You are hereMPICT

MPICT


Předmět: Moderní prostředky ICT ve výuce

Katedra/Zkratka: KEF/MPICT

Rok: 2017

Garant: 'Mgr. Jan Říha, Ph.D.'

Anotace: Získat přehled o možnostech využití širokého spektra prostředků ICT (informační a komunikační technologie) ve výuce přírodovědných předmětů. To zahrnuje základní nástroje pro měření s počítačem (zpracování dat, řízení procesů), pochopení jejich principu, možností i omezení; základní nástroje pro modelování a simulace (včetně nástrojů Internetu); práce s virtuální laboratoří, zejména s applety/physlety, pochopení jejich možností a omezení; práce se vzdálenou laboratoří, schopnost jejího efektivního využití, porozumění možnostem a omezením; přehled o vhodném freeware, shareware a software použitelným ve výuce

Přehled látky:
1. Matematický freeware Přehled freewarových programů zaměřených na matematické výpočty a znázornění dat:

  1. GNU Maxima Volně šiřitelný program pro algebraické výpočty (CAS - computer algebra system), jednoduchá obdoba programů Mathematica, Maple a Derive.
  2. GNU Octave Volně šiřitelná obdoba programu Matlab pro numerické výpočty s jazykem poměrně kompatibilním přímo s Matlabem.
  3. GNUplot Jeden z nejrozšířenějších programů na znázornění funkcí a vizualizaci dat.
2. Software Mathematica a Mathematica CalcCenter
  • Seznámení s prostředím programu Mathematica. Zdůraznění filosofie programu Mathematica v porovnání s jinými matematickými programy, jako jsou Mathematica, MathLab, Maple.
  • Základní práce s notebookem, základy syntaxe příkazů v prostředí Mathematica. Provádění jednoduchých matematických operací v notebooku.
  • Provádění základních matematických operací a výpočtů základních matematických funkcí. Ukázky výpočtů základních matematických funkcí, goniometrických, hyperbolických funkcí a speciálních funkcí, ukázky možnosti práce s komplexními čísly.
  • Práce s algebraickými výrazy. Zjednodušování algebraických výrazů. Rozklad polynomů na součin kořenových činitelů, násobení polynomů, rozklad na parciální zlomky, sčítání zlomků. Konverze goniometrických funkcí na experimentální funkce a zpět.
  • Integrální a diferenciální počet. Provádění derivací a numerických derivací funkcí, derivace prvního řádu a derivace vyšších řádů, parciální derivace. Výpočet integrálů a určitých integrálů funkcí. Nevlastní integrály. Možnosti práce s konečnými a nekonečnými řadami.
  • Operace s vektory a maticemi. Zadávání vektorů a matic v prostředí Mathematica, možnosti práce s prvky vektorů a matic, operace s vektory a maticemi.
  • Zobrazení 2D a 3D grafů. Okamžité vykreslení grafu označené funkce v notebooku. 2D a 3D grafy funkcí ve zvolených souřadnicích. 2D a 3D grafy souborů diskrétních dat.
  • Řešení algebraických a diferenciálních rovnic. Řešení algebraických rovnic a soustav algebraických rovnic. Řešení diferenciálních rovnic 1. a 2. řádu, možnosti prezentace výsledků řešení. Nalezení extrémů funkcí.
  • Příklady použití programu Mathematica pro řešení fyzikálních úloh.
  • Využití programu Mathematica v dalších přírodovědných oborech (chemie, geografie). Srovnání možností programů Mathematica CalcCenter a Mathematica.
3. Software Interactive Physics
  • Seznámení s prostředím programu Interactive Physics - spuštění programu, vytvoření nové simulace, otevření ukázkového modelu.
  • Nastavení pracovního prostředí pro tvorbu simulace - velikost pracovní plochy, zobrazení os a mřížky.
  • Vkládání nejjednodušších objektů do modelu a nastavení jejich vlastností - fyzikální vlastnosti (poloha, počáteční rychlost, hmotnost, náboj, hustota, volba materiálu, tření, elasticita), geometrické vlastnosti (velikost a tvar), vlastnosti zobrazení (barva, název, zobrazení objektu na ploše,...).
  • Volby fyzikálních vlastností prostředí - gravitace (žádná, homogenní, planetární), odpor prostředí, elektrostatické pole, vlastní potenciálové pole.
  • Přesnost simulace - volba numerické metody (Euler, Kutta-Merson), integrační krok, simulace v reálném čase.
  • Spuštění simulace, její přerušení a návrat do počátečních podmínek.
  • Vykreslení trajektorie pohybu těles - volba počtu vykreslených bodů, volba bodů, jejichž trajektorii chceme pro dané těleso vykreslit, vymazání zobrazené trajektorie.
  • Zobrazení tlačítek na ploše, např. tlačítko pro spuštění simulace.
  • Měření fyzikálních veličin během simulace - např. zobrazení doby od začátku pohybu, zobrazení okamžité rychlosti hmotného bodu.
  • Tvorba vlastních modelů.
  • Použitelnost programu Interactive Physics v dalších přírodovědných oborech.
4. Experiment podporovaný počítačem