Pham Kim Chung

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KĨ NĂNG SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG CHO SINH VIÊN SƯ PHẠM VẬT LÍ Phạm Kim Chung Trường Đại học Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà Nội Tóm tắt Xây dựng phần mềm thí nghiệm vật lí ảo máy tính sử dụng kết hợp thí nghiệm thật thí nghiệm ảo hỗ trợ việc rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm dạy học cho sinh viên sư phạm vật lí cần thiết Khắc phục khó khăn thiết bị thí nghiệm, tạo điều kiện cho sinh viên tự học nhà tiết kiệm thời gian phịng thí nghiệm để rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm dạy học Bằng phần mềm với video tương tác đảm bảo tính khách quan số liệu thu được, xây dựng số phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ có hiệu cho việc rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm cho sinh viên ngành sư phạm vật lí trường Đại học Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà Nội Computer simulations can play a importance role in physics teacher education because they can provide a vehicle for “interactive practice” It can enable the student to respond to new and changing information in ways which closely approximate real-life situations This type of instructional experience can produce a depth of learning We designed the visual experiments with interactive video by Flash, including there functions: Test knowledge and skill; Design and experiment; Planing to use experiment in teaching Those sofwares have helped physics student teacher of Colledge of EducationHanoi, Vietnam National University to develop using experiment skill on teaching physics Đặt vấn đề Để đáp ứng việc giảng dạy tốt chương trình vật lí phổ thơng, sinh viên sư phạm vật lí cần rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm dạy học trường phổ thông Do hạn chế thiết bị thí nghiệm, sinh viên khơng có điều kiện tự nghiên cứu nhà trước tiến hành thí nghiệm thật Khi thực hành phịng thí nghiệm, sinh viên nhiều thời gian làm quen với dụng cụ, tiến hành thí nghiệm, có thời gian rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm dạy học Nhiều trường đại học giới Việt Nam nghiên cứu kết hợp việc sử dụng thí nghiệm ảo hỗ trợ q trình thực hành với thí nghiệm thật Tuy nhiên, phần mềm tập trung đến mô thí nghiệm mà chưa trọng đến việc rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm dạy học Nghiên cứu xây dựng phần mềm thí nghiệm vật lí ảo máy tính sử dụng kết hợp thí nghiệm thật thí nghiệm ảo, tạo điều kiện cho sinh viên tiết kiệm thời gian phịng thí nghiệm để thảo luận, thực hành sử dụng thí nghiệm dạy học có tác dụng phát triển kĩ sử dụng thí nghiệm dạy học cho sinh viên sư phạm vật lí Vấn đề xây dựng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ thực hành thí nghiệm vật lí Việc nghiên cứu xây dựng phần mềm hỗ trợ dạy học với thí nghiệm khởi đầu từ phần mềm đơn lẻ, riêng biệt thường tập trung vào phần mềm mô tượng phần mềm Crocodile physics… Với phát triển mạng Internet, xu hướng lập trình ứng dụng chạy mạng Internet quan tâm Các nghiên cứu phần mềm mơ phỏng, minh họa thí nghiệm nhiều hạn chế việc hỗ trợ sinh viên tiếp cận sử dụng thí nghí nghiệm thật Xu hướng nghiên cứu xây dựng sử dụng phần mềm hỗ trợ thực hành thí nghiệm vật lí (TNVL) giới tập trung vào hai vấn đề: Nghiên cứu xây dựng phần mềm thí nghiệm ảo đảm bảo tính khách quan số liệu thực nghiệm thu từ thí nghiệm, tạo điều kiện cho sinh viên nhanh chóng tiếp cận với thí nghiệm thật; Nghiên cứu tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm với hỗ trợ phần mềm thí nghiệm ảo nhằm làm tăng hiệu hoạt động thực hành thí nghiệm Năm 1999, giáo sư Rudof Rass trường đại học Tổng hợp kĩ thuật Berlin- Đức cộng đưa ý tưởng sử dụng thí nghiệm tương tác hình (Interactive Screen Experiment- hay cịn gọi video tương tác - interactive video) hỗ trợ việc thực hành TNVL Bằng video quay thí nghiệm thực lập trình thao tác đối tượng giúp cho sinh viên nhanh chóng tiếp cận với dụng cụ thí nghiệm, đồng thời số liệu thực nghiệm thu thập đảm bảo tính khách quan.[2] Việc sử dụng video tương tác không giúp sinh viên thao tác với dụng cụ thí nghiệm, nắm bắt quy trình tiến hành thí nghiệm, đồng thời đòi hỏi sinh viên đánh giá kết đó, nhận biết yếu tố ảnh hưởng đến độ xác số liệu Hiện nhiều trường đại học giới trường đại học Tổng hợp kĩ thuật Berlin- Đức; trường đại học Cambrige – Anh; trường đại học Harvard – Mỹ, Khoa Vật lí trường đại học Bang Kansas- Mỹ xây dựng sử dụng thí nghiệm tương tác hình dạy học vật lí Xây dựng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm dạy học vật lí cho sinh viên sư phạm Nghiên cứu quy trình kĩ thuật xây dựng phần mềm thí nghiệm ảo với video tương tác, video quay thí nghiệm thật lập trình phần mềm Flash (đây phần mềm lập trình đa phương tiện, tạo chương trình có dung lượng nhỏ chạy Internet)], đưa xây dựng phần mềm hỗ trợ rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm dạy học cho sinh viên sư phạm vật lí gồm chức sau : * Hỗ trợ kiểm tra kiến thức, kĩ trước tiến hành thí nghiệm Để tiến hành thí nghiệm địi hỏi sinh viên cần có kiến thức kĩ thí nghiệm định kĩ sử dụng dụng cụ đo, kĩ thu thập xử lí số liệu Bằng phần mềm trắc nghiệm khách quan dựa tình huống, có tác dụng kiểm tra, củng cố kiến thức, định hướng trình nghiên cứu sinh viên Hình Câu hỏi kiểm tra kĩ tính sai số Ví dụ: Để kiểm tra, củng cố kĩ tính sai số thí nghiệm, phần mềm đưa bảng số liệu, yêu cầu sinh viên tính sai số, gõ kết vào để trống máy tính kiểm tra kết (Hình 1) Trong phần có tài liệu kĩ thuật số cung cấp thêm cho sinh viên, sinh viên nhấn vào liên kết để mở nhanh tài liệu, tiết kiệm thời gian tìm kiếm tư liệu cho sinh viên * Hỗ trợ xây dựng phương án quy trình tiến hành thí nghiệm Để xây dựng phương án quy trình thao tác tiến hành thí nghiệm, sinh viên cần biết dụng cụ thí nghiệm, bố trí thí nghiệm lên phương án tiến hành thí nghiệm Những cơng việc nghiên cứu giấy khó khăn Với video quay thí nghiệm thật lập trình máy tính theo quy trình thao tác tiến hành thí nghiệm, cho phép sinh viên tương tác với đối tượng hình ảnh thao tác thực thí nghiệm thật Sinh viên nghiên cứu số phương án thí nghiệm, phát khó khăn, yếu tố ảnh hưởng đến độ xác thí nghiệm từ giúp sinh viên cải tiến thí nghiệm tự xây dựng phương án thí nghiệm riêng Những chức phần mềm cụ thể sau: + Hỗ trợ xây dựng phương án thí nghiệm: Để xây dựng phương án thí nghiệm, sinh viên cần lựa chọn dụng cụ thí nghiệm, bố trí thí nghiệm Phần mềm đưa dụng cụ yêu cầu sinh viên lựa chọn, lựa chọn phù hợp, thực tiếp bước lắp ráp thí nghiệm (hình 2), sinh viên kéo dụng cụ thí nghiệm vào hình bố trí thí nghiệm cho hợp lí Hình Câu hỏi kiếm tra kĩ bố trí thí nghiệm với chức kéo-thả + Tiến hành thí nghiệm phần mềm: Để thực thí nghiệm hình, sinh viên thao tác với đối tượng hình (hình ảnh dụng cụ thí nghiệm) thí nghiệm Sinh viên phải thực quy trình thao tác, ghi nhận kết thực nghiệm, nhập vào bảng số liệu phần mềm Ví dụ: Thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng với rung đo thời gian (hình Hình Hình ảnh kết thực thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng thí 3) Sinh viên phải thực quy trình nghiệm với rung đo thời gian thao tác tiến hành thí nghiệm, đọc kết nhập vào bảng số liệu, nhấn nút xem “kết quả” , hình ảnh băng giấy xuất hiện, thực đo khoảng cách dấu chấm nhập vào bảng số liệu (có thể nhấn nút phóng to, thu nhỏ để đọc kết xác hơn) + Xử lí số liệu: Với chức xử lí số liệu, tính tốn vẽ đồ thị, nhanh chóng tính tốn đại lượng dẫn suất vẽ đồ thị thực nghiệm đồ thị lí thuyết để so khớp với đường đồ thị thực nghiệm Ví dụ: Nhấn nút đồ thị thực nghiệm, kết thực nghiệm vẽ đồ thị Với chức vẽ đồ thị lý thuyết, Hình Đồ thị thực nghiệm khảo sát chuyển thay đổi thông số để so khớp đường đồ động thẳng thí nghiệm khảo sát thị lí thuyết đường đồ thị thực nghiệm chuyển động thẳng với rung đo thời gian để phát quy luật, định luật (Hình 4) * Hỗ trợ lập kế hoạch sử dụng thí nghiệm dạy học vật lí trường phổ thơng Để lập kế hoạch sử dụng thí nghiệm dạy học vật lí, sinh viên cần thử nghiệm phương án thí nghiệm với mục đích đề ra, rút kinh nghiệm từ lập kế hoạch sử dụng thí nghiệm dạy học Bằng câu hỏi tự luận ngắn, yêu cầu đánh giá ưu, nhược điểm phương án thí nghiệm, dự đốn khó khăn sử dụng thí nghiệm dạy học đề xuất giải pháp giải khó khăn Những câu hỏi gợi ý cho sinh viên lập kế hoạch sử dụng thí nghiệm dạy học (Hình 5) Với chức nghi liệu hộp văn Sinh viên trả lời câu hỏi cách gõ nội dung vào ô văn để trống ghi lại vào máy tính ghi chép rút kinh nghiệm cá nhân tiến hành thí nghiệm, cần mở lại để tham khảo (các nội dung in báo cáo chuẩn bị sinh viên) Hình Câu hỏi gợi ý xây dựng ý tưởng sử dụng thí nghiệm dạy học Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm dạy học cho sinh viên sư phạm vật lí Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm dạy học vật lí sử dụng theo cách sau: - Sử dụng kết hợp thí nghiệm thật thí nghiệm ảo rèn luyện kĩ dạy học thực nghiệm cho sinh viên sư phạm vật lí Phần mềm sử dụng nguồn tư liệu phong phú, sinh động, nghiên cứu thí nghiệm, lập kế hoạch tiến hành thí nghiệm để chuẩn bị sử dụng thí nghiệm dạy học Nhờ phần mềm thí nghiệm xây dựng cách quay video thí nghiệm thật lập trình máy tính, nên phần mềm hoàn toàn giống thao tác với thí nghiệm thật, vậy, thực hành TNVL với thí nghiệm thật, sinh viên nhanh chóng nhận biết dụng cụ thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm xử lí số liệu, giúp tiết kiệm thời gian tiến hành thí nghiệm, tập trung thảo luận việc sử dụng thí nghiệm dạy học Trong trình sinh viên xây dựng hồ sơ dạy cho học nhà, cụ thể như: Lập kế hoạch dạy học (giáo án); xây dựng phiếu học tập cho học sinh, xây dựng phiếu ghi chép giáo viên thí nghiệm; xây dựng cơng cụ kiểm tra- đánh giá Sinh viên sử dụng phần mềm để tham khảo, nghiên cứu lại phương án thí nghiệm tiến hành, kết hợp với kết ghi chép trình tiến hành thí nghiệm phịng thí nghiệm, sinh viên xây dựng hồ sơ dạy hiệu - Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ q trình tự học, tự nghiên cứu sinh viên thí nghiệm Trong điều kiện việc trang bị thiết bị thí nghiệm hạn chế, sinh viên khơng có điều kiện thực hành với thí nghiệm thật, phần mềm thí nghiệm ảo hồn tồn giống thí nghiệm thật hình ảnh quy trình tiến hành thí nghiệm nên phần mềm thí nghiệm ảo sử dụng phương tiện thay để sinh viên chuẩn bị dạy học với thí nghiệm (lưu ý phần mềm khơng thể thay thí nghiệm thật được) Khi thực hành giảng dạy thực tập trường phổ thông sinh viên nhanh chóng tiếp cận với thí nghiệm thật Kết luận Việc xây dựng triển khai phần mềm hỗ trợ rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm dạy học cho sinh viên sư phạm vật lí tạo mơi trường học tập mới, phát huy vai trị, vị trí người dạy người học, tạo điều kiện đổi phương pháp hình thức tổ chức dạy-học Qua nghiên cứu, xây dựng số phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ thực hành thí nghiệm vật lí trường phổ thơng cho sinh viên ngành sư phạm Vật lí trường Đại học giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội Những phần mềm xây dựng sử dụng bước đầu đem lại hiệu việc rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm cho sinh viên sư phạm vật lí TÀI LIỆU THAM KHẢO Kosmas Dendrinos (2005) Developing standards in Research on Sience Education Computer assisted hand-in laboratories activities: Design development and evaluation of instructional software for science teachers education Fischer (ed), Taylor & Francis Group London Lawrence T Escalada, Robert Grabhorn, and Dean A Zollman (1996) Applications of Interactive Digital Video in a Physics Classroom Journal of Educational Multimedia and Hypermedia, No5, p 73-97) Nguyễn Xuân Thành (2007) Mơ thí nghiệm máy tính để sử dụng phối hợp với thí nghiệm thật dạy học vật lí nhà trường phổ thơng Tạp chí khoa học số 6/2007 Đại học Sư phạm Hà Nội Pham Xuan Que, Pham Kim Chung (2007) Role, requiments of online interactive physics experiment and how to develop the experiment Journal of Science, Hanoi University of education Volume 52 Richard E.Mayer (2005) The Cambridge handbook of multimedia learing Cambridge University p 72-89 ... dạy học vật lí nhà trường phổ thơng Tạp chí khoa học số 6/2007 Đại học Sư phạm Hà Nội Pham Xuan Que, Pham Kim Chung (2007) Role, requiments of online interactive physics experiment and how to develop