Интерактивное изучение законов сохранения в механике

Размещено на http://www.allbest.ru/

48

Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова

ИНТЕРАКТИВНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ

Гетманова Е. Е.

Использование информационных технологий в образовании, позволяет повысить его эффективность и перейти к новым инновационным методам обучения. Инновационность методов обучения определяется, во-первых, в расширении методов обучения за счет появления новых источников учебной информации, во-вторых, возможностью использования виртуальной среды обучения. Одним из методов, позволяющих проектировать высококачественные информационные материалы, является использование анимационного графического моделирования, на базе которого создаются новые интерактивные учебники. В частности, использование компьютерной графики позволяет моделировать физические процессы и явления, то есть представлять физические процессы в наглядной динамической форме.

Все это позволяет приблизить численный эксперимент к естественному опыту. Работа с такой моделью интересна, развивает модельное мышление, учит студентов понимать характер важнейших уравнений физики, развивает интуицию. компьютерный образование анимационный графика

Компьютерный эксперимент включает построение и исследование модели. Он позволяет точно воспроизводить условия, необходимые для осуществления физического процессы, моделировать разнообразные условия протекания явления, наблюдать развитие явления в пространстве и во времени, останавливать и возобновлять эксперимент, повторяя его необходимое число раз. В частности, Flash технологии позволяют визуализировать физические процессы. Законы кинематики и динамики (движение тела, брошенного вертикально вверх, под углом к горизонту, закон сохранения импульса при неупругом соударении и т.д.) промоделированные с помощью Flash технологий применялись при изложении соответствующего материала [1, 2] и показали эффективность подобного подхода в образовании.

В работе представлены Flash фильмы, моделирующие упругие соударения и столкновения, при которых происходит взаимопревращение поступательного движения и вращения. Представленные фильмы использовались при объяснении соответствующего материала студентам Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. Они также могут с успехом использоваться в дистанционном образовании. Следует отметить, что задача об упругом соударении, рассматривались как сложная задача теоретической физики. Применение компьютерных технологий, благодаря визуализации, возможности изменения параметров взаимодействующих тел, делает подобного рода задачи более понятными и запоминающимися, что дает возможность переводить полученные знания в практическую плоскость.

Интерфейс фильма, с помощью которого изучают упругие столкновения, показан на Рис. 1.

Столкновения объектов рассмотрены как в лабораторной системе, так и в системе центра масс. Пользователи вводят прицельный параметр, скорости и массы взаимодействующих объектов. После нажатия кнопки вначале фиксируется положение объектов, а затем запускается анимация. При выполнении данной работы учащиеся рассматривают случаи центрального и нецентрального ударов тел одинаковой массы. Убеждаются, что в случае, если одно из тел до взаимодействия находится в состоянии покоя, то разлет тел для нецентрального удара происходит под прямым углом (Рис. 1). Для лучшего запоминания явления, траектории тел после соударения, прочерчиваются линиями. Также рассматриваются соударения тел для случая, когда массы существенно отличаются. Величины углов разлета в лабораторной системе и скорости тел после взаимодействия выводятся на экран.

Пояснение законов сохранения момента импульса, импульса и механической энергии сопровождается демонстрацией фильма (Рис. 2), демонстрирующем соударение двух шаров, которые до столкновения не вращаются, а после столкновения «закручиваются». Вследствие закона сохранения импульса, импульсы центров инерции двух шаров, как до, так и после столкновения направлены навстречу друг другу и равны по величине.

Рис. 1

В результате «закручивания» шары приобретают собственные моменты импульса. Из закона сохранения момента импульса следует, что появление собственного момента импульса (вращения вокруг собственной оси) приводит к уменьшению момента импульса относительно центра масс системы, т. е. к уменьшению прицельного параметра. Поскольку механическая энергия системы сохраняется, то возникновение кинетической энергии вращательного движения, приведет к уменьшению кинетической энергии поступательного движения, и шары после взаимодействия, станут двигаться медленнее. Импульсы двух шаров будут равными, но величина импульса уменьшится по сравнению с его значением до соударения.

Рис. 2

Значения прицельных параметров до и после столкновения, выводятся на экран. Для улучшения зрительного восприятия вращательного движения сегменты шаров покрашены в различные цвета. При запуске анимации видно, как шары до взаимодействия не вращаются, а после соударения начинаются вращаться и двигаться с меньшей скоростью. Явление сопровождается визуализацией траекторий движения тел, Расстояние между траекториями тел до и после взаимодействия позволяют фиксировать уменьшение прицельного параметра. Таким образом, учащиеся знакомятся с взаимопревращением различных видов энергии, основанных на законах сохранения импульса, момента импульса и механической энергии.

Представленные Flash фильмы являются хорошей основой для изучения физического явления при самостоятельной работе. Они также весьма эффективно могут использоваться в дистанционном образовании. Недостаточная лабораторная база на месте обучения приводит к необходимости вводить компьютерное интерактивное моделирование. Кроме того, студенты заочной и дистанционной форм обучения, нацелены на получение конкретных знаний при выполнении лабораторного практикума.

Изложенный подход в изучении физики имеет ряд преимуществ по сравнению с обычным методом объяснения материала. Во-первых, наглядность, что позволяет быстро осваивать материал, во-вторых, возможность работать самостоятельно, что соответствует европейским стандартам образования, где 60% материала студенты должны осваивать самостоятельно.

Следует отметить также красивую компьютерную Flash графику, что делает интерфейс более привлекательным и тем самым лучше запоминающимся по сравнению с другими пакетами. Подобные Flash фильмы напоминают учащимся скорее компьютерные игры, чем «сухой» урок физики и привлекают возможностью создать компьютерную игру, но только с использованием физических законов.

Проведение лекционных и практических занятий с использованием представленных мультимедийных фильмов доказали эффективность использования последних для повышения объема восприятия, усиления внимания, развития памяти и интеллекта, активизации мыслительной деятельности путем вовлечения образной сферы человека в процесс обучения.

Список использованной литературы

1. Гетманова Е. Е. Интерактивное изучение физики // Теорія и методика изучения математики, физики, информатики: Сборник научных работ. - Кривой Рог, 2008. Вып. VII. Т. 2.

2. Гетманова Е. Е. Интерактивный учебник для изучения динамики // Перспективы инновации в науке, образовании, производстве и транспорте: Материалы Международной научно-практической конференции, 20-30 июля 2008, Одесса.

Размещено на Allbest.ru