Items tagged with education education Tagged Items Feed

 

Now in English   KozlovaAV.PDF

 

In Russian

Авторский опыт использования математической системы Maple и других компьютерных инструментов в школьном научном обществе

 Арина Козлова

E-mail: k_arina99@mail.ru; МБОУ «Школа  № 57» Кировского района г.Казани, 10 класс

 Научный руководитель –

Гибадуллина Алсу, учитель математики МБОУ «Школа  № 57» Кировского района г.Казани;

е-mail: gialid@mail.ru

 Аннотация. Рассмотрен авторский опыт использования математической системы Maple и других компьютерных инструментов для создания научно-популярных проектов физико-математического направления в рамках школьного научного общества.

 

На протяжении более 10 лет наша школа наряду с различными информационными технологиями работает с системой компьютерной математики Maple. Один из аспектов этой деятельности  –  научное общество учащихся «ГЕОДРОМчик», научным руководителем которого является учитель математики Гибадуллина А.И. Направления деятельности ученического научного общества – знакомство с пакетом Maple; освоение компьютерных инструментов, позволяющих работать с графикой, видео, создавать интерактивные меню; работа над индивидуальными научно-популярными проектами и создание авторских тематических электронных журналов, содержащих элементы научного исследования и математического моделирования. Компьютерная математика находит все более широкое применение – от научных исследований до продукции масскультур. Математическое моделирование проникло и в сферу создания рисунка, и в киноиндустрию. Изучение и использование учащимися нашего школьного общества символьных систем, в частности Maple, – это попытка приобщиться к современной мировой культуре компьютерного математического моделирования.

В данной статье описывается личный опыт автора, как одного из членов школьного НОУ.  

Знакомство с математической системой Maple началось с работы над проектом «Построение анимированной математической 3D-модели открывающейся книги» в 6-ом классе. Этот проект представляет собой создание пространственного анимированного изображения открывающейся книги средствами аналитической геометрии. В среде Maple была построена поэтапная программа получения этого изображения (таблицы 1 и 2). 

Таблица 1. Фрагмент программы получения анимированного изображения. 

> restart:

Подключение к дополнительным библиотекам

> with(plots):

> with(plottools):

Построение одной из страниц:

s1:= polygon([[0,0.01,0],[1,0.01,0],[1,1,0],[0,1,0]], thickness=1,color=orange):

Визуализация совокупных элементов книги:

display(k11,s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7,s8,s9,s10,k0,k27, title="KNIGA",scaling=constrained);

Поворот и анимация открывания обложки:

r_k11:=rotate(k11,10*Pi/9,[[0,0,0.29],[1,0,0.29]]):

plots[display](r_k11,kn_1,k0,scaling=constrained);

> anm:=seq(rotate(k11,t*Pi/9,[[0,0,0.29],[1,0,0.29]]),t=0..10):

> anim:=plots[display](anm,insequence=true):

> plots[display](kn_1,anim,scaling=constrained);

 

a)    

c)   

 

e)   

b)   

d)   

f)   

 Рис. 1. Кадры анимации книги

Следующий проект, выполненный в среде Maple совместно с Нигометзяновой Эльзой в 7-ом классе, – короткометражный мультфильм «Колобок в лесу».

a)      b)   

 Рис. 2. Кадры анимации мультфильма

В 8-ом классе велась работа по техническому переводу сайта компании Waterloo Maple Inc. [3]. Как известно, такой перевод имеет свои особенности, которые не предусмотрены в школьной программе по изучению английского языка, поэтому опыт такой работы способствует совершенствованию владения английским языком.

В 9-ом классе началась работа над электронным журналом по космологии «Вселенная: теория и факты». Черные дыры Вселенной – один из самых загадочных и любопытных для человека объектов. Их изучение привело к интересу к астрофизике вообще. Знакомство с понятием черной дыры неизбежно вынудило изучать строение Вселенной и ее геометрии [9, 10, 11, 12]. Пришлось осмысливать сложнейшие фундаментальные понятия, теории, а также элементы высшей математики [1, 5, 6, 7, 8]. Чтобы хотя бы попытаться понять огромный объем, казалось бы, беспорядочной информации, нужно было ее анализировать и систематизировать. И тогда возникла идея проекта – авторского электронного журнала. Тем более складывается парадоксальная ситуация: астрофизика бурно развивается, проникая практически во все сферы нашей жизни, а предмета астрономии в школе нет. Поэтому такой проект мог бы восполнить этот досадный пробел и помочь школьникам – и не только – в познании Вселенной. Журнал имеет следующие разделы: Вселенная, черные дыры, белые дыры, глоссарий, теории, неевклидовы геометрии, видео-опыты, интересные факты, ссылки, использованные ресурсы. Один из разделов журнала составляют Maple-разработки, в частности, визуализированная модель искривления пространства.

Далее приводится Maple-программа (табл. 2) построения визуализации деформации плоскости под шаром определенного размера. Используются библиотеки <plots> и <plottools> пакета.

 Таблица 2.  Maple–программа визуализации деформации плоскости. 

Комментарий

Команда и результат

Функция глубины "ямы"

( a - ширина "ямы", b - глубина )

f:=(x,a,b)->(-b*exp(-x^2/a^2));

 

Вводим параметры:

h - влияет на размеры тела-шарика и связывает их с шириной "ямы" ;

 k - влияет на диапазон площади вокруг "ямы"

h:=1:  k:=1:

 

Задание параметрическое прямой на поверхности (плоскости)

L0:=(m,n)->plot3d([0,r,f(r,m,n)], phi = -2*Pi ..2*Pi, r = -10k*h..10+k*h, scaling=CONSTRAINED,

numpoints=10000, color=blue,thickness=4):

Задание параметрическое поверхности (плоскости) путем кручения прямой

P0:=(m,n)->plot3d([r*cos(phi),r*sin(phi),f(r,m,n)], phi= 0..2*Pi,r=-8k*h..8+k*h, scaling=CONSTRAINED, numpoints=3000, style=POINT, color=blue):

Задание анимации искривления прямой

L:=plots[display](seq(L0(h,i),i=0..10+k*h), insequence=true):                    l:=plots[display](L,insequence=true):

Задание анимации искривления плоскости

p:=plots[display](seq(P0(h,i),i=0..10+k*h), insequence=true):

 p:=plots[display](P,insequence=true):

Задание анимация шарика ( тела, обладающего массой )

 

with(plottools):sp:=seq(sphere([0,0,-i-1.5*f(h,h,h)], f(h,h,h), style=HIDDEN,color=red),i=0..10+k*h):     

s:=plots[display](sp,insequence=true,

scaling=CONSTRAINED):

Совмещение всех компонентов модели визуализации

plots[display](p,s,l,scaling=CONSTRAINED);

 При h:=1:  k:=1:

 1)      2)      3)   

4)      5)      6)   

 

При h:=5:  k:=1:

7)      8)      9)   

Рис. 3. Кадры анимации при заданных параметрах.

Долго подбиралась функция глубины "ямы". Наконец, была найдена – это стало понятно после просмотра лекции А.Линде, где говорится об экспоненциальных процессах [13].

Меняя только параметры h и k (задающие размеры шара и ширины «ямы») и прокручивая программу снова, меняется и визуализация. Надо заметить, что построена всего лишь математическая модель визуализации, а не самого процесса.

Этот раздел предполагается пополнять новыми разработками, выполненными в среде Maple.

Журнал имеет удобную систему ссылок и организован так, что его можно оперативно обновлять. Астрофизика бурно развивается, поэтому журнал не потеряет своей актуальности.

 Заключение.

В течение 4-х лет занятий в научном обществе авторские проекты были представлены на различных сайтах, конкурсах, конференциях, форумах федерального и международного уровней:

  • сайт еxponenta.ru в разделе студенческих работ [4];
  • Конкурс исследовательских и творческих работ «Нобелевские надежды КНИТУ»
  • Республиканский конкурс «Арт-дебют»
  • V Международная ассамблея школьников (участие и публикация) [2]
  • Всероссийский Горчаковский форум в г.Санкт-Петербург
  • Поволжская научной конференция учащихся им. Н.И.Лобачевского
  • Всероссийский фестиваль «Нескучная наука» в г.Санкт-Петербург
  • Пост н.р. Гибадуллиной А.И. на сайте компании Maplesoft  http://www.mapleprimes.com/users/Alsu

  Использованная литература

 [1] Матросов А.В. Maple 6: Решение задач высшей математики и механики: Практическое руководство. – СПб.: БХВ – Петербург, 2001 г. – 528 с.

[2] V Международная Интеллектуальная Ассамблея школьников: сборник научно-исследовательских работ / Отв. ред. М. В. Волкова – Чебоксары: НИИ педагогики и психологии, 2012 – 136с. (с. 44–45)

[3] Сайт компании Maplesoft. – Режим доступа:  http://www.maplesoft.com

[4] Сайт <exponenta.ru> / Архив студенческих работ – Режим доступа:

http://www.exponenta.ru/educat/referat/XXIVkonkurs/5/index.asp

[5] Высшая математика: Учеб. Пособие для студентов пед. ин-тов по спец. 2120 «Общетехн. дисциплины и труд» / Г. Луканкин, Н. Мартынов, Г. Шадрин, Г. Яковлев; Под. ред. Г.Н. Яковлева. – М.: Просвещение, 1988. – 431 с.: ил.

[6] Справочник по высшей математике / М. Я. Выгодский. – М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2002. – 992 с.: ил.

[7] Математический словарь высшей школы: Общ. часть/В. Т. Воднев, А. Ф. Наумович, Н.Ф. Наумович; Под ред. Ю.С. Богданова. – 2-е изд. – М.:Изд-во МПИ, 1988 – 527 с., ил.

[8] Толковый математический словарь. Основные термины: около 2500 терминов. – М.: Рус. яз., 1989. – 244 с., 186 ил.

[9] Открываем неевклидову геометрию. Кн. для внеклас. чтения учащихся 9-10 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1988. – 126 с.: ил. – (Мир Знаний).

[10] Геометрия: Учебник для вузов. – СПб.: Издательство «Лань», 2003. – 416 с., ил. – (Учебники для вузов. Специальная литература)

[11] Основания геометрии: Учебн. пособие для вузов. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. – 288 с.

[12] Обзорные лекции по геометрии к государственному экзамену по математике, Х семестр, курс лекций с примерами решений задач (в помощь выпускнику), проф. Ю.Г. Игнатьева. Программный продукт BIBLIO профессора Ю.Г. Игнатьева, Казань 2002 г.

[13] Видеозапись лекции Андрея Дмитриевича Линде, Стэнфордский университет (США), профессор «Многоликая Вселенная», прямая ссылка: http://elementy.ru/lib/430484

Post gialid_GEODROMchik - what is this?

Pilot project of Secondary school # 57 of Kazan, Russia

Use of Maple

in Mathematics Education by mathematics teacher Alsu Gibadullina

and in scientific work of schoolchildren

 

Examples made using the Maple

the 6th class

 

              Arina                         Elza                             David    

       

       Book.mws              Kolobok.mws               sn_angl.mws

 

         Artur    

 

 

Maple is a scientific software based on Computational Algebraic System (SAC) which has enabled this work entirely solve applied to Civil Engineering, Mechanical and Mecatrónica.The present problems in education, research and engineering are developed with static work sheets ie coding used innecesaria.Maple proposed models are shown below with an innovative structure; with the method of graphics algorithms and embedded components; putting aside the traditional and obsolete syntax; using dynamic worksheets as viable and optimal solutions to interpret and explain problems Ingineering.Design Advanced Analysis Tools (Applied Mathematics) Sophisticated Applications (efficient algorithms) and Multiple deployment options (different styles); this allowed generate math apps (applications engineering); can be interactive on the internet without the need to have the software installed on our computer; This way our projects can be used with a vision of sustainability around the world. Resulting in the generation of data and curves; which in turn will help you make better decisions analytical and predictive modeling in manufacturing and 3D objects; which would lead to new patterns of contrasting solutions.

ECI_2016.pdf

ECI_2016v_full.mw

Lenin Araujo Castillo

Ambassador of Maple - Perú

 

 

 

I'll be vacationing in Amsterdam May 1-11. I was wondering if there are any Maple-related activities or institutions there that I might visit. I believe that the Netherlands has somewhat of a national drive toward the use of computer algebra in education, much more so than the United States. Can anyone here confirm that? And if that's true, is Maple a big part of it?

Hi

It's been 3+ months since we launched this new, experimental, Maple Physics: Research & Development webpage, containing fixes and new developments around the clock made available to everybody. Today we are extending this experience to Differential Equations and Mathematical functions, launching the Maple Differential Equations and Mathematical Functions: Research & Development Maplesoft webpage. Hey!

With these pages we intend to move the focus of developments directly into the topics people are actually working on. The experience so far has been really good, putting our development at high RPM, an exciting roller-coast of exchange and activity.

As with the Research version of Physics, when suggestions about DEs or Mathematical Functions are implemented or issues are fixed, typically within a couple of days when that is possible, the changes will be made available to everybody directly in this new Maplesoft webpage. One word of clarification: for now, these updates will not include numerical ODE or numerical PDE solutions nor their numerical plotting. Sorry guys. One step at a time :)

This first update today concerns Differential Equations: dsolve and pdsolve can now handle linear systems of equations also when entered in Vector notation (Matrices and Vectors), related to a post in Mapleprimes from October/29. Attached is a demo illustrating the idea.

Everybody is welcome to bring suggestions and post issues. You can do that directly in Mapleprimes or writing to physics@maplesoft.com. While Differential Equations and Mathematical Functions are two areas where the Maple system is currently more mature than in Physics, these two areas cover so many subjects, including that there are the Research and the Education perspectives, that the number of possible topics is immense. 

DEsAndMathematicalFu.pdf   DEsAndMathematicalFu.mw

Edgardo S. Cheb-Terrab
Physics, DEs and Mathematical Functions, Maplesoft

Dear Maple users

I like to use animations in Maple for different educational purposes. The other day I tried making an animation simulating a simplified Epicycle, which is a small circle with its centre running on a larger circle. The smaller one has a ball running on it with a constant velocity. I used the following code:

> with(plots);
> with(plottools);
> omega := 1; k := 5; R := 5; r := 2;
>
> plot1 := plot([R*cos(omega*t), R*sin(omega*t), t = 0 .. 2*Pi]);

In memory of a Friend. Maple 16 for Russian students.

260412.zip

Оформление - облегченное, чтобы работало на любом компьютере. Разархи и открыти файл ege.html. Неточности присутствуют, наверное. Поправим вместе.

I did not come across with a sorting algorithm animation that allows me to enter my own data, so I decided to write one in Maple.

In this worksheet, you can create an animation on sorting the integers that you have entered. If you let the worksheet to generate the data for you, you can specify the sortedness of the data. This feature allows you to visualize how some algorithms perform better or worse on data of a certain characteristic: The time complexity may not be...

Mechanics of Materials Toolbox Screencasts:

http://youtu.be/czz_uw0918E

The cost of some mathematical sites (estimated bizinformation.org):
 8.000.000 $ - wolfram.com
   372.456 $ - webmath.exponenta.ru (Russian Maple in education)
   292.301 $ - maplesoft.com

    82.342 $ - exponenta.ru
    61.278 $ - webmath.ru
    54.895 $ - math.ege
    43.302 $ - univ.kiev.ua (Kiev National University)

What is a pulse height analyzer?
What math behind the PHA? DFT FFT?

Gracias

Russian MAC:
1.000.000 visits during the period June 2010 to April 2011

http://webmath.exponenta.ru/ege_11/d_04.html

 

25_04_2011.zip

From the work of the Russian MAC.
3.000 visitors a day, about 20.000 visits per day

http://webmath.exponenta.ru/

 

1 2 Page 1 of 2