Sử dụng điện thoại di động trong dạy học Vật lí

Bài viết Sử dụng điện thoại di động trong dạy học Vật lí bàn về một trong các cách tiếp cận để xây dựng phương tiện dạy học mới là tìm cách sử dụng những thiết bị kĩ thuật mới, những vật liệu mới để tiến hành những thí nghiệm vật lí quen thuộc là điện thoại di động; sử dụng điện thoại di động để thu thập tư liệu; sử dụng điện thoại di động như một thiết bị thí nghiệm;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Tạp chí thiết bị giáo dục SỬ DỤNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ TS Nguyễn Văn Biên - Khoa Vật lí, Trường ĐHSP Hà Nội Mở đầu Một cách tiếp cận để xây dựng phương tiện dạy học tìm cách sử dụng thiết bị kĩ thuật mới, vật liệu để tiến hành thí nghiệm vật lí quen thuộc Nếu tận dụng ưu chúng cách phù hợp, ta thực thí nghiệm mà thiết bị kĩ thuật truyền thống chưa tiến hành tiến hành phức tạp Tuy đời, điện thoại di động (ĐTDĐ) trở thành vật dụng quen thuộc người lớn học sinh Cùng với phát triển công nghệ, ĐTDĐ không công cụ dùng để trao đổi thông tin thông qua đàm thoại mà cịn tích hợp nhiều tính như: quay phim, chụp ảnh, nghe nhạc, chạy phần mềm… Trong dạy học vật lí, ta có tính sau ĐTDĐ: - Tính chụp ảnh quay phim: Dùng để thu thập tư liệu, dùng camera thu tia hồng ngoại - Tính thu, phát âm thanh: Dùng nguồn âm để tiến hành thí nghiệm - Tính chạy phần mềm: Dùng để chạy phần mềm mơ vật lí, phân tích băng Hình Một số phần mềm chạy hình, tiến hành thí nghiệm (Hình 1) điện thoại di động Sử dụng ĐTDĐ để thu thập tư liệu Với tính chụp ảnh, quay phim, học sinh sử dụng ĐTDĐ để ghi lại tượng tự nhiên, ứng dụng kĩ thuật quanh ta ghi lại bố trí thí nghiệm q trình học tập Với chức quay phim, học sinh quay lại chuyển động số vật chuyển động rơi tự do, chuyển động vật bị ném xiên; sau sử dụng phần mềm phân tích băng hình máy tính [1] sử dụng phần mềm Video Physics để phân tích phim quay mục 3.3 Chức chụp ảnh ĐTDĐ sử dụng cảm ứng CCD cho phép nhận biết ánh sáng vùng hồng ngoại mà mắt thường khơng thể nhìn thấy Với chức này, ta tiến hành thí nghiệm nhiễu xạ hồng ngoại qua cách tử nhiễu xạ Sử dụng ĐTDĐ thiết bị thí nghiệm 3.1 Sử dụng ĐTDĐ nguồn âm Tạp chí thiết bị giáo dục ĐTDĐ cho phép phát âm có sẵn máy Một số loại ĐTDĐ thông minh (smartphone) cho phép nhập vào tự tạo âm có tần số xác định Nhờ chức này, ta sử dụng ĐTDĐ nguồn âm di động để tiến hành thí nghiệm sau: Thí nghiệm 1: Khảo sát hiệu ứng phách Hiệu ứng phách hiệu ứng xảy có tổng hợp âm phát từ hai nguồn có tần số xấp xỉ Ta sử dụng phần mềm để tạo âm có dạng hình sin đưa ĐTDĐ Một phần mềm viết cho ĐTDĐ tạo âm có tần số tùy chọn phần mềm Ton gen Pro Với phần mềm này, ta lựa chọn dễ dàng tần số âm tạo thành Hình 2: Phách tạo từ nguồn âm tần số 4000Hz 4001 Hz Để tạo hiệu ứng phách ta sử dụng ĐTDĐ phát hai âm có tần số chênh lệch nhỏ với Ta sử dụng ĐTDĐ nguồn âm cịn nguồn âm thứ hai loa máy tính Tín hiệu phách nghe trực tiếp thu lại nhờ phần mềm Wavepad sound editor để quan sát biến thiên biên độ dao động tín hiệu phách theo thời gian Trong thí nghiệm hình 2, chúng tơi chọn nguồn âm có tần số f1 = 4000 Hz f2=4001 Hz Ta lặp lại thí nghiệm với tần số f1 f2 khác để kiểm nghiệm lại cơng thức tính tần số phách f = |f1 - f2| Thí nghiệm 2: Đo tốc độ truyền âm khơng khí Sử dụng chức ghi âm ĐTDĐ khảo sát âm thu phần mềm máy tính ta đo tốc độ truyền âm khơng khí Cách tiến hành sau: - Đặt hai ĐTDĐ có chức ghi âm ĐTDĐ máy tính ghi âm cạnh cốc thủy tinh Bật chế độ thu âm hai ĐTDĐ gõ vào cốc để phát âm - Dịch chuyển ĐTDĐ thứ xa điện thoại thứ cốc khoảng d từ 3m đến 5m cho thu âm phát từ cốc Gõ mạnh cốc để tạo âm thứ hai Tạp chí thiết bị giáo dục - Dừng chế độ thu âm chuyển tín hiệu âm vào máy vi tính (qua cổng USB, Bluetooth email) - Dùng phần mềm Wavepad sound editor mở hai files âm thu so sánh thời gian tín hiệu âm files, ta thấy khoảng thời gian hai tín hiệu âm ghi ĐTDĐ lớn khoảng thời gian ghi trên ĐTDĐ khoảng (Hình 3) Sự chênh lệch thời gian thời gian âm quãng đường d Do ta tính vận tốc truyền âm khơng khí theo cơng thức: Hình 3: Tín hiệu âm thu hai điện thoại đặt cách khoảng d Trong thí nghiệm với khoảng cách d = 3,5 m, nhiều lần đo ta thu = 0,0102 s tính tốc độ truyền âm v = 343 m/s Thí nghiệm 3: Đo gia tốc rơi tự Với vai trị nguồn âm di động, ta sử dụng ĐTDĐ để tiến hành thí nghiệm đo gia tốc rơi tự dựa hiệu ứng Doppler [2] Theo hiệu ứng Doppler, vật chuyển động với vận tốc v hướng tới máy thu đứng yên tần số âm thu phụ thuộc vào vận tốc vật theo cơng thức (1), fo tần số nguồn âm vo vận tốc âm, v vận tốc vật so với nguồn Nếu vật chuyển động rơi tự với vận tốc đầu v = gt với g gia tốc rơi tự Vì vậy, (2) Nhờ phần mềm máy tính, ta xác định giá trị tần số f máy thu theo thời gian Từ đó, ta tính g theo cơng thức (2) phương pháp tuyến tính hóa Để thực việc đó, ta tiến hành sau: Tạp chí thiết bị giáo dục - Sử dụng phần mềm Tone gen Pro tạo âm 5000Hz từ điện thoại di động Cho ĐTDĐ rơi tự từ độ cao m cho micro máy tính nằm phương rơi Để bảo vệ ĐTDĐ tránh khỏi va đập q trình rơi, ta hứng bên lưới trùng Âm thu phần mềm Wavepad sound editor, lưu lại dạng file wav Sử dụng phần mềm SPEAR để lọc khảo sát biến thiên tần số âm thu theo thời gian, ta đồ thị hình 4: Hình Giao diện phần mềm SPEAR khảo sát phụ thuộc tần số theo thời gian - Ta thấy nguồn âm (ĐTDĐ) rơi tự do, tần số tăng theo thời gian dạng hàm tuyến tính Để khảo sát phụ thuộc này, ta xuất liệu tần số theo thời gian từ phần mềm SPEAR file dulieu.txt Nhập số liệu thu file dulieu.txt vào phần mềm Excel để tuyến tính hóa thơng số theo t, ta thu hệ số góc đồ thị có giá trị tỉ số (Hình 5) Lấy vận tốc âm khơng khí v = 344 m/s, ta tính gia tốc rơi tự g = 9,8 m/s2 Hình Đồ thị tuyến tính hóa ( 3.2 ) theo t Sử dụng ĐTDĐ cảm biến tia hồng ngoại Tạp chí thiết bị giáo dục - Trong sống có nhiều thiết bị điều khiển từ xa sử dụng tia hồng ngoại có bước sóng khoảng từ 0,86μm đến 0,98μm tivi, quạt, đầu video - Mặc dù mắt thường khơng thể nhìn tia hồng ngoại, với hỗ trợ ĐTDĐ, ta dễ dàng quan sát nhiễu xạ tia hồng ngoại qua cách tử nhiễu xạ (có thể tạo cách cạo bớt phần kim loại đĩa CD) Ta bố trí thí nghiệm hình 6: Điều khiển TV Cách tử nhiễu xạ Điện thoại di động Hình 6: Quan sát tia hồng ngoại qua cách tử nhiễu xạ camera ĐTDĐ Hướng điều khiển ti vi vào camera ĐTDĐ, dùng chức chụp ảnh ĐTDĐ ta thấy, điều khiển ti vi kích hoạt, hình quan sát chấm sáng đèn hồng ngoại điều khiển Đặt điều khiển ti vi ĐTDĐ cách tử nhiễu xạ ta thấy chấm sáng điện thoại tách thành nhiều chấm nhỏ cách Đây hình ảnh giao thoa qua cách tử nhiễu xạ tia hồng ngoại phát từ điều khiển ti vi 3.3 Sử dụng ĐTDĐ để phân tích băng hình Phần mềm phân tích băng hình chạy máy vi tính nhiều nhà nghiên cứu lí luận dạy học vật lí phát triển xây dựng Gần có số phần mềm phân tích băng hình lập trình cho ĐTDĐ, tiêu biểu phần mềm Video Physics Phần mềm cho phép phân tích đoạn phim quay ĐTDĐ để rút quy luật chuyển động vật Cách tiến hành thực sau - Mở chương trình Video physics Lựa chọn chức quay trình chuyển động vật (hình 7a) Sau đó, đặt ĐTDĐ đủ xa vật phương điện thoại song song với mặt phẳng chuyển động vật Đặt vật thể có kích thước biết trước nằm mặt phẳng chuyển động vật để làm thang tỉ lệ Lựa chọn thang tỉ lệ theo vật định trước, lựa chọn hệ tọa độ - Đánh dấu vị trí vật liên tiếp cách dịch chuyển ô đánh dấu hình (Hình 7b) Phần mềm tự động xác định quỹ đạo vật, biến thiên vận tốc vật hai phương ox oy theo thời gian (hình 7c 7d) Tạp chí thiết bị giáo dục Hình 7a Ghi hình vật Hình 7b Đánh dấu Hình 7c Đồ thị y -t rơi tự vị trí vật Hình 7d Đồ thị vy-t Sử dụng ĐTDĐ để chạy chương trình mơ Với điện thoại thơng minh ta chạy phần mềm mô chuyên gia lập trình viết riêng cho ĐTDĐ Chẳng hạn phần mềm sau: Wtunnel – Pro: Phần mềm mô đường dịng chất khí (Hình 8) Phần mềm cho phép người dùng vẽ vật cản với hình dạng tùy ý Ứng với vật cản, phần mềm tính lực cản, lực nâng tương ứng Với phần mềm này, ta tìm hình dạng tối ưu vật cho có lực cản nhỏ nhất, lực nâng lớn PB Lenes: Là phần mềm mơ quang hình học, mơ tả q trình truyền sáng, tạo ảnh qua thấu kính qua mặt lưỡng chất cầu (hình 9) Phần mềm cho phép thay đổi thơng số hệ thấu kính tiêu cự thấu kính, khoảng cách từ vật tới thấu kính… Hình Mơ hệ quang học đồng trục Hình Mơ đường dịng khơng khí Tạp chí thiết bị giáo dục - Phần mềm Newton’s Balls: Phần mềm mô hệ lắc Newton Với mơ này, ta tìm hiểu quy luật va chạm định luật bảo toàn - Các sách tương tác: Ngồi phần mềm, ĐTDĐ cịn có số sách điện tử vật lí Các sách vật lí tương tác với người đọc dạng tập mở Trò chơi ĐTDĐ: vật lí hay phi vật lí Một yêu cầu dạy học vật lí phải xuất phát từ quan niệm, kiến thức sẵn có học sinh Những quan niệm chưa xác mặt khoa học Nguồn gốc hình thành quan niệm thơng qua kênh thông tin đại chúng đài, báo, truyền hình thơng qua ấn phẩm phổ thơng truyện tranh, sách phổ biến khoa học Khi công nghệ thơng tin phát triển, nội dung trị chơi mang tính vật lí đơi hình thành quan niệm vật lí Dưới đây, chúng tơi xin lấy ví dụ hai trị chơi chạy ĐTDĐ để minh họa quan niệm vật lí hình thành qua trị chơi - Trị chơi “Angry bird”: Trò chơi phát triển chơi máy tính ĐTDĐ Trong trị chơi này, người chơi bắn phá mục tiêu viên đạn lồi chim khác nhau, với lồi chim lại có tính khác tự tách làm 3, thả bom, tăng tốc, tự nổ Điều đáng nói trị chơi quỹ đạo loài chim bắn mô tuân theo tốt quy luật vật chuyển động bị ném xiên (Hình 10) Ngồi trình va chạm tuân theo định luật bảo tồn động lượng Với trị chơi này, người chơi hình thành quan niệm xác quy luật vật lí có liên quan như: chuyển động vật bị ném xiên, định luật bảo toàn chuyển hóa (thay đổi vận tốc bắn cách kéo dây cao su biến dạng nhiều hay ít), bảo toàn động lượng (khi loại đạn chim trắng thả bom loại đạn chim xanh tách thành ba) Hình 10 Quỹ đạo parabol trị Hình 11 Mơ hình dẫn đến quan niệm sai dịng điện trò chơi “Crazy electric” chơi “Angry birds” - Trò chơi “Crazy Electric”: Nhiệm vụ người chơi trò chơi phải thắp sáng bóng đèn cách nối dây dẫn liên tục từ nguồn tới bóng đèn Với ý tưởng vậy, tác giả trị chơi vơ tình khiến học sinh hiểu khơng Tạp chí thiết bị giáo dục khái niệm dòng điện mạch điện Đây quan niệm sai lầm phổ biến học sinh mà nhiều nghiên cứu [3] Học sinh quan niệm dòng điện chạy từ cực nguồn điện tới thắp sáng bóng đèn (Hình 11) Trên hai nhiều trò chơi ĐTDĐ mà qua đó, học sinh hình thành quan niệm khác tượng vật lí Thay lời kết ĐTDĐ sử dụng phương tiện dạy học dành cho giáo viên Tuy nhiên có ý nghĩa học sinh sử dụng theo mục đích sau: - Tiến hành thí nghiệm nhà: ĐTDĐ phổ biến nên học sinh tiến hành thí nghiệm với ĐTDĐ lên lớp, nhà Ngoài thí nghiệm trình bày trên, ta tiến hành thêm số thí nghiệm với ĐTDĐ truyền âm, giao thoa sóng âm, nguyên tắc thu phát sóng điện từ, chắn sóng điện từ … - Khảo sát đối tượng thực quanh ta: Với linh động ĐTDĐ, học sinh ghi lại chuyển động vật, tượng âm từ nguồn âm sống, sau đó, phân tích tính chất chuyển động đặc trưng nguồn âm Hơn nữa, việc tiến hành thí nghiệm khoa học với vật dụng thường ngày giúp đưa kiến thức học trường gắn liền với thực tiễn nên nâng cao hứng thú học sinh môn vật lí - Rèn luyện tư phê phán: Học sinh giao nhiệm vụ phân tích yếu tố vật lí trị chơi vật lí Chẳng hạn với trị chơi Angry birds học sinh sử dụng phần mềm quay hình, sau sử dụng phần mềm phân tích băng hình để kiểm nghiệm lại tính đắn mơ trị chơi Cũng giao nhiệm vụ cho học sinh tìm khác biệt yếu tố mô với tượng thực tiễn để giúp học sinh rèn luyện tư phê phán, hình thành lực đánh giá Tài liệu tham khảo [1] Phạm Xuân Quế: Sử dụng máy vi tính phân tích băng hình nghiên cứu q trình vật lí dạy học trường phổ thơng Tạp chí nghiên cứu Giáo dục, số 11(1999), Tr 18 – 19 [2] Vogt, P.; Schwarz, O.; Walther, A (2004): Doppler-Messungen am Mikrofonpendel In: PdN-Ph., 3, 8-10 [3] Rhöneck, C v., Niedderer, H.: Schülervorstellungen und ihre Bedeutung beim Physiklernen In: H Mikelskis (Hrsg.): Physikdidaktik, Berlin: Cornelsen Scriptor (2006), 52-73 ... số sách điện tử vật lí Các sách vật lí tương tác với người đọc dạng tập mở Trị chơi ĐTDĐ: vật lí hay phi vật lí Một yêu cầu dạy học vật lí phải xuất phát từ quan niệm, kiến thức sẵn có học sinh... trị chơi ĐTDĐ mà qua đó, học sinh hình thành quan niệm khác tượng vật lí Thay lời kết ĐTDĐ sử dụng phương tiện dạy học dành cho giáo viên Tuy nhiên có ý nghĩa học sinh sử dụng theo mục đích sau:... khoa học với vật dụng thường ngày giúp đưa kiến thức học trường gắn liền với thực tiễn nên nâng cao hứng thú học sinh mơn vật lí - Rèn luyện tư phê phán: Học sinh giao nhiệm vụ phân tích yếu tố vật