Межпредметные связи физики и информатики

Информатика, как школьный предмет, должна занимать в процессе обучения место наравне с такими предметами, как математика, физика и т.д. Обеспечение компьютерной грамотности учащихся — объективное требование нынешнего этапа развития производительных сил нашего общества и важнейшая задача системы народного образования. Так к числу межпредметных умений для школьника являются умения распознавать и конструировать алгоритмы в жизни и учебной деятельности, записывать их на обычном языке, с помощью таблиц, формул, блок-схем, на алгоритмическом языке для исполнения программой ЭВМ.

Связь между физикой и информатикой – двусторонняя. С одной стороны, используя инструментарий информационных технологий, такие как построение графиков, создание электронных таблиц, программы визуализации и сеть интернет можно решать физические задачи и моделировать физические процессы. С другой стороны – развитие электронной вычислительной техники невозможно без знания физических законов и процессов; например, в тех же самых полупроводниках без которых не было даже электронных наручных часов. Компьютерные технологии можно представить как ступеньку на огромной лестнице к разгадке многих тайн природы.

Общезначимость и специфичность фундаментальности основ информационных процессов составляет единство законов обработки информации в системах различной природы, таких как физических, биологических, химических, экономических и т.д. Знания учащихся по физике формируются на общих теориях физических законов и умения их применять для самостоятельного объяснения частных научных фактов. Одним из технических применений физики служит как раз, применение компьютера для наиболее полного и насыщенного усвоения школьного материала. Учащиеся с помощью учителя устанавливают объект исследования, используя физические приборы, многократно наблюдают объект, проводят нужные измерения, с помощью вычислительной техники обрабатывают полученную информацию и устанавливают функциональные зависимости. Таков алгоритм исследовательской деятельности учащегося в изучении физики с помощью компьютера и информационных технологий.

Решим исследовательскую задачу из раздела механики.

Задача1: Какую силу надо приложить для подъема вагонетки массой 600 кг по эстакаде с углом наклона 20°, если коэффициент сопротивления движению равен 0,05?

Решение: Суть исследования решения задачи с помощью компьютера довольно проста. Сначала нужно найти ответы на вопросы:

как зависит дальность полета от скорости движения тела;
зависит ли высота подъема тела от угла, под которым было брошено тело;
как влияет начальная скорость на высоту подъема тела.

Вспомнив физические законы и формулировки, ученик запишет общий ход решения в тетради, как он делал на уроках физики. После этого учащийся запускает программу по расчету параметров криволинейного движения, где приведены несколько вариантов условий задач:

тело брошено под каким-то углом к горизонту;
начальная скорость направлена вдоль линии горизонта;
указана высота подъема тела;
указана дальность полета тела; и т.д.

Необходимо сделать чертеж и обозначить силы, действующие на тело.

Уравнение второго закона Ньютона запишем в векторной форме:

Найдем проекции сил на координатные оси:

Преобразуем эти уравнения и получим:

Подставим числовые значения:

В большинстве школ, в основе обучения информатике в десятых и одиннадцатых классах лежит базовый курс программирования на языке Turbo Pascal. И мы напишем алгоритм ее решения на языке программирования. При этом нужно стремиться к достижению:

возможности менять параметры и смотреть что происходит с окончательным результатом;
быстроте выполнения математических расчетов;
высокой точности ответа.

Program Zadacha;

const g=9.8;

var m,a,k,Ft: Comp;

Begin

Write ('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.

Задача 2. Температура нагревателя идеальной тепловой машины равна 127°С, а температура холодильника 17°С. Определить КПД. Как зависит КПД от температуры холодильника. Стандартное решение задачи на уроке физики будет таким:

Дано:

Т_нагр = 400 К

Т_холод = 300 К

КПД – ?

Решение:

Как будет зависеть КПД от температуры холодильника, выясним, используя информационные технологии, в частности программу Excel.

Ячейка	Информация
А1	«Т(холодильника)»
В1	«Т(нагревателя)»
А2-А42	массив {10,20,30,…,400}
C1	«КПД»
C2	=100*($B$2-A2)/$B$2
C3	=100*($B$2-A3)/$B$2
…
С42	=100*($B$2-A42)/$B$2
Выделить массив {С2-С42}
Вставка/гисторгамма.

В результате мы получаем столбчатую диаграмму, показывающую зависимость КПД от температуры холодильника.

В принципе физика породила компьютер, но в свою очередь в наше время компьютер помогает физике шагнуть дальше. Все отрасли современной науки тесно связаны между собой, поэтому и школьные учебные предметы не могут быть изолированы друг от друга.

Использование мультимедийной презентации позволяет учителю уменьшить непроизводительные затраты труда, что является одним из преимуществ. На уроках физики и ранее использовались средства наглядной демонстрации: плакаты, пособия, лабораторные опыты, физический эксперимент, применялись диапроекторы, кодоскопы, демонстрирующие слайды графических рисунков на экран. Показ иллюстративного материала в виде презентации сочетает все необходимые моменты по организации качественного сопровождения урока физики, включая звук, видео и анимацию. Подготовку электронной презентации по заданной теме можно предложить учащимся как домашнюю работу по физике: создать презентацию примерно 10-15 слайдов, и к этим слайдам соответствующие комментарии. Обучение физики является многогранным процессом, что, прежде всего, обусловлено основной целью — развитие личности учащегося, способной и желающей участвовать в познавательной деятельности и самостоятельно совершенствоваться.

Уроки подобного типа являются чрезвычайно эффективными. Вспомним, что первые задачи, которые решались на компьютерах были задачами физиков. С точки зрения информатики данные физической задачи, в силу своей объемности, дают большие возможности для применения важнейших информационных методов: метода последовательного уточнения и метода проектирования «снизу вверх». И чаще всего в школе преподаватель информатики по своей основной специальности является физиком.

На сайте http://www.virtulab.net/ учитель может проводить виртуальные лабораторные работы в двухмерном и трехмерном пространстве.

Список литературы:

Рамоданова Т. В., Горячева Т. Е., Хохлова С. Л. О методике реализации межпредметных связей в школьном курсе «Информатика и информационные технологии». http://www.yandex.ru/конrpecc конференщий/ИТО-2005.html (2005).
Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования, Утвержден приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от «17» декабря 2010 г. № 1897
Фундаментальное ядро содержания общего образования/ Под ред. В.В.Козлова, А.М.Кондакова - М. «Просвещение», 2009г