(SKKN 2022) Sử dụng các phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học chủ đề Các mạch điện xoay chiều Vật lý 12

MỤC LỤC Nội dung Trang Mở đầu……………………………………………………………… 02 1.1 Lí chọn đề tài……………………………………………… 02 1.2 Mục đích nghiên cứu………………………………………… 02 1.3 Đối tượng nghiên cứu………………………………………… 03 1.4 Phương pháp nghiên cứu……………………………………… 03 Nội dung SKKN………………………………………………… 03 2.1 Cơ sở lí luận SKKN……………………………………… 03 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm………………………………………………………………… 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề………………………………………………………… 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường………………………… Kết luận, kiến nghị………………………………………………… 04 04 06 07 3.1 Kết luận……………………………………………………… 07 3.2 Kiến nghị……………………………………………………… 07 I Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài - Vật lí mơn khoa học thực nghiệm, việc phát triển tư vật lí nhằm hình thành phát triển phẩm chất, lực người học theo yêu cầu đổi giáo dục, vấn đề đòi hỏi trình dạy học phải có thay đổi so với trước đây, khơng lí thuyết, hàn lâm mà phải theo đường tự nhiên, thực nghiệm, trực quan Trong chương trình vật lí bậc trung học phổ thơng, phần học, quang hình học có nhiều nội dung học tập, nghiên cứu gắn với tượng, vật có thể quan sát trực tiếp thí nghiệm thực hành nhà trường có nhiều thí nghiệm cho nội dung Phần Điện, Nhiệt Vật lí hạt nhân có tính trừu tượng cao, gặp thường khó quan sát mắt thường thí nghiệm cho nội dung tương đối ít, có nội dung khơng thể quan sát thông qua tượng thực tế thí nghiệm thực Chính vì việc dạy học theo tinh thần đổi dựa thay đổi nội dung, phương pháp, kỹ thuật dạy học chưa đủ - Đối với phần Điện xoay chiều chương trình vật lý 12, nội dung khó giáo viên học sinh mà nguyên nhân kiến thức toán học cần sử dụng nhiều, có nhiều khái niệm, tượng, nhiều đại lượng vật lí nhiều mối liên hệ… Đặc biệt, nội dung có tính trừu tượng cao, có thiết bị thí nghiệm dẫn đến việc dạy giáo viên việc học tập, vận dụng học sinh gặp nhiều khó khăn Để nâng cao hiệu giảng dạy giáo viên học tập học sinh nội dung thì việc lựa chọn nội dung, hình thức, phương pháp, kỹ thuật dạy học thì việc sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo lựa chọn mang lại hiệu cao - Việc sử dụng phần mềm nhằm nâng cao chất lượng dạy học phần điện xoay chiều trường THPT Mai Anh Tuấn thực nhiên hiệu chưa mong muốn, nguyên nhân trình độ tin học, tìm tòi, đầu tư giáo viên khác khác chưa có nghiên cứu chuyên sâu việc sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ dạy học phần điện xoay chiều Qua thực tế tìm tịi áp dụng vào cơng tác giảng dạy, tơi nhận thấy có nhiều phầm mềm thí nghiệm ảo miễn phí sử dụng tốt cho trình giảng dạy giáo viên học tập học sinh Do đó đề tài này, xin trình bày kinh nghiệm “Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo dạy học chủ đề: Các mạch điện xoay chiều - Vật lý 12” Kính mong đồng nghiệp góp ý! 1.2 Mục đích nghiên cứu - Giúp giáo viên nâng cao khả ứng dụng công nghệ thông tin dạy học giáo dục nhằm đáp ứng yêu cầu đổi giáo dục - Trực quan hóa vấn đề trừu tượng thông qua phần mềm thí nghiệm ảo miễn phí - Hạn chế tình trạng lí thuyết, hàn lâm dạy học giáo viên, tạo hứng thú cho học sinh, giúp em chủ động, linh hoạt, sáng tạo trình học tập nhằm phát triển phẩm chất, lực học sinh - Giúp học sinh quan sát di chuyển điện tích, biến thiên dòng điện, điện áp xoay chiều đoạn mạch: chứa điện trở thuần, chứa cuộn cảm thuần, chứa tụ điện đoạn mạch RLC mắc nối tiếp để từ đó học sinh hiểu rõ khái niệm pha dao động, dòng điện, điện áp xoay chiều, đồ thị dòng điện, điện áp; mối liên hệ phụ thuộc dòng điện điện áp vào điện trở, cuộn cảm, tụ điện tần số dòng điện… 1.3 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài là: - Sự biến đổi dòng điện, điện áp liên hệ chúng bốn loại đoạn mạch xoay chiều: Chỉ chứa điện trở thuần, chứa cuộn cảm thuần, chứa tụ điện RLC mắc nối tiếp - Ứng dụng ba phần mềm: PhET, Proteus Crocodile Physics dạy học chủ đề Các mạch điện xoay chiều - Phương pháp dạy học phát triển phẩm chất, lực người học 1.4 Phương pháp nghiên cứu Trong đề tài có sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp xây dựng sở lý thuyết - Phương pháp khảo sát thực tế, thu thập thông tin - Phương pháp thống kê, xử lý số liệu II Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm * Cơ sở pháp lí: - Theo hướng dẫn thực chương trình năm học 2021-2022 môn vật lý - Theo Kế hoạch dạy học mơn Vật lí - khối 12 trường THPT Mai Anh Tuấn Sở GD ĐT tỉnh Thanh Hóa phê duyệt - Theo Kế hoạch giáo dục nhà trường năm học 2021-2022 * Cơ sở vật lí: Các mạch điện xoay chiều: - Đoạn mạch chứa điện trở thuần: Giả sử dòng điện chạy qua điện trở có dạng i  I cos(t ) thì điện áp hai đầu đoạn mạch uR  U R cos(t ) Trong đó U R  I R [1] - Đoạn mạch chứa cuộn dây cảm: Giả sử dòng điện chạy qua cuộn dây có dạng i  I cos(t ) thì điện áp hai  đầu đoạn mạch uL  U L cos(t  ) Trong đó U L  I Z L Z L   L [2] - Đoạn mạch chứa tụ điện: Giả sử dòng điện chạy qua tụ điện có dạng i  I cos(t ) thì điện áp hai đầu  đoạn mạch uC  U 0C cos(t  ) Trong đó U 0C  I Z C Z C  [3] C - Đoạn mạch RLC mắc nối tiếp: Giả sử dòng điện chạy qua điện trở có dạng i  I cos(t ) thì điện áp hai đầu đoạn mạch u  U cos(t   ) Trong đó U  I Z Z  R  (Z L  ZC )2 tan   Z L  ZC [4] R Từ nội dung thấy dịng điện (i) điện áp hai đầu đoạn mạch (u) có mối liên hệ với (cùng tần số, giá trị hiệu dụng phụ thuộc theo dạng định luật ôm đoạn mạch, độ lệch pha không đổi phụ thuộc vào đặc điểm mạch điện) 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Các mạch điện xoay chiều theo chương trình phổ thông gồm bốn loại đoạn mạch: Đoạn mạch chứa điệnt rở thuần, chứa cuộn cảm thuần, chứa tụ điện đoạn mạch RLC mắc nối tiếp Giữa tần số, giá trị hiệu dụng (hay cực đại) pha dòng điện, điện áp có mối liên hệ chặt chẽ với Việc học tập học sinh: học tập nội dung em thường gặp nhiều khó khăn kiến thức toán học nhiều trừu tượng thiết bị thí nghiệm thực khơng có đó sau học xong học sinh thường lơ mơ, khó hiểu, khó nhớ dẫn đến việc vận dụng kiến thức có hiệu thấp Việc giải tập học sinh chủ yếu dựa sở ghi nhớ cách máy móc dẫn đến nhanh quên thường không trả lời câu hỏi mức thông hiểu Vấn đề giảng dạy giáo viên: không có thiết bị thí nghiệm nên có đổi phương pháp dạy học hiệu chưa cao, cịn mang tính lí thuyết, hàn lâm Chính lí dẫn đến học sinh khơng có điều kiện tham gia vào q trình khảo sát rút kết luận Đây khó khăn giáo viên học sinh tìm hiểu chủ đề Các mạch điện xoay chiều 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo miễn phí dạy học chủ đề “Các mạch điện xoay chiều” - Vật lí 12 (xem thêm phần phụ lục) 2.3.1 Phần mềm PhET - Giới thiệu phần mềm: Các thí nghiệm mơ PhET minh họa học cách trực quan, người học có thể tương tác trực tiếp hình lựa chọn dụng cụ, linh kiện thiết kế thí nghiệm; thực thí nghiệm, đọc xử lí kết để tìm hiểu trình mang tính định lượng Do đó, mô PhET có thể sử dụng cho học sinh tất cấp, phụ thuộc vào mục đích khai thác giáo viên học sinh [5] - Cách sử dụng mềm PhET để khảo sát biến thiên dòng điện điện áp đoạn mạch xoay chiều: + Bước 1: Truy cập vào địa web: http:// phet.colorado.edu/ + Bước 2: Chọn điện trở, cuộn cảm, tụ điện, dây nối, công tắc, nguồn điện xoay chiều, bên cơng cụ phía phải hình Vơn kế, ampe kế, Dao động kí điện tử (đồ thị hiệu điện đồ thị cường độ) công cụ bên phải kéo hình lắp chúng thành đoạn mạch xoay chiều + Bước 3: Đóng công tắc, quan sát số Ampe kế, vôn kế để có giá trị tức thời dòng điện, điện áp Quan sát đồ thị dao động kí điện tử để thấy biến thiên dịng điện, điện áp mối liên hệ pha dao động u,i loại đoạn mạch xoay chiều - Ưu nhược điểm phần mềm việc áp dụng dạy học chủ đề + Ưu điểm: Là phần mềm miễn phí, chạy trực tiếp Web có thể tải đưa vào Power poin, giao diện có tiếng việt nên dễ sử dụng, phù hợp với nội dung dạy học phần điện, chất khí… + Nhược điểm: Phần mềm linh kiện điện tử nên có khả sử dụng hạn chế Đồ thị u,i phải dùng hai dao động kí điện tử khác nên khó quan sát so sánh mối liên hệ pha dao động 2.3.2 Phần mềm Proteus - Giới thiệu phần mềm: Phần mềm Proteus phần mềm vẽ, mô mạch điện tử, phát triển công ty Lacenter Electronics Với proteus, người dùng có thể mô tả hầu hết linh kiện điện tử thơng minh phổ biến Tính u thích Proteus có thể mơ hoạt động mạch điện tử, cụ thể thiết kế mạch viết trình điều khiển cho loại vi điều khiển.[6] Phần mềm có nhiều phiên bản, từ 8.0 đến 8.13 để khảo sát mạch điện xoay chiều theo chương trình vật lí 12, có thể sử dụng bất kỳ phiên cũng - Cách sử dụng mềm Proteus 8.13 để khảo sát biến thiên dòng điện điện áp đoạn mạch xoay chiều: + Bước 1: Tìm google tải phần mềm Proteus máy tiến hành cài đặt + Bước 2: Mở phần mềm, chọn linh kiện: Điện trở thuần, cuộn cảm, tụ điện, nguồn điện xoay chiều sau đó chọn dụng cụ đo cường độ dòng điện, điện + Bước 3: Mắc thành đoạn mạch cần khảo sát, cho mạch hoạt động quan sát số Ampe kế, Điện kế Chọn chế độ đồ thị quan sát đồ thị biến thiên dòng điện, điện áp - Ưu, nhược điểm phần mềm dạy học chủ đề + Ưu điểm: Đây phần mềm chuyên dụng cho người tìm hiểu sâu lĩnh vực điện, điện tử Phần mềm có nhiều linh kiện điện tử; đồ thị u,i hiển thị hệ trục nên tiện so sánh pha u,i đoạn mạch + Nhược điểm: Giao diện tiếng anh lại có dung lượng cài đặt lớn nên thầy cô, em học sinh không thông thạo công nghệ thông tin khó sử dụng 2.3.3.Phần mềm Crocodile Physics - Giới thiệu phần mềm: Crocodile Physics phần mềm giả lập phòng thí nghiệm ảo cho phép người dùng có thể thiết kế hình ảnh cho phù hợp với thí nghiệm ngành khoa học tự nhiên Ngoài ra, học sinh có thể thực hành tập thí nghiệm chương trình giả lập Cơng cụ mơ thí nghiệm vật lý áp dụng nhiều lĩnh vực khác điện tử, quang học, học vật lý.[7] - Cách sử dụng mềm Crocodile Physics để khảo sát biến thiên dòng điện điện áp đoạn mạch xoay chiều: + Bước 1: Tải phần mềm Crocodile Physics máy tính tiến hành cài đặt + Bước 2: Chọn linh kiện: Điện trở thuần, cuộn cảm, tụ điện, nguồn điện xoay chiều sau đó chọn dụng cụ đo cường độ dòng điện, hiệu điện + Bước 3: Mắc linh kiện điện tử, dụng cụ đo thành đoạn mạch xoay chiều đọc kết thí nghiệm - Ưu nhược điểm phần mềm dạy học chủ đề + Ưu điểm: phần mềm có từ sớm, quen thuộc nhiều giáo viên, tương đối dễ sử dụng + Nhược điểm: Không hiển thị đồ thị biến thiên u,i nên gây khó khăn việc quan sát biến thiên đại lượng vật lý mạch điện 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Sau áp dụng phần mềm mô để dạy học chủ đề Các mạch điện xoay chiều chia sẻ với đồng nghiệp nhà trường, kết thu - Đối với thân: Trình độ tin học, khả ứng dụng công nghệ thông tin nâng cao - Đối với đồng nghiệp: Có nhiều thầy cô tìm hiểu phần mềm sử dụng vào trình giảng dạy mình khơng chủ đề mà cịn sử dụng cho nội dung khác chất khí, điện chiều chương trình công nghệ 12 - Đối với học sinh lớp giảng dạy: Học sinh hứng thú hơn, tích cực, hợp tác trình học tập; khả khai thác Internet phục vụ cho việc học tập học sinh tốt hẳn, khả vận dụng kiến thức cũng tiến rõ rệt Dưới bảng so sánh kết kiểm tra 15 phút với đề sau học xong chủ đề hai lớp có học lực tương đương hai thầy khác Lớp 12D dạy học phần mềm, lớp 12C dạy bình thường < 2,5 2,5đến đến 7,0 đến 8,75 Từ 9,0 đến Điểm 4,75 6,75 10 SL % SL % SL % SL % SL % 12D 0 7,1 15 35,71 20 47,62 9,57 12C 0 22,5 15 40,0 14 35,0 2,5 III Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận Việc ứng dụng công nghệ thông tin dạy học tất yếu, phù hợp với xu phát triển xã hội nói chung ngành giáo dục nói riêng đòi hỏi người giáo viên phải không ngừng nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ nhằm đáp ứng yêu cầu giáo dục thời đại Trong dạy học, yếu tố tác động trực tiếp đến sản phẩm đạt được, từ việc lựa chọn nội dung, ngồn ngữ, phương pháp đến kĩ thuật, phương tiện dạy học, thái độ, tình cảm giáo viên… đó thân giáo viên phải khơng ngừng hồn thiện 3.2 Kiến nghị - Đối với giáo viên: Không ngừng học tập nâng cao trình độ chuyên môn, khả sử dụng công nghệ thông tin, khai thác tài nguyên mạng Internet phục vị trình dạy học - Đối với tổ chuyên môn: Cần có chuyên đề ứng dụng công nghệ thông tin sinh hoạt tổ nhóm chuyên môn giúp giáo viên có hội trao đổi, học hỏi đồng nghiệp XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 17 tháng 05 năm 2022 Tôi xin cam đoan SKKN mình viết, không chép nội dung người khác Mai Văn Tâm TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo viên Vật lý 12 (chuẩn) - Lương Duyên Bình (chủ biên), NXB Giáo dục, 2007 Sách giáo khoa Vật lý 12 (chuẩn) - Lương Duyên Bình (chủ biên), NXB Giáo dục, 2007 https://happymobile.vn/proteus-la-gi-phan-mem-mo-phong-mach-dientu/ https://Download Proteus 8.12 Full Google Drive 2022Phanmem123.com https://thuvienthuthuat.net/tai-phan-mem-crocodile-physics-695-full.html https://thuvienvatly.com/download/3703 https://www.youtube.com/watch?v=OHMm-WbCRoc htps://www.youtube.com/watch?v=sv3i0vKoYQw https://www.youtube.com/watch?v=gpsyd_mhHBw TRÍCH DẪN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1], [2], [3], [4] Sách giáo khoa Vật lý 12 - Lương Duyên Bình (chủ biên), NXB Giáo dục, 2007 [5] http://khoahocphattrien.vn/cong-nghe/voi-phet-hoc-stem-sinh-dong-vahieu-qua-hon/20210422030016156p1c859.htm [6] http://tienkiem.com.vn/phan-mem-proteus-la-gi/ [7] https://taichua.com/download-crocodile-physics-2472 DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP PHÒNG GD&ĐT, CẤP SỞ GD&ĐT VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Mai Văn Tâm Chức vụ đơn vị công tác: Giáo viên trường THPT Mai Anh Tuấn Kết Cấp đánh đánh giá giá xếp loại TT Tên đề tài SKKN xếp loại (Phòng, Sở, (A, B, Tỉnh ) C) Tích hợp bảo vệ môi trường Sở GD C tiết Bài tập nguyên lý nhiệt động lực học (Vật lý 10 – bản) Thiết kế thí nghiệm dạy học “Định luật Sác-lơ” (Vật lý 10-CB) Sở GD C Năm học đánh giá xếp loại 2011- 2012 2018-2019 10 ... khảo sát rút kết luận Đây khó khăn giáo viên học sinh tìm hiểu chủ đề Các mạch điện xoay chiều 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo miễn phí dạy học chủ đề. .. phương pháp, kỹ thuật dạy học thì việc sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo lựa chọn mang lại hiệu cao - Việc sử dụng phần mềm nhằm nâng cao chất lượng dạy học phần điện xoay chiều trường THPT Mai... giảng dạy, tơi nhận thấy có nhiều phầm mềm thí nghiệm ảo miễn phí sử dụng tốt cho trình giảng dạy giáo viên học tập học sinh Do đó đề tài này, xin trình bày kinh nghiệm ? ?Sử dụng phần mềm thí nghiệm