Конспект урока по информатике и ИКТ "Построение математической модели и проведение вычислительного эксперимента для физического процесса: движение тела, брошенного горизонтально"

Разделы: Информатика


Тема урока: Построение математической модели и проведение вычислительного эксперимента (ВЭ) для физического процесса: движение тела брошенного горизонтально.
Цели урока: закрепление у учащихся понятия “компьютерный вычислительный эксперимент” на примере моделирования ВЭ для конкретного физического процесса;

развитие умений формулировать предположения, лежащие в основе модели, выделять исходные данные и результаты, строить модель, анализировать соответствие модели и исходной задачи;

выработка навыков создания простейших моделей в среде программирования. QBASIC; развитие навыков работы в группе, воспитание понимания ответственности за принятое решение.

ХОД УРОКА:

I ЭТАП– ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ  
II ЭТАП-ПРОВЕРКА ВЫПОЛНЕНИЯ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ.  
а) Повторение по темам “Графика в QBASIC” и “Вспомогательный алгоритм и подпрограмма” ФОРМА: Диктант с самопроверкой результатов (два варианта)

(Ответы для самопроверки находятся на доске, открываются после написания диктанта, выставляется оценка, ответы обсуждаются.)

Вариант 1 Вариант 2
1. Оператор выхода в графический режим.

2. Минимальный элемент графического экрана.

3. Стандартная запись оператора, изображающего отрезок прямой, ограниченной точками (х11) и (х22)

4. С помощью графического оператора, изображающего линию, изобразите в центре экрана размером 320*200 ось ОХ

5. Стандартная запись оператора выхода из подпрограммы.

1.Изобразить направление осей системы координат на графическом экране.

2. Стандартная запись оператора, изображающего на экране точку с координатами х,у.

3.Стандартная запись оператора, изображающего на экране окружность радиуса R с центром в точке с координатами (х,у).

4. С помощью графического оператора, изображающего линию, изобразите в центре экрана размером 320*200 ось ОУ.

5. Стандартная запись оператора входа в подпрограмму.

б) Устный опрос по вводной лекции предыдущего урока “Вычислительный эксперимент”:

1.Какие виды экспериментов применяются в исследованиях?

Лабораторный, натурный, вычислительный
2. В чем суть лабораторного и натурного экспериментов? “Энциклопедический словарь по информатике”, стр. 31
3. Недостатки вышеназванных экспериментов. 1) требуют много времени;

2) для каждого нового изделия надо создавать новое контрольно-измерительное оборудование;

3) требуют больших финансовых и материальных затрат для образцов изделий, часто из дорогостоящих материалов.

4. В чём суть вычислительного эксперимента? Все необходимые исследования проводятся на математической модели объекта.
5. Что понимают под математической моделью объекта?  
6. Приведите примеры математических моделей.  
7. В каких случаях проводится вычислительный эксперимент? Когда невозможно проведение других видов эксперимента (изучение последствий ядерного взрыва, экологические катастрофы).

в) Компьютерное тестирование по теме “Моделирование”

(Приложение 3)

Содержание теста:

Тест по теме "Моделирование":

?1.Моделирование в информатике – это:

+1)процесс замены реального объекта моделью, которая отражает его существенные признаки, необходимые для достижения поставленной цели;

2)процесс создания одежды в салоне мод;

3)процесс поиска нового, неформального решения задачи;

4) процесс замены реального объекта другим материальным или идеальным объектом, похожим на него внешне.

?2.Сколько моделей можно создать при изучении какого-либо объекта?

1)Один объект – одна модель;

+2)в зависимости от существенных признаков объекта их может быть несколько.

?3.При построении модели объекта необходимо:

1)выделить все существующие свойства объекта;

2)описать все существующие свойства объекта;

+3)выделить только те свойства объекта, которые существенны для решения поставленной задачи;

4)описать расположение и структуру объекта.

?4.Математической моделью объекта называется:

+1)его описание с помощью математических формул;

2)чертёж объекта;

3)таблица, в которой собраны все данные об объекте;

4)описание объекта на формальном языке.

?5.Информационной моделью объекта называется:

1)его описание с помощью математических формул;

2)чертёж объекта;

3)таблица, в которой собраны все данные об объекте;

+4)описание объекта на формальном языке.

?6.Из перечисленных моделей укажите математическую:

1)акт о приёмке дома;

+2)формула нахождения площади треугольника;

3)кулинарный рецепт;

4)программа телепередач.

?7. Какой из документов представляет собой информационную модель деятельности школы:

1)план школьного здания и двора;

2)расписание звонков;

3)расписание уроков;

+4)Устав школы;

5)список учащихся школы.

?8.Файловая структура жесткого диска С персонального компьютера наиболее может быть описана в виде:

1)табличной модели;

2)графической модели;

+3)иерархической модели;

4)компьютерной модели.

?9.Расписание поездов может быть рассмотрено как пример:

1)натурной модели;

+2)табличной модели;

3)графической модели;

4)математической модели.

?10.Для чего необходимо компьютерное имитационное моделирование ядерного взрыва:

1)для получения достоверных данных о влиянии взрыва на здоровье людей;

2)для экспериментальной проверки влияния высокой температуры и облучения на природные объекты;

+3)для уменьшения стоимости исследований и обеспечения безопасности людей

=10. ОТЛИЧНО! ВЫ отлично справились с зачетом.

=7-9. ХОРОШО! Некоторые пробелы в знаниях по зачетной теме существуют!

=4-6. УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО... При выполнении практических заданий Вас ожидают проблемы

=0-3. Потрудитесь выучить зачетную тему!

г). Физика:
– Повторение формулы равноускоренного движения.
 
– Чему равно ускорение свободного падения?  
– Какое движение называется свободным?

– Как определить координаты тела при движении его под действием силы тяжести в случаях:

 
1)

2)

-Решите задачу:

Учитывая расположение тел и их начальные скорости, определите:

1) когда первое тело встретится с третьим;

2) когда и где первое тело встретится со вторым?

III ЭТАП: Изучение темы: Проведение компьютерного эксперимента, моделирующего физический процесс “Движение тела, брошенного горизонтально”

УЧИТЕЛЬ: Для проведения ВЭ, моделирующего физический процесс, рассмотрим конкретную задачу движения тела, брошенного горизонтально. Работающая программа решения этой задачи, которую мы на этом уроке составим, будет строить на экране компьютера траекторию движения тела до земли при заданных значениях исходных данных, ВЭ позволит установить, при каких именно значениях исходных данных тело, брошенное горизонтально, попадёт в цель, указанную условием задачи.
ЗАДАЧА: С балкона третьего этажа, находящегося на высоте Y горизонтально в сторону первого подъезда, отстоящего от третьего подъезда на расстояние Х, бросили мяч с начальной скоростью v. Построив траекторию движения мяча до земли, выяснить, попадёт ли он в лужу у первого подъезда?
Задание учащимся: Назовите все этапы решения этой задачи на ЭВМ.
ВОПРОСЫ К УЧАЩИМСЯ:

1) Какие знания потребуются в ходе решения этой задачи?

1) Формализация постановки этой задачи потребует знания школьного курса физики;
2) умение разработать алгоритм, в данном случае – циклический;
3) умение использовать вспомогательный алгоритм, реализованный в подпрограмме на QBASIC;
4) умение использовать графические операторы для построения траектории движения тела.

РЕШЕНИЕ:

1) Математическая постановка задачи:
Дано: Х,У-координаты начального положения тела;
v-начальная скорость

Надо: Z,H-текущие координаты положения тела

Связь: Z=X-vt; H=Y-9,8t2/2, где t принадлежит отрезку [0;50] с шагом 0,1

2) ?: Как на координатной плоскости изобразить заданный процесс?

 

Этот рисунок иллюстрирует заданный процесс:

3) Составляем графическую схему алгоритма решения задачи с использованием вспомогательного алгоритма.

(Приложение 1)

4) Разрабатываем программу с использованием подпрограммы

(Приложение 2)

5) Вводим составленную программу в среде QBASIC в память ЭВМ.( в случае цейтнота времени учащимся сообщается, что готовую программу можно загрузить по локальной сети учительского комп. №10: C/ QBASIC/EXPER.BAS)

Основная программа

‘Движение тела, брошенного

‘горизонтально вниз

SCREEN 13

CLS: COLOR 14

‘Ввод исходных данных для очередного вычисления эксперимента

INPUT “расстояние до подъезда”; X

INPUT “высота балкона”; Y

INPUT “начальная скорость”; V

‘Переход к подпрограмме построения

‘траектории движения тела

GOSUB traekt

‘Организация вычислительного эксперимента

INPUT “НУЖНА ЛИ ЕЩЁ ОДНА ПОПЫТКА? (1/0)”;D

IF D = 1 THEN GOTO N

END

traekt:

Подпрограмма построения траектории

‘движения тела

LINE (0,0)-(0,175),2

CIRCLE (X, 175), 5, 1

LINE (0,175)-(319,175),2

COLOR 4

t = 0

70: Z = V * t: H = Y – 9,8 * ( t ^ 2) / 2

IF H > 0 AND Z < X THEN PSET (Z,175-H), 4:

t = t + .1: GOTO 70

LOCATE 5, 25

IF Z < X THEN PRINT “не долетел”: GOTO 130

IF H > 0 THEN PRINT “пролетел”: GOTO 130

PRINT “мяч в луже”

130: LOCATE 23, 10: COLOR 5

PRINT “ДЛЯ ВЫХОДА НАЖМИТЕ ESC”

DO

LOOP UNTIL INKEY$ = CHR$(27)

CLS

RETURN

6) Редактирование программы

8) Тестирование и отладка

9) Вывод: при каких исходных данных достигается результат?

IV ЭТАП: Подведение итогов урока.

Обобщаются выводы учащихся о проведении компьютерного эксперимента для данной конкретной задачи. Проводим аналогию для всех физических процессов. Даётся анализ работы учащихся на уроке, выставляются оценки.

V ЭТАП: Домашнее задание.

1)Подготовить проведение ВЭ для следующей задачи:

Мальчик бросил яблоко под углом к горизонту с начальной скоростью v0.
Определить, какое расстояние пролетело яблоко.

Записать в тетрадь программу ВЭ, подготовить таблицу для проведения ВЭ;

2)Один из учащихся готовит доклад по теме: “Вычислительный эксперимент в экологических процессах”.

 Литература.

  1. Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих. Под ред. Поспелова
  2. Основы информатики. В.Ф. Ляхович, Ростов –на Дону, “Феникс”, 1996г.
  3. Школьная информатика. Экзаменационные вопросы и ответы. Н.П. Радченко, О.А. Козлов, М., “Финансы и статистика”, 1998 г.

21.03.2007