Олімпіади та конкурси. Методична бібліотека з фізики: Інтернет-олімпіада школярів з фізики Інтернет олімпіада барсик з фізики

BARSIC (Business And Research Scientific Interactive Calculator) є мовою програмування, що інтерпретується, з псевдокомпіляцією вихідного коду в brc-файл (скорочення від BARSIC Compiled). Спочатку виник як надбудова над бібліотеками управління науковими та навчальними настановами. У тому числі із засобами відображення графіків та проведення обчислень за формулами, що задаються користувачем. Надалі були додані засоби візуального проектування інтерфейсу користувача. Це об'єктна мова з розвиненими засобами процедурного програмування (функції-вираження, підпрограми з різними модифікаторами видимості зовнішніх елементів усередині підпрограм, модулі, структури) та елементами об'єктності (набір вбудованих певних класів як спосіб організації зручного доступу до бібліотек). Передбачається додавання власних класів за моделлю прототипування.

Серед інтерпретованих мов відрізняється наявністю жорсткої статичної перевірки типів у всіх синтаксичних конструкціях за винятком кількох спеціально призначених для інтерпретації. Динамічна перевірка також ведеться. При цьому синтаксичні конструкції мови обрані таким чином, щоб транслятор вдалося максимально точно локалізувати місце синтаксичної помилки. Завдяки цьому різко підвищується швидкість розробки програм та знаходження помилок.

В даний час найбільш широко використовуваними програмами BARSIC є навчальні моделі з фізики та математики:

• доступна у відкритому доступі віртуальна лабораторія barsic.spbu.ru
• моделі та тести Інтернет-олімпіади з фізики з СПб та Північно-Західного регіону РФ. Наразі через Інтернет-олімпіади з фізики на основі тестів і моделей, що виконуються в середовищі BARSIC, пройшло близько 5000 осіб (тільки в листопаді 2007 року 1083 особи за 10-ми класами та 1246 осіб за 11-ми класами).

Склад програмного комплексу BARSIC

• безкоштовне вільно розповсюджуване середовище barsic.exe (і супроводжуючі файли) — 'програвач' файлів BARSIC
• середовище barsicIDE.exe розроблення програм-додатків, вільно доступне для некомерційного використання

Основні особливості мови та середовища BARSIC

Програмний комплекс BARSIC призначений для розробки та використання прикладних програм-додатків, що працюють під управлінням виконуючого середовища BARSIC. Основними областями застосування комплексу є розробка програм навчального призначення у галузі фізики, математики, інформатики та інших галузях, а також програм для наукових чисельних математичних розрахунків та математичного моделювання, переважно у галузі фізики. Крім того, комплекс спеціалізований для створення програм інтерактивного управління комп'ютеризованими експериментальними установками на основі персональних комп'ютерів, а також обробки та візуалізації отриманих експериментальних даних та порівняння їх із теоретичними залежностями.

Мова BARSIC, за допомогою якої здійснюється програмування програм-додатків, є універсальною об'єктною мовою програмування та містить розвинені засоби побудови двовимірних та тривимірних графіків, анімації зображень, математичної обробки даних, управління експериментом. p align="justify"> Середа розробки містить розвинені засоби візуального проектування інтерфейсу додатків.

Відносна незалежність програм від конкретної версії виконуючого середовища дає важливу перевагу: додавання нових можливостей у середовищі автоматично розширює можливості програми-додатку. Наприклад, робота з файлами, графіками, базами даних, комп'ютерними мережами тощо. Найважливішою особливістю мови BARSIC є надійність програмування. У BARSIC передбачено спеціальні засоби підвищення надійності.

По-перше, вибрано такий синтаксис мови програмування, щоб через випадкові друкарські помилки під час набору програми мінімізувати ймовірність виникнення недіагностованих помилок. На відміну від BARSIC, такі мови, як , JavaScript, дуже сильно схильні до цих помилок через правила автоматичного приведення типів, а також вільної типізації (для JavaScript і Visual BASIC). Дещо меншою мірою ці помилки характерні для і , а ще меншою мірою – для (за винятком роботи з рядками, де такі помилки для типові) і (Delphi).

По-друге, синтаксис мови програмування BARSIC побудований на принципі максимальної зрозумілості для людини та принципі автодокументування програмного коду. Це означає, що сам текст програми у переважній більшості випадків дає можливість зрозуміти, що мав на увазі програміст. Тому в програмах, написаних на BARSIC, майже не треба вставляти коментарі, що не лише економить час, а й позбавляє неприємної нетворчої роботи, яку так не любить більшість програмістів. В інших відомих нам мовами програмування цей принцип не виконується.

По-третє, в BARSIC на рівні середовища вбудована система перехоплення та обробки так званих виняткових ситуацій. При цьому якщо програміст заздалегідь не передбачив дій у разі поділу на нуль, введення замість числа іншого символу, програма не завершить роботу в аварійному режимі, як буває в більшості програм, написаних іншими мовами програмування. Середовище BARSIC видасть діагностику помилки, після чого можна буде повторити введення з виправленням неправильно введених значень чи символів та продовжити роботу. Обробка виняткових ситуацій є у більшості сучасних мов програмування, але BARSIC забезпечує додатковий захист від винятків лише на рівні виконуючого середовища навіть у випадках, коли програми, написані на або , виявляться непрацездатні.

По-четверте, в інтегроване середовище BARSIC вбудована підтримка роботи з інтерфейсом користувача методом візуального проектування. Це робить BARSIC середовищем RAD (Rapid Application Development) – засобом надшвидкої розробки програм.

Мови програмування та інтегровані середовища

За словами творця першого інтегрованого середовища FRAMEWORK, інтегроване середовище - це така прикладна програма, що користувач, запустивши її на початку робочого дня, знаходить у ній всі необхідні для роботи ресурси і тому не виходить з інтегрованого середовища до кінця робочого дня. Звичайно, це визначення не дуже коректне і дещо ідеалізує ситуацію, але його загальний зміст є досить зрозумілим.

Основна особливість інтегрованих середовищ - високий ступінь інтерактивності. Вона досягається за рахунок інтеграції в єдине ціле різних програмних ресурсів, звідси і походить назва. Так, інтегроване середовище будь-якого компілятора мови програмування (програми, яка з тексту даної мови програмування створює програму, що виконується) зазвичай містить текстовий редактор і власне компілятор з системою діагностики помилок компіляції. Крім того, в ній зазвичай є також відладчик-інтерпретатор даної мови, що виконує програму рядок за рядком і має ряд інших спеціальних можливостей.

Один з напрямків, що активно розвиваються, візуальне проектування -повністю засноване на використанні можливостей інтегрованого середовища. Користувач в інтерактивному режимі вибирає необхідні для програми об'єкти мови програмування і встановлює між ними зв'язки. Популярність таких мов як (Microsoft), а також (середовища Delphi та Kylix, Borland), не випадкова. Навіть недосвідчений програміст, який не знає крім інших мов програмування і ніколи не програмував під Windows, може за два-три дні за допомогою створити прикладну програму, що працює під Windows. А ось програмісту високого класу, що не програмував до того під Windows, за допомогою часто доводиться для створення такої програми витратити тижні, а то і місяці. Щоправда, має ряд істотних обмежень. За допомогою середовищ візуального проектування можна створювати складні програми, не набравши з клавіатури ні рядка коду.

Однак у всіх програм, створених на основі традиційних мов програмування процедурного типу, є один і той же недолік. Їх виконуваний код -це одне, а оброблювані програмою дані -зовсім інше. Справді, код програми міститься у файлі з розширенням EXE, а дані - або у спеціальних файлах даних (як правило, у текстовому або двійковому вигляді у внутрішньому поданні комп'ютера), або вводяться з клавіатури або з іншого зовнішнього пристрою.

А тепер поставимо запитання: як бути, якщо користувач повинен дати програмі, що виконується, інформацію, яку можна розглядати як "додаток" до тексту програми? Наприклад, ми хочемо, щоб на екрані було збудовано графік функції, і в подібній програмі забезпечуємо всі необхідні сервісні можливості. Однак формулу для функції повинен задати сам користувач, і невідомо, яка вона буде.

Цілком очевидно, що подібні завдання можна вирішувати тільки за допомогою системи-інтерпретатора. Але "за все доводиться платити". Компілятор переводить текст програми у виконуваний код, який може працювати без програми-компілятора. Програми ж, створені з урахуванням мов інтерпретуючого типу, можуть виконуватися лише під керівництвом програми-інтерпретатора. Крім того, вони працюють повільніше за скомпільовані, так як інтерпретація займає додатковий час. Однак у багатьох випадках це несуттєво.

Інтернет-олімпіада школярів з фізики підходить тим учням 7-11 класів, які цікавляться фізикою, на досить високому рівні знають математику та володіють комп'ютерними технологіями.

Основна відмінність від інших олімпіад із фізики полягає у використанні віртуальних лабораторій. Завдання складаються в такий спосіб, щоб відтворити особливості, властиві реальному фізичному експерименту.

Олімпіада проходить у два етапи. Дистанційний проводиться онлайн та включає два заочні тури. Заключний (очний) етап організується з урахуванням комп'ютерних класів вузів-організаторів.

Що нового

Як брати участь

1. Дочекайтесь інформації з розкладом олімпіади на офіційному сайті. Попередній розклад олімпіади →
2. Зареєструйтесь на офіційному сайті та почніть виконувати тренувальні завдання.
3. У зручний день беріть участь у першому дистанційному турі. Не забувайте, що відводиться лише одна спроба та час обмежений.
4. Дізнайтеся попередні результати. Якщо не згодні з виставленими балами – апелюйте.
5. Вирішуйте завдання другого дистанційного туру. Це обов'язково, тому що підсумок відбору – сума за обидва заочні змагання.
6. Дочекайтеся результатів, якщо необхідно – подайте апеляцію.
7. Завантажте на офіційному сайті сертифікат переможця чи призера відбірного етапу.
8. Зареєструйтесь на фінал, обравши найзручніше місце проведення.
9. Приходьте на очний етап.
10. Чекайте на попередні результати. Якщо не згодні з виставленими балами – подайте апеляцію.
11. Дізнайтеся остаточні підсумки та критерії визначення переможців та призерів.
12. Наводьте своїх батьків та вчителя на нагородження, щоб було кому сфотографувати вас із диплом у руках на сцені.

Що особливого

Як готуватися

Вирішуйте завдання минулих роківРозберіть складні місця з учителем. Задавайте питання. Школа зацікавлена ​​у вашому успіху – це підвищує її престиж. Завдання та рішення →

Вирішення завдань інтернет-олімпіади СПбДТУ у середовищі BARSIC

Як проводиться олімпіада

Олімпіада складається з двох етапів, дистанційного (відбіркового) та заключного (очного). Дистанційний етап складається з двох турів, кожен із яких можна проходити з будь-якої точки світу. Перед кожним туром доступні тренувальні завдання, виконання яких не впливає на результати, але дозволяє освоїтися в олімпіадній системі та потренуватися у виконанні завдань.

Реєстрація, як і участь в олімпіаді, є вільною, безкоштовною та проводиться єдиним способом:

• Самостійна реєстрація учнів- З самостійним отриманням пароля. Надає можливість участі в олімпіаді без реєстрації представником навчального закладу. При цьому не потрібні жодні дозвільні дії з боку школи або Оргкомітету олімпіади. Прохання учасникам відповідально ставитися до реєстрації і не створювати записів, що багато разів дублюються.

Проходити завдання з моделями можна лише з програвача BARSIC версій 11.85 – 11.88, інші завдання можна виконувати як з BARSIC, так і з будь-якого браузера.

За повторне відсилання результатів на сервер нараховуються штрафні бали (для тесту 4 штрафні бали, для решти завдань 1 штрафний бал). Знаходити відповіді перебором значень заборонено.

Після входу по логіну та паролю під час дистанційного туру олімпіади учаснику зазвичай дається 1 година 30 хв. до того бали зберігаються. При повторному заході завдання параметри завдання змінюються - будьте уважні! Повторне проходження олімпіади під іншим логіном чи інші варіанти нечесного проходження олімпіади категорично заборонені.

Дистанційні тури відбуваються в такий спосіб. Після входу в будь-який із днів туру з програвачем BARSICна сайт олімпіади та залогінення по отриманому в результаті реєстраціїлогіну та паролю учаснику пропонується розпочати виконання олімпіадних завдань. Якщо він погоджується, починається відлік часу - учням 7 класу виконання завдань дається 1 годину 20 хв, 8 і 9 класу - 1 годину 30 хв, 10 і 11 класу - 2 години. Можливі повторні заходи протягом цього часу (наприклад, у разі "зависання" комп'ютера та пов'язаного з цим перезавантаження) - при цьому всі набрані бали зберігаються. Після закінчення належного часу вхід за логіном учасника закривається.

Розбір найбільш показових завдань олімпіади з використанням середовища BARSIC

Є багатополюсник - "чорний ящик" з проводами, що виходять назовні. Відомо, що всередині є три постійні опори (резистора) R1, R2 і R3, якимось чином з'єднані один з одним і з вихідними клемами. Для опору відомо, що R1< R2 < R3, и что от каждой ножки резистора имеется хотя бы один провод, выходящий наружу из "чёрного ящика". Также имеется источник постоянного тока и мультиметр - измерительный прибор, позволяющий измерять токи, напряжения и сопротивления. Данные приборы могут располагаться только в правой части экрана, провода не могут пересекать "чёрный ящик". Произвольное количество разноцветных проводов можно перетаскивать из хранилища,

розташованого у лівій верхній частині екрану. Визначте з точністю до сотої ома значення R1, R2 та R3. Прилади та проводи можна перетягувати мишею та підключати до клем панелі. На шкалі мультиметра літера μ біля діапазону означає "мікро", літера m - "мілі". Тип вимірюваної величини та межа вимірювальної шкали мультиметра змінюється за допомогою повороту ручки. У цьому роботі вимір опорів в мультиметрі вимкнено. Внутрішній опір мультиметра в режимі амперметра дуже мало. При необхідності розмір мультиметра можна збільшувати або зменшувати за допомогою стрілок у його верхньому лівому куті. Напруга джерела постійного струму регулюється переміщенням його двигуна. Завдання моделі можна переробляти, але за кожне повторне посилання на сервер призначається до 3 штрафних балів.

Складність завдання: надзвичайно висока.

Оскільки режим омметра вимкнений, будемо знаходити опори за допомогою вимірювання струму в ланцюзі у випадку, якщо подати напругу між контактними майданчиками. Перебираємо щупом мультиметра контактні майданчики (клеми) доти, доки не знайдемо клему, при підключенні до якої не піде струм. Нумеруватимемо клеми в порядку черговості, відраховуючи проти ходу годинникової стрілки.

Для клеми №3 на екрані з'являється напис Error, що означає, що струм занадто великий. Перемикаємо мультиметр на діапазон, де немає зашкалювання. У зв'язку з тим, що на екрані мультиметра відображається дуже мало значущих цифр, потрібно переключити мультиметр на більш чутливий діапазон і зменшити вихідну напругу джерела живлення так, щоб не було зашкалювання.

Аналогічним чином надаємо для наступної клеми і т. д. Розраховуємо опір між клемами: для клеми №3 R0,3=4.29 В/189 мА = 22.7 Ом, для клеми №4 R0,4=4.31 В/13.42 мА = 321 Ом .

Приклади інших моделей

Тіло, що вивчається (візок, брусок або металевий циліндр) можна встановити на похилий рейку, при цьому воно володіє нульовою початковою швидкістю. Якщо поставити тіло поблизу краю рейки, воно автоматично закріплюється електромагнітом. Клацніть мишу по червоній кнопці включає або вимикає електромагніт, при вимкненні електромагніту індикатори скидаються в нуль. Розподіл маси всередині циліндра радіально симетричний, але невідомий. Візок скочується по рейці без тертя. Якщо закріпити циліндр у верхній частині рейки та відключити електромагніт, циліндр скочується вниз по рейці, при цьому прослизання та втрати енергії через тертя кочення відсутні. Визначте шлях S, який пройде центр циліндра за перші 1.093 секунди, та повну кінетичну енергію T (поступального та обертального руху) циліндра в цей момент часу. Надішліть результати на сервер. Величини необхідно вводити з точністю до сотих. У проміжних обчисленнях зберігайте не менше 4 цифр. Оптичні датчики спрацьовують при перетині прапорцем, встановленому на візку або бруску, їх світлового променя - в момент проходження координати оптичних воріт маркером-стрілочкою. Положення оптичних воріт можна змінювати за допомогою миші, воно відзначається червоним маркером. Лінійку можна обертати, взявшись за позначений кольором край. Маси гир вказані у грамах. Прискорення вільного падіння вважайте рівним 9.8 м/с 2. Складність завдання: надзвичайно висока.

Підбираємо відстань, на якій встановлено датчик часу, таким чином, щоб час, що минув з моменту пуску до зіткнення з бруском, дорівнював 1.093

секунди, як потрібно у завданні. Для виконання першої частини завдання залишається виміряти шлях, пройдений центром циліндра. Очевидно, що він дорівнює відстані між лівою стороною циліндра і правою стороною бруска у випадку, коли циліндр і брусок розташовані так, що з відпускання електромагніту до зіткнення з бруском проходить заданий час. При вимірі цієї відстані виникає проблема через те, що лінійка занадто довга, і її межа надто далеко за межі екрана. В цьому випадку при відпусканні лінійка повертається на місце. Тому необхідно встановлювати цлінійку так, щоб вона не виходила за межі екрана та зчитувати різницю показань. Також можна виміряти відстань датчика від краю рейки, а потім відняти з цього значення діаметр циліндра і половину довжини бруска. Отримуємо S=16.85 див. Методична комісія вважала, що це частина завдання дуже складна, проте виявилося, що з 1466 учасників із 11 класу з нею змогли впоратися всього 49 людина, причому лише 27 їх - з першої спроби. Повну кінетичну енергію T (поступального та обертального руху) циліндра в заданий момент часу можна знайти із закону збереження енергії: оскільки втрати енергії через тертя кочення відсутні, кінетична енергія циліндра дорівнює зменшенню його потенційної енергії. Отже, достатньо з'ясувати зміну висоти розташування циліндра протягом заданого часу. Це можна зробити як за допомогою прямого вимірювання лінійкою, повернувши її вертикально, або (точніше) - за допомогою непрямих вимірювань, використовуючи візок. І тут також є різні варіанти вирішення проблеми. Наприклад, можна виміряти прискорення візка, знайти синус кута нахилу рейки і знайти зміну висоти h=S*sin(α)= 16.85 см * 0.041= 0.691 см = 6.91*10 -3 м. Зважуванням знаходимо масу циліндра M=85.8 г = 85.8 * 10 -3 кг. Зміна енергії T = M * g * h = 85.8 * 10 -3 кг * 9.8 м / с2 * 6.91 * 10 -3 м = 0.00581 Дж = 5.81 мДж.

та інші моделі як ілюстрація

Висновок

Саме собою використання програвача BARSIC труднощів викликати не повинно. Однак, на мій погляд, у інтерфейсу програвача є суттєвий недолік – не завжди можна відразу зрозуміти як виконати правильно маніпуляції з об'єктами, і відсутня можливість скинути об'єкти до вихідного стану. Так, на своєму досвіді вирішуючи модель-завдання з теплових явищ поки розібрався як правильно маніпулювати об'єктами при вирішенні завдання один раз випадково вилив вміст склянки в раковину, один раз не встиг зафіксувати температуру тощо. Щоб розібратися знадобилося кілька спроб. Як вихід - з учням вирішувати всі модельні завдання і сподіватися, що інтерфейс моделей на самій олімпіаді буде схожий.

Використана література:

Весь матеріал, використаний при написанні цього повідомлення, взятий виключно з сайту олімпіади http://barsic.spbu.ru/olymp/ (у тому числі й ряд останніх прикладів)

Інтернет-олімпіада школярів з фізики

У Переліку олімпіад школярів на 2012-13 навч. рік

Олімпіада організована Санкт-Петербурзьким державним університетом (СПбДУ) та Національним дослідницьким університетом Інформаційних Технологій, Механіки та Оптики (НДУ ІТМО). Її створила група вчених та методистів із Санкт-Петербурга, які активно використовували комп'ютери у викладанні фізики.

Щороку реєстрація учнів проводиться наново. Відразу після реєстрації учасники отримують доступ до тренувальних завдань.

Вчителям не треба заново реєструватися - якщо вчителя вже було зареєстровано в олімпіадній системі, він зможе отримати доступ за своїми колишніми обліковими даними. Після реєстрації вчителі отримують доступ до тренувальних завдань, а після закінчення чергового туру – до олімпіадних завдань. Також вчителям провадиться розсилка з інформацією про події, пов'язані з інтернет-олімпіадою.

Олімпіада складається із двох етапів, дистанційного (відбіркового) та заключного (очного).

Дистанційний етапскладається з двох турів, кожен із яких можна проходити з будь-якої точки світу. Перед кожним туром доступні тренувальні завдання, виконання яких не впливає на результати, але дозволяє освоїтися в олімпіадній системі та потренуватися у виконанні завдань.
Заключний етапскладається з одного туру - очного, проведеного у тій формі, що дистанційні, але у дисплейному класі однією з майданчиків очного туру під наглядом представників регіональних організаторів.

Дипломанти олімпіади, що показали на очному турі найкращі результати, нагороджуються призами (ноутбуками, нетбуками тощо) - див. http://barsic.spbu.ru/olymp/2012award/winners2011_2012.pdf
=====================================

Планується наступний графік проведення олімпіади(графік проведення очного туру може уточнюватись):

7-11 класи - тур1: 9-15 грудня 2012 р.,
7-11 класи - тур2: 20-27 січня 2013 р.,
7-10 класи (Росія) - очний тур: 23-24 березня 2013 р.,
7-10 класи (Казахстан) - очний тур: 26 березня 2013 р.,
11 клас (Росія) - очний тур: 23 березня 2013 р.,
11 клас (Казахстан) – очний тур: 26 березня 2013 р.

МЕІ(ТУ) - Московського енергетичного інституту (технічного університету)
МАТИ - Російського держ. технологічного університету ім. К.Е.Ціолковського

Можливо, МДТУ ім. Баумана - йде погодження;
у Білгороді – на базі Білгородського державного університету – БелДУ
у Бійську (Алтайський край) - на базі філії Томського держ.університету (ТГУ)
у м.Волзький (Волгоградська область) - на базі філії МЕІ(ТУ)
у Воронежі - на базі Воронезького держ.університету
в Іжевську – на базі Удмуртського держ. університету (УДГУ)
у Іркутську - з урахуванням Іркутського держ. тех. університету (ІрДТУ)
у м.Йошкар-Ола - з урахуванням Марійського держ. тех. університету (МарДТУ)
у Красноярську та Лісосибірську - на базі Сибірського держ.технологічного університету (СібДТУ)
у Нижньому Новгороді – на базі Нижегородського держ.університету ім. М.І.Лобачевського (ННГУ)
у Петрозаводську - на базі Петрозаводського держ.університету
у Пскові – на базі Псковського обласного центру розвитку обдарованих дітей та юнацтва
у Ростові-на-Дону - на базі Південного федерального університету
у Ставрополі - з урахуванням Північно-Кавказького держ. тех. університету (СевКавДТУ)
у Томську - на базі Томського держ.університету (ТДУ)
у Челябінську - на базі Южно-Уральського держ.університету (ЮУрГУ)
у Якутську – на базі Північно-Східного федерального університету ім. М.К. Аммосова (СВФУ = ​​ЯГУ)
у Казахстані - на базі центру "Дарін"
в Уфі – на базі БашДУ;
а також у Білорусі та в Україні - йде погодження.
========================================
Основу олімпіади складають завдання віртуальних лабораторій- програмні моделі фізичних систем із тілами, рідинами, електричними елементами, фізичними приладами тощо. Тому проходити олімпіаду слід із спеціальної програми BARSIC, що дозволяє виконувати завдання на основі моделей – подробиці вказані на сторінці реєстрації http://barsic.spbu.ru/olymp/index_reg.html. Налаштувати роботу з моделями бажано заздалегідь – зареєстрованим учасникам вже відкрито доступ до виконання тренувальних завдань.
За наявності проблем слід прочитати інструкції щодо їх усунення на сторінці Питання-відповідь http://barsic.spbu.ru/olymp/index_faq.html

Детальна інформація про олімпіаду знаходиться на домашній сторінці інтернет-олімпіади школярів з фізики http://barsic.spbu.ru/olymp/

Сторінка реєстрації http://barsic.spbu.ru/olymp/index_reg.html

=====================
Для покращення результатів настійно рекомендуємо всім учасникам пройти тренувальні тури.