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.

№ п/п	Этап урока	Методы, реализуемые на этапе	Действия учителя	Действия учащихся	УУД (с указанием вида: личностные, регулятивные, познавательные, коммуникативные)
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. V0 (м/с) α  (град) t  (c) Результат 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.