Программа дополнительного образования «Проектирование по физике»
рабочая программа на тему

Государственное бюджетное

 профессиональное образовательное учреждение  

«Навашинский политехнический техникум»

Утверждаю:

                                     Директор ГБПОУ  «НПТ»

                                     ___________ Ю.Л.Железов                                                                                                                                            

ПРОГРАММА

дополнительного образования

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПО ФИЗИКЕ»

Возраст обучающихся: 16-17 лет

Срок обучения: 1год

Автор: педагог дополнительного образования

Смирнова Т.В.

                                   Принята на заседании МК                                                                  

                                по воспитанию и дополнительному                                                                  

                                образованию протокол  №1  от                                                                          

                                «_____»_______________2015 г.                                                                            

г. Навашино

Пояснительная записка

Компьютеры  проникают  во  все  сферы  человеческой  деятельности (наука,  образование,  искусство,  бизнес, быт и т.д.). Жизнь  современного человека  без компьютера невозможна. Поэтому,  чем  раньше  учащиеся познакомятся с компьютерами, научатся ими пользоваться и на них работать, тем лучше они будут приспособлены к окружающему миру.

Одной из перспективных направлений использования компьютера является компьютерное проектирование. Компьютерное проектирование – это метод анализа реальных или ожидаемых физических процессов с помощью ЭВМ. Компьютер позволяет строить динамические модели, т. к. он реагирует на действия пользователя подобно реакции реального объекта. Компьютерные модели обеспечивают большую гибкость при проведении эксперимента во время решения экспериментальных задач, позволяют замедлить или ускорить ход времени, сжать или растянуть пространство, дополнить модель графиком, таблицей, мультипликацией, повторить или изменить ситуацию. Компьютер позволяет в пределах, предусмотренных программой, управлять процессом, вводить в него случайные события, величины и факторы, моделировать творческие процессы, имитировать функции управления событиями и видеть (в соответствии с программой) последствия принимаемых решений, повторять ход решения, т. е. вновь проводить имитацию до получения верного результата. Моделирование персонифицирует личность учащегося как исследователя.  

Данная программа дополнительного образования адресуется тем, кто желает научиться использовать компьютерное проектирование для решения практических задач по физики

Она позволяет обучающимся лучше освоить  курс информатики, физики и математики.

        Программа обучения способствует профессиональной ориентации подростков и их подготовке к получению представлений о специальности информационные технологии, даёт возможность оценить свои перспективы в этих областях науки.

        Основной упор при обучении делается на овладение воспитанниками умением составлять алгоритмы, моделировать ситуации и объекты, на развитие логического мышления. Компьютер должен расцениваться учащимися лишь в качестве инструмента для решения поставленных задач, помощника в работе.

        Цель программы – освоение обучающимися начал компьютерного моделирования.  

Освоение содержания программы позволит учащемуся осмыслить задачи как объекты или явления реальности, понять их как модели, построить эти модели, проанализировать методами машинного эксперимента с разработкой алгоритма и программы решения  с помощью компьютера.

Основное требование к предварительному уровню подготовки: знание языков программирования Visual Basic, умение работать в программе «Живая физика».  Но, поскольку,  курс информатики уделяет слишком мало времени для изучения программирования, то в программе  предусмотрено изучение основ программирования на языке Visual Basic.

        Целевые установки.

• Научить подростков основам алгоритмических языков программирования.
• Научить подростков строить информационные модели объектов и процессов по физике;
• Научить разрабатывать компьютерные модели с использованием языка программирования Visual Basic ,  программы «Живая физика»
• Научить проводить компьютерный эксперимент, т.е. исследование компьютерных моделей.
• Создать условия для формирования и развития исследовательских навыков учащихся.

Состав учебно-методического комплекта.

Учебно-методический комплект по курсу «Проектирование по физике » включает в себя учебное пособие (инструкции), программное обеспечение, необходимое для реализации компьютерного практикума (Visual Basic,  «Живая физика») и цифровую лабораторию «Архимед».

Задачи данного курса.

1. Познакомить учащихся с основными правилами разработки математических моделей, алгоритмов и методами их реализации на компьютере на примере реальных моделей в физике.
2. Увеличить объем предметных знаний по информатике и физике, которые будут более обширными и глубокими, поскольку курс построен таким образом, что в нем рассматриваются классические модели, которые опираются как на знания, полученные на уроке, так и на новые знания.
3. Дать представление о том, что процессы, происходящие в окружающем мире, имеют единую природу и описываются единым математическим аппаратом.
4. Научить использовать язык программирования Visual Basic для моделирования физических  процессов на примере реализации типового задания.
5. Научить использовать программу «Живая физика» и цифровую лабораторию «Архимед».

для моделирования физических   процессов на примере реализации типового задания.

6.  Научить проводить виртуальные эксперименты с использованием компьютерных моделей программы «Живая физика» и анализировать полученные результаты.
7.   Научить осуществлять рефлексивную деятельность, оценивать свои результаты, корректировать дальнейшую деятельность.

Возраст учащихся: 16 - 17

Количество часов в неделю: 3 ч в неделю, всего 120 учебных часа

Образовательная область: «Информатика», «Физика».

Требования к знаниям и умениям учащихся.

После прохождения данного курса учащиеся должны знать/уметь:

1. методику и основные этапы моделирования;
2. технологию работы в среде программирования Visual Basic;
3. моделировать в среде программирования Visual Basic;
4. проводить компьютерный эксперимент  в среде  «Живая физика», используя цифровую лабораторию «Архимед».
5. выдвигать гипотезы и работать в проектном режиме;
6.  планировать и проводить наблюдения;
7.  получать и анализировать результаты;
8.  делать выводы;

По окончании обучения учащиеся должны приобрести  ключевые компетентности такие как:

• учебная, включающая в себя умения решать учебные и самообразовательные проблемы, извлекать выгоду из образовательного процесса, принимать на себя ответственность за получаемое образование;
• исследовательская, включающая в себя  умения обращаться к разным источникам данных и их использование, представлять, обсуждать и защищать разные виды моделей и проектов  в разнообразных аудиториях;
• социально-личностная, умения осознавать важность политического и экономического контекстов образовательных  и профессиональных ситуаций, справляться с неопределенностью и сложностью;
• коммуникативная, включающая в себя умения выслушивать и принимать во внимание взгляды других людей, выступать на публике;
• сотрудническая, включающая в себя умения устанавливать и поддерживать контакты, сотрудничать и работать в команде;
• организаторская, включающая в себя умения вступать в проект, овладевать инструментарием моделирования;

Методы обучения.

Основная методическая установка курса — обучение учащихся навыкам самостоятельной индивидуальной и групповой работы по практическому моделированию.

Программа ориентирована на учащихся 1-2 курсов, желающих заниматься моделированием и программированием в будущем или же познакомиться с компьютерным программированием. Обучение по данной программе не требует наличия у подростка компьютерной техники вне компьютерного класса, в котором проводятся занятия. Для овладения программой необходимы знания по информатике, математике, физике, умение логически мыслить.

Основными принципами, заложенными в программу, являются следующие:

1. Индивидуальное обучение.

        Одним из важнейших элементов дополнительного образования является возможность овладевать знаниями с индивидуальной скоростью и в индивидуальном объёме, что предполагает отдельную работу с каждым учащимся. Поэтому занятия  делятся на лекционные (лекционно-практические), на которых тема изучается всей группой, и индивидуальные, на которых и осваивается основная часть тем. Для физической и моральной разгрузки проводятся игровые занятия.

2. Обучение в активной деятельности.

Все темы программы воспитанники изучают на практике, решая большое количество задач по каждой теме через освоение исследовательской деятельности и выполнения групповых  проектов.

3.  Преемственность.

Программа обучения построена так, что каждая новая тема логически связана с предыдущей, то есть при изучении новой темы используются все знания и навыки, полученные на предыдущих этапах обучения. В результате, к концу учебного года подростки не только не забывают всё, что проходили в начале, но даже, наоборот, помнят и понимают программу первых занятий лучше, чем прежде. Такой принцип способствует не только успешному освоению программы, но и позволяет учащимся понять важность  уже изученного материала, значимость каждого отдельного занятия.

Индивидуальное освоение ключевых способов деятельности происходит на основе системы заданий и алгоритмических предписаний, изложенных в пособие для студентов. Большинство заданий выполняется с помощью персонального компьютера и необходимых программных средств. Кроме индивидуальной, применяется и групповая работа. В задачи преподавателя входит создание условий для реализации авторского действия, выраженного в проектных формах.

        Использование наглядных пособий, образцов изделий, компьютерных технологий способствует лучшему усвоению материала и позволяет разнообразить формы и методы занятий. На занятиях по проектированию учащиеся узнают о различных способах разработки моделей, видах моделирования процессов и объектов и способах их описания. Теоретическая основа  даётся в связи с практической работой. Более глубокому усвоению программы способствуют конкурсы проектных и выставки творческих работ, участие в  краевых научных конференциях, где  учащиеся не только могут представить и продемонстрировать своё мастерство, но и посмотреть и перенять творчество других.

Контроль знаний и умений.

Текущий контроль уровня усвоения материала осуществляется по результатам выполнения учащимися практических заданий.

Итоговый контроль реализуется в форме защиты итоговых проектов, перечень которых содержится в учебном пособии. В начале курса каждому учащемуся должно быть предложено самостоятельно в течение всего времени изучения данного курса разработать проект, реализующий компьютерную модель конкретного объекта, явления или процесса из области физики. В процессе защиты учащийся должен будет представить не только проект но и полученные с его помощью результаты компьютерного эксперимента по исследованию модели.

Организация учебного процесса.

Учебно-методический комплект предусматривает организацию учебного процесса в двух взаимосвязанных и взаимодополняющих формах:

1.  Групповое занятие, на котором преподаватель объясняет новый материал и консультирует учащихся в процессе выполнения ими практических заданий на компьютере;
2.  Индивидуальная форма вне занятия, в которой учащиеся дома или в  компьютерном классе самостоятельно выполняют на компьютере практические задания

Содержание  курса

1. Проектирование как метод познания – 6 ч

Системный подход к окружающему миру. Основные этапы проектирования: постановка задачи, формализация задачи, разработка модели, компьютерный эксперимент, анализ результатов проектирования.

     Способы  построения компьютерных моделей:

- с использованием цифровой лаборатории «Архимед»;

- с использованием программы «Живая физика»;

- с использованием языка программирования Visual Basic;

- с использованием 3D моделирования Blender.

 Техника безопасности при работе с компьютером. Правила внутреннего распорядка и поведения в техникуме.

2. Основы программирования на языке Visual Basic – 66

Введение в языки Паскаль и Basic. Структура программы. Алфавит языка

   Типы данных: целый и вещественный, логический и символьный. Константы. Переменные.

   Организация ввода-вывода. Оператор присваивания.

Арифметические выражения. Стандартные функции.   Операции. Операнды. Следование.

Организация ветвлений в программах. Основные понятия математической логики. Условный оператор. Оператор безусловного перехода. Программирование циклических алгоритмов, виды циклов. Операторы организации циклов. Вложенные циклы. Файловые типы. Процедуры и функции работы с файлами

III. Построение и исследование физических моделей -  24 ч

Постановка задачи.  Движение тела, брошенного горизонтально. Движение тела, брошенного под углом к горизонту. Движение по наклонной плоскости. Математический маятник. Кипение. Колебательный контур. Электромагнитное поле движущихся зарядов. Закон преломления и отражения.   Разработка модели в среде Visual Basic и «Живая физика»

V. Компьютерный эксперимент. – 18 ч.

Компьютерные эксперименты в программе «Живая физика» с использованием ЦЛ «Архимед» по разделам:  Механика, Электродинамика, Оптика  

VI. Защита индивидуальных и групповых проектов.- 6 ч

Тематическое планирование курса

Прогнозируемые результаты

Знания:

∙   Общий подход к решению задач по физике,  к написанию программ, компьютерная демонстрация модели.

∙   Виды моделей и алгоритмов.

∙   Основы Visual Basic,  «Живая физика».

∙   Графические возможности Blender .

∙   Методы и подходы, используемые в моделировании.

∙   Начала объектно-ориентированного моделирования.

∙   Некоторые принципы современного программирования и моделирования процессов.

Умения:

∙   Писать простейшие программы на языке Visual Basic.

∙   Создавать программы, моделирующие несложные физические и экономические  процессы

Личностные качества:

∙   Навыки самостоятельной работы и работы в команде в проектном режиме.

∙   Дисциплинированность, общая организованность.

∙   Уверенность в работе с компьютером.

Рекомендуемая литература:

Для ученика:

1. Информатика. Задачник-практикум. Т-2. под ред. И. Г. Семакина,

    Е. К. Хеннера. М., Бином. Лаборатория Знаний, 2002 г.

2. Информатика. 7-9 класс. Базовый курс. под ред. И. Г. Семакина,

    Е. К. Хеннера. М., Бином. Лаборатория Знаний, 2002 г.

3. Информатика. 10 класс. Базовый курс. под ред. И. Г. Семакина,

     Е. К. Хеннера. М., Бином. Лаборатория Знаний, 2002 г.

4. Турбо-Паскаль в примерах : Кн. Для учащихся 10-11 кл./ А.Б. Николаев, Л. А. Акатнова, С. В. Алексахин и др. – М. : Просвещение, 2002.
5. «Физика. 10 класс» Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Москва, «Просвещение», 2004 год
6. «Физика. 11 класс» Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Москва, «Просвещение», 2004 год.
7.  Иванов С.И. Основы экономической теории. В 2-х кн. Кн.1 – 10кл., Кн. 2 – 11кл., М.: Вита – Пресс, 2002;
8. Иванов С.И. Практикум по основам экономической теории, Учебное пособие для 10-11-х Кл., М.: Вита – Пресс, 2002;

Для учителя:

1. Компьютерное моделирование в физике. Х. Гулд, Я. Тобочник. М., Мир,1990 г.
2. Решение задач на компьютере: Кн. Для учителя. Извозчиков В. А., Слуцкий А. М. М., Просвещение, 1999 г.
3. Элективные курсы в профильном обучении: Образовательная область «Информатика»/Министерство образования РФ. Национальный фонд  подготовки кадров.    М.:  Вита-Пресс, 2004.
4.  Иванов С.И. Преподавание курса «Основы экономической теории», Пособие для учителя 10-11-х кл., М.: Вита – Пресс, 2002;