BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ VÕ TRẦN KHOA NGUYÊN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MẶT TRỜI – TRÁI ĐẤT – MẶT TRĂNG PHỤC VỤ GIẢNG DẠY THIÊN VĂN HỌC CHO HỌC SINH TIỂU H[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ VÕ TRẦN KHOA NGUN THIẾT KẾ MƠ HÌNH MẶT TRỜI – TRÁI ĐẤT – MẶT TRĂNG PHỤC VỤ GIẢNG DẠY THIÊN VĂN HỌC CHO HỌC SINH TIỂU HỌC VÀ TRUNG HỌC CƠ SỞ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TP HỒ CHÍ MINH – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ VÕ TRẦN KHOA NGUYÊN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MẶT TRỜI – TRÁI ĐẤT – MẶT TRĂNG PHỤC VỤ GIẢNG DẠY THIÊN VĂN HỌC CHO HỌC SINH TIỂU HỌC VÀ TRUNG HỌC CƠ SỞ Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ Mã số: 102 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC CN NGUYỄN TẤN PHÁT TP HỒ CHÍ MINH - 2018 i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Thầy Nguyễn Tấn Phát, người hướng dẫn em xuyên suốt q trình thực khóa luận Thầy tận tâm, tận tình chia sẻ dạy thứ cho em để hồn thành thật tốt khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn từ tận đáy lịng đến Thầy Nguyễn Hồng Long ln giúp đỡ, hỗ trợ ý tưởng kỹ thuật cho mơ hình em hoạt động cách suôn sẻ tốt Bên cạnh đó, em xin gửi lời tri ân đến Thầy Nguyễn Lâm Duy Thầy Ngô Minh Nhựt động viên, quan tâm, hỗ trợ tạo động lực giúp em lúc gặp khó khăn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy, Cô giảng viên khoa Vật lý khoa trường Đại học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh truyền dạy kiến thức, kinh nghiệm lĩnh nghề nghiệp cho em suốt chặng đường bốn năm đại học, phòng ban, tổ bảo vệ tạo điều kiện thuận lợi cho em thực khóa luận Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân thương bạn phịng thí nghiệm Vật lý đại cương nâng cao động viên, giúp đỡ, san sẻ mặt vật chất tinh thần suốt quãng thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng năm 2018 Sinh viên Võ Trần Khoa Nguyên ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU .1 I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .1 II MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .3 V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN – CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 BOARD MẠCH VI XỬ LÝ ARDUINO 1.1.1 Tổng quan 1.1.2 Giới thiệu board mạch Arduino Uno .8 1.2 CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ CÁC CẢM BIẾN LIÊN QUAN 10 1.2.1 LCD 10 1.2.2 Module giao tiếp I2C cho LCD 10 1.2.3 Cảm biến từ Hall sensor KY 024 11 1.3 ĐỘNG CƠ DC VÀ MODULE ĐIỀU KHIỂN 12 1.3.1 Động DC chiều 12 1.3.2 Module điều khiển động L298 13 1.4 Lý luận dạy học mơ hình mơ 14 iii 1.4.1 Khái niệm phương tiện trực quan 14 1.4.2 Phương pháp dạy học trực quan 14 1.4.3 Phương tiện dạy học 15 1.4.4 Mơ hình mơ dạy học môn tự nhiên xã hội dạy học môn Vật lý .17 CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 20 2.1 THIẾT KẾ MƠ HÌNH .20 2.1.1 Sơ đồ khối trình thiết kế chế tạo .20 2.1.2 Hệ bánh truyền động 20 2.2 2.2.1 CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 25 Sơ đồ ngun lý hoạt động mơ hình mơ hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng: 25 2.2.2 2.3 Đánh giá mơ hình khóa luận thực 27 GỢI Ý CÁCH ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TRONG DẠY HỌC 28 2.3.1 Cách thức hoạt động cách áp dụng mơ hình dạy học 28 2.3.2 Soạn thảo tiến trình dạy học cấp tiểu học số có sử dụng mơ hình mơ xây dựng 31 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 48 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Các thông số Arduino Uno R3 [1] 48 Bảng 3.2: Bảng chức chân LCD [15] .48 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Mơ hình thiên văn nhà sách thiết bị trường học Hình 1.2: Hình ảnh mơ hình sáng tạo dạy học thi Hà Nội Hình 1.3: Một số board mạch Arduino .7 Hình 1.4: Sơ đồ chân Arduino Uno [6] Hình 1.5: Sơ đồ khối sử dụng Arduino thí nghiệm .9 Hình 1.6: Sơ đồ chân LCD 16x2 [15] .10 Hình 1.7: Module chuyển I2C (a) hình LCD tích hợp I2C (b) 11 Hình 1.8: Module cảm biến từ Hall KY 024 12 Hình 1.9: Sơ đồ chân IC L298 13 Hình 1.10: Tháp hiệu sử dụng phương tiện dạy học [8] 16 Hình 2.1: Tóm tắt q trình thực .20 Hình 2.2: Giao diện phần mềm Gearotic 3x 22 Hình 2.3: Sơ đồ hệ truyền động bánh sử dụng mơ hình .22 Hình 2.4: Sơ đồ hệ truyền động đầy đủ gắn vào motor DC 23 Hình 2.5: Sơ đồ khối thí nghiệm 25 Hình 2.6: Một phần hệ truyền động bánh .26 Hình 2.7: Quỹ đạo Mặt Trăng sơ đồ pha Mặt Trăng 26 Hình 2.8: Mơ hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng hồn chình 27 Hình 2.9: Hình ảnh hộp điều khiển 28 Hình 2.10: Mơ hình Trái Đất – Mặt Trăng (a) mơ hình Mặt Trời (b) 30 Hình 2.11: cảm biến từ Hall xác định thời điểm nguyệt thực 30 MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Đất nước Việt Nam có chuyển tồn diện kinh tế, văn hóa giáo dục nhằm thực mục tiêu cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước Trong thời đại bùng nổ khoa học thông tin, tri thức thực tiễn sáng tạo yếu tố then chốt động lực để phát triển Do đó, trách nhiệm rèn luyện phát triển tương lai đất nước ngành giáo dục đào tạo vô to lớn Giáo dục đào tạo có thay đổi tích cực thơng qua hàng loạt cải cách đổi Trong Nghị Hội nghị lần thứ Ban Chấp hành Trung ương nêu rõ: “Tiếp tục đổi mạnh mẽ phương pháp dạy học theo hướng đại, phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo vận dụng kiến thức, kỹ người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt chiều, ghi nhớ máy móc Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo sở để người học tự cập nhật đổi tri thức, kỹ năng, phát triển lực.” [9] Trong năm qua, Bộ Giáo dục Đào tạo ban hành nhiều đổi nội dung, chương trình, sách giáo khoa, sách tham khảo, dụng cụ thiết bị dạy học, tăng cường phát triển phần mềm dạy học tích cực, tăng cường đổi phương pháp dạy học bậc học khác Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp dạy học mới, tích cực cịn gặp nhiều hạn chế đội ngũ giáo viên chưa làm quen đào tạo phương pháp mới, trang thiết bị dạy học chưa đồng bộ, cịn nhiều khó khăn thiếu sót Hiện nay, mơ hình phục vụ giảng dạy cấp học thiếu thốn hạn chế, đặc biệt môn Vật Lý Việc giảng dạy Vật Lý thông qua dụng cụ, mơ hình phương pháp hiệu để truyền đạt kiến thức khó trừu tượng cho học sinh, đồng thời góp phần phát huy tư sáng tạo, lực tự tìm tịi, khám phá tri thức người học Trong chương trình Tự nhiên Xã hội cấp bậc tiểu học chương trình Vật Lý cấp bậc trung học sở, thiên văn học phần kiến thức quan trọng Tuy nhiên, học sinh lĩnh hội kiến thức phần thông qua đọc chép, học thuộc lý thuyết quan sát qua tranh ảnh Các dụng cụ, mơ hình phục vụ giảng dạy thiên văn học hạn chế, chủ yếu sản phẩm nước ngồi nên khơng phù hợp với điều kiện giảng dạy nước ta Từ lý nêu trên, đề tài khóa luận “THIẾT KẾ MƠ HÌNH MẶT TRỜI – TRÁI ĐẤT – MẶT TRĂNG PHỤC VỤ GIẢNG DẠY THIÊN VĂN HỌC CHO HỌC SINH TIỂU HỌC VÀ TRUNG HỌC CƠ SỞ” hướng đến việc xây dựng mơ hình Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng mơ hình mơ đơn giản, nhỏ gọn thiết kế với tỉ lệ phù hợp với mục đích giảng dạy người giáo viên Mơ hình thể tương đối xác tỉ lệ tốc độ quay, số vòng quay Trái Đất quanh Mặt Trời Mặt Trăng quanh Trái Đất nhờ hệ thống bánh truyền động từ động DC điều khiển board mạch vi xử lý Arduino Ngoài ra, mơ hình cịn thể rõ trục nghiêng Trái đất 23,50, từ giải thích tượng mùa năm, pha Mặt Trăng tượng nguyệt thực Với ưu điểm nhỏ gọn, trực quan, thay đổi tỉ lệ tốc độ quay thiên thể, mô hình cơng cụ đắc lực cho giáo viên việc giảng dạy kiến thức thiên văn học cho học sinh cấp bậc tiểu học trung học sở II MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Xây dựng mơ hình mơ chuyển động tương đối Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng với kích thước, vị trí, khoảng cách tốc độ quay phù hợp; mơ hình nhỏ gọn dễ quan sát cho nhóm học; có hiển thị tốc độ quay lên LCD hộp điều khiển nút nhấn giúp người sử dụng dễ thực thao tác đơn giản III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: Vi điều khiển Arduino linh kiện điện tử; động DC; hệ thống truyền chuyển động bánh răng; kiến thức chuyển động hệ Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng; tài liệu liên quan ứng dụng dạy học qua mơ hình mơ - Phạm vi nghiên cứu: Kiến thức thiên văn học chương trình dạy học tự nhiên xã hội cấp tiểu học; chương trình Vật Lý cấp trung học IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu kiến thức board mạch vi xử lý Arduino - Nghiên cứu kiến thức linh kiện điện – điện tử - Nghiên cứu loại động nói chung động DC nói riêng nhằm xây dựng cấu trúc mơ hình Nghiên cứu mạch điều khiển động L298 để điều khiển động DC - Mô chạy thử bảng mạch điều khiển động phần mềm mô Proteus - Nghiên cứu kỹ hệ thống truyền động bánh phần mềm Gearotic 3x nhằm tạo hệ thống quay ổn định, chắn xác - Vẽ bảng vẽ thiết kế hệ thống truyền động bánh Từ kết hợp động DC để thiết kế lắp đặt mơ hình mơ - Nghiên cứu phương pháp dạy học tích cực - Đánh giá việc ứng dụng mơ hình tiết dạy tự nhiên xã hội thông qua giáo án dạy Nêu rõ tính đổi thơng qua việc sử dụng mơ hình việc dạy học - Đánh giá tổng quan mơ hình mơ phỏng, nêu ưu nhược điểm Từ đề xuất cải tiến phù hợp Hình 1.2: Hình ảnh mơ hình sáng tạo dạy học thi Hà Nội Bộ mơ hình khóa luận tơi dựa ý tưởng xây dựng hệ truyền động bánh răng, với trung tâm board mạch vi xử lý điện tử nhằm nhận phát tín hiệu người sử dụng tương tác với mơ hình Bên cạnh mơ hình sử dụng thêm cảm biến nhằm phát tượng đặc biệt xảy nhật thực, nguyệt thực Sau đây, xin phép đề cập tới thiết bị, linh kiện sử dụng mơ hình board mạch Arduino, module điều khiển động L298, động DC, hình LCD, cảm biến từ Hall, nút nhấn hệ thống bánh truyền chuyển động 1.1 BOARD MẠCH VI XỬ LÝ ARDUINO 1.1.1 Tổng quan Arduino board mạch vi xử lý làm sẵn thiết kế chuyên biệt cho người chuyên khơng chun thực lập trình thao tác điều khiển cách dễ dàng với thiết bị điện tử đèn, động cơ, cảm biến,… Arduino đời Ivrea Interaction Design Institute thị trấn Ivrea, nước Ý đặt theo tên vị vua nước Ý kỷ thứ IX [11] Được thức giới thiệu vào năm 2005 công cụ thử nghiệm học tập cho sinh viên khơng chun, ngày đạt tới quy mơ tồn cầu Hàng ngàn đồ án, dự án khắp giới, có Việt Nam sử dụng Arduino trái tim hoạt động Với phần cứng thiết kế gia công sẵn nhà sản xuất với ngôn ngữ lập trình bắt nguồn từ C/C++ phổ biến đơn giản, người dùng dễ dàng lên ý tưởng chọn thứ cần, ráp thiết bị, nối dây vào Arduino lập trình hoạt động Cùng với đơn giản thuận tiện đó, điểm bật Arduino mơi trường phát triển mở với thiết bị hỗ trợ cộng đồng, thư viện phần mềm kèm lớn đến mức xem hệ sinh thái Arduino Trải qua nhiều lần thay đổi phát triển từ mạch điện tử đơn giản sử dụng cổng RS-232 đến ngày sử dụng Usb, mạch Arduino thực phần thiếu dành cho học sinh, sinh viên, người đam mê thiết kế mơ hình thiết bị điện tử Một board mạch Arduino cung cấp cho người dùng tương tác đa dạng với: - Các thiết bị hiển thị (đèn, LCD, Oled,…) - Các thiết bị cảm biến - Động - Các module chức hỗ trợ Tùy theo kích thước mục đích sử dụng mà hãng sản xuất có hàng loạt phiên đa dạng Hình 1.3: Một số board mạch Arduino Trong đề tài khóa luận tơi, tơi sử dụng dịng Arduino cổng Usb nay, board mạch Arduino Uno 1.1.2 Giới thiệu board mạch Arduino Uno 2.1.2.1 Thơng số kỹ thuật Nhắc tới học lập trình sử dụng Arduino tên Uno tên nhắc đến hàng đầu đa dụng phổ biến việc đáp ứng tương đối đầy đủ nhu cầu người học Arduino Uno mang vi điều khiển AVR ATmega 328P sử dụng thạch anh có chu kỳ dao động 16 MHz [4] Với vi điều khiển này, chân Arduino Uno có đặc điểm sau: - 14 ngõ đầu vào/ra đọc xuất tín hiệu với mức điện áp từ -5V dòng vào tối đa chân 40 mA (từ -13, có chân cho phép xuất xung PWM (3) với độ phân giải bit) - chân nhận tín hiệu analog (từ A0 – A5) Trên board mạch cịn có nút reset, cổng Usb, ngõ cấp nguồn sử dụng jack 2.1mm lấy lượng trực tiếp từ nguồn bên ngồi 68mm 50,5mm Hình 1.4: Sơ đồ chân Arduino Uno [6] 2.1.2.2 Chức Arduino mơ hình Với khả linh hoạt làm việc với đa dạng cảm biến module hỗ trợ, thiết kế board mạch nhỏ gọn, giá phù hợp so với vi điều khiển khác vi máy tính - Raspberry Pi Bên cạnh đó, mơi trường lập trình mở Arduino Arduino IDE dựa tảng C/C++ quen thuộc cho người làm kỹ thuật học sinh, sinh viên Đề tài xoay quanh việc điều khiển tốc độ, ngắt/mở động DC qua nút nhấn, từ kéo theo việc quay hệ cơ, hiển thị tốc độ quay lên hình LCD Arduino đóng vai trị trung tâm việc thực nhiệm vụ trên: - Sử dụng chân digital 2, 3, 4, làm nút nhấn - Sử dụng chân 6, 7, có xung PWM nối vào module mạch cơng suất L298 thực việc điều khiển tốc độ quay động DC - Sử dụng chân analog A4 (SDA) A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C LCD - cảm biến từ Hall sử dụng chân analog A0 A1 NÚT NHẤN CẢM BIẾN TỪ HALL BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM ARDUINO UNO R3 MẠCH CẦU H L298 HIỂN THỊ MÀN HÌNH LCD ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC Hình 1.5: Sơ đồ khối sử dụng Arduino thí nghiệm 10 1.2 CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ CÁC CẢM BIẾN LIÊN QUAN 1.2.1 LCD Trong lập trình, hình đóng vai trị cầu nối giao tiếp người giới điện tử Các loại hình phổ biến LCD, Oled, led,…trong LCD sử dụng rộng rãi giá thành rẻ, dễ lập trình, bên cạnh việc hiển thị ký tự đa dạng, làm hình động Màn hình LCD 16x2 hình có 16 hàng, có 40 pixel 44mm 122mm Hình 1.6: Sơ đồ chân LCD 16x2 [15] 1.2.2 Module giao tiếp I2C cho LCD Khi nối trực tiếp chân LCD vào board Arduino cần tối thiểu chân cắm RS, RW, D4, D5, D6, D7, bên cạnh cịn thêm dây điều chỉnh độ tương phản, dây cắm nguồn vào LCD Do đó, để đơn giản hóa cách kết nối LCD, module điều khiển LCD với giao tiếp I2C đời với số đặc tính tối ưu sau: 11 - Giảm số dây cắm vào LCD dây - Điều khiển LCD dễ dàng qua giao tiếp I2C - Tích hợp biến trở nhằm điều chỉnh độ tương phản hình (từ 0250) (a) (b) Hình 1.7: Module chuyển I2C (a) hình LCD tích hợp I2C (b) 1.2.3 Cảm biến từ Hall sensor KY 024 Module cảm ứng từ Hall sensor KY 024 cảm biến nhận biết từ trường nam châm, dây dẫn có dịng điện chạy qua… theo ngun tắc hiệu ứng Hall [3] Thiết bị có đầu ra, chân nối đất, chân nối vào nguồn, chân tín hiệu analog digital Thông qua chip A3141, gặp vật cản có gắn nam châm hay có từ trường mạnh, module KY 024 nhận biết từ trường in tín hiệu analog tín hiệu digital giá trị hiệu điện Hall truyền tới vi điều khiển nhằm xử lý thơng tin Trong mơ hình tơi sử dụng cảm biến từ Hall nhằm nhận biết tượng nguyệt thực 12 Hình 1.8: Module cảm biến từ Hall KY 024 1.3 ĐỘNG CƠ DC VÀ MODULE ĐIỀU KHIỂN 1.3.1 Động DC chiều Động DC (direct-current motor) thiết bị dùng để biến đổi lượng dòng điện chiều thành lượng học Để làm rotor quay liên tục chiều, cổ góp điện chổi than chuyển mạch dịng điện sau vị trí ứng với 1/2 chu kỳ [2] Thông thường để điều khiển tốc độ động DC, người ta điều chỉnh điện áp đưa vào nhiều cách khác [5] Và kỹ thuật để thay đổi điện áp đưa vào thường hay sử dụng phương pháp điều xung-PWM Trong mơ hình đề tài khóa luận này, động sử dụng động DC chiều có gắn hộp giảm tốc Hộp giảm tốc hệ thống bánh truyền động Việc gắn thêm hộp giảm tốc giúp cho động có tốc độ quay chậm so với động DC bình thường khác, thêm vào tăng lực kéo học nhằm giúp học sinh quan sát dễ dàng tốc độ vừa phải, mơ hình quay mịn xác 13 Module điều khiển động L298 1.3.2 Nhằm điều khiển tốc độ đảo chiều động cơ, mơ hình cịn sử dụng module chun dụng cho động DC module L298 Được sử dụng rộng rãi dễ lập trình điều khiển, chi phí thấp, IC L298 mạch cầu đơi có khả hoạt động điện cao, dòng cao [12] L298 có hai chân enable nhằm cho phép khơng có phép mạch cầu hoạt động độc lập với tín hiệu vào Module L298 điều khiển động DC, dòng tối đa động 2A động stepper [12] 43mm 43mm Hình 1.9: Sơ đồ chân IC L298 L298 gồm chân: - 12V power 5V power chân cấp nguồn trực tiếp đến động - GND chân nối đất nguồn cấp đến động - A enable (EnA) B enable (EnB) chân lấy tín hiệu PWM từ Arduino để điều khiển tốc độ động - Input In1-4 chân tín hiệu digital từ Arduino đến L298 14 - Output A Output B dùng để nối vào động DC động stepper 1.4 Lý luận dạy học mơ hình mơ Khái niệm phương tiện trực quan 1.4.1 Phương tiện trực quan công cụ mà giáo viên học sinh sử dụng trình dạy học nhằm tạo biểu tượng, hình thành khái niệm cho học sinh thơng qua tri giác trực tiếp giác quan em [13] Phương pháp dạy học trực quan 1.4.2 Dạy học trực quan (hay cịn gọi trình bày trực quan) phương pháp dạy học sử dụng phương tiện trực quan, phương tiện kỹ thuật dạy học trước, sau nắm tài liệu mới, ơn tập, củng cố, hệ thống hóa kiểm tra tri thức, kỹ năng, kỹ xảo [14] Phương pháp dạy học trực quan thể hình thức minh họa trình bày [14]: - Minh họa thường trưng bày đồ dùng trực quan có tính chất minh họa mẫu, đồ, tranh, tranh chân dung, hình vẽ bảng, - Trình bày thường gắn liền với việc trình bày thí nghiệm, thiết bị kĩ thuật, chiếu phim đèn chiếu, phim điện ảnh, băng video Trình bày thí nghiệm trình bày mơ hình đại diện cho thực khách quan lựa chọn cẩn thận mặt sư phạm Nó sở, điểm xuất phát cho trình nhận thức - học tập học sinh, cầu nối lí thuyết thực tiễn Thơng qua trình bày giáo viên mà học sinh khơng lĩnh hội dễ dàng tri thức mà giúp họ học tập thao tác mẫu giáo viên, từ hình thành kĩ năng, kĩ xảo, 15 Ưu điểm phương pháp dạy học trực quan là: - Giúp học sinh hình thành khái niệm sở quan sát trực tiếp vật học hay đồ dùng trực quan minh họa vật - Giúp học sinh hiểu sâu, nhớ kỹ, đặc biệt tri thức hình ảnh trực quan kinh nghiệm thường lưu sâu não Bên cạnh đồ dùng dạy học trực quan giúp học sinh tăng khả nhận xét quan sát vật, tăng trí tưởng tượng, tư ngơn ngữ [13] Phương tiện dạy học 1.4.3 Phương tiện dạy học (còn gọi đồ dùng dạy học, thiết bị dạy học) công cụ giáo viên học sinh sử dụng trình dạy học nhằm đạt mục đích dạy học Những cơng cụ giúp giáo viên tổ chức, điều khiển trình dạy học thông qua hoạt động nhằm nâng cao hiệu việc dạy – học, giúp học sinh lĩnh hội khái niệm, định luật,… hình thành tri thức, kỹ năng, kỹ xảo, thái độ cần thiết [13] Từ ta thấy phương tiện dạy học cầu nối người dạy người học Thơng qua đó, nội dung, mục đích tri thức từ người dạy người học tiếp thu cách trực quan sống động, làm cho chất lượng học tập nâng cao rõ rệt Các loại phương tiện dạy học chủ yếu nhà trường nay: - Mẫu vật thật (đồ vật đời sống ngày, thực vật, động vật, khoáng sản, ); vật mơ (tranh ảnh, mơ hình, hình vẽ, phim,…) - Mơ hình thí nghiệm thiết bị thí nghiệm - Thiết bị đa phương tiện (máy vi tính, máy chiếu, phịng nghe nhìn,…) 16 Q trình hình thành kinh nghiệm Ký hiệu Biểu tượng Giả cách Thật Chữ viết Tiếng nói Ký hiệu Sơ đồ Khái quát trừu tượng Ảnh tĩnh Ảnh động Phim kết hợp âm Mơ Đóng vai Hình ảnh biểu tượng trực quan Hoạt động gián tiếp Thí nghiệm Đối tượng, trình, tượng thật Hoạt động trực tiếp Hiệu sử dụng phương tiện dạy học Hình 1.10: Tháp hiệu sử dụng phương tiện dạy học [8] Hình gọi tháp hiệu sử dụng phương tiện dạy học Trục đứng tháp miêu tả việc hình thành kinh nghiệm từ hành động trực tiếp tới gián tiếp, sau tới biểu tượng cuối trừu tượng, tức từ cụ thể đến trừu tượng Trục ngang miêu tả lĩnh hội học sinh phương tiện dạy học tương ứng Khi trình bày vấn đề, ban đầu nên đưa mẫu thật, đối tượng hay thí nghiệm, phương pháp hiệu giúp học sinh hình dung vấn đề tiếp thu Khi trình bày lời nói, chữ viết giảm mức độ tiếp thu học sinh Do nên sử dụng phương 17 tiện ký hiệu sau có khái niệm, biểu tượng tương quan giúp học sinh nắm vấn đề học Khi dạy học, nên áp dụng đa dạng phương tiện dạy học cách tốt đảm bảo tính giáo dục cao [8] Việc sử dụng hiệu phương tiện dạy học phương pháp dạy học trực quan đóng vai trị cần thiết: - Giúp học sinh hiểu nhớ nội dung học tốt Bên cạnh phát huy lực tư duy, quan sát khả kết luận vấn đề - Cụ thể hóa đơn giản kiến thức trừu tượng, mơ hình thiết bị phức tạp - Giáo viên sử dụng phương tiện dạy học trực quan nhằm giúp tiết học trở nên sinh động, gần gũi với học sinh Qua học sinh vừa học kiến thức nhà trường vừa kết hợp giải nội dung thực tiễn 1.4.4 Mơ hình mơ dạy học môn tự nhiên xã hội dạy học mơn Vật lý 1.4.4.1 Mơ hình Một cách nhằm thực phương pháp dạy học trực quan, phát huy lực sáng tạo tự học học sinh sử dụng mơ hình dạy học Khái niệm mơ hình sử dụng với định nghĩa khác nhau, theo định nghĩa V.A.Stơphơ vật lý học, ta có : “Mơ hình hệ thống hình dung óc hay thực cách vật chất, hệ thống phản ánh thuộc tính chất đối tượng nghiên cứu tái tạo nó, việc nghiên cứu mơ hình cung cấp cho ta thơng tin đối tượng” Do mơ hình phản ánh số tính chất đối tượng Đối với đối tượng, ta có nhiều mơ hình khác nhau, tùy thuộc vào tính chất phản ánh hay tư người xây dựng mơ hình Vì vậy, mơ hình khơng đồng với 18 đối tượng mà công cụ nghiên cứu đối tượng [10] Trong vật lý, mơ hình có ba chức sau: - Mơ tả vật, tượng - Giải thích tính chất tượng có liên quan đến đối tượng - Tiên đốn tính chất tượng 1.4.4.2 Các loại mơ hình sử dụng vật lý ▪ Mơ hình vật chất: Mơ hình vật chất mơ hình vật thể, phản ánh đặc trưng mặt học, hình học, vật lý học, chức học,… đối tượng nghiên cứu Loại mơ hình có chức mơ tả quan sát chủ yếu, sử dụng giai đoạn đầu trình nhận thức trình dạy học cần cho học sinh từ cụ thể chân thực ▪ Mơ hình lý tưởng Tải FULL (56 trang): https://bit.ly/3GOCoqQ Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net Mơ hình lý tưởng mơ hình trừu tượng Trên mơ hình này, người ta thường áp dụng thao tác tư lý thuyết Các mơ hình lý thuyết thường có nhiều loại, tùy theo mức độ trừu tượng khác nhau, bao gồm: mơ hình ký hiệu, mơ hình biểu tượng Loại mơ hình sử dụng trình hình thành nhận thức cao học sinh 1.4.4.1 Phương pháp mơ hình dạy học vật lý Việc giảng dạy môn tự nhiên xã hội cấp tiểu học, môn vật lý cấp trung học không giới hạn việc truyền tải kiến thức hàn lâm công thức tính tốn cho học sinh, điều quan trọng khơng hình thành cho học sinh lực tư sáng tạo, ham học hỏi, tìm tịi mới, nhận xét đánh giá từ sơ lược tới chuyên sâu chất vật tượng tự nhiên Do việc tổ chức hoạt động dạy – học ngày cần phải hướng tới việc dẫn dắt cho học sinh học tập theo cách sáng tạo tìm tịi nhà khoa học Thơng qua đó, học sinh vừa 19 tiếp thu kiến thức mới, vừa dần hình thành làm quen với cách xây dựng tri thức khoa học, vừa tự sáng tạo tìm tịi tri thức riêng cho thân Với tinh thần việc dạy học kết hợp phương pháp dạy học trực quan, cụ thể dạy học thơng qua mơ hình phương pháp cần thiết giảng dạy trường Tải FULL (56 trang): https://bit.ly/3GOCoqQ Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net Ưu điểm việc sử dụng mơ hình chức nhận thức cao Giáo viên giúp học sinh hiểu rõ đối tượng nghiên cứu, phát khái niệm mới, đặc tính mới, quy luật sử dụng mơ hình dạy học mang tính trực quan, sinh động, hình thành quy luật tư logic, dễ gây ấn tượng thích thú cho học sinh, giúp em thấy môn học gần gũi với đời sống u thích mơn học Đối với mơ hình thật, nghiên cứu hạn chế sử dụng thơng tin mang lại thao tác mơ hình khơng nhiều Trong dạy học mơ hình thật đóng vai trị quan trọng, đặc biệt mơ hình vật thể động, mơ hình cấu tạo, mơ hình phim ảnh bước đầu cho học sinh quan sát “thật”, khơng quan sát trực tiếp Ví dụ mơ hình hệ mặt trời, mơ hình cấu tạo bên động Stirling, mơ hình thể sinh vật, mơ hình đường sức từ nam châm,… Đối với mơ hình lý tưởng, bước cao có tác dụng lớn q trình nhận thức mơ hình địi hỏi học sinh trình độ tư trừu tượng định, kiến thức kinh nghiệm phong phú phù hợp dạy học trung học phổ thông, đại học cao Trong dạy học phổ thông, tùy theo hoàn cảnh cụ thể trường, lớp học, nội dung vấn đề dạy, giáo viên cần kết hợp hài hòa đa dạng phương pháp dạy học phù hợp, bên cạnh đảm bảo phương pháp trực quan cho học sinh 20 CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2.1 THIẾT KẾ MƠ HÌNH 2.1.1 Sơ đồ khối trình thiết kế chế tạo Bộ mơ hình thiết kế chế tạo dựa kiến thức điện – điện tử; lập trình C/C++ board mạch Arduino; nguyên lý hoạt động cảm biến từ Hall; cấu tạo, nguyên lý hoạt động động DC chiều; nguyên lý truyền chuyển động bánh Quá trình thiết kế chế tạo mơ hình tóm tắt theo sơ đồ hình 2.1 Nghiên cứu lập trình Arduino Vận hành, đánh giá gợi ý hướng dẫn sử dụng cho giáo viên Viết chương trình điều khiển động thông qua nút nhấn Lắp ráp hộp điều khiển cảm biến vào hệ mơ hình cảm biến Nghiên cứu lý thuyết hệ Xây dụng hệ mơ hình Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng hoàn chỉnh Nghiên cứu hệ chuyển Lên ý tưởng, vẽ sơ đồ hệ cơ, động bánh tính tốn tỷ lệ bánh phù hợp Hình 2.1: Tóm tắt q trình thực 2.1.2 Hệ bánh truyền động Mơ hình khóa luận mơ tả đầy đủ tương đối xác yếu tố sau: 6164490 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ VÕ TRẦN KHOA NGUN THIẾT KẾ MƠ HÌNH MẶT TRỜI – TRÁI ĐẤT – MẶT TRĂNG PHỤC VỤ GIẢNG DẠY THIÊN VĂN HỌC CHO HỌC SINH TIỂU HỌC VÀ... pha Mặt Trăng 26 Hình 2.8: Mơ hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng hồn chình 27 Hình 2.9: Hình ảnh hộp điều khiển 28 Hình 2.10: Mơ hình Trái Đất – Mặt Trăng (a) mơ hình Mặt Trời. .. TRĂNG PHỤC VỤ GIẢNG DẠY THIÊN VĂN HỌC CHO HỌC SINH TIỂU HỌC VÀ TRUNG HỌC CƠ SỞ” hướng đến việc xây dựng mơ hình Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng mơ hình mơ đơn giản, nhỏ gọn thiết kế với tỉ lệ phù