Моделирование и физика
Ставропольский
край,
Курский
район, ст. Курская
Муниципальное
общеобразовательное учреждение
средняя
общеобразовательная школа №1
Учитель
информатики Переверзева Елена Геннадьевна
Тип урока: применение
знаний на практике
Форма урока: урок
представления проектов.
Структура урока:
организационный, постановка цели, проверка домашнего задания и актуализация
знаний, оперирование знаниями, умениями и навыками при решении практических
задач, представление отчета о выполнении работы, определение домашнего задания.
На уроке ученики, основываясь на ранее приобретенных знаниях, представляют
результаты практической деятельности.
Цель урока - применение
знаний на практике.
Задачи:
образовательные:
научить применять полученные знания на практике.
воспитательные:
вовлечь в активную деятельность, совершенствовать коммуникативные навыки.
развивающие: развивать
познавательный интерес к окружающей жизни, умения выступать и защищать свою точку зрения.
1. Актуализация
знаний
1. Что такое модель?
Какие виды моделей бывают?
Этапы создания моделей.
Перечислить основные этапы разработки и исследования моделей
на компьютере.
Вывод: Моделирование – метод познания
2. Проверка домашнего
задания, работа с тестом онлайн «Тест МОДЕЛИРОВАНИЕ»: http://ielf.ucoz.ru/blog/modelirovanie/2012-02-11-40
3. Представление
проектов
Проект 1 «Модель перколяции»
Актуальность
и необходимость представленного продукта.
Школьные программы не отражают
развития современной науки и техники и открытий, сделанных за последние годы,
которые стали важными в совершенствовании теории и технических устройств.
Например, открытие и изучение явления перколяции, которое было сделано в 1957 г. английскими учеными
Броандбентом и Хаммерсли, при решении практической задачи ([1] А. Л. Эфрос
«Физика и геометрия беспорядка» Библиотечка «Квант», вып. 19, «Наука», 1982г.)
по расчету оптимального размера фильтра для противогазовой маски, в которой
человек мог жить и работать. В качестве основного элемента, пористого вещества,
использовался уголь, в лабиринтах его пор газ должен был осаждаться на стенках
(адсорбция). Известная теория диффузии (лат. diffusio — распространение,
растекание, рассеивание) о процессах переноса материи или энергии из области с
высокой концентрацией в область с низкой концентрацией, не позволяла
теоретически объяснить процессы, происходящие в угольном фильтре. В результате
диффузии, перемешивании газов, жидкостей, твердых тел, среда становится
однородной, но в случае с угольным фильтром - среда еще неоднородна, но фильтр
уже не годен.
Перед учеными возникли проблемы:
даже если газ пройдет не во все поры фильтра, человек пострадает; чтобы газ не
прошел, фильтр должен быть огромным!!! плотным… через огромный, плотный фильтр
газ не пройдет, но… сможет ли человек
работать с таким фильтром? Необходимость расчета оптимального размера фильтра,
при котором человек мог жить и работать, привела к открытию, изучению и использованию нового физического явления,
которое было названо ими перколяцией.
Перколяция – (от лат. регсоlare –
процеживать, обесцвечивать; от англ. percolation – протекание, просачивание) регулярное движение в случайной
среде (электрический ток, движение жидкости). Явление названо по аналогии с
процессом приготовления настойки методом, предложенным во Франции Рибике в 1883
году. В специальных емкостях, перколяторах, представляющих собой цилиндр с
ложным дном и краном внизу, идет непрерывная фильтрация, процеживание
экстрагента сквозь слой сырья.
Инструкция по работе
с программным продуктом:
«Модель критического явления»
Запустите Приложение 3, Вариант
2, не отключая макросы (если макросы отключены, то зайти в Главном меню Сервис
→ Параметры → Безопасность → Безопасность макросов → Средняя (Низкая))
Нажмите на кнопку «Создайте узлы
структуры» (Узлы структуры создаются случайным образом)
Найдите точку отсчета, нажав на
кнопку «Точка отсчета» (если в верхнем ряду нет «нужных» элементов, то
программа автоматически завершится, выдав сообщение «stop». Если точка отсчета
найдена, то она будет выделена красным цветом, после этого можно переходить к
следующему этапу.
«Поиск соседей» позволяет
определить соседей, находящихся рядом и ниже по созданному объекту.
Кнопка «Явление?» автоматически
определяет произошло ли явление в полученной структуре, сообщая об этом «yes»
или «no». На этом данный эксперимент
окончен.
Для запуска нового эксперимента
нужно опять нажать кнопку «Создайте узлы структуры».
Программа совместима с ALT Linux
6.0 LibreOffice Calc (версия для школ), но необходимо удалить в программе
«Randomize Timer» при запуске первой кнопки.
Итоги работы: создан
программный продукт, позволяющий понять смысл нового физического явления –
перколяции.
Проект 2 «Лего-роботы»
Актуальность и
необходимость представленного продукта
Уже с рождения мы слышим, что нас
скоро будут окружать умные, добрые, интересные помощники - роботы, но в
реальной жизни их пока нет. Датская компания «ЛЕГО» выпустила мехатронный
конструктор, Lego Mindstorms NXT, который объединяет механику, электронику и кибернетику
(программное управление компьютером). Конструктор Lego Mindstorms NXT 9797 – это современное поколение
киберконструктора, в нем содержатся: микрокомпьютер, датчики, моторы, благодаря
электронным устройствам он обладает новыми возможностями. В настоящее время на
русском языке практически нет учебников для обучения работе с компьютером «с
нуля».
Цель проекта: построить
действующую модель с использованием школьного киберконструктора Lego Mindstorms NXT 9797
Задачи проекта:
изучить возможности
киберконструктора Lego Mindstorms NXT 9797;
познакомиться
с программным обеспечением NXT-G и научиться создавать программируемые модели.
Lego механизмы
Первые модели можно построить,
используя встроенную оболочку микрокомпьютера Lego Mindstorms NXT 9797 не используя компьютер. Простая
модель, использующая моторы, может выполнять команды «вперед», «назад», «стоп».
Для выполнения более сложных команд и использования датчиков необходимо
использовать специальные среды программирования. В данном проекте использован
официальный язык NXT-G, включенный в пакет Lego Mindstorms NXT 9797, и поставляемый вместе с
конструктором. Это специальный графический язык программирования, в котором
программы создаются с использованием стандартных блоков. Программа создается на
рабочем поле, каждый блок обладает определенными свойствами, которые можно
изменять в программе. Как любой язык программирования, язык NXT-G позволяет создавать линейные, разветвляющиеся и циклические
алгоритмы.
Первая модель (приложение 1)
Базовая машина-робот, которую
можно построить быстро, чтобы запустить первый тест и использовать для основы
других моделей.
Для управления роботом необходимо
создать программу, скачать и загрузить в память NXT, которая проверяет шесть
различных видов вождения (все с использованием блока движения):
1. Движение прямо вперед;
2. Движение прямо в обратном
направлении;
3. Вращение на месте (поворот
колес в противоположных направлениях);
4. Поворот двумя двигателями
направо;
5. Поворот одним двигателем
налево (одно колесо поворачивается, другое нет);
6. Поворот одним двигателем
направо.
Итоги работы: изучены некоторые возможности школьного
киберконструктора Lego Mindstorms NXT 9797 и программного обеспечения NXT-G, построены действующие модели.
4. Итог урока: сделан вывод о важности изучаемого материала,
определены перспективные планы работы по конструированию.
