SKKN sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo cho vật lý 10

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN Kính gửi: Thường trực Hội đồng xét, công nhận sáng kiến trường THPT DTNT Ka Lăng Tôi ( chúng tôi): Số TT Họ tên Ngày tháng năm sinh Nơi công tác (hoặc nơi thường trú) Chức danh Trình độ chun mơn Trường THPT DTNT Ka Lăng Trường THPT DTNT Ka Lăng Giáo viên Đại học Giáo viên Đại học Phan Văn Thường 26/9/198 Lê Thị Hồng 10/4/198 Tỉ lệ( %) đóng góp vào việc tạo sáng kiến 50 % 50 % Ghi Tối đa không tác giả Là tác giả/nhóm tác giả đề nghị xét cơng nhận sáng kiến: Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo Working Model dạy học môn Vật Lý 10 trường THPT DTNT Ka Lăng Chủ đầu tư tạo sáng kiến: Trường THPT DTNT Ka Lăng Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Chuyên môn giảng dạy Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử: 22/8/2019 Mô tả chất sáng kiến: 4.1 Nội dung sáng kiến: 4.1.1 Mô tả giải pháp trước tạo sáng kiến: Trường THPT DTNT Ka Lăng trường nội trú vùng sâu, vùng xa, vùng đặc biệt khó khăn, đối tượng học sinh trường hầu hết dân tộc thiểu số việc tiếp xúc với thí nghiệm cấp học trước ít thu hút em đam mê với môn Vật Lý Việc áp dụng cơng nghệ thơng tin dạy học cịn nhiều khó khăn; phịng học mơn có có cán phụ trách phịng thí nghiệm cho tất mơn học nên gặp khó khăn cho việc hỗ trợ giáo viên chuẩn bị thiết bị thí nghiệm; việc xếp, quản lí bảo quản trang thiết bị đồ dùng dạy học chưa hợp lí khoa học; trang thiết bị cho mơn Vật Lý có chưa đồng bị hỏng; Có thí nghiệm đắt tiền khó cung cấp; Có thí nghiệm biểu diễn, chứng minh số lượng chất lượng chưa đủ để đảm bảo tốt thời gian, hiệu cho việc dạy học; Một số thí nghiệm khơng thể thực thực tế cần loại bỏ yếu tố mơi trường khơng khí, ma sát…thì có độ xác thí nghiệm gây nguy hiểm cho người quan sát Do trước có sáng kiến giáo viên dạy thí nghiệm khơng có dụng cụ thí nghiệm khơng thể thực thí nghiệm thực tế cách mơ tả lời nói, hình vẽ để học sinh lắng nghe tưởng tượng a Ưu điểm: Hoạt động dạy học diễn đơn giản, thời gian chuẩn bị, cung cấp cho học sinh kiến thức cần thiết Không cần sử dụng thiết bị hỗ trợ dạy học phức tạp b Nhược điểm: Giờ học dễ đơn điệu, buồn tẻ không thu hút hứng thú học sinh dành cho môn Vật Lý Học sinh thụ động tiếp thu kiến thức nên việc nhớ vận dụng kiến thức trở nên khó khăn khơng thể nâng cao chất lượng học môn Vật Lý Do khơng nhìn thực tế mà nghe giáo viên mơ tả nên học sinh nghi ngờ tính xác kiến thức c Một số bảng số liệu điều tra, thống kê trước áp dụng sáng kiến Bảng 4.1.1 Bảng thống kê chất lượng môn Vật lý học sinh khối 10 trường THPT DTNT Ka Lăng học kì năm học 2018-2019 Số học sinh 148 Học sinh giỏi SL TL % 3,38% Học sinh Học sinh TB SL 23 SL 80 TL % 15,54% TL % 54,05 Học sinh yếu SL 36 TL % 24,32 Học sinh SL TL % 2,702% % % Bảng số liệu cho thấy tỉ lệ học sinh giỏi không cao, cịn học sinh yếu kém, cần nâng cao chất lượng dạy học môn Vật Lý cách thay đổi phương pháp dạy học Bảng 4.1.2 Bảng khảo sát số lượng học sinh định hướng lựa chọn môn Vật Lý tổ hợp môn thi tốt nghiệp trung học phổ thông năm 2020 khối 12 trường THPT DTNT Ka Lăng Tổ hợp môn thi KHXH KHTN Số lượng 102 11 Tỉ lệ 90,3% 9,7% Dựa vào bảng số liệu ta thấy số lượng tỉ lệ học sinh lựa chọn môn Vật lý tổ hợp mơn thi KHTN cho thấy học sinh chưa u thích mơn vật lý u thích lo sợ mà khơng dám lựa chọn 4.1.2 Mơ tả giải pháp sau có sáng kiến Giải pháp 1: Thống kê số lượng thí nghiệm chương trình Vật lý 10 ban Tính mới: - Biết thí nghiệm cần có chương trình Vật lý 10 ban từ đưa cách thức thực thí nghiệm phương pháp dạy thí nghiệm học để học sinh nắm bắt kiến thức cách hiệu - Có nhìn tồn diện, tổng thể chương trình Vật lý phổ thơng 10 Đưa phương pháp dạy thí nghiệm phù hợp với đối tượng Cách thức thực giải pháp: - Tìm hiểu chương trình Vật lý 10 ban thông qua sách giáo khoa, phân phối chương trình - Lập kế hoạch dạy học cho phù hợp với đối tượng học sinh lớp - Soạn giảng nội dung học cụ thể có thí nghiệm cần có, bố trí thí nghiệm tiến trình dạy học cho phù hợp Giải pháp 2: Thống kê số lượng thiết bị cần thiết chương trình Vật lý 10 ban có nhà trường Tính mới: - Biết có thí nghiệm chương trình Vật lý 10 ban thực Từ lựa chọn cách thức dạy học phù hợp; thay thí nghiệm khơng thể thực dụng cụ thí nghiệm thí nghiệm ảo - Rà sốt thiết bị thí nghiệm, xếp cách khoa học thiết bị cần sử dụng cho chương trình Vật lý 10 ban Chủ động thực thí nghiệm ảo cần thiết Cách thức thực giải pháp: - Phối hợp với cán quản lí thiết bị nhà trường xem xét, thống kê số lượng thiết bị cần thiết để thực thí nghiệm chương trình Vật lý 10 ban thông qua sổ sách - Kiểm tra thực tế phòng thiết bị Vật lý xem có thiết bị, thiết bị cịn sử dụng được, thiết bị khơng có sử dụng - Sắp xếp lại thiết bị theo chương trình Vật lý phổ thơng 10 ban Giải pháp 3: Tìm hiểu phần mềm Working Model Tính mới: - Biết cách sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nghiệm ảo cần thiết sử dụng chương trình Vật lý 10 ban - Giúp giáo viên làm quen chủ động việc sử dụng công cụ Working Model để thiết kế thí nghiệm cần thiết gây hứng thú cho học sinh trình dạy học đồng thời tăng cường tương tác giáo viên học sinh tiết học Cách thức thực giải pháp - Tải phần mềm Working Model cài đặt vào máy tính - Khởi động Working Model làm xuất giao diện làm việc - Tìm hiểu cơng cụ giao diện thiết kế Working Model để thiết kế thí nghiệm mô gồm: tiêu đề, thực đơn, hệ thống toolbar - Tất chuyển động tạo môi trường Working Model dựa nguyên lí động lực học định luật Niu-tơn; phương trình động lực học…Working Model cịn thiết lập số mơ hình ma sát kết thực nghiệm mơ tả tính chất khơng đàn hồi va chạm Giải pháp 4: Thiết kế thí nghiệm ảo phần mềm Working Model Tính mới: Thiết kế thí nghiệm cần thiết chương trình Vật lý 10 khơng có dụng cụ thí nghiệm khơng thể thực thí nghiệm thật để sử dụng trình dạy học Cách thức thực giải pháp: 4.2.4.1: Thiết kế thí nghiệm Ống Niu-tơn a Cơ sở lí thuyết: - Ống Niu-tơn ống thủy tinh kín có chứa bi nặng nhẹ Ống Niu-tơn dùng để nghiên cứu rơi vật - Ban đầu cho hai vật rơi ống cịn đầy khơng khí hịn bi rơi nhanh - Sau hút khơng khí ống cho hai vật rơi thấy chúng rơi nhanh => Việc hút hết không khí ống khơng thể thực thực tế áp suất tác dụng vào thành ống vô lớn dẫn đến vỡ thành ống b Thiết kế thí nghiệm: - Khởi động Working Model, cửa sổ làm việc xuất - Trên thực đơn chọn cơng cụ vẽ hình chữ nhật Rectangle nhấp kéo vẽ giá đỡ hình chữ nhật Cố định giá đỡ kí hiệu mỏ neo anchor - Trên thực đơn chọn cơng cụ vẽ hình chữ nhật Rectangle vẽ khung hình chữ nhật làm ống Niu-tơn - Trên thực đơn chọn cơng cụ hình trịn circle để vẽ viên bi công cụ curved polygon vẽ hình vào ống Niu-tơn Nhấp đúp chuột vào đối tượng để chọn thuộc tính đối tượng Trên hình trịn ta chọn khối lượng 1kg, ta chọn khối lượng 0,01kg ( lựa chọn khối lượng khác nhỏ đối tượng viên bi) - Để biểu diễn thí nghiệm trường hợp ống Niu-tơn chưa hút chân không hệ thống toolbar chọn World -> Air Resistance -> Low speed ( chọn lực cản khơng khí) Thực thí nghiệm cách nhấn Run Dừng lại thí nghiệm cách nhấn Stop, làm lại thí nghiệm cách nhấn Reset Ta thấy viên bi rơi nhanh Lưu lại thí nghiệm cách nhấn File -> save - Để biểu diễn thí nghiệm trường hợp ống Niu-tơn hút chân không hệ thống toolbar chọn World -> Air Resistance -> None ( Chọn lực cản khơng khí khơng ) Thực thí nghiệm cách nhấn Run Dừng lại thí nghiệm cách nhấn Stop, làm lại thí nghiệm cách nhấn Reset Ta thấy viên bi rơi nhanh Lưu lại thí nghiệm cách nhấn File -> save 4.2.4.2: Thiết kế thí nghiệm định luật I Niu-tơn: a Cơ sở lí thuyết: - Định luật I Niu-tơn: Nếu vật không chịu tác dụng lực chịu tác dụng lực có hợp lực khơng, vật đứng yên tiếp tục đứng yên, chuyển động tiếp tục chuyển động thẳng - Người làm thí nghiệm để nghiên cứu chuyển động Ga-li-lê Ông dùng hai máng nghiêng bố trí hình Ơng thả viên bi lăn theo máng nghiêng Ông nhận thấy viên bi lăn ngược lên máng nghiêng đến độ cao gần độ cao ban đầu (hình a) Khi hạ thấp độ cao máng nghiêng 2, ơng thấy hịn bi lăn máng nghiêng đoạn đường dài (hình b) Ơng thấy hịn bi khơng lăn lên độ cao ban đầu có ma sát Ơng tiên đốn rằng, khơng có ma sát máng nghiêng nằm ngang hịn bi lăn với vận tốc khơng đổi mãi (hình c) h Hình a h Hình b h Hình c - Trên thực tế ta gần loại bỏ lực ma sát hệ thống băng đệm khí, nhiên dụng cụ thí nghiệm trường THPT DTNT Ka Lăng khơng có, đồng thời khơng thể loại bỏ hồn tồn ma sát nên khơng thể dùng thí nghiệm thật để thực thí nghiệm Ga-li-lê cần thiết kế thí nghiệm ảo b Thiết kế thí nghiệm - Khởi động Working Model, cửa sổ làm việc xuất - Trên hệ thống toolbar chọn View -> Workspace xuất bảng Navigation, bảng ta tích chọn Ruler; Grid Line; X,Y Axes để làm xuất thước đo, hệ tọa độ Oxy ô không gian làm việc tiện cho việc theo dõi độ cao, độ dài đường theo phương ngang vật chuyển động - Trên thực đơn chọn cơng cụ vẽ hình chữ nhật Rectangle nhấp kéo vẽ giá đỡ hình chữ nhật vị trí trục Ox Cố định giá đỡ kí hiệu mỏ neo anchor thực đơn - Trên thực đơn chọn công cụ Polygol (hình sách mở) vẽ máng nghiêng, vị trí nối máng nghiêng gốc tọa độ Nhấp đúp chuột vào đối tượng máng nghiêng để chọn thuộc tính cho máng nghiêng: chọn hệ số ma sát (stat.fric ) 0, độ đàn hồi (elastic) Cố định máng nghiêng kí hiệu mỏ neo anchor - Trên thực đơn chọn cơng cụ hình trịn circle để vẽ vật chuyển động máng nghiêng độ cao cm Nhấp đúp chuột vào hình trịn chọn thuộc tính: chọn hệ số ma sát (stat.fric ) 0, độ đàn hồi (elastic) - Để làm xuất bảng độ cao theo phương Y độ dài đường theo phương X vật theo thời gian, hệ thống toolbar ta chọn Measure -> Center of Mass Position -> Y Graph X Graph Để xuất đồ thị tốc độ phương X, phương Y theo thời gian , hệ thống toolbar ta chọn Measure -> Center of Mass Velocity -> X Graph Measure -> Center of Mass Velocity -> Y Graph - Thực thí nghiệm cách nhấn Run Khi vật chuyển động đến độ cao cực đại ta nhấn Stop để dừng thí nghiệm quan sát Làm lại thí nghiệm cách nhấn Reset Lưu lại thí nghiệm cách nhấn File -> save 10 Thí nghiệm a - Quan sát thí nghiệm bảng độ cao theo phương Y ta thấy độ cao cực đại máng vật nhỏ độ cao ban đầu máng nghiêng - Quan sát bảng độ dài đường theo phương X ta thấy theo phương X độ dài 2,3 cm - Quan sát đồ thị vận tốc theo hai phương X Y ta thấy vận tốc theo phương X Y thay đổi - Giảm độ cao máng nghiêng thứ thực lại thí nghiệm 11 Thí nghiệm b - Quan sát thí nghiệm bảng độ cao theo phương Y ta thấy độ cao cực đại máng vật nhỏ độ cao ban đầu máng nghiêng Độ dài đường phương X lớn thí nghiệm a Vận tốc phương thay đổi - Để máng thứ nằm ngang thực lại thí nghiệm Thí nghiệm c 12 - Ta thấy đoạn đường theo phương X lớn Vận tốc theo phương X Y không thay đổi => Vật chuyển động thẳng lực ma sát hợp lực lực tác dụng vào vật 4.2.4.3: Thiết kế thí nghiệm kiểm chứng vật chuyển động ném ngang: a Cơ sở lí thuyết: - Vật ném ngang vật truyền vận tốc ban đầu v theo phương ngang độ cao h Vật chịu tác dụng trọng lực không chịu lực cản không khí - Chuyển động ném ngang vật phân tích thành hai thành phần: thành phần theo phương thẳng đứng chuyển động giống chuyển động rơi tự do, thành phần chuyển động theo phương ngang giống chuyển động thẳng - Quỹ đạo vật có dạng parabol; thời gian chuyển động vật giống thời gian vật rơi tự Những kết luận phân tích lí thuyết mà có cần thí nghiệm để kiểm chứng lí thuyết - Phải loại bỏ lực cản khơng khí thí nghiệm kiểm chứng.Thời gian rơi vật nhanh, đồng thời hình ảnh quỹ đạo vật khó quan sát thực tế nên ta cần dùng đến thí nghiệm ảo b Thiết kế thí nghiệm - Khởi động Working Model, cửa sổ làm việc xuất - Trên hệ thống toolbar chọn World -> Air Resistance -> None để lực cản khơng khí khơng - Trên hệ thống toolbar chọn View -> Workspace xuất bảng Navigation, bảng ta tích chọn Ruler; Grid Line; X,Y Axes để làm xuất thước đo, hệ tọa độ Oxy ô không gian làm việc tiện cho việc theo dõi độ cao, tầm xa vật chuyển động - Trên thực đơn chọn cơng cụ hình trịn circle để vẽ vật chuyển động Chọn đối tượng hình vừa vẽ, chọn Edit/Coppy dán Edit/ Paste ta hai hình trịn giống hệt 13 - Đối với hình trịn thứ ta chọn thuộc tính cho v 0x = m/s v0y = m/s vật rơi tự Đối với hình trịn thứ hai ta đổi màu để tiện quan sát cách: hệ thống toolbar chọn Window -> Appearance -> Color Chọn thuộc tính cho v 0x= m/s; v0y = m/s vật chuyển động ném ngang - Đặt hai đối tượng hình trịn độ cao vị trí gốc tọa độ - Để quan sát hình ảnh hoạt nghiệm vật chuyển động hệ thống toolbar chọn World -> Tracking – Every Frame - Để quan sát tọa độ vật theo thời gian, ta chọn vật sau hệ thống toolbar ta chọn Measure -> Center of Mass Position -> Y Graph XGraph - Thực thí nghiệm cách nhấn Run, để dừng thí nghiệm quan sát ta nhấn Stop Làm lại thí nghiệm cách nhấn Reset Lưu lại thí nghiệm cách nhấn File -> save - Dựa vào hình ảnh hoạt nghiệm ta thấy quỹ đạo vật ném ngang có dạng parabol Dựa vào đồ thị độ cao theo thời gian vật ta thấy thời gian chuyển động vật ném ngang thời gian chuyển động vật rơi tự 14 hồn tồn phù hợp với lí thuyết 4.2 Về khả áp dụng sáng kiến: Sáng kiến kinh nghiệm áp dụng để dạy học chương trình học 10 chương trình học 12 cho trường THPT địa bàn tỉnh Lai Châu Những thông tin cần bảo mật: Không Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến tác giả/ đồng tác giả: 6.1 Lợi ích kinh tế: Sáng kiến kinh nghiệm mà nhóm tác giả thực có hiệu kinh tế đáng kể: - Phần mềm Working Model tải miễn phí mạng Internet khơng tốn kinh phí cho việc mua phần mềm - Khi sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nghiệm ảo khơng phải mua sắm số thiết bị như: Bộ đệm khí, máng nghiêng, cổng quang điện, đồng hồ…do tiết kiệm chi phí mua sắm - Do khơng cần mua sắm số thiết bị nên không cần kho để chứa đựng, khơng cần chi phí bảo quản - Phần mềm Working Model sử dụng đơn giản không tốn thời gian chuẩn bị thiết bị thí nghiệm giáo viên, không cần chuẩn bị cán thiết bị 6.2 Lợi ích mặt xã hội - Sáng kiến kinh nghiệm đáp ứng yêu cầu đổi phương pháp dạy học - Qua trình thực sáng kiến kinh nghiệm nhận thấy học sinh hiểu rõ chất vật lý tượng hơn, nắm kiến thức hơn, vận dụng kiến thức cách tốt từ nâng cao chất lượng dạy học môn vật lý Kết học tập em học sinh nâng lên rõ ràng tỉ lệ khá, giỏi tăng ; yếu, giảm Bảng So sánh chất lượng môn Vật lý khối 10 học kì I năm học 2018-2019 học kì I năm học 2019-2020: 15 Học kì I Năm học 2018-2019 2019-2020 giỏi SL TL % 3,38 4,27 TB SL TL % SL TL % 23 15,54 80 54,05 51 31,10 85 51,83 yếu SL TL % 36 24,32 20 12,20 SL TL % 2,70 0,60 - Môn Vật lý từ trước mơn mà học sinh cho khó học, khó tiếp thu, khó nhận thức vận dụng Nhiều học sinh học với tâm lí bắt buộc, khơng u thích hay đam mê Vì nhiều học sinh không dám lựa chọn môn học tổ hợp môn thi Tốt nghiệp THPT Nhưng Vật lý lại mơn khoa học giúp tìm hiểu tự nhiên, mơn cung cấp kiến thức cho ngành học khoa học kĩ thuật trường chuyên nghiệp Nếu em học sinh khơng u thích, khơng lựa chọn mơn Vật lý hạn chế việc lựa chọn nghề nghiệp đồng thời làm xã hội cân lao động Với sáng kiến kinh nghiệm góp phần giúp em học sinh hứng thú ,yêu thích với môn Vật lý mạnh dạn lựa chọn tổ hợp mơn thi KHTN kì thi TN THPT Bảng 4.2: Bảng khảo sát số lượng học sinh định hướng lựa chọn môn Vật Lý tổ hợp môn thi THPTQG khối lớp trường THPT DTNT Ka Lăng Khối Tổng số hs 12(không áp dụng sáng 113 kiến) 10( áp dụng sáng kiến) 146 KHTN 11hs (9,7%) KHXH 102 hs (90,3%) 35 Hs ( 24%) 111 hs(76%) Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến tổ chức cá nhân tham gia áp dụng sáng kiến lần dầu: 7.1 Lợi ích kinh tế: Khi áp dụng sáng kiến khơng tốn kinh phí cho việc mua phần mềm Không phải mua sắm số thiết bị như: Bộ đệm khí, máng nghiêng, cổng quang điện, đồng hồ…do tiết kiệm chi phí mua sắm Khơng cần kho để chứa đựng, khơng cần chi phí bảo quản Không tốn thời gian chuẩn bị thiết bị thí nghiệm giáo viên, khơng cần chuẩn bị cán thiết bị 16 7.2 Lợi ích mặt xã hội: đáp ứng yêu cầu đổi phương pháp dạy học Kết học tập môn vật lý em học sinh nâng lên rõ ràng tỉ lệ khá, giỏi tăng ; yếu, giảm Sáng kiến kinh nghiệm góp phần giúp em học sinh hứng thú ,u thích với mơn Vật lý mạnh dạn lựa chọn tổ hợp môn thi KHTN kì thi THPT Quốc gia 7.3 Danh sách người tham gia áp dụng thử áp dụng sáng kiến lần đầu: Số T T Họ tên Nguyễn Bá Tuấn Ngày Nơi công tác tháng (hoặc nơi năm sinh thường trú) 04/8/198 Trường THPT DTNT Ka Lăng Chức danh Cán thiết bị Tổ trưởng tổ Văn Phịng Trình độ chun mơn Trung cấp Nội dung công việc áp dụng - Cung cấp sổ thiết bị môn vật lý - Sắp xếp thiết bị môn vật lý Chúng xin cam đoan thông tin nêu đơn trung thực, thật hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật Ka Lăng, ngày 10 tháng năm 2020 Người đăng kí 17 ... trình Vật lý phổ thơng 10 ban Giải pháp 3: Tìm hiểu phần mềm Working Model Tính mới: - Biết cách sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nghiệm ảo cần thiết sử dụng chương trình Vật lý 10. .. trình Vật lý 10 ban có nhà trường Tính mới: - Biết có thí nghiệm chương trình Vật lý 10 ban thực Từ lựa chọn cách thức dạy học phù hợp; thay thí nghiệm khơng thể thực dụng cụ thí nghiệm thí nghiệm. .. thực nghiệm mơ tả tính chất khơng đàn hồi va chạm Giải pháp 4: Thiết kế thí nghiệm ảo phần mềm Working Model Tính mới: Thiết kế thí nghiệm cần thiết chương trình Vật lý 10 khơng có dụng cụ thí nghiệm