Визуализация явления гравитационного взаимодействия с помощью языка программирования python

Область актуальных знаний (физика), востребованных в пространстве занятия

Область актуальных знаний (ИКТ),востребованных в пространстве занятия

1. III закон Ньютона для небесной механики

2. Виды силовой динамики: взаимное силовое равновесие; лавинообразный процесс

3. Энергетическая характеристика траектории движения небесного объекта

4. Устойчивость орбиты – условие равенства реальных сил, приложенных к телу, находящемуся в отдельно взятой точке орбиты

5. Гравитационный магнит

1. Ввод и вывод данных на языке программированияpython

2. Арифметические вычисления на языке программированияpython

3. Циклические алгоритмы на языке программированияpython

4. Работа с библиотекой визуализации vpython языка программирования python

https://aboutspacejornal.net/%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F/(небесная механика и некоторые её задачи. Наиболее простой задачей небесной механики является гравитационное взаимодействие двух точечных или сферических тел в пустом пространстве. Эта задача в рамках классической механики решается аналитически в замкнутой форме. При увеличении количества взаимодействующих тел задача резко усложняется.)

https://sergf.ru/tg.htm(гравитация (всемирное тяготение, тяготение) — фундаментальное взаимодействие в природе, которому подвержены все тела, имеющие массу. Главным образом, гравитация действует в масштабах космоса.)

http://physlg.net/Phystube/Katyushik.pdf(небесная Механика изначально базируется на предположении, что подобное взаимно уравновешенное силовое взаимодействие небесных тел на силах притяжения возможно и имеет место быть в природе. И если предполагать, что таковое силовое равновесие на силах притяжения действительно имеет место в природе, то к взаимному расположению тел в пространстве предъявляются довольно строгие правила)

https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/969131 (гравитация (всемирное тяготение, тяготение) (от лат. gravitas — «тяжесть») — дальнодействующее фундаментальное взаимодействие в природе, которому подвержены все материальные тела. В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Гравитационные явления следует рассматривать в рамках плоского пространства Минковского, в котором однозначно выполняются законы сохранения энергии-импульса и момента количества движения)

https://spacegid.com/gravitatsiya.html(Эйнштейн более точно описал гравитацию, как явление, а также объяснил ее действие не только в классической механике, но и в квантовом мире. Его общая теория относительности описывает способность такой силы, как гравитация, влиять на пространственно-временной континуум, а также на траекторию движения элементарных частиц в пространстве. К примеру, явление гравитации в области Гудзонова залива в Канаде проявляется слабее, чем в других регионах земного шара)

https://pythontutor.ru/

(онлайн интерактивный учебник. Питонтьютор работает из браузера. Присутствует пошаговый отладчик, который переводит сообщения об ошибках на русский язык и объясняет их. В учебнике больше сотни задач разной сложности. Когда вы решите задачу, вам продемонстрируют другие варианты решения, чтобы вы смогли изучить разные подходы к ее решению)

Время, мин

Элементы методической структуры урока (занятия)

Наглядный дидактический материал (ссылки на используемые цифровые ресурсы)

Содержание этапов занятия

Ожидаемый результат использования дидактического материала (ИКТ, учебно- лабораторное оборудования и др.) на каждом этапе урока (занятия

Ссылка или скриншот

Методический комментарий

Действияпедагогов

Действия обучающихся

Подготовительный этап

Цель:организация серии встреч-консультаций по темам: «Python. С чего начать?»; «Небесная механика и некоторые ее задачи».

Использование интерактивного учебника языка программирования python помогает выполнять ряд важнейших педагогических функций, может использоватьсяобучающимися в качестве:

- учебника для самостоятельного изучения языка программирования python или совместно с педагогом;

- тренажера, для решения задач.

На консультативных встречах данный ресурсиспользуется как дополнительный источник информации о языке программирования python.

Данные электронные ресурсы дают возможность организовать продуктивную деятельность старшеклассников по поиску сущностных характеристик:

- угловая скорость движения небесных объектов;

- сила гравитационного взаимодействия между двумя объектами Солнечной системы;

- физические константы;

- условие равенства реальных сил, приложенных к телу, находящемуся в отдельно взятой точке орбиты.

На данном этапе Анастасия Александровна организовывает деятельность, направленную на первичное знакомство с языком программирования python. Итогом встреч-консультаций «Python. С чего начать?» стало знакомство старшеклассников с основами синтаксиса языка программирования python: типы данных, условия, вычисления, циклы; осознание того, что данный язык является современным и универсальным языком программирования, который решает множество задач.

Шаг 0:

-на официальном сайте Школьного кванториума размещено обращение к старшеклассникам (Приложение 1)

ВстречаI

- анкетирование учащихся, желающих стать участниками занятия в IT - лаборатории с помощью сервисаgoogle-формы (Приложение 3) с целью определения образовательных потребностей группы старшеклассников – участников образовательного события и создания лоции для персонифицированного продвижения учащихся;

- презентация интерактивного учебника по языку программирования python, его возможностей; работа с разделами «Типы данных», «Математические операции», «Условный оператор», «Циклы».

ВстречаII:

- изучение возможностей языка программирования python для визуализации физических процессов и явлений.

ВстречаIII:

- актуализация знаний по теме «III закон Ньютона для небесной механики»

Шаг 1

1. Осуществляют выбор и принимают решение стать участниками образовательного события в IT-лаборатории Школьного кванториума.

http://schoolkvant38.ru/

1. Проходят анкетирование по ссылкеhttps://forms.gle/XohSBGTwefd7QrjJ8

3) Регистрируются на сайте интерактивного иучебника языка программированияpython

4)Осуществляют решение задач: «Электронные часы», «Парты», «Шнурки», «Шахматные задачи», «Математические вычисления», «Лесенка», «Последовательности»

5) Размещают в кроссплатформенной системе мгновенного обмена сообщениямиtelegram результаты выполненных задач.

Будет создано реальное/виртуальное пространство занятия, позволяющее организовать коммуникацию в системах «педагог-ученик», «продвинутый ученик-ученик», «мотивированный ученик-ученик».

Учащиеся получат возможность познакомиться с областью актуальных знаний (физика, ИиИКТ) по теме «Визуализация явления гравитационного взаимодействия с помощью языка программирования python».

На основе результатов анкетирования участников занятия в IT – лаборатории будет получена контекстная информация о персонификации деятельности учащихся.

5 мин.

Фаза мотивации

Цель:определение смысла своей деятельности, формулирование личной цели — планируемого результата.

Предполагаемая зона работы – «Дискуссионная площадка I»(зона групповой работы, где ученики работают вместе с учителем)

https://youtu.be/b193u0OXO04 - активная ссылка

Данный видеофрагмент позволит учащимся эмоционально прикоснуться к содержанию занятия, создаст условия для активного их участия в определении персонифицированных целей образовательного занятия.

Создают мотивационное поле для активного погружения учащихся в предстоящую образовательную деятельность.

Знакомятся с образовательной лоцией занятия и осуществляют выбор границ изучения темы:

- на базовом уровне;

- на продвинутом уровне.

Учащимися будут определены личные цели — планируемые результаты и возможные варианты их достижения.

30 мин.

Фаза деятельности

Цель:организация деятельности учащихся в 4 зонах:

- «Работаю Сам» (зона самостоятельного онлайн обучения)

-«Моделируем вместе»(зона групповой работы)

- «Дискуссионная площадка 2» (зона индивидуальной работы с учителем)

-«Дискуссионная площадка 1» (зона групповой работы с учителем)

Учащиеся самостоятельно осуществляют выбор зоны и определяют количество времени, которое они потратят (max 30 минут) для реализации личных целей в пространстве занятия с возможностью самоконтроля.

https://www.python.org/downloads/ - ссылка на скачивание среды разработки языка программирования python

https://spacegid.com/gravitatsiya.html - ссылка на электронный ресурс для организации самостоятельной работы в процессе решения задач

https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/969131

http://physlg.net/Phystube/Katyushik.pdf(небесная Механика)

Данные образовательные ресурсы позволяют организовать пространство занятия для самостоятельной работы учащихся виндивидуальных местах для работы – мини-офисах (10 ноутбуков с установленной средой разработки python IDE).

В зоне работы «Дискуссионная площадка 2» учащиеся могут индивидуально консультироваться с педагогом в случае возникновения проблем; соотнести полученный результат с возможным вариантом решения задачи.

В зоне работы«Дискуссионная площадка 1» у учащихся есть возможность группового взаимодействия при решении задач с учителем.

В зоне работы «Работаю Сам» учащиеся самостоятельно продвигаются в пространстве занятия.

В зоне работы «Моделируем вместе» у учащихся есть возможность группового взаимодействия при решении задач без помощи учителя.

В классной комнате произведено зонирование пространства для реализации гибкой модели смешанного обучения. Педагоги предлагают учащимся осуществить выбор одной или нескольких из предложенных учебных задач

Задача 1: написать программу на языке программирования python для визуализации

гравитационного взаимодействия в системе «Планета - Солнце»

Задача 2: написать программу на языке программирования python для визуализации

гравитационного взаимодействия в системе «Земля - Луна - Солнце».

Задача 3: написать программу на языке программирования python для визуализации

гравитационного взаимодействия в системе «Планета I - планета II - планета III -Солнце».

Задача 4: написать программу на языке программирования python для визуализации гравитационного взаимодействия в Солнечной системе.

1. Учащиеся начинают работу в мини-офисах, определяясь, с какой зоны начать свою работу.

2. Коммуницируют в системах «педагог-ученик», «продвинутый ученик-ученик», «мотивированный ученик-ученик».

3. Свободно перемещаются в пространстве кабинета, выбирая зону работы с учетом реализации образовательной потребности.

Будет смоделирована визуализация явления гравитационного взаимодействия в Солнечной системе с помощью языка программирования python; приобретён навык работы с библиотекой программирования vpython.

Учащиеся получат первичный опыт решения задач моделирования физических явлений с помощью языка программирования python.

5 мин.

Рефлексия

Цель: определить уровень продвижения каждого ученика в образовательном пространстве занятия и реализацию личных целей — планируемых результатов

Приложение 1

Электронная образовательная лоция предоставляет возможность каждому ученику определить для себя степень соответствия «желаемого» и «действительного» в реализации личных целей – планируемых результатов.

1. Педагоги поддерживают в учениках высокие

ожидания, где каждый ученик идёт к своей высокой цели и продвигается в своем темпе.

1. Совместно с учащимися формируется проблемное поле вопросов – препятствий, с которыми учащиеся не смогли справиться в пространстве занятия.

2. Каждый ученик выбирает способ разрешения проблемных вопросов:

- самостоятельно (в форме домашнего задания);

- индивидуально с учителем;

- в составе группы учащихся.

1. Работают с образовательной лоцией занятия. Отвечают на вопросы:

- какие задачи были решены успешно?

- какие препятствия не позволили успешно решить учебные задачи?

- какие способы решения проблемных вопросов для вас актуальны?

1. Самостоятельно определяют границы домашнего задания.

2. Совместно с педагогами обсуждают время групповых и индивидуальных встреч по коррекции затруднений.

3. Осуществляют эмоциональную рефлексию собственной образовательной деятельности.

Учащиеся смогут определить для себя, испытывают ли они интерес в дальнейших занятиях в IT-лаборатории.