Физика в коде: программирование процессов на Python и VBA как средство развития профессиональных компетенций студентов СПО по специальности 09.02.07 Информационные системы и программирование

Автор: Забугина Александра Андреевна

Организация: ОГАПОУ «СИТТ»

Населенный пункт: Белгородская область, город Старый Оскол

Физика в коде: программирование процессов на Python и VBA как средство развития профессиональных компетенций студентов СПО по специальности 09.02.07 Информационные системы и программирование

Введение

Преподавание физики в системе среднего профессионального образования по специальности 09.02.07 «Информационные системы и программирование» сталкивается с традиционной проблемой: студенты, ориентированные на освоение языков программирования, баз данных и разработку программных продуктов, часто воспринимают физику как второстепенную, «непрофильную» дисциплину. Возникает противоречие между необходимостью формирования у будущих IT-специалистов естественнонаучного мировоззрения и их непониманием связи физических законов с будущей профессиональной деятельностью.

Разрешить это противоречие позволяет изменение инструментария: вместо традиционного «мелового» подхода к решению задач, я предлагаю студентам использовать знакомые и востребованные в их профессии инструменты — язык программирования Python и среду Visual Basic for Applications (VBA) в Excel. Физика становится не абстрактным набором формул, а областью для алгоритмизации, моделирования и программирования.

Особую роль в этом процессе играет вовлечение студентов в проектную деятельность. Являясь руководителем кружка дополнительного образования по физике «Квант любознательности», я создаю условия, в которых студенты сами становятся разработчиками учебных материалов, создавая компьютерные модели физических процессов. Это позволяет достичь сразу нескольких целей: углубленного изучения физики, развития профессиональных компетенций программиста и формирования навыков проектной работы.

Описание педагогического секрета

Мой педагогический секрет заключается в организации учебного процесса, при котором изучение физических явлений происходит через их программную реализацию силами самих студентов. Студенты не просто запоминают формулы, а создают работающие модели, что обеспечивает глубокое понимание физической сути и одновременно развивает профессиональные навыки программирования.

Ниже представлены две студенческие разработки, выполненные под моим руководством, которые демонстрируют эффективность данного подхода.

Симулятор гравитации - моделирование вращения планет Солнечной системы на Python

Данная разработка выполнена студенткой уже второго курса Юрковской Викторией. Работая над проектом, студентка параллельно осваивала программирование в Яндекс Лицее и применила полученные знания для создания физической модели.

Задача: создать программу, моделирующую движение трех тел (Солнце, Земля, Луна) под действием силы гравитации. Основные требования:

• Рассчитать траектории движения тел с учетом закона всемирного тяготения;
• Реализовать численное интегрирование (метод Эйлера или Верле) для расчета положения тел в каждый момент времени;
• Создать визуализацию с анимацией движения;
• Обеспечить наглядность физических процессов.

Студентка самостоятельно разработала алгоритм:

1. Инициализация параметров: массы тел, начальные координаты и скорости;
2. Создание цикла по времени с заданным шагом Δt;
3. На каждом шаге:
   • Расчет силы гравитационного взаимодействия по закону всемирного тяготения: F = G·(m₁·m₂)/r²;
   • Вычисление ускорений по второму закону Ньютона;
   • Обновление скоростей и координат с использованием численных методов (метод Эйлера);

Полный текст статьи см. в приложении.