THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO BẰNG PHẦN MỀM YENKA TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG THPT

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Công nghệ thông tin TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA – SINH ---------- NGUYỄN THỊ NỮ HOÀNG THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO BẰNG PHẦN MỀM YENKA TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG THPT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Quảng Nam, tháng 4 năm 2015 i LỜI CẢM ƠN Khóa luận được hoàn thành dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của cô giáo Th.S Lê Thị Hồng Thanh. Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc về sự dẫn dắt tận tình, đầy trách nhiệm và động viên của cô trong quá trình nghiên cứu đề tài, đã giúp Tôi nâng cao kiến thức, phát huy tính sáng tạo và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, các thầy cô giáo khoa Lý-Hóa-Sinh của trường Đại học Quảng Nam và quý thầy cô trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ Tôi trong suốt quá trình học tập. Tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu cùng Quý thầy cô tổ vật lý và tập thể lớp 102 và 103 trường THPT Nguyễn Dục, Phú Ninh, Quảng Nam, đặc biệt là thầy Cao Minh Tuấn đã nhiệt tình, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho Tôi trong suốt thời gian thực tập sư phạm tại trường. Cuối cùng Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên Tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu trong khóa luận là trung thực và chưa từng công bố trong bấ t kì công trình nào khác. Quảng Nam, thá ng 04 năm 2016 Tác giả Nguyễn Thị Nữ Hoàng iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ CNTT Công nghệ thông tin GD-ĐT Giáo dục đào tạo THPT Trung học phổ thông HS Học sinh GV Giáo viên TN Thí nghiệm PPDH Phương pháp dạy học DH Dạy học SGK Sách giáo khoa iv DANH MỤC BẢNG, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ VÀ HÌNH A. BẢNG Bảng 2.1: Công cụ hỗ trợ của Yenka. Bảng 2.2: Dụng cụ thí nghiệm cơ học. Bảng 2.3: Dụng cụ thí nghiệm sóng cơ. Bảng 2.4: Dụng cụ thí nghiệm điện học và điện từ học. Bảng 2.5: Các thông số thí nghiệm. B. SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1: Tiến trình dạy học kiến thức vật lí có sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của phần mềm. Sơ đồ 1.2: Quy trình xây dựng và sử dụng một số TN với sự hỗ trợ của phần mềm. C. ĐỒ THỊ Đồ thị 3.1: Đồ thị tọa độ theo thời gian trong TN chuyển động thẳng đều. Đồ thị 3.2: đồ thị biểu thị độ biến thiên của động năng theo thời gian. Đồ thị 3.3: đồ thị biểu thị độ biến thiên của thế năng theo thời gian. Đồ thị 3.4: Đồ thị biểu thị động năng của con lắc lò xo với thời gian. Đồ thị 3.5: Đồ thị biểu thị thế năng của con lắc lò xo với thời gian. D. HÌNH Hình 2.1: Khởi động Yenka từ start menu. Hình 2.2: Khởi động yenka từ desktop. Hình 2.3: Màn giao diện của Yenka. Hình 2.4: Mục Science ( mục cần nghiên cứu). Hình 2.5: Side Pane của Yenka. Hình 2.6: Minh họa khả năng mở rộng không gian thí nghiệm. Hình 2.7: Minh họa không gian sóng 2D. Hình 2.8: Hình ảnh minh hoạ cho tính năng nỗi trội của Yenka. Hình 2.9: Minh họa đồ thị trong yenka. Hình 3.1: Mô hình thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng đều. Hình 3.2: Kết quả thí nghiệm về khảo sát sự chuyển động thẳng đều . v Hình 3.3: Mô hình thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng biến đổi đều. Hình 3.4: Kết quả TN về khảo sát sự chuyển động biến đổi đều với đồ thị (x,t). Hình 3.5: Kết quả TN về khảo sát sự chuyển động biến đổi đều với đồ thị (v,t). Hình 3.6: Mô tả thí nghiệm khảo sát rơi tự do. Hình 3.7: Kết quả thí nghiệm của khảo sát rơi tự do. Hình 3.8: Mô hình TN định luật bảo toàn cơ năng của trọng trường. Hình 3.9: Kết quả TN định luật bảo toàn cơ năng trong trọng trường. Hình 3.10: Mô hình TN định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp lực đàn hồi. Hình 3.11: Kết quả TN định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp lực đàn hồi. Hình 3.12: Kết quả TN dao dộng điều hòa của con lắc lò xo. Hình 3.13: Mô hình TN định luật bảo toàn cơ năng trong chuyển động của con lắc. Hình 3.14: Kết quả TN định luật cơ năng trong chuyển động của con lắc. Hình 3.15: Mô hình TN về giao thoa sóng trên mặt nước. Hình 3.16: Hình ảnh về giao thoa từ 2 nguồn kết hợp. Hình 3.17: Kết quả về TN về giao thoa sóng trên mặt nước. Hình 3.18: Kết quả TN về nhiễu xạ sóng. Hình 3.19: Mô hình TN dòng điện trong mạch R-L-C. Hình 3.20: Kết quả về TN mạch điện xoay chiều chỉ có R. Hình 3.21: Kết quả về TN mạch điện xoay chiều chỉ có L. Hình 3.22: Kết quả về TN mạch điện xoay chiều chỉ có C. Hình 3.23: Mạch điện xoay chiều R-L-C nối tiếp. Hình 3.24: Kết quả TN trong đó có sự chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây. Hình 3.25: Thí nghiệm về máy phát điện. vi MỤC LỤC A. MỞ ĐẦU .............................................................................................................1 1.1. Lý do chọn đề tài ..............................................................................................1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu.........................................................................................2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................2 1.4. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................2 1.5. Giả thuyết khoa học .........................................................................................2 1.6. Đóng góp của đề tài ..........................................................................................2 1.7. Cấu trúc đề tài ..................................................................................................3 B. NỘI DUNG ..........................................................................................................4 Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở THPT ........................................4 1.1. Cơ sở lý luận của việc sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học vật lý ở THPT………………………………………………………………………………4 1.1.1. Vai trò của TN ảo trong việc dạy học vật lý ở THPT ................................4 1.1.2. Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học với việc sử dụng TN ảo có sự hỗ trợ của phần mềm trong dạy học Vật lí ở THPT .................................................5 1.1.3. Quy trình xây dựng và sử dụng một số TN ảo với sự hỗ trợ của phần mềm trong dạy học vật lý ở THPT ........................................................................6 1.1.4. Nguyên tắc tạo và sử dụng một số TN ảo với sự hỗ trợ của phần mềm trong việc dạy học Vật lý ở THPT .........................................................................7 1.2. Cơ sở thực tiễn của việc sử dụng thí nghiệm ảo trong việc dạy học vật lý ở THPT ………………………………………………………………………..….8 1.2.1. Những khó khăn và hạn chế của các thí nghiệm truyền thống ................8 1.2.2. Thực trạng của việc sử dụng thí nghiệm ảo trong việc dạy học vật lý ở THPT……………………………………………………………………………...8 1.2.2.1. Thuận lợi .....................................................................................................9 1.2.2.2. Khó khăn .....................................................................................................9 Kết luận chương 1 .................................................................................................10 Chương 2. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM YENKA ........................................11 vii 2.1. Sơ lược về phần mềm Yenka .........................................................................11 2.2. Cài đặt phần mềm Yenka ..............................................................................11 2.3. Khởi động Yenka và màn hình giao diện.....................................................12 2.3.1. Khởi động Yenka.........................................................................................12 2.3.2. Màn giao diện ..............................................................................................12 2.3.3. Side Pane ......................................................................................................14 2.3.4. Các công cụ hỗ trợ.......................................................................................15 2.4. Quy trình thiết kế thí nghiệm vật lý ảo với phần mềm Yenka ...................16 2.5. Tính năng nổi trội của phần mềm yenka .....................................................26 2.5.1. Khả năng mở rộng không gian thí nghiệm ..............................................26 2.5.2. Tích hợp nhiều lĩnh vực ..............................................................................26 2.5.3. Không gian sóng 2D ....................................................................................27 2.5.4. Thiết lập thí nghiệm một cách dễ dàng .....................................................27 2.5.5. Đồ thị của thí nghiệm ..................................................................................29 2.5.6. Mục open- online .........................................................................................29 Kết luận chương 2 .................................................................................................30 Chương 3. THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG TN ẢO VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM YENKA TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ THPT........................................31 3.1. Các thí nghệm về cơ học ................................................................................31 3.1.1. Thí nghiệm 1. Khảo sát chuyển động thẳng đều ......................................31 3.1.2. Thí nghiệm 2. Khảo sát chuyển động thẳng biến đổi đều. ......................34 3.1.3. Thí nghiệm 3. Khảo sát sự rơi tự do ..........................................................36 3.1.4. Thí nghiệm 4. Định luật bảo toàn cơ năng trong trọng trường ..............38 3.1.5. Thí nghiệm 5. Định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp lực đàn hồi…………………………………………………………………………...……42 3.1.6. Thí nghiệm 6. Bảo toàn cơ năng trong chuyển động của con lắc đơn....47 3.2. Các thí nghiệm về sóng cơ .............................................................................51 3.2.1. Thí nghiệm về giao thoa sóng trên mặt nước ...........................................51 3.2.2. Thí nghiệm về nhiễu xạ sóng ......................................................................53 3.2.3. Thí nghiệm về sóng dừng ............................................................................53 viii 3.3. Các thí nghiệm về Điện học và điện từ học ..................................................54 3.3.1. Thí nghiệm về Điện học ..............................................................................54 3.3.1.1. Thí nghiệm dòng điện xoay chiều trong mạch R-L-C nắc nối tiếp .......54 a. Mô hình thí nghiệm .............................................................................................54 3.3.2. Thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ .............................................57 3.3.2.1. Chương trình mô phỏng thí nghiệm trong đó có sự chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây .................................................................58 3.3.2. 2. Thí nghiệm với máy phát điện ...............................................................60 Kết luận chương 3 .................................................................................................62 C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................................................................63 1. Kết luận ..............................................................................................................63 2. Một số kiến nghị ................................................................................................63 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................65 1 A. MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài Chúng ta đang sống trong thời đại khoa học công nghệ phát triển như vũ bão. Công nghệ thông tin đã được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống và sản xuất, vì thế để có thể bắt kịp xu thế của thời đại và hòa mình vào dòng phát triển chung của đất nước, Bộ GD – ĐT nước ta đã và đang tiến hành cải cách nội dung và phương pháp giảng dạy trong nhà trường ở mọi cấp học, mọi ngành học. Bên cạnh việc đổi mới nội dung, đổi mới về phương pháp giảng dạy. Chính vì vậy,việc ứng dụng công nghệ thông tin vào công tác giảng dạy là thực sự cần thiết. Với sự hỗ trợ của CNTT việc dạy và học sẽ đạt được chất lượng và hiệu quả cao hơn. Đối với môn Vật lý, với đặc thù là môn khoa học thực nghiệm nên trong quá trình hình thành kiến thức mới đòi hỏi phải có các TN mô phỏng nhằm giúp học sinh lĩnh hội kiến thức một cách toàn diện. Mặc dù hiện nay ở các trường THPT về cơ sở vật chất thiết bị đã được cải thiện một cách rõ rệt, các trường đã có các phòng học sử dụng máy chiếu và việc soạn giáo án điện tử, dạy học bằng máy vi tính không còn là vấn đề xa lạ đối với giáo viên. Tuy nhiên, các bài giảng điện tử của các giáo viên thường chỉ mới dừng lại ở việc chiếu lên các dòng chữ để thay thế cho việc trình bày bảng, ứng dụng hình ảnh động của môi trường Powerpoint hoặc các phần mềm ứng dụng đơn giản. Để nâng cao hiệu quả của các bài giảng đòi hỏi giáo viên phải lồng ghép giữa trình bày lý thuyết và thực nghiệm nhằm phát huy tác dụng của thí nghiệm trong bài dạy, đây là vấn đề rất cần thiết trong dạy học Vật lý. Với sự phát triển của CNTT, bên cạnh việc trình bày thí nghiệm trực quan thì thí nghiệm ảo cũng mang lại hiệu quả thiết thực. Có thể tiết kiệm thời gian, cùng một lúc tất cả học sinh đều quan sát được, độ chính xác của thí nghiệm tương đối cao, tạo hứng thú cho học sinh, nâng cao tinh thần sáng tạo và học hỏi của học sinh. Nó có hiệu quả cao đặc biệt khi biết kết hợp tốt trong các bài giảng điện tử có sử dụng máy chiếu. Chính vì thế mà phần mềm thiết kế thí nghiệm ảo xuất hiện ngày càng nhiều nhưng không phải phần mềm nào cũng có thể sử dụng hiệu quả. Qua tìm hiểu và nghiên cứu, tôi thấy phần mềm Yenka được đánh giá là một trong những công cụ giáo dục thế hệ mới tốt nhất giúp cho người học tiếp cận với các bộ môn thuộc khoa học tự nhiên trên phương diện thực nghiệm. Đây cũng là một trong 2 những phần mềm hỗ trợ tốt cho các bậc giáo viên với phương pháp giảng dạy mới mẻ, tạo hứng thú cho học sinh trong học tập. Phần mềm này được xây dựng dựa trên khả năng thao tác nhanh của các thế hệ máy tính cá nhân hiện nay. Nó có khả năng thiết kế được hầu hết các thí nghiệm trong chương trình vật lý phổ thông, cung cấp một số chủ đề có sẵn theo chương trình và có thể tạo ra được các chủ đề mới theo từng nột dung thí nghiệm. Hiện nay, Yenka đã được sử dụng trong hoạt động giảng dạy nhưng vẫn chưa được phổ biến vì một số tính năng đặc thù của nó. Vì vậy, để tìm hiểu rõ về phần mềm Yenka và phương pháp sử dụng phần mềm một cách hiệu quả, tôi quyết định chọn đề tài “Thiết kế và sử dụ ng thí nghiệm ảo bằng phần mềm Yenka trong dạy học vật lý ở trường THPT” trong bài khóa luận tốt nghiệp của mình. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc sử dụng thí nghiệm ảo. Phần mềm Yenka. Nội dung vật lý ở THPT. 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Phần mềm Yenka. Thiết kế và sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học vật lý ở THPT. 1.4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu mục tiêu, nội dung và nhiệm vụ dạy học của bộ môn vật lý ở THPT hiện nay. Nghiên cứu phần mềm Yenka. 1.5. Giả thuyết khoa học Nếu ứng dụng phần mềm Yenka để thiết kế thí nghiệm ảo dùng dạy học vật lý tại trường THPT sẽ góp phần tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. 1.6. Đóng góp của đề tài Qua đề tài này, các giáo viên, sinh viên sẽ tiếp nhận được một trong rất nhiều hướng ứng dụng công nghệ trong dạy học, cụ thể là sẽ biết cách sử dụng chương trình Yenka để tạo và sử dụng các thí nghiệm ảo, đặc biệt là có một kho các TN phục vụ cho dạy học. 3 Các gói TN mà chúng tôi tạo sẵn từ các thiết bị riêng lẻ gồm rất nhiều thí nghiệm mà giáo viên phải thực hiện trong chương trình vật lý phổ thông. Do đó, giáo viên có thể trực tiếp sử dụng thí nghiệm mà chỉ cần biết một chút về các thao tác cơ bản trong chương trình. Các thao tác cần thiết đều được chúng tôi giới thiệu trong bản hướng dẫn. Đồng thời sử dụng các gói thí nghiệm này, các giáo viên khỏi phải tốn công sức, thời gian vào việc thiết kế từ kịch bản cho đến mô hình thí nghiệm mà tất cả đều có sẵn, đều được thiết kế cho mọi kịch bản phù hợp với chương trình phổ thông. Đặc biệt, khi thiết kế các thí nghiệm, chúng tôi đều đã có lường trước các khả năng hi hữu ngoài ý muốn có thể xảy ra và tất cả đều được khắc phục được trong bộ thí nghiệm. 1.7. Cấu trúc đề tài Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học vật lý ở THPT Chương 2: Tổng quan về phần mềm Yenka Chương 3: Thiết kế và sử dụng một số thí nghiệm ảo với sự hỗ trợ của phần mềm Yenka trong dạy học vật lý ở trườngTHPT 4 B. NỘI DUNG Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở THPT 1.1. Cơ sở lý luận của việc sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học vật lý ở THPT 1.1.1. Vai trò của TN ảo trong việc dạy học vật lý ở THPT - Dễ dàng, trực quan sinh động: Giao diện thân thiện và hình ảnh trực quan sinh động, học sinh không chỉ được nhìn, xem, còn có cơ hội tham gia thực sự các TN ảo qua các thao tác đã được trực quan hóa với các thiết bị ảo, đây chính là điểm mạnh của phần mềm so với những bài giảng Powerpoint truyền thống. Tính chủ động của học sinh, sinh viên tăng lên do có thể tự học ở nhà trên đĩa CD hay trên Web trong khi giáo viên có thể sử dụng trên lớp như giáo cụ trực quan minh họa cho bài giảng, do đó khắc phục được phần nào tình trạng thiếu thiết bị, nguyên vật liệu TN như hiện nay. - Tăng hứng thú và tính chủ động: Để hỗ trợ tự học, một giáo viên ảo với giọng nói truyền cảm sẽ giúp sinh viên khi học, giáo viên ảo có thể bày tỏ thái độ khuyến khích hay chê trách giúp sinh viên dễ định hướng kiến thức trong khi học. Sự kết hợp hài hòa giữa câu hỏi trắc nghiệm truyền thống (lựa chọn, đúng sai,..) với hình thức trắc nghiệm kĩ năng giàu tính tương tác thu hút chú ý và tăng tính chủ động người học. Giao diện học tập được tính toán yếu tố màu sắc, tiện lợi và chiến lược giáo dục. Có thể chọn một chủ đề tự học tập bất kì, tùy thuộc vào tiến độ, khả năng tiếp thu cá nhân, giáo viên dùng mẫu này trên lớp. - Hiệu quả đạt được: Do kết hợp bài giảng + tương tác thực hành + trắc nghiệm đánh giá. Thí nghiệm mô phỏng góp vai trò vào 23 yếu tố làm tăng tính chủ động học tập trực quan, tương tác cao, cho phép đánh giá mức độ tiếp thu kiến thức của HS là những yếu tố không thể thiếu đối với một phần mềm giáo dục hiện đại. - Tích hợp đa phương tiện: Việc tích hợp tính năng multimedia (đoạn phim, âm thanh,...) làm thí nghiệm sinh động cùng với việc lập trình hành động tạo đối tượng thí nghiệm ảo dễ dùng lại sẽ tiết kiệm công thức thiết kế phát triển đối với những vòng đời sau của phần mềm. - Không chỉ lập trình: Muốn phần mềm tốt cần kịch bản tốt, có tính sư phạm, chính xác, khoa học, kết cấu chặt chẽ. Người viết kịch bản cần tham khảo nhiều tài liệu, ý kiến chuyên gia, giảng viên và sinh viên về môn học. Sự tương đồng với kịch bản phim hoạt hình (phân cảnh) giúp phần mềm thêm sinh động mà vẫn đảm bảo các 5 tiêu chí giáo dục cần thiết. Việc xây dựng thư viện đối tượng TN, thiết bị ảo giúp tối ưu quá trình phát triển phần mềm vì cho phép dùng lại khi xây dựng phần mềm tương đương. Thiết bị TN ảo giúp HS làm quen với thiết bị, nắm được kiến thức và yêu cầu thực nghiệm, làm tiền đề khai thác thiết nghiệm thực. Thiết bị ảo được xây dựng qua nhiều bước: Thiết kế trạng thái, hành vi, tính chất, chụp hình, bóc tách,.. lập trình, lồng ghép, đóng gói. Khả năng tiến hành các thiết bị ảo, thử nghiệm các tình huống giả định, khó thu được trong thực nghiệm, tiến hành nhiều lần giúp tiết kiệm thời gian, chi phí nguyên vật liệu, giảm sai hỏng thiết bị do thao tác sai. - Đây là một ưu điểm của phần mềm so với bài giảng kiểu cũ. Một điều tra đã cho thấy mức độ sinh động bài giảng thí nghiệm ảo tăng lên 26 so với bài giảng trên Powerpoint. Tính thân thiện tăng lên 19, độ khó hiểu giảm 4. Như vậy áp dụng phần mềm đã thực sự hiệu quả, chất lượng bài giảng. 1.1.2. Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học với việc sử dụng TN ảo có sự hỗ trợ của phần mềm trong dạy học Vật lí ở THPT Trên cơ sở nghiên cứu lí luận hoạt động nhận thức cho học sinh theo hướng tích cực hóa trong dạy học vật lí, chức năng của TN và khả năng hỗ trợ TN ảo của phần mềm, chúng tôi xin đề xuất tiến trình tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh theo hướng tích cực hóa với việc sử dụng thí nghiệm có sự hỗ trợ của phần mềm sau: Sơ đồ 1.1: Tiến trình dạy học kiến thức vật lí có sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của phần mềm. Sử dụng TN với sự hỗ trợ của phần mềm Vấn đề Điều kiện cần sử dụng để đi tìm câu trả lời cho vấn đề đặt ra Giải quyết bài Kết luận nhận định Vận dụng Sử dụng TN với sự hỗ trợ của phần Sử dụng TN với sự hỗ trợ của phần mềm củng cố vận dụng kiến thức 6 1.1.3. Quy trình xây dựng và sử dụng một số TN ảo với sự hỗ trợ của phần mềm trong dạy học vật lý ở THPT Để xây dựng và sử dụng TN với sự hỗ trợ của phần mềm, đầu tiên chúng ta cần xác định mục tiêu bài học thông qua nghiên cứu SGK và chuẩn kiến thức kĩ năng. Tiếp theo GV phải xác định TN cần sử dụng trong bài học. Sau đó, dự kiến những khó khăn gặp phải khi thực hiện mục tiêu đó. Đặc biệt là các khó khăn trong xây dựng và sử dụng TN. Tiếp đến, GV nghiên cứu khả năng hỗ trợ của phần mềm trong các TN cũng như trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS. Trên cơ sở những khả năng đó, GV khai thác hoặc xây dựng các TN với sự hỗ trợ của phần mềm và thiết kế tiến trình dạy học tương ứng để sử dụng các TN đó. Sau tiết dạy, GV có thể bổ sung những khó khăn gặp phải trong thực tế, từ đó xây dựng khai thác các TN khác hoặc điều chỉnh tiến trình dạy học cho các tiết dạy sau tốt hơn. Qui trình xây dựng và sử dụng TN với sự hỗ trợ của phần mềm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS có thể tóm tắt bằng sơ đồ sau: Sơ đồ 1.2: Quy trình xây dựng và sử dụng một số TN với sự hỗ trợ của phần mềm. Xác định các TN cần sử dụng trong bài học Nghiên cứu SGK, chuẩn kiến thức, kỹ năng để xác định mục tiêu của bài học Nghiên cứu khả năng hỗ trợ các phần mềm trong các TN cụ thể cũng như trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS Xây dựng (hoặc khai thác) các TN Thiết kế tiến trình dạy học trong đó có sử dụng TN với sự hỗ trợ của phần mềm Giảng dạy với tiến trình dạy đã thiết kế Dự kiến những khó khăn gặp phải trong dạy học và trong các TN 7 1.1.4. Nguyên tắc tạo và sử dụng một số TN ảo với sự hỗ trợ của phần mềm trong việc dạy học Vật lý ở THPT Nguyên tắc 1: Về việc kết hợp giữa nội dung TN hiển thị và kịch bản sư phạm Nội dung bài giảng, nội dung thực sự của TN phải là sự kết hợp giữa nội dung TN nhằm cung cấp thông tin và kịch bản sư phạm đã xây dựng nhằm biến nội dung thông tin thành kiến thức. Do đó, một TN hay, đẹp đến mấy nhưng nó có hợp lý hay không, có biến được lượng thông tin thành kiến thức hay không là ở kịch bản sư phạm của GV. Nguyên tắc 2: Tập trung làm rõ, hướng dẫn cho HS quan sát hiện tượng chính. Các TN muốn thu được nhiều số liệu, muốn dễ điều khiển, muốn đẹp thì đa số đều chứa các liên kết, các bộ phận phức tạp. Vì vậy, GV phải làm rõ các chủ đích của từng bước TN làm rõ trọng tâm của TN đó và đồng thời, qua đó hướng dẫn HS quan sát đúng theo mục đích giáo dục của TN. Nguyên tắc 3: Tạo cho HS tương tác với tài liệu, với TN. Một sự nguy hiểm là đôi khi GV không kiểm soát được TN và đồng thời cũng làm cho HS tiếp nhận một cách thụ động, bỏ mất cơ hội tương tác của HS-GV và HS-TN. Đây là một tai họa cho quá trình giảng dạy. Do đó, GV cũng như người thiết kế TN ảo cần nghiên cứu tìm ra hướng khắc phục. Có thể khắc phục theo các hướng sau: - Thiết kế TN và kịch bản sư phạm làm sao cho người học cùng với GV tham gia vào xây dựng mô hình, nguyên tắc TN. - GV khuyến khích HS tham gia vào bài TN bằng các câu hỏi hay các cuộc thảo luận về hiện tượng TN, cải tiến TN hay hơn, chính xác hơn. Nguyên tắc 4: Sự hòa hợp giữa ảo và thực. Thí nghiệm ảo là ảo chứ không thực. Biến một hiện tượng tự nhiên thành một TN theo chủ ý của con người rồi lại giả lập trên máy tính. Như vậy, TN ảo này chắc chắn còn nhiều cái không thật không hoàn chỉnh để đáp ứng nhiệm vụ thay thế tầm nhìn về thế giới thực. Để tránh những tác hại do vấn đề này gây ra, người thiết kế TN phải tạo ra môi trường đủ thật bằng cách xây dựng một TN ảo đủ thật, chứa các phương pháp phức tạp hoặc có thể làm giảm đi càng nhiều càng tốt các hiệu ứng, tương tác giả quá lý tưởng, không phù hợp thực tế. 8 1.2. Cơ sở thực tiễn của việc sử dụng thí nghiệm ảo trong việc dạy học vật lý ở THPT 1.2.1. Những khó khăn và hạn chế của các thí nghiệm truyền thống Để tiến hành một TN thực thụ trong không gian lớp học rất cần nhiều thứ: Thứ nhất, là thiết bị phải đồng bộ và thống nhất trên cả nước, hoạt động ổn định đồng thời GV phải tuyệt đối cẩn thận và tuyệt đối am hiểu hiện tượng để tránh xảy ra tai nạn. Thứ hai, là thời gian.Một TN chỉ được phép chiếm từ 5-10 phút trong giờ học.Nhưng với thời gian đó chỉ đủ cho GV chuẩn bị, lắp đặt dụng cụ. Do đó lượng kiến thức mà HS thu được phải giảm bớt đi. Thứ ba, là về kinh tế.Ai cũng biết rằng một TN thực được tiến hành trong giờ học tốn rất nhiều thời gian và đặc biệt là tiền bạc. Tuy nhiên, có một điều cần chú ý rằng khi tiến hành một TN với các dụng cụ TN trong phòng TN, mô hình TN được gia công hết sức cẩn thận, công phu nhưng chỉ sử dụng một lần duy nhất, lần khác phải tiến hành lại. Như vậy không kinh tế và không khoa học. Không phải TN nào cũng tiến hành trong phòng học. Có những TN rất khó tiến hành, rất khó quan sát, đo đạc do đó không có tác dụng, có khi còn gây ra phản tác dụng.Với những khó khăn đó, GV rất hạn chế trong việc sử dụng TN, phần lớn là mô tả TN. Sử dụng TN ảo các khó khăn trên sẽ được khắc phục, việc khảo sát được trực quan hơn, dễ dàng hơn, tiến hành được những TN mà thực tế rất khó thực hiện. 1.2.2. Thực trạng của việc sử dụng thí nghiệm ảo trong việc dạy học vật lý ở THPT Bắt đầu từ năm học 2006- 2007 hầu như các trường THPT đều đã được trang bị một phòng máy riêng với đầy đủ các thiết bị phục vụ cho việc dạy học môn vật lý, tuy nhiên các phòng máy chỉ phục vụ cho dạy và thực hành môn Tin học, dạy nghề. Trong những năm gần đây,ở nước ta, tại các trường THPT, số lượng GV sử dụng máy vi tính trong việc dạy học tăng lên một cách đáng kể. Điều này đóng một vai trò rất quan trọng trong sự nghiệp giáo dục của nước ta ở thế kỉ 21. Một trong những ứng dụng của máy tính vào quá trình dạy học là việc sử dụng phần mềm để dạy học. Tình hình thực tế cho thấy, chúng ta đã và đang bước vào kỉ nguyên mới, kỉ 9 nguyên của công nghệ thông tin mà trong đó phần mềm dạy học là một trong những tiềm năng rất lớn có thể thay đổi giáo dục của nước ta nhất là giáo dục phổ thông. Tuy vậy, việc ứng dụng công nghệ thông tin trong học đường vẫn đang chỉ dừng lại ở việc trang bị máy tính và kết nối Internet, chứ chưa hoàn toàn khai thác được những ứng dụng của công nghệ thông tin để đổi mới phương pháp dạy học, chưa trang bị cho HS những phương pháp tìm kiếm tri thức mới, chưa giúp cho HS biết dùng công nghệ thông tin để khai thác thông tin hữu ích. 1.2.2.1. Thuận lợi Ngày nay việc truy cập Internet tìm kiếm thông tin không còn xa lạ với GV cũng như HS vì vậy việc tìm kiếm một phần mềm dạy học TN ảo không còn khó khăn. Bên cạnh đó, nhiều GV và HS đã có kĩ năng sử dụng công nghệ thông tin như Internet, máy tính cũng như các thao tác cơ bản của phần mềm máy tính. Nhà trường nhìn chung đã có phần nào cố gắng tạo điều kiện cho GV và HS được tiếp cận và sử dụng máy vi tính, cũng như các phầm mềm TN ảo trong dạy học. 1.2.2.2. Khó khăn Khá nhiều HS có thói quen ỷ lại vào sự cung cấp kiến thức từ GV. Nhiều GV và HS khả năng sử dụng ngoại ngữ chưa sự đủ tốt ( nhất là HS miền núi) để có thể khai thác và sử dụng các trong phần mềm TN ảo. Một số GV còn có tâm lí ngại tìm hiểu vì sợ khó, khả năng ngoại ngữ và năng lực sử dụng công nghệ thông tin còn hạn chế nên chưa sử dụng thành thạo và chưa hướng dẫn được cho HS trong quá trình học tập. Phần mềm TN ảo tràn lan GV và HS chưa có thể chọn được phần mềm đúng với khả năng của mình để khai thác và sử dụng nó. Đại đa số các phần mềm TN hiện có đều được viết bằng tiếng nước ngoài nên các giáo viên cũng gặp nhiều khó khăn trong việc tìm hiểu và sử dụng nó cho hiệu quả. 10 Kết luận chương 1 Chương 1 chúng tôi đã trình bày cơ sở lý luận và thực tiễn của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý ở THPT với những vấn đề chính: khái niệm, đặc điểm của TN vật lý; phân tích vai trò của TN vật lý trong dạy học vật lý ở THPT; phân tích vai trò của TN vật lý trong dạy học vật lý theo hai quan điểm lý luận nhận thức và quan điểm dạy học; phân loại được TN vật lý và đưa ra được yêu cầu khi tiến hành và sử dụng đối với từng loại TN; nêu được vai trò của TN ảo trong dạy học vật lý; tiến trình tổ chức, quy trình cũng như nguyên tắc tạo và sử dụng thí nghiệm ảo trong việc dạy học vật lý ở trường THPT; đặc biệt là sự cần thiết của việc tạo TN ảo trong dạy học vật lý phổ thông. Trong quá trình nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn ở trên, Tôi nhận thấy rằng TN vật lý nói chung và TN ảo nói riêng có tác dụng nhiều mặt cụ thể trong việc nắm vững kiến thức, rèn luyện kỹ năng, phát triễn năng lực sáng tạo và bồi dưỡng nhận cách, kỹ năng, kỹ thuật cho HS. Vì vậy muốn nâng cao chất lượng trong dạy học vật lý thì vấn đề nghiên cứu thiết kế, xây dựng thí nghiệm ảo bằng các phần mềm trong dạy học vật lý ở THPT là vấn đề cần thiết. Những cơ sở lý luận nghiên cứu trên đây sẽ giúp Tôi cụ thể hóa trong việc vận dụng thiết kế, sử dụng phần mềm Yenka trong dạy học vật lý ở THPT. 11 Chương 2. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM YENKA 2.1. Sơ lược về phần mềm Yenka Yenka là một thế hệ mới của các mẫu công cụ giáo dục từ hãng Crocodile Clips. Yenka tập hợp nhiều thí nghiệm thú vị về bốn ngành học công nghệ, toán học, khoa học và máy tính. Với mỗi môn học khác nhau, sẽ có các dụng cụ thí nghiệm, thành phần TN phù hợp với môn học giúp thầy cô giáo có thêm công cụ dạy học hiệu quả hơn, học sinh nắm rõ vấn đề hơn. Yen ka cho phép bạn thử nghiệm với các chủ đề bạn đang giảng dạy trong một thế giới ảo an toàn và chính xác. Yenka đem đến cho người dùng mức độ tự do tối đa trong việc tương tác với các vật thể nhằm đạt được mục đích sử dụng. Nếu muốn có một bảng mạch điện, bạn cứ việc kéo thả các công cụ được Yenka cung cấp, lắp ghép chúng lại và có được bảng mạch của riêng mình. Bên cạnh đó, giao diện thiết kế theo kiểu điều hướng giúp bạn dễ nắm bắt cấu trúc tổ chức và tương tác thoải mái hơn. Ngoài ra, tùy từng môn học mà giao diện cũng được tút lại cho phù hợp. 2.2. Cài đặt phần mềm Yenka - Giải nén tập tin tải về Yenka2.1.1(MSI)Setup.NLS.rar; sau đó chạy tập Yenka2.1.1(MSI)Setup.NLS.exe. - Kích Next để tiếp tục. - Kích Next để tiếp tục. - Kích nút Install để bắt đầu cài đặt. - Chương trình đang cài đặt. - Nhấn Finish để kết thúc. - Vào C:Program FilesYenkaServer chạy tệp YK.msi để cài đặt Yenka. - Chọn I accept…, nhấn Next để tiếp tục. - Gõ nội dụng tùy ý vào hai ô Use Name và Organization, nhấn Next để tiếp tục. - Nhấn Next để tiếp tục. - Nhấn nút Install để bắt đầu cài đặt. - Quá trình cài đặt. - Nhấn Finish để hoàn thành cài đặt. 12 2.3. Khởi động Yenka và màn hình giao diện 2.3.1. Khởi động Yenka Có thể khởi động Yenka bằng các cách sau: Cách 1: Từ start menu Hình 2.1: Khởi động Yenka từ start menu. Cách 2: Từ desktop Chọn open Hình 2.2: Khởi động yenka từ desktop. 2.3.2. Màn giao diện Hình 2.3: Màn giao diện của Yenka. 13 Giới thiệu tổng quan các thành phần chính Hộp thoại Product Chooser Computing (tính toán) Mathematics (biểu đồ toán học, hình học) Science(các thí nghiệm thuộc lĩnh vực Vật lý và Hóa học) Technology (điện tử) Mục Science(mục cần nghiên cứu) Hình 2.4: Mục Science ( mục cần nghiên cứu). Mục Science bao gồm: Inorganic Chemistry: Hóa học vô cơ Electrochemistry: Điện hóa học Light Sound: Âm thanh và ánh sáng Motion: Cơ học Electricity Magnetism: Điện học và điện từ học Analogue Electronics: Điện tử Digital Electronics: Điện kỹ thuật số 14 2.3.3. Side Pane Hình 2.5: Side Pane của Yenka. 15 2.3.4. Các công cụ hỗ trợ Công cụ hỗ trợ thiết kế thí nghiệm dùng chung đã được tuyển chọn và đưa vào trong thư viện các dụng cụ thí nghiệm Objects. Presentation bao gồm các dụng cụ hỗ trợ như thước đo, đồ thị, tranh vẽ, các nút dừng thí nghiệm hay thực hiện lại thí nghiệm…giúp cho các TN ảo được thiết lập bằng phần mềm trở nên chuyên nghiệp hơn. Bảng 2.1: Công cụ hỗ trợ của Yenka. 16 2.4. Quy trình thiết kế thí nghiệm vật lý ảo với phần mềm Yenka Để thiết lập một thí nghiệm vật lý ảo bằng phần mềm Yenka chúng ta có thể tiến hành thao tác theo trình tự chung gồm 6 bước cơ bản sau đây Bước 1: Khởi động phần mềm yenka Lưu ý : Ở lần đầu khởi động chương trình, bạn chọn một trong bốn môn học bất kỳ, rồi nhấn nút Cancel khi thấy hộp thoại Do you want to try the Yenka Statistics Tour hiện ra. Sau đó, bạn nhấn vào liên kết Use all products for free để đăng ký dùng chương trình miễn phí mãi mãi (cứ mỗi năm phải đăng ký lại một lần), không bị giới hạn 15 dùng thử. Bước 2: Lựa chọn lĩnh vực Hộp thoại Product Chooser cho bạn chọn lĩnh vực cần mô phỏng thí nghiệm, gồm: Computing (tính toán), Mathematics (biểu đồ toán học, hình học), Science (các thí nghiệm thuộc lĩnh vực Vật lý và Hóa học), Technology (điện tử). Bước 3: Lựa chọn dụng cụ thí nghiệm Cơ học Di chuyển chọn Science chọn Motion là bạn có thể chọn các dụng cụ để thiết kế thí nghiệm về chuyển động cơ trong bảng dưới đây. Trong các dụng cụ này, bạn chọn dụng cụ nào thì di chuyển con trỏ đến biểu tượng của dụng cụ đó, bấm giữ chuột trái và di chuyển vị trí cần đặt rồi thả chuột. Space Trường không trọng lượng Grounds (Trường trọng lực) Ideal elastic ground Mặt tiếp xúc hoàn toàn đàn hồi Ideal inelastic ground Mặt tiếp xúc không đàn hồi Wooden ground Mặt tiếp xúc bằng gỗ Metal ground Mặt tiếp xúc bằng kim loại Rubber ground Mặt tiếp xúc bằng cao su Glass ground Mặt tiếp xúc bằng thuỷ tinh Ice ground Mặt tiếp xúc là mặt băng Concrete ground Mặt tiếp xúc bằng bê tông Slopes (Mặt phẳng Ideal elastic slope Mặt phẳng nghiêng hoàn toàn đàn hồi 17 Motion Chuyển động nghiêng) Ideal inelastic slope Mặt phẳng nghiêng không đàn hồi Wooden slope Mặt phẳng nghiêng bằng gỗ Metal slope Mặt phẳng nghiêng bằng kim loại Rubber slope Mặt phẳng nghiêng bằng cao su Glass slope Mặt phẳng nghiêng bằng thuỷ tinh Ice ground Mặt phẳng nghiêng là mặt băng Concrete ground Mặt phẳng nghiêng bằng bê tông Balls (Quả cầu) Ideal elastic ball Quả cầu hoàn toàn đàn hồi Ideal inelastic ball Quả cầu xúc không đàn hồi Soccer ball Quả bóng đá Basket ball Quả bóng rổ Cricket ball Quả bóng Criket Golf ball Quả bóng sân Golf Tennis ball Quả bóng Tennis Billiard ball Quả bóng Bida Wooden ball Quả cầu bằng gỗ Rubber ball Quả cầu bằng cao su Metal ball Quả cầu bằng kim loại Concrete ball Quả cầu bằng bê tông Glass ball Quả cầu bằng thuỷ tinh Ice ball Quả cầu bằng nước đá Blocks (Vật nặng) Ideal elastic block Khối hộp chữ nhật hoàn toàn đàn hồi Ideal inelastic block Khối hộp chữ nhật không đàn hồi Brick Viên gạch xây Wooden block Khối hộp chữ nhật bằng gỗ Metal block Khối hộp chữ nhật bằng kim loại 18 Rubber block Khối hộp chữ nhật bằng cao su Glass block Khối hộp chữ nhật bằng thuỷ tinh Ice block Khối hộp chữ nhật băng Concrete block Khối hộp chữ nhật bằng bê tông Cart Xe lăn Rod Thanh gắn thẳng Spring Lò xo Bảng 2.2: Dụng cụ thí nghiệm cơ học. Phần sóng Di chuyển chọn Science chọn Light soundsau đó chọn Waves. Trong Waves bạn có thể lựa chọn các dụng cụ để thiết kế thí nghiệm về sóng trong bảng dưới đây. Các dụng cụ này nếu bạn chọn dụng cụ nào thì chỉ cần di chuyển con trỏ đến biểu tượng của dụng cụ đó, bấm-giữ chuột trái và di chuyển đến vị trí cần đặt rồi thả chuột. Waves Các sóng 1D Các sóng quan sát được theo một mặt cắt Wave propagation space Sự truyền sóng trong môi trường Wave penetration space Sự truyền sóng qua hai môi trường Wave reflection space Sự tổng hợp của sóng tới và sóng phản xạ đầu tự do Wave interference space Sự giao thoa của hai sóng truyền ngược chiều nhau Wave pinned space Sự tổng hợp của sóng tới và sóng phản xạ đầu cố định. Wave plucking space Sự truyền sóng trên dây căn hai đầu cố định 2D Các sóng quan sát được theo Elictromagnetic wave space Môi trường truyền sóng Sound wave space Môi trường truyền sóng âm 19 mọi phươ ng truyền củ a sóng Water wave space Môi trường truyền sóng nước Sources Nguồ n sóng Point source Nguồn điểm Line source Nguồn có dạng là đoạn thẳng Moving point source Nguồn điểm có thể chuyển động Reflectors Mặt phản xạ Plane reflector Mặt phản xạ phẳng Obstacles Vùng cản trở sóng Block Dạng hình chữ nhật Sloped block Dạng hình thang Trialgle Dạng hình tam giác Circle Dạng hình tròn Slits Khe hở Single slits Khe hở đơn Double slits Khe hở đôi Measurement Ðo lường Detector Vị trí đặt thiết bị đo Bảng 2.3: Dụng cụ thí nghiệm sóng cơ. Phần điện học từ học Di chuyển chọn Science chọnElectricity Magnetism Trong Electricity Magnetism bạn có thể lựa chọn các dụng cụ để thiết kế thí nghiệm về phần điện học và điện từ học trong bảng dưới đây. Các dụng cụ này nếu bạn chọn dụng cụ nào thì chỉ cần di chuyển con trỏ đến biểu tượng của dụng cụ đó, bấm-giữ chuột trái và di chuyển đến vị trí cần đặt rồi thả chuột. Measurement (dữ liệu đo lường) 20 Electricity Magnetism (Điện và Từ) Circuit Diagrams ( Sơ đồ mạch) Power supplies (Bộ cấp nguồn) Switches (Thiếtbị chuyển mạch) Input components (linhkiện đầu vào) Passive 21 components (phần tử thụ động) Diodes ( điốt) Outputs (Kếtquả đầu ra) Pictorial ( báo ảnh) 22 Electricity Generation (phát điện) Measurement Fields(Lĩnh vực) Induction (sự cảm ứng) Power stations (Các nhà máy điện) Electricity Transmission (truyền tải điện) Measurement Electricity Use (Sử dụng điện) Measurement 23 Bảng 2.4: Dụng cụ thí nghiệm điện học và điện từ học. Bước 4 : Di chuyển, lắp ghép, thiết đặt thông số và xoá dụng cụ thí nghiệm Sau khi đã lựa chọn được các dụng cụ bạn có thể di chuyển, lắp ghép, thay đổi thông số, hoặc xoá các dụng cụ theo phương pháp sau: Khi cần di chuyển dụng cụ bạn cần di chuyển con trỏ đến dụng cụ bấm-giữ chuột trái và di chuyển đến vị trí cần chuyển đến rồi thả chuột. Khi cần kết nối các dụng cụ bạn cần di chuyển các các dụng cụ để các điểm nối lại trùng nhau (điểm nối của các vật ở tâm). Khi cần thiết lập các thông số của dụng cụ bạn cần di chuyển con trỏ đến dụng cụ, bấm chuột phải và chọn Properties thì trong menu dọc Properties sẽ hiện ra các tuỳ chọn về các thông số dụng cụ để bạn thay đổi. Khi cần xoá dụng cụ bạn cần di chuyển con trỏ đến dụng cụ bấm chuột trái rồi bấm Delete hoặc bấm chuột phải và di chuyển chọn Delete trong menu. Nếu bạn muốn xoá nhiều dụng cụ trước khi đặt lệnh xoá bạn lựa chọn các dụng cụ cần xoá trước. Bước 5: Chọn hình thức thể hiện thông số của thí nghiệm Sau khi lắp đặt các dụng cụ thí nhiệm bạn cần phải lựa chọn các công cụ hỗ trợ để thể hiện các thông số của thí nghiệm, phần này rất quan trọng của thí nghiệm. Bởi nếu bạn đã thiết lập thí nghiệm thành công nhưng không đưa ra được kết quả thì việc thiết lập thí nghiệm của ban sẽ không mang lại kết q...

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	3,02 MB