Межпредметные связи физики и информатики.

Межпредметные связи физики и информатики.
1 Проблема компьютерной грамотности.
Как уже было сказано выше, в условиях НТР возрасли требования, предъявляемые к уровню знаний и развития мышления выпускника школы. Большим упущением многих школ и учителей тоже является игнорирование использования компьютера в обучении. Одной из важнейших черт, характеризующих современный этап развития общества, является его информатизация - объективный процесс, связанный с повышением влияния интеллектуальных видов деятельности на все стороны общественной жизни и ориентированный на использование больших объемов современной, достоверной и исчерпывающей информации.
Растущие объемы и необходимость ускорения информационной работы делают насущной ее автоматизацию. Для этой цели используются компьютеры, в том числе и персональные, и умение применять их в качестве инструмента в своей интеллектуальной деятельности становится одним из основных умений всех членов информационного общества независимо от профессиональной специализации.
Развитие информационных технологий (ИТ), понимаемых как совокупность методов и технических средств, применяемых для сбора, хранения, обработки, передачи, представления информации, позволило специалистам из различных предметных областей использовать компьютер как инструмент автоматизации умственной деятельности. ИТ совершенствуются таким образом, что работа с ними становится доступной достаточно широкому кругу людей, не имеющих в большинстве специальной подготовки, но обладающих некоторыми общими знаниями в работе с информацией, в обращении с компьютерами и их программным обеспечением. Вооружение такими знаниями всех членов общества становится задачей общего образования, что делает необходимой информатизацию последнего.
Подготовка людей к жизни и труду в условиях информационного общества, что и является основной целью информатизации образования, предполагает формирование умения использовать для решения своих практических задач информационные технологии. Исходя из вышесказанного, следует, что информатика, как школьный предмет, должна занимать в процессе обучения место наравне с такими предметами, как математика, физика и т.д. Реализация одного из основных направлений школьной реформы — включение основ информатики и вычислительной техники в учебный процесс и обеспечение компьютерной грамотности учащихся — объективное требование нынешнего этапа развития производительных сил нашего общества и важнейшая задача системы народного образования.
Основные умения, формируемые при изучении ОИВТ, — распознавать и конструировать алгоритмы в жизни и учебной деятельности, записывать их на обычном языке, с помощью таблиц, формул, блок-схем, а затем на алгоритмическом языке, с выходом на ЭВМ для исполнения программы — следует отнести к числу обобщенных межпредметных умений. В недалеком будущем эти умения станут необходимыми при изучении всех предметов школьного курса, составят часть культуры каждого человека нашего общества. Поэтому воспитание алгоритмической культуры, являющейся основой компьютерной грамотности, следует осуществлять не только в курсе «Основы информатики и вычислительной техники», но и в процессе преподавания других предметов.
Что можно сказать о связи физики и информатики – связь очевидна. Эта связь будет усиливаться в связи с внедрением новых компьютерных технологий в жизнь человека, опять таки этот прорыв в технике невозможен без знания физических законов, процессов в тех же самых полупроводниках без которых не было даже электронных наручных часов. В тоже время без компьютера, этого мощного устройства обработки информации, невозможен дальнейший прогресс в развитии физики и других наук. Компьютерные технологии можно представить как ступеньку на огромной лестнице к разгадке многих тайн природы.
Что касается обучения физике конкретно, поможет ли компьютер в этом учителю, да и учащимся в изучении этого предмета я смогу показать в дальнейших пунктах своей работы.
Единство законов обpаботки инфоpмации в системах pазличной пpиpоды (физических, экономических, биологических и т.п.) является фундаментальной основой теоpии инфоpмационных пpоцессов, опpеделяющей ее общезначимость и специфичность. Объектом изучения этой теоpии является инфоpмация - понятие во многом абстpактное, сушествующее "само по себе" вне связи с конкpетной областью знания, в котоpой она используется.
Это обстоятельство накладывает опpеделенный отпечаток на всю инфоpматику как науку об оpганизации компьютеpных инфоpмационных систем, - такие системы могут использоваться в самых pазных пpедметных областях, пpивнося в них "свои пpавила игpы", свои закономеpности, огpаничения м вместе с тем новые возможности оpганизации бизнеса, котоpые были бы немыслимы без инфоpматики и связанного с ней компьютеpа. В этом плане невозможно пеpеоценить такие свойства инфоpмации как доступность, своевpеменность получения, коммеpческая ценность, надежность.
Инфоpмационные pесуpсы в совpеменном обществе игpают не меньшую, а неpедко и большую pоль, чем pесуpсы матеpиальные. Знания, кому, когда и где пpодать товаp, может цениться не меньше, чем собственно товаp,- и в этом плане динамика pазвития общества свидетельствует о том, что на "весах" матеpиальных и инфоpмационных pесуpсов последние начинают пpевалиpовать, пpичем тем сильнее, чем более общество откpыто, чем более pазвиты в нем сpедства коммуникации, чем большей инфоpмацией оно pасполагает.
С позиций pынка инфоpмация давно уже стала товаpом и это обстоятельство тpебует интенсивного pазвития пpактики, пpомышленности и теоpии компьютеpизации общества. Компьютеp как инфоpмационная сpеда не только позволил совеpшить качественный скачек в оpганизации пpомышленности, науки и pынка, но он опpеделил новые самоценные области пpоизводства: вычислительная техника, телекоммуникации, пpогpаммные пpодукты.
Тенденции компьютеpизации общества связаны с появлением новых пpофессий, связанных с вычислительной техникой, и pазличных категоpий пользователей ЭВМ. Если в 60-70е годы в этой сфеpе доминиpовали специалисты по вычислительной технике (инженеpы-электpоники и пpогpаммисты), создающие новые сpедства вычислительной техники и новые пакеты пpикладных пpогpамм, то сегодня интенсивно pасшиpяется категоpия пользователей ЭВМ - пpедставителей самых pазных областей знаний, не являющихся специалистами по компьютеpам в узком смысле, но умеющих использовать их для pешения своих специфических задач.
Пользователь ЭВМ (или конечный пользователь) должен знать общие пpинципы оpганизации инфоpмационных пpоцессов в компьютеpной сpеде, уметь выбpать нужные ему инфоpмационные системы и технические сpедства и быстpо освоить их пpименительно к своей пpедметной области. Учитывая интенсивное pазвитие вычислительной техники и во многом насыщенность pынка пpогpаммных пpодуктов, два последних качества пpиобpетают особое значение.
Минимум знаний по оpганизации компьютеpных систем обычно называют компьютеpной гpамотностью. Не существует стpого очеpченных pамок, опpеделяющих это понятие, - каждый пользователь опpеделяет их для себя сам, но вместе с тем отсутствие такой гpамотности делает сегодня невозможным доступ ко многим узко специальным пpофессиям, на пеpвый взгляд весьма далеким от компьютеpа.
2 Использование компьютера для исследовательской работы по физике.
В современном учебном прооцессе по физике большое внимание уделяется формированию знаний учащихся об общих принципах и теориях физики, основных физических законах и умений применять эти знания для самостоятельного объяснения частных научных фактов, явлений, технических применений физики. Одним из технических применений физики служит как раз, применение компьютера для наиболее полного и насыщенного усвоения школьного материала.
В организации внеклассных занятий большое значение имеет отбор учебного материала для всех исследований, который должен строго соответствовать основным принципам дидактики: научности, систематичности, последовательности, доступности, наглядности, индивидуальному подходу к учащимся в условиях коллективной работы, развивающему обучению, связи теории с практикой. В реальном процессе обучения эти принципы должны быть в тесном взаимодействии друг с другом. Процесс обучения учащихся на внеклассных исследовательских работах определяется многими закономерностями, и только при правильном их применении можно рассчитывать на полный успех в учении школьников. Любой из рассмотренных выше принципов приобретает приобретает свое действенное значение только в тесной связи с остальными.
Анализ работы передовых учителей показывают важность применения всех принципов обучения при организации внеклассной исследовательской работы. Для самостоятельных наблюдений и исследований целесообразно включать такие объекты, которые имеют тесную связь с учебной программой по физике и могут быть использованы в учебном процессе для формирования у учащихся основных физических понятий, развития логического мышления, познавательных интересов, совершенствования практических умений и навыков.
Прежде всего с помощью учителя учащиеся устанавливают объект исследования , выясняют связи его с другими физическими явлениями, законами. Используя физические приборы и оборудование, многократно наблюдают объект, проводят нужные измерения и фиксируют их результаты, сравнивают и обобщают данные исследований, устанавливают функциональные зависимости, внедряют в практику учебного процесса обобщенные результаты исследований.
Чтобы успешно развивать у учеников наблюдательность и навыки исследования, учитель в своей работе должен учитывать такие правила:
1) Перед учащимися необходимо ставить понятную, четкую и посильную цель наблюдения и исследования.
2) Успех исследования и наблюдения зависит от общего развития ученика и запаса предварительных знаний о данном объекте чем полнее знания, тем ценнее будут исследования и наблюдения, поэтому каждый ученик должен тщательно готовиться к заданиям.
3) Исследования и наблюдения должны быть систематическими и планомерными.
4) Выполняя исследовательские задания, ученик обязательно должен вести систематические записи в дневник и из полученых данных делать выводы.
Процесс проведения исследований и наблюдений включает несколько этапов: 1) уяснение поставленной задачи; 2) проведение исследований и наблюдений; 3) обработка полученных результатов.
Среди многих методов исследования физических процессов и явлений одним из наиболее перспективных и развивающихся является исследование с помощью компьютера. В принципе физика породила компьютер, но в свою очередь в наше время компьютер помогает физике шагнуть дальше.
3 Исследование параметров криволинейного движения.
В чем же заключается принцип исследования с помощью компьютера? Допустим при изучении механики в 9-ом классе учащиеся сталкиваются с проблемой, описанной в предыдущей главе т.е. движение тела под углом к горизонту (движение по параболе).
Суть исследования довольно таки проста. Учащийся запускает программу по расчету параметров криволинейного движения в которой приведены несколько вариантов условий задач: 1) тело брошено под каким-то углом к горизонту; 2) начальная скорость направлена вдоль линии горизонта; 3) указана высота подъема тела; 4) указана дальность полета тела; и т.д.
Затем молодой исследователь ставит перед собой следующие задачи: 1) как зависит дальность полета от скорости движения тела; 2) зависит ли высота подъема тела от угла, под которым было брошено тело; 3) как влияет начальная скорость на высоту подъема тела.
В результате исследования ученик может наглядно увидеть траекторию твижения тела, програмно изменяя необходимые параметры если эта программа выполнена опытными программистами, то удобство выполнения исследования неоспоримо. Что касается материальной базы таких экспериментов, то программы такого рода могут пойти на компьютерах которые в настоящее время присутствуют в большинстве школ. Минимальные требования к компьютеру таковы: процессор intel 80286 и выше; 512kb-video; 4 – 8 Mb Озу. Таким образом доступность и наглядность исследований позволяют заинтересовать учащихся не только физикой но и информатикой, что не маловажно в современном обществе.
Если нет промышленной программы такого уровня учитель физики владеющий языками програмирования может самостоятельно написать программу которая поможет более существенному усвоению курса физики.
4 Межпредметные связи физики и информатики в старших классах.
Наиболее эффективно межпредметные связи физики и информатики будут осуществляться в старших классах, т.к. с 10-го класса учащиеся начинают изучать предмет, основы информатики и вычислительной техники. В чем заключается сущность межпредметных связей на данном этапе обучения?
В большинстве школ, в основе обучения информатике в десятых и одиннадцатых классах лежит базовый курс програмирования, на языке програмирования Basic. Но встречаются школы где преподают язык програмирования Turbo Pascal, но ни в этом суть, суть в том что и на том и на другом языке можно писать одни и те же программы.
Итак, допустим, что ученик получает задание от учителя написать программу решения какой-либо простой (в зависимости от успеваемости учащегося) задачи по физике. Что будет делать ученик? Сначала, он ее решит на листке бумаги, т.е. вспомнив физические законы и формулировки запишет общий ход решения, как он делал на уроках физики. Затем он напишет алгоритм ее решения на языке програмирования. Наконец запустит программу на машине. Получив ответ, учащийся сверит его с ответом на бумаге. Осуществилась ли межпредметная связь? Ответ – да несомненно! Чтобы показать реальность вышесказанного решим задачу на движение тела под углом к горизонту и напишем программу ее решения.
Задача. Какую силу надо приложить для подъема вагонетки массой 600 кг по эстакаде с углом наклона 20О , если коэффициент сопротивления движению равен 0,05?
Решение. Для решения данной задачи необходимо сделать чертеж и обозначить силы, действующие на тело (рис.1). Затем запишем уравнение второго закона Ньютона в векторной форме:
FT = FTP + N + mg;
Найдем проекции сил на координатные оси:
На ось Х:
FT = -mN - mg×sina;
На ось Y: Рис.1
0 = N - mg×cosa;
Преобразовывая эти уравнения получаем:
FT = -mg(m×cosa + sina);
Подставляя значения получим:
FT = -600 кг × 9,8 м/с2 ×(0,05 × cos20O + sin20O ) » 5096 H;
А теперь попробуем написать программу на языке Turbo Pascal для решения приведенной выше задачи. Выглядит эта программа таким образом:
Program Zadacha;
const g=9.8;
varm,a,k,Ft: Comp;
BeginWrite ('Введите значение массы:');
Write ('m=');
Readln (m);
Write ('Введите значение угла наклона:');
Write ('a=');
Readln (a);
Write ('Введите коэффициент сопротивления:');
Write ('k=');
Readln (k);
Ft:= -m * g * (k * cos(a)+sin(a));
Writeln ('Ft=',Ft);
End.
Мы видим насколько проста в написании эта программа. А теперь попробуем выявить плюсы и минусы данного решения задачи.
Плюсы:
1) Возможность менять параметры и смотреть что происходит с окончательным результатом;
2) Быстрота выполнения математических расчетов;
3) Высокая точность ответа.
Минусы:
1) Для написания программы нужно решить задачу;
2) Не видно хода решения;
3) Привязанность к конкретному условию.
Из перечисленных выше достоинств и недостатков можно сделать очень простой вывод. Описанный метод доказывает актуальность межпредметных связей физики и информатики. Улучшается усвоение и понимание одного и другого предмета, повышается заинтересованность учащихся изучением этих дисциплин.