Главная Коллекция "Revolution" Педагогика Компьютерные технологии в подготовке будущего учителя физики

Компьютерные технологии в подготовке будущего учителя физики

Методика использования системы Maple на практических и семинарских занятиях по электродинамике, способствующая развитию познавательной активности студентов. Эффективность использования системы на уроках физики в специализированных классах средней школы.

Рубрика Педагогика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 05.11.2018
Размер файла 653,8 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Компьютерные технологии в подготовке будущего учителя физики

А.В. Силантьев, старший преподаватель кафедры физики Марийского государственного педагогического института им. Н.К. Крупской

Предложена методика использования системы Maple на занятиях по электродинамике, способствующая развитию познавательной активности студентов. Показано, как можно использовать эту методику при обучении школьников.

Ключевые слова: компьютерные технологии, электродинамика, решение задач, моделирование.

Computer technologies in training of THE fUTURE

teacher of physics

Silant'ev A.V.

Method is proposed for using Maple on works of electrodynamics. This method evolves cognition of students. It is shown how this method can be used in pupils' training.

Keywords: computer technologies, electrodynamics, solving problems, modeling.

Применение инновационных подходов к процессу обучения приобретает в последние годы особую значимость в связи с информатизацией системы образования и внедрением новых компьютерных технологий в учебный процесс. Внедрение новых компьютерных технологий в практику обучения физике является эффективной формой повышения качества подготовки и обуславливает переход от традиционной методики преподавания физики к обучению физике с использованием новых компьютерных технологий [1].

Электродинамика как один из важных разделов физики используется в самых различных областях науки и техники. Будущий учитель физики обязан, не вдаваясь в математические и физические детали, на доступном для учащихся уровне излагать суть того или иного электромагнитного явления или устройства. Для этого необходимо строить модели рассматриваемых явлений, проводить компьютерное моделирование и исследование физических моделей.

Нами разработана и опробована технология проведения практических и семинарских занятий студентов-физиков по электродинамике в педагогическом институте с использованием системы Maple [2]. Студентам предлагаются для решения задачи, взятые из стандартных задачников по электродинамике, на примере которых можно не только разобрать математические методы решения задач, но и довольно подробно проанализировать физическое явление. Студенты с помощью системы Maple получают ответ задачи в виде конечной формулы, строят двумерные или трехмерные графики, делают анимацию, исследуют влияние на физический процесс различных параметров системы.

Данную технологию мы использовали также на уроках физики в специализированных классах средней школы. Система Maple позволяет школьникам достаточно просто решать задачи, сводящиеся к решению дифференциальных уравнений, к вычислению производных и интегралов, а также других достаточно сложных математических конструкций. При этом мало знакомые школьникам понятия, такие как дифференциальные уравнения, интегралы и производные можно заменить понятием оператор, с которым учащиеся хорошо знакомы по курсу информатики.

В качестве примера рассмотрим задачу нахождения потенциала и напряженности электрического поля равномерно заряженной прямолинейной бесконечной нити с линейной плотностью е, рис. 1.

Нетрудно показать, что для бесконечной равномерно заряженной нити вектор напряженности электрического поля в каждой точке пространства ортогонален нити, а его модуль вычисляется следующим образом:

(1)

maple физика познавательный компьютерный

Рис. 1 Рис. 2

Этот интеграл можно вычислить в системе Maple:

> h:=r*tan(t);

> E:=e*int((cos(t)*diff(h,t)/(r^2+(h)^2)), t=-Pi/2 ..Pi/2);

Поскольку электрическое поле бесконечной заряженной нити обладает цилиндрической симметрией, можно показать, что имеет место соотношение . Подставляя в него (1), получим . Таким образом, задача свелась к решению дифференциального уравнения. С помощью системы Maple находим решение данного дифференциального уравнения:

> dsolve(diff(ц(r),r)+2*e/r);

(2)

где _С1 - константа интегрирования, которая находится из граничных условий. В данном случае ее можно принять равной нулю.

Обычно при проведении занятий по электродинамике решение рассмотренной выше задачи завершается получением формул (1) и (2). Студенты не всегда видят, что скрывается за этими формулами. Для того чтобы студенты получили от решения задачи более глубокие знания, результаты задачи следует визуализировать и провести моделирование различных ситуаций. Моделирование осуществляется также в системе Maple с использованием операторов, предназначенных для построения конформных отображений. Поэтому на рисунках появляются широкие линии, не имеющие отношения к электростатике.

Рис. 3 Рис. 4

Рис. 5 Рис. 6

В системе Maple набор эквипотенциальных и силовых линий в плоскости XOY в случае одной бесконечной заряженной нити можно изобразить с помощью следующих команд:

> restart:with(plots):

> p1:=contourplot(Re(-ln(x+I*y)),x=-5..5,y=-5..5,grid=[30,30],contours=30,coloring=[cyan,blue]):

> p2:=contourplot(Im(-ln(x+I*y)),x=-5..5,y=-5..5,grid=[30,30],contours=30,coloring=[red,red]):

> plots[display]([p1,p2],scaling=constrained);

Результат визуализации изображен на рис.2.

Изменив операторы, можно построить изображение электрического поля нескольких заряженных нитей. На рисунках 3 и 4 изображены эквипотенциальные и силовые линии двух одноименно заряженных бесконечных нитей с одинаковой и различной плотностью заряда. На рисунках 5 и 6 изображены структуры электрического поля в случае разноименно заряженных нитей.

Использование системы Maple на занятиях по электродинамике способствует повышению уровня усвоения знаний, развитию мышления студентов, стимулирует их активную работу. Пакет Maple можно использовать как рабочий инструмент для анализа физических систем, явлений и процессов и применять на занятиях всех типов: лекционных, семинарских, практических и лабораторных. Учащиеся в классах с углубленным изучением физики и информатики с помощью системы Maple могут решать качественно новые задачи, ранее им не доступные.

Литература

1. Гурина Т.А. Использование компьютера в процессе обучения решению физических задач. V международная научная конференция "Физическое образование: проблемы и перспективы развития". - М: МПГУ, 2006.

2. Говорухин В.Н., Цибулин В.Г. Введение в Maple. - М: Мир, 1997.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены