Урок "Побудова інформаційної моделі коливань пружинного маятника"

Барвінківський професійний аграрний ліцей

Методична розробка STEM-уроку фізики та інформатики:

«Побудова інформаційної моделі коливань пружинного маятника»

                                                           Розробили:

                                                           Мячкіна Людмила 

                                                           Перебийніс Юлія

2021

Анотація

Особливої уваги набуває зараз проблема формування самостійності здобувачів освіти, спроможності отримувати, аналізувати інформацію та приймати оптимальні рішення, використовувати в практичній діяльності нові інформаційні технології.

Одним із напрямків інноваційного розвитку природничо-математичної освіти є система навчання STEM. Мета STEM-освіти – підготовка здобувачів освіти до післяшкільного навчання і працевлаштування відповідно до вимог 21-го століття.

За STEM методикою, в центрі уваги знаходиться практичне завдання чи проблема. Учні вчаться знаходити шляхи вирішення не в теорії, а прямо зараз шляхом спроб і помилок; - STEM-освіта – це творчий простір світогляду дитини, де вона не тільки реалізовує свої потреби, а й готується до дорослого життя у соціумі, роблячи усвідомлений вибір майбутньої професійної діяльності; за STEM, дитина отримує набагато більше автономності. На процес навчання набагато менше впливають стосунки, що склалися між здобувачем та педагогом, що дає можливість більш об’єктивно оцінювати прогрес. За рахунок такої автономності, дитина вчиться бути самостійною, приймати власні рішення та брати за них відповідальність; - уроки за STEM-технологією дозволяють не тільки вивчати теоретичний матеріал. Але і закріплювати знання за допомогою можливостей практичного застосування різноманітних завдань.

Даний урок проводиться як узагальнюючий після вивчення тем з фізики: «Коливання та хвилі» і з інформатики: «Моделі і моделювання. Аналіз та візуалізація даних». Урок бінарний, у зв'язку з чим наочно представлений зв'язок між двома навчальними предметами: фізикою і інформатикою.

Протягом всього уроку здобувачі освіти поетапно будують інформаційну модель коливань пружинного маятника. На уроці учні виконують дослідницьку роботу для виявлення залежності між величинами, що характеризують коливальний рух. Робота виконується двома способами: за допомогою лабораторного устаткування і комп'ютерного практикуму в програмі Microsoft Excel.

Тема. Побудова інформаційної моделі коливань пружинного маятника.

Мета уроку: показати вживання інформаційних технологій в практичній діяльності, міжпредметні зв'язки дисциплін «інформатика» і «фізика»; провести дослідження фізичних закономірностей; закріпити уміння і навики роботи в програмі MicrosoftExcel; виробляти уміння застосовувати отримані знання при вирішенні завдань різної спрямованості. Виховувати самостійність, відповідальність, комунікативність, інформаційну культуру; розширювати світогляд. Формувати навики самостійної і групової роботи; удосконалювати уміння порівнювати, аналізувати, узагальнювати; розвивати комунікативно-технічні уміння, уміння оцінювати результат виконаних дій, застосовувати знання з практики.

Очікувані результати:

Знаннєвий компонент:  здобувачі освітиі оперують поняттями і термінами:  період, частота, діаграма, формула для розрахунку. Пояснюють поняття пружинний маятник та формули для визначення періоду та частоти коливань пружинного маятника у фізичному вигляді та представленні для обчислень в табличному редакторі. Визначають залежність між силою пружності та подовженням пружини та циклічної частоти від маси вантажу

Діяльнісний компонент: спостерігають і описують рух вантажу на пружині, здійснюють налаштування зовнішнього вигляду об’єктів діаграм. Розв’язують задачі  на застосування формул коливального руху, складають таблиці для створення діаграм. Експериментально досліджують зв'язок між величинами, що характеризують коливання пружинного маятника, перевіряють закони; вимірюють силу пружності. Уміють графічно зображати функціональні залежності опису механічного руху та створювати і аналізувати  інформаційну модель. Використовують набуті знання у навчальній і практичній діяльності.

Ціннісний компонент: виявляють ставлення та оцінюють на якісному рівні результати використання знань з механіки та навичок роботи в табличному процесорі у реальних життєвих ситуаціях.

Основні терміни до теми: коливання, діаграма, формула, програма Microsoft Excel.

Реалізуються наскрізні лінії:

Здоров’я та безпека : дотримуються правил безпеки життєдіяльності під час виконання навчальних експериментів та при роботі з ПК.

Громадянська відповідальність: працють в команді та приймають виважені рішення.

Підприємливість і фінансова грамотність: прогнозують вплив фізики та інформатики на розвиток технологій, нових напрямів підприємництва; оцінює можливості застосування набутих знань з фізики та інформатики в майбутній професійній діяльності; оцінюють власні здібності щодо вибору майбутньої професії, пов’язаної з фізикою чи інформатикою; презентує власні ідеї та ініціативи.

Компетентності ключові: спілкування державною мовою, інформаційно – цифрова, математична, ініціативність і підприємливість, громадянська, загальнокультурна.

Тип уроку: урок - практикум.

Технологія: проблемно-дослідницька.

Устаткування: роздатковий матеріал: картки з назвою формул, завдання для груп, контрольні питання, тести, мультимедійна презентація лабораторне устаткування.

ХІД УРОКУ

Викладачка  інформатики:

Американський винахідник Генрі Форд сказав:

Зібратися разом - це початок,

Триматися разом - це прогрес,

Працювати разом - це успіх!

Ми зібралися, тримаємося разом і починаємо працювати. Бажаю успіху!

Викладачка фізики: Доброго дня!

Здобувачі освіти, сьогодні в нас незвичайний урок, бо ми маємо продемонструвати що знаємо і вміємо з предметів- інформатики та фізики. Цілком природньо, якщо ви відчуваєте хвилювання. Нехай побороти його допоможе пам’ятка:

Я- розумна істота, особистість творча.

Я вчуся, бо все хочу знати!
Заплющіть очі і про себе промовте:

«Я все знаю, я все можу, я все зможу!»

Усім бажаю успішної роботи на уроці!

 По-перше, вести його буду не я одна, а разом з викладачкою інформатики. По-друге, ви, будете сьогодні експериментаторами і дослідниками.

Сьогодні на уроці ми досліджуватимемо  коливання пружинного маятника за допомогою програми Microsoft Excel.

Мета уроку: дослідити зв'язок між величинами, що характеризують коливання пружинного маятника.

Викладачка інформатики: Одним словом, ми з вами сьогодні будуватимемо інформаційну модель коливань пружинного маятника. Давайте пригадаємо основні етапи побудови інформаційної моделі:

1. Постановка завдання.

2. Розробка моделі.

3. Комп'ютерний або фізичний експеримент.

4. Аналіз отриманих результатів.

Перш, ніж приступити до роботи згадайте програму Microsoft Excel, оскільки саме з її допомогою буде проведений комп'ютерний експеримент. Відповідайте на питання.

1. Для чого призначена програма?

2. Як ви розумієте термін «ділова графіка»?

3. За допомогою якої команди в меню можна побудувати діаграми?

4. Якого типа діаграми краще узяти для побудови графіка?

5. Що є мінімальним елементом таблиці? Як він називається?

6. Що таке діапазон таблиці?

7. Як задати формулу для обчислень?

8. Яким способом можна занести формулу в декілька комірок (ячейок)?

9. Що робити, якщо у формулі присутні елементарні математичні функції?

Отож, приступаємо до побудови моделі. Перший етап - постановка завдання.

I. Постановка завдання

Викладачка фізики: А тепер нам необхідно повторити те, що ми знаємо про коливальний рух.

Працюємо біля дошки за картками.

Картка 1: Формула для знаходження сили пружності.

Картка 2: Формула для знаходження циклічної частоти.

Картка 3: Формула для періоду коливання пружинного маятника.

Відповідайте на питання:

1. Що таке коливальний рух?

2. Які коливання називаються вільними?

3. Що таке маятник?

4. Що є пружинним маятником?

5. Що таке циклічна частота?

6. Що таке період коливання.

7. Дайте визначення сили пружності.

8. Сформулюйте закон Гуку.

Перевіримо роботу, яку виконували біля дошки.

З’ясуйте:

- яка залежність між силою пружності та подовження пружини;

- як циклічна частота залежить від маси вантажу;

- який зв'язок між періодом і масою тіла.

Ви зробили три припущення, тобто висунули гіпотези. Наш великий співвітчизник Михайло Васильович Ломоносов говорив: «Один дослід я ставлю вище, ніж тисячу думок, народжених лише уявою». Тому піддамо всі наші гіпотези експериментальній перевірці.

II. Розробка моделі

Викладачка інформатики: Переходимо до другого етапу - розробки моделі, тобто побудови математичної моделі завдання. Необхідно записати формули, які на дошці, в тому вигляді, в якому вони використовуватимуться в електронних таблицях.

III. Експеримент

Переходимо до третього етапу - експерименту. Працювати будемо таким чином. Кожна команда отримує за завданням. Дехто з вас залишається на місцях і проводять фізичний експеримент. Інші йдуть за комп'ютери і проводять те ж дослідження, але за допомогою програми MicrosoftExcel.

Викладачка  фізики: Завдання групам.

Перша група. Дослідити зв'язок між силою пружності і видовженням пружини.

Друга група. Досліджувати залежність циклічної частоти від маси тіла.

Третя группа. Дослідити залежність періоду коливань від маси тіла.

Завдання для групи 1 (фізичний експеримент)

Мета експерименту: дослідити зв'язок між силою пружності і видовженням пружини.

Хід експерименту:

1. виміряти початкову довжину пружини.

2. підвісивши на пружину один вантаж вагою 1 Н, з'ясувати на скільки видовжилася пружина.

3. повторити дослід з двома і більше вантажами.

4. заповнити таблицю і зробити висновок.

Висновок:

Завдання для групи 1 (програма MicrosoftExcel)

Мета: дослідити зв'язок між силою пружності і видовженням пружини, накреслити графік цієї залежності.

Хід експерименту:

1. Запустити програму Microsoft Excel.

2. Ввести дану таблицю, заповнену експериментально.

3. Використовувати для введення другого рядка формулу, з подальшим її копіюванням.

4. За даними, що вийшли, побудувати діаграму (тип – точкова).

K=7,5 Н/м

Висновок

Завдання для групи 2 (фізичний експеримент)

Мета експерименту: Дослідити залежність циклічної частоти від маси тіла.

Хід експерименту:

1. Підвісивши на пружину вантаж масою 0,1 кг, порахувати, скільки повних коливань здійснює пружинний маятник за 6,28 с.

2. Повторити дослід з двома вантажами.

3. Заповнити таблицю і зробити висновок.

Висновок

 Завдання для групи 2 (програма MicrosoftExcel)

Мета: Дослідити залежність циклічної частоти від маси тіла і накреслити графік цієї залежності.

Хід експерименту:

1. Запустити програму MicrosoftExcel.

2. Ввести дану таблицю.

3. Використовувати для введення другого рядка формулу, з подальшим її копіюванням.

4. За даними, що отримались, побудувати діаграму типу точкова.

К=7,5 Н/м

Висновок

  Завдання для групи 3. (фізичний експеримент)

Мета експерименту: дослідити залежність періоду коливання від маси тіла.

Хід експерименту

1. Прив’яжіть нитку одним кінцем до тягарця, а другим – до штатива. Поставте штатив так, щоб тягарець звисав нижче стола.
2. Злегка відхиліть тягарець (маса тягарця 100 г) від положення рівноваги і відпустіть його, змусивши коливатись.
3. Зафіксуйие час 50 повних коливань. Запишіть результат.
4. Обчисліть час одного повного коливання: Т=t/50.
5. Прив’яжіть до нитки 2 тягарці й проведіть дослідження відповідно до пунктів 1-4.
6. Заповнити таблицю і зробити висновок.

Висновок

Завдання для групи 3 (програма MicrosoftExcel)

Мета: дослідити залежність періоду коливань від маси тіла і побудувати графік цієї залежності.

Хід експерименту:

1. Запустити програму MicrosoftExcel.

2. Ввести дану таблицю.

3. Використовувати для введення другого рядка формулу, з подальшим її копіюванням.

4. За даними, що вийшли, побудувати діаграму типу точкова.

К=3,5 Н/м

Висновок

Завдання для групи 4. (фізичний експеримент)

Мета експерименту: дослідити залежність періоду коливання від амплітуди.

Хід експерименту

1.Прив’яжіть нитку одним кінцем до тягарця, а другим – до штатива. Поставте штатив так, щоб тягарець звисав нижче стола.

2.Злегка відхиліть тягарець (маса тягарця 100 г) від положення рівноваги і відпустіть його, змусивши коливатись.

3.Для кожного випадку змінюємо початкову амплітуду його коливань спочатку в 1,5, а потім у 2 рази.

4. Зафіксуйие час 20 повних коливань. Запишіть результат.

5.Обчисліть час одного повного коливання: Т=t/20.

6.Прив’яжіть до нитки 2 тягарці й проведіть дослідження відповідно до пунктів 1-

7.Заповнити таблицю і зробити висновок.

IV. Аналіз отриманих результатів

Викладачка інформатики: Переходимо до п’ятого етапу побудови інформаційної моделі - аналізу отриманих результатів. Порівняєте результати, отримані після виконання двох різних видів робіт.

Викладачка фізики: Запишемо висновки в зошитах.

· Чим більше видовження пружини, тим більша виникаюча сила пружності.

· Чим більша маса вантажу, тим менша циклічна частота коливань пружинного маятника.

· Чим більша маса вантажу, тим більший період коливань пружинного маятника.

Дайте відповіді на контрольні запитання:

Група 1. Як змінюється сила пружності, що виникає в пружині, при видовженні пружини в 5 разів?

Група 2. Як змінюється циклічна частота коливань маятника при збільшенні маси вантажу в 2 рази?

Група 3. Як змінюється період коливань маятника при збільшенні маси вантажу в 3 разів?

Група 4. Як змінить період коливаньпружинного маятника від амплітуди його малих коливань

Висновки, зроблені під час досліджень вам обов'язково згодяться при вивченні електромагнітних коливань, а також при складанні можливих іспитів з фізики.

Викладачка інформатики: Отже, ми з вами успішно впоралися із завданням - побудовою інформаційної моделі коливань пружинного маятника.

Домашнє завдання: 

1. Побудувати інформаційну модель для періоду математичного маятника

2.Написати твір «Коливальний рух у навколишньому світі та техніці»