Главная  | О журнале  | Авторы  | Новости  | Вопросы / Ответы

К содержанию номера журнала: Вестник КАСУ №1 - 2009

Автор: Иманжанова К.Т.

Методика решение задач средствами MS EXCEL

Программная система MS Excel является удобным средством решения разнообразных расчетных задач. Электронные таблицы, первоначально использовавшиеся для финансовых расчетов, все шире применяются для сложных многошаговых технических расчетов.

Рост компьютеризации дает каждому преподавателю возможность использовать на своих занятиях современные информационные технологии, что, с одной стороны, активизирует внимание студентов и усиливает интерес к занятиям, а с другой — облегчает работу студента и преподавателя. Так, применение электронных таблиц на занятиях физики может значительно сократить время при проведении однотипных расчетов (например, когда в ходе лабораторной работы по физике требуется рассчитывать одни и те же физические величины для нескольких опытов).

В данной статье приводятся примеры использования электронных таблиц Microsoft Excel версии 97 или 2000 при решении задач по разделу физики «Атомная физика». Это позволяет закрепить и отработать навыки по темам курса информатики «Электронные таблицы» и «Математическая модель», а также использовать знания, умения и навыки по теме «Атомная физика и атомное ядро».

Например: 1 Практическая работа по теме «Линии спектра атома водорода».

Цель работы: Научиться определять длины волн спектральных линий водорода

Расчётная формула

=R();

где R - постоянная Ридберга, равная 1,097373177*107 м-1

При k=1, n=2, 3, 4, …- серия Лаймана в ультрафиолетовой области;

При k=2, n=3, 4, 5, …- серия Бальмера в видимой области;

При k=3, n=4, 5, 6, … - серия Пашена в инфракрасной области;

При k=4, n=5, 6, 7, … - серия Бреккета в инфракрасной области;

При k=5, n=6, 7, 8, … - серия Пфунда в инфракрасной области;

Задание

Найти наименьшую и наибольшую длины волн спектральных линий водорода во всех областях.

Ход работы:

1) Загрузить таблицу;

2) Занести исходные числовые значения;

3) В ячейку D14 ввести значение постоянной Ридберга в экспоненциальном виде, для этого выделите ячейку D14, выполните команды Формат→ Ячейка→ Вкладка →Число;

4) Выберите из списка «Числовые форматы» «Экспоненциальный».

Формат ячейки

5) В ячейки C8:C12 введите значения числа k для разных серий;

6) В ячейки D8:F12 - значения числа n.

Вид таблицы для ввода данных

7) В ячейку I8 введите формулу, позволяющую рассчитать длины волн спектральных линий водорода.

Очевидно, наименьшая длина волны спектральной линии будет при n=, тогда расчетная формула будет выглядеть следующим образом:

=R;

откуда ;

Таким образом, в ячейку I8 запишется формула =1/$D$14*(1/СТЕПЕНЬ(C8;2)).

Наибольшая длина волны соответствует первому значению числа n в каждой из серий, формула для этого случая будет выглядеть:

;

8) В ячейку H8 в Excel нужно ввести следующее выражение^

=1/($D$14*(1/СТЕПЕНЬ(C8;2)-1/СТЕПЕНЬ(D8;2)));

Распространите автозаполнением формулы в ячейках I8 и H8, чтобы определить границы линий всех серий.

9) Сверьте результаты с правильными.

Таблица с результатами

Практическая работа по теме «Закон радиоактивного распада»

Цель работы: определить зависимость числа распадов атомов по времени.

Математическая форма закона радиоактивного распада выглядит следующим образом: N=N02-t/T.

По этой формуле находят число нераспавшихся атомов в любой момент времени t, где N0 -число радиоактивных атомов в начальный момент времени (t=0), где T - период полураспада.

Задание: определить, сколько атомов останется через промежутки времени t=T/4, T/2, T, 2T, 4T, 6T, если образец содержит 10 000 радиоактивных атомов с периодом полураспада T. Построить график зависимости числа распадов атомов от времени. Для решения задачи использовать табличный процессор Excel.

Выполнение работы:

1) Запустить табличный процессор Excel;

2) На рабочем листе создать таблицу;

3) Ввести параметры времени;

4) В ячейку С10 введите начальное значение количества атомов.

Таблица для ввода значений

1) В диапазон ячеек D7:I7 введите показатель степени, не учитывая знак;

2) В ячейку D8 введите расчётную формулу =$C$10*СТЕПЕНЬ(2;-D7);

3) Распространите при помощи автозаполнения формулу в соседние ячейки D8:I8.

В результате в каждой из ячеек рассчитается количество атомов в определённый момент времени:

Результаты вычислений

4) Постройте по полученным данным график зависимости количества радиоактивных атомов от времени. Для создания графика используйте точечный вид диаграммы.

График зависимости

Составление заданий к компьютерным моделям

Использование современных компьютерных методов для демонстрации опыта Резерфорда и составление тестовых заданий. С внедрением в учебный процесс ИКТ все чаще применяются компьютерные программы, демонстрирующие физические эксперименты, позволяющие проверить, на сколько хорошо студенты усвоили новый материал. Прежде всего, на основе календарного плана необходимо определить, какие компьютерные модели вы сможете использовать при объяснении нового материала или предложить студентам для работы в компьютерном классе. Далее имеет смысл к каждой выбранной модели составить таблицу, в которую следует занести названия параметров, которые может изменять пользователь, задавая при этом начальные условия экспериментов, обозначения этих параметров, пределы и шаг их изменения. В эту таблицу также следует занести аналогичную информацию о параметрах модели, которые рассчитываются компьютером при выполнении экспериментов, и выводятся на экран монитора. Для создания такой таблицы нужно открыть соответствующую модель, определить диапазоны изменения регулируемых параметров, а затем провести несколько экспериментов с крайними значениями этих параметров, чтобы определить предельные значения и шаг расчёта рассчитываемых параметров.

Рассмотрим в качестве примера компьютерную модель "Опыты Резерфорда".

Поработав несколько минут с указанной моделью, вы сможете составить таблицу её параметров, примерный вид такой таблицы 1 показан ниже.

Таблица 1

Таблица 2

Для заполнения таблиц можно привлечь слабых студентов, которым более сложные задания, например, по решению задач с компьютерной проверкой явно не по силам. Как показывает опыт, слабые студенты с большим энтузиазмом выполняют эксперименты, хотя бы и однотипные, хорошо осваивают модели и впоследствии даже могут придумать и сформулировать собственные задачи. Такая работа оказывается чрезвычайно полезной как для самих студентов, так и для преподавателя, так как существенно экономит его время.

Опыт показывает, что некоторая часть частиц рассеивается на большие углы, близкие к 1800, т.е. отбрасывается назад. Это возможно только в том случае, если положительный заряд атома сосредоточен в очень малой центральной части атома - атомном ядре. В ядре сосредоточена также почти вся масса атома. Оказывается, что ядра различных атомов имеют диаметры порядка 10-14-10-15м, в то время как размер самого атома 10-8м, т.е. в 104-105 раз превышает размер ядра. На основании опытов по рассеянию частиц на ядра атомов Резерфорд пришёл к планетарной модели атома.

Предлагаемый вариант подачи позволяет преподавателю доступно донести до студентов новый материал, а студентам лучше его усвоить.

Вычислительная техника постепенно занимает свое естественное место в процессе преподавания физики. Она открывает принципиально новые возможности совершенствования методики преподавания физики, поскольку помогает преподавателю более рационально и эффективно распределять время занятий. В условиях современной научно-технической революции перед каждым преподавателем физики стоит важнейшая задача - добиться осознанного и глубокого усвоения учебного материала каждым студентом. Важнейшей задачей также является организация регулярной проверки студентов.

В систему современных средств контроля и оценки знаний, умений и навыков уже не первое десятилетие входят дидактические тесты. Данный вид контроля достаточно широко используется в зарубежной образовательной практике. Органы управления современной образовательной системы Республики Казахстан в условиях разработки и реализации новых образовательных концепций и стандартов требуют от педагогов-практиков разработки оптимальных измерителей результатов образовательного процесса. Особое место среди них на сегодняшний день занимают тесты.

Существует несколько видов тестов:

- Тест с дополнениями. В тексте, чертеже, в написании формулы оставляют место, куда вписывается пропущенное слово, знак обозначение;

- Тест-напоминание. Ответ на вопрос теста - какой-либо факт, смысл закона, правило, положение. При этом проверяется фактическое знание однозначного ответа на прямой вопрос;

- Тест с альтернативными ответами. Дается возможность для решения (правильно или неправильно) какого-либо утверждения. Ответ заносится в виде знака (+) или (-) либо записывается словам «да», «нет», «правильно», «неправильно»;

- Выборочный тест. Из нескольких ответов выбирается один верный. Количество ответов должно быть не менее трех;

- Тест соответствия (сличения). Задание ориентируется на нахождение связанных между собой фактов, данных, находящихся в двух столбиках, относящихся друг к другу по смыслу, содержанию;

- Тест единства порядка. Предложенные данные, характеризующие величины, наименования и др. показатели, должны быть расположены в каком-либо единственно возможном порядке, в последовательности по подчиненности какому-либо закону, правилу, положению, знание которых и проверяется;

- Комбинированные тесты. По построению они могут содержать вопрос из разных видов тестов. Задания этого теста могут быть представлены в виде текста или набора таблиц, формул, графиков, чертежей, схем. По уровню этот тест может быть емким и обладать высокой вариативностью.

Для контроля студентов по той или иной теме используются как готовые контролирующие программы – тесты, так и программы – тесты, созданные самим преподавателем. Эти программы позволяют проводить текущий и итоговый контроль знаний и умений. Некоторые программы позволяют оперативно анализировать и оценивать работу, а также распечатывать результаты их деятельности.

В предложенной работе разработана контролирующая программа на основе выборочного теста. Для проведения тестирования можно использовать готовые тестовые программы, в которых преподавателю физики достаточно ввести вопросы, отметить правильный ответ, оценить вопрос в баллах. Программа сама обрабатывает ответы и выводит результаты на экран.

Преподаватель устанавливает оценки в зависимости от количества неправильных ответов. При оценке знаний необходимо использовать систему определения качества, принятую экспертными комиссиями:

- правильных ответов более 75% - хорошая успеваемость или высокая:

- правильных ответов от 50% до 75% - удовлетворительная;

- правильных ответов меньше 50% - низкий уровень знаний.

Для контроля знаний запускается тестирующая программа:

Студент вводит свои данные и начинает тестирование, выбирая правильные ответы из предложенных вариантов, используя мышь компьютера.

После ответа на все вопросы тестирование завершается, компьютер выводит результаты ответов и оценку.



К содержанию номера журнала: Вестник КАСУ №1 - 2009


 © 2018 - Вестник КАСУ