skkn nghiên cứu sử dụng phần mềm trong dạy học vật lý

Ngô Sỹ Hoàng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 -= =- 1 A. Mở đầu: Vật lý là môn khoa học của thực nghiệm, vì vậy trong giảng dạy môn Vật lý làm thí nghiệm là một khâu có vai trò rất quan trọng, nó không chỉ làm tăng tính hấp dẫn của môn học, giúp học sinh hiểu sâu sắc các kiến thức lý thuyết đ đợc học mà quan trọng hơn là tạo cho học sinh một trực quan nhạy bén. Trong thực tế giáo viên Vật lý nào cũng rất muốn lồng ghép các thí nghiệm biểu diễn trong quá trình truyền đạt các nội dung kiến thức, nhng cũng có thể vì các lý do chủ quan và khách quan mà không thể thực hiện các thí nghiệm đó đợc, các lý do đó có thể là: - Không có đủ thời gian để chuẩn bị thí nghiệm. - Thiết bị thí nghiệm không đồng bộ, chất lợng kém, sai số lớn - Thí nghiệm xẩy ra trong các điều kiện đặc biệt: Buồng tối (đờng đi của tia sáng), chân không, nhiệt độ cao - Thí nghiệm đợc thực hiện quá nhanh hoặc là quá chậm. Thờng thì khi gặp các trở ngại trên giáo viên sẽ phải dạy "chay" dẫn đến tốn thời gian và chất lợng giờ học không cao. Trong chơng trình Vật lý lớp 12 - THPT gồm có 3 phần: Phần 1 - Dao động và Sóng; Phần 2 - Quang học; Phần 3 - Vật lý hạt nhân. Nhng Phần 2 có nhiều thí nghiệm biểu diễn nhất, phần lớn các thí nghiệm đó đều khó thực hiện do vớng vào các lý do trên, nếu không biết cách khắc phục sẽ rất khó trong việc truyền thụ kiến thức cho học sinh. Trong bài Hiện tợng tán sắc ánh sáng có hai thí nghiệm quan trọng của nhà bác học Newton nếu thực hiện trực tiếp trên lớp thì rất khó khăn, nhng chúng ta có thể khắc phục đợc khó khăn này bằng cách sử dụng các thiết bị công nghệ thông tin có trong nhà trờng và việc nghiên cứu sử dụng các phần mềm mô phỏng ( Computersimulation) chuyên dụng, hỗ trợ các thí nghiệm vật lý (Computer assisted Physics Experiments). Ngô Sỹ Hoàng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 -= =- 2 I. Lý do chọn đề tài: Hiện tợng tán sắc là một hiện tợng rất cơ bản của ánh sáng, giúp học sinh hiểu rõ hơn bản chất của ánh sáng, các thí nghiệm biểu diễn khó thực hiện trên lớp dẫn đến hạn chế hiệu quả tiếp thu kiến thức của học sinh, nhng ta có thể khắc phục yếu điểm đó bằng cách sử dụng các phần mềm mô phỏng chuyên dụng, nhng vấn đề là dùng phần mềm nào? và sử dụng vào bài dạy ra sao? Để có thể đa đến hiệu quả tốt nhất. II. Mục tiêu của đề tài: Thông qua các thí nghiệm mô phỏng (ảo) giúp học sinh hiểu đợc sâu sắc hơn hiện tợng tán sắc ánh sáng, làm cơ sở cho việc tiếp thu các kiến thức trong các bài tiếp theo. Tiến hành làm hai thí nghiệm của nhà bác học Newton bằng phần mềm thí nghiệm mô phỏng. III. Thời gian thực hiện đề tài: Thực hiện trong hai mục 1, 2 của tiết 63. Hiện tợng tán sắc ánh sáng (theo phân phối chơng trình). IV. Quá trình thực hiện đề tài: - Hệ thống lại các kiến thức liên quan đến ánh sáng ở hai chơng trớc (Chơng V và chơng VI - SGK VL12 - THPT). - Nghiên cứu và chuẩn bị phần mềm mô phỏng lồng ghép trong bài giảng điện tử, hệ thống các câu hỏi phát vấn trong quá trình giảng dạy nội dung mới. 1. Thực trạng của học sinh trớc khi thực hiện đề tài: + Khả năng tiếp thu kiến thực của học sinh trong lớp không đồng đều. + Học sinh thờng tiếp thu kiến thức một cách thụ động, ít phát biểu xây dựng bài. + Khả năng t duy của học sinh còn hạn chế. Ngô Sỹ Hoàng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 -= =- 3 + Học sinh rất hứng thú với các bài giảng điện tử, các thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm mô phỏng(ảo) . 2. Biện pháp thực hiện: - Bài dạy này đợc thực hiện kết hợp với giáo án điện tử và một số các hiệu ứng của phần mềm Power Point. - Khi thực hiện các thí nghiệm ảo cần phải phân tích rõ cho học sinh biết các dụng cụ có trong thí nghiệm, tính lịch sử và khoa học của thí nghiệm. - Tiến hành thí nghiệm theo từng giai đoạn có sự tham gia của học sinh ( học sinh phân tích hiện tợng, đa ra các dự đoán về kết quả của các giai đoạn thông qua quan sát thí nghiệm ). - Học sinh nêu ra một số hiện tợng xẩy ra trong tự nhiên có liên quan đến hiện tợng tán sắc. - Có thể phân tích bố trí lại thí nghiệm dựa theo lợi thế của phần mềm mô phỏng và khả năng tiếp thu kiến thức của học sinh. - Giáo viên hớng dẫn cho một số học sinh (nhóm học sinh) có điều kiện về nhà tự làm lại thí nghiệm và đa ra nhận xét. B. Giải quyết vấn đề: I. Kiến thức cơ bản: 1. Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng: Học sinh nắm đợc: - Thí nghiệm của nhà bác học Newton thực hiện vào năm 1672, Thí nghiệm đợc bố trí và kết quả thu đợc nh hình vẽ: Ngô Sỹ Hoàng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 -= =- 4 - Khái niệm về hiện tợng tán sắc. - Khái niệm về quang phổ, quang phổ liên tục. 2. Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc: Học sinh nắm đợc: - Thí nghiệm của nhà bác học Newton về ánh sáng đơn sắc. - Khái niệm về chùm ánh sáng đơn sắc, ánh sáng đơn sắc. II. Sử dụng thí nghiệm mô phỏng, MÔ PHỏNG LạI hai thí nghiệm của nhà bác học Newton: Hiện nay có rất nhiều phần mềm mô phỏng các thí nghiệm vật lý, mỗi phần mềm có những u nhợc điểm khác nhau, đối với phần quang học nói chung và phần hiện tợng tán sắc ánh sáng nói riêng phần lớn giáo viên thờng sử dụng hai phần mềm đó là: Crocodile Physics 605 và phần mềm PHENOPT. Nhng phần mềm Crocodile Physics 605 đợc sử dụng nhiều và hiệu quả hơn cả. 1. Thí nghiệm về hiện tợng tán sắc ánh sáng: a. Màn hình làm việc của phần mềm: Mặt T rời Màn chắn Lăng kính Màn ảnh Mặt T rời Màn chắn Lăng kính Màn ảnh Đ T Ngô Sỹ Hoàng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 -= =- 5 Sau khi cài đặt xong phần mềm trên màn hình Desktop ta click vào biểu tợng Crocodile Physics 605 để sử dụng phần mềm, màn hình làm việc của phần mềm có hình ảnh nh hình dới đây: - Chính giữa là khu vực làm việc chính của phần mềm. Tại đây là nơi lắp đặt và tiến hành các thí nghiệm chính. - Bên trái là khung cửa sổ các công cụ và màn hình hỗ trợ. Chẳng hạn đây là nơi tập trung tất cả các công cụ để có thể thiết lập các thí nghiệm vật lý cụ thể. - Phía trên là hệ thống thực đơn và các công cụ chính của phần mềm. b. Mô tả thí nghiệm cần thực hiện: - Tên thí nghiệm: Thí nghiệm về hiện tợng tán sắc ánh sáng (thí nghiệm Newton). - Bài học: Hiện tợng tán sắc ánh sáng. Chơng VII - SGK VL12. Trang 163. - Mục đích yêu cầu của thí nghiệm: ( Khu vực làm việc chính ) ( Khu v ực chứa thanh công cụ và màn hình hỗ trợ) Ngô Sỹ Hoàng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 -= =- 6 Giáo viên mô phỏng lại thí nghiệm của Newton để nghiên cứu hiện tợng tán sắc ánh sáng. Từ đó giúp học sinh có thể quan sát đợc thí nghiệm rút ra định nghĩa khái niệm về hiện tợng tán sắc ánh sáng. c. Thiết lập thí nghiệm trên phần mềm: Bớc 1: Tìm kiếm công cụ: Khu vực phía trái của màn hình chính là hệ thống các công cụ để thiết lập nên thí nghiệm. Trong lớp Parts Library ( th viện các phần) chọn lớp Optics (quang học) Trong mục Optics ta có thể tìm kiếm đợc các công cụ để dùng làm thí nghiệm: - Chọn Optical Space (không gian ánh sáng). - Vào Light Sources để chọn nguồn sáng Prallel beam. - Vào Transparent Objects (dụng cụ trong suốt) để chọn Lăng kính (Prism). Ngô Sỹ Hoàng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 -= =- 7 Bớc 2: Chuẩn bị công cụ: ở bớc 1 chúng ta đ tìm đợc và sắp xếp công cụ trong khu vực chính nh sau: Bớc 3: Thiết lập các công cụ thành bộ hoàn chỉnh: - Nhấp chuột vào Không gian ánh sáng và mở rộng không gian ánh sáng cho vừa trong khu vực chính. - Nhấp giữ chuột trái vào lăng kính và nguồng sáng rồi rê vào trong không gian ánh sáng (buồng tối). ở đây u điểm không cần phải sử dụng màn chắn cũng có thể quan sát rõ nét hiện tợng. Bớc 4: Bắt đầu tiến hành thí nghiệm ảo: * Bố trí các dụng cụ nh hình vẽ: Chú ý: - Nguồn sáng lúc đầu đặt ở chế độ Infrared (tia hồng ngoại). Không gian ánh sáng Lăng kính Nguồn sáng Ngô Sỹ Hoàng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 -= =- 8 - Chùm ánh sáng đi từ đáy lăng kính lên trên. * Chọn màu cho nguồn sáng là màu trắng (White) để làm thí nghiệm. * Kết quả thí nghiệm: Ngô Sỹ Hoàng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 -= =- 9 Bớc 5: Kết luận: Từ kết quả thu đợc giáo viên định hớng để học sinh rút ra kết luận về hiện tợng đ xẩy ra (chú ý đến màu và đặc điểm của chùm ánh sáng trớc và sau khi đi qua lăng kính). Kết luận: Chùm ánh sáng trắng sau khi đi qua lăng kính bị tách ra thành nhiều màu sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Hiện tợng tán sắc. Dải màu có màu sắc biến đổi liên tục gọi là quang phổ của ánh sáng trắng. 2. Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc: Dựa vào hiện tợng tán sắc của ánh sáng trắng qua lăng kính, và quang phổ của ánh trắng, gồm có 7 màu cơ bản: Đỏ, Da cam, Vàng, Lục, Lam, Chàm, Tím. Bây giờ sẽ cho các màu trên (bằng cách dùng màn chắn có khe hẹp) lần lợt đi qua lăng kính, phân tích và giải thích hiện tợng. Bớc 1: Dụng cụ thí nghiệm: Vì nguồn sáng có thể phát ra các màu cơ bản trong quang phổ của ánh sáng trắng, nên dụng cụ chỉ cần nh hình vẽ: Gồm Nguồn sáng và Lăng kính. Ngô Sỹ Hoàng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 -= =- 10 Bớc 2 Tiến hành thí nghiệm ảo: Nhấp chuột trái vào nguồn sáng lần lợt chọn các màu ánh sáng có trong quang phổ của ánh sáng: - Violet: Màu tím. - Indigo: Màu chàm. - Blue: Màu xanh. - Green: Màu xanh lá cây. - Yellow: Màu vàng. - Orange: Màu da cam. - Red: Màu đỏ. Bớc 3: Kết quả thí nghiệm: Không xẩy ra hiện tợng tán sắc ánh sáng (tia tới và tia ló cùng màu). Bớc 4: Kết luận: ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính gọi là ánh sáng đơn sắc. Mỗi ánh sáng có một màu xác định gọi là màu đơn sắc. [...]... mềm thí nghiệm ảo, xây dựng một số phòng học đa chức năng để cho giáo viên có thể ứng dụng CNTT v o trong giảng dạy - Mở các lớp bồi dỡng ứng dụng CNTT v o trong dạy học - Tổ chức các buổi hội thảo về ứng dụng CNTT trong dạy học Trên đây l một số kinh nghiệm về việc ứng dụng phần mềm thí nghiệm mô phỏng trong dạy học b i Hiện tợng tán sắc ánh sáng v đ mang lại hiệu quả nhất định Qua b i viết n y kính... kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 III Một số kiến nghị sau khi thực hiện đề tài: Ban giám hiệu, tổ chuyên môn cần phải: - Thờng xuyên động viên giúp đỡ, khuyến khích giáo viên trong quá trình ứng dụng các thí nghiệm mô phỏng v o trong dạy học các môn khoa học nói chung v môn Vật lý nói riêng - Hỗ trợ kinh phí cho giáo viên trong việc mua các phần mềm thí nghiệm ảo, xây dựng một số phòng học đa chức năng... tiết 2 0 4.6 22 TB Lớp 12I1 (41 học sinh) Yếu Gỏi Khá TB 73.2 Yếu 63.4 0 9.8 0 học (Số liệu ban đầu đợc tập hợp dựa v o kết quả kiểm tra thờng xuyên v định kỳ trớc khi giảng dạy b i Hiện tợng tán sắc ánh sáng) -= 11 =- Ngô Sỹ Ho ng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 II Bài học kinh nghiệm: - Việc ứng dụng các phần mềm thí nghiệm mô phỏng v o trong dạy học vật lý l một cách l m hay, hiệu quả... khi sử dụng thí nghiệm mô phỏng cần phải đảm bảo tính chính xác v trực quan để l m đợc điều đó phải chú ý đến hai yếu tố: + Trớc hết l phụ thuộc v o mức độ nhận thức của ngời nghiên cứu về quy luật phản ánh hiện tợng, quá trình vật lý + Sau đó phụ thuộc v o khả năng của ngời lập trình, những u việt của phần mềm mô phỏng để phản ánh các quy luật, hiện tợng vật lý chính xác đến chừng n o - Trớc khi sử dụng. .. quý báu trong việc ứng dụng CNTT v o trong dạy học Nghi lộc ng y 18 tháng 4 năm 2008 Ngời viết sáng kiến: Ngô Sỹ Ho ng -= 13 =- Ngô Sỹ Ho ng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 TàI LIệU THAM KHảO 1 Đ o Văn Phúc - Dơng Trọng Bái - Nguyễn Thợng Chung - Vũ Quang: Vật Lý 12 Nh xuất bản Giáo dục, H Nội, 1998 2 Nguyễn Đức Thâm (chủ biên) - Nguyễn Ngọc Hng - Phạm Xuân Quế: Phơng pháp dạy học Vật lý ở trờng... luật, hiện tợng vật lý chính xác đến chừng n o - Trớc khi sử dụng phần mềm thí nghiệm mô phỏng giáo viên phải có đợc ý tởng rõ rệt của việc sử dụng máy tính để giải quyết vấn đề gì ? thiếu nó thì không thể có hiệu quả hay sẽ gặp nhiều khó khăn nh thế n o trong tiết dạy? - Phải đầu t thời gian đúng mức cho việc cập nhật các phần mềm vật lý mới để có nhiều sự lựa chọn khi thực hiện các thí nghiệm mô phỏng,... quả đạt đợc: Với sự kết hợp b i giảng điện tử với các thí nghiệm mô phỏng đ l m cho học sinh rất hứng thú trong học tập, hăng say phát biểu, tiếp thu kiến thức tốt hơn, nắm vững kiến thức cơ bản, phát huy đợc tính tích cực, tự giác của học sinh Sau đây l kết quả học tập của học sinh 2 lớp 12E1 v 12I1: Lớp 12E1 (44 học sinh) Giỏi Khá SL % SL % SL % SL % SL % SL % SL % SL % 10 22.7 33 75 1 2.3 0 0 7... Hng - Phạm Xuân Quế: Phơng pháp dạy học Vật lý ở trờng Phổ thông Nh xuất bản Đại học s phạm, H Nội, 2002 3 Phạm Đình Cơng: Thí nghiệm Vật Lý ở trờng THPT Nh xuất bản Giáo dục, H Nội, 2003 4 Phạm Hữu Tòng - Phạm Xuân Quế - Nguyễn Đức Thâm: T i liệu bồi dỡng thờng xuyên cho giáo viên THPT chu kỳ III (2004 - 2007) Viện nghiên cứu s phạm, H Nội, 2005 -= 14 =- ... Ho ng Sáng kiến kinh nghiệm năm học 2007 - 2008 III Liên kết thí nghiệm ảo với bài giảng điện tử: Thí nghiệm ảo thờng đợc sử dụng với các b i giảng điện tử (giáo án điện tử) để tạo th nh một khối thống nhất giữa b i giảng v các thí nghiệm ảo, cần phải tạo các liên kết theo các bớc: * Sau khi thực hiện xong bớc 1 Giáo viên ghi file thí nghiệm v o ổ đĩa * Tạo một liên kết trong b i giảng điện tử (Hyperlink) . bằng cách sử dụng các thiết bị công nghệ thông tin có trong nhà trờng và việc nghiên cứu sử dụng các phần mềm mô phỏng ( Computersimulation) chuyên dụng, hỗ trợ các thí nghiệm vật lý (Computer. phòng học đa chức năng để cho giáo viên có thể ứng dụng CNTT vào trong giảng dạy. - Mở các lớp bồi dỡng ứng dụng CNTT vào trong dạy học. - Tổ chức các buổi hội thảo về ứng dụng CNTT trong dạy học. . thu kiến thức của học sinh, nhng ta có thể khắc phục yếu điểm đó bằng cách sử dụng các phần mềm mô phỏng chuyên dụng, nhng vấn đề là dùng phần mềm nào? và sử dụng vào bài dạy ra sao? Để có