МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра “Физика и методика обучения физики” Курсовая работа по дисциплине “Методика обучения и воспитания (физика) на тему “Исследование движения в гравитационном поле с использованием цифрового анализа фото и видеоматериалов” Направление подготовки - 44.03.05 Педагогическое образование Профиль подготовки - Физика. Технология Выполнила студентка: Салазкина М.П. Группа: 20ФПР1 Руководитель: к. п. п., доцент___________Ляпина Т.В. Работа защищена с оценкой: _______ Дата защиты: ______________ «УТВЕРЖДАЮ» __________________ зав. кафедрой Казаков А.Ю. ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ 1. Студент: Салазкина Мария Павловна 2. Группа: 20ФПР1 (шифр группы) 3. Руководитель курсовой работы: к.п.н., доцент Ляпина Т. В. 4. Время выполнения курсовой работы: с «2» октября 2023 г. по «23» декабря 2023 г. 5. Тема курсовой работы: «Исследование движения в гравитационном поле с использованием цифрового анализа фото и видеоматериалов» 6. Перечень вопросов, подлежащих разработке: Познакомиться с возможностями обработки фото и видео файлов впрограмме Logger Pro;провести цифровой анализ движения тела, брошенного горизонтально; провести цифровой анализ движения тела, брошенного под углом к горизонту. 7. Календарный график выполнения курсовой работы: Наименование этапов работы Примерный объём в стр. Сроки выполнения Ознакомиться с программой Logger 10 Pro, изучить интерфейс и функции октябрь 2023 Выполнить необходимые 5 эксперименты и записать на видео Выполнить анализ экспериментов с 5 помощью способностей программы Logger Pro. ноябрь 20223 декабрь 2023 Дата выдачи задания «02» 10. 2023 г. Руководитель курсовой работы __________ (подпись) Задание к исполнению принял «02» 10. 2023 г. Студент-исполнитель __________(подпись) Отметка об исполнении с подписью руководителя Содержание Введение .................................................................................................................. 5 Глава 1. Программа Logger Pro и ее возможности ............................................. 7 Глава 2. Экспериментальные работы по исследованию движения тела в гравитационном поле с помощью программы Logger Pro. ............................... 10 2.1. Эксперимент №1 «Исследования движения тела, брошенного горизонтально» ...................................................................................................... 10 2.2 Эксперимент №2 «Исследование движения тела, брошенного горизонтально» ...................................................................................................... 14 Заключение ........................................................................................................... 17 Список используемой литературы: ................................................................. 18 Введение Реформы в системе образования особенно сильно высветили одно из противоречий современной школы — противоречие между фактическим, «знаниевым» характером учебного материала, его огромным объемом и нежеланием, невозможностью учащихся усваивать этот материал. «Учение ради учения» уже не актуально. Время предъявляет школе другие требования. Учебные предметы должны решать современные задачи образования: сохранение здоровья детей, развитие их способностей, что должно обеспечить адаптацию в постоянно меняющихся условиях, успех в жизни. Научить всему невозможно, вложить в головы детей важнейшие достижения различных наук — не в силах преподавателей. Куда важнее дать детям «не рыбу, а удочку», научить их добывать эти знания, развивать средствами обучения их интеллектуальные, коммуникативные, творческие умения, формировать научное мировоззрение. Физика - это наука, активно развивающаяся по сей день. Поэтому отдельное внимание уделяется изучению физики как предмета, для дальнейших научных открытий и достижений. В последнее время в образовательном процессе многое изменилось. Вместо деревянной доски, все чаще стали использовать мультимедийные проекторы, и интерактивные доски , а вместо мела мультимедийные маркеры. Цифровое оборудование, мобильные гаджеты, ПК и многое другое упростило методику преподавания в образовательных учреждениях. На мой взгляд преподавание физики не может обходиться без информационных технологий. В ней много вычислений, расчетов и графиков, поэтому компьютеры и различная мультимедия облегчает работу. Но нельзя ограничиваться только на замене рутинной работы интересными слайдами, ведь с помощью новых технологий можно также изучать теоретический материал, моделировать, составлять планы, проекты и многое другое. Вид работы зависит от поставленных педагогом задач ( проверка знаний, закрепление материала, объяснение новых тем и др.) Актуальность: Учебный процесс, а конкретнее обучение физике стал сталкиваться с рядом проблем, а именно понижению интереса к предмету у обучающихся и вследствие этого снижения уровня знаний. Эти проблемы объясняются дефицитом научной литературы, малым количеством наглядных примеров, устаревшими учебниками и отсутствием нового оборудования. В современном мире количество информации увеличивается в разы и классические учебники уже не могут давать желаемого материала и поэтому все чаще используются электронные ресурсы. Также нельзя не заметить тот факт, что количество детей , умеющих и желающих пользоваться компьютером увеличивается в разы. Именно поэтому для меня интересна мысль об изучении физики и анализе экспериментов с помощью компьютерных программ. Объект исследования— процесс цифрового анализа движения в гравитационном поле Предмет исследования — методика использования программы Logger Pro Цель работы — выполнить цифровой анализ движения в гравитационном поле с помощью фото и видео материалов Поставленная цель, определяет ряд задач для ее достижения: 1. Познакомиться с возможностями обработки фото и видео файлов в программе Logger Pro. 2. Провести цифровой анализ движения тела, брошенного горизонтально. 3. Провести цифровой анализ движения тела, брошенного под углом к горизонту Глава 1. Программа Logger Pro и ее возможности Logger Pro это высокопроизводительная программа для построения графиков, разработанная для мониторинга, анализа и сбора данных. Инструмент совместим с различными датчиками и подключает ПК с Windows для обработки собранной информации. В то же время можно использовать его для измерения результатов. Это приложение для сбора данных поддерживает более 80 датчиков Vemier для точного анализа и построения графиков в реальном времени. Для упрощения настройки приложение поставляется с некоторыми основными функциями, такими как «сильные» датчики с автоматической идентификацией, ручной ввод данных, возможность экспорта и импорта результатов, несколько режимов сбора данных и т. д. Кроме того, Logger Pro имеет расширенные функции, которые позволяют делать снимки экрана для визуальных записей. Это помогает собирать данные, которые можно анализировать покадрово. Также можно делать прогнозы на графических изображениях. Программное обеспечение для анализа данных включает поддержку GPS и Ocean Optics Spectrometer. Это означает, что программа позволяет пользователям получать обширные данные моделирования и графические данные, которые совместимы с многочисленными режимами, датчиками и другими элементами. С помощью инструмента надежной аналитики студенты могут удобно экспортировать свои лабораторные отчеты в MS Excel или Word и написать их вручную, чтобы разработать файлы экспериментов. При необходимости данные могут быть переданы на портативные устройства. Однако для работы с общими данными вам придется использовать настольный или портативный компьютер Windows. Научиться пользованию программой Logger Pro просто, благодаря инструкциям в комплекте и видео-уроками, записанными с экрана. Есть образцы видеозаписей для первоначального анализа. Система лицензирования позволяет установить программу на все компьютеры в образовательном учреждении, учащиеся и преподаватели могут продолжать учебу даже дома. Бесплатные обновления также входят в комплект. Одна из особенностей программы Logger Pro - это проводить эксперименты без использования лишнего оборудования. Несмотря на наличие дополнительных датчиков для получения необходимых данных. Программа Logger Pro предоставляет возможность проводить цифровой анализ на базе фото и видео, сделанных студентом или преподавателем. Программное обеспечение для анализа данных включает поддержку GPS и Ocean Optics Spectrometer. Это означает, что программа позволяет пользователям получать обширные данные моделирования и графические данные, которые совместимы с многочисленными режимами, датчиками и другими элементами. Программа позволяет анализировать как фотографии, так и видео. В интерфейс цифрового анализа входят все необходимые инструменты. Первое, что необходимо при работе с Logger Pго, это задать начало отсчета. Установить систему отсчета можно в любом месте, где будет удобно анализировать эксперимент, на фотографии или видео. Также можно задать шкалу, на которой нужно указать точное расстояние между какими-либо объектами или размеры тела. Дальше программа сама рассчитает расстояние на заданных осях координат, что позволит с точность определять положение тела в любой момент времени. Основным преимуществом использования Logger Pro является удобство использования – для анализа нам потребуется только камера, с помощью которой мы запечатлим наш эксперимент. Глава 2. Экспериментальные работы по исследованию движения тела в гравитационном поле с помощью программы Logger Pro. 2.1. Эксперимент №1 «Исследования движения тела, брошенного горизонтально» Цель: определить время полета, дальность полета, максимальную высоту подъёма, начальную скорость движения тела Оборудование: программа Logger Pro, мяч Краткая теория: Движением тела под углом к горизонту в физике называют сложное криволинейное перемещение, которое состоит из двух независимых движений, включая равномерное прямолинейное движение в горизонтальном направлении и свободное падение по вертикали. В процессе подбрасывания объекта вверх под углом к горизонту вначале наблюдают его равнозамедленный подъем, а затем равноускоренное падение. Скорость перемещения тела, относительно поверхности земли, остается постоянной. Ход эксперимента: Открываем видео с экспериментом в программе Logger Pro, устанавливаем масштаб, вводим ось координат, отмечаем точками движение мяча Проводим необходимые оси и с помощью линейки в программе находим дальность полета, максимальную высоту подъёма На графике можем увидеть все необходимые нам значения tп=0,88 с L=1,098м H=0,9306м υ0x=1,810 м/c υ0y=4,553 м/c υ0=√(𝜐0𝑥 + 𝜐0𝑦 )2 υ0=6,363 2.2 Эксперимент №2 «Исследование движения тела, брошенного горизонтально» Цель: проверить закон независимости движений на примере движения тела, брошенного горизонтально. Оборудование: программа Logger Pro, мяч Краткая теория: Если тело бросить с некоторой высоты горизонтально, то его движение можно рассматриватькак равномерное движение по горизонтали и равноускоренное движение по вертикали. По горизонтали тело движется в соответствии со вторым законом Ньютона, поскольку кроме силы сопротивления со стороны воздуха, которую не учитывают, в этом направлении на него никакие другие силы не действуют. Силой сопротивления воздуха можно пренебречь, так как за короткое время полета тела, брошенного с небольшой высоты, действие этой силы заметного влияния на движение неокажет. По вертикали на тело действует сила тяжести, которая сообщает ему ускорение (ускорение свободного падения). Ход эксперимента: Открываем видео с экспериментом в программе Logger Pro, устанавливаем масштаб, вводим ось координат, отмечаем точками движение мяча h=0,9111м L=1,706м tп=0,434с υ0x=4,476 м/с υ0y≈0 Заключение Цели данной курсовой работы я достигла: с помощью цифрового анализа фото и видео материалов и исследовала движения тела в гравитационном поле. Я лично убедилась в том,что программа Logger Pro сильно облегчает анализ экспериментальных работ по физике. Это легкое приложение, разработанное для того, чтобы помочь легко анализировать большие коллекции данных. Мощные функции делают его подходящим как для студентов, так и для профессионалов. Для того, чтобы исследовать движение тела мне потребовалось только поставить легкие эксперименты, снять их на видео и загрузить в программу, все остальное она сделала за меня. Самым сложным оказалось разобраться в интерфейсе и функциях программы, так как она полностью на английском языке. Но если освоить данный навык, Logger Pro упростит жизнь как учеников, так и преподавателей. Список используемой литературы: 1. https://www.vernier.com/product/logger-pro-3/ 2. https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-tsifrovoy-laboratorii-vernierna-zanyatiyah-po-fizike-i-vo-vneurochnoy-deyatelnosti 3. https://www.abitur.by/fizika/teoreticheskie-osnovy-fiziki/mexanicheskoedvizhenie/dvizhenie-tela-broshennogo-pod-uglom-k-gorizontu-brosok/ 4. Физика. 10 класс: учеб, для общеобразоват. организаций с прил. на электрон, носителе : базовый уровень / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. Н. А. Парфентьевой 5. http://ru.solverbook.com/spravochnik/mexanika/kinematika/dvizhenie-telabroshennogo-gorizontalno/ 6. Пособие для Учителя "Физика с Vernier" 7. «Лабораторный практикум по физике» Лозовенко С.В, Илекса, 2018г. 8. https://www.youtube.com/watch?v=NbPcEI8jpcQ&t=3s
