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作って遊ぼう&学校の応援

 最近JavaScriptを独学で取得、学校支援の〈動く教材〉を作っています。

〔動く教材〕〔シミュレーション〕ある日の太陽系の太陽と各惑星の動き 中学校理科 高校地学

2024-11-26 15:48:59 | 教材の開発


ほぼ一か月ほどかかって、表記プログラミングが完成しました。基本的なところは2週間ほどで出来上がったのですが、自身のスマホgalaxy S10つまりプラウザ‐アンドロイドのネット上で使うときに少し画面が乱れてしまうのです。数字をデータとして常に表示するのですが、文字の色・大きさが制御できないのです。表示枠をキッチリ指定しても無視してしまいます。命令を聞いてもらえない部分を何とか少なくして公開したところです。
 どなたかわかる方がおられましたら教えてください。

 さて、これが初期画面です。
 
 一番上に時間の表示が2つありますが、起動すると時計がスタートします。基本的に秒単位で表示しますが、分かりやすくするために右に秒単位を年日時分秒に変換したものを表示します。

 左側に“ある日”の太陽系の全体像を表示しています。太陽を中心に内側から水星・金星・地球・火星・木星・土星・天王星・海王星が反時計方向に公転しています。実際は楕円軌道ですが円として表示しています。すべての惑星の軌道面も同じ平面としています。「ある日」としたのは、起動した初期状態として完全にランダムに配置したからです。配置は起動のたびに変わります。
 公転や地球の自転の時間は、可能な限り正確です。
 
 右図は、左図の各惑星が地球からどのように見えるかを示したものです。完全に左図と連動しています。左図の地球に白い点が見えますが、そこが観測地点です。時間の倍率を上げていくと地球が自転しているのがわかります。その地点から見た東南西の空です。
 太陽の位置によって空の色が変わります。各惑星の位置は夜の空に惑星の色の●印で表します。大きさはすべて同じとしています。太陽だけが少し大きい白●です。

 右図の上に各惑星の満ち欠けの図があります。地球・太陽・惑星の位置関係によるものです。なぜこのような満ち欠けになるのかも理解してほしいところです。左図右図と満ち欠け図を見比べて考えるとわかるかもしれません。

 一番下に時間を操作するボタンが配置されています。
 [一倍]~[十億倍]の9つのボタンは”時間の進行”を早くするものです。実際の空ではできないことですから画期的です。[一倍]は通常の時間の進行です。指定の倍率で時間を進行させることで、各惑星がどのように動くか、また見えるかを短時間に体験することができます。百倍千倍で右図はが動いたり左図の地球の自転が確認できます。百万倍や千万倍で惑星の動きがわかります。天王星や海王星もわずかに動きます。まずは小さい方から押してください。

 その下に[1時間後]~[10年後]の6つのボタンがあります。(これは上のボタン[一倍]にして使うのが基本です。)一気に表示の時間後に飛びます。[1時間後]以外は一日の時間は変わらないので、”同じ時間”に観察すると各惑星がどのように違って見えるかがわかります。

 時間操作ボタンの両側に[補助線]と[位置表示]のボタンがあります。これは2つの図をつなぐ”ヒント”となるものです。
 ここについては説明しませんが、ボタンを押してじっとな眺(なが)めてもらったら「気づいてほしいな~!」というところです。この教材の核心です。

 使い方の説明図を作りました。
 文字が小さくて見えませんが、写真をタップして拡大してご覧ください。

 ヒントのところをちょっと紹介します。
[補助線]ボタンを押したところです。
 左図に線が2本現れました。実際の図を指二本で拡大して見ると地球の観測地点からでています。赤い線と黄色い線はどういう意味の”補助線”でしょう。
 次は[位置表示]ボタンを押してみましょう。
 各惑星が見えるのは昼の空だけですが、各惑星はいつでもどこかにあります。その位置を示してくれます。右図の画面の中央を中心として各惑星の位置が示されています。昼間の空や地面にも表示されます。

 両方を押(選択)して左図と右図を見比べることで、そのつながりが「あっ、そうか!」とわかってくることが本教材のねらいです。

 実際に使ってもらうために下のURLまたはバナー(図)をタップしてください。私の紹介用ホームページへ移行します。


 

 スマホ用のプログラムも作りましたので紹介します。

 初期画面です。

 こんな画面です。ボタンの配置を工夫しています。
 冒頭で”困難”なところを紹介しましたが、半角数字が全角で表示されたり、その文字の色が無視されてすべて黒く表示されるのです。アンドロイドに問題があるのかプログラムに問題があるのか、わからないで試行錯誤をして、結局”問題を避ける”というところで完璧を諦(あきら)めて公表しました。

 説明図です。


 ヒントボタンの画面です。


 実際に使ってもらうために下のURLまたはバナー(図)をタップしてください。私の紹介用ホームページへ移行します。





新Ver,2を作りました。
2025.2

〔動く教材〕太陽系の惑星の動き 「惑星ボタン」の追加しました - 作って遊ぼう&学校の応援

〔動く教材〕太陽系の惑星の動き 「惑星ボタン」の追加しました - 作って遊ぼう&学校の応援

先に紹介したものが十分な理解につながっていないかもしれないという思いから、さらに研究を重ねて、惑星別に表示するものを追加しました。つまり、「水星」「金星」「火星...

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〔動く教材〕〔シミュレーション〕太陽と地球と月の動きVer.1 中学校理科 高校地学

2024-09-18 07:20:10 | 教材の開発
ひと月ほどかかりましたが、やっとできました。「太陽と地球と月の動き」というこれらの太陽系での配置と動きと見え方を学習するものです。中学校理科で学習するんですが、記憶にありますか。ぜひ次の説明を聞きながら思い出してもらうと嬉しいです。最後にネットにアップしたものをお知らせしますので、実際に使ってみてください。
 では早速説明します。見出しの画像を見てもらうと、2つの画面から構成されています。左が図1「太陽系を北の方向から見たもの」です。太陽が中心にあり、その周りを地球が半時計方向に回ります(地球の公転)。地球は地軸が23.4度傾いて回っています(地球の自転)。ちょっと見難いですが地球の中心よりちょっと右にずれたところの黒い点がその地軸です。その地軸の右側に赤い点がありますが、そこが地球北半球の観察者(私)のいる場所です。地球の自転は赤い点が黒い点を中心に反時計方向に回ることでわかります。その地球を月が半時計方向に回ります(月の公転)。起動したときには、いつもこの位置からスタートします。地球が冬至の方向にありますから冬至(12月20日ごろ)です。赤い点が太陽と反対側にありますから真夜中の0時です。月も地球から見て太陽の反対側にあります。この時の月は「満ち欠けはどうかな?どこに見えるかな?見えないかな?」など〔学習〕しますというより、これを使って〔研究〕できます。
 右の図2は地球上の赤い点にいる観察者(私)が見る東南西の方向です。昼夜で色が変わります。太陽と満ち欠けする月を見ることができます。

※ 地球の地軸の歳差運動については対応しておりません。それは約25772年に時計方向に1回転しますからその分季節がズレてくるというわけです。図1では冬至春分夏至秋分が時計方向に回転するということになります。その大きさをこのプログラミングで計測して見みると、1年に約20分ほどになります。この分だけ季節が早く訪れます。

 詳細に説明したのが次の図です。


 このプログラミングの最大の特徴が3つあります。
1 図1と図2が完全に連動しています。「図1がこういう配置だから、観察者には図2のように見える。」と理解が進む第一歩となります。
2 画面の上のほうには時間と公転自転の詳細なデータがわかります。
3 時間を操作できます。早く進めたり、止めたり、逆進させたり できます。上のデータ欄を見ながら時間をコントロールして仕組みを考えることができます。


 いかがですか、どんなプログラムかわかっていただけたでしょうか。 太陽・地球・月 の動きをこのようなシミュレーションで解明していくためのものです。動きを見ているだけでも楽しいですから〔千倍〕〔一万〕〔十万〕・・〔千万〕のボタンを押してみてください。

 昼の画面です。

 図2の西の空に太陽がありますが、太陽が出ているときが「昼」ですね。何時ごろかな? そのときの図1はこんな感じです。図1の配置を見ただけで図2の太陽の位置、時間などが判るようになれば「理解できた」ということになります。

 夜の画像です。

 図2では西の空に三日月が見えています。このときの図1はこんな位置関係にあります。図1がどうなっていると夜なのかわかりますか? 三日月が見える理由は? 太陽と地球と月の位置からわかリますね。そんなことを言われても、う〜ん、判りません。 ヒントは「赤い点の位置」です。ちょっと見にくいですから拡大して見てください。

 〔位置表示〕のボタンを押したときの画面です。

 画面には月しか見えていませんが、太陽はどこにあるんでしょう。図1にはちゃんとありますね。太陽は見えないところにあります。それを「ここ」と示してくれるのがこの機能です。地面の下に白い点がありますが、ここが太陽の位置です。つまり地球の裏側にあるので見えないんです。〔画面表示ボタン〕はこんな機能です。同じように見えない月の位置も「黄色い点」で現します。地球の裏側にあるときと、昼明るくて見えない空の月です。

 〔補助線〕を押したときの画面です。

 図1の赤い点に茶色い線と黄色い線が現れました。これはどんな意味の補助線でしょうか?ヒントは図2と比較してください。共通点が見えてきませんか!
 実際の画面はシミュレーションですから、遅く早く停止して観察できます。こんな機能です。

 最後に、この図1で実際と違う部分があります。それは太陽・地球・月の大きさと互いの距離についてです。正しい情報を次の図で示します。

 まず大きさです。太陽の直径は地球の直径の約100倍です。月の直径は地球の直径の4分の1です。月の直径を1とすると地球は4、太陽は400です。
 次に互いの距離です。日食ではちょうど太陽と月が重なって見えます。このことから地球からの見かけの大きさは同じというわけです。月の400倍の太陽が同じ大きさに見えるということは、地球から月までの距離を1とすると、地球から太陽までの距離は400ということになります。

 実際に使ってみませんか。これまでの説明が実感できます。もし理科の先生がいたら教えてください。授業で使ってもらったら嬉しいです。興味のある人だったら小学生高学年から大人まで楽しめると思います。
 次の《太陽と地球と月の動き》をタップすると使えます。(私の「開かれた学校HP」へ飛びます。)
 パソコンとタブレットでの使用を推奨しますが、スマホでも十分楽しめます。

《太陽と地球と月の動き》











自己研鑽のためにChatGPT講座を受講しました。

2024-09-04 07:11:56 | 教材の開発
 先月(8月)の27日19:00~21:00 に当市の公民館講座に行ってきました。受講料は500円です。講座名は「上手にリクエストChatGPT講座」というものです。講師はパソコン教室の先生です。日頃から生成AIをどう仕事につかえるかを仲間(会員)を募って研究されているということでした。
 本日はその初級の初級、初めて使う人に向けての講座でした。私自身は、初めてChatGPTがメディアで紹介されたとき使ってみましたが、チョットかじって「すごいな~プログラムを作ってくれるんだ」と驚いたのですが、私の質問に対して「こうすれば作れますよ!」と部分的なプログラムを提供してくれました。しかし、それをどう活用すればよいかわからずそれまででした。
 今回の講座の資料の表紙です。

 2時間で学んだ内容です。

 これらの内容はChatGPTを使えるようになって
・「生成AIとは何ですか。」
・「あなたに手伝いをお願いするときの注意点を教えてください。」
・「あなたはどんなことができますか。」
 などと聞くとChatGPT自身が教えてくれます。

 生成AIはChatGPTだけではなくて他にもいっぱいありそうでした。

 生成AIというと、鉄腕アトムのような知能と感情を併せ持つ存在のように思いがちですが、実は「事前に質問されそうな内容をいっぱい集めて学んでいて、それをストックしていて、質問に合わせてそこから引き出してくるそうです。それで不足するものをネットから探し出して提供する」という仕組みだそうです。生成AIの種類によりますが、その出典を照会してくれるものもあります。それにしてもチャット〇〇〇というくらいですから、私たち人間と話をしながら作業をしてくれる存在には驚かされます。
 実際に使ってみました。読者の皆さんも一緒にできるようパソコンでの一歩一歩を紹介していきます。スマホの場合も画面は違いますが、同じ手順ですのでご一緒にやってみてください。
 検索画面で「chatGPT」と入力して検索してください。するとこんな画面が表示されます。

 ChatGPT-OpenAI というのが一番上に表示されます。これをクリックすると、

 このようなChatGPIの画面になります。中央下の黒くなっている〔Start now〕をクリックします。すると、

 ChatGPTの入力画面「ChatGPTにメッセージを送信する」になります。この入力する言葉を「プロンプト」というそうです。
 ではさっそくプロンプトを入力してみましょう。

 ちょっと文字が細くて見えにくいですが、「熊本城を背景に武者姿の日本犬を描いてください。」と入力しました。入力欄の右の↑を押すと10秒ほどして

 こんな絵を描いてくれました。こんなことができるんです。「秋田犬」というところを「日本犬」と書いてしまいました。しかしその辺にいるような犬が甲冑を着て兜をかぶっていて、背景は黒ずくめの城が描かれています。私の想像した絵に近いものが描かれていました。凄いです。
 絵を描かせるとき固有名詞を入力すると、誰かの著作物を使わざるをえなくなりますので、それを避けていると理解しました。ここのように「熊本城」を描けというと一般的な「城」を代用しているのでしょう。
 他にも、私の今の仕事であるJavascriptプログラミングについて聞いてみました。
 「Javascriptプログラミングで、アナログストップウォッチを作ってください。」と入力しました。↑を押すと、これも10秒ほどでJavascriptプログラムが表示されました。それをコピーして動かしてみると

 こんな望みどおりのアナログストップウォッチができました。プログラムを詳しく見ると私の知らない関数がいっぱい使ってあって短くすっきりとしたプログラムです。勉強になります。更に「100分の1秒まで測れるようにしてください。」と入力すると1秒で一回転する100分の1秒針が加わったプログラムを示してくれました。

 また、私の活動を仲間内の新聞に掲載したいと依頼を受けていますが、その原稿を校正してもらいました。やり方は入力欄の左に〔添付〕のクリップマークがありますね。それをクリックしてマイクロソフトのメモ帳で作った原稿のテキストファイルを選んで添付します。そして「この添付ファイルは新聞に掲載する原稿です。この校正をしてください。」と入力しました。すると誤字脱字送り仮名の訂正、言葉の足らないところの付け加えなど校正された文章が出力されました。

 講座参加者の中にはスマホだけの人もいましたので、私もスマホでやってみました。次の写真はストアからダウンロードした生成AIのアプリです。全部無料のアプリです。

 まず左から ChatGPT/Gemini/リートン/ChatOn AI です。生成AIの種類によって、ログインの必要のないものやログインを要求してくるものがありますが、特段違いはないようです。ログインしたからと言って有料になることはありませんでした。但し、「無料体験版を使ってみませんか。」とたびたび表示されるものもあります。これは「有料版の最初の一か月は無料です。」というものです。私もうっかり押そうとしたときがありました。周りをよく見ると「有料版・・・一か月・・・無料・・後・・月3000円・・・」という記述がありました。有料版は月3000円程度だそうです。いっぱい使いたい人はこれでもいいようですが、私の場合、制限のある無料版でも特段困らないようです。制限としては画像数や文字数に制限があるようです。制限が来てしまったら「他の生成AIを使う」で対応できるところもあります。

 最後にCopilotについてです。


 パソコンでマイクロソフトの検索サイトを使っています。つまりマイクロソフトのプラウザです。その画面の右上か右下に、このロゴがありました。「これは生成AIだ!」と気づきました。検索し表示させなくてもこのCopilotの生成AIはこのロゴをクリックするだけで使えるのです。さっそくクリックしてみました。これまで紹介してきた同じことをすることができました。

 ということでスマホにもストアからこのアプリもダウンロードしました。ログインしたものはパソコンとスマホが連携されています。
 
 これからどう活用していけるか楽しみです。
 講座では、「仕事の有能な文句を言わない助手です。」ということでした。
 また、AIに仕事が取って替わられるというのもありかもしれませんね。これについては、AIを助手として使う人はどんどん仕事が今以上にできますが、使わない人は〝仕事が無くなる〟のではないかということでした。

 最後に〔間違い〕を一つ見つけました。「私はマラソン大会で123位の人を1人追い越しました。私は何位になりましたか。」と入力すると「あなたは123位の人を追い越したので122位になります。」と答えてくれました。更に「123位と124位が入れ替わったので、私は123位ではないですか。」と入力すると、返答は「マラソンの順位はそんな単純な問題ではありません・・・・・・・」という長い長い文章で122位となることを説明してきます。このようなチャットが10回以上続いたあと、「こんな単純な間違いをしてしまいました。すみませんでした。」と正直に謝ってきました。これも面白い出来事でした。こんなAIの間違いをハルシネーション(幻覚)というそうです。堂々と間違いを主張してきます。このような間違いは意外と多いようですから気を付けて利用する必要があるようです。
 それでも凄いものができました。これからの世界が変わっていきますね。楽しみが増えました。ChatGPTを使うと自分にできることが益々増えてくるのが嬉しいです。
 再びプログラミングのことですが、プログラミングの基本的なところがわかっていなければ、質問も返答の理解もできません。自分で〝できる〟ところまでは学習が必要です。その後、ChatGPTで飛躍的な成長のための学習ができるということになりそうです。プログラミングだけでなくすべての分野においてもいえることでしょう。

 最後まで読んでいただきありがとうございました。
 使ってみての体験談等ありましたらコメントください。よろしくお願いします。





 



〔動く教材〕〔シミュレーション〕月ロケット軌道Ver.2

2024-03-18 21:44:26 | 教材の開発
 前回と前々回の投稿で「月ロケット軌道シミュレーション」パソコン用スマホ用を紹介しましたが、自分で使ってみて改良点がわかってきました。改善については自分の力をアップさせないとできないところがあって、必要な学習やこの言語で可能なのかを調べることが求められました。
 学習したことで一番良かったのはプラウザ(Internet Explorer、Microsoft Edge、Google Chrome、Mozilla Firefox、Safari、Braveなど)の中のストレージを使うことでした。プラウザにはそういう保存するスペースがあるのです。そのローカルストレージにデータを保存する方法を知りました。
 ヤフーの知恵袋に「Webページ上でJavaSpcriptのプログラミングソフトを動かして終わり、その状況で次回始めることができる方法はありませんか?」と質問すると「チャットGPT回答を希望しますか!」と聞いてきたので「はい」を押しました。すると30秒ほどでローカルストレージを使う方法を教えてくれたんです。2行ほどのプログラミングを書くだけで実現できました。

 改良したところを紹介します。①~④の場所です。


※ 青い枠は初期画面で見ることができる部分です。下はスクロールして見てください。
 ボタンはほぼ青枠内にあるので不便はありません。


〔読込〕ボタンです。
 これが先に書いた前回にプログラミングソフトを使った時のデータを記憶しておいて、次回起動したときに、その状態から続けることができる仕組みです。
 〔発射〕ボタンを押して飛行を始めて終わるとその状況の「時間」と「パワー」「発射角度」を自動的に保存します。その保存場所はプラウザの中ですから、ソフトを終了して時間をおいて再度起動すると初期画面が表示されますが、〔読込〕ボタンを押すと前回の状況が読み込まれます。つまり前回の続きができます。
 この機能を使うと、学習ソフトに問題をした記録や得点を記録することで、タブレットを提出すると、それを先生が確認できますね。これまでのものにこの機能を付加しましょう。

〔パワー合計〕の表示です。
 ロケットのエネルギー量については限りがあるので、できるだけ少ないパワーでミッションを実現することが求められます。計算は足し算ですから簡単なプログラムで作れました。逆噴射はマイナスのパワーですが、パワーの絶対値の足し算です。
 この値も①の場合、パワーが呼び出されるのでパワー合計も呼び出されることになります。

〔データ欄〕の表示です。
 プログラミングでは0.1秒ごとに軌道計算を繰り返して飛行していますが、その度に数値データが計算されます。そのデータをデータの種類ごとに時間を「添え字」とする配列の「要素」として保存することにしました。
 飛行が終わると赤枠の欄に最後の20行だけを表示します。〔↓一〕〔↓十〕〔↓百〕〔↓千〕〔千↑〕〔百↑〕〔十↑〕〔一↑〕のボタンで上下させて必要な個所を見ることができます。
 これまでは動いている画面とその場の状況を表す画面上の数字を見ることで飛行計画を実現する噴射逆噴射の〔時間〕〔パワー〕と発射角度を決めなければならなかったのですが、ここに表示されるデータは小数2桁までの詳しいデータであり、飛行終了後にデータをもとにじっくり考えて決めることができることになります。データの活用能力の育成に役立つはずですね。

〔向き〕の表示です。
 〔向き〕は画面の軌道上をロケットが進む向きですが、噴射や逆噴射をする〔時間」を決めるときに重要な情報になると思われます。したがって〔向き〕も小数2桁の正確なデータとして提供します。X軸の+方向が〔向き=0.00〕Y軸の+方向が〔向き=90.00〕X軸のー方向が〔向き=180.00〕Y軸のー方向が〔向き=270.00〕などの0.00~359.99の数字です。つまり反時計周りに増加する数字で向きを表現します。359.99の次は0.00です。

 実際に使ってみませんか!次のURLやバナーをタップするとも使うことができます。

 広告が邪魔で、という方は画面のどこかスミッコに…やΞのマークはありませんか!それを押してpcサイトを選択すると広告は消えるはずです。画面の図は変わりません。

http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/tukirokettosimyureesyonn1ver2.html



http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/tukirokettosimyureesyonn1ver2sumaho.html


上のプログラミングのⅠは月の重力を実際の数値の10倍にして飛行を容易にしていますが、次のⅡは実際の重力の値にしています。重力が極めて小さいので月の周回軌道をさせるのが大変難しいです。Ⅰのほうで軌道計画の作成が熟練したらⅡにチャレンジしてみてはいかがでしょうか。

http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/tukirokettosimyureesyonn2ver2.html



http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/tukirokettosimyureesyonn2ver2sumaho.html


 いかがでしたか。これでやっと永くチャレンジしていただくものになりました。



......




〔動く教材〕〔シミュレーション〕月ロケット軌道 スマホ用

2024-02-20 14:55:51 | 教材の開発
 前の投稿で「月ロケットシミュレーション」というパソコン用ソフトを紹介しましたが、スマホでは表示やボタンが小さくて、指二本を広げて拡大しなければいけない状況でした。

 そこでデータ表示を大きくして、ボタンも指でタップできるようにしました。スマホは縦長なので配置は容易でした。完全リセットなどの危ないボタンは、他のボタンと離して一番押しにくい上部に持ってきました。
 初期画面です。
 ボタンや表示はいかがですか?ずいぶん大きくしています。
 さっそく【発射】ボタンを押してみましょう。
 角度60度発射パワー400で打ち上がると、Uの字をふせたような軌道で上がって落ちてきます。時間は67です。
 頂点に達したのは時間67の中間ですから時間33がロケットが地球の地面と平行になったときです。このとき噴射すると地球の周回軌道に入れるかもしれません。
 そこで加速(噴射&逆噴射)の順の1の欄の時間10000を33と書き換えてみましょう。順番1の下の時間表示10000をタップしてください。
 次のような入力画面が出てきます。33と入力してOKを押すと
 このように10000が33に替わりました。
 さらに、その下の噴射パワーにも180と入力してあります。
 どうして180かというと、色々な数を入れて【発射】を押してみて、一番良かったのがこの数でした。
 そして、【発射】ボタンを押すと

 打ち上げられた後時間33のときパワー180でロケットが後方に噴射して地球周回軌道に入っています。

 さらに順番2のところにも時間180・噴射パワー100と入力して【発射】ボタンを押すと

 地球を飛び出して月に向かう軌道に入ります。月の裏側を回っていますから月の重力も感じているようです。

 地球と月の重力に従って色々な軌道を飛んでくれます。そんな遊びをしているうちに思いどおりの軌道を飛ばせることができるかもしれません。


使ってみませんか!
 次のURLかスマホの図をタップすると実際に使えます。よろしかったら遊んでください。
 ソフトにはⅠとⅡがありますが、月の重力を正しく設定(地球:月=1:0.0123)してあるのはⅡのほうです。しかし、重力が小さすぎて月の周回軌道に入るのが極めて困難なのです。そこで月の重力を10倍(地球の0.1倍)にして少しでも容易になるように設定したものがⅠとなります。まずⅠで熟練して、その後Ⅱに挑戦するのがいいでしょう。

 広告が出てボタンが押せないときは画面の隅(すみ)に Ξ や … の記号(縦になっているのもあり)があったら押してください。その表示の中に「PC版サイト」というのがあったらそれを選択すると広告は消えます。
 それでもダメなときは画面を指で適当な位置にずらしてください。
 タブレット·アイパッドの場合はパソコン用(前投稿)を横位置にするか、スマホ用を縦位置にして上の【完全リセット】を見えなくずらすといいようです。


《月ロケットシミュレーションⅠスマホ用》
http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/tukirokettosimyureesyonn1sumaho.html



《月ロケットシミュレーションⅡスマホ用》
http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/tukirokettosimyureesyonn2sumaho.html




前投稿です。
「月ロケット軌道シミュレーション」をつくりました。 - 作って遊ぼう&学校の応援

「月ロケット軌道シミュレーション」をつくりました。 - 作って遊ぼう&学校の応援

「月ロケット発射シミュレーション」というプログラ厶をつくりました。地球から打ち上げてロケットを飛ばします。目的は月の周回、何回まわれるかです。途中で6回の...

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〔動く教材〕〔シミュレーション〕月ロケット軌道Ver.1

2024-02-15 22:32:26 | 教材の開発
「月ロケット発射シミュレーション」というプログラ厶をつくりました。地球から打ち上げてロケットを飛ばします。目的は月の周回、何回まわれるかです。途中で6回のロケット噴射か逆噴射が可能です。地球を周回する軌道や月に向かって進んだり、更には月を周回したりと設定しだいで可能です。飛行計画を噴射の時間とパワー数で設定して打ち上げ(発射)します。
 パソコンでするのが一番いいのですがスマホでも可能です。その時は画面の必要なところを拡大して見てください。最後にそれができるサイトを示します。よかったら使ってください。
 これが初期画面です。
 地球と月の宇宙画面です。下にロケットの絵がありますが、地球の上の白い点にあるロケットを拡大したものと思ってください。初期設定として右水平地面からの角度を60度としてあります。画面下のボタンを押すと角度を変えることができます。初期設定の発射パワーは400です。この状態で【発射】のボタンを押すと、地球上の白い点の発射場から打ち上がります。
 発射したロケットが、チョットですが飛び上がって地球に戻ってきた軌道が見られます。右下の時計表示では時間67で戻ってきたところです。
 時間67は時間1が0.1秒という設定ですから6.7秒の飛行ということです。
 軌道に色がついていますが、1色は時間10(1秒)です。時間50(5秒)ごとに軌道上に時間数字が記録されます。
 プログラムでは発射後のロケットは6回の噴射や逆噴射の機会があります。これを利用して望むところにロケットを進める仕組です。つまり噴射の時間とパワーを入力することでそれを実現します。時間は整数・パワーはプラスの数字(少数可)がロケットの後方への噴射でマイナスの数字が逆噴射になります。つまりプラスが加速でマイナスが減速です。上下の時間とパワーが1セットです。噴射はロケットの進行方向だけですから、ロケットがどの方向に進んでいるかが重要です。
 では書き替えてみましょう。最初の時間の数字100000をクリックやタップしてください。

 すると、この入力画面が表示されます。拡大すると

 33と入力したところです。なぜ33かというと、発射から墜落までの時間が時間67ですからその半分の時間約33がロケットが地球と平行になると判断しました。このとき噴射すると、地球を周回する軌道に入ることができそうです。
 同様にその下のパワー「0」も書き換えました。何度かやってみてパワー180が良いようでした。

 入力済みの画面です。ここで【発射】のボタンを押すと地球の周回軌道になります。
 さらに2番目の時間とパワーにも入力して【発射】ボタンを押すと

 となります。
 軌道上に丸が2箇所ありますが、そこが噴射の位置です。
 ここにはロケットの絵がありませんから飛行途中の画面になります。どこへ飛んでいくのかじっと見ていると、何かドキドキして楽しいです。行く先を予測したりしています。「月を回った後どこへ行くかな~?」という感じです。この後も地球を周回するかぶつかるかですね。
 実はこうなります。

 不思議なものですね。こうなるんです。地球と月の重力につかまっていますからいずれはどちらかに墜落してしまいます。
 もっと、月に近づけないかと2番目のパワーを100から103に書き換えてみました。すると、

 こうなって近づきました。一番近づいた時間830で逆噴射をしたら月の周回軌道に入れるのではと予測して2番目の時間に830パワーにー50を入力しました。【発射】を押すと

 月を周回する軌道に入りました。最後は、

 見事、月を2周回ることができました。

 繰り返し、遊んで、遊んで時間が過ぎていきます。アイデアがいっぱい浮かんできます。画面上に時間表示が邪魔だな~。でも飛行計画づくりには必要だ。軌道が画面から外れても軌道計算は動いている。
 そこで改良です。
その1 ロケットが画面を飛び出しても飛行位置がわかるようにX座標Y座標を数字で表示するようにしました。
その2 時間表示「ある」「なし」のボタンを付けました。これは飛行中でもタップできます。
 その初期画面です。

 新しいボタンや表示を画面の上のほうに設置しました。どれもこれからの活用に役立っています。特に座標は、頭の中で画面の枠をず~と広げてくれます。
 実際、発射してみましょう。加速を2回計画しています。

 このような飛行です。月に近づいたところで逆噴射をさせると

 月を3周させることができました。

 実はこれまでのものは、月の重力を実際より10倍大きくして使いやすくしていました。そこで現実に近いものもやってみたいな~と思い最新作「Ⅱ」を作りました。

※ 月の重力は地球の0.0123倍ですが、約100分の1とあまりにも小さいので、月の周回軌道に入るのが極めて困難です。そこで初期のものは月の重力を地球の10分の1に設定したわけです。

 月の重力を地球の重力の0·0123倍と正しい値に設定した「Ⅱ」の初期画面です。

 見た目は一番上の表題だけがⅠからⅡに替わっただけですが中身は全然違います。月の重力の影響がⅠの約10分の1ですからロケットが月に接近しても、月が軌道に及ぼす影響は10分の1に減少しているということです。それを分かり易く実感できるのがこれです。

 発射パワーを565として月に接近します。発射角度を51度・52度・53度・54度と4回打ち上げてそれを重ねて記録した軌道です。月に接近して軌道を変えられています。51が一番遠くを通りますが、月の重力でわずかに曲げられています。52はもっと近くなるので影響は大きくなっています。53は月に吸い寄せられて墜落です。54は月の極近くを通過したので大きく軌道を曲げられて画面に入らないほどの大きな地球周回軌道になっています。最終的には51と52が月に、53と54が地球に衝突しています。Ⅰに比べて月の重力が小さいのが実感できたと思います。
 上のXとY座標の数値は月の座標内ですから54度が月に激突したことを示しています。
 では55度はということで、

 こんな複雑な軌道になります。最初に月の近くを通るとき、引き寄せられて曲がっていますが曲がりは小さいです。しかしその影響で地球を周る軌道になって、再び月に接近(2回目)します。さらに3回目もあって、最後は地球に衝突します。
 図形としても上下対象で不思議な図形です。ビックリですね。
 これがわかったのが大きな成果です。我ながら感動しています。

 これをつくるのに50日ほどかかりました。その間30日くらいは何が難だかわからなくなり手を付けずアイデアを待つ日々でした。私の制作の過程でそれがどうしても必要です。真剣に考えなければと思ってもアイデアは浮かんできません。数学の勉強をしたり手を動かしている中で突然浮かんでくるようです。考えて無くても無意識の中で考えを巡らしているようです。

 できれば皆さんに楽しんでもらいたいな~と思っています。子供たちに使ってほしいですね。

 次のURLをタップすると「月ロケット軌道シミュレーションⅠ」が開きます。

http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/tukirokettosimyureesyonn1.html



 次のURLをタップすると「月ロケット軌道シミュレーションⅡ」が開きます。

http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/tukirokettosimyureesyonn2.html


 


 

 最後まで読んでいただきありがとうございます。よかったら遊んでください。子どもたち(小学校高学年~大人)に紹介してください。

〔動く教材〕斜面上の物体と力(角度を変えて)中学校理科 高校物理

2023-12-22 22:15:58 | 教材の開発
やっと「斜面上の物体と力」についてのプログラムが出来上がりました。休みやすみ取り組んで20日ほどかかりました。斜面の角度に従って矢印が変わってきますから、すべての矢印を角度k°を使って計算します。使用するのは cos k° sin k° です。プログラムの最初のほうで ck = cos k° sk = sin k° と計算して変数に記憶させます(cos k°を計算して変数ckに計算値を入れる。)。この変数ckとskをいっぱい使って矢印を作っていきます。矢印の長さの90%は4px(1pxとは画面の最小単位)幅の実線で引き、残りの10%で矢印の先の三角形を描きます。こんなことをこんがりながらも頭をフル回転させてやっていきました。わからないときには「プログラムを書いてみて~どう描画するか?」を試してみました。「おかしかったらプログラムを書き直す!」です。大概は、ckとskを入れ替えるとか、+と−を入れ替えることで解決しました。しかし、どこがおかしいか全くわからず長考も何度もありました。そんなときは、何も考えないでいるとアイデアは自然と降りてきます。考えようとするよりこっちがイイようです。不思議です。頭では考えようとしなくてもいつも考えているんですね。これをちょっとずつ積み重ねて出来上がりました。

 これが初期画面です。
 右側の上から7つのボタンは力の矢印を一つ一つ表示させます。
 上の4つの黒ボタンはボタンに書かれた働きがいくつかの力の矢印で表現されます。
 下の -1 -10 +10 +1 のボタンは斜面の角度k°を変えるためのボタンです。上のボタンがどんな状態でも角度を変えることができます。
 重力の矢印が表示されていますが、右ボタンの重力ボタンの色が反転しています。文字の色の青が重力の矢印の色と同じになっています。他のボタンの色と矢印の色も同じような組み合わせになっています。
 矢印の先にある数字100は、その矢印の力の大きさです。物体の質量を10kgと設定していますので、それにかかる重力の大きさを100N(ニュートン)と便宜的に示しました。(実際は≒98Nとなりますが、チョットでもわかり易く簡単に表しています。)

 このプログラムは、どれかのボタンを押すと、すべての計算をして画面を表示させるものになっています。

 ではボタンを押してみましょう。
 まず”物体を押す力”ボタンです。

 斜面が物体を押す力の矢印が表示されました。画面から”矢印の色とボタンの色”が同じになっていますし、ボタンは反転もしています。わかり易いでしょうか。
 右側のボタンの場合は、他の6つもすべて同じで、ボタンに書かれた力の矢印を、ボタンの色で描いてくれます。

 上の黒ボタンも押してみましょう。
 まずは”つり合い”ボタンです。

 物体は”静止”していますからつり合い状態にあります。物体が触れているのは”斜面”と”ひも”ですから、”斜面と物体”では物体が斜面を押す力と斜面が物体を押す力が釣り合っています。
 ”ひもと物体”では物体がひもを引く力とひもが物体を引く力が釣り合っています。

 ”重力の分解”ボタンです。

 
 ”物体に働く力”ボタンです。


 ”物体が他に働く力”ボタンです。


 このように黒ボタンを押した場合には、働く力の矢印が表示されるだけでなく、右の色ボタンも反転しています。

※ 右ボタンの一番下の”リセット”ボタンは矢印の力を消すためのものです。

 次は、下の角度ボタンを押してみましょう。

 角度が10度になっています。30度から10度ですから、”ー10”ボタンを2回押せばいいですね。-1を20回でもいいですね。
 角度ボタンを1つ押すたびに、瞬時に計算して画面が変わります。タイムラグはまったく感じられません。


 次は14度になっていますから、更に”+1”ボタンを4回押したんですね。
 押すたびにですから、画面も11度12度13度14度と4回変わります。
 更に、



 90度の場合です。


 0度の場合です。


 角度は0~90度の範囲で変化するようになっています。

 以上、紹介しましたが、物体に働く力の理解に役立つものでしょうか。学校や個人学習で役立つものになっていれば嬉しいです。

 実際に使ってみたい方は次をクリックすると表示されます。

http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/syamennjyounobuttaitotikara.html


 最後まで読んでいただきありがとうございました。









〔動く教材〕気温・露点から湿度を求めるグラフ 中学校理科 高校物理

2023-10-08 15:10:06 | 教材の開発
ガラスコップに水を入れて氷と温度計を入れてかき混ぜ続けると、しばらくするとガラスコップに水滴が付き始めます。その時の温度を”露点(ろてん)”といいます。ガラスコップの周囲の空気が冷やされて、空気に含まれている水蒸気量が限界(飽和水蒸気量)に達してとけきれなくなって水滴となって出てくる現象です。「あ~、中学校でやったな〜!」「梅雨どきにガラス窓の内側に水滴がつくことに”ナットク”だったな~。」・・・・・・

 今も中学校理科では勉強しています。気温は温度計で測ります。露点は先に説明した方法で測れます。それらの温度の飽和水蒸気量から湿度は 
〔湿度(%)〕=〔飽和水蒸気量(露点)〕÷g〔飽和水蒸気量(気温)〕×100
 で計算することができます。

 この理解を容易にするために飽和水蒸気量と温度のグラフのプログラムを作りました。
 初期画面はこれです。
 飽和水蒸気量とは、その温度の空気(気温)が精いっぱい含むことのできる水蒸気の量です。この空気の場合は湿度100%です。雨のときの外の空気がこの状態です。
 晴れや曇りのときにはこんなに水蒸気は含まれていません。その水蒸気量を調べるのがガラスコップの実験です。少しずつガラスコップの周りの空気を冷やしていくと水滴が付き始めます。そこが露点ですが湿度100%になったということです。このことでその空気に含まれている水蒸気量がわかります。露点の温度からその飽和水蒸気量がわかりますが、それがその空気に含まれる水蒸気量です。初期画面でいうと気温の棒グラフの水色の部分が全体の何%に当たるかというのが湿度です。「70~75%ぐらいかな~?」という感じですね。先の式からすると 12.8 ÷ 17.3 × 100 ≒ 73.99・・ ですから電卓で計算すると、湿度は74%ですね。年老いた私の頭は「ああ~わからなくなる、、、、」となりそうです。

 さてプログラムを使ってみましょう。
 湿度目盛表示ボタンを押してみます。
 赤で示したところです。画面に目盛が表示されました。
 目盛部分だけを大きく示すと
 こんな感じです。目盛と赤線から、



目測で?%か湿度がズーとわかり易くなりましたね。

 湿度数字表示ボタンを押してみます。

 するとこんな表示になります。
 その部分を大きく表示すると

 計算された湿度の数字が表示されます。

 初期画面だけでお話してきましたが、実際は”任意の気温と露点”ですから、その任意の気温と露点に、赤で示したボタンを押して合わせます。

 この画像は湿度目盛表示と湿度数字表示ボタンを押していない場合ですが、その両方を押すと

 このようにグッとわかり易くなります。ここに説明したのが操作の全てです。わかっていただけたでしょうか。

 これをどうやって作ったかですが、ボタンはすべていつでも押せます。そのボタンの押された状態で状況が変わりますが、その状況を0.1秒の間隔で画面を描き出すようになっています。何かを押すとすぐ変わるのはそのためです。でも何も押さなくても0.1秒毎に同じものを描き続けているのです。アニメーションの手法と同じです。

 よかったら実際に使ってみませんか。
 パソコンやタブレット用に作ってありますが、スマホでも十分に使えます。
 次の図をクリックすると使うことができます。飛び先は、私のホームページ「開かれた学校の応援」です。下のURLをクリックしても、同じところに飛んでいきます。

 もしも広告が出てきたら、マーク︙や…やΞを押して「PC版サイト」モードを選択すると、消すことができます。

http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/situdowomotomerugurafu.html





 最後まで読んでいただきありがとうございました。


 次はキッチンペーパーアニマルの準備を始めます。来年は何年だったかな~?

 お楽しみに!!
 

〔動く教材〕〔シミュレーション〕気体の圧力粒子モデル(斜め45度のセンサー) 中学校理科 高校物理

2023-10-01 14:27:59 | 教材の開発
閉じ込められた気体であれば、縦でも横でも、斜めでも圧力は同じです。それを粒子モデル実験で確かめるものとして”斜め45度のセンサー”を設置しました。圧力は単位面積当たりの力ですが、この粒子モデルの場合は2次元の世界の粒子なので、圧力は同じ長さ当りの力となります。垂直や水平の壁であれば面に垂直な速さ成分を”正負反転”させて、水平成分は”変わらない”という計算で”跳ね返り”を表現できますが、斜め45度の場合は「どうしたらいいんだろう?」と考えました。その結果、
 斜めの緑センサーで跳ね返るかの判断は、センサーの内側に入ってくる粒子を感知することです。緑センサーは座標(100,0)(0,100)の間に引いた線ですから粒子の座標を(a、b)とするとa+b<=100となる粒子が緑センサーの内側にいこうとして跳ね返るものです。
 この構造で緑センサーの長さが決まります。縦100横100の直角三角形ですから斜め線の緑センサーの長さは100✕√2≒100✕1.414= 141.4 となります。青センサーの長さは同じ141.4にしています。
 次に跳ね返った後の粒子の進む先は、
 このように、速さや動きの方向(速度)のx成分とy成分を正負を転換して、x成分とy成分を交換することです。
 
 では使い方や動きを紹介します。
 まずは初期画面です。
 起動当初から”力”や”跳ね返りの粒子数”を表示することにしました。このことはこれまで紹介した3つの粒子モデルにも改良を加えています。温度を変えると”温度表示の数字”を上限として力が表示されます。垂直に跳ね返ると上限値となります。薄く跳ね返ると小さくなります。初期画面の長さは最長の700としました。左端に緑センサーがあるので、小さくすることができず、長さの最小は150としました。

 ボタン←100を2回押しました。
 このような表示になります。
 この状態で実験してみましょう。ボタン実験を押します。
 ボタン実験は白くなって準備中になります。ボタン5分間を押します。
 準備中は実験中に変わります。秒表示が実験時間をカウントして300秒になったとき実験が終わります。
 測定値が表示されたままになっています。結果をノートなどに転記してください。青センサーと緑センサーの粒子数と力の和を比較してください。いくらか差があります。
 同じ条件で、2回目の実験です。

 今準備中の状況です。温度ボタン10を押してみましょう。粒子の速さが10倍になりました。
 更に実験ボタンを押します。

 ボタン5分間を押して300秒後の結果です。(1回目)

2回目です。

 2回目はこれまでより近い数字になりました。
・・・・
・・・・
ボタン2分間も押してみました。


 青センサー、緑センサーとも、ほぼ同じ粒子数、ほぼ同じ力の和となることがわかります。

 実際に使ってみませんか。次の図をクリックすると実際に使えるサイトに移動します。

気体の圧力実験(粒子モデル)斜めの面



http://hirakaretagakkou.web.fc2.com/puroguramu/kitainoaturyokuryuusimoderu4.html





 

〔動く教材〕〔シミュレーション〕気体の圧力粒子モデル(横向き上向きのセンサー) 中学校理科 高校物理

2023-09-23 23:37:32 | 教材の開発
前の投稿で気体の圧力実験(粒子モデル)を紹介しましたが、次に「こんな疑問がわいてくるんじゃないかな~?」と考えがめぐって、次のような実験を考えてみました。
 それは何かというと「これまではセンサーを横にして測っていましたが、上下の壁ではどうなのか?」という疑問です。底と横の壁に同じ長さのセンサーを付けて、それらにぶつかる粒子の力の和を測定して確かめる実験です。

 センサーは、横向きを”青センサー” 上向きを”緑センサー”とします。どちらの長さも同じです。圧力は単位面積当たりの力ですから、この2次元の実験装置では”長さが同じ”ということが”圧力”の大小を比較する基本的な条件になります。
 〔リセット〕のボタンは、いつでも押せます。初期状態(長さ350温度1)に戻ります。
 粒子は常に動き回っています。プログラムが終わるまで動き続けます。

 上の図が初期状態ですが、下の長さのボタンと温度のボタンを押して、実験したい長さと温度にします。

 実験するときには、まず〔実験〕のボタンを押します。すると〔実験〕は〔準備中〕に変わって白くなります。その右側のボタンが押せるようになります。勿論、下の長さと温度のボタンも押せる状態です。

 では、一番右の〔手動〕ボタンを押してみましょう。
〔手動〕は〔ストップ〕に変わって計測が始まります。ボタンの色も白に変わります。粒子がセンサーで跳ね返ると”力の和”に表示されて数字が増えていきます。
 実験中は下の長さと温度のボタンは押せません。
 時計表示を見ながら〔ストップ〕を押すと測定が終わります。また〔準備中〕に戻ります。


 私も実験を何度もやってみましたが、温度が低かったり長さは長いと青と緑のセンサーの大小はかなりばらつきがありますが、温度を高くしたり、長さを短くしていくと同じ数字に近づいていきます。上向きと横向きの面の圧力は”同じ”ということが結論できるでしょう。

 実際のものがここにありますので、次の図をクリックすると開きます
どれでもボタンを押してみてください。決して壊れることはありません。わからなくなったら左上の〔リセット〕ボタンを押せば最初に戻ります。押すと画面や粒子の飛び方が変わってそれだけでも楽しいです。


気体の圧力実験③(粒子モデル)







〔動く教材〕〔シミュレーション〕気体の圧力粒子モデルVer.1 中学校理科 高校物理

2023-09-21 18:27:24 | 教材の開発
粒子モデルの2つ目です。粒子モデルで理解を助けるのが「気体の圧力」の現象です。ここでは気体の分子などの粒子が壁にぶつかることによって力が生じることを「目」でとらえてほしいということです。さらに「粒子がぶつかる粒子の数」をかぞえることや、「粒子がぶつかるときの力を足し合わせる」ことによって、定量的な理解にまでつなげたいと考えて作りました。
 たくさんの皆さんに使っていただいて、ご意見がいただければと思っています。最後に実際に使える場を作りますので、覗いていただけたら嬉しいです。

 まずスクリーンショットの写真で紹介をします。

 開発したのは2つ「時間を決めて壁の面にぶつかる粒子の数をかぞえるもの」

 2つ目は「粒子がぶつかるときに壁の面を押す力を足し合わせるもの」

 ご覧の通り中央に箱があってその中を50個の粒子が飛びまわっています。起動してから終了するまでズーと動き続けています。箱の右側の青色の壁がセンサーです。ここにぶつかる粒子の数をかぞえます。
 初期画面は温度は”1”、長さは350としています(最大値は700.最小値は50)。粒子モデルなので”単位”はありません。数字がその量を示しています。数字が2倍になると温度が2倍(温度は粒子の速さですから速さが2倍)になります。

 画面の下にあるボタンです。
 上の方が長さの数字を増減させるボタンです。”長さ”の左側が減少させるボタン、右側が増加させるボタンです。”希望する長さ”に1の精度で合わせることができます。押すたびに壁が動きます。
 下の連続した箱のようなものはボタンです。どこを押したかは上のインジケーターが点灯してわかります。数字は温度です。一般の温度とは違います。”15”だから15℃という理由(わけ)ではありません。温度は粒子の速さですから”温度1”の粒子の速さの15倍が”温度15”の速さという風に作っています。
 数字のところを押すと飛びまわっている粒子の”速さ”が変わります。

 希望する長さと温度が決まったら実験をします。
 上の方が初期状態のボタンです。
 まず、実験をしようとすると”実験ボタン”を押します。すると実験ボタンは色が白に変わって”準備中”という表示になります。
 この状態で、右側の”30秒間”、”1分間”、”2分間”、”5分間”、”手動” のボタンが押せる状態になっています。この状態でも下の長さや温度を変えるボタンは押して値を変えることができます。
 ”1分間”のボタンを押すと、上図の下のような画面になります。”準備中”は”実験中”、”1分間”は白く変わります。右側の”粒子数”が粒子が青の壁にぶつかるたびに1ずつカウントされます。”時間(秒)”は押したときを0秒として60秒となった時点で実験が終わります。そのとき、実験中は”準備中”に変わって、再度実験できる状態になります。”30秒間””2分間””5分間”のボタンも同じ仕組みです。
 ”手動”ボタンは押すと粒子数がカウントされて時計がスタートします。”手動”ボタンは白くなって”ストップ”という表示になります。時計を見ながら希望する時間に”ストップ”ボタンを押すと実験は終了して”準備中”となって再度実験できる状態になります。

 実験中の画面です。


 「粒子がぶつかる力とは?」という説明文を作っています。
 画面右の「力の和」は、この数字を足し合わせたものを表示します。

 下の図をクリックすると実際に使える画面が開きますので、良かったら”ポチッ”と押してください。
 粒子がズ〜と動いています。長さのボタンや温度のボタンを押してみてください。動きがおもしろいです。


粒子の数をかぞえるもの


壁を押す力を足し合わせるもの



 最後まで読んでいただきありがとうございました。まだ粒子モデルのシリーズは続きます。子どもたちの思考を考えると「疑問点」が出てきて新しいアイデアが浮かんできます。
 例えば別の面にもセンサーを付けてみよう。









〔動く教材〕〔シミュレーション〕物質の三態変化粒子モデル 中学校理科 高校物理・化学

2023-09-02 21:37:21 | 教材の開発
永らく投稿ができませんでしたが、プログラミングで絵を描くことを勉強していました。JavaScript(ジャバスクリプト)のCanvas(キャンバス)という描画です。勉強していく中で「1秒間に数十枚の描画を置き替えることでシミュレーションが作れる!」ということがわかりました。Basic(ベイシック)でプログラミングしていた40年ほど前にはとても考えられなかったことができます。1枚の描画にたくさんの計算をして描いていますが、それを瞬時にやってしまいます。これまでのパソコンの進歩は驚くばかりです。

 これからまずスクリーンショットの写真で説明していきますが、スマホやパソコンで実際に使えるところを紹介しますので、後ほどぜひ使ってみてください。

 最初に作ったのが「アナログ時計」です。
 これはCanvasのシミュレーションを学んで実践する登竜門、初心者が挑戦して力を確かめるもののようです。ということで私もチャレンジしました。
 パソコンはデジタルですが、その数字を拾って計算してアナログ時計に描画していきます。sinやcosもπ(パイ)なんかも使って計算して外周の円にある目盛や時針分針秒針を描いています。それを20分の1秒で描いて、消して、また描くということを繰り返すプログラムです。するとアナログ時計になります。
 だいたいのプログラムの仕組みがおわかりになったと思います。こういう仕組みを使って本命の粒子モデルにチャレンジすることにしました。これはもっと素速い動きなので50分の1秒としました。
 物質は温度を上げていくと固体・液体・気体と変化していきます。その境目には融点(ゆうてん):とける温度・沸点(ふってん):液体の中から気体が飛び出してくるところがあります。氷が解けたりやかんの水がボコボコ鳴り出したりして現象的にはわかりますが、実際ミクロな粒子の世界ではどんな動きをしているのかをシミュレーションで示せそうです。
 まず作ったのが粒子の数を100個と決めて固体内や液体内で温度によって粒子の動きがどう変化していくか、また固体から液体へと変わる融点でどう変化していくかのシミュレーションです。

 「物質の三態変化粒子モデル〈固体・液体〉プログラム」です。
固体の状態です。

 この図はスクリーンショットですから動きは表現できませんが、実は細かくランダムな方向に振動しています。温度が高くなるとその振動の幅が大きくなっていきます。固体の状態は、振動する基準となる位置が動きません。固体の形が変わらないのはそういう理由です。

液体の状態です。

 位置がバラバラという感じです。温度が上がって振動の幅が大きくなっていくと隣り合う粒子の間が小さくなって反発し合って基準の場所から跳ね飛ばされてしまいます。するともう基準の場所には戻れません。1個跳ね飛ばされると次々にそんな粒子が増えていって全部の粒子が振動しながらランダムに移動していきます。これが液体です。さらに温度を上げていくと振動の大きさがもっともっと大きくなっていきます。こういう状況が見て取れます。

 ここまで来たら気体も観てみたいですね。しかし、気体では体積が急に大きくなるのでこのモデルでは表現できません。
 そこで粒子の数を25個と決めて、その表現にチャレンジすることにしました。
 それがこれです。


 小さな容器を作っておいて、そこに25個の粒子を入れて固体(上図)と液体(下図)の状態を表現します。液体の温度を上げていって沸点の温度になると、容器の中から、振動が大きくなった粒子から飛び出していきます。

 沸点になったばっかりの状態がこれです。

 7個の粒子が飛び出しています。その後、次々に飛び出していって全部飛び出したのが気体の状態です。

 これがパソコンの中では壁にぶつかりながらはね返り永遠に動き続けます。こういう粒子(分子原子)の世界(ミクロの世界)では減衰(げんすい)するということはありません。それも表現しています。「温度ってなに?」という質問にも答えになっていると思いますがいかがでしょう。

 最後ですが、できれば中学校理科や高校の化学や物理の授業で使っていただけるよう活動もしていきたいと考えています。
 実物は次の画像をクリックしてもらえるとプログラムが開いて使うことができます。
 ぜひ皆さんに広めていただければ嬉しいです。特に学校関係者への紹介をよろしくお願いします。

物質の三態変化粒子モデル固体液体シミュレーションです。
 プログラムが開いたらきれいにならんだ粒子が小さく振動しています。下の温度目盛のどこを押してもその温度の動きを観ることができます。融点沸点を超えて温度を下げることはできません。右一番下の「全温度 低温→高温」ボタンを押してもおもしろいですよ。
 プログラムが開いたら下の温度目盛を押してください。その温度の粒子の動きを観ることができます。融点沸点を越えて温度を下げることはできません。
 右下の「全温度 低→高」ボタンを押すと全温度変化を観ることができます。沸点融点のところは劇的に変化します。特に沸点の粒子の飛び出すところは開放された気分になります。
 円を描いて60個のメモリを引いて、5メモリごとに太くして、30ごとにもっと太くして外枠を描きます。ここは一回だけ描くだけです。内側はパソコンやスマホの中にあるデジタル時計の数字(アナログ時計の下に表示されているのがその数字)を使って時針分針秒針を描いていきます。しばらく間をおいて消すのは円を描くだけです。これを20分の1秒ごとに繰り返すとこんなになめらかなアナログ時計となります。また、これを1秒毎にくり返すと「カクカク」とした一般の機械式時計の動きにくいなります。


 開発したプログラムを一括して掲載したホームページがあります。ぜひここもご覧ください。

QRコードはこちらになります。他の人に紹介するとき使ってください。


 最後まで読んでいただきありがとうございました。
 2学期になりましたので、放課後子ども教室やクラブ活動が始まります。これから準備に取りかかります。まずは紙トンボです。








雛飾りゲーム(更新)いくらかスムーズに動きます。

2023-05-16 22:25:36 | 教材の開発
 《修正箇所》
1 ボタンを押すごとに’音’を鳴らしていましたが、その度にファイルから読み込んでいたので遅れてしまいました。そこで音を鳴らすのをゲームのスタートとひな壇完成のときだけとしました。
2 お手付きのとき音以外に合図が無かったので、0.5秒間だけを表示するようにしました。

 たったこれだけですが、プログラム上では半日ほどかけて修正しました。今度は楽しんでいただけるものと思います。次の画面をポチっとしてください。

 前の音入りが良いという方は前回の投稿から入ってください。

雛飾(ひなかざ)りゲームをつくりました。 - 作って遊ぼう&学校の応援

雛飾(ひなかざ)りゲームをつくりました。 - 作って遊ぼう&学校の応援

この方をご存知ですか。プログラマーの若宮正子(わかみやまさこ)さんです。1935年(昭和10年)生まれの88歳です。81歳でiPhone用ソフトHINADANを作られたそうです。詳...

goo blog


 ゲームをする前に、左上の〔完成〕ボタンを押すと雛飾りの正しい位置が表示されます。それを見て覚えてからゲームをするとお手付きが少なくなります。
 右上の〔名前付〕も押してみてください。勉強になります。







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雛飾(ひなかざ)りゲームをつくりました。

2023-05-14 23:43:41 | 教材の開発
 この方をご存知ですか。プログラマーの若宮正子(わかみやまさこ)さんです。1935年(昭和10年)生まれの88歳です。81歳でiPhone用ソフトHINADANを作られたそうです。

(写真はここからお借りしました。)
 詳しくはここをポチとしてもらうと見ることができます。
 若宮さんのアプリを使ってみたいと試みましたが、今のスマホでは使えなくなっているようです。

 私の今の実力でHINADAN似のアプリが作れるか挑戦してみました。次のスマホ・タブレット縦置き用プログラムが完成しましたので使ってみてください。次の画面をポチっとしてもらうと開きます。良かったら何度でも遊んでください。
 音を鳴らすのに時間がかかるようです。ボリュームを小さくするとスムーズに進行できるようです。


 いかがでしたか、楽しんでもらえたでしょうか。これからは小学校でプログラミングの教室を開けないか校長先生に相談しようかなと考えています。



脳トレソフト(さんすう)使ってください。

2023-04-28 12:59:00 | 教材の開発
 パソコンやスマホ横置き用の脳トレができました。さんすうのたしざん・ひきざん・かけざん(九九)を使った脳トレです。「1回押す(ワンプッシュ)」を答え入力とするために、となりどうしの数を計算した答えの1の位だけを押してもらうことにしました。問題は10回連続が1セットです。「何秒でできるか」と「間違わないで100点が取れるか」がトレーニングです。何度でも繰り返してください。画面の下側に記録が残ります。
 たしざん(1)、たしざん(2)・・・と数字が大きくなりますが、チョッとずつ難(むずか)しくなります。
 たしざんひきざんは小学1年生、かけ算(九九)は2年生程度です。でも古い頭脳ではうまく計算できないときがあります。練習(トレーニング)が必要ですね。

 画面をクリックすると脳トレが開きます。

〔関係ホームページ〕








 いかがでしたか。頭を鍛えてブログ投稿がスムーズになればいいですね。ぜひ活用してください。
間違いが多かったら、ぜひ「さんすうのがくしゅう」のところで勉強するのもいいですよ。次の図をクリックすると開きます。

 学校支援プログラムソフトも音が出るようバアージョンアップしました。

 これからも何度も使っていただけたら幸いです。よろしくお願いします。
 学校から意見を聞いてこれからも支援ソフト·脳トレを作っていきます。

〔関係ホームページ〕