Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Свидетельство о публикации

Автоматическая выдача свидетельства о публикации в официальном СМИ сразу после добавления материала на сайт - Бесплатно

Добавить свой материал

За каждый опубликованный материал Вы получите бесплатное свидетельство о публикации от проекта «Инфоурок»

(Свидетельство о регистрации СМИ: Эл №ФС77-60625 от 20.01.2015)

Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Использование LEGO Mindstorms Education EV3 на уроках физики.
ВНИМАНИЮ ВСЕХ УЧИТЕЛЕЙ: согласно Федеральному закону № 313-ФЗ все педагоги должны пройти обучение навыкам оказания первой помощи.

Дистанционный курс "Оказание первой помощи детям и взрослым" от проекта "Инфоурок" даёт Вам возможность привести свои знания в соответствие с требованиями закона и получить удостоверение о повышении квалификации установленного образца (180 часов). Начало обучения новой группы: 28 июня.

Подать заявку на курс
  • Физика

Использование LEGO Mindstorms Education EV3 на уроках физики.

библиотека
материалов

Использование LEGO Mindstorms Education EV3 на уроках физики.


Особенностью федеральных государственных образовательных стандартов общего образования (далее ФГОС) является их деятельностный характер, который ставит главной задачей развитие личности ученика. Поставленная задача требует перехода к новой системно-деятельностной образовательной парадигме, которая, в свою очередь, связана с принципиальными изменениями деятельности учителя, реализующего ФГОС. Деятельность выступает как внешнее условие развития у ребенка познавательных процессов. Чтобы ребенок развивался, необходимо организовать его деятельность. Такую стратегию обучения легко реализовать в образовательной среде LEGO.

LEGO Mindstorms Education EV3 это конструкторский набор программируемой робототехники, который дает возможность создавать и управлять собственными роботами LEGO. Этот набор вызывает интерес у учащихся и вдохновляет их на совместное обсуждение реальных задач и поиск творческого решения. Используя набор моторов, датчиков и строительных элементов LEGO, можно воплотить идеи в жизнь, построив и протестировав робота. Использование конструктора при изучении информатики, физики, математики, технологии делает процесс обучения увлекательным, наглядным, повышает мотивацию к решению сложных задач. Используя конструкторы LEGO, ученики получают возможность мыслить, как настоящие ученые и инженеры. Наборы LEGO Mindstorms Education EV3 обладают широчайшим учебным потенциалом и могут быть использованы на естественнонаучных предметах для повышения эффективности учебного процесса:

1)Информатика и программирование изучение ключевых принципов программирования, развитие алгоритмического мышления, создание и отладка сложных программ по управлению моделями;

2)Технология и проектирование исследование новейших технологических решений и технологий с помощью создания их аналогов в виде рабочих моделей роботов, изучение ключевых принципов проектирования, прототипирования и моделирования;

3)Физика подтверждение гипотез опытным путем, проведения опытов, всесторонний анализ полученных данных, включая анализ прогнозированных данных, изучение концептов механики, оптики, термодинамики, магнитных явлений, принципов радиосвязи;

4)Математика измерение времени, скорости, ускорения и расстояний, работа с переменными, случайными и пороговыми величинами, изучение геометрических, тригонометрических концепций.

В настоящее время на основе леготехнологий разработано немало моделей, в которых реализована «физика», например, модель гироскопа, сфера Гобермана, маятник Капицы. Установки, собранные из LEGO, позволяют определять значение фундаментальных физических констант, например, таких как постоянная Планка (весы Вата), ускорение свободного падения и т.д. Рассмотрим более подробно использование набора LEGO Mindstoms для измерения коэффициента трения скольжения.

Опишем модель по измерению коэффициента трения скольжения. Схема установки изображена на рис.1 и представляет собой стол, на котором лежит груз массой m1, нить, один конец которой привязан к этому грузу, а другим через блок, вращающийся с незначительным трением (трением можно пренебречь) вокруг горизонтальной оси, привязан к грузу массой m2.

D:\Безымянный.png

Рис.1

Именно под действием груза массой m2 вся система тел приходит в поступательное движение с ускорением а. Рассматривая полученную систему тел, как идеальную систему и используя второй закон Ньютона (рис.2), можно получить формулу для нахождения коэффициента трения скольжения:

hello_html_1a6fb04b.gif

hello_html_m2b73db92.png

Рис.2

Для технической реализации идеи необходимо рассчитать ускорение робота во время движения. Воспользуемся известной формулой hello_html_m119ae033.gif , где l – некоторое расстояние, которое проходит робот по столу, t – время, необходимое для преодоления этого расстояния. Для подсчета расстояния l будем использовать цифровой ультразвуковой датчик EV3. Для вычисления времени установим в конце пути специальный выступ, в который будет упираться кнопка датчика касаний EV3. Именно эта кнопка будет останавливать время в конце пути. Кроме этого, т.к. запуск таймера на микрокомпьютере EV3 зависит от механического нажатия на кнопку, расположенную на нем, в результате чего можно получить «существенную» задержку в момент старта (экспериментатор не может быстро убрать палец с кнопки старт), будем использовать еще один датчик касания (рис.3).

hello_html_14d16a48.png

Рис.3

Поэтому запуск таймера будет происходить после прекращения действия силы давления на кнопку этого датчика. Массы робота и груза определяем на весах. Результаты измерений l, t, a и вычисления μ будем выводить на экран микрокомпьютера EV3 последовательно с задержкой 5 с. Соответствующая программа для измерения коэффициента трения скольжения представлена на рис.4.


D:\Робот_программа.png

Рис.4


Результаты проведенного эксперимента представлены в виде таблицы (с учетом погрешностей измерений):


m1, кг

m2, кг

g, м/c2

l, м

t, с

а, м/с2

k

аср, м/с2

kср

Δk

Δkср

εk, %

1

0,3913

0,152

9,8

0,397

1,681

0,2810

0,3486





0,2705





0,3501

0,0015





0,0021





0,60

2

0,3913

0,152

9,8

0,321

1,607

0,2486

0,3532

0,0031

3

0,3913

0,152

9,8

0,412

1,728

0,2760

0,3494

0,0007

4

0,3913

0,152

9,8

0,338

1,631

0.2541

0,3524

0,0023

5

0,3913

0,152

9,8

0,185

1,124

0,2929

0,347

0,0031


Предложенный способ измерения коэффициента трения скольжения отличается от «традиционных» и позволяет исследовать зависимости коэффициента от различных параметров с высокой точностью.

Современные требования ФГОС хорошо согласуются с базовыми принципами организации деятельности школьников при работе с робототехническими комплексами. Конструирование, моделирование, программирование роботов в комплексе с использованием ИКТ-технологий отличается высокой степенью творчества, самостоятельности, соперничества, коммуникации в группе. У учащихся формируются компетенции, необходимые современному школьнику.


Список литература.


  1. Минкин А.В. Использование Lego Mindstorms для измерения ускорения свободного падения // Современные научные исследования и инновации. 2014. №3-URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/03/31639.

Дата обращения: 09.03.2015.

  1. Образовательная робототехника-URL: http://robot.edu54.ru/constructors/50. Дата обращения: 12.03.2015.

  2. Демидова О.А. Использование леготехнологий на уроках физики. Принцип обучения: "шаг за шагом" ("step by step ") - URL:

http://www.prodlenka.org/metodicheskaia-biblioteka/viewlink/95952.html. Дата обращения: 01.04.2015.




Подайте заявку сейчас на любой интересующий Вас курс переподготовки, чтобы получить диплом со скидкой 50% уже осенью 2017 года.


Выберите специальность, которую Вы хотите получить:

Обучение проходит дистанционно на сайте проекта "Инфоурок".
По итогам обучения слушателям выдаются печатные дипломы установленного образца.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ КУРСОВ

Краткое описание документа:

Предложенный способ измерения коэффициента трения скольжения отличается от «традиционных» и позволяет исследовать зависимости коэффициента от различных параметров с высокой точностью.

Особенностью федеральных государственных образовательных стандартов общего образования(далее ФГОС) является  их деятельностный характер, который ставит главной задачей развитие личности ученика.Поставленная задача требует перехода к новой системно-деятельностной образовательной парадигме, которая, в свою очередь, связана с принципиальными изменениями деятельности учителя, реализующего ФГОС. Деятельность выступает как внешнее условие развития у ребенка познавательных процессов. Чтобы ребенок развивался, необходимо организовать его деятельность. Такую стратегию обучения легко реализовать в образовательной среде LEGO.

Автор
Дата добавления 30.04.2015
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров1673
Номер материала 504693
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх