О программе

H.3. Методика работы с компьютерным курсом

H.3.7. Как составлять практические задания к компьютерным моделям

Прежде всего, на основе вашего поурочного плана определите, какие компьютерные модели вы сможете использовать при объяснении нового материала и/или предложить учащимся для работы в компьютерном классе. Для этой цели вам также может оказаться полезной информация, размещенная в следующем параграфе: «Модели компьютерного курса в программе по физике для 10 класса».

Далее имеет смысл к каждой выбранной модели составить таблицу, в которую следует занести названия параметров, которые может изменять пользователь, обозначения этих параметров, пределы и шаг их изменения. В эту таблицу также следует занести аналогичную информацию о параметрах модели, которые рассчитываются компьютером при выполнении экспериментов, и выводятся на экран монитора. Для создания такой таблицы нужно открыть соответствующую модель, определить диапазоны изменения регулируемых параметров, а затем провести несколько опытов с крайними значениями этих параметров. Такие эксперименты позволят вам определить предельные значения и шаг расчёта параметров, которые рассчитываются компьютером в ходе экспериментов.

Рассмотрим в качестве примера компьютерную модель «Равноускоренное движение тела».

Рисунок H.3.7.1. Вид окна модели «Равноускоренное движение тела»

Поработав несколько минут с указанной моделью, вы сможете составить таблицу её параметров. Примерный вид такой таблицы показан ниже.

Таблица. Параметры модели «Равноускоренное движение тела».

При работе с любой моделью аналогичная таблица совершенно необходима для планирования экспериментов и составления заданий, так как, в отличие от персонального компьютера, может быть всегда под рукой.

Матрица. Значения параметров модели «Равноускоренное движение тела».

Для заполнения, как таблиц, так и матриц можно привлечь слабых учеников, которым более сложные задания, например, по решению задач с компьютерной проверкой, явно не по силам. Как показывает опыт, слабые ученики с большим энтузиазмом выполняют эксперименты, хотя бы и однотипные, хорошо осваивают модели и впоследствии даже могут придумать и сформулировать собственные задачи. Такая работа оказывается чрезвычайно полезной как для самих учеников, так и для учителя, так как существенно экономит его время.

На основании любой строки матрицы можно сформулировать несколько задач. Отметим, что в качестве расчётных задач с последующей компьютерной проверкой предпочтительнее, так называемые, обратные задачи. Дело в том, что ответы к прямым задачам некоторые учащиеся предпочитают получать, установив значения числовых параметров модели в соответствии с условием задачи и поставив эксперимент. После получения ответа решать задачу им, как правило, уже неинтересно. Разумеется, и обратную задачу учащиеся могут пытаться «решать» экспериментальным путём, подбирая числовые значения параметров и ставя эксперименты. Однако, это занятие более длительное и не столь привлекательное, так как требует значительного количества однотипных экспериментов и не всегда приводит к нужному результату. В то же время, если задача на бумаге решена правильно и первый же эксперимент согласуется с ответом, учащиеся получают моральное удовлетворение гораздо большее, чем от ответа, полученного обманным путём. По указанной выше причине прямые задачи лучше давать в виде экспериментальных задач или заданий.

Приведём примеры прямых и обратных задач к модели «Равноускоренное движение тела», составленных с использованием выше приведенной матрицы.

Равномерное движение

Экспериментальные задачи (прямые)

1. Пешеход начинает движение из начала координат и движется равномерно со скоростью 0,5 м/с. Определите его координату через 200 с и пройденный им путь. (100 м, 100 м).
2. Пешеход начинает движение из начала координат и движется равномерно со скоростью –0,4 м/с. Определите его координату через 100 с и пройденный им путь. (–40 м, 40 м).

Расчетные задачи (обратные)

1. Спортсмен начинает движение из начала координат и движется с постоянной скоростью 0,8 м/с. Определите время его движения, если он пробежал 40 м. (50 с).
2. Спортсмен, двигаясь в отрицательном направлении оси OX, за 40 с пробежал 24 м. Определите проекцию его скорости на ось OX. (-0,6 м/с).

Равноускоренное движение

Экспериментальные задачи (прямые)

1. Бегун начинает движение без начальной скорости и движется с ускорением 0,1 м/с². Определите его скорость и координату через 50 с. (5 м/с, 125 м).
2. Начальная скорость движения бегуна составляла 1,0 м/с. Определите его скорость через 10 с и пройденный им путь, если на протяжении всего движения проекция его ускорения на ось OX составляла –0,1 м/с². (0 м/с, 5,0 м).
3. Спортсмен начинает движение из начала координат с начальной скоростью 1,0 м/с, причём проекция его ускорения на ось OX составляет -0,1 м/с². Через какое время после начала движения он опять окажется в начале координат? (20 с).

Расчетные задачи (обратные)

1. Спортсмен начал движение с некоторой начальной скоростью и двигался с ускорением 0,05 м/с² в течении 60 с, причём в конце движения его скорость составила 3,5 м/с. Определите начальную скорость спортсмена и пройденный им путь. (0,5 м/с, 120 м).
2. Пешеход начал движение из начала координат в отрицательном направлении оси OX с начальной скоростью 0,5 м/с. Проекция ускорения на протяжении всего движения пешехода составляла 0,05 м/с². Определите сколько времени двигался пешеход, если пройденный им путь равен 25 м. (40 с).
3. Пешеход совершал равноускоренное движение с начальной скоростью 0,4 м/с и через 80 с вернулся в исходную точку. Определите проекцию ускорения пешехода на ось OX и пройденный им за это время путь. (–0,01 м/с², 16 м).

Приведём также в качестве примера таблицу параметров для компьютерной модели «Движение тела, брошенного под углом к горизонту».

Вид окна модели «Движение тела, брошенного под углом к горизонту»

Из таблицы видно, что данную модель можно применять при изучении следующих видов движения:

1. свободное падение тела без начальной скорости,
2. движение тела, брошенного вертикально вверх,
3. движение тела, брошенного горизонтально,
4. движение тела, брошенного под произвольным углом к горизонту (как с поверхности земли, так и с некоторой высоты).

Надеемся, что читателю уже понятно как составить матрицу с числовыми параметрами и сформулировать задачи на её основе. Мы же приведём в данном случае несколько задач из широко известного школьного задачника А. П. Рымкевича 1996 г. (в скобках указаны номера задач по задачнику 1988 г. издания), которые можно использовать при работе с данной моделью.

• Стрела, выпущенная из лука вертикально вверх, упала на землю через 6 с. Какова начальная скорость стрелы и максимальная высота подъёма?
• (194). Во сколько раз надо увеличить начальную скорость брошенного вверх тела, чтобы высота подъёма увеличилась в 4 раза?
• (203). Мальчик бросил горизонтально мяч из окна, находящегося на высоте 20 м. Сколько времени летел мяч до земли и с какой скоростью он был брошен, если он упал на расстоянии 6 м от основания дома?
• (204). Как изменится время и дальность полёта тела, брошенного горизонтально с некоторой высоты, если скорость бросания увеличить вдвое?
• (205). Как и во сколько раз надо изменить скорость тела, брошенного горизонтально, чтобы при высоте, вдвое меньшей, получить прежнюю дальность полёта?
• Вратарь, выбивая мяч от ворот (с земли), сообщает ему скорость 20 м/с, направленную под углом 50° к горизонту. Найти время полёта мяча, максимальную высоту поднятия и горизонтальную дальность полёта.
• (214) С балкона, расположенного на высоте 20 м, бросили мяч под углом 30° вверх от горизонта со скоростью 10 м/с. Найти: а) координату мяча через 2 с; б) через какой промежуток времени мяч упадёт на землю; в) горизонтальную дальность полёта.

Из приведённых примеров видно, что с использованием модели «Движение тела, брошенного под углом к горизонту» можно проиллюстрировать самые разнообразные задачи.

Возможно, у вас, уважаемый терпеливый читатель, возникли законные вопросы: «Зачем такие сложности? К чему эти таблицы и матрицы? Почему бы ни сесть просто за компьютер, открыть нужную модель, и немного с ней поэкспериментировав, подготовить несколько задач или демонстрационных опытов?». Конечно, если вы только начинаете работать с «Открытой Физикой», и предполагаете при объяснении материала показать несколько опытов или провести пробный фрагмент урока в компьютерном классе, то так и следует сделать. Автор ещё помнит, что и сам начинал подобным образом. Однако, если вы нацелены на серьёзную и длительную работу с курсом, а ведь только так можно добиться существенного учебного эффекта, то без описанных выше «сложностей» вам не обойтись. На самом деле (вскоре вы в этом убедитесь) описанные приёмы только облегчат вашу работу и сэкономят уйму времени. Представьте себе, что неожиданно интересная идея по использованию модели на уроке возникла у вас на очередном педсовете, на котором обсуждаются проблемы информатизации учебного процесса, или в другой ситуации, когда компьютер или диск с курсом недоступны. Если же вы вникли в содержание модели, то одного беглого взгляда на таблицу с параметрами вам будет достаточно, чтобы понять, можно ли использовать модель в интересующих вас целях. Матрица же поможет вам составить любое, осуществимое в рамках модели, задание или лабораторную работу. Кроме того, раз уж авторы компьютерного курса создали такие замечательные модели, то почему бы ни использовать предоставленные возможности полностью, а в этом случае без описанных выше приёмов вряд ли можно обойтись.