Технологическая карта урока на тему Построение и исследование физических моделей

Технологическая карта урока

Разработчик: учитель информатики МБОУ Школы №3 г.о. Самары Смирнова Елена Владимировна.

Учебный предмет: информатика и ИКТ

Класс: 9а

</ Дата проведения урока: 08.04.2016г.

Тема: Моделирование и формализация.

Тема урока: Построение и исследование физических моделей.

Цель урока: Развитие УУД построения и исследования моделей (на примере построения и исследования компьютерных моделей движения тела, брошенного под углом к горизонту).

Задачи урока:

образовательные

• закрепить и обобщить комплекс знаний, умений и навыков учащихся, необходимых для построения и исследования моделей на компьютере (знать основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере, технологию работы в среде Excel;

• уметь формулировать основные задачи на каждом этапе моделирования, определять последовательность действий для их решения, оценивать адекватность построенной модели объекту-оригиналу и целям моделирования);

развивающие:

• развитие у учащихся УУД (регулятивного) самоопределения в целях учебной деятельности (на основе установления сходства и различия между освоенным ранее и осваиваемым на данном уроке);

• развитие у учащихся УУД (регулятивного) самоконтроля учебной деятельности (на основе сравнения способа действия и его результата);

• развитие у учащихся навыков публичного представления учебного продукта (коммуникативные УУД).

воспитательные:

• развитие у учащихся УУД (коммуникативного) оценивания ситуаций взаимодействия в соответствии с правилами поведения и этики.

• развитие у учащихся УУД (личностного) осознания осваиваемого на уроке приема учебной деятельности, как ценности.

Тип урока: Комбинированный. Самостоятельная проектно - исследовательская работа.

Формы работы учащихся: фронтальная, групповая, самостоятельная.

Необходимое техническое оборудование: компьютеры, проектор, интерактивная доска, Интернет.

Межпредметные связи: физика, математика.

1.

Оргмомент

урока

Метод стимулирования установки на обеспечение порядка на рабочем месте

Актуализирует проявление учащимися установок на сотрудничество и успех в предстоящей работе.

Оценивает или вносит коррективы в готовность рабочих мест учащихся.

Выполняют необходимые действия.

Демонстрируют готовность к учебной деятельности.

УУД оценивания ситуации взаимодействия в соответствии с правилами поведения и этики.

В основе ООД - привычный образ порядка на рабочем месте.

(Коммуникатив-ный вид используемого

УУД)

2.

Мотивация учебной деятельности

Метод стимулирования положительной самооценки перспектив включения в учебную деятельность

Обращается к учащимся со словами: Ребята! Вы, наверное, слышали и, возможно, сами разделяете позицию таких людей, которые считают, что успех в изучении учебных предметов определяется природными способностями человека.

На самом деле этот успех, также как и успех в любой сфере деятельности, в первую очередь, определяется умением пользоваться различными приемами и способами организации своего труда.

Предлагает вспомнить знакомые учащимся приемы

К таким приемам относится моделирование объектов познания и действий с ними.

На предыдущих уроках вы уже познакомились с такими понятиями моделирование, формализация, этапами разработки и исследования моделей на компьютере.

Сегодня я предлагаю убедиться в широких возможностях использования этого приема при решении некоторых известных вам задач физического содержания.

Таким образом, тема урока?

Высказывают различные точки зрения на роль способностей…

Называют приемы типа:

- оценка своих действий;

- планирование решения задачи;

- проверка правильности решения и др.

Формулируют тему:

«Построение и исследование физических моделей»

УУД ценностного отношенияк осваиваемому на уроке приему учебной деятельности.

(личностные)

В основе ООД - узнаваемый учащимися образ полезного продукта учебной деятельности.

(Личностный вид используемого

УУД)

3.

Целеполагание

Метод самоопределения в целях по аналогии с уже известным и усвоенным учащимися.

Помогает сформулировать цели предстоящей учебной деятельности

по аналогии с целями изучения предыдущих приемов учебной работы.

Определяют, что предстоит сделать на уроке (цели УД):

-знать основные этапы разработки и исследования моделей на компьютере, технологию работы в электронных таблицах Microsoft Excel;

- уметь формулировать основные задачи

на каждом этапе моделирования, определять последовательность действий для их решения, оценивать адекватность построенной модели объекту-оригиналу и целям моделирования.

УУД постановки новой цели урока.

В основе ООД - известная учащимся структура содержания цели

(Регулятивный вид используемого

УУД)

4.

Повторение опорных знаний

(Выявление пробелов первичного осмысления изучаемого материала)

Беседа с учащимися

Организует повторение основных этапов разработки и исследования моделей на компьютере, уточнение целей и задач каждого этапа, оценку и коррекцию правильности ответов.

Расширенный уровень:

Формулировка дополнительных вопросов по этапам.

Предлагает выполнить работу в группах. Для этого:

- объединиться в группы по четыре человека для обмена мнениями;

- выполнить предложенное задание;

- использовать знакомую учащимся

Модель работы в группе, включающую:

1) уточнение задания,

2) выдвижение и дополнение идей решения,

3) совместное формулирова-ние на их основе искомого ответа.

Ограничивает время обсуждения пятью минутами.

Распределяют работу с полученным от учителя заданием между членами группы

Актуализируют необходимые установки.

Выполняют сопутствующие учебные действия:

- анализ содержания задания,

- подведение выделенных единиц информации под изученные понятия,

- сравнение,

- выведение следствий,

- обобщение и формулирование выводов.

1группа определяет цель и задачи 1, 2, 3 этапов. Формулирует вопросы для 2 и 3 группы.

I. Описание задачи.

Формулировка задачи на обычном языке. Цель: определить объект моделирования и конечный результат.

II.Определение целей моделирования.

Цель моделирования в соответствии с поставленной задачей определяет направление всего процесса моделирования.

III.Разработка информационной модели.

а) Описательная информационная модель.

Описание объекта, зависимостей и связей.

Выделение существенных, с точки зрения цели исследования, свойств объекта.

Б) Формализованная модель.

Описательная модель записывается с помощью формального языка.

С помощью формул, уравнений, неравенств фиксируются соотношения между начальными и конечными значениями свойств объектов. Указываются допустимые значения величин.

2группа определяет цель и задачи 4, 5 этапов.

IV. Разработка компьютерной модели.

Цель: преобразование формализованной модели в компьютерную, т.е. выражение ее на понятном для компьютера языке. Существует множество программных комплексов и сред, которые могут быть использованы. Выполняется реализация компьютерной модели по законам выбранной среды.

Тестирование модели.

Цель: убедиться, что построенная модель соответствует реальной задаче, не содержит грубых ошибок.

В программировании этот этап состоит из процессов трансляции и отладки программы. При тестировании нужно подобрать реальные и разнообразные данные.

3 группа определяет цель и задачи 6, 7 этапов.

V. Исследование модели.

Проведение экспериментов по выполнению компьютерной модели с различными исходными данными. Наблюдение изменений объекта и характеризующих его величин. Накопление результатов опытов.

VI. Анализ полученных результатов и корректировка исследуемой модели.

Цель: убедиться, что построенная модель адекватна оригиналу, т.е. отображает его существенные свойства.

Если результаты исследования расходятся с измеряемыми параметрами реальных объектов, то на предыдущих этапах были допущены ошибки.

Требуется корректировка модели.

Вопросы к 1 группе:

- Может ли объект иметь несколько моделей? (Один и тот же объект может иметь множество моделей, примеры…).

Сколько информации содержит модель по сравнению с объектом моделирования? (Меньше информации).

Вопросы ко 2 группе:

- Как поступают с несущественными свойствами объекта? (Несущественными свойствами пренебрегают).

- Какая модель является, чаще всего, результатом формализации? (Математическая модель).

Вопросы к 3 группе:

- Что может быть причиной расхождения полученной модели с требуемой? (Неправильно отобранные существенные свойства объекта, ошибки в формулах на этапе формализации, нарушение этапов построения моделей).

УУД принятия и координации решений при совместной работе в группе.

В основе ООД - знакомая учащимся модель работы в группе.

(Коммуникатив-

ный вид используемого УУД).

УУД самооценки соответствия имеющихся знаний и умений заявленным требованиям

(Регулятивный вид используемого

УУД)

--//--

--//--

5.

Формирова

ние новых знаний (изучение нового)

Проектно-исследователь-ский метод

Обращается к учащимся с вопросом: «Только ли теоретические расчеты позволяют определить параметры движения тела, брошенного под углом к горизонту?

Предлагает создать и исследовать различные модели одного и того же физического процесса - движения тела, брошенного под углом к горизонту.

Формулирует задачу

Описание задачи. (Содержательная постановка задачи) В процессе тренировок теннисистов используются автоматы по бросанию мячика в определенное место площадки. Необходимо задать автомату необходимую скорость и угол бросания мячика для попадания в мишень определенного размера, находящуюся на известном расстоянии.

Предлагает построить

качественную описательную модель

с использованием физических объектов, понятий и законов, то есть в данном случае идеализированную модель движения объекта (задача известна учащимся из курса физики).

Помогает учащимся создать формальную модель.

Используем известные из курса физики формулы равномерного и равноускоренного движения. При заданных начальной скорости vо и угле бросания а, значения координат дальности полета х и высоты у от времени можно описать следующими формулами:

х = v₀ • cosa • t;

у = v₀• sina • t - g • t²/2.

Площадка расположена на поверхности земли, поэтому запишите самостоятельно формулу для нахождения времени достижения площадки.

Ставит задачу:

Попробуйте формализовать условие попадания мячика в площадку, если площадка расположена на расстоянии s и имеет длину L

Предлагает продолжить работу над созданием проекта двумя группами.

Первая группа на основе разработанной формальной модели создаст компьютерную модель с использованием электронных таблиц Microsoft Excel, визуализирует траектории движения тела с использованием диаграммы типа График, выяснит попадет ли тело в площадку определенной длины, находящуюся на заданном расстоянии. Практическая работа № 5.1. Проект «Бросание мячика в площадку» Н.Д. Угринович «Информатика и ИКТ, 9 класс»

Координирует работу учащихся.

Делает при необходимости подсказки.

Вторая группа проводит исследование зависимости попадания снаряда в цель от величины угла выстрела и сопротивления воздуха - численные эксперименты с демонстрационной имитационной моделью «Полета снаряда, выпущен-ного из пушки» ЦОР И.Г. Семакин.

Интерактивное средство для самостоятельной работы учащихся.

Делает при необходимости подсказки.

Координирует работу учащихся

Указывают на целесообразность использования как теоретического, так и экспериментального расчета параметров движения тела, брошенного под углом к горизонту.

По графической модели

Определяют объект моделирования

(Процесс движения мяча)

Определяют цель моделирования

(Определение скорости и угла бросания мячика для попадания в мишень)

Формулируют основные предположения из условия задачи:

- мячик мал по сравнению с Землей, поэтому его можно считать материальной точкой;

- изменение высоты мячика мало, поэтому ускорение свободного падения можно считать постоянной величиной g = 9,8 м/с² и движение по оси OY можно считать равноускоренным;

- скорость бросания тела мала, поэтому сопротивлением воздуха можно пренебречь и движение по оси ОХ можно считать равномерным.

Находят выражение времени

v₀• sina • t - g•t²/2=0,

t•(v₀• sina- g•t/2)=0. t≠0, поэтому

v₀• sina- g•t/2=0,

t=(2 •v₀• sina)/g.

Находят выражение координаты x

x = (v₀• cosa •2• v₀• sina)/ g=( v₀²• sin2a)/g.

Анализируют условия попадания

s≤x ≤ s + L

Если x<s, то это означает «недолет».

Если x>s + L, то это означает «перелет».

Работают группами.

Используют общий план работы над проектом.

Выполняют следующие учебные действия:

Первая группа запускает электронные таблицы Microsoft Excel.

Вводит начальную скорость бросания мячика v₀, угол бросания в ячейки B1 и B2 соответственно.

Вводят в ячейки А5:А18 значение времени t с интервалом 0,2 с и вычисляют по формулам значения координат тела x и y для заданных значений времени.

В электронных таблицах аргументы функций cos() и sin()задаются в радианах, поэтому необходимо преобразовать значения углов из градусов в радианы с помощью функции РАДИАНЫ().

Выполняют экспериментальную часть исследования: меняя начальную скорость бросания мячика v₀ и угол бросания в ячейках B1 и B2 соответственно, исследуют траекторию движения мячика и попадание в площадку при заданных начальных условиях.

Подбирают значение начальной скорости и угла бросания мячика, обеспечивающие его попадание в площадку (используя метод деления пополам).

Фиксируют в таблице полученные значения.

Визуализируют модель, построив график зависимости координаты y от координаты x (траекторию движения тела). Для построения движения мячика используют диаграммы типа График.

По полученному графику делают выводы, попадет ли он в площадку при заданных начальных условиях (расстояние до площадки S= 30м и ее длина L=2м).

Оформляют проект и готовятся к устному отчету с демонстрацией материалов.

Вторая группа запускает программу «Демонстрационная математическая модель». Знакомятся с работой модели в режиме без учета сопротивления воздуха и с учетом сопротивления воздуха.

В режиме «Сопротивление воздуха не учитывать» проводят следующий эксперимент: изменяя величину начальной скорости снаряда от 60 м/с до 200 м/с с шагом 10 м/с для каждого значения скорости подбирают величину угла выстрела, при котором произойдет попадание снаряда в цель. Поиск искомого значения угла осуществляют методом деления пополам. При попадании в цель фиксируют время полета снаряда. Полученные результаты заносят в таблицу.

Определяют параметры выстрела, при которых цель будет поражена за наименьшее время. В тех случаях, если попасть в цель не удается, в графе времени ставят прочерк.

Повторяют те же эксперименты в режиме «Сопротивление воздуха учитывать».

Делают выводы.

Оформляют проект и готовятся к устному отчету с демонстрацией материалов.

УУД дедуктивного умозаключения.

В основе ООД - имеющийся у учащихся навык выведения следствия из факта и навык выполнения действия подведения выявленного факта (объекта) под известное понятие или способ действия.

(Регулятивный вид используемого УУД).

УУД поиска и выделения необходимой информации на основе наблюдения и оценки выявленных закономерностей (познавательные)

--//--

--//--

--//--

УУД самооценки и контроля.

В основе ООД - освоенный навык сравнения требуемых и достигнутых результатов.

(Регулятивный вид используемого УУД)

6.

Закрепление (обеспечение осознанности формируемых знаний и умений).

Проблемно-дискуссионный

(учащиеся представляют устный отчет с демонстрацией материалов, фиксируя этапы работы, цели и задачи каждого)

Логические методы

Предлагает группам:

- выбрать докладчика и в рамках полученного задания,

- изложить этапы работы над проектом, цели и задачи каждого, возникшие проблемы и способы их реализации,

- продемонстрировать полученные материалы (таблицы, графики, скриншоты имитационных моделей).

Обращает внимание учащихся на необходимость конструктивной (обоснованной) оценки полученных результатов

Формулируют цели, задачи в соответствии с общим планом работы над проектом, а также этапами построения и исследования компьютерной модели.

Анализируют возникшие проблемы и найденные способы решения.

Демонстрируют материалы исследований (таблицы, графики, скриншоты имитационных моделей) с объяснением полученных результатов.

Выявляют и объясняют возможные расхождения в результатах теоретических расчетов и экспериментальной части исследования (отчетливость считывания результатов компьютерного эксперимента)

Делают выводы о сопоставимости результатов теоретических расчетов и экспериментальной части исследования.

УУД публичного выступленияс презентацией учебного продукта и взаимодействия с аудиторией (коммуникативные)

Самоконтроль в форме распознавания и преодоления затруднений

(регулятивные).

7.

Д/З

• ознакомиться с визуализированными интерактивными моделями из различных предметных областей в Интернете по адресу http:www.college.ru. Прислать через АСУ РСО скриншот выполненного эксперимента, опробованной модели.