การวิจัยแบบจำลองคอมพิวเตอร์เชิงโต้ตอบ ปัญหาสมัยใหม่ของวิทยาศาสตร์และการศึกษา การทดลองเชิงโต้ตอบเกี่ยวกับฟิสิกส์แบบจำลอง

ประสบการณ์การใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ในบทเรียนฟิสิกส์

อเล็กซานเดอร์ เฟโดโรวิช คาฟเทรฟ , ผู้สมัครสายวิทย์-คณิต วิทยาศาสตร์, อาจารย์โซรอส, หัวหน้าห้องปฏิบัติการของศูนย์ข้อมูลวัฒนธรรมในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

เมื่อเร็ว ๆ นี้ เรามักได้ยินคำถามว่า "จำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์ในบทเรียนฟิสิกส์หรือไม่ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์จะมาแทนที่การทดลองจริงจาก กระบวนการศึกษา?" บ่อยครั้งที่คำถามดังกล่าวถูกถามโดยครูที่ไม่รู้จักเทคโนโลยีสารสนเทศและไม่เข้าใจว่าเทคโนโลยีเหล่านี้มีประโยชน์ในการสอนอย่างไร

ลองตอบคำถาม: "เมื่อใดจึงสมควรใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ในบทเรียนฟิสิกส์" เราเชื่อว่าประการแรก ในกรณีเหล่านั้นซึ่งมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือรูปแบบการศึกษาแบบดั้งเดิม กรณีหนึ่งคือการใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ในกระบวนการศึกษา ควรสังเกตว่าภายใต้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ ผู้เขียนเข้าใจโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่อนุญาตให้จำลองปรากฏการณ์ทางกายภาพ การทดลอง หรือสถานการณ์ในอุดมคติที่พบในงาน

ข้อดีของการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เมื่อเปรียบเทียบกับการทดลองตามธรรมชาติคืออะไร? ประการแรก การสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ทำให้สามารถรับภาพประกอบไดนามิกของการทดลองและปรากฏการณ์ทางกายภาพ เพื่อสร้างรายละเอียดที่ละเอียดอ่อนซึ่งมักจะหลบหนีเมื่อสังเกตปรากฏการณ์และการทดลองจริง เมื่อใช้แบบจำลอง คอมพิวเตอร์จะจัดเตรียมสิ่งที่ไม่เหมือนใครซึ่งไม่สามารถทำได้ในการทดลองทางกายภาพจริง ความสามารถในการแสดงภาพที่ไม่ใช่ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่แท้จริง แต่เป็นแบบจำลองที่เรียบง่าย ในกรณีนี้ ปัจจัยเพิ่มเติมสามารถค่อยๆ รวมไว้ในการพิจารณา ซึ่งจะค่อยๆ ทำให้แบบจำลองซับซ้อนขึ้นและทำให้เข้าใกล้ปรากฏการณ์ทางกายภาพจริงมากขึ้น นอกจากนี้ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ยังทำให้สามารถเปลี่ยนแปลงช่วงเวลาของเหตุการณ์ได้ เช่นเดียวกับการจำลองสถานการณ์ที่ไม่สามารถรับรู้ได้ในการทดลองทางกายภาพ

งานของนักเรียนที่มีแบบจำลองคอมพิวเตอร์นั้นมีประโยชน์อย่างมาก เนื่องจากแบบจำลองคอมพิวเตอร์ช่วยให้สามารถเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขเริ่มต้นของการทดลองทางกายภาพได้ในวงกว้าง ซึ่งช่วยให้พวกเขาทำการทดลองเสมือนจริงได้มากมาย การโต้ตอบดังกล่าวเปิดโอกาสทางปัญญาอย่างมากสำหรับนักเรียน ทำให้พวกเขาไม่เพียงเป็นผู้สังเกตการณ์ แต่ยังมีส่วนร่วมในการทดลองที่กำลังดำเนินอยู่ บางรุ่นอนุญาตให้สังเกตการสร้างการพึ่งพากราฟิกที่สอดคล้องกันพร้อมกับการทดสอบซึ่งจะเพิ่มการมองเห็น แบบจำลองดังกล่าวมีค่าเป็นพิเศษ เนื่องจากนักเรียนมักจะประสบปัญหาอย่างมากในการสร้างและอ่านกราฟ

แน่นอนว่าห้องปฏิบัติการคอมพิวเตอร์ไม่สามารถแทนที่ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์จริงได้ อย่างไรก็ตามการปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการคอมพิวเตอร์ต้องใช้ทักษะบางอย่างที่เป็นลักษณะของการทดลองจริงเช่นกัน - การเลือกเงื่อนไขเริ่มต้น การตั้งค่าพารามิเตอร์ของการทดลอง เป็นต้น

แบบจำลองคอมพิวเตอร์จำนวนมากตลอดหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนมีอยู่ในหลักสูตรมัลติมีเดียที่พัฒนาโดย บริษัท " นักฟิสิกส์ "ฟิสิกส์ในรูปภาพ", "Open Physics 1.1", "Open Physics 2.0", "Open Astronomy 2.0" และ "Open Chemistry 2.0" ลักษณะเด่นที่สำคัญของหลักสูตรคอมพิวเตอร์เหล่านี้คือโมเดลคอมพิวเตอร์จำนวนมาก - การพัฒนาที่ไม่เหมือนใครและเป็นต้นฉบับที่สูงมาก ได้รับความนิยมจากผู้ใช้ในหลายประเทศ (โปรดทราบว่ามีโมเดลจำนวนมากอยู่ในเว็บไซต์ Open College ที่: http://www.college.ru/).

โมเดลคอมพิวเตอร์ที่พัฒนาโดยบริษัท "Physicon" เข้ากับบทเรียนได้ง่ายและช่วยให้ครูสามารถจัดระเบียบประเภทใหม่ที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมได้ กิจกรรมการเรียนรู้นักเรียน. ต่อไปนี้คือสามตัวอย่างกิจกรรมดังกล่าว:

• 1. บทเรียนการแก้ปัญหาตามด้วยการตรวจสอบเครื่องคอมพิวเตอร์ ครูเสนองานให้นักเรียนแต่ละคนเพื่อหาวิธีแก้ปัญหาอิสระในห้องเรียนหรือการบ้าน ความถูกต้องของวิธีแก้ปัญหาที่พวกเขาสามารถตรวจสอบได้โดยการตั้งค่าการทดลองทางคอมพิวเตอร์ ตรวจสอบตัวเองผลลัพธ์ที่ได้รับด้วยความช่วยเหลือของการทดลองทางคอมพิวเตอร์ช่วยเพิ่มความสนใจทางปัญญาของนักเรียนและทำให้งานของพวกเขามีความคิดสร้างสรรค์และมักจะทำให้ใกล้ชิดกับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์มากขึ้น เป็นผลให้นักเรียนจำนวนมากเริ่มสร้างปัญหาของตนเอง แก้ปัญหา จากนั้นตรวจสอบความถูกต้องของเหตุผลโดยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ ครูสามารถกระตุ้นให้นักเรียนทำกิจกรรมดังกล่าวได้อย่างมีสติโดยไม่ต้องกลัวว่าเขาจะต้องแก้ปัญหามากมายที่นักเรียนคิดค้นขึ้นซึ่งโดยปกติแล้วจะมีเวลาไม่เพียงพอ นอกจากนี้ งานที่รวบรวมโดยเด็กนักเรียนสามารถใช้ในชั้นเรียนหรือเสนอให้นักเรียนคนอื่น ๆ เพื่อการศึกษาอิสระในรูปแบบของการบ้าน
• 2. บทเรียน-การวิจัย. นักเรียนควรทำการศึกษาเล็กๆ ด้วยตนเอง โดยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ และรับผลลัพธ์ที่จำเป็น ยิ่งไปกว่านั้น มีหลายรุ่นให้คุณทำการศึกษาดังกล่าวในเวลาเพียงไม่กี่นาที แน่นอน ครูช่วยนักเรียนในขั้นตอนการวางแผนและการทดลอง
• 3. บทเรียน - งานห้องปฏิบัติการคอมพิวเตอร์ ในการดำเนินการบทเรียนดังกล่าว จำเป็นต้องจัดทำเอกสารประกอบคำบรรยายที่เหมาะสม ควรจัดเรียงงานในรูปแบบของงานในห้องปฏิบัติการเมื่อความซับซ้อนเพิ่มขึ้น ในตอนแรก มันสมเหตุสมผลแล้วที่จะเสนองานง่ายๆ ในลักษณะเบื้องต้นและงานทดลอง จากนั้นงานด้านการคำนวณ และสุดท้าย งานที่มีลักษณะสร้างสรรค์และการวิจัย เมื่อตอบคำถามหรือแก้ปัญหา นักเรียนสามารถตั้งค่าการทดลองคอมพิวเตอร์ที่จำเป็นและตรวจสอบความคิดของเขา แนะนำให้แก้ปัญหาการคำนวณด้วยวิธีดั้งเดิมบนกระดาษก่อนจากนั้นทำการทดลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของคำตอบ ควรสังเกตว่างานที่มีลักษณะสร้างสรรค์และการวิจัยเพิ่มความสนใจของนักเรียนในการศึกษาฟิสิกส์อย่างมีนัยสำคัญและเป็นปัจจัยกระตุ้นเพิ่มเติม ด้วยเหตุนี้บทเรียนของสองประเภทสุดท้ายจึงเข้าใกล้อุดมคติเนื่องจากนักเรียนได้รับความรู้ในกระบวนการสร้างสรรค์งานอิสระเนื่องจากความรู้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับพวกเขาเพื่อให้ได้ผลลัพธ์เฉพาะที่มองเห็นได้บนหน้าจอคอมพิวเตอร์ ครูในกรณีเหล่านี้เป็นเพียงผู้ช่วยในกระบวนการสร้างสรรค์ของการเรียนรู้ความรู้

^^ 1 แหล่งข้อมูลการเรียนรู้ทางอิเล็กทรอนิกส์:

>/ การพัฒนาและวิธีการประยุกต์ใช้ในการฝึกอบรม

UDC 004.9 BBK 420.253

ใช่. อันโตโนว่า

หลักการออกแบบรูปแบบการเรียนรู้แบบมีปฏิสัมพันธ์ของการทดลองทางกายภาพโดยใช้เทคโนโลยีส่วนต่อประสานที่เหมือนจริงสูงสุด

เนื้อหาของกิจกรรมโครงการของนักเรียนเกี่ยวกับการพัฒนาแบบจำลองเชิงโต้ตอบของการทดลองทางกายภาพของโรงเรียนซึ่งนำมาใช้ในเทคโนโลยีของส่วนต่อประสานที่เหมือนจริงที่สุดนั้นได้รับการพิจารณา หลักการสำคัญสำหรับการออกแบบแบบจำลองประเภทนี้ได้รับการพิจารณา: การแสดงภาพจริงของการตั้งค่าการทดลองและการทำงานของมัน การกระทำกึ่งเสมือนจริงกับองค์ประกอบของการตั้งค่าและวัตถุทางกายภาพภายใต้การศึกษา สร้างความมั่นใจในระดับสูงของการโต้ตอบของแบบจำลองและการปฏิบัติตามสถานการณ์จำลอง การแก้ปัญหาด้วยระเบียบวิธีวิจัยเชิงทดลอง โดยเน้นการพัฒนาทักษะทั่วไปของนักศึกษาในการทำงานกับโมเดลคอมพิวเตอร์ ความสำคัญของความสัมพันธ์ระหว่างระเบียบวิธีและเทคโนโลยีกับการออกแบบแบบจำลองเชิงโต้ตอบทางการศึกษานั้นได้รับการพิสูจน์

คำสำคัญ: การสอนฟิสิกส์ การทดลองทางกายภาพ ทักษะการทดลอง แบบจำลองเชิงโต้ตอบ หลักการออกแบบแบบจำลองทางการศึกษาของการทดลองทางกายภาพ

การเรียนรู้วิชาฟิสิกส์ในโรงเรียนมัธยมควรอยู่บนพื้นฐานของการสังเกตและการทดลองมากมาย (ทั้งการสาธิตและในห้องปฏิบัติการ) การใช้การทดลองช่วยให้นักเรียนสามารถสะสมเนื้อหาที่เป็นข้อเท็จจริงได้เพียงพอสำหรับการจัดระบบและความหมายทั่วไป และได้รับทักษะการปฏิบัติที่จำเป็น ความรู้เชิงประจักษ์ที่ได้รับจากการสังเกตและการทดลองเป็นพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับความเข้าใจทางทฤษฎีที่ตามมาของสาระสำคัญของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่ศึกษา

น่าเสียดายที่ขั้นตอนของความรู้เชิงประจักษ์ที่เกี่ยวข้องกับการทดลองนั้นมีจำกัดมากในโรงเรียนมัธยม จำนวนงานปฏิบัติที่เกี่ยวข้องที่นักเรียนทำก็มีน้อยเช่นกัน (การทดลองทางกายภาพแบบสาธิตส่วนใหญ่เป็นงาน "ด้วยมือของครู" การทดลองในห้องปฏิบัติการมีน้อย และครูไม่ค่อยรวมการทดลองที่บ้านไว้ในเนื้อหาของการฝึกอบรม) สภาพแวดล้อมทางเทคนิคที่ทันสมัยมีผลกระทบเชิงลบต่อสถานการณ์นี้เช่นกัน ไม่สนับสนุนให้นักเรียนสังเกตปรากฏการณ์ทางธรรมชาติและศึกษาคุณลักษณะของหลักสูตร “เหตุผลนี้ก็คือ “บรรจุภัณฑ์”

© Antonova D.A., 2017

ปรากฏการณ์เหล่านี้กลายเป็นอุปกรณ์ทางเทคนิคที่ซับซ้อนซึ่งล้อมรอบเราอย่างระมัดระวังและตอบสนองความต้องการและความสนใจของเราอย่างสุดลูกหูลูกตา

ทรัพยากรของสภาพแวดล้อมเสมือนจริงถือได้ว่าเป็นเครื่องมือเพิ่มเติมที่สำคัญสำหรับการฝึกอบรมนักเรียนในด้านวิธีการวิจัยเชิงทดลอง ประการแรก ควรให้ความสนใจกับการปรับปรุงและขยายฐานของสื่อวิดีโอ (การรายงาน การจัดฉาก) ที่เกี่ยวข้องกับการทดลองทางกายภาพตามธรรมชาติ (การสังเกตและการทดลอง) ลำดับวิดีโอที่เหมือนจริงมีส่วนช่วยในการขยายขอบเขตประสบการณ์เชิงประจักษ์ของนักเรียน ทำให้ความรู้ทางกายภาพมีบริบทและเป็นที่ต้องการในทางปฏิบัติ มีประโยชน์ในการสอนคือภาพถ่ายและวัตถุของกราฟิกคอมพิวเตอร์แบบคงที่และแบบโต้ตอบ ซึ่งเผยให้เห็นเนื้อหาและขั้นตอนของการตั้งค่าการทดลองทางกายภาพต่างๆ มีความจำเป็นต้องพัฒนาแอนิเมชั่นเพื่อการศึกษาที่แสดงลักษณะเฉพาะของหลักสูตรของปรากฏการณ์ที่ศึกษารวมถึงการทำงานของวัตถุเทคโนโลยีต่าง ๆ รวมถึงอุปกรณ์ทางกายภาพ

หัวข้อที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือวัตถุของสภาพแวดล้อมเสมือนจริง โดยจำลองประสบการณ์ทางกายภาพทางการศึกษาและการปฏิบัติจริงของผู้ใช้ด้วยอุปกรณ์และวัสดุสำหรับการนำไปใช้งาน ความซับซ้อนของคุณลักษณะเฉพาะของสภาพแวดล้อมการเรียนรู้นี้ (ความฉลาด การสร้างแบบจำลอง การโต้ตอบ มัลติมีเดีย การสื่อสาร การแสดง) ช่วยให้นักพัฒนาสามารถสร้างวัตถุเหล่านี้ในระดับคุณภาพสูง โมเดลการศึกษาเชิงโต้ตอบของการทดลองทางกายภาพเป็นที่ต้องการสูงในตลาดการศึกษา ดังนั้นจึงจำเป็นต้องดำเนินการ งานถาวรในการเติมสภาพแวดล้อมของหัวเรื่องด้วยแบบจำลองประเภทนี้

การค้นหาแนวทางการสร้างแบบจำลองเสมือนจริงของการทดลองทางกายภาพและการใช้งานครั้งแรกย้อนกลับไปในช่วงต้นทศวรรษ 2000 ในช่วงเวลานี้แบบจำลองดังกล่าวเป็นกฎ แอนิเมชั่นที่ง่ายที่สุดกระบวนการทางกายภาพตามธรรมชาติหรือขั้นตอนของการทดลองทางกายภาพเพื่อศึกษา ต่อมา โมเดลปรากฏขึ้นพร้อมอินเทอร์เฟซปุ่มเคลื่อนไหวที่ช่วยให้ผู้ใช้เปลี่ยนพารามิเตอร์ของโมเดลและสังเกตพฤติกรรมของมันได้ ในไม่ช้า การสร้างภาพของสัญญาณภายนอกของปรากฏการณ์ก็เริ่มเสริมด้วยการสร้างภาพของกลไกการเกิดขึ้นเพื่อแสดงให้เห็นบทบัญญัติของทฤษฎีทางกายภาพหนึ่งหรือทฤษฎีอื่นที่อธิบายปรากฏการณ์เหล่านี้ คุณสมบัติของการแสดงภาพของการทดลองทางกายภาพในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงในช่วงเวลานี้คือแผนผังที่เพียงพอ สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าการใช้แบบจำลองแผนผังของการทดลองทางกายภาพในการสอนเป็นที่ยอมรับสำหรับนักเรียนมัธยมปลายเป็นส่วนใหญ่ เนื่องจากพวกเขามีความคิดเชิงนามธรรมและประสบการณ์ที่พัฒนาเพียงพอในการทำวิจัยเชิงทดลองภาคสนาม ในระยะเริ่มต้นของการเรียนรู้วิชาฟิสิกส์การทำงานกับวัตถุดังกล่าวในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงนั้นเป็นเรื่องยากมากสำหรับนักเรียนส่วนใหญ่และมักจะนำไปสู่การก่อตัวของความคิดที่ไม่ถูกต้องเกี่ยวกับธรรมชาติของการไหลของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ การรับรู้วิธีการศึกษาทดลองของตน ลักษณะแผนผังของแบบจำลองการฝึกอบรมและวิธีการดั้งเดิมในการจัดการลักษณะการทำงานสำหรับหน้าต่างการทำงาน (ปุ่มประเภทต่างๆ รายการ แถบเลื่อน ฯลฯ) สามารถนำมาประกอบกับกลุ่มของเหตุผลสำหรับความต้องการที่ไม่เพียงพอและประสิทธิภาพต่ำในการศึกษาจำนวนมาก ฝึกฝน.

ในช่วงกลางทศวรรษแรกของศตวรรษใหม่ โครงสร้างและฟังก์ชันการทำงานของอินเทอร์เฟซปุ่มแอนิเมชันของโมเดลการฝึกได้รับการปรับปรุงอย่างจริงจัง ฐานข้อมูลของแบบจำลองที่มีสถานการณ์การทำงานที่กำหนดไว้อย่างเข้มงวด (ในแง่ขององค์ประกอบและลำดับของการกระทำ) เริ่มได้รับการเติมเต็มด้วยแบบจำลองใหม่ที่ช่วยให้นักเรียนสามารถกำหนดเป้าหมายและกำหนดแผนปฏิบัติการเพื่อให้บรรลุเป้าหมายได้อย่างอิสระ อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงที่ค่อนข้างปฏิวัติในการพัฒนารูปแบบการศึกษาประเภทนี้ในการศึกษาในประเทศเกิดขึ้นในช่วงปลายยุค 2000 เท่านั้น ต้องขอบคุณการพัฒนาเทคโนโลยีการสร้างแบบจำลองเสมือนจริง ทำให้สามารถสร้างวัตถุทางกายภาพในรูปแบบ 3 มิติในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงได้ และด้วยการรวมขั้นตอน "ลาก & dshp" ในสภาพแวดล้อมเสมือนจริง แนวคิดเกี่ยวกับแบบจำลองกิจกรรมของนักเรียนด้วยเสมือนจริง วัตถุเริ่มเปลี่ยนไป การพัฒนาดำเนินไปในทิศทางของการให้วัตถุเหล่านี้มีการกระทำเสมือนจริง การอัปเดตเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาแบบจำลองเชิงโต้ตอบของการทดลองทางกายภาพเพื่อการศึกษา เป็นไปได้ที่จะใช้วิธีที่เกือบจะเป็นธรรมชาติในการควบคุมองค์ประกอบของการตั้งค่าการทดลองเสมือนจริง ตลอดจนแนวทางของการทดสอบโดยรวม ด้วยเทคโนโลยีการลากและวาง เมาส์และแป้นพิมพ์ของคอมพิวเตอร์จึงเริ่มทำหน้าที่ของ "มือ" ของผู้ทดลอง การทดลอง 3 มิติแบบอินเทอร์แอกทีฟที่มีกระบวนการควบคุมการทดลองเสมือนจริง (การเคลื่อนย้าย การหมุน การหมุน การกด การถู การเปลี่ยนรูปร่าง ฯลฯ) ถูกกำหนดให้เป็นเกณฑ์มาตรฐานใหม่ในการออกแบบวัตถุของสภาพแวดล้อมเสมือนจริง ข้อได้เปรียบของมันเนื่องจากคุณภาพการสอนที่สูงขึ้นอย่างมากเป็นสิ่งที่เถียงไม่ได้

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าด้วยความล่าช้า กระบวนการปรับปรุงกราฟิกคอมพิวเตอร์เพื่อเป็นตัวแทนของแบบจำลองการทดลองทางกายภาพกำลังดำเนินไป สาเหตุหลักมาจากต้นทุนแรงงานที่สูงสำหรับงานดังกล่าว คอมพิวเตอร์กราฟิกระดับต่ำระดับความคลาดเคลื่อนระหว่างภาพของวัตถุและภาพจริงของมันส่งผลเสียต่อขั้นตอนการถ่ายทอดความรู้และทักษะที่นักเรียนได้รับในสภาพแวดล้อมการเรียนรู้หนึ่งไปยังวัตถุในสภาพแวดล้อมอื่น (จากของจริงเป็นเสมือนและรอง ในทางกลับกัน). ไม่สามารถปฏิเสธได้ว่าความสมจริงของโมเดลคอมพิวเตอร์สามารถและควรมีข้อจำกัดในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องสร้างในสภาพแวดล้อมเสมือนจริง "ภาพที่จดจำได้" ของวัตถุทางการศึกษาจริงที่ใช้ในการทำการทดลองทางกายภาพเต็มรูปแบบในสภาพแวดล้อมเสมือนจริง สิ่งสำคัญคือต้องแสดงวัตถุดังกล่าวแต่ละชิ้น โดยคำนึงถึงคุณลักษณะและฟังก์ชันภายนอกที่จำเป็นซึ่งนำมาใช้ในการทดสอบ การผสมผสานระหว่างการแสดงภาพเหมือนจริงของการตั้งค่าห้องปฏิบัติการกับการกระทำกึ่งจริงของผู้ทดลองทำให้เกิดความเป็นจริงเสมือนของการวิจัยเชิงทดลอง และเพิ่มผลการสอนของงานของนักเรียนในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงอย่างมีนัยสำคัญ

เห็นได้ชัดว่าเมื่อคำนึงถึงระดับการพัฒนาเครื่องมือไอทีและเทคโนโลยีฮาร์ดแวร์ในปัจจุบัน องค์ประกอบของความเป็นจริงเสมือนในการวิจัยเชิงทดลองทางการศึกษาจะถูกแทนที่ด้วยความเป็นจริงเสมือนในไม่ช้า ไม่ช้าก็เร็ว แบบจำลอง 3 มิติของการทดลองทางกายภาพเชิงโต้ตอบในจำนวนที่เพียงพอจะถูกสร้างขึ้นสำหรับกระบวนการศึกษาที่โรงเรียนและมหาวิทยาลัย แบบจำลอง 3 มิติของห้องปฏิบัติการทางกายภาพที่ใช้งานในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงพร้อมการแสดงภาพอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการที่สมจริงสำหรับการทำวิจัยและความเป็นไปได้ในการดำเนินการทดลองและปฏิบัติการกรณีจริงเป็นวิธีเพิ่มเติมที่มีประสิทธิภาพในการพัฒนาความรู้ทักษะและความสามารถของนักเรียนในสาขานี้ ของวิธีการ

การศึกษาเชิงทดลอง. อย่างไรก็ตาม ควรจำไว้ว่าความจริงเสมือนนั้นเต็มไปด้วยวัตถุที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์กับโลกภายนอก

ความพยายามที่จะพัฒนาแบบจำลองของคนรุ่นใหม่สำหรับการทดลองทางกายภาพเพื่อการศึกษากำลังดำเนินการอยู่ การสร้างห้องปฏิบัติการโต้ตอบของการทดลองทางกายภาพ ดำเนินการในเทคโนโลยีเสมือนจริง ในแง่ของซอฟต์แวร์และ ฮาร์ดแวร์กระบวนการนี้และการผลิตผลิตภัณฑ์จริงเป็นกิจกรรมที่ใช้เวลานานและมีค่าใช้จ่ายสูง ในขณะเดียวกันก็ค่อนข้างชัดเจนว่าด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการสร้างวัตถุของสภาพแวดล้อมเสมือนจริงและความพร้อมใช้งานของเทคโนโลยีเหล่านี้สำหรับนักพัฒนาที่หลากหลาย ปัญหานี้จะสูญเสียความรุนแรงไป

ในปัจจุบันต้องขอบคุณการเกิดขึ้นของ เปิดการเข้าถึงรุ่นฟรี (แม้ว่าจะมีฟังก์ชันจำกัด) ที่ทันสมัย ซอฟต์แวร์การสร้างแบบจำลอง 3 มิติแบบไดนามิกของวัตถุในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงนั้นเป็นไปได้แล้ว เช่นเดียวกับการสร้างวัตถุเพื่อการศึกษาโดยใช้ความเป็นจริงเสริมและความเป็นจริงแบบผสม (ไฮบริด) (หรืออีกนัยหนึ่ง เทคโนโลยีเสมือนจริงเสริม) ตัวอย่างเช่น ในกรณีสุดท้าย โมเดล 2.5 มิติเชิงโต้ตอบ (พร้อมเอฟเฟกต์หลอก 3 มิติ) หรือโมเดล 3 มิติจริงของวัตถุเพื่อการศึกษาจะถูกฉายบนเดสก์ท็อปจริง ภาพลวงตาของความสมจริงในกรณีนี้งานเสมือนจริงที่นักเรียนทำเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ความจำเป็นในการสร้างโมเดลการฝึกอบรมรุ่นใหม่ โดดเด่นด้วยการโต้ตอบในระดับสูงและอินเทอร์เฟซที่สมจริงที่สุด กำหนดความสำคัญของการอภิปรายเกี่ยวกับลักษณะระเบียบวิธีของการออกแบบและการพัฒนา การอภิปรายนี้ต้องสร้างขึ้นบนพื้นฐานของวัตถุประสงค์ของแบบจำลองเหล่านี้ในกระบวนการศึกษา กล่าวคือ: 1) การได้รับข้อมูลการศึกษาที่จำเป็นเกี่ยวกับวัตถุทางกายภาพและกระบวนการที่ศึกษาในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงโดยนักเรียน; 2) การเรียนรู้องค์ประกอบของวิธีการวิจัยเชิงทดลอง (ขั้นตอน, การกระทำและการดำเนินการส่วนบุคคล), การรวมความรู้ด้านระเบียบวิธีและการพัฒนาทักษะ, สร้างระดับที่จำเป็นของการวางนัยทั่วไป; 3) สร้างความมั่นใจในการถ่ายโอนความรู้และทักษะที่ได้รับอย่างเพียงพอในการเปลี่ยนจากวัตถุเต็มรูปแบบของสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติไปเป็นวัตถุจำลองของสภาพแวดล้อมเสมือนจริง (และในทางกลับกัน) 4) ส่งเสริมการสร้างความคิดของนักเรียนเกี่ยวกับบทบาทของแบบจำลองคอมพิวเตอร์ในความรู้ทางวิทยาศาสตร์และทักษะทั่วไปในการทำงานกับแบบจำลองคอมพิวเตอร์

การดำเนินการทดลองแบบจำลองทางกายภาพในสภาพแวดล้อมการเรียนรู้เสมือนจริงควรคำนึงถึงความทันสมัย เทคโนโลยีการศึกษาการก่อตัวของความรู้ในวิชาและเมตา-วิชา ทักษะเฉพาะและทักษะทั่วไป (ทั้งระดับวิชาและเมตา-วิชาของความรู้ทั่วไป) กิจกรรมการเรียนรู้ที่เป็นสากล ตลอดจนความสามารถด้านไอซีที เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ผู้เขียน-นักพัฒนาหรือกลุ่มผู้เชี่ยวชาญที่เข้าร่วมในการสร้างแบบจำลองของการทดลองทางกายภาพจะต้องมีความรู้ด้านระเบียบวิธีที่เหมาะสม เราระบุขอบเขตของความรู้นี้:

อุปกรณ์ห้องเรียนฟิสิกส์ของโรงเรียน

ข้อกำหนดสำหรับการทดลองทางกายภาพในห้องปฏิบัติการและการสาธิต

โครงสร้างและเนื้อหาของกิจกรรมการศึกษาที่เกี่ยวข้องกับการทดลองทางกายภาพ

วิธีการสร้างทักษะและความสามารถในการทดลองในนักเรียน

ทิศทางและวิธีการใช้เครื่องมือ ICT ระหว่างการทดลอง

ข้อกำหนดสำหรับการพัฒนาแบบจำลองการศึกษาเชิงโต้ตอบของการทดลองทางกายภาพ

วิธีการพัฒนาทักษะและความสามารถทั่วไปของนักเรียนในการทำงานกับแบบจำลองคอมพิวเตอร์

การจัดการศึกษาทดลองทางการศึกษาของเด็กนักเรียนในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงโดยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์

ในขั้นตอนแรกของการพัฒนาจำเป็นต้องทำการศึกษาล่วงหน้าของวัตถุการสร้างแบบจำลอง: เพื่อศึกษาพื้นฐานทางกายภาพของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่ศึกษาในการทดลอง พิจารณาเนื้อหาและวิธีการในการจัดทำการทดลองเต็มรูปแบบที่คล้ายกัน (การศึกษา วิทยาศาสตร์) ชี้แจงองค์ประกอบและคุณลักษณะของอุปกรณ์ เครื่องมือ และวัสดุสำหรับการใช้งาน วิเคราะห์แบบจำลอง-อะนาล็อกของประสบการณ์ทางกายภาพที่ออกแบบ ซึ่งสร้างโดยผู้เขียนคนอื่น (ถ้ามี) ระบุข้อดีและข้อเสีย รวมถึงพื้นที่ที่เป็นไปได้สำหรับการปรับปรุง ในที่สุดสิ่งสำคัญคือต้องกำหนดองค์ประกอบของทักษะการทดลองที่แนะนำให้สร้างในนักเรียนบนพื้นฐานของแบบจำลองที่สร้างขึ้น

ถัดไป โครงการได้รับการพัฒนาสำหรับอินเทอร์เฟซของหน้าต่างการทำงานของโมเดล ซึ่งรวมถึงองค์ประกอบแบบคงที่และแบบโต้ตอบทั้งหมด ตลอดจนฟังก์ชันการทำงาน การออกแบบส่วนต่อประสานนั้นขึ้นอยู่กับแบบจำลองวิธีการของความรู้ทางกายภาพและกิจกรรมการศึกษาซึ่งแสดงในวิทยาศาสตร์การสอนโดยแผนทั่วไป: ปรากฏการณ์ทางกายภาพ (วัตถุ, กระบวนการ), การวิจัยเชิงทดลองและการดำเนินการในแต่ละขั้นตอน, การพัฒนาคำแนะนำการฝึกอบรม ทำงานกับโมเดลคอมพิวเตอร์

ที่จริงแล้วการพัฒนาแบบจำลองของการทดลองทางการศึกษานั้นดำเนินการบนพื้นฐานของเทคโนโลยีสำหรับการแสดงและประมวลผลข้อมูล สภาพแวดล้อม และภาษาโปรแกรมที่เลือกสำหรับแต่ละกรณี

ในตอนท้ายของการทำงาน แบบจำลองจะได้รับการทดสอบและปรับแต่ง ขั้นตอนของการยอมรับแบบจำลองเสมือนจริงในกระบวนการศึกษาจริงมีความสำคัญในการทดสอบประสิทธิภาพการสอน

ให้เรากำหนดหลักการทั่วไปที่สุดสำหรับการออกแบบแบบจำลองการศึกษาเชิงโต้ตอบของการทดลองทางกายภาพโดยใช้เทคโนโลยีของส่วนต่อประสานที่สมจริงที่สุด

1. การสร้างภาพเสมือนจริงของการตั้งค่าการทดลอง (วัตถุที่อยู่ระหว่างการศึกษา อุปกรณ์ทางเทคนิค, อุปกรณ์และเครื่องมือ). ภาพอะนาล็อกของการตั้งค่าเต็มรูปแบบสำหรับการดำเนินการทดลองแบบจำลองวางอยู่บนโต๊ะในห้องปฏิบัติการเสมือนจริง ในกรณีพิเศษหลายกรณี สามารถสร้างแบบจำลองที่เหมือนจริงของสภาพสนามของการทดลองได้ ระดับของรายละเอียดในการแสดงภาพใด ๆ จะต้องมีความสมเหตุสมผล เกณฑ์หลักในกรณีนี้คือองค์ประกอบของภาพภายนอกที่จำเป็นสำหรับการรับรู้การติดตั้งที่เพียงพอและองค์ประกอบหลักของการทำงาน เพื่อให้ได้ภาพที่เหมือนจริง ขอแนะนำให้ถ่ายภาพการตั้งค่าการทดลองและชิ้นส่วนแต่ละส่วน ภาพถ่ายของวัตถุที่ศึกษาในการทดลอง ตลอดจนเครื่องมือและวัสดุที่จำเป็นสำหรับการทดลอง คุณสมบัติการถ่ายภาพถูกกำหนดโดยเทคโนโลยีที่เลือกสำหรับการสร้างแบบจำลองวัตถุในสภาพแวดล้อมเสมือนจริง (การสร้างแบบจำลอง 2 มิติหรือ 3 มิติ) ในบางกรณี อาจจำเป็นต้องเห็นภาพโครงสร้างภายในของอุปกรณ์ ก่อนที่จะรวมอิมเมจในอินเทอร์เฟซโมเดลได้ โดยทั่วไปจำเป็นต้องมี การประมวลผลเพิ่มเติมโดยใช้ตัวแก้ไขต่างๆ

2. การสร้างแบบจำลองที่เหมือนจริงของฟังก์ชันการติดตั้งและปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ศึกษาในการทดลอง การปฏิบัติตามข้อกำหนดนี้เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์อย่างละเอียดของหลักสูตรของการทดลองเต็มรูปแบบ การศึกษาการทำงานของแต่ละองค์ประกอบของการตั้งค่าการทดลอง และการวิเคราะห์กระบวนการของการเกิดขึ้นของปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกิดขึ้นซ้ำ เป็น การพัฒนาที่จำเป็นแบบจำลองทางฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ขององค์ประกอบการทำงานของการตั้งค่าการทดลอง ตลอดจนวัตถุและกระบวนการที่ศึกษาในการทดลอง

3. ความเสมือนจริงของการกระทำของนักเรียนกับองค์ประกอบของการตั้งค่าการทดลองและวัตถุทางกายภาพที่ศึกษา แบบจำลองของการทดลองทางกายภาพควรอนุญาตให้นักเรียนสำรวจปรากฏการณ์ทางกายภาพในโหมดของการปรับเปลี่ยนที่เหมือนจริงด้วยอุปกรณ์เสมือนจริง และระบุรูปแบบในหลักสูตรของพวกเขา บนมะเดื่อ 1 แสดงตัวอย่างแบบจำลองดังกล่าว (“”, เกรด 7)

ข้าว. 1. แบบจำลองเชิงโต้ตอบ "สมดุลของแรงบนคันโยก" (โครงการของนักเรียน E.S. Timofeev, PSGPU, Perm, สำเร็จการศึกษาปี 2559)

ในด้านการทำงานของโมเดลนี้ มีแขนสาธิตพร้อมระบบกันสะเทือนและน็อตถ่วงน้ำหนัก รวมถึงชุดน้ำหนักหกชุดๆ ละ 100 กรัม นักเรียนใช้ "ลาก" และวาง", สามารถ: 1) ปรับคันโยกให้สมดุลโดยการคลายหรือขันน็อตให้แน่นโดยการเลื่อนการเคลื่อนไหวไปตามปลาย (ขึ้น, ลง); 2) แขวนสิ่งของจากไม้แขวนเสื้ออย่างสม่ำเสมอ 3) เลื่อนช่วงล่างพร้อมโหลดเพื่อให้คันโยกเข้าสู่สมดุล 4) นำสินค้าออกจากคันโยกแล้วกลับไปที่คอนเทนเนอร์ ในระหว่างการทดลอง นักเรียนกรอกข้อมูลในตาราง "สมดุลของแรงบนคันโยก" ที่แสดงบนกระดาน (ดูรูปที่ 1) โปรดทราบว่าแบบจำลองนี้สร้างพฤติกรรมที่เหมือนจริงของคันโยกเมื่อความสมดุลถูกรบกวน คันโยกในแต่ละกรณีจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น

บนมะเดื่อ 2 แสดงรูปแบบการฝึกอบรมอื่น (“ พลังงานไฟฟ้าของร่างกาย”, เกรด 8) เมื่อทำงานกับโมเดลนี้ นักเรียนที่ใช้เทคโนโลยีการลากและวางก็สามารถทำได้เช่นเดียวกัน

การดำเนินการทดลองเช่นเดียวกับการติดตั้งเต็มรูปแบบ ในด้านการทำงานของแบบจำลอง คุณสามารถเลือกแท่งไฟฟ้าใดๆ ก็ได้ (ebonite, แก้ว, แก้วอินทรีย์หรือขี้ผึ้งปิดผนึก, ทองเหลือง) ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าโดยการถูกับวัสดุที่วางอยู่บนโต๊ะ (ขนสัตว์ ยาง กระดาษ หรือ ผ้าไหม). ระดับของกระแสไฟฟ้าของไม้เนื่องจากระยะเวลาของแรงเสียดทานอาจแตกต่างกัน เมื่อนำแท่งไม้ไปที่ตัวนำของอิเล็กโทรมิเตอร์ ลูกศรของมันจะเบี่ยงเบนไป (ไฟฟ้าจากอิทธิพล) ปริมาณการเบี่ยงเบนของเข็มขึ้นอยู่กับระดับของกระแสไฟฟ้าของแท่งและระยะทางไปยังอิเล็กโทรมิเตอร์

ข้าว. 2. แบบจำลอง "พลังงานไฟฟ้าของร่างกาย" การติดตั้งสำหรับการทดสอบแบบจำลอง:

ก) "ระดับมหภาค" ของการสาธิต; b) "ระดับไมโคร" ของการสาธิต (โครงการโดยนักศึกษา A.A. Vasilchenko, PSGPU, Perm, จบการศึกษาในปี 2013)

สามารถชาร์จอิเล็กโทรมิเตอร์ได้โดยการแตะที่แท่ง ด้วยการนำแท่งไฟฟ้าแบบเดียวกันไปยังอิเล็กโทรมิเตอร์ที่เรียกเก็บจากนั้นความเบี่ยงเบนของลูกศรจะเพิ่มขึ้น เมื่อนำไม้ที่มีประจุของเครื่องหมายต่าง ๆ มาที่อิเล็กโทรมิเตอร์นี้ความเบี่ยงเบนของเข็มจะลดลง

การใช้แบบจำลองนี้ทำให้สามารถสาธิตวิธีการชาร์จอิเล็กโตรมิเตอร์ด้วยการสัมผัส "มือเสมือน" ได้ ในการทำเช่นนี้ให้วางแท่งไฟฟ้าไว้ข้างตัวนำซึ่งจะถูกเอาออกหลังจากสัมผัส "มือ" ของตัวนำของอิเล็กโทรมิเตอร์ เป็นไปได้ที่จะกำหนดสัญญาณของประจุของอิเล็กโตรมิเตอร์นี้ในภายหลังโดยใช้กระแสไฟฟ้าผ่านอิทธิพล

แบบจำลองเชิงโต้ตอบของการทดลองสาธิตเกี่ยวกับพลังงานไฟฟ้าของวัตถุ (โดยอิทธิพลโดยการสัมผัส) ในโหมดของการจัดการที่เหมือนจริงด้วยอุปกรณ์เสมือน สำรวจปฏิสัมพันธ์ของวัตถุที่ถูกไฟฟ้าและสรุปผลเกี่ยวกับการมีอยู่ของประจุสองชนิด (เช่น เกี่ยวกับไฟฟ้า "แก้ว" และ "เรซิน" หรือเหล็กพูดถึงประจุไฟฟ้าบวกและลบในภายหลังอย่างไร)

4. การแสดงภาพกลไกของปรากฏการณ์ การดำเนินการตามหลักการนี้ดำเนินการในกรณีที่จำเป็นต้องอธิบายพื้นฐานของทฤษฎีปรากฏการณ์ที่กำลังศึกษาให้นักเรียนทราบ ตามกฎแล้วสิ่งเหล่านี้คืออุดมคติเสมือนจริง สิ่งสำคัญคือต้องแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับเงื่อนไขสำหรับการทำให้เป็นอุดมคติดังกล่าวในการอ้างอิงถึงโมเดล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแบบจำลองที่กล่าวถึงข้างต้นสำหรับการใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกาย

การเปิดตัว "ระดับไมโคร" ของการสาธิตถูกนำมาใช้ (รูปที่ 2b) เมื่อเริ่มต้น ระดับที่กำหนดเครื่องหมายชาร์จจะปรากฏขึ้น แต่ละองค์ประกอบอิเล็กโทรมิเตอร์และค่าตามเงื่อนไขของประจุนี้ (เนื่องจากจำนวนเครื่องหมาย "+" และ "-" ที่มากขึ้นหรือน้อยลงในแต่ละองค์ประกอบของอิเล็กโทรมิเตอร์) การทำงานในโหมด "ระดับจุลภาค" มีจุดมุ่งหมายเพื่อช่วยให้นักเรียนสามารถอธิบายผลกระทบที่สังเกตได้ของการใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกายตามแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร

5. สร้างความมั่นใจในระดับสูงของการโต้ตอบของแบบจำลอง ระดับการโต้ตอบที่เป็นไปได้ของแบบจำลองการฝึกอบรมได้อธิบายไว้ในงาน เมื่อพัฒนาแบบจำลองของการทดลองทางกายภาพด้วยอินเทอร์เฟซที่สมจริงที่สุด ขอแนะนำให้มุ่งเน้นไปที่การโต้ตอบในระดับสูง (สาม, สี่) ซึ่งให้อิสระในระดับที่เพียงพอสำหรับผู้เข้ารับการฝึกอบรม แบบจำลองควรให้ทั้งการแก้ปัญหาสถานการณ์อย่างง่าย (ทำงานตามคำแนะนำ) และการวางแผนโดยอิสระโดยนักเรียนของเป้าหมายและแนวทางของการทดลอง ความเป็นอิสระของกิจกรรมนั้นมาจากการเลือกวัตถุและเงื่อนไขของการวิจัยโดยพลการในช่วงที่เสนอรวมถึงการกระทำที่หลากหลายด้วยองค์ประกอบแบบจำลอง ยิ่งขอบเขตเหล่านี้กว้างเท่าไร กระบวนการวิจัยและผลลัพธ์ของการวิจัยก็จะยิ่งคาดเดาไม่ได้สำหรับนักเรียน

6. การนำรูปแบบกิจกรรมการศึกษาไปปฏิบัติ โครงสร้างของกิจกรรมการสังเกตและการวิจัยเชิงทดลองแสดงในระเบียบวิธีวิทยาโดยแผนทั่วไป องค์ประกอบทั้งหมดของอินเทอร์เฟซของแบบจำลองจริงของการทดลองทางกายภาพและฟังก์ชันการทำงานต้องได้รับการพัฒนาโดยคำนึงถึงแผนเหล่านี้ แผนเหล่านี้เป็นแผนทั่วไปสำหรับการดำเนินการทดลองทางกายภาพและการดำเนินการส่วนบุคคลในองค์ประกอบ (การเลือกอุปกรณ์ การวางแผนการทดลอง การวัด การออกแบบตารางประเภทต่างๆ การสร้างและการวิเคราะห์กราฟของการพึ่งพาการทำงาน การกำหนดข้อสรุป) เช่น ตลอดจนแผนทั่วไปสำหรับการศึกษาปรากฏการณ์ทางกายภาพและวัตถุทางเทคนิค แนวทางการพัฒนาแบบจำลองนี้จะช่วยให้นักเรียนสามารถทำงานร่วมกับการตั้งค่าการทดลองเสมือนจริงได้อย่างเต็มที่และมีระเบียบวิธี การทำงานกับแบบจำลองในกรณีนี้จะนำไปสู่การพัฒนาทักษะทั่วไปของนักเรียนในการทำการทดลองทางกายภาพ

แบบจำลองเชิงโต้ตอบที่สร้างขึ้นในเทคโนโลยีอินเทอร์เฟซที่เหมือนจริงที่สุดมีไว้สำหรับนักเรียนในการทำงานในห้องปฏิบัติการที่เต็มเปี่ยม ลักษณะกึ่งเหมือนจริงของแบบจำลองและความสอดคล้องกันของฟังก์ชันการทำงานกับเนื้อหาและโครงสร้างของการศึกษาทดลอง ทำให้สามารถถ่ายโอนความรู้และทักษะที่นักเรียนได้รับในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงไปสู่สภาพแวดล้อมในห้องปฏิบัติการจริงได้ง่ายพอสมควร . นี่คือข้อเท็จจริงที่ว่าในระหว่างการทดลองเสมือนจริงในสภาพแวดล้อมที่มองเห็นและใช้งานได้ใกล้เคียงกับของจริง เด็กนักเรียนดำเนินการตามปกติ: พวกเขาทำความคุ้นเคยกับอุปกรณ์การศึกษา ในบางกรณี เลือกอุปกรณ์และประกอบการตั้งค่าการทดลอง (เต็มหรือ บางส่วน) ทำการทดลอง (ให้ "ผลกระทบ" ที่จำเป็นต่อวัตถุที่กำลังศึกษา อ่านค่าจากเครื่องมือ กรอกตารางข้อมูลและคำนวณ) และเมื่อสิ้นสุดการทดลอง ให้กำหนดข้อสรุป การปฏิบัติแสดงให้เห็นว่านักเรียนค่อนข้างประสบความสำเร็จในการทำงานที่คล้ายกันกับอุปกรณ์เดียวกันในห้องปฏิบัติการของโรงเรียน

7. การออกแบบและพัฒนาแบบจำลองโดยคำนึงถึงแผนทั่วไปสำหรับผลงานของนักเรียนด้วยแบบจำลองคอมพิวเตอร์ มีการนำเสนอแผนทั่วไปสำหรับการทำงานกับแบบจำลองคอมพิวเตอร์ในงาน ในแง่หนึ่ง แผนดังกล่าวกำหนดการกระทำหลักของผู้ใช้ด้วยสิ่งใดๆ

ในทางกลับกัน แบบจำลองในการศึกษาเนื้อหาของขั้นตอนของงานที่นำเสนอในนั้นแสดงให้นักพัฒนาแบบจำลองทราบว่าควรสร้างองค์ประกอบส่วนต่อประสานใดเพื่อให้แน่ใจว่ามีการโต้ตอบในระดับสูงและประสิทธิภาพการสอนที่จำเป็น

งานด้านการศึกษาที่มีแบบจำลองเชิงโต้ตอบที่พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของหลักการนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่านักเรียนมีทักษะทั่วไปที่เหมาะสม ช่วยให้พวกเขาชื่นชมพลังในการอธิบายและการทำนายของการสร้างแบบจำลองในฐานะวิธีการรับรู้ได้อย่างเต็มที่

โปรดทราบว่าควรใช้แผนทั่วไปนี้เมื่อพัฒนาคำแนะนำสำหรับงานห้องปฏิบัติการเสมือน ขั้นตอนการจัดทำคู่มือการฝึกอบรมตามแผนดังกล่าวมีให้ในงาน

8. หลักการแบบแยกส่วนของการก่อตัวของสื่อการศึกษาสำหรับองค์กรของการทำงานอิสระของนักเรียนด้วยแบบจำลองคอมพิวเตอร์ ขอแนะนำให้รวมแบบจำลองเชิงโต้ตอบของการทดลองทางกายภาพไว้ในโมดูลการฝึกที่กำหนดวงจรการฝึกที่ค่อนข้างสมบูรณ์ (รูปที่ 3) (การนำเสนอ สื่อการศึกษาในรูปแบบของข้อมูลทางทฤษฎีและประวัติศาสตร์โดยย่อ (รูปที่ 4) การพัฒนาความรู้ความสามารถของนักเรียนบนพื้นฐานของแบบจำลอง การนำเสนอตัวอย่างกิจกรรมหรือข้อบ่งชี้ข้อผิดพลาดระหว่างการทำงานในกรณีที่มีปัญหา (รูปที่ 1) การควบคุมตนเองของผลการเรียนรู้เนื้อหาการเรียนรู้โดยใช้แบบทดสอบเชิงโต้ตอบ (รูปที่ 5)

กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์ สหพันธรัฐรัสเซีย Perm State Humanitarian and Pedagogical University แผนกการสอนมัลติมีเดียและ เทคโนโลยีสารสนเทศคณะฟิสิกส์

แขนคันโยก ความสมดุลของแรงบนคันโยก

นักเรียนกลุ่ม MH

Timofeev Evgeny Sergeyevich

หัวหน้างาน

ดร.เลด เนียก ศาสตราจารย์

Ospennikova Elena Vasilievna

ข้าว. 3. โมดูลการศึกษาเชิงโต้ตอบ "ความสมดุลของพลังงานบนคันโยก": ชื่อเรื่องและสารบัญ (โครงการโดยนักเรียน E.S. Timofeev, PSGPU, Perm)

แขนคันโยก ความสมดุลของแรงบนคันโยก

คันโยกเป็นตัวแข็งที่สามารถหมุนรอบการสนับสนุนคงที่

รูปที่ 1 แสดงคันโยกที่มีแกนหมุน O (จุดรองรับ) ตั้งอยู่ระหว่างจุดที่ใช้แรง A และ B รูปที่ 2 แสดงไดอะแกรมของคันโยกนี้ แรง p1 และแรงที่กระทำต่อคันโยกจะพุ่งไปในทิศทางเดียว

แขนคันโยก ความสมดุลของแรงบนคันโยก

คันโยกจะอยู่ในสภาวะสมดุลเมื่อแรงที่กระทำกับคันโยกกลับด้าน ตามสัดส่วนของแขนของกองกำลังเหล่านี้

สามารถเขียนในรูปของสูตรได้ดังนี้

I ¡^ โดยที่ p1 และ Pr เป็นแรง

ทำหน้าที่บนคันโยก "2 b และ \r - ไหล่ของกองกำลังเหล่านี้

กฎความสมดุลของคันโยกถูกกำหนดขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกโบราณ อาร์คิมิดีส นักฟิสิกส์ นักคณิตศาสตร์ และนักประดิษฐ์

ข้าว. 4. โมดูลการฝึกอบรมแบบโต้ตอบ "สมดุลของแรงบนคันโยก": ข้อมูลทางทฤษฎี(โครงการของนักเรียน E.S. Timofeev, PSGPU, Perm)

เครื่องมือใดที่แสดงไม่ใช้คันโยก

1) คนย้ายโหลด #

3) สลักเกลียวและน็อต

2) แป้นเหยียบรถ

4) กรรไกร

ข้าว. 5. โมดูลการศึกษาเชิงโต้ตอบ "ความสมดุลของพลังงานบนคันโยก": การทดสอบการควบคุมตนเอง (โครงการของนักเรียน E.S. Timofeev, PSGPU, Perm)

แบบจำลองเชิงโต้ตอบเป็นส่วนหลักของโมดูล ส่วนอื่น ๆ ของโมดูลนั้นมีลักษณะที่เกี่ยวข้องกัน

ในระหว่างการดำเนินการทดลองเสมือนจะมีการติดตามผลงานของนักเรียน การกระทำที่ไม่ถูกต้องของ "ผู้ทดลอง" ควรทำให้เกิด "ปฏิกิริยา" ที่เหมือนจริงของวัตถุทางกายภาพที่ตรวจสอบหรือการติดตั้งในห้องปฏิบัติการ ในบางกรณี ปฏิกิริยานี้อาจถูกแทนที่ด้วยป๊อปอัป ข้อความเช่นเดียวกับสัญญาณเสียงหรือวิดีโอ ขอแนะนำให้ดึงความสนใจของนักเรียนไปที่ข้อผิดพลาดในการคำนวณและเมื่อกรอกตารางข้อมูลการทดลอง เป็นไปได้ที่จะนับการกระทำที่ผิดพลาดและนำเสนอความคิดเห็นของนักเรียนเมื่อสิ้นสุดการทำงานตามผลลัพธ์

ภายในเฟรมเวิร์กของโมดูล ควรจัดระเบียบการนำทางที่สะดวก ทำให้ผู้ใช้เปลี่ยนไปยังส่วนประกอบต่างๆ ได้อย่างรวดเร็ว

หลักการข้างต้นสำหรับการออกแบบแบบจำลองการศึกษาเชิงโต้ตอบของการทดลองทางกายภาพเป็นหลักการหลัก เป็นไปได้ว่าเมื่อเทคโนโลยีสำหรับการสร้างอ็อบเจ็กต์สภาพแวดล้อมเสมือนและวิธีการจัดการอ็อบเจ็กต์เหล่านี้พัฒนา องค์ประกอบและเนื้อหาของหลักการเหล่านี้สามารถปรับปรุงได้

การปฏิบัติตามหลักการที่กำหนดไว้ข้างต้นช่วยให้มั่นใจได้ถึงการสร้างแบบจำลองการศึกษาเชิงโต้ตอบที่มีประสิทธิภาพในการสอนสูง แบบจำลองของการทดลองทางกายภาพที่นำมาใช้ในเทคโนโลยีของส่วนต่อประสานที่เหมือนจริงที่สุด ทำหน้าที่จำลองจริง ๆ การจำลองดังกล่าวใช้เวลานานมากในการสร้าง แต่ค่าใช้จ่ายเหล่านี้ค่อนข้างสมเหตุสมผล เนื่องจากเป็นผลให้นักศึกษาได้รับการฝึกฝนการทดลองเพิ่มเติมในหลากหลายสาขาที่ไม่ต้องการการสนับสนุนด้านวัสดุ เทคนิค องค์กร และวิธีการพิเศษ การแสดงภาพเหมือนจริงและฟังก์ชันการทำงานของการตั้งค่าการทดลอง การกระทำเสมือนจริงของนักเรียนพร้อมองค์ประกอบต่าง ๆ มีส่วนช่วยในการสร้างแนวคิดที่เพียงพอเกี่ยวกับการปฏิบัติจริงของการวิจัยเชิงประจักษ์ เมื่อออกแบบแบบจำลองดังกล่าวเทคโนโลยีในการจัดการงานการศึกษาของนักเรียนจะถูกนำมาใช้ในระดับหนึ่ง (แนวทางที่เป็นระบบในการนำเสนอข้อมูลการศึกษาและการจัดกิจกรรมการศึกษาการสนับสนุนงานอิสระในระดับการแจ้งเตือนการกระทำหรือการนำเสนอที่ผิดพลาด (ถ้า จำเป็น) คำแนะนำด้านการศึกษาการสร้างเงื่อนไขสำหรับการควบคุมตนเองอย่างเป็นระบบและความพร้อมในการควบคุมขั้นสุดท้ายของระดับการดูดซึมของสื่อการศึกษา)

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าแบบจำลองเชิงโต้ตอบของการทดลองทางกายภาพนั้นไม่ได้มีไว้เพื่อแทนที่เวอร์ชันเต็ม เป็นเพียงอีกหนึ่ง เครื่องมือการสอนออกแบบมาเพื่อเสริมระบบวิธีการและเทคโนโลยีสำหรับการสร้างประสบการณ์ของนักเรียนในการศึกษาทดลองเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ

บรรณานุกรม

1. แอนโตโนวา ใช่ การจัดกิจกรรมโครงการของนักเรียนเพื่อพัฒนารูปแบบการสอนเชิงโต้ตอบในวิชาฟิสิกส์สำหรับโรงเรียนมัธยม // การสอนวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ คณิตศาสตร์ และสารสนเทศในมหาวิทยาลัยและโรงเรียน: คอล. วัสดุ X intl ทางวิทยาศาสตร์ -ปฏิบัติ คอนเฟิร์ม (31 ตุลาคม - 1 พฤศจิกายน 2560) - ทอมสค์: TSPU: 2017. - หน้า 77 - 82.

2. Antonova D.A. , Ospennikova E.V. องค์กรของการทำงานอิสระของนักศึกษามหาวิทยาลัยการสอนในบริบทของการใช้เทคโนโลยีการเรียนรู้ที่มีประสิทธิผล // การศึกษาการสอนในรัสเซีย -2559. - น. 10. - ส. 43 - 52.

3. บายานดิน ดี.วี. สภาพแวดล้อมการเรียนรู้เสมือนจริง: องค์ประกอบและหน้าที่ // การศึกษาระดับอุดมศึกษาในรัสเซีย - 2554. - ฉบับที่ 7. - น. 113 - 118.

4. Bayandin D.V. , Mukhin O.I. การประชุมเชิงปฏิบัติการแบบจำลองและหนังสือปัญหาโต้ตอบทางฟิสิกส์ตามระบบ STRATUM - 2000 // คอมพิวเตอร์ โปรแกรมการเรียนรู้และนวัตกรรม - 2545. - ครั้งที่ 3. - ส. 28 - 37.

5. Ospennikov N.A. , Ospennikova E.V. ประเภทของแบบจำลองคอมพิวเตอร์และทิศทางการใช้ในการสอนฟิสิกส์ // Bulletin of the Tomsk State Pedagogical University. -2553. - ฉบับที่ 4. - ส. 118 - 124.

6. Ospennikov N.A. , Ospennikova E.V. การก่อตัวของนักเรียนในแนวทางทั่วไปในการทำงานกับแบบจำลอง // Izvestiya แห่ง Southern Federal University วิทยาศาสตร์การสอน. -2552. - ฉบับที่ 12- หน้า 206 - 214.

7. ออสเพนนิโคว่า อี.วี. การใช้ ICT ในการสอนฟิสิกส์ในโรงเรียนมัธยมศึกษา: ชุดเครื่องมือ. - ม.: บินอม. ห้องทดลองความรู้ - 2554. - 655 น.

8. ออสเพนนิโคว่า อี.วี. ฟังก์ชั่นระเบียบวิธีของการทดลองในห้องปฏิบัติการเสมือน // สารสนเทศและการศึกษา - 2545. - ฉบับที่ 11. - ส. 83.

9. Ospennikova E.V. , Ospennikov A.A. การพัฒนาแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ทางฟิสิกส์โดยใช้เทคโนโลยีส่วนต่อประสาน //ฟิสิกส์ ในระบบที่เหมือนจริงที่สุด การศึกษาสมัยใหม่(FSSO - 2017): วัสดุของ XIV Intern คอนเฟิร์ม - Rostov n / a: DSTU, 2017. - หน้า 434 - 437.

10. Skvortsov A.I. , Fishman A.I. , Gendenshtein L.E. หนังสือเรียนมัลติมีเดียเกี่ยวกับฟิสิกส์สำหรับโรงเรียนมัธยมปลาย // ฟิสิกส์ในระบบการศึกษาสมัยใหม่ (FSSO - 15): วัสดุของ XIII Intern คอนเฟิร์ม - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: สำนักพิมพ์เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก มก., 2558. - ส. 159 - 160.

แอล. วี. พิกาลิตซิน,
, www.levpi.narod.ru, โรงเรียนมัธยมหมายเลข 2, Dzerzhinsk, ภูมิภาค Nizhny Novgorod

การทดลองฟิสิกส์คอมพิวเตอร์

4. การทดลองคอมพิวเตอร์เชิงคำนวณ

การทดลองทางการคำนวณเปลี่ยนไป
ในสาขาวิทยาศาสตร์อิสระ
R.G. Efremov ดุษฎีบัณฑิตสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์

การทดลองทางคอมพิวเตอร์มีหลายประการที่คล้ายคลึงกับการทดลองทั่วไป (ตามธรรมชาติ) ซึ่งรวมถึงการวางแผนการทดลองและการสร้างการตั้งค่าการทดลอง และประสิทธิภาพของการทดสอบควบคุม ชุดของการทดลอง และการประมวลผลข้อมูลการทดลอง การตีความ เป็นต้น อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้ดำเนินการกับวัตถุจริง แต่เป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ บทบาทของการตั้งค่าการทดลองนั้นเล่นโดยอุปกรณ์ที่มีอุปกรณ์ครบครัน โปรแกรมพิเศษคอมพิวเตอร์.

การทดลองทางคอมพิวเตอร์ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ พวกเขาทำงานในสถาบันและมหาวิทยาลัยหลายแห่ง เช่น ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก มหาวิทยาลัยการสอนแห่งรัฐมอสโก, สถาบันเซลล์วิทยาและพันธุศาสตร์แห่งสาขาไซบีเรียของ Russian Academy of Sciences, สถาบันอณูชีววิทยาของ Russian Academy of Sciences ฯลฯ นักวิทยาศาสตร์สามารถได้รับผลลัพธ์ทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญโดยไม่ต้อง "เปียก" จริง การทดลอง. สำหรับสิ่งนี้ไม่ได้มีเพียงพลังของคอมพิวเตอร์เท่านั้น แต่ยังมีอัลกอริธึมที่จำเป็นและที่สำคัญที่สุดคือความเข้าใจ หากแชร์ก่อนหน้านี้ - ในร่างกาย ในหลอดทดลอง, - เพิ่มแล้ว ในซิลิโค. ในความเป็นจริง การทดลองทางคอมพิวเตอร์กลายเป็นสาขาวิทยาศาสตร์อิสระ

ข้อดีของการทดลองดังกล่าวนั้นชัดเจน มักจะมีราคาถูกกว่าธรรมชาติ สามารถแทรกแซงได้ง่ายและปลอดภัย สามารถทำซ้ำและขัดจังหวะได้ตลอดเวลา ในระหว่างการทดลองนี้ คุณสามารถจำลองสภาวะที่ไม่สามารถสร้างได้ในห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าการทดลองทางคอมพิวเตอร์ไม่สามารถแทนที่การทดลองทางธรรมชาติได้อย่างสมบูรณ์ และอนาคตขึ้นอยู่กับการผสมผสานที่สมเหตุสมผล การทดลองทางคอมพิวเตอร์ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างการทดลองตามธรรมชาติกับแบบจำลองทางทฤษฎี จุดเริ่มต้นของการจำลองเชิงตัวเลขคือการพัฒนาแบบจำลองในอุดมคติของระบบทางกายภาพที่พิจารณา

ลองพิจารณาตัวอย่างการทดลองทางกายภาพเชิงคำนวณ

โมเมนต์ความเฉื่อยใน "Open Physics" (2.6 ตอนที่ 1) มีการทดลองเชิงคำนวณที่น่าสนใจเกี่ยวกับการหาโมเมนต์ความเฉื่อยของวัตถุแข็งเกร็งโดยใช้ตัวอย่างระบบที่ประกอบด้วยลูกบอลสี่ลูกที่ร้อยอยู่ในซี่เดียว คุณสามารถเปลี่ยนตำแหน่งของลูกบอลเหล่านี้บนซี่ล้อได้เช่นเดียวกับการเลือกตำแหน่งของแกนหมุน โดยวาดผ่านจุดศูนย์กลางของซี่ล้อและปลายก้าน สำหรับการจัดเรียงลูกบอลแต่ละครั้ง นักเรียนคำนวณค่าของโมเมนต์ความเฉื่อยโดยใช้ทฤษฎีบทสทิเนอร์ในการแปลขนานของแกนหมุน ข้อมูลสำหรับการคำนวณจัดทำโดยครู หลังจากคำนวณโมเมนต์ความเฉื่อยแล้ว ข้อมูลจะถูกป้อนลงในโปรแกรมและตรวจสอบผลลัพธ์ที่นักเรียนได้รับ

"กล่องดำ".ในการดำเนินการทดลองทางคอมพิวเตอร์ นักเรียนของฉันและฉันได้สร้างโปรแกรมหลายโปรแกรมเพื่อศึกษาเนื้อหาของ "กล่องดำ" ทางไฟฟ้า มันอาจประกอบด้วยตัวต้านทาน หลอดไส้ ไดโอด ตัวเก็บประจุ ขดลวด ฯลฯ

ปรากฎว่าในบางกรณีสามารถค้นหาเนื้อหาได้โดยไม่ต้องเปิด "กล่องดำ" โดยเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่าง ๆ เข้ากับอินพุตและเอาต์พุต แน่นอน ในระดับโรงเรียน สิ่งนี้สามารถทำได้สำหรับเครือข่ายสามหรือสี่ขั้วแบบธรรมดา งานดังกล่าวพัฒนาจินตนาการการคิดเชิงพื้นที่และความคิดสร้างสรรค์ของนักเรียนไม่ต้องพูดถึงข้อเท็จจริงที่ว่าคุณต้องมีความรู้ที่ลึกซึ้งและมั่นคงเพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่สมาคมฟิสิกส์โอลิมปิกระดับนานาชาติและระดับนานาชาติหลายแห่ง เสนอการศึกษาเรื่อง "กล่องดำ" ในกลศาสตร์ ความร้อน ไฟฟ้า และทัศนศาสตร์ว่าเป็นปัญหาเชิงทดลอง

ในชั้นเรียนหลักสูตรพิเศษ ฉันทำงานในห้องทดลองจริงสามงานเมื่ออยู่ใน "กล่องดำ":

- ตัวต้านทานเท่านั้น

- ตัวต้านทาน หลอดไส้ และไดโอด

- ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ขดลวด หม้อแปลง และวงจรออสซิลเลเตอร์

โครงสร้าง "กล่องดำ" ถูกสร้างขึ้นในกล่องไม้ขีดเปล่า ภายในกล่องมี แผนภูมิวงจรรวมและตัวกล่องถูกปิดด้วยเทป การวิจัยดำเนินการโดยใช้เครื่องมือ - เครื่องวัดปริมาตร, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, ออสซิลโลสโคป ฯลฯ - เพราะ ในการทำเช่นนี้ คุณต้องสร้าง CVC และ AFC นักเรียนป้อนการอ่านค่าเครื่องมือลงในคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะประมวลผลผลลัพธ์และสร้าง CVC และการตอบสนองความถี่ ซึ่งจะช่วยให้นักเรียนทราบว่าส่วนใดอยู่ใน "กล่องดำ" และกำหนดพารามิเตอร์ได้

เมื่อปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการส่วนหน้าด้วย "กล่องดำ" จะมีปัญหาเกี่ยวกับการขาดแคลนเครื่องมือและอุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการ สำหรับการวิจัยจำเป็นต้องมีออสซิลโลสโคป 15 ตัว เครื่องกำเนิดเสียง 15 ตัว เป็นต้น นั่นคือ 15 ชุดอุปกรณ์ราคาแพงที่โรงเรียนส่วนใหญ่ไม่มี และที่นี่ "กล่องดำ" เสมือนจริงมาช่วย - โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่เกี่ยวข้อง

ข้อดีของโปรแกรมเหล่านี้คือการวิจัยสามารถทำได้พร้อมกันทั้งชั้นเรียน ตัวอย่างเช่น พิจารณาโปรแกรมที่ใช้ "กล่องดำ" ที่มีเฉพาะตัวต้านทานโดยใช้ตัวสร้างตัวเลขสุ่ม ทางด้านซ้ายของเดสก์ท็อปคือ "กล่องดำ" มีวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยตัวต้านทานเท่านั้นที่สามารถวางไว้ระหว่างจุดต่างๆ เอ บี ซีและ ง.

นักเรียนมีอุปกรณ์สามชิ้นในการกำจัด: แหล่งพลังงาน (ค่าความต้านทานภายในเท่ากับศูนย์เพื่อให้การคำนวณง่ายขึ้น และโปรแกรมสร้าง EMF แบบสุ่ม) โวลต์มิเตอร์ (ความต้านทานภายในเป็นอนันต์); แอมมิเตอร์ (ความต้านทานภายในเป็นศูนย์)

เมื่อคุณเรียกใช้โปรแกรมภายใน "กล่องดำ" วงจรไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นแบบสุ่มซึ่งมีตัวต้านทานตั้งแต่ 1 ถึง 4 ตัว นักเรียนสามารถพยายามได้สี่ครั้ง หลังจากกดปุ่มใด ๆ เขาจะเสนอให้เชื่อมต่ออุปกรณ์ใด ๆ ที่เสนอเข้ากับเทอร์มินัลของ "กล่องดำ" ในลำดับใดก็ได้ ตัวอย่างเช่นเขาเชื่อมต่อกับเทอร์มินัล เอบีแหล่งที่มาปัจจุบันที่มี EMF = 3 V (โปรแกรมสร้างค่า EMF แบบสุ่มในกรณีนี้กลายเป็น 3 V) ไปยังเทอร์มินัล ซีดีเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์และการอ่านกลายเป็น 2.5 V จากนี้ควรสรุปได้ว่ามีตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าอย่างน้อยใน "กล่องดำ" หากต้องการดำเนินการทดลองต่อ แทนที่จะใช้โวลต์มิเตอร์ คุณสามารถต่อแอมมิเตอร์และอ่านค่าได้ ข้อมูลนี้ไม่เพียงพอที่จะไขปริศนาได้อย่างชัดเจน ดังนั้นจึงสามารถทำการทดลองได้อีกสองครั้ง: แหล่งจ่ายปัจจุบันเชื่อมต่อกับเทอร์มินัล ซีดีและโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์ - ไปที่ขั้วต่อ เอบี. ข้อมูลที่ได้รับในกรณีนี้จะเพียงพอที่จะคลี่คลายเนื้อหาของ "กล่องดำ" นักเรียนวาดแผนภาพบนกระดาษ คำนวณพารามิเตอร์ของตัวต้านทาน และแสดงผลลัพธ์ให้ครูเห็น

ครูตรวจสอบงานแล้วป้อนรหัสที่เหมาะสมลงในโปรแกรมและวงจรภายใน "กล่องดำ" นี้และพารามิเตอร์ของตัวต้านทานจะปรากฏบนเดสก์ท็อป

โปรแกรมนี้เขียนโดยนักเรียนของฉันใน BASIC เพื่อเรียกใช้งาน วินโดว์ เอ็กซ์พีหรือใน วินโดว์ วิสต้า คุณสามารถใช้โปรแกรมจำลอง ดอส, ตัวอย่างเช่น, กล่องดอส. คุณสามารถดาวน์โหลดได้จากเว็บไซต์ของฉัน www.physics-computer.by.ru

หากมีองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นภายใน "กล่องดำ" (หลอดไส้ ไดโอด ฯลฯ) นอกจากการวัดโดยตรงแล้ว คุณจะต้องใช้ CVC เพื่อจุดประสงค์นี้จำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายกระแส, แรงดัน, ที่เอาต์พุตซึ่งแรงดันสามารถเปลี่ยนจาก 0 เป็นค่าที่แน่นอน

ในการศึกษาความเหนี่ยวนำและความจุ จำเป็นต้องวัดการตอบสนองความถี่โดยใช้เครื่องกำเนิดเสียงเสมือนจริงและออสซิลโลสโคป

ตัวเลือกความเร็วลองพิจารณาอีกหนึ่งโปรแกรมจาก "Open Physics" (2.6 ตอนที่ 2) ซึ่งทำให้สามารถทำการทดลองทางคอมพิวเตอร์ด้วยตัวเลือกความเร็วในแมสสเปกโตรมิเตอร์ได้ ในการกำหนดมวลของอนุภาคโดยใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์ จำเป็นต้องทำการเลือกเบื้องต้นของอนุภาคที่มีประจุด้วยความเร็ว จุดประสงค์นี้ให้บริการโดยสิ่งที่เรียกว่า ตัวเลือกความเร็ว

ในตัวเลือกความเร็วที่ง่ายที่สุด อนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอ มีการสร้างสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นเปลือกโลก ตัวเก็บประจุแบบแบน, แม่เหล็ก - ในช่องว่างของแม่เหล็กไฟฟ้า ความเร็วเริ่มต้น υ อนุภาคที่มีประจุตั้งฉากกับเวกเตอร์ อี และ ใน .

แรงสองแรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุ: แรงไฟฟ้า ถาม อี และแรงแม่เหล็กลอเรนซ์ ถาม υ × ข . ภายใต้เงื่อนไขบางประการ กองกำลังเหล่านี้สามารถสร้างสมดุลซึ่งกันและกันได้ ในกรณีนี้ อนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง หลังจากบินผ่านตัวเก็บประจุ อนุภาคจะผ่านรูเล็ก ๆ ในหน้าจอ

สภาพของวิถีการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงของอนุภาคไม่ได้ขึ้นอยู่กับประจุและมวลของอนุภาค แต่ขึ้นอยู่กับความเร็วเท่านั้น: qE = qυB→υ = E/B.

ในแบบจำลองคอมพิวเตอร์ คุณสามารถเปลี่ยนค่าความแรงของสนามไฟฟ้า E การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก ขและความเร็วเริ่มต้นของอนุภาค υ . การทดลองการเลือกความเร็วสามารถทำได้สำหรับอิเล็กตรอน โปรตอน อนุภาค α และอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนของยูเรเนียม-235 และยูเรเนียม-238 การทดลองคำนวณในแบบจำลองคอมพิวเตอร์นี้ดำเนินการดังนี้: นักเรียนจะได้รับการบอกว่าอนุภาคที่มีประจุใดที่บินเข้าไปในตัวเลือกความเร็ว ความแรงของสนามไฟฟ้า และความเร็วเริ่มต้นของอนุภาค นักเรียนคำนวณความแรงของสนามแม่เหล็กโดยใช้สูตรข้างต้น หลังจากนั้นข้อมูลจะถูกป้อนเข้าสู่โปรแกรมและสังเกตการบินของอนุภาค หากอนุภาคบินในแนวนอนภายในตัวเลือกความเร็ว แสดงว่าการคำนวณถูกต้อง

การทดลองทางคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นสามารถทำได้โดยใช้แพ็คเกจฟรี "วิชั่นโมเดลสำหรับ WINDOWS"ถุงพลาสติก โมเดล วิชั่น สตูดิโอ (MVS)เป็นเชลล์แบบกราฟิกในตัว สร้างอย่างรวดเร็วโมเดลภาพเชิงโต้ตอบของระบบไดนามิกที่ซับซ้อนและทำการทดลองทางคอมพิวเตอร์กับพวกมัน แพคเกจนี้ได้รับการพัฒนาโดยกลุ่มวิจัย "Experimental Object Technologies" ที่แผนก "Distributed Computing and เครือข่ายคอมพิวเตอร์» คณะเทคนิคไซเบอร์เนติกส์ มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก แจกฟรี รุ่นฟรีบรรจุุภัณฑ์ เอ็มวีเอส 3.0 ได้ที่ www.exponenta.ru เทคโนโลยีการสร้างแบบจำลองในสิ่งแวดล้อม เอ็มวีเอสขึ้นอยู่กับแนวคิดของห้องปฏิบัติการเสมือนจริง ผู้ใช้วางบล็อกเสมือนของระบบจำลองบนแท่นวาง บล็อกเสมือนสำหรับโมเดลจะถูกเลือกจากไลบรารีหรือสร้างโดยผู้ใช้อีกครั้ง ถุงพลาสติก เอ็มวีเอสได้รับการออกแบบมาเพื่อทำให้ขั้นตอนหลักของการทดลองทางคอมพิวเตอร์เป็นไปโดยอัตโนมัติ: การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของวัตถุที่กำลังศึกษา, การสร้าง การใช้งานซอฟต์แวร์ศึกษาคุณสมบัติของแบบจำลองและนำเสนอผลในรูปแบบที่สะดวกต่อการวิเคราะห์ วัตถุที่อยู่ระหว่างการศึกษาอาจอยู่ในกลุ่มของระบบต่อเนื่อง ระบบแยก หรือระบบไฮบริด แพคเกจนี้เหมาะที่สุดสำหรับการศึกษาระบบทางกายภาพและทางเทคนิคที่ซับซ้อน

ตัวอย่างเช่นลองพิจารณาปัญหาที่ค่อนข้างเป็นที่นิยม ปล่อยให้จุดวัสดุถูกโยนทำมุมกับระนาบแนวนอนและชนกับระนาบนี้อย่างยืดหยุ่น แบบจำลองนี้เกือบจะเป็นข้อบังคับในชุดสาธิตของแพ็คเกจการสร้างแบบจำลองตัวอย่าง นี่คือระบบไฮบริดทั่วไปที่มีพฤติกรรมต่อเนื่อง (บินในสนามโน้มถ่วง) และเหตุการณ์ไม่ต่อเนื่อง (การกระดอน) ตัวอย่างนี้ยังแสดงให้เห็นวิธีการเชิงวัตถุในการสร้างแบบจำลอง: ลูกบอลที่ลอยอยู่ในชั้นบรรยากาศเป็นลูกหลานของลูกบอลที่บินอยู่ในอวกาศไร้อากาศ และสืบทอดคุณสมบัติทั่วไปทั้งหมดโดยอัตโนมัติ ในขณะที่เพิ่มคุณสมบัติของตัวเอง

ขั้นสุดท้ายขั้นสุดท้ายจากมุมมองของผู้ใช้ ขั้นของการสร้างแบบจำลองคือขั้นของการอธิบายรูปแบบสำหรับนำเสนอผลลัพธ์ของการทดลองทางคอมพิวเตอร์ สิ่งเหล่านี้อาจเป็นตาราง กราฟ พื้นผิว และแม้แต่ภาพเคลื่อนไหวที่แสดงผลลัพธ์แบบเรียลไทม์ ดังนั้น ผู้ใช้จึงสังเกตไดนามิกของระบบอย่างแท้จริง จุดระยะเฟสสามารถเคลื่อนที่ได้ องค์ประกอบโครงสร้างที่ผู้ใช้วาดสามารถเปลี่ยนสีได้ และผู้ใช้สามารถติดตามบนหน้าจอได้ เช่น กระบวนการทำความร้อนหรือความเย็น ในแพ็คเกจที่สร้างขึ้นสำหรับการใช้งานซอฟต์แวร์ของโมเดลสามารถจัดเตรียมหน้าต่างพิเศษที่อนุญาตให้เปลี่ยนค่าของพารามิเตอร์ในระหว่างการทดสอบการคำนวณและดูผลที่ตามมาของการเปลี่ยนแปลงได้ทันที

งานจำนวนมากเกี่ยวกับการสร้างแบบจำลองภาพของกระบวนการทางกายภาพใน เอ็มวีเอสจัดขึ้นที่ MPGU ที่นั่น งานเสมือนจริงจำนวนมากได้รับการพัฒนาในหลักสูตรฟิสิกส์ทั่วไป ซึ่งสามารถเชื่อมโยงกับสิ่งอำนวยความสะดวกในการทดลองจริง ซึ่งช่วยให้คุณสังเกตบนหน้าจอแบบเรียลไทม์ถึงการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของทั้งกระบวนการทางกายภาพจริงและ พารามิเตอร์ต่างๆ ของแบบจำลอง แสดงให้เห็นถึงความเพียงพออย่างชัดเจน ตัวอย่างเช่น ฉันอ้างถึงงานห้องปฏิบัติการเจ็ดชิ้นเกี่ยวกับกลศาสตร์จากการประชุมเชิงปฏิบัติการในห้องปฏิบัติการของพอร์ทัลอินเทอร์เน็ตเพื่อการศึกษาแบบเปิดที่ตรงตามมาตรฐานการศึกษาของรัฐที่มีอยู่ใน "ครูฟิสิกส์" พิเศษ: การศึกษาการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงโดยใช้เครื่อง Atwood; การวัดความเร็วของกระสุน การเพิ่มการสั่นแบบฮาร์มอนิก การวัดโมเมนต์ความเฉื่อยของล้อจักรยาน การศึกษาการเคลื่อนที่แบบหมุนของวัตถุแข็งเกร็ง การหาค่าความเร่งของการตกอย่างอิสระโดยใช้ลูกตุ้มทางกายภาพ การศึกษาการแกว่งอย่างอิสระของลูกตุ้มทางกายภาพ

หกรายการแรกเป็นเสมือนและจำลองบนพีซีใน ModelVisionStudioฟรีและอันหลังมีทั้งเวอร์ชันเสมือนและของจริงสองเวอร์ชัน หนึ่งสำหรับ การเรียนทางไกลนักเรียนต้องทำลูกตุ้มจากคลิปหนีบกระดาษขนาดใหญ่และยางลบอย่างอิสระและแขวนไว้ใต้ด้าม เมาส์คอมพิวเตอร์หากไม่มีลูกบอลให้รับลูกตุ้มมุมโก่งที่โปรแกรมพิเศษอ่านและควรใช้โดยนักเรียนเมื่อประมวลผลผลลัพธ์ของการทดลอง วิธีการนี้ช่วยให้ทักษะบางอย่างที่จำเป็นสำหรับงานทดลองสามารถทำงานบนพีซีเท่านั้น และส่วนที่เหลือ - เมื่อทำงานกับอุปกรณ์จริงที่มีอยู่และการเข้าถึงอุปกรณ์จากระยะไกล ในอีกเวอร์ชั่นหนึ่งมีไว้สำหรับการเตรียมที่บ้านของนักเรียนเต็มเวลาสำหรับงานในห้องปฏิบัติการในการประชุมเชิงปฏิบัติการของภาควิชาฟิสิกส์ทั่วไปและการทดลองของคณะฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยการสอนแห่งรัฐมอสโกนักเรียนฝึกฝนทักษะการทำงานกับการตั้งค่าการทดลอง บนแบบจำลองเสมือนจริง และในห้องปฏิบัติการดำเนินการทดลองไปพร้อม ๆ กันในการตั้งค่าจริงที่เฉพาะเจาะจงและด้วยแบบจำลองเสมือนจริง ในเวลาเดียวกัน เขาใช้เครื่องมือวัดแบบดั้งเดิมทั้งในรูปแบบของสเกลออปติคัลและนาฬิกาจับเวลา รวมถึงวิธีการที่แม่นยำและรวดเร็วยิ่งขึ้น นั่นคือเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวที่ใช้เมาส์ออปติคัลและตัวจับเวลาของคอมพิวเตอร์ การเปรียบเทียบพร้อมกันของการเป็นตัวแทนทั้งสาม (แบบดั้งเดิม ปรับปรุงด้วยความช่วยเหลือของเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ และแบบจำลอง) ของปรากฏการณ์เดียวกัน ทำให้เราสามารถสรุปเกี่ยวกับขีดจำกัดของความเพียงพอของแบบจำลอง เมื่อข้อมูลการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เริ่มต้นขึ้น เพื่อให้แตกต่างจากการอ่านมากขึ้นเรื่อย ๆ หลังจากผ่านไประยะหนึ่งถ่ายทำในการติดตั้งจริง

สิ่งที่กล่าวมาข้างต้นไม่ได้ทำให้ความเป็นไปได้ของการใช้คอมพิวเตอร์ในการทดลองเชิงกายภาพหมดไป ดังนั้นสำหรับครูที่ทำงานอย่างสร้างสรรค์และนักเรียนของเขาจะมีโอกาสที่ไม่ได้ใช้เสมอในด้านการทดลองจริงและเสมือนจริง

หากคุณมีความคิดเห็นหรือข้อเสนอแนะสำหรับ หลากหลายชนิดการทดลองคอมพิวเตอร์จริง เขียนถึงฉันที่:

ศึกษา โมเดลทางกายภาพจัดทำโดย: Kukleva Anastasia

การสร้างแบบจำลองเป็นวิธีการศึกษาระบบโดยแทนที่ด้วยระบบ (แบบจำลอง) ที่สะดวกสำหรับการวิจัยโดยรักษาคุณสมบัติที่น่าสนใจของผู้วิจัย การสร้างแบบจำลองคือการสร้าง (หรือคัดเลือก) และศึกษาแบบจำลองเพื่อให้ได้ความรู้ใหม่เกี่ยวกับวัตถุ แบบจำลองคือวัตถุในลักษณะใดๆ ก็ตามที่สามารถแทนที่วัตถุภายใต้การศึกษาในคุณสมบัติที่ผู้วิจัยสนใจ (เช่น ลูกโลกเป็นแบบจำลองของโลก) คำอธิบายของวัตถุ - ชุดข้อมูลเกี่ยวกับระบบภายใต้การศึกษาและเงื่อนไขที่จำเป็นในการศึกษา

การจำแนกประเภท (เสนอโดย VA Venikov) แบบจำลองเชิงตรรกะ แบบจำลองเชิงตรรกะถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของการใช้เหตุผล บุคคลใด ๆ ก่อนที่จะดำเนินการบางอย่างสร้างแบบจำลองเชิงตรรกะ ความถูกต้องของแบบจำลองทางตรรกะแสดงเวลา แบบจำลองประเภทนี้ที่เราไม่รู้จักมักได้รับการยืนยันแล้ว ข้อได้เปรียบของโมเดลเชิงตรรกะคือมีอยู่ในโมเดลประเภทอื่นๆ ทั้งหมด แบบจำลองทางกายภาพ แบบจำลองทางกายภาพที่คล้ายกับระบบจริง ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบบจำลองทางกายภาพคือความคล้ายคลึงกันทางกายภาพของคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดภายใต้การศึกษา ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดของแบบจำลองทางกายภาพคือของเล่นเด็ก อีกตัวอย่างหนึ่ง - เมื่อออกแบบรถยนต์ นักออกแบบจะสร้างแบบจำลองทางกายภาพของผลิตภัณฑ์ในอนาคตจากดินน้ำมัน ข้อดีของแบบจำลองประเภทนี้คือการมองเห็นผลลัพธ์ในระดับสูงสุด แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์คือคำอธิบายของระบบภายใต้การศึกษา ซึ่งกำหนดอย่างเป็นทางการในภาษาของคณิตศาสตร์ ข้อได้เปรียบคือหลักฐานที่เป็นทางการอย่างเคร่งครัดและความถูกต้องของผลลัพธ์ที่ได้รับ (เช่น ระบบสมการเชิงเส้นเป็นวิธีการแก้สมการ) ประเภทนี้ปัจจุบันการจำลองเป็นปัจจัยกำหนดในการวิจัยระบบ การจำลอง (คอมพิวเตอร์) การสร้างแบบจำลอง การจำลองเป็นการทดลองเชิงตัวเลขด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ขององค์ประกอบของระบบที่กำลังศึกษา ระดับข้อมูล. แบบจำลองการจำลองสามารถประกอบด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ขององค์ประกอบของระบบภายใต้การศึกษาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแบบจำลองทางกายภาพด้วย (เช่น ผู้ฝึกสอน).

การศึกษาแบบจำลองทางกายภาพ การเคลื่อนไหวภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงเป็นที่รู้จักกันดี นี่คือการร่วงหล่นของร่างกายจากความสูงระดับหนึ่งและการเคลื่อนไหวของร่างกายที่โยนเป็นมุมไปยังขอบฟ้า ฯลฯ หากไม่คำนึงถึงแรงต้านของแรงต้านในปัญหาดังกล่าว ประเภทของการเคลื่อนไหวทั้งหมดที่ระบุไว้จะถูกอธิบายโดยสูตรที่รู้จัก แต่ปัญหาที่คำนึงถึงแรงต้านอากาศก็น่าสนใจไม่น้อย

งานการเคลื่อนไหวของนักกระโดดร่มชูชีพ

ฉันเวที คำชี้แจงปัญหา รายละเอียดของปัญหา เมื่อตกลงสู่พื้น นักกระโดดร่มชูชีพจะประสบกับการกระทำของแรงโน้มถ่วงและแรงต้านของอากาศ มีการทดลองแล้วว่าแรงต้านขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ ยิ่งความเร็วมาก แรงยิ่งมาก เมื่อเคลื่อนที่ในอากาศ แรงนี้จะแปรผันตามกำลังสองของความเร็วด้วยค่าสัมประสิทธิ์การลาก k ซึ่งขึ้นอยู่กับการออกแบบร่มชูชีพและน้ำหนักของบุคคล ค่าสัมประสิทธิ์นี้ควรเป็นเท่าใดเพื่อให้นักกระโดดร่มลงบนพื้นด้วยความเร็วไม่เกิน 8 m / s ซึ่งไม่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ กำหนดเป้าหมายของการสร้างแบบจำลองและทำให้งานเป็นแบบแผน

ขั้นตอนที่สอง การพัฒนาโมเดล INFORMATION MODEL สร้างโมเดลข้อมูลของคุณเอง แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ตัวเลขแสดงแรงที่กระทำต่อนักกระโดดร่ม ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน การเคลื่อนที่ภายใต้แรงกระทำสามารถเขียนเป็นความเท่ากันได้

เราฉายความเท่าเทียมกันนี้บนแกนของการเคลื่อนที่ แทนที่นิพจน์ แรงต้านอากาศ เราได้สูตรสำหรับคำนวณความเร่ง

เราจะคำนวณความเร็วและระยะทางที่นักกระโดดร่มบินในช่วงเวลาปกติ Δt สูตรสำหรับการคำนวณช่วงเวลาคือ: ti+1=ti+Δt เราจะถือว่าความเร่งคงที่และเท่ากับ ai ในแต่ละช่วงเวลา สูตรคำนวณความเร่งคือ โดยที่ Vi คือความเร็วที่จุดเริ่มต้นของช่วงเวลา (V0 คือความเร็วเริ่มต้น)

ความเร็วในตอนท้ายของช่วงเวลา (และตามด้วยจุดเริ่มต้นของช่วงถัดไป) คำนวณโดยสูตรของการเคลื่อนที่แบบเร่งความเร็วอย่างสม่ำเสมอ

โมเดลคอมพิวเตอร์ สำหรับการจำลอง เราจะเลือกสภาพแวดล้อมสเปรดชีต ในสภาพแวดล้อมนี้ ข้อมูลและ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์จะรวมกันเป็นตารางที่มีสามส่วน ได้แก่ ข้อมูลเริ่มต้น การตั้งถิ่นฐานระดับกลาง ผลลัพธ์.

ขั้นตอนที่สาม การทดลองทางคอมพิวเตอร์

แบบจำลองอย่างเป็นทางการ เพื่อทำให้แบบจำลองเป็นทางการ เราใช้สูตรของการเคลื่อนที่แบบสม่ำเสมอและแบบเร่งความเร็วสม่ำเสมอซึ่งรู้จักกันในรายวิชาฟิสิกส์

ขอขอบคุณสำหรับความสนใจของคุณ!!!

กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์แห่งดินแดนครัสโนดาร์

สถาบันการศึกษางบประมาณระดับมืออาชีพของรัฐในดินแดนครัสโนดาร์

"วิทยาลัยเกษตรกรรม Pashkovsky"

การพัฒนาระเบียบ

การประยุกต์ใช้แบบจำลองเชิงโต้ตอบของการทดลองทางกายภาพในการศึกษาฟิสิกส์

คราสโนดาร์ 2015

เห็นด้วย

รอง ผู้อำนวยการ มรภ

GBPOU KK PSHC

พวกเขา. สตรอทสกายา

2558

การพัฒนาวิธีการได้รับการพิจารณาในที่ประชุมคณะกรรมการกลาง

สาขาวิชาคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ

ประธานคณะกรรมการกลาง

_________________ (พุชคาเรวา เอ็น.ยา)

การแนะนำ

ความทันสมัยของการศึกษาในด้านการใช้คอมพิวเตอร์ของกระบวนการศึกษา, ขยายความเป็นไปได้ของการตระหนักรู้ในตนเองของนักเรียน, คุ้นเคยกับการควบคุมตนเอง, เพิ่มเนื้อหาของการศึกษาอย่างมีนัยสำคัญ, ช่วยให้การศึกษาเป็นรายบุคคล เทคโนโลยีนวัตกรรมคอมพิวเตอร์จัดเตรียมข้อมูลของระบบการศึกษา เตรียมนักเรียนให้พร้อมสำหรับเงื่อนไขใหม่ของกิจกรรมในสภาพแวดล้อมข้อมูล

บทความนี้แสดงตัวอย่างการใช้แบบจำลองเสมือนจริงของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์และกายภาพ แท่งบนระนาบ และระบบของวัตถุคู่ ในการศึกษาการสั่นของฮาร์มอนิกและการเคลื่อนไหวของร่างกายภายใต้การกระทำของหลายแรง ผู้เขียนให้แนวทางในการประยุกต์ใช้ทรัพยากรดิจิทัลอย่างมีประสิทธิภาพในกระบวนการศึกษา ที่เกี่ยวข้องโดยเฉพาะคือการใช้ เทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมใหม่ในความเชี่ยวชาญ รายละเอียดทางเทคนิคด้วยการฝึกอบรมเชิงปฏิบัติซึ่งกำหนดโดยข้อกำหนดของมาตรฐานวิชาชีพและกำหนดโดยอาชีพต่อไปของผู้สำเร็จการศึกษาวิทยาลัยที่มีคุณสมบัติเหมาะสมในอนาคต

วัตถุประสงค์ของงานนี้คือการจัดเตรียมเงื่อนไขระเบียบวิธีสำหรับการอำนวยความสะดวกในการศึกษาและการสอนส่วนของฟิสิกส์ "การสั่นของฮาร์มอนิก" และ "ไดนามิกส์" โดยบังคับใช้ส่วนโต้ตอบ

- เลือกและปรับทฤษฎีในประเด็นนี้ตามข้อกำหนดของมาตรฐานการศึกษาของรัฐบาลกลางแห่งยุคที่สาม (FSES SPO) สำหรับระเบียบวินัย "ODP 11. ฟิสิกส์"

ใช้วัสดุวิธีการที่นำเสนออย่างมีประสิทธิภาพสำหรับการก่อตัวของทั่วไปและที่สำคัญที่สุดคือความสามารถทางวิชาชีพ

- เพื่อพัฒนาตัวอย่างการประยุกต์ใช้แบบจำลองที่เป็นไปได้สำหรับการทำงานในการบรรยายภาคปฏิบัติและในห้องปฏิบัติการ

- พัฒนาแผนการสอนสำหรับการทำงานกับโมเดลเชิงโต้ตอบ

- คำนึงถึงคุณสมบัติของการใช้ประสบการณ์ที่มีอยู่เพื่อทำงานในห้องเรียนกับนักเรียนที่เชี่ยวชาญด้านเทคนิค:

08.02.01 "การก่อสร้างและการดำเนินงานอาคารและโครงสร้าง"; 08.02.07 "การติดตั้งและการทำงานของอุปกรณ์ประปาภายใน เครื่องปรับอากาศ และการระบายอากาศ";

08.02.03 "การผลิตผลิตภัณฑ์และโครงสร้างอาคารที่ไม่ใช่โลหะ";

21.02.04 "การจัดการที่ดิน".

การพัฒนานี้ใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ของกระบวนการทางกายภาพที่จัดทำโดย Bogdanov N.E. ในปี 2550 การเป็นตัวแทนของตัวสร้างเสมือนที่มุ่งให้แนวทางการเรียนรู้เป็นฐานกิจกรรม ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะใช้ในการฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญระดับกลาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการก่อสร้าง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องสามารถวิเคราะห์และทำความเข้าใจสาระสำคัญของกระบวนการทางกายภาพ สภาวะสมดุล ขีดจำกัดความแข็งแรงของโครงสร้างประเภทต่างๆ

การพัฒนาวิธีการนี้เป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับผลลัพธ์ของการเรียนรู้ผู้เชี่ยวชาญหลัก โปรแกรมการศึกษาโดยช่างเทคนิคต้องมีความสามารถทั่วไปและวิชาชีพดังต่อไปนี้

ตกลง 4. ค้นหาและใช้ข้อมูลที่จำเป็นในการทำงานระดับมืออาชีพ

ตกลง 5. ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารใน กิจกรรมระดับมืออาชีพ.

พีซี 1.4 ร่วมพัฒนาโครงการผลิตผลงานโดยใช้เทคโนโลยีสารสนเทศ

1การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์การทดลอง

ประการแรก การสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ทำให้สามารถรับภาพประกอบไดนามิกของการทดลองและปรากฏการณ์ทางกายภาพ เพื่อสร้างรายละเอียดที่ละเอียดอ่อนซึ่งมักจะหลบหนีเมื่อสังเกตปรากฏการณ์จริงในระหว่างกระบวนการศึกษา เมื่อใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์จะจัดเตรียม โอกาสพิเศษนักเรียนของการสร้างภาพไม่ใช่ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่แท้จริง แต่เป็นแบบจำลองที่เรียบง่าย ในเวลาเดียวกัน ครูมีโอกาสที่จะค่อยๆ รวมปัจจัยอื่นๆ เข้าไว้ในการพิจารณา ซึ่งค่อยๆ ทำให้แบบจำลองซับซ้อนขึ้นและทำให้เข้าใกล้ปรากฏการณ์ทางกายภาพจริงมากขึ้น นอกจากนี้ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ยังทำให้สามารถเปลี่ยนแปลงช่วงเวลาของเหตุการณ์ พิจารณาเป็นขั้นตอน และยังจำลองสถานการณ์ที่ไม่สามารถรับรู้ได้ในการทดลองทางกายภาพ

งานของนักเรียนที่มีแบบจำลองเชิงโต้ตอบนั้นมีประโยชน์ เนื่องจากแบบจำลองคอมพิวเตอร์ช่วยให้สามารถเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขเริ่มต้นของการทดลองทางกายภาพในวงกว้างและทำการทดลองเสมือนจริงจำนวนมากได้ โอกาสในการรับรู้อย่างมหาศาลเปิดขึ้นต่อหน้าผู้เข้ารับการฝึกอบรม ซึ่งทำให้พวกเขาไม่เพียงแต่เป็นผู้สังเกตการณ์เท่านั้น แต่ยังเป็นผู้ที่กระตือรือร้นในการทดลองที่กำลังดำเนินอยู่อีกด้วย บางรุ่นทำให้สามารถสังเกตการสร้างการขึ้นต่อกันแบบกราฟิกที่สอดคล้องกันไปพร้อมๆ กับการทดลอง ซึ่งจะเพิ่มการมองเห็น ครูควรมุ่งเน้นไปที่รูปแบบของการพึ่งพากราฟิกเหล่านี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วน "การสั่นสะเทือนทางกล" ซึ่งสะดวกที่จะแสดงให้นักเรียนเห็นสาระสำคัญของกฎการอนุรักษ์พลังงาน ในเรื่องนี้ การพัฒนาวิธีการประเด็นนี้ถูกเปิดเผยในวรรค 2.1.1 ส่วนที่ 2 นำเสนอการใช้แบบจำลองสำหรับงานบรรยายของครูในห้องเรียนหรืองานอิสระของนักเรียนพร้อมเนื้อหาที่ทำให้สามารถ "ฟื้น" ทฤษฎีแห้งได้ ภาพหน้าจอของแบบจำลองช่วยให้คุณแสดงไดนามิกของการเปลี่ยนแปลงในปริมาณทางกายภาพ

เมื่อสังเกตและอธิบายประสบการณ์ทางกายภาพที่จำลองขึ้นในคอมพิวเตอร์ ผู้เรียนต้อง:

กำหนดสิ่งที่เป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพ กระบวนการแสดงประสบการณ์;

ตั้งชื่อองค์ประกอบหลักของการติดตั้ง

อธิบายขั้นตอนของการทดลองและผลลัพธ์โดยสังเขป

แนะนำสิ่งที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในการติดตั้งและสิ่งนี้จะส่งผลต่อผลลัพธ์ของการทดสอบอย่างไร

วาดข้อสรุป

เพื่อให้บทเรียนในชั้นเรียนคอมพิวเตอร์ไม่เพียง แต่น่าสนใจในรูปแบบเท่านั้น แต่ยังให้ผลการศึกษาสูงสุดด้วย ครูจำเป็นต้องเตรียมแผนงานล่วงหน้าด้วยแบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่เลือกสำหรับการศึกษา กำหนดคำถามและงานที่สอดคล้องกับ ฟังก์ชันการทำงานของแบบจำลอง เป็นที่พึงปรารถนาที่จะเตือนนักเรียนด้วยว่าในตอนท้ายของบทเรียน พวกเขาจะต้องตอบคำถามหรือเขียนรายงานสั้น ๆ เกี่ยวกับงานที่ทำ ผู้เขียนจัดทำในภาคผนวกของแผนการสอนการพัฒนานี้ การมอบหมายงานสำหรับห้องเรียนอิสระและการบ้าน การทดสอบการควบคุมความรู้

งานแต่ละประเภทประเภทหนึ่งคืองานทดสอบพร้อมการตรวจสอบคอมพิวเตอร์ในภายหลัง ในตอนต้นของบทเรียน ครูจะแจกจ่ายงานแต่ละชิ้นให้กับนักเรียนในรูปแบบสิ่งพิมพ์และเสนอให้แก้ปัญหาด้วยตนเองทั้งในชั้นเรียนหรือการบ้าน นักเรียนสามารถตรวจสอบความถูกต้องของการแก้ปัญหาโดยใช้ โปรแกรมคอมพิวเตอร์. ความเป็นไปได้ของการตรวจสอบผลลัพธ์ที่ได้รับในการทดลองเสมือนจริงในภายหลังโดยอิสระช่วยเพิ่มความสนใจทางปัญญาทำให้งานของนักเรียนมีความคิดสร้างสรรค์และสามารถนำเข้าใกล้การวิจัยทางวิทยาศาสตร์มากขึ้น

มีปัจจัยบวกอีกประการหนึ่งที่สนับสนุนการใช้การทดลองทางคอมพิวเตอร์ เทคโนโลยีนี้กระตุ้นให้ผู้เรียนคิดปัญหาของตนเองแล้วตรวจสอบความถูกต้องของเหตุผลโดยใช้แบบจำลองเชิงโต้ตอบ

ในทางกลับกัน ครูสามารถเชิญชวนให้นักเรียนมีส่วนร่วมในกิจกรรมดังกล่าวโดยไม่ต้องกลัวว่าจะต้องตรวจสอบงานต่างๆ ที่พวกเขาคิดค้นขึ้นในภายหลัง งานดังกล่าวมีประโยชน์เพราะช่วยให้นักเรียนเห็นความเชื่อมโยงระหว่างการทดลองทางคอมพิวเตอร์กับฟิสิกส์ของปรากฏการณ์ที่กำลังศึกษาอยู่ นอกจากนี้ งานที่รวบรวมโดยนักเรียนสามารถใช้ในงานชั้นเรียนหรือเสนอให้นักเรียนคนอื่น ๆ เพื่อการศึกษาอิสระในรูปแบบของการบ้าน

1.1 ข้อดีและข้อเสียของการใช้วิธีการทางอิเล็กทรอนิกส์

ความชัดเจนของกระบวนการ ภาพที่ชัดเจนของการติดตั้งและแบบจำลองทางกายภาพ ไม่รกด้วยรายละเอียดรอง

กระบวนการทางกายภาพ, ปรากฏการณ์สามารถทำซ้ำซ้ำ ๆ หยุดเลื่อนกลับซึ่งทำให้ครูสามารถมุ่งเน้นความสนใจของนักเรียนได้ คำอธิบายโดยละเอียดโดยไม่ต้องเร่งรีบในการทดลอง

ความสามารถในการเปลี่ยนพารามิเตอร์ของระบบตามต้องการ, ดำเนินการสร้างแบบจำลองทางกายภาพ, เสนอสมมติฐานและตรวจสอบความถูกต้อง;

รับและวิเคราะห์การอ้างอิงแบบกราฟิกที่อธิบายการพัฒนาแบบซิงโครนัสของกระบวนการ

ใช้ข้อมูลเพื่อกำหนดเป้าหมาย

อ้างถึงเนื้อหาทางทฤษฎี ทำการอ้างอิงทางประวัติศาสตร์ ทำงานกับคำจำกัดความและกฎหมายที่แสดงบนหน้าจอโปรเจ็กเตอร์

ข้อเสียของการใช้เครื่องมืออีเลิร์นนิง:

การไหลของข้อมูลที่หนาแน่นเข้ารหัสในรูปแบบต่าง ๆ ซึ่งนักเรียนไม่มีเวลาประมวลผลเสมอไป

"การเสพติด" กับผลิตภัณฑ์ซอฟต์แวร์ใดผลิตภัณฑ์หนึ่งเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว อันเป็นผลให้ความสนใจขาดหายไป

คอมพิวเตอร์เข้ามาแทนที่การสื่อสารทางอารมณ์กับครู

ผู้เข้ารับการฝึกอบรมต้องเปลี่ยนจากเสียงปกติของครูเป็นเสียงพากย์ ซึ่งมักจะเป็นเสียงที่มีคุณภาพต่ำ

การปรากฏตัวของผู้เข้ารับการฝึกอบรมในบางส่วนของการแสดง เมื่อพวกเขาเล่นบทบาทของผู้สังเกตการณ์ภายนอก ไม่ใช่ผู้เข้าร่วมในกระบวนการ

สามารถเสริมทั้งข้อดีและข้อเสีย หรือเปลี่ยนด้านลบของการใช้คอมพิวเตอร์ให้กลายเป็นด้านบวกได้ ตัวอย่างเช่น เพื่อแปลแง่มุมที่สร้างแรงบันดาลใจของการใช้คอมพิวเตอร์จำลองในกิจกรรมการศึกษาไปสู่ระนาบของเกมการสอน

2การใช้แบบจำลองเสมือนจริงในการศึกษาฟิสิกส์

ส่วนต่อไปนี้อธิบายการใช้แบบจำลองเสมือนจริงของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์และกายภาพเพื่อทำความเข้าใจสาระสำคัญของทฤษฎีการสั่นของฮาร์มอนิก เช่นเดียวกับแบบจำลองของวัตถุคู่และแถบบนระนาบเมื่อศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุภายใต้การกระทำ ของหลายกองกำลัง ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของงานที่สามารถใช้ในการทำงานกับนักเรียนที่เชี่ยวชาญด้านเทคนิคของสถาบันการศึกษาเฉพาะทางระดับมัธยมศึกษา

2.1 ลูกตุ้มคณิตศาสตร์

2.1.1 การสั่นแบบฮาร์มอนิกและลักษณะเฉพาะ

การสั่นเรียกว่าการเคลื่อนไหวหรือกระบวนการที่มีลักษณะซ้ำ ๆ ในเวลา ความผันผวนมีอยู่ทั่วไปในโลกโดยรอบและอาจมีธรรมชาติที่แตกต่างกันไปมาก สิ่งเหล่านี้อาจเป็นกลไก (ลูกตุ้ม) แม่เหล็กไฟฟ้า (วงจรออสซิลเลเตอร์) และออสซิลเลชันประเภทอื่นๆ การสั่นแบบอิสระหรือการสั่นตามธรรมชาติเรียกว่าการสั่นที่เกิดขึ้นในระบบที่ปล่อยไว้เอง หลังจากที่ถูกดึงออกจากสมดุลโดยอิทธิพลจากภายนอก ตัวอย่างคือการสั่นสะเทือนของลูกบอลที่แขวนอยู่บนด้าย รูปที่ 1

รูปที่ 1 - ตัวอย่างที่ง่ายที่สุด กระบวนการสั่น- การสั่นของลูกบอลบนด้าย

มีบทบาทพิเศษในกระบวนการสั่น รูปแบบที่ง่ายที่สุดการสั่นสะเทือน - การสั่นสะเทือนแบบฮาร์มอนิก การสั่นแบบฮาร์มอนิกอยู่ภายใต้แนวทางแบบรวมศูนย์ในการศึกษาการสั่นของธรรมชาติต่างๆ เนื่องจากการสั่นที่เกิดขึ้นในธรรมชาติและเทคโนโลยีมักจะใกล้เคียงกับฮาร์มอนิก และกระบวนการเป็นระยะในรูปแบบต่างๆ สามารถแสดงเป็นการซ้อนทับของการสั่นแบบฮาร์มอนิกได้

การสั่นแบบฮาร์มอนิกเรียกว่าการสั่นดังกล่าว ซึ่งค่าการสั่นจะแปรผันตามเวลาตามกฎของไซน์หรือโคไซน์
สมการของการสั่นของฮาร์มอนิกมีรูปแบบ:

โดยที่ A คือแอมพลิจูดของการสั่น (ค่าของการเบี่ยงเบนที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของระบบจากตำแหน่งสมดุล) - ความถี่แบบวงกลม (เป็นวงกลม) อาร์กิวเมนต์โคไซน์ที่เปลี่ยนแปลงเป็นระยะเรียกว่าเฟสการแกว่ง เฟสการแกว่งกำหนดการเคลื่อนที่ของปริมาณการสั่นจากตำแหน่งสมดุล ณ เวลาที่กำหนด t ค่าคงที่ φ คือค่าของเฟส ณ เวลา t = 0 และเรียกว่าเฟสเริ่มต้นของการสั่น ค่าของเฟสเริ่มต้นถูกกำหนดโดยการเลือกจุดอ้างอิง ค่า x สามารถรับค่าได้ตั้งแต่ -A ถึง +A

ช่วงเวลา T หลังจากที่มีการทำซ้ำบางสถานะของระบบการแกว่ง เรียกว่า ช่วงเวลาของการแกว่ง โคไซน์ - ฟังก์ชันเป็นระยะด้วยระยะเวลา 2π ดังนั้น ในช่วงเวลา T หลังจากนั้นเฟสการสั่นจะได้รับการเพิ่มขึ้นเท่ากับ 2π สถานะของระบบที่มีการสั่นแบบฮาร์มอนิกจะถูกทำซ้ำ ช่วงเวลา T นี้เรียกว่าช่วงเวลาของการสั่นของฮาร์มอนิก

ระยะเวลาของการสั่นของฮาร์มอนิกคือ: T = 2π/

จำนวนการสั่นต่อหน่วยเวลาเรียกว่าความถี่การสั่น ν

ความถี่ของการแกว่งของฮาร์มอนิกคือ: ν = 1/T หน่วยวัดความถี่คือเฮิรตซ์ (Hz) - หนึ่งการสั่นต่อวินาที

ความถี่วงกลม = 2π/T = 2πν ให้จำนวนการสั่นใน 2π วินาที

ในเชิงกราฟิก การแกว่งของฮาร์มอนิกสามารถอธิบายได้ว่าขึ้นอยู่กับ x บน t และวิธีแอมพลิจูดการหมุน (วิธีไดอะแกรมเวกเตอร์)ซึ่งแสดงในรูปที่ 1, 2 (A, B)

รูปที่ 2 ภาพกราฟฟิคการเคลื่อนที่แบบสั่นในพิกัด ( x, t ) (A) และด้วยวิธีไดอะแกรมเวกเตอร์ (B)

วิธีแอมพลิจูดแบบหมุนช่วยให้คุณเห็นภาพพารามิเตอร์ทั้งหมดที่รวมอยู่ในสมการของการสั่นของฮาร์มอนิก แท้จริงแล้ว ถ้าแอมพลิจูดเวกเตอร์ A ตั้งอยู่ที่มุม φ กับแกน x (ดูรูปที่ 2 B) ดังนั้นเส้นโครงของมันบนแกน x จะเป็น: x = Acos(φ) มุม φ คือเฟสเริ่มต้น หากเวกเตอร์ A หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับความถี่วงกลมของการแกว่ง จากนั้นเส้นโครงของจุดสิ้นสุดของเวกเตอร์จะเคลื่อนไปตามแกน x และรับค่าตั้งแต่ -A ถึง +A และ พิกัดของการฉายภาพนี้จะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาตามกฎหมาย: . ซึ่งแสดงรายละเอียดไว้ในรูปที่ 3 (A-D)

ดังนั้น ความยาวของเวกเตอร์จะเท่ากับแอมพลิจูดของการสั่นแบบฮาร์มอนิก ทิศทางของเวกเตอร์ในขณะเริ่มต้นสร้างมุมกับแกน x เท่ากับระยะเริ่มต้นของการสั่น φ และการเปลี่ยนแปลงในทิศทาง มุมกับเวลาเท่ากับเฟสของการสั่นของฮาร์มอนิก เวลาที่เวกเตอร์แอมพลิจูดทำการปฏิวัติสมบูรณ์หนึ่งรอบเท่ากับระยะเวลา T ของการสั่นของฮาร์มอนิก จำนวนรอบของเวกเตอร์ต่อวินาทีเท่ากับความถี่การสั่น ν

รูปที่ 3 - ภาพประกอบกราฟของการเคลื่อนที่แบบแกว่งขึ้นอยู่กับเฟสของการสั่น: 0.5π (A), π (B), 1.5π (C), 2π (D)

2.1.2 การสั่นแบบฮาร์มอนิกแบบหน่วง

ในระบบออสซิลเลเตอร์ที่แท้จริงใดๆ จะมีแรงต้าน ซึ่งการกระทำดังกล่าวจะนำไปสู่การลดลงของพลังงานของระบบ หากพลังงานที่สูญเสียไปไม่ได้รับการเติมเต็มจากการทำงานของแรงภายนอก การสั่นจะสลายตัว การสั่นดังกล่าวเรียกว่าการหน่วง ที่มาของสมการการเคลื่อนที่ของการสั่นและวิธีแก้ปัญหาที่กำหนดในแบบจำลองเชิงโต้ตอบของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์แสดงในรูปที่ 4A, B ลองพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติม

ในกรณีที่ง่ายที่สุดและในเวลาเดียวกัน แรงลากจะแปรผันตามความเร็ว:
โดยที่ r คือค่าคงที่ที่เรียกว่าสัมประสิทธิ์การลาก เครื่องหมายลบเกิดจากการที่แรงและความเร็วมีทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นเส้นโครงบนแกน X จึงมีเครื่องหมายต่างกัน กำหนดขนาดของแรงบูรณะ
. สมการของกฎข้อที่สองของนิวตันต่อหน้ากองกำลังต่อต้านมีรูปแบบ:
หรือ
ซึ่งเป็นสมการเชิงอนุพันธ์อันดับสอง

ก

ข

รูปที่ 4 - ที่มาของสมการการสั่น (A) และการแก้สมการการสั่น (B)

ดังนั้น สมการการเคลื่อนที่จึงมีรูปแบบ

.

ย้ายเงื่อนไขจากด้านขวาไปด้านซ้าย, หารสมการด้วย m และ denoting,
เราได้สมการในรูปแบบ

ที่ไหน - ความถี่ที่การสั่นอิสระของระบบจะเกิดขึ้นในกรณีที่ไม่มีความต้านทานต่อสิ่งแวดล้อม (ความถี่ธรรมชาติของระบบ) ค่าสัมประสิทธิ์
ซึ่งระบุลักษณะอัตราการหน่วงของการแกว่ง เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การหน่วง

แบบจำลองเชิงโต้ตอบแสดงให้เห็นค่าของค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนอย่างชัดเจน รูปที่ 6 AB แสดงให้เห็นว่ากราฟความเร็วและพิกัดของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์มีลักษณะอย่างไรขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของมัน (ความยาวของช่วงล่างและมุมเบี่ยงเบน) และค่าที่ตั้งไว้ . นอกจากนี้ ในโมเดลเสมือนจริง คุณสามารถติดตามว่าภาพเฟสและสาระสำคัญของมันถูกสร้างขึ้นอย่างไร ตัวเลขแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเมื่อค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนเพิ่มขึ้น n ครั้ง จำนวนการสั่นจะลดลง n ครั้ง

รูปที่ 5 A, B - ตัวอย่างของการสั่นแบบหน่วง

รูปที่ 7 A, B - การคำนวณพารามิเตอร์หลักของระบบ

2.1.3 พลังงานของการสั่นแบบฮาร์มอนิก

พลังงานกลทั้งหมดของระบบสั่นจะเท่ากับผลรวมของพลังงานกลและพลังงานศักย์

แยกความแตกต่างตามเวลาที่แสดงออกมา
, เราได้รับ

= = -ก บาป(ที + ).

พลังงานจลน์ของโหลดคือ

อี =
.

พลังงานศักย์แสดงด้วยสูตรที่รู้จักกันดี
แทน x จาก
, เราได้รับ

เพราะ
.

พลังงานทั้งหมด
ค่าคงที่ ในกระบวนการสั่น พลังงานศักย์จะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์และในทางกลับกัน แต่พลังงานแต่ละอย่างจะไม่เปลี่ยนแปลง

รูปที่ 7 และ 8 แสดงให้เห็นได้ดีถึงการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์สำหรับการแกว่งของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์โดยไม่มีค่าสัมประสิทธิ์การหน่วงและการสั่นแบบหน่วง

รูปที่ 7 - กราฟของการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์สำหรับการสั่นของฮาร์มอนิก

รูปที่ 8 - กราฟของการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์สำหรับการสั่นแบบหน่วง

2.2 ลูกตุ้มทางกายภาพ

ลูกตุ้มเชิงกายภาพคือวัตถุแข็งใดๆ ที่สามารถแกว่งภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วงรอบแกนนอนคงที่ซึ่งไม่ผ่านจุดศูนย์กลางมวล

รูปที่ 9 - ลูกตุ้มทางกายภาพ

ลูกตุ้มจะทำการสั่นแบบฮาร์มอนิกที่มุมเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากตำแหน่งสมดุล.

ระยะเวลาของการสั่นแบบฮาร์มอนิกของลูกตุ้มทางกายภาพถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์

ที่ไหน

โมเมนต์ความเฉื่อยของลูกตุ้มรอบแกนหมุน

น้ำหนักลูกตุ้ม,

ระยะทางที่สั้นที่สุดจากจุดพักถึงจุดศูนย์กลางมวล

การเร่งแรงโน้มถ่วง

แกนหมุนของลูกตุ้มไม่ผ่านจุดศูนย์ถ่วง ดังนั้นโมเมนต์ความเฉื่อยจึงถูกกำหนดโดยทฤษฎีบทของ Steiner:

ที่ไหน

โมเมนต์ความเฉื่อยของวัตถุรอบแกนที่ผ่านจุดศูนย์กลางมวลและขนานกับแกนที่กำหนด เมื่อคำนึงถึงสิ่งนี้ เราจึงเขียนสูตรสำหรับงวดใหม่:

.

ช่วงเวลาของการสั่นเล็กน้อยของลูกตุ้มทางกายภาพบางครั้งเขียนเป็น:

ที่ไหน .

- ลดความยาวของลูกตุ้มทางกายภาพ- ค่าตัวเลขเท่ากับความยาวของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์ระยะเวลาการสั่นซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับระยะเวลาของลูกตุ้มทางกายภาพนี้

พี ลูกตุ้มทางกายภาพที่ใช้ในงานนี้มีลักษณะเป็นแท่งบางที่มีความยาวล . - จุดศูนย์ถ่วง,- จุดแขวนที่แกนหมุนผ่านตั้งฉากกับรูป

ด้วยปริซึมแบบคงที่ แท่งจะแกว่งรอบแกนนอน O โดยวางอยู่ที่ขอบด้านล่างของปริซึมบนขาตั้งทึบคงที่ซึ่งถือโดยขาตั้งกล้อง

รูปที่ 10 - แผนผังทางกายภาพ

ลูกตุ้ม

คุณสามารถเปลี่ยนระยะได้โดยการยึดจุดกันสะเทือนที่จุดต่างๆ ของคันเบ็ด

โมเมนต์ความเฉื่อยของแท่งบางที่เป็นเนื้อเดียวกันรอบแกนที่ผ่านจุดศูนย์กลางมวลคือ

มวลของแท่งอยู่ที่ไหนคือความยาว

แทนค่าโมเมนต์ความเฉื่อยลงในสูตรสำหรับช่วงเวลา เราได้รับ:

. เรามาแสดงว่า .

ระยะเวลาการแกว่งสามารถหาได้จากการทดลองโดยการวัดด้วยนาฬิกาจับเวลาเวลาที่แท่งสั่นเต็มที่

มายกกำลังสองและรับสูตรการทำงานสำหรับการคำนวณความเร่งของแรงโน้มถ่วง:

(10).

2.3 บาร์บนระนาบเอียง

แบบจำลองนี้ใช้การทดลองเสมือนจริงที่ออกแบบมาเพื่อศึกษาการเคลื่อนที่ของแท่งไม้ตามแนวระนาบเอียงในที่ที่มีแรงเสียดทานแบบแห้งและแรงภายนอก เมื่อทำการทดลอง คุณสามารถเลือกค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน μ ซึ่งเป็นมวลของแท่งได้ ม, มุมเอียงระนาบ α กราฟของความเร็วสัมพัทธ์กับเวลามีไว้สำหรับพารามิเตอร์ต่างๆ การเลื่อนแถบไปตามระนาบเอียงทำได้ก็ต่อเมื่อแรงเสียดทานสถิตถึงค่าสูงสุด ( ฉ tr) สูงสุด:

แรงเหล่านี้เรียกว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อน ความเร่ง ซึ่งภายใต้เงื่อนไขนี้ จะได้แถบเมื่อเลื่อนไปตามระนาบเอียง ถูกกำหนดจากกฎข้อที่สองของนิวตัน

ที่ ก < 0 брусок начинает двигаться вверх по наклонной плоскости (из-за наличия внешней силы). В этом случае сила трения скольжения изменяет знак на противоположный.

หากไม่มีแรงภายนอก มุมสูงสุด α สูงสุดของความเอียงของระนาบ ซึ่งแท่งยังคงไม่เคลื่อนที่โดยแรงเสียดทานสถิต จะถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์

ในทางปฏิบัติ อัตราส่วนนี้ใช้ในการวัดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบแห้ง

ลองพิจารณาแบบจำลองเสมือนจริงของแท่งไม้บนระนาบเอียงในรูปที่ 11 ภายในหน้าต่างแบบจำลองตรงส่วนซ้ายบนจะมีปุ่ม "Start", "Reset" และ "Help" เมื่อคุณคลิกปุ่ม "รีเซ็ต" โมเดลจะกลับสู่สถานะเดิม ตรงกลางหน้าต่างเป็นพื้นที่ทำงานของโมเดลที่มีภาพของระนาบเอียงและแถบเลื่อนไปตามนั้น ด้านล่างของช่องการทำงานจะมีการแสดงค่าของแรงเสียดทาน แรงปฏิกิริยาของการรองรับ ความเร่งของร่างกาย และการฉายภาพแรงโน้มถ่วง เหนือกราฟความเร็วมีตัวควบคุมสามตัว ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา มันเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของร่างกายบนระนาบ มวลของร่างกาย มุมเอียงของระนาบ ลองดูโมเดลอย่างใกล้ชิดและค้นหาการควบคุมทั้งหมด

รูปที่ 11 - บาร์บนเครื่องบิน

แบบจำลองนี้สามารถใช้เป็นเครื่องมือเสริมการศึกษาในการสอนแก้ปัญหาในหัวข้อ "การเคลื่อนที่ของร่างกายตามแนวระนาบเอียง"

2.4 ร่างสองร่างบนระนาบเอียง

รูปที่ 12 - เนื้อหาที่เชื่อมต่อกันบนระนาบเอียง

วาดภาพและวาดบนนั้น กองกำลังที่ใช้งานอยู่. เราถือว่าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยค่าสัมบูรณ์ของความเร่ง a เท่ากัน และความตึงของเกลียว T จะคงที่ตลอดความยาวทั้งหมด

สมมติว่าน้ำหนักด้านขวาลดลงและน้ำหนักด้านซ้ายขึ้นไปบนระนาบเอียง น้ำหนักที่เหมาะสมจะเคลื่อนที่ภายใต้แรงสองแรง:

- แรงโน้มถ่วงและแรงตึงด้าย T 2 .

โหลดด้านซ้ายเคลื่อนที่ไปตามระนาบเอียงภายใต้การกระทำของแรงสามแรง: แรงโน้มถ่วง m 1 g , แรงปฏิกิริยาสนับสนุน N และแรงตึงด้าย T 1 . ในรูปแบบเวกเตอร์ สมการการเคลื่อนที่จะถูกเขียนเป็นระบบ:

ลองฉายสมการแรกไปยังทิศทาง X ตามแนวระนาบเอียง:

ให้เราฉายสมการที่สองของระบบไปยังทิศทางแนวตั้ง X":

โปรดทราบว่าเราสามารถฉายสมการเวกเตอร์ใดๆ ออกเป็นสองทิศทางอิสระได้เสมอ การเพิ่มสมการทั้งสองนี้ (สร้างระบบ) เราจะได้นิพจน์:

จากนั้นเราพบ

เราเห็นว่าหากค่าของ m 1 sin α มากกว่า m 2 ความเร่ง a จะกลายเป็นค่าลบ นั่นคือระบบจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม (แถบ m 1 ถูกลดระดับลง และโหลด m 2 ถูกยกขึ้น) แรงดึงของด้ายหาได้จากสมการสุดท้าย:

พิจารณาแบบจำลองเสมือนจริงของระบบที่ประกอบด้วยแถบเชื่อมต่อสองอันบนระนาบเอียง

รูปที่ 13 - โมเดลเสมือนจริงของเนื้อหาที่เชื่อมต่อ

ในส่วนขวาบนของช่องการทำงานมีตัวควบคุมซึ่งคุณสามารถตั้งค่าพารามิเตอร์ของระบบได้: มวลของโหลด มุมเอียง ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ด้านล่างนี้เป็นหน้าต่างข้อมูลที่แสดงผลการคำนวณความเร่ง แรงเสียดทาน และความตึงด้ายปุ่ม "Start", "Reset" และ "Help" อยู่ เมื่อคุณคลิกปุ่ม "รีเซ็ต" โมเดลจะกลับสู่สถานะเดิม ตรงกลางหน้าต่างเป็นพื้นที่ทำงานของโมเดลที่มีภาพของระนาบเอียงและแถบเลื่อนไปตามนั้น เมื่อคุณกดปุ่ม "ช่วยเหลือ" นักเรียนจะเห็นสมการที่คุณสามารถคำนวณปริมาณที่ไม่รู้จักได้อย่างอิสระ (รูปที่ 14)

รูปที่ 14 - โมเดลเมนู "วิธีใช้" ของเนื้อหาที่เชื่อมต่อ

โมเดลนี้สามารถใช้ในการเรียนรู้การแก้ปัญหาการเคลื่อนที่ของวัตถุที่เชื่อมต่อกันบนระนาบเอียง ภาคผนวกแสดงตัวอย่างงานที่สามารถแก้ไขได้โดยใช้แบบจำลองเสมือนนี้

3 แบบฝึกหัดภาคปฏิบัติ

ในส่วนที่ 2 ของงานนี้ ได้มีการตรวจสอบพื้นฐานของทฤษฎีการสั่นของฮาร์มอนิกและกรณีทั่วไป 2 กรณีของร่างกายของระนาบเอียงพร้อมภาพประกอบจากแบบจำลองเชิงโต้ตอบ ในส่วนที่ 3 เราจะวิเคราะห์ว่าโมเดลนี้สามารถใช้เป็นห้องปฏิบัติการเสมือนได้อย่างไรเมื่อทำงานกับนักเรียนของสถาบันการศึกษาระดับมัธยมศึกษาที่มีรายละเอียดทางเทคนิคของการฝึกอบรมในชั้นเรียนภาคปฏิบัติ เพื่อศึกษาการสั่นเชิงกล มีเวลา 8 ชั่วโมง รวมถึงงานในห้องปฏิบัติการ 1 งานเกี่ยวกับการคำนวณความเร่งของการตกอย่างอิสระโดยใช้ลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์ (2 ชั่วโมง)

เพื่อควบคุมการดูดกลืนและความเข้าใจในหัวข้อ "การสั่นสะเทือนเชิงกล" ของนักเรียน เป็นไปได้ที่จะใช้แบบจำลองเสมือนจริงของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์ นักเรียนได้รับการนำเสนอด้วยแบบจำลองดังกล่าวเพื่อแสดงให้เห็นถึงหลักการของกระบวนการแกว่งและสังเกตตัวอย่างของกระบวนการดังกล่าว

3.1.1 งานในห้องปฏิบัติการ

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น การศึกษาหัวข้อ "การสั่นสะเทือนทางกล" เกี่ยวข้องกับการดำเนินงานในห้องปฏิบัติการ แผนที่การเรียนการสอนและเทคโนโลยีที่กำหนดไว้ในภาคผนวก 2 แบบจำลองเชิงโต้ตอบของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์ใช้สำหรับการรับเข้าทำงานจริงหรือการป้องกัน . ภาคผนวก 3 กำหนดออก คำแนะนำสั้น ๆเพื่อกรอกข้อมูลในตารางตามข้อมูลการทดลองที่นักเรียนได้รับในกระบวนการทำงานกับแบบจำลอง นอกจากนี้ยังมีคำถามสำหรับการควบคุมตนเองที่จะช่วยนักเรียนในการปกป้องงาน วิธีการแบบบูรณาการและครอบคลุมดังกล่าวจะช่วยให้ครูสามารถประเมินความรู้ได้อย่างเป็นกลางและประหยัดเวลาได้อย่างมาก ซึ่งสามารถนำไปใช้กับงานส่วนตัวและการปรึกษาหารือได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

3.1.2 การกำหนดแบบจำลองของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์

งานประกอบด้วยย่อหน้าที่อธิบายคำแนะนำสำหรับการจัดการแบบจำลอง คำอธิบายของฟังก์ชันหลักและกราฟ มีให้ในภาคผนวก 4 ช่วยให้ผู้เข้ารับการฝึกอบรมเข้าใจวัตถุประสงค์ของแบบจำลองและปรับเปลี่ยนได้ นอกจากนี้ งานยังรวมถึงคำถามควบคุมในหัวข้อ "การสั่นสะเทือนเชิงกล" และการทดลองทางคอมพิวเตอร์หลายครั้ง

การทดลองที่รวมอยู่ในงานเบื้องต้นช่วยให้คุณเจาะลึกลงไปในความหมายของสิ่งที่เกิดขึ้นบนหน้าจอ ในการทดลองก็เพียงพอที่จะรู้สูตรพื้นฐานของหัวข้อที่กำลังศึกษาอยู่ แม้จะดูเรียบง่าย แต่งานดังกล่าวก็มีประโยชน์มาก เนื่องจากช่วยให้นักเรียนเห็นความเชื่อมโยงระหว่างการทดลองทางคอมพิวเตอร์กับฟิสิกส์ของปรากฏการณ์ที่กำลังศึกษาอยู่

ภาคผนวก 4 ยังมีกระดาษคำตอบสำหรับงานเบื้องต้นแต่ละงาน การบันทึกคำตอบที่ได้รับในแบบฟอร์มช่วยให้คุณลดเวลาในการทำงานกับโมเดลคอมพิวเตอร์ได้อย่างมาก และตรวจสอบคำตอบได้ง่ายขึ้น

3.1.3 การทดสอบ "การสั่นสะเทือนทางกล"

ในการทำงานมีการใช้การทดสอบทางทฤษฎีในหัวข้อ "การสั่นสะเทือนทางกล" (ภาคผนวก 5)

วัตถุประสงค์ของการทดสอบ: เพื่อทดสอบความรู้ที่ได้รับจากการฝึกอบรมในการศึกษาเนื้อหา

การควบคุมการทดสอบมีความสำคัญมากในกระบวนการสอน ขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ของการควบคุม การตัดสินใจขึ้นอยู่กับความจำเป็นในชั้นเรียนเพิ่มเติมและการให้คำปรึกษาเกี่ยวกับการให้ความช่วยเหลือแก่ผู้ด้อยโอกาส คำตอบสำหรับการเตรียมสอบอยู่ในภาคผนวก 5

การทดสอบแบบปิดนี้เน้นที่เกณฑ์ กล่าวคือ การทดสอบจะดำเนินการเพื่อกำหนดระดับความรู้ของวัสดุและเปรียบเทียบผลลัพธ์กับขอบเขตความสำเร็จที่กำหนดไว้อย่างดี

การทดสอบประกอบด้วย 35 งานที่มีความซับซ้อนแตกต่างกัน ครูสามารถเลือกงานอย่างใดอย่างหนึ่งขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการทดสอบ

3.1.4 โครงร่างของบทเรียน "การสั่นสะเทือนทางกล" และ "การเคลื่อนไหวของร่างกายภายใต้การกระทำของหลายแรง"

ภาคผนวก 1 และ 6 มีบันทึกบทเรียนที่สามารถใช้ในการบรรยาย

3.1.5 งานที่เน้นการปฏิบัติ

บทสรุป

ประสบการณ์ที่มีอยู่แสดงให้เห็นว่าในการสร้างความสามารถทางวิชาชีพสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคในอนาคต การใช้คำแนะนำวิธีการนี้และการใช้แบบจำลองเสมือนจริงของการทดลองทางกายภาพนั้นมีประสิทธิภาพ

ตัวอย่างการมอบหมายงานสำหรับการบรรยายและชั้นเรียนภาคปฏิบัติที่ใช้ในการฝึกอบรมทำให้เกิดผลลัพธ์ในเชิงบวก มีส่วนร่วมในการเสริมสร้างแนวทางกิจกรรมของนักเรียนในการเรียนรู้กระตุ้นให้เขาพัฒนาตนเองรวมถึงในด้านเทคโนโลยีสารสนเทศและความรู้เชิงลึกในฟิสิกส์ของกระบวนการทางธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้น ก็ยังมีการสังเกตว่าเมื่อใช้ข้อมูล แนวทางนักเรียนฝึกตรรกะ ความยากลำบากที่เกิดขึ้นผลักดันให้พวกเขา การตัดสินใจที่เป็นอิสระงานซึ่งมีส่วนช่วยโดยตรงในการก่อตัวของความสามารถทั่วไปและวิชาชีพที่จำเป็นสำหรับช่างเทคนิคในอนาคต

ชุดคำถามสำหรับนักเรียนซึ่งกำหนดเงื่อนไขสำหรับการควบคุมตนเองจะช่วยให้สามารถประเมินการควบคุมความรู้ขั้นกลางและขั้นสุดท้ายได้อย่างเป็นกลาง

โดยสรุป ฉันต้องการเน้นย้ำอีกครั้งถึงความสำคัญและความจำเป็นของการใช้รูปแบบและเทคโนโลยีการศึกษาที่เป็นนวัตกรรมเมื่อทำงานกับนักเรียนของสถาบันการศึกษาเฉพาะทางระดับมัธยมศึกษา เนื่องจากในกระบวนการสมัครเงื่อนไขที่เอื้ออำนวยได้ถูกสร้างขึ้นสำหรับความแตกต่างและการฝึกอบรมเป็นรายบุคคล

รายการแหล่งที่มาที่ใช้

Avanesov V.S. องค์ประกอบของงานทดสอบ / V.S. อาวาเนซอฟ. - ม.: ผู้เชี่ยวชาญ, 2541. - 191 น.

Boev V.D. , Sypchenko R.P. , การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ / V.D. โบฟ อาร์.พี. ซิปเชนโก - ม.: สำนักพิมพ์ INTU IT.RU, 2553. - 349 น.

Bulavin L.A. , Vygornitsky N.V. , Lebovka N.I. การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ ระบบทางกายภาพ/ แอล.เอ. บูลาวิน, เอ็น.วี. Vygornitsky - Dolgoprudny: สำนักพิมพ์ Intellect, 2554 - 352 น.

สำหรับครูฟิสิกส์ การใช้คอมพิวเตอร์ในการศึกษาวิชาฟิสิกส์ - (มาตุภูมิ). – URL: http://www. อูโรกิ. สุทธิ/ docfiz/ docfiz27. เอชทีเอ็ม

Maiorov A.N. การทดสอบความสำเร็จของโรงเรียน: การออกแบบ, การนำไปใช้, การใช้งาน การศึกษาและวัฒนธรรม / อ.น. มายอรอฟ - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: 2539 - 304 น.

Maiorov A.N. ทฤษฎีและแนวปฏิบัติในการสร้างแบบทดสอบสำหรับระบบการศึกษา / A.N. มายอรอฟ - ม.: "ศูนย์สติปัญญา", 2544. - 296 น.

Minskin E.M. จากเกมสู่ความรู้: คู่มือสำหรับครู / Minskin E.M. - ม.: การตรัสรู้, 2525. - 192 น.

การสอนฟิสิกส์ที่พัฒนาผู้เรียน เล่มที่ 1. แนวทาง องค์ประกอบ บทเรียน งาน / Ed. อี. เอ็ม. บราเวอร์แมน. – ม.: สมาคมครูฟิสิกส์, 2546. – 400 น.

Samoilenko P.I. ฟิสิกส์สำหรับวิชาชีพด้านเศรษฐกิจ สังคม และมนุษยธรรม: หนังสือเรียนสำหรับรองศาสตราจารย์ การศึกษา / พี.ไอ. ซาโมอิเลนโก. - 6th ed., ลบ. - ม.: สำนักพิมพ์ "Academy", 2014. - 469 p.

Firsov A.V. ฟิสิกส์สำหรับวิชาชีพและความเชี่ยวชาญด้านเทคนิคและวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ: ตำราเรียน / A.V. เฟิร์สซอฟ; เอ็ด T.I. Trofimova - 6th ed., ลบ. - M.: สำนักพิมพ์ "Academy", 2014. - 352 p.

ภาคผนวก 1

แผนสรุปบทเรียน "การสั่นสะเทือนทางกล"

ภาคผนวก 2

แล็บ #5

การหาค่าความเร่งของการตกอย่างอิสระโดยใช้ลูกตุ้ม

เป้าหมายของงาน: กำหนดความเร่งของการตกอย่างอิสระโดยขึ้นอยู่กับระยะเวลาการแกว่งของลูกตุ้มในการระงับตามความยาวของการระงับ

ได้รับความรู้และทักษะ:

มาตรฐานเวลา: 2 ชั่วโมง

อุปกรณ์ในที่ทำงาน: ขาตั้งกล้องพร้อมคลัตช์และเท้า, เทปที่มีห่วงที่ปลาย, ชุดตุ้มน้ำหนัก, ตลับเมตรที่มีการแบ่งมิลลิเมตร, นาฬิกาจับเวลาอิเล็กทรอนิกส์

ทฤษฎีโดยย่อ

พี ระยะเวลาของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์สามารถกำหนดได้จากสูตร:

(1)

ในการเพิ่มความแม่นยำของการวัดระยะเวลา จำเป็นต้องวัดเวลาที่เหลือ จำนวนมาก N การแกว่งของลูกตุ้มอย่างสมบูรณ์ แล้วประจำเดือนมา

T=t/N (2)

และสูตรสามารถคำนวณความเร่งของการตกอย่างอิสระ

เสร็จสิ้นการทำงาน:

1. ติดขาเข้ากับด้านบนของแกนขาตั้งกล้อง วางขาตั้งกล้องบนโต๊ะโดยให้ปลายเท้ายื่นออกมาเลยขอบโต๊ะ ใส่ตุ้มน้ำหนักหนึ่งอันจากชุดไปที่เท้า สิ่งของควรแขวนสูงจากพื้น 3-4 ซม.

2. ในการบันทึกผลการวัดและการคำนวณ ให้เตรียมตาราง:

หมายเลขประสบการณ์

แอล, ม

เสื้อ, s

ที cf, s

ทีเอส

กรัม, เมตร/วินาที 2

3. วัดความยาวลูกตุ้ม L ด้วยเทป
4.เตรียมเครื่องวัดเวลาสำหรับการทำงานในโหมดนาฬิกาจับเวลา
5. เบี่ยงเบนลูกตุ้ม 5-10 ซม. แล้วปล่อย
6. วัดเวลา t ซึ่งในระหว่างนั้นเขาจะสร้างการสั่นครบ 40 ครั้ง
7. ทำการทดลองซ้ำ 5-7 ครั้ง หลังจากนั้นคำนวณเวลาเฉลี่ยที่ลูกตุ้มจะแกว่ง 40 ครั้ง t cf
8. คำนวณระยะเวลาการแกว่งโดยใช้สูตร (2)
9. คำนวณความเร่งของการตกอย่างอิสระโดยใช้สูตร (3)
10. กำหนดข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ของผลลัพธ์:

* 100%ที่ไหน ชเป็น - ค่าของการเร่งความเร็วที่คำนวณจากผลงานที่ทำช– ค่าที่นำมาจากไดเร็กทอรี

บทสรุป:

ภาคผนวก 3

การกำหนดแบบจำลองของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์

เมื่อทำงานเสร็จ คุณสามารถใช้ปุ่ม "ช่วยเหลือ"

ตั้งค่ามุมโก่งสูงสุด

กำหนดความยาวสูงสุดของลูกตุ้ม

กดปุ่ม "เริ่ม"

หลังจากการสั่นครบสี่ครั้ง ให้กดปุ่ม Stop

โปรดทราบว่าในกระบวนการสั่น พลังงานศักย์จะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์และในทางกลับกัน ในกรณีนี้ พลังงานทั้งหมดจะคงที่

ที่มุมล่างซ้ายของหน้าต่างคือตัวนับการสั่นและนาฬิกาจับเวลา คำนวณระยะเวลาการสั่นได้สองวิธี ใช้จำนวนการสั่นและเวลาบนนาฬิกาจับเวลาเพื่อคำนวณด้วยวิธีแรก สำหรับวินาที - ใช้สูตรทอมป์สัน เปรียบเทียบผลลัพธ์ของคุณ

ความเร่งของการตกอย่างอิสระ g สำหรับงานนี้และงานที่ตามมาเท่ากับ 10 m/s 2 . ปัดเศษผลลัพธ์เป็นทศนิยมสองตำแหน่ง บันทึกผลลงในกระดาษคำตอบ

สูตรทอมป์สันสามารถใช้ได้ภายใต้เงื่อนไขใด

รู้ระยะเวลาการแกว่ง คำนวณความถี่เชิงมุม ω 1 .

คำนวณความถี่เชิงมุม ω 2 สำหรับความยาวต่ำสุดของลูกตุ้ม

คำนวณแอมพลิจูดของการแกว่งสำหรับความยาวลูกตุ้มสูงสุดและต่ำสุด

เขียนคำตอบของสมการการสั่นของความยาวสูงสุดและต่ำสุดของลูกตุ้ม

ปิดกราฟความเร็ว จลนศาสตร์ และพลังงานศักย์

เปรียบเทียบการกระจัดกับแผนภาพเวลาสำหรับความยาวลูกตุ้มสูงสุดและต่ำสุด

จดบันทึกว่าเฟสของการสั่นเพิ่มขึ้นเท่าใดในเวลาเท่ากับระยะเวลาของการแกว่งของฮาร์มอนิก

คำนวณความเร็วสูงสุดสำหรับลูกตุ้มที่มีความยาว 2.5 ม. และสำหรับความยาว 1.25 ม.

ตรวจสอบการคำนวณของคุณแบบกราฟิก ในการดำเนินการนี้ ให้ปิดแผนชดเชยและเปิดใช้งานแผนความเร็วเทียบกับเวลา เปรียบเทียบ ความเร็วสูงสุดสำหรับความยาวต่างๆ ของลูกตุ้มแบบกราฟิก

คำนวณความเร่งของการสวิงสูงสุดสำหรับความยาวลูกตุ้มสูงสุดและต่ำสุด เปรียบเทียบผลลัพธ์ของคุณ

เปิดใช้งานแผนภูมิทั้งหมด กำหนดความยาวสูงสุดของลูกตุ้มและมุมโก่งตัวสูงสุด ตั้งค่าการลดการหน่วงสูงสุดด้วย

กดปุ่ม "เริ่ม"

ศึกษาแผนของการกระจัด ความเร็ว จลนศาสตร์และพลังงานศักย์เทียบกับเวลาอย่างระมัดระวัง

โปรดทราบว่าในกระบวนการสั่น พลังงานศักย์จะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์และในทางกลับกัน ในกรณีนี้ พลังงานทั้งหมดจะลดลงแบบทวีคูณ

คำนวณระยะเวลาการแกว่งโดยใช้สูตรของทอมป์สัน

เปรียบเทียบระยะเวลาการสั่นที่เกิดขึ้นกับระยะเวลาที่ได้รับใน
จุดที่ 7

เมื่อทราบระยะเวลาการแกว่ง ให้คำนวณความถี่เชิงมุม ω

คำนวณแอมพลิจูดสูงสุดของการสั่น

กดปุ่ม "เริ่ม" อีกครั้ง หลังจากแกว่งครบหนึ่งรอบ ให้กดปุ่ม Stop

คำนวณแอมพลิจูดสูงสุดของการสั่นครั้งที่สอง โดยทราบปัจจัยการหน่วงและตัวจับเวลา

ตรวจสอบการคำนวณของคุณโดยคลิกปุ่ม "คำนวณ"

เขียนคำตอบของสมการการสั่นของความยาวสูงสุดของลูกตุ้ม

คำนวณ ค่าสูงสุดความเร็วและความเร่งสำหรับจุดที่ตัวจับเวลาแสดง

แบบตอบรับงานต่อแบบจำลองลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์
ชื่อเต็ม. นักเรียน ___________________________________________________

1. ระยะเวลาการแกว่งใน 1 กรณี __________________ วินาที
   ระยะเวลาการสั่นในกรณีที่ 2 _________________ วินาที

1. สูตรของทอมป์สันสามารถใช้ได้เมื่อ ______________________________________________________________________________________________________________________________

   ω 1 \u003d _______________ rad / วินาที

   ω 2 \u003d _______________ rad / วินาที

   ก 1 = _______________ ม. ก 2 = _______________ ม.

   __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

   ด้วยความยาวของลูกตุ้มที่เพิ่มขึ้น ________________________ ________________________________________________________________

   ______________________________________________________ ________________________________________________________________

   υ 1 \u003d _______________ ม. / วินาที υ 2 \u003d _______________ ม. / วินาที
   เมื่อเพิ่มความยาวของลูกตุ้ม ความเร็ว ___________________________ ________________________________________________________________

   ก 1 \u003d _______________ ม. / วินาที 2. ก 2 \u003d _______________ ม. / วินาที 2.
   ด้วยความยาวของลูกตุ้มที่เพิ่มขึ้น ________________________________________________ ________________________________________________________________

   ต= ___________________ วินาที

   เมื่อค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนเพิ่มขึ้น ระยะเวลาของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์ ______________________________________ ____________________________________________________________

   ω \u003d ___________________ rad / วินาที

   ก 1 = _______________ ม.

   ก 2 = _______________ ม.

   ______________________________________________________________________________________________________________________

   υ = _______________ ม./วินาที ก\u003d _______________ ม. / วินาที 2.

ภาคผนวก 4

การมอบหมายงานอิสระ

นักเรียนมอบตารางที่เสร็จสมบูรณ์ในสมุดบันทึกสำหรับงานในห้องปฏิบัติการ สำหรับการเติมจะใช้แบบจำลองเชิงโต้ตอบของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์

1 A) ตั้งค่าแถบเลื่อนเป็น 2-3 ตำแหน่งที่แตกต่างกันในบรรทัด "มุมโก่ง" และ "ความยาวของลูกตุ้ม" กรอกข้อมูลลงในตาราง ในขณะเดียวกัน ปล่อยให้แถบเลื่อนอยู่ในบรรทัด "ค่าสัมประสิทธิ์การลดทอน" ในตำแหน่งศูนย์

มุมโก่ง

ความยาวลูกตุ้ม

ระยะเวลา

ความถี่มุม

ความเร็ว ม

ความเร่ง สูงสุด

C) ค้นหาค่าสูงสุดของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ วาดกราฟของพลังงานกับเวลา

C) สรุปเกี่ยวกับประเภทของการสั่นสะเทือนทางกล

2 A) โดยการตั้งค่าแถบเลื่อนในตำแหน่งที่แตกต่างกัน 2-3 ตำแหน่งในบรรทัด "มุมเบี่ยงเบน", "ความยาวของลูกตุ้ม" และ "ค่าสัมประสิทธิ์การหน่วง" กรอกลงในตาราง

มุมโก่ง

ความยาวลูกตุ้ม

ปัจจัยการลดทอน

ระยะเวลา

ความถี่มุม

ความเร็ว ม

ความเร่ง สูงสุด

B) คำนวณค่าที่ระบุด้วยตัวคุณเองและเปรียบเทียบกับค่าที่กำหนดในการคำนวณ นำการคำนวณในสมุดบันทึกของคุณและวาดภาพเฟส

คำถามสำหรับการควบคุมตนเอง:

การสั่นสะเทือนแบบใดที่เรียกว่าฮาร์มอนิก? ยกตัวอย่างฮาร์มอนิกออสซิลเลชัน

กำหนดลักษณะเฉพาะของการสั่นแบบฮาร์มอนิกต่อไปนี้: แอมพลิจูด เฟส เฟสเริ่มต้น คาบ ความถี่ ความถี่เป็นวงจร

หาสมการเชิงอนุพันธ์ของการสั่นของฮาร์มอนิกและเขียนคำตอบ

พลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของการสั่นแบบฮาร์มอนิกเปลี่ยนไปตามเวลาอย่างไร เหตุใดพลังงานรวมของการสั่นแบบฮาร์มอนิกจึงคงที่

หาสมการเชิงอนุพันธ์ที่อธิบายการสั่นแบบหน่วงและเขียนคำตอบของมัน

ปัจจัยหน่วงลอการิทึมคืออะไร?

เสียงสะท้อนคืออะไร? วาดโครงเรื่องของแอมพลิจูดของการสั่นที่ถูกบังคับเทียบกับความถี่ของแรงขับเมื่อแรงนี้เป็นฟังก์ชันฮาร์มอนิกอย่างง่ายของเวลา

การแกว่งตัวเองคืออะไร? ยกตัวอย่างการสั่นด้วยตนเอง

ภาคผนวก 5

ทดสอบในหัวข้อ "การสั่นสะเทือนทางกล"

1. 1. ลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์เรียกว่าอะไร?

ร่างกายที่แข็งกระด้างห้อยลงมาจากสปริง

จุดวัสดุที่แขวนอยู่บนด้ายที่ยืดออกไม่ได้โดยไร้น้ำหนัก

ร่างกายที่แข็งกระด้างห้อยลงมาจากด้ายที่ยืดออกไม่ได้โดยไร้น้ำหนัก

ร่างกายที่แข็งเกร็งใดๆ ที่แกว่งไปตามตำแหน่งสมดุล

1. 1. หน้าคลื่นคืออะไร?

ตำแหน่งทางเรขาคณิตของจุดที่แกว่งไปมาในเฟสเดียว

ตำแหน่งของจุดที่สั่นด้วยเฟสที่แตกต่างกัน

ตำแหน่งทางเรขาคณิตของจุดที่การแกว่งไปถึงตามเวลา t

ตําแหน่งของจุดบนผิวคลื่น

1. 1. แอมพลิจูดของการสั่นเรียกว่าอะไร

ค่างวดสูงสุด

ค่าสูงสุดของปริมาณที่ผันผวน

ค่าความถี่สูงสุดที่สังเกตปรากฏการณ์เรโซแนนซ์

ค่าต่ำสุดของปริมาณที่ผันผวน

1. 1. อะไรเรียกว่าการสั่นสะเทือนฟรี?

การสั่นที่เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานที่จ่ายให้ในขั้นต้นโดยไม่มีอิทธิพลจากภายนอกต่อระบบการแกว่ง

การสั่นที่เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานของอิทธิพลภายนอกที่มีต่อระบบการสั่น

4) ความผันผวนที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ

1. 1. การสั่นแบบฮาร์มอนิกคืออะไร?

ความผันผวนใด ๆ ที่พบในธรรมชาติ

กระบวนการที่มีลักษณะการทำซ้ำได้ทันเวลา

การสั่นที่ปริมาณการสั่นเปลี่ยนแปลงตามเวลาตามกฎของไซน์หรือโคไซน์

การสั่นที่เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานทั้งหมดของอิทธิพลภายนอกและการสั่นตามธรรมชาติของระบบ

1. 1. ความถี่การสั่นคืออะไร?

เวลาที่ใช้ในการสั่นสมบูรณ์หนึ่งครั้ง

จำนวนการสั่นทั้งหมดที่เกิดขึ้นในเวลา t

เวลาสำหรับการแกว่งหนึ่งในสี่

จำนวนการแกว่งที่สมบูรณ์ต่อหน่วยเวลา

1. 1. ช่วงเวลาของการสั่นเรียกว่าอะไร?

เวลาที่การสั่นสะเทือนจะดับลงอย่างสมบูรณ์

เวลาของการสั่นเต็มหนึ่งครั้ง

ค่าเท่ากับส่วนกลับของจำนวนการสั่น

ลอการิทึมของอัตราส่วนของแอมพลิจูดต่อเนื่อง

1. 1. เฟสการสั่นคืออะไร?

ค่าที่อยู่ภายใต้สัญลักษณ์ของไซน์หรือโคไซน์และกำหนดค่าชั่วขณะของคาบการแกว่ง

ค่าที่อยู่ภายใต้สัญลักษณ์ของไซน์หรือโคไซน์และกำหนดระยะเวลาของการแกว่งที่สมบูรณ์

ค่าที่อยู่ภายใต้สัญลักษณ์ของไซน์หรือโคไซน์ และกำหนดสถานะชั่วขณะของระบบการสั่น

ค่าภายใต้เครื่องหมายไซน์หรือโคไซน์และค่าเบี่ยงเบนสูงสุดจากตำแหน่งสมดุล

1. 1. เฟสของการสั่นเพิ่มขึ้นเท่าใดในเวลาเท่ากับระยะเวลาของการสั่นของฮาร์มอนิก

1. 1. เราสามารถสันนิษฐานได้ว่ามุมเบี่ยงเบนสูงสุดเท่าใดที่ลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์ยังคงสั่นแบบฮาร์มอนิก

ลดลง

กำลังเพิ่มขึ้น

ไม่เปลี่ยนแปลง

เปลี่ยนแปลงเล็กน้อย

1. 1. ความถี่ของการสั่นแบบลดแรงสั่นสะท้านและไม่ได้ลดความถี่สัมพันธ์กันอย่างไร

ความถี่เท่ากัน

ความถี่ของการแกว่งแบบไม่ลดการสั่นสะเทือนจะน้อยกว่า

ความถี่ของการสั่นแบบหน่วงจะน้อยกว่า

ความถี่ของการสั่นแบบหน่วงจะมากกว่า

1. 1. แอมพลิจูดของการสั่นแบบหน่วงลดลงตามกฎข้อใด

เชิงเส้น

ตามกฎของโคไซน์

โดยกำลังสอง

เลขชี้กำลัง

1. 1. ความยาวที่ลดลงของลูกตุ้มทางกายภาพเรียกว่าอะไร?

ความยาวของลูกตุ้มทั้งหมด

ความยาวของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์ที่มีระยะเวลาการแกว่งเท่ากับระยะเวลาการแกว่งของลูกตุ้มทางกายภาพ

ความยาวของลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์

1/2 ของความยาวลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์

1. 1. สูตรใดที่สามารถใช้คำนวณความเร่งของการตกอย่างอิสระโดยใช้ลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์

1. 1. รูปแสดงกราฟของการกระจัด ความเร็ว ศักยภาพและพลังงานจลน์เทียบกับเวลา กราฟพลังงานจลน์เทียบกับเวลามีสีอะไร?

3. สีม่วง

1. 1. รูปแสดงกราฟของการกระจัด ความเร็ว ศักยภาพและพลังงานจลน์เทียบกับเวลา สีของกราฟ offset vs. time คืออะไร?

3. สีม่วง

1. 1. รูปแสดงกราฟของการกระจัด ความเร็ว ศักยภาพและพลังงานจลน์เทียบกับเวลา การพึ่งพาใดที่แสดงเป็นสีเหลือง

การพึ่งพาการชดเชยเวลา

ความเร็วกับเวลา

ขึ้นอยู่กับพลังงานจลน์ตามเวลา

พลังงานศักย์กับเวลา

1. 1. รูปเฟสคืออะไร?

แผนชดเชยกับเวลา

กราฟความเร็วเทียบกับเวลา

แผนภาพการเคลื่อนที่เทียบกับความเร็ว

กราฟของพลังงานทั้งหมดเทียบกับเวลา

1. 1. รูปแสดงกราฟของภาพเฟสของการสั่น กำหนดว่าวงสวิงคืออะไร

การทำให้หมาด ๆ ของฮาร์มอนิก

ฮาร์มอนิกยั่งยืน

ไม่ฮาร์มอนิกหมาด

ไม่ฮาร์มอนิก

คำตอบสำหรับการทดสอบ "การสั่นสะเทือนทางกล"

ตัวเลข
คำถาม

ตัวเลข
คำตอบที่ถูกต้อง

ตัวเลข
คำถาม

ตัวเลข
คำตอบที่ถูกต้อง

ตัวเลข
คำถาม

ตัวเลข
คำตอบที่ถูกต้อง

3) แรงปฏิกิริยาสนับสนุน _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4) น = ____________________

5) ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน - ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6) µ=_____________________

7) มุมเอียงสูงสุด (จำกัดมุม), α สูงสุด ______________________________________________

8) ความเร่ง a \u003d ________________________________________

1. จัดเรียงหน่วยงานกำกับดูแลในตำแหน่งตามอำเภอใจและเขียนข้อมูลเริ่มต้นลงในตาราง

   กดปุ่ม "เริ่ม" และดูการเคลื่อนไหวของแถบ

   เขียนค่าของแรงเสียดทาน, แรงปฏิกิริยาของการสนับสนุน, ความเร่งของร่างกาย, ซึ่งอยู่ในป้ายบอกคะแนนในฟิลด์การทำงานของแบบจำลอง

   คำนวณค่าของแรงเสียดทาน, แรงปฏิกิริยาของการรองรับ, ความเร่งของร่างกายรวมถึงมุมเอียงสูงสุดของระนาบอย่างอิสระ

มุมเอียง, α, องศา

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน,
µ

เมตร , กก

ค่าที่คำนวณโดยแบบจำลอง

ค่าที่คำนวณโดยนักเรียน

มุมจำกัด α สูงสุด

แรงเสียดทาน, F tr, N

ความเร่ง m/s 2

แรงปฏิกิริยาสนับสนุน N , N

แรงเสียดทาน, F tr, N

ความเร่ง m/s 2

แรงปฏิกิริยาสนับสนุน N , N

ความเร็วของพล็อตเทียบกับเวลา V(t):

บทสรุป_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________