ІІ курс, факультет фізики, математики та інформатики
Науковий керівник:
Дудик М.В., канд.фіз.-мат.наук, доцент
Уманський державний педагогічний університет імені Павла Тичини
Одним із основних принципів дидактики є унаочнення навчання, оскільки воно забезпечує вищий рівень усвідомленості учнями отриманих знань. Важливу роль даний принцип відіграє у навчанні фізики, яке неможливе без виконання демонстраційного і лабораторного експерименту, використання модельних пристроїв, перегляду графіків, відеофільмів, фото тощо.
Спектр сучасних засобів унаочнення навчання є дуже багатим. Серед них слід окремо виділити програмні засоби комп’ютерної підтримки навчального процесу. Їх перевагою в умовах активної інформатизації закладів освіти є загальна доступність та ефективність використання.
Впровадження інформатизації навчання фізики передбачає використання вчителем не лише готових, але й розробку авторських педагогічних програмних засобів. Одним із засобів реалізації цього завдання є математичний пакет MathCad, який володіє багатим набором функціональних можливостей та простотою розв’язування різноманітних задач [1].
Однією з можливостей MathCad є анімація графічних об’єктів, отриманих програмою, з її збереженням у вигляді окремого відеофайла, доступного для перегляду незалежними від MathCad програмними засобами Windows. Це особливо актуально для навчання фізики, в якому значну частину складає вивчення динамічних процесів.
Основний принцип анімації в Mathcad – покадрова анімація. Ролик анімації – це просто послідовність кадрів, що є деякою ділянкою документу, який виділяється користувачем. Розрахунки виконуються окремо для кожного кадру, причому формули і графіки, які в ньому містяться, мають бути функцією від номера кадру, заданого системною змінною FRAME, яка може набувати лише натуральних значень.
Як приклад застосування програми MathCad розглянемо підготовку анімаційних ілюстрацій зіткнення двох солітонів – одиничних хвиль, що описуються динамічними розв’язками рівняння Коревега – де Фріза [2] і при при проходженні друг через друга рухаються без взаємодії. На рис. 1 подано фрагмент програми розрахунку законів руху першого (u1(x,t)), другого (u2(x,t)) солітонів, разом з відкритими вікнами запису і відтворення анімації їхнього руху та руху результуючої хвилі (u1(x,t)+u2(x,t)).
Рис. 1. Фрагмент програми MathCad розрахунку законів руху солітонів
Алгоритм дій для створення анімації є достатньо простим. Запрограмувавши закони руху солітонів u1(x,t), u2(x,t) відповідно до розв’язку рівняння Коревега – де Фріза, будуємо графік початкової форми хвиль, оскільки за замовчанням часова змінна FRAME=0. Потім у стрічці меню викликається команда “Инструменты” → “Запись анимации” та у вікні, що з’являється, вводяться номери початкового і кінцевого кадрів (0 і 100 у даному прикладі) та швидкість їх програвання (1 кадр в секунду). При натиснутій лівій клавіші комп’ютерної мишки виділяємо побудований графік (написи функцій можна обрізати) і у вікні “Запись анимации” натискаємо кнопку “Анимировать”. З’являється вікно “Воспроизвести анимацию”, в якому почергово у динаміці відображаються графіки форм солітонів. Кнопка “Сохранить как …” дозволяє зберегти створену анімацію як відеофайл у форматі avi, що може бути відтворений будь-яким програвачем відео на комп’ютері, планшеті чи смартфоні без використання програми MathCad.
Таким чином, достатня простота створення динамічних анімацій за допомогою програми MathCad і легка відтворюваність готового відеофайлу на наявних сучасних гаджетах робить описану технологію перспективною для підготовки і використання демонстраційного супроводу навчального процесу з фізики
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
- Очков В. Ф., Богомолова Е. П., Иванов Д. А. Физико-математические этюды с Mathcad и Интернет. СПб.: Издательство “Лань”, 2017. 484 с.
- Филиппов А. Т. Многоликий солитон. М. : Наука, 1990. 288 с. (Б-чка “Квант”, вып. 48)