Интегрированный урок: физика - информатика "Принципы радиосвязи"

Разделы: Физика, Информатика


Современная школа стоит перед задачей разработки методов преподавания, которые позволяют выразить творчески активную личность, подготовленную к обучению в течение всей жизни.

Основной целью современного учителя является формирование стабильного интереса учащихсяк преподаваемой дисциплине. Главная задача учителя – создание и поддержка мотивационного обучения. Для решения этой задачи используется исследовательский метод. Основными умениями и навыками являются сравнение, аналогия, классификация, анализ и синтез.

Понятие интеграция вошло в нашу жизнь не сегодня. Интеграция - процесс сближения и связи наук. Сегодня, по определению, общество из индустриального становится информационным, то есть основным продуктом производства и потребления становится информация.

По этой причине сегодня имеет смысл говорить об интеграции знаний, а следовательно интегрированном образовании, о видах интегрированного обучения. Поскольку знания по любым дисциплинам носят явно выраженный интегрированный характер, то есть необходимость в проведении занятий на междисциплинарной основе.

Совмещение различных элементов учебных программ предусматривает ряд требований:

    • исключить противоречия и дублирование одних и тех же понятий
    • акцентировать взаимную опору в развитии ведущих понятий в дисциплинах

Не отвергая создания частных интегрированных методик, нужно определиться, прежде всего к интеграции знаний и представлений учащихся. Для этого нужно:

    1. Постоянно систематизировать и обобщать знания учащихся в разных дисциплинах.
    2. Вырабатывать навыки интегрированного подхода к изучению явлений природы и общества.
    3. Стимулировать умение приобретать знания из различных источников.

Существует специфика осуществления междисциплинарных связей в учебном процессе, а именно:

    1. Семантическая связь учебных элементов.
    2. Методические приемы обучения должны быть адекватны содержанию связанных между собой учебных предметов.
    3. Обеспечение направленного формирования умений и навыков комплексного использования знаний при решении учебных и практических задач.

При изучении физики важнейшую роль играет эксперимент. На начальных этапах знакомства с физическими явлениями эксперимент должен быть по возможности реальным, а не модельным. Сложность восприятия реального эксперимента часто связано с задержкой в представлении результатов обработки эксперимента, в течение которой теряется внимание наблюдателя. Применение компьютера существенно сокращает эту задержку и позволяет демонстрировать явления и результат обработки практически синхронно. Наблюдение эксперимента и соответствующих графиков позволяет повышать наглядность и облегчает запоминание и интерпретацию результатов.

Взаимосвязное изучение информатики, математики и физики способствует развитию математической исследовательской деятельности и с применением компьютера в качестве рабочего инструмента существенно усиливает алгоритмическую направленность всех математических курсов.

Процесс познания математических объектов во многом укладывается в схему “интуиция, абстракция, символическая интерпретация”. Важным этапом в этой цепочке является развитие навыков графического представления информации, причем такого представления, которое выявляло суть абстракции.

Начиная с Пифагора, Евклида, выдающиеся математики всех эпох прекрасно понимали, что рисунок, схема, чертеж стимулируют воображение, интуицию и являются полезными как в научных исследованиях, так и в процессе обучения математике, физике.

В книге “Красота факториалов” авторы Х.-О. Пайген и П.И. Рихтер, характеризуя компьютер как новое средство познания, акцентируют внимание на его графических возможностях: компьютер позволяет увидеть связи и значения, которые до сих пор были скрыты от нас. Через программирование и построение информационных моделей в содержательную часть математики, физики входят абстракции человеческой деятельности, свойства искусственных и живых систем.

Изображения, созданные компьютером, позволяют дать самое удивительное и одновременно самое полное из всех известных описаний множества математических и физических формул. Поэтому важно при освоении структур программирования в курсах информатики учить их созданию “мира” математических образов, рассматривая, например кривые, заданные в системе координат комбинациями синусов и косинусов.

Интегрированный урок объединяет деятельность преподавателей различных дисциплин. Проведение таких уроков позволяет значительно активизировать учебный процесс и установить наглядные междисциплинарные связи.

Из опыта проведения интегрированного урока (информатика + физика).

Тема: Принципы радиосвязи. (1 урок – 45 минут)

Вид урока: комбинированный интегрированный урок.

План проведения урока:

  1. Организационный этап.
  2. Физическая сущность.
  3. Работа с учителем информатики – составление программы выводящей на экран компьютера графики:
    • высокочастотных колебаний
    • низкочастотных колебаний
    • модулированных по амплитуде колебаний
  4. заключительная часть, выводы

Выполнение на уроке физики заданий с применением компьютерной графики оказалось достаточно эффективным средством активизации учебного процесса, усиления его обучающего и развивающего эффекта. Использование компьютерной графики в реализации межпредметных связей способствовало не только повышению эффективности процесса обучения, но и расширению кругозора учащихся, что весьма важно в подготовке будущих специалистов.

Таким образом, современные информационные технологии становятся не только предметом изучения, но также средством и рабочей средой обучения.

Это позволяет:

    • делать обучение более эффективным, вовлекая в мультимедийный контекст все виды чувственного восприятия
    • создавать более тесные связи между изучаемыми дисциплинами
    • реализовать компетентностно - ориентированный подход к обучению

От учителя школьной дисциплины требуется хорошее знание и методически грамотное использование достижений современных информационных технологий в обучении, а также способность вовлечь учащихся в создание новой среды обучения. Существенную помощь в решении этой задачи могут оказать учителя информатики. Интеграция информатики с учебными дисциплинами в процессе которой учителя и учащиеся являются создателями среды обучения путем:

    • изучения базовых тем курса информатики с максимальным использованием их при проведении интегрированных уроков, пополнения этими программами банка учебно-методических материалов школы.
    • разработки и проведения учителями школьных дисциплин серии уроков с применением каждым учеником созданных ими программ
    • автономности
    • коммуникативности.

План урока

ПРИНЦИПЫ РАДИОСВЯЗИ. РАДИОЛОКАЦИЯ.

Цели и задачи:

  1. образовательная - обобщить и систематизировать знания по физике, информатике, ознакомить учащихся с практическим применением э/м волн, раскрыть физический принцип радиотелефонной связи, раскрыть понятие амплитудной модуляции
  2. воспитательная - создать предпосылки для самообразования
  3. развивающая – сформировать потребность в получении знаний не только в традиционной форме, но и в повседневной практической деятельности

Оборудование: Компьютерный класс, плакаты со схемой радиоприемника А.С. Попова, диапазонами радиоволн на доске записан эпиграф к уроку “ФИЗИКУ УЧИТЬ НЕ ЛЕНИСЬ, НА ЭТОЙ НАУКЕ ДЕРЖИТСЯ ЖИЗНЬ”,

Подготовка: ученикам заранее заданы темы выступлений.

Ход урока:

Повторение (на доске хронология развития радио)

Максвелл доказал существование электромагнитных волн.

1887 – Генрих герц обнаружил э/м волны.

1895 – А. С. Попов изобрел первый р/приемник ( демонстрация на 250 м).

1896 – Г. Маркони изобрел р/приемник.

1897 – Г. Маркони получает английский патент на изобретение радио.

1899 – А. С. Попов ( демонстрация работы радио на 20 км – маневры на Черноморском флоте.

1899 – Переход на слуховой прием телеграфного сигнала.

1901 – А. С. Попов ( демонстрация на 150 км).

1901 – Г. Маркони через Атлантический океан передает букву “S”.

1906 – изобретен детекторный р/приемник.

1913 – изобретен генератор незатухающих колебаний.

1914 – Папалекси налаживает радиосвязь между Царским селом и Петроградом.

Вопросы для повторения:

Чем знаменит в физике 1820 год, 1834 год?

Описать процесс получения открытого колебательного контура из закрытого.

Какое явление использовал А.С. Попов при конструировании своего приемника?

Учитель. Человек живет в океане электромагнитных волн. Его ежедневно, ежечасно окружают различные излучения. Одним из самых известных являются радиоволны.

Это э/м волны с длиной волны от долей миллиметра до нескольких километров (см. рис. 1). Название волн определено по их предназначению и для радиоволн характерны все свойства э/м волн. Получение и регистрация э/м волн подтолкнуло физиков и техников всего мира к поискам средств совершенствования излучателя и приемника, практического использования этих устройств. И, когда 7 мая 1895 года А. С. Попов продемонстрировал удобный прибор для приема э/м волн, началась эра радио. А где находят применение радиоволны?

рисунок.1

Ученики: Радиоволны находят широкое применение в жизни и деятельности человека. Они применяются в радиовещании, телевидении, радиолокации, радиоастрономии, радиосвязи.

СДВ (супердлинные волны) – они слабо поглощаются землей, водой – используются при строительстве туннелей, при подводной и подземной радиосвязи.

ДВ – (длинные волны) – радиосвязь на ограниченных расстояниях при достаточно малой мощности радиостанций.

СВ – (средние волны) – вследствие дифракции способны огибать выпуклую поверхность Земли.

КВ – (короткие волны) – за счет многократных отражений от ионосферы и Земли позволяют обеспечить связь между любыми как угодно далекими пунктами.

УКВ – (ультракороткие волны) – используются для радиосвязи между пунктами в пределах прямой видимости и для связи с космическими кораблями. На волнах длиной 21 см (излучение атомарного водорода) ведутся поиски внеземных цивилизаций.

Учитель: А сейчас отгадайте зашифрованное слово – одно из важных практических применений радиоволн (см. рис. 2). (Ответ: РАДИОЛОКАЦИЯ).

рисунок 2

Запишем определение: радиолокация – обнаружение и точное определение местонахождения различных объектов с помощью радиоволн.

Сообщения группы “РАДИОЛОКАЦИЯ”

  • “РАДИОЛОКАЦИЯ”
  • “ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОЛОКАЦИИ”
  • “РАДИЛОКАЦИЯ В ЯКУТИИ”

Вопросы: Можно ли обмануть радиолокатор? (Ответ. Можно, используя радиопоглощающие материалы, например угольную пыль, каучук, и гофрированные покрытия, на которых радиоизлучение рассеивается диффузно, во все стороны. Можно создать радиопомехи, сбрасывая с самолета полоски алюминиевой фольги или металлизированного волокна. Самой передовой технологией является “STEALTHтехнология” использующая несколько методов снижения рассеивания радиоволн.

Учитель: для определения расстояния до цели применяют импульсный режим излучения. Передатчик излучает волны кратковременными импульсами, во время пауз между ними принимает отраженные целью волны. Найти расстояние до цели можно по формуле:

R=ct/2

R – расстояние до цели, м

с – скорость света 300000000 м/с

t – время, с

Учитель: Для того, чтобы каждый из вас почувствовал себя в роли оператора РЛС, решите задачи.

Ученики: (получают карточки, выполняют в тетрадях для самостоятельных работ 4 минуты, меняются с соседом по парте тетрадью, сверяют решение с приведенным решением на доске, оценивают правильность выполнения, сдают работы учителю)

Карточка:

  1. Сигнал радиолокатора возвратился от цели через 3,3* 10-3 с. На каком расстоянии находится цель?
  2. Определите расстояние от Земли до Луны, если при ее радиолокации отраженный импульс возвратился на Землю через 2,56 с от начала его посылки.
  3. Может ли радиолокатор обнаружить самолет на расстоянии 200 км, если время развертки локатора на экране равно 10-3 с?

Учитель: Для разрядки вспомним считалочку про физиков:

Раз, два, три, четыре, пять

Будем физиков считать.

Раз – Столетов, два – Ньютон,

Три – ученый Клапейрон,

А четыре будет – Ом,

Пять – Паскаль… А кто потом?

Планк, Эйнштейн и Галилей

Вольта, Гюйгенс, Фарадей.

Насчитали мы не пять –

Их вообще не сосчитать

Учитель: А еще с помощью э/м волн можно передавать речь, музыку на расстояние (блок – схема на рис.3). Для осуществления радиосвязи в пункте, из которого передают сообщения, размещают передающее устройство, содержащее радиопередатчик и передающую антенну, а в пункте, принимающем сообщение радиоприемное устройство, содержащее радиоприемник и приемную антенну.

рисунок 3

Для осуществления радиосвязи звуковые колебания воздуха с помощью микрофона превращаются в электрические колебания той же формы. Однако частота этих колебаний от20 Гц до 20 кГц, слишком низкая для излучения э/м волны. Поэтому в радиопередатчиках используют генератор высокой частоты (несущей) который генерирует волну высокой частоты, амплитуда которой изменяется с помощью модулятора в соответствии со звуковыми колебаниями. Увидеть это наглядно можно смоделировав работу модулятора на компьютере.

Учитель информатики:

Напишите программу выводящую на экран синусоиду “низкой частоты”.

Ученики составляют программу на языке Турбо Паскаль и запускают на выполнение.

Фрагмент программы

For X:=0 to 640 do

begin

Y:=round(50*sin(X/40);

Putpixel(X,Y+120,14);

End;

Учитель информатики: Теперь модифицируйте программу так, чтобы она под “синусоидой низкой частоты” вывела “синусоиду высокой частоты”. (Вопрос: что характеризует число 50? (Это амплитуда синусоиды.)

For X:=0 to 640 do

begin

Y1:=round(50*sin(X/5);

Putpixel(X,Y+340,14);

End;

Учитель информатики: Переменную Y1, равную амплитуде “синусоиды низкой частоты”, используем в качестве множителя амплитуды “синусоиды высокой частоты”. В итоге получаем модулированный по амплитуде сигнал.

For X:=0 to 640 do

begin

Y1:=round(50*sin(X/40);

Y:=round(Y1*sin(X/5);

Lineto(X,Y+220);

End;

Теперь, когда принцип модулирования ясен, переходим к следующему этапу урока.

Подведение итогов: выводы учеников, заключения учителей

Итак, перечислим принципы современной радиосвязи.

  1. При радиосвязи всегда происходит излучение, распространение, прием.
  2. Для передачи информации (звуковой, текстовой) необходимо модулирование высокочастотных колебаний сигнала до излучения.
  3. На разных этапах прохождения сигнал неоднократно усиливают.