Розробка уроку "Моделювання смартфону" - 9 клас

 

Розробка бінарного уроку з фізики та інформатики

Моделювання смартфону у 9 класі

 

 

Мета уроку: формувати ключові компетенції: математична грамотність; уміння навчатися усе життя; екологічна грамотність та здорове життя; сформувати розуміння електромагнітних хвиль у природі та техніці на прикладі  радіозв’язку та світлових явищ, а саме: освітленості, впливу досліджень у фізиці на розвиток суспільства, знання про стільниковий мобільний радіозв’язок; застосувати практичні вміння під час моделювання (конструювання) мобільного телефона за допомогою програмних засобів; підвищити зацікавленість учнів до вивчення фізики та інформатики; поглибити знання з даних тем позапрограмним матеріалом.

Очікувані результати: учні повинні розуміти принцип здійснення стільникового мобільного радіозв’язку, швидко відшукувати необхідну інформацію за темами, вміти креативно використовувати отриману інформацію на практиці, засвоювати конкретні знання з фізики та технологій, «апгрейд» інтелектуальних та комунікативних навичок.

Тип уроку: інтегрований фізика – інформатика.

Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, мобільні телефони, підручник.

Хід уроку

І. Організаційний етап (фізика – інформатика)

1. Яка інформація мене тут чекає?

2. Як працює мобільний телефон?

3. Чому мобільний зв’язок називається стільниковим?

4. Чому деякі авіакомпанії просять пасажирів вимикати мобільний телефон?

5. Як задіяні фізика та хімія в конструкції телефона?

6. Які фундаментальні та практичні знання мені стануть у пригоді?

7. Як впливає мобільний телефон на людину?

II. Актуалізація опорних знань та вмінь (фізика – інформатика)

1. Яка ділянка на шкалі електромагнітних хвиль є найбільшою? (Радіохвилі).

2. Яке практичне застосування радіохвиль?

3. Що таке моделювання та види моделі?

4. Які програмні засоби використовують для комп’ютерного моделювання?

IІІ. Вивчення нового матеріалу (фізика)

1. Властивості радіохвиль

Радіохвилі з різними довжинами хвиль по-різному поширюються біля поверхні Землі. Радіозв’язок здійснюють на довгих (10000-1000 м), середніх (1000-100 м), коротких (100-10 м) та ультракоротких (менш ніж 10 м) хвилях.

Зупинимося лише на застосуванні ультракоротких радіохвиль (завдовжки від кількох сантиметрів до кількох метрів).

Ультракороткі радіохвилі

– поширюються в межах прямої видимості;

– можна посилати вузькими пучками (менш розсіюються, що дозволяє застосовувати менш потужні передавачі та простіше приймати).

Проблемне питання

Де застосовують ультракороткі радіохвилі? (Радіолокації, бездротовий зв’язок, супутникове телебачення).

1. Світлові явища. Освітленість

Освітленість – фізична величина, що дорівнює  світловому  потоку,  який падає

 

на одиницю освітленої поверхні (лк, «люкси» – її одиниця вимірювання):

E=Ф*S

де Ф – світловий потік; S – площа, що освітлюється (у квадратних метрах).

За цим співвідношенням можна вирахувати світловий потік, що спрямовується на екран мобільного телефона за різних умов. Отже, важливою є не тільки яскравість екрана, але й освітленість під час користування ним.

3. Стільниковий зв’язок

Стільниковий зв’язок – один із видів мобільного радіозв’язку, в основі якого лежить стільникова мережа (частотою від 450 до 3000 МГц).

Основні складові стільникової мережі: стільникові телефони, базові станції, центри комутації.

Коли ви вмикаєте телефон, він починає «прослуховувати» ефір і вловлює сигнал базової станції того стільника, де ви на даний момент перебуваєте. Після цього телефон випромінює радіосигнал – посилає станції свій ідентифікаційний код. Відтоді телефон і станція підтримуватимуть радіоконтакт, періодично обмінюючись сигналами.

Описаними процесами «керують» центри комутації, які пов’язані з базовими станціями дротовими каналами зв’язку.

Центр комутації безперервно «відстежує» місце перебування вашого мобільного телефона. Він «передає» вас, як естафетну паличку, від однієї базової станції до іншої, коли ви «подорожуєте» зі стільника в стільник,  здійснюється вихід на інші мережі (можете зателефонувати на номер іншого оператора або стаціонарний телефон, скористатись Інтернетом).

4. Радіолокація

Радіолокація – спосіб виявлення, розпізнання та визначення місця розташування об’єктів за допомогою радіохвиль.

Радіолокатор (радар) – забезпечує випромінювання радіохвиль, а також приймання радіохвиль, які відбиваються від об’єкта.

Режими роботи радіолокатора:

– пошук (сканування) антена радіолокатора весь час сканує простір (наприклад, повертається по горизонталі й одночасно рухається вниз-угору);

– спостереження антена весь час направлена на обраний об’єкт.

Проблемне питання

• Як працює радіолокатор?

Радіосигнал, який посилає радіолокатор, являє собою дуже потужний імпульс. Щойно імпульс послано, антена радіолокатора автоматично перемикається на прийом: радіолокатор «слухає» ефір, чекає на відбитий сигнал.

Через певний інтервал часу (значно більший за тривалість імпульсу) антена знову перемикається на радіопередавач і радіолокатор посилає наступний імпульс.

Відстань s до об’єкта визначають за часом t проходження радіоімпульсу до цілі й назад.

 

 

5. Застосування радіолокації

Застосування радіолокації:

           1. Повітряні, морські й океанські судна (за допомогою радіолокатора штурман судна може знайти вільні проходи між хмарами або айсбергами, уникнути зіткнення з іншими суднами в негоду, уточнити курс, визначити місце свого розташування).

           2.  Аеропорти (допомагають здійснити посадку повітряних суден).

           3. Морські порти (встановлені вздовж узбережжя, забезпечують безпечний вхід кораблів у порт).

 

          4.  Наукові дослідження (скла-дання карти рельєфу земної поверхні, дослідження щільності рослинного покриву).

           5.    Метрології.

           6. Сільському та лісовому господарствам (виявити лісову пожежу, визначити склад ґрунту).

           7. Космічні дослідження (запуски та посадки космічних апаратів; уточнено відстані до Місяця, Венери, Марса; визначення рельєфу планет).

IV. Узагальнення вивченого матеріалу з теми «Моделювання» (інформатика)

1. Штучний Інтелект

            1.1. Мобільний телефон воло-діє штучним інтелектом. Адже мобільний телефон (його операційна система) здатен приймати рішення: яка програма чи додаток «зависла» і її варто закрити, яку контекстну рекламу вам запропонувати тощо.

1.2. Приклади такого штучного інтелекту – Android та iOS.

1.3. Обидві операційні системи мають такі ознаки штучного інтелекту:

а) здатність вибирати і приймати оптимальні рішення на основі раніше отриманого життєвого досвіду й аналізу зовнішніх впливів (будь-який інтелект опирається на діяльність);

б) найголовнішою відмінністю програмного забезпечення справжнього штучного інтелекту від простих додатків полягає в можливості «мислити» образами. (За допомогою образного мислення сьогодні стали доступними такі технології, як стиснення і кодування інформації, обробка біометричних образів, оптимізація гами передавання кольору, подібний пошук, аналіз сенсу зображень, автоматична каталогізація інформації, алгоритми розпізнавання та класифікації образів).

1.4. Штучний інтелект – перспективний напрямок технологічного розвитку.

2. Мобільний телефон у суспільстві.

2.1. Мода.

Не встигне з’явитися нова модель, навіть не в продажу, а в попередній рекламній кампанії, як на неї починається ажіотажний попит. Мобільні телефони стають «немодними», навіть не встигнувши технічно застаріти. Значним чином телефон стає «статусним» атрибутом, віддзеркалюючи усі зміни життя. Вдалі рекламні кампанії спонукають модників «апгрейдити» свій телефон до омріяної новинки. Навіть незважаючи на їх ціну, що «пожвавлює» ринок споживчих кредитів, багато хто хоче новий телефон вже зараз, а платити за нього «колись і поступово».

Плинність моди підганяє технології, сприяє їх розвитку. Але важливо, щоб розумний підхід не зробив із такої моди самоціль: купувати нове лише заради статусу, а не заради можливостей.

Хоча для багатьох людей питання статусності також дуже важливе, оскільки вони звертають увагу на бренди. Технологія «розкрутки» брендів дозволяє товару ставати таким, що легко впізнається. Це дозволяє, в свою чергу, отримувати додатковий прибуток від так званих «нематеріальних активів», до яких належать торгові марки, бренди, патенти. Результат: товар-бренд має переваги як для виробника, так і для споживача.

Такі товари, як автомобілі, годинники та смартфони, називають тривекторними, оскільки вони задовольняють одразу три споживацькі потреби. Наприклад, автомобіль може розглядатися як зручний транспортний засіб, професійний засіб та предмет престижу.

Така ж ситуація і з годинником. Він може бути красивим, може просто показувати час, може бути показником статусу власника.

Смартфони також можуть виконувати мінімальну кількість потрібних користувачу функцій, можуть бути показником «сучасності» користувача, а можуть бути предметом престижу.

З одного боку, ставлення до третього «вектора» (показник престижу) в суспільстві переважно негативне. Але, з іншого боку, саме він визначає перспективи розвитку нових технологій і споживчих якостей товару.

2.2. Завдання:

Запропонуйте (змоделюйте) власний варіант модного телефона для дівчат і для хлопців.

2.3.Акселеративні активності

«Перекладач на мову емодзі»

МЕТА: активізувати фантазію, творчість, кмітливість, «увімкнути» гарний настрій, набути гарних навичок та компетенцій: вміння концентруватися, грамотності, навичок швидкого друку  на клавіатурі, позитивного мислити, кмітливості.

Суть гри: вчитель пропонує учням «перекласти» невеличкий фрагмент тексту якогось  відомого твору чи вірша за допомогою смайликів-емодзі, які зазвичай використовуються у мобільному листуванні чи мережевому спілкуванні. Виграє автор найцікавішого та найточнішого перекладу.

V. Закріплення нових знань і вмінь (фізика)

1. Радіосигнал, відправлений на планету Венера, повернувся після відбиття від її поверхні через 5 хв. Якою була відстань від Землі до Венери в момент радіолокації?

2. На якій частоті судна передають сигнал SOS, якщо за міжнародною згодою довжина цієї радіохвилі має дорівнювати 600 м?

3. А яка освітленість екрана вашого телефона на цей момент? Якою вона буде ввечері? Порівняйте розрахунки.

VІ. Підведення підсумків (фізика)

Бесіда за питаннями

1. У чому полягає основна перевага ультракоротких радіохвиль?

2. Що таке стільниковий зв’язок? Як він організований?

3. Що таке радіолокація? На чому вона ґрунтується?

4. Опишіть принцип роботи радіолокатора.

5. Як за допомогою радіолокації визначають місце розташування об’єкта (відстань до об’єкта, напрямок, в якому він розташований)?

6. Де застосовують радіолокацію?

VІІ. Підведення підсумків (інформатика)

Які три сайти допомогли знайти найбільш важливу інформацію для виконання завдань?

VІІI. Домашнє завдання

1. Опрацювати § 21, вправа № 21(1 – 3) (фізика)

2.  Сформулюйте по п’ять запитань до бінарного уроку (індивідуальне завдання) (інформатика).