontrolowania wiedzy uczniów. Komputer pozwala szybko zmienić parametry problemu, tworząc w ten sposób dużą liczbę opcji (oszustwo jest wykluczone). Zaletą tej pracy jest szybka kontrola. Prace można od razu sprawdzić w obecności studentów. Uczniowie uzyskują wynik i potrafią ocenić swoją wiedzę.

Przygotowanie do egzaminu.

Cel: nauczenie dzieci szybkiego i poprawnego odpowiadania na pytania testowe.

Do tej pory opracowano program przygotowujący uczniów do ujednoliconego egzaminu państwowego. Zawiera zadania testowe o różnym stopniu złożoności we wszystkich sekcjach szkolnego kursu fizyki.

V. Wniosek.

Nauczanie fizyki w szkole zakłada stałe wspomaganie kursu eksperymentem demonstracyjnym. Jednak we współczesnej szkole prowadzenie prac doświadczalnych z fizyki jest często utrudnione ze względu na brak czasu na naukę oraz brak nowoczesnego wyposażenia materiałowego i technicznego. I nawet jeśli laboratorium gabinetu fizyki jest w pełni wyposażone w niezbędne instrumenty i materiały, to prawdziwy eksperyment wymaga znacznie więcej czasu zarówno na przygotowanie i przeprowadzenie, jak i na analizę wyników pracy.Jednocześnie ze względu na swoją specyfikę (istotne błędy pomiarowe, terminy lekcji itp.) prawdziwy eksperyment często nie realizuje swojego głównego celu - służyć jako źródło wiedzy o fizycznych wzorcach i prawach. Wszystkie ujawnione zależności są jedynie przybliżone, często poprawnie wyliczony błąd przekracza same zmierzone wartości.

Eksperyment komputerowy jest w stanie uzupełnić „eksperymentalną” część kursu fizyki i znacząco podnieść efektywność zajęć. Korzystając z niego, możesz wyizolować najważniejszą rzecz w zjawisku, odciąć czynniki wtórne, zidentyfikować wzorce, wielokrotnie przeprowadzić test ze zmiennymi parametrami, zapisać wyniki i wrócić do swoich badań w dogodnym czasie. Ponadto znacznie większą liczbę eksperymentów można przeprowadzić w wersji komputerowej. Ten rodzaj eksperymentu realizowany jest z wykorzystaniem komputerowego modelu określonego prawa, zjawiska, procesu itp. Praca z tymi modelami otwiera przed uczniami ogromne możliwości poznawcze, czyniąc z nich nie tylko obserwatorów, ale także aktywnych uczestników eksperymentów.

W większości modeli interaktywnych dostępne są opcje zmiany początkowych parametrów i warunków eksperymentów w szerokim zakresie, zmieniając ich skalę czasową, a także sytuacje modelowania, które nie są dostępne w rzeczywistych eksperymentach.

Kolejnym pozytywnym punktem jest to, że komputer zapewnia unikalną, nie zaimplementowaną w prawdziwym eksperymencie fizycznym, możliwość wizualizacji nie rzeczywistego zjawiska naturalnego, ale jego uproszczony model teoretyczny, który pozwala szybko i skutecznie znaleźć główne fizyczne wzorce obserwowanego zjawisko. Dodatkowo student może obserwować budowę odpowiednich zależności graficznych jednocześnie z przebiegiem eksperymentu. Graficzny sposób wyświetlania wyników symulacji ułatwia studentom przyswajanie dużej ilości otrzymanych informacji. Takie modele są szczególnie cenne, ponieważ studenci z reguły doświadczają znacznych trudności w konstruowaniu i odczytywaniu wykresów.

Należy również wziąć pod uwagę, że nie wszystkie procesy, zjawiska, eksperymenty historyczne w fizyce uczeń może sobie wyobrazić bez pomocy modeli wirtualnych (np. cykl Carnota, modulacja i demodulacja, eksperyment Michelsona dotyczący pomiaru prędkości światło, eksperyment Rutherforda itp.). Interaktywne modele pozwalają uczniowi zobaczyć procesy w uproszczonej formie, wyobrazić sobie schematy instalacji, przeprowadzić eksperymenty generalnie niemożliwe w rzeczywistości, np. sterowanie pracą reaktora jądrowego.

Obecnie istnieje już wiele pedagogicznych narzędzi programowych (PPS), w takiej czy innej formie, zawierających interaktywne modele w fizyce. Niestety żadna z nich nie koncentruje się bezpośrednio na aplikacji szkolnej. Niektóre modele są przeładowane możliwością zmiany parametrów ze względu na ich nastawienie na zastosowanie na uczelniach, w innych programach model interaktywny jest tylko elementem ilustrującym główny materiał. Ponadto modele są rozproszone w różnych PPP. Na przykład „Physics in Pictures” firmy „Physicon”, która jest najbardziej optymalna do przeprowadzenia frontalnego eksperymentu komputerowego, jest zbudowana na przestarzałych platformach i nie ma obsługi w sieciach lokalnych. Inna kadra dydaktyczna, jak np. „Otwarta Fizyka” tej samej firmy, zawiera wraz z modelami ogromną gamę materiałów informacyjnych, których nie można wyłączyć na czas pracy na lekcji. Wszystko to znacznie komplikuje dobór i wykorzystanie modeli komputerowych podczas prowadzenia lekcji fizyki w szkole średniej.

Najważniejsze jest to, że do skutecznego zastosowania eksperymentu komputerowego potrzebna jest kadra pedagogiczna, specjalnie zorientowana na wykorzystanie w szkole średniej. Ostatnio pojawiła się tendencja do tworzenia wyspecjalizowanej kadry nauczycielskiej dla szkoły w ramach projektów federalnych, takich jak konkursy dla twórców oprogramowania edukacyjnego organizowane przez National Training Foundation. Być może w najbliższych latach zobaczymy kadrę pedagogiczną, która kompleksowo wspiera eksperyment komputerowy na licealnym kursie fizyki. Wszystkie te chwile starałem się ujawnić w swojej pracy.

VI. Słowniczek.

Eksperyment jest działaniem zmysłowo-obiektywnym w nauce.

eksperyment fizyczny- to obserwacja i analiza badanych zjawisk w określonych warunkach, pozwalająca śledzić przebieg zjawisk i każdorazowo je odtwarzać w ustalonych warunkach.

Demonstracja- To eksperyment fizyczny, reprezentujący zjawiska fizyczne, procesy, wzory, postrzegane wizualnie.

Czołowe prace laboratoryjne- rodzaj pracy praktycznej wykonywanej w trakcie przerabianego materiału programowego, gdy wszyscy uczniowie w klasie wykonują jednocześnie ten sam rodzaj eksperymentu na tym samym sprzęcie.

Warsztat fizyczny- praca praktyczna wykonywana przez studentów na koniec poprzednich części kursu (lub na koniec roku), na bardziej zaawansowanym sprzęcie, z większym stopniem samodzielności niż przy frontalnej pracy laboratoryjnej.

Domowa praca eksperymentalna- najprostszy samodzielny eksperyment, który uczniowie wykonują w domu, poza szkołą, bez bezpośredniego przewodnictwa nauczyciela.

Problemy eksperymentalne- zadania, w których eksperyment służy do określenia pewnych początkowych wielkości potrzebnych do rozwiązania; daje odpowiedź na postawione w nim pytanie lub jest sposobem weryfikacji dokonanych obliczeń zgodnie z warunkiem.

VII. Bibliografia:

1. Bashmakov L.I., S.N. Pozdnyakov, N.A. Reznik „Środowisko uczenia się informacji”, Petersburg: „Światło”, s. 121, 1997.

2 Belostotsky P.I., G.Yu. Maksimova, N.N. Gomulina „Technologie komputerowe: nowoczesna lekcja fizyki i astronomii”. Gazeta „Fizyka” nr 20, s. 3, 1999.

3. Burov V.A. „Eksperyment demonstracyjny z fizyki w liceum”. Oświecenie w Moskwie 1979

4. Butikow E.I. Podstawy dynamiki klasycznej i symulacji komputerowej. Materiały VII konferencji naukowo-metodologicznej, Gimnazjum Akademickie, Petersburg - Stary Peterhof, s. 47, 1998.

5. Winnicki Yu.A., G.M. Nurmukhamedov „Eksperyment komputerowy w trakcie fizyki w szkole średniej”. Czasopismo „Fizyka w szkole” nr 6, s. 42, 2006.

6. Golełow A.A. Koncepcje współczesnych nauk przyrodniczych: podręcznik. Warsztat. - M .: Humanitarne Centrum Wydawnicze VLADOS, 1998

7. Kavtrev A.F. „Metody wykorzystania modeli komputerowych na lekcjach fizyki”. V międzynarodowa konferencja „Fizyka w systemie nowoczesnej edukacji” (FSSO-99), abstrakty, tom 3, św. Petersburg: „Wydawnictwo Rosyjskiego Państwowego Uniwersytetu Pedagogicznego im. A. I. Hercena”, s. 98-99, 1999.

8. Kavtrev A.F. „Modele komputerowe w szkolnym kursie fizyki”. Czasopismo „Narzędzia komputerowe w edukacji”, Petersburg: „Informatyzacja edukacji”, 12, s. 41-47, 1998.

9. Teoria i metody nauczania fizyki w szkole. Ogólne problemy. Pod redakcją S.E. Kameneykogo, N.S. Puryszewa. M: "Akademia", 2000

10. Trofimova T.I. „Kurs Fizyki”, wyd. "Szkoła Wyższa", M., 1999

11. Chirtsov A.S. Technologie informacyjne w nauczaniu fizyki. Czasopismo „Narzędzia komputerowe w edukacji”, Petersburg: „Informatyzacja edukacji”, 12, s. Z, 1999.

Wniosek nr 1

Klasyfikacja eksperymentu fizycznego

Aplikacja №2

Wyniki ankiety wśród studentów.

Wśród uczniów klas 5, 6 a, 7 - 11 przeprowadzono ankietę na następujące pytania:

Jaką rolę odgrywa dla ciebie eksperyment w nauce fizyki?

Program posiada 107 modeli, które można wykorzystać do wyjaśnienia nowego materiału i rozwiązywania problemów eksperymentalnych. Chcę podać kilka przykładów, których używam na moich lekcjach.

Fragment lekcji „Reakcje jądrowe. Rozszczepienia jądrowego.

Cel: sformułowanie koncepcji reakcji jądrowej, zademonstrowanie ich różnorodności. Rozwiń zrozumienie istoty tych procesów.

Komputer służy do wyjaśniania nowego materiału w celu bardziej wizualnej demonstracji badanych procesów, pozwala na szybką zmianę warunków reakcji, umożliwia powrót do warunków poprzednich.


Ten model pokazuje

różne rodzaje przemian jądrowych.

Przemiany jądrowe zachodzą w wyniku

procesy rozpadu promieniotwórczego jąder oraz

z powodu reakcji jądrowych, towarzyszy

rozszczepienie lub fuzja jąder.

Zmiany zachodzące w jądrach można podzielić

na trzy grupy:

1. zmiana jednego z nukleonów w jądrze;

   restrukturyzacja wewnętrznej struktury jądra;

   przegrupowanie nukleonów z jednego jądra do drugiego.

Pierwsza grupa obejmuje różne rodzaje rozpadu beta, kiedy jeden z neutronów jądra zamienia się w proton lub odwrotnie. Pierwszy (częstszy) rodzaj rozpadu beta występuje z emisją elektronu i antyneutrina elektronowego. Drugi rodzaj rozpadu beta zachodzi albo przez emisję pozytonu i neutrina elektronowego, albo przez wychwycenie elektronu i wyemitowanie neutrina elektronowego (elektron jest wychwytywany z jednej z powłok elektronowych najbliżej jądra). Zauważ, że w stanie swobodnym proton nie może się rozpaść na neutron, pozyton i neutrino elektronowe - wymaga to dodatkowej energii, którą otrzymuje z jądra. Jednak całkowita energia jądra maleje, gdy proton przekształca się w neutron w procesie rozpadu beta. Wynika to ze zmniejszenia energii odpychania kulombowskiego między protonami jądra (których jest mniej).

Do drugiej grupy należy zaliczyć rozpad gamma, w którym jądro pierwotnie w stanie wzbudzonym zrzuca nadmiar energii, emitując kwant gamma. Trzecia grupa obejmuje rozpad alfa (emisja cząstki alfa z pierwotnego jądra - jądra atomu helu, składającego się z dwóch protonów i dwóch neutronów), rozszczepienie jądrowe (absorpcja neutronu przez jądro, a następnie rozpad na dwa lżejsze jądra i emisja kilku neutronów) oraz synteza jądrowa (gdy w wyniku zderzenia dwóch lekkich jąder powstaje cięższe jądro i ewentualnie pozostają lekkie fragmenty lub pojedyncze protony lub neutrony).

Należy pamiętać, że podczas rozpadu alfa jądro doświadcza odrzutu i zauważalnie przesuwa się w kierunku przeciwnym do kierunku emisji cząstek alfa. Jednocześnie odrzut podczas zaniku beta jest znacznie mniejszy i nie jest w ogóle zauważalny w naszym modelu. Wynika to z faktu, że masa elektronu jest tysiące (a nawet setki tysięcy razy - dla ciężkich atomów) mniejsza niż masa jądra.

Fragment lekcji „Reaktor jądrowy”

Cel: sformułowanie pomysłów na budowę reaktora jądrowego, zademonstrowanie jego działania za pomocą komputera.


Komputer pozwala na zmianę warunków

reakcje w reaktorze. Usuwanie napisów

możesz sprawdzić wiedzę uczniów na temat konstrukcji

reaktora, pokaż warunki, w jakich

możliwa jest eksplozja.

Reaktor jądrowy to urządzenie

zaprojektowany do konwersji energii

jądro atomowe na energię elektryczną.

Rdzeń reaktora zawiera substancje radioaktywne

substancja (zwykle uran lub pluton).

Energia uwolniona w wyniku ich rozpadu

atomy, podgrzewa wodę. Powstała para wodna wpada do turbiny parowej; Gdy się obraca, w generatorze generowany jest prąd elektryczny. Ciepłą wodę, po odpowiednim oczyszczeniu, wlewa się do pobliskiego stawu; stamtąd do reaktora dostaje się zimna woda. Specjalna szczelna obudowa chroni środowisko przed śmiercionośnym promieniowaniem.

Specjalne pręty grafitowe pochłaniają szybkie neutrony. Z ich pomocą możesz kontrolować przebieg reakcji. Naciśnij przycisk „Podnieś” (można to zrobić tylko wtedy, gdy pompy pompujące zimną wodę do reaktora są włączone) i włącz „Warunki procesu”. Po podniesieniu prętów rozpocznie się reakcja jądrowa. Temperatura T wewnątrz reaktora wzrośnie do 300 ° C, a woda wkrótce zacznie wrzeć. Patrząc na amperomierz w prawym rogu ekranu możesz być pewien, że reaktor zaczął generować prąd. Odpychając pręty do tyłu, możesz zatrzymać reakcję łańcuchową.

Wniosek nr 4

Wykorzystanie komputera do wykonywania prac laboratoryjnych i ćwiczeń fizycznych.

Dostępne są 4 płyty CD z opracowaniem 72 prac laboratoryjnych, które ułatwiają pracę nauczyciela, czynią lekcje ciekawszymi i nowocześniejszymi. Te opracowania można wykorzystać podczas prowadzenia warsztatu fizycznego, ponieważ. niektóre z nich są poza zakresem programu nauczania. Oto kilka przykładów. Nazwa, cel, wyposażenie, wykonanie pracy krok po kroku - wszystko to jest wyświetlane na ekranie za pomocą komputera.


Praca laboratoryjna: „Badania procesu izobarycznego”.

Cel: eksperymentalne ustalenie związku między objętością a

temperatura gazu o określonej masie w jego różnych

państw.

Wyposażenie: taca, tuba - zbiornik z dwoma kranami,

termometr, kalorymetr, taśma miernicza.

Przedmiotem badań jest powietrze w tubie -

czołg. W stanie początkowym jego objętość jest określona przez

długość wewnętrznej wnęki rurki. Rurkę umieszcza się cewka po wężownicy w kalorymetrze, górny zawór jest otwarty. Do kalorymetru wlewa się wodę 55 0 - 60 0 C. Obserwuje się tworzenie się pęcherzyków. Będą się formować, aż temperatura wody i powietrza w rurze będą równe. Temperatura jest mierzona termometrem laboratoryjnym. Powietrze zostaje przeniesione do drugiego stanu poprzez wlanie zimnej wody do kalorymetru. Po ustaleniu się równowagi termicznej mierzy się temperaturę wody. Objętość w drugim stanie mierzy się długością w rurce (długość pierwotna minus długość dopływającej wody).

Znając parametry powietrza w dwóch stanach ustala się zależność między zmianą jego objętości a zmianą temperatury przy stałym ciśnieniu.

Lekcja - warsztat: „Pomiar współczynnika napięcia powierzchniowego.

Cel: opracowanie jednej z metod określania współczynnika napięcia powierzchniowego.

Wyposażenie: waga, taca, szklanka, zakraplacz z wodą.

Przedmiotem badań jest woda. Wagę ustawia się w pozycji roboczej, wyważa. Służą do określenia masy szkła. Około 60 - 70 kropli wody kapie z popielniczki do szklanki. Określ masę szklanki wody. Różnica mas służy do określenia masy wody w szkle. Znając liczbę kropli, możesz określić masę jednej kropli. Średnica otworu zakraplacza jest wskazana na jego kapsułce. Wzór oblicza współczynnik napięcia powierzchniowego wody. Porównaj uzyskany wynik z wartością z tabeli.

Silnym uczniom możesz zaoferować przeprowadzenie dodatkowych eksperymentów z olejem roślinnym.