Ứng dụng phần mềm Multi-Instrument và Sound Card thiết kế các thí nghiệm dạy học phần Sóng âm Vật lí lớp 12 nâng cao, chương trình trung học phổ thông

Trong số đó, các công trình nghiên cứu về thực hành thí nghiệm vật lí trong trường THPT đều chỉ ra việc sử dụng thí nghiệm thực hành trong dạy học vật lí giúp góp phần nâng cao khả năng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN VĂN HÀO

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MULTI-INSTRUMENT VÀ SOUND CARD THIẾT KẾ CÁC THÍ NGHIỆM DẠY HỌC PHẦN “SÓNG ÂM” VẬT LÍ LỚP 12 NÂNG CAO, CHƯƠNG TRÌNH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của TS Ngô Diệu Nga Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô đã từng bước hướng dẫn và giúp đỡ tác giả trong nghiên cứu khoa học

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường Đại học Giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ và đưa ra nhiều

ý kiến quý báu về mặt chuyên môn trong quá trình tác giả nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tác giả

CỤM TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

2 CNTT&TT: Công nghệ thông tin và truyền thông

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ “SỬ

DỤNG PHẦN MỀM MULTIL INSTRUMENT VA SOUND CARD

XÂY DỰNG CÁC THÍ NGHIỆM VẬT LÍ SỬ DỤNG TRONG

DẠY HỌC VẬT LÍ PHỔ THÔNG 6

1.1 Quan niệm hiện đại về dạy học vật lí 6

1.2 Thí nghiệm vật lí trong dạy học vật lí 10

1.2.1 Thí nghiệm Vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí 10

1.2.2 Vai trò của thí nghiệm trong DHVL ở THPT 11

1.3 Sử dụng thí nghiệm ghép nối máy tính trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông 16 1.3.1 Thí nghiệm ghép nối máy tính 16

1.3.2 Thí nghiệm ghép nối máy tính, một số yêu cầu quan trọng đối với thí nghiệm ghép nối máy tính 20 1.4 Dao động kí điện tử trong khảo sát âm học 22

1.4.1 Dao động kí điện tử 22 1.4.2 Sử dụng dao động kí điện tử trong khảo sát âm học [3,Tr.23-31] 23

1.5 Sound card máy tính và phần mềm Multi-Instrument 29

1.5.2 Phần mềm Multi-Instrument 39 1.6 Thực trạng của việc sử dụng thí nghiệm và CNTT&TT trong dạy

học vật lí ở một số trường phổ thông 43

1.6.1 Thực trạng sử dụng thí nghiệm trong trường phổ thông 43

1.6.2 Thực trạng ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí 44

Kết luận chương 1 49 Chương 2: SỬ DỤNG PHẦN MỀM MULTI-INSTRUMENT VÀ SOUND CARD XÂY DỰNG CÁC THÍ NGHIỆM PHẦN “SÓNG ÂM” VẬT LÍ 12 NÂNG CAO VÀ THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DẠY HỌC VỚI CÁC THÍ NGHIỆM ĐÓ 50 2.1 Mục tiêu dạy học phần “Sóng âm” vật lí 12 nâng cao 50

2.1.1 Về kiến thức 50 2.1.2 Về kĩ năng 50 2.1.3 Về thái độ 51 2.2 Sử dụng phần mềm Multi-Instrument và Sound card xây dựng các thí nghiệm phần “Sóng âm” Vật lí 12 nâng cao 52

2.2.1 Biểu diễn dạng dao động của sóng âm Các đặc trưng vật lí của âm 52 2.2.2 Chứng minh tần số âm nghe được bằng tần số âm phát ra tại nguồn 54

2.2.3 Nhạc âm và tạp âm 55 2.2.4 Độ cao của âm phụ thuộc vào tần số âm 57

2.2.5 Âm sắc 57 2.2.6 Độ to của âm 58 2.2.7 Âm cơ bản và hoạ âm 59 2.2.8 Hộp cộng hưởng 60 2.2.9 Thí nghiệm đo tốc độ truyền âm 61

2.3 Giáo án 64 Kết luận chương 2 85 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 86

3.1 Mục đích, đối tượng Thực nghiệm sư phạm 86

3.1.1 Mục đích Thực nghiệm sư phạm 86

3.1.2 Đối tượng Thực nghiệm sư phạm 86

3.2 Tiến trình Thực nghiệm sƣ phạm 86

3.3.1 Tiêu chí đánh giá kết quả Thực nghiệm sƣ phạm 90

3.3.3 Đánh giá thông qua kết quả bài kiểm cuối giờ và báo cáo thí

nghiệm của bài thí nghiệm thực hành (đánh giá định lƣợng) 94 3.3.4 Đánh giá kết quả ho ̣c tâ ̣p của ho ̣c sinh 94

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Thế kỉ XX, đầu thế kỉ XXI, nước ta cũng như các nước trên thế giới đã trải qua biết bao biến động và biến đổi chưa từng có trong lịch sử Những cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật làm thay đổi đời sống xã hội trên thế giới Và giáo dục nhà trường cũng chịu ảnh hưởng một cách sâu sắc, nhạy cảm trước những đổi thay của xã hội Trong hoạt động giáo dục không dừng lại ở chỗ giúp học sinh (HS) nhận thức, tiếp thu được kiến thức, kĩ năng của nhân loại mà còn phải góp phần bồi dưỡng năng lực sáng tạo những kiến thức mới, cách thức sử dụng những công cụ mới để giải quyết các vấn đề trong học tâp và cuộc sống

Tình hình trên đòi hỏi phải đổi mới mạnh mẽ, toàn diện, đồng bộ nền giáo dục, trong đó đổi mới về phương pháp dạy học có tầm quan trọng đặc biệt

Nghị quyết Hội nghị lần thứ 4, Ban chấp hành TW Đảng cộng sản Việt Nam

khóa VII đã khẳng định: “Đổi mới phương pháp dạy và học ở tất cả các cấp, các

bậc học…áp dụng những phương pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho HS năng lực tư duy, sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề”

Hội nghị khóa VIII lại nhấn mạnh: “Từng bước áp dụng các phương pháp tiên

tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho HS sinh viên”

Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu về thực trạng giáo dục ở nước ta đã chỉ rõ rằng chất lượng nắm vững kiến thức nói chung, nắm vững kiến thức vật lí nói riêng của HS vẫn còn ở mức độ thấp, kĩ năng thực hành và tìm tòi những kiến thức mới còn hạn chế Thực tế dạy học ở các trường phổ thông vẫn thường áp dụng phương pháp truyền thống: Thông báo, thuyết trình nhồi nhét kiến thức, chưa phát huy được vai trò của người giáo viên (GV) trong việc tổ chức kiểm tra, định hướng hoạt động học tập trên lớp cũng như ở nhà của HS theo một chiến lược hợp lí và có hiệu quả sao cho HS tự chủ chiếm lĩnh tri thức, phát triển tư duy khoa học kĩ thuật, nâng cao tính ứng dụng của kiến thức được học trong học tập và cuộc sống

Trong những năm gần đây, ở nước ta đã có nhiều công trình, đề tài lí luận

và thực tiễn nghiên cứu việc đổi mới dạy học theo hướng tăng cường vai trò chủ thể của HS, kích thích tính tích cực, tự lực, sáng tạo chiếm lĩnh kiến thức của HS với những cách tiếp cận khác nhau, cách giải quyết khác nhau Trong

số đó, các công trình nghiên cứu về thực hành thí nghiệm vật lí trong trường THPT đều chỉ ra việc sử dụng thí nghiệm thực hành trong dạy học vật lí giúp góp phần nâng cao khả năng tiếp thu, khắc sâu kiến thức và nâng cao khả năng ứng dụng trong thực tế

Với lĩnh vực nghiên cứu các vấn đề về thí nghiệm vật lí, từ trước đến nay

đã có nhiều công trình của các tác giả trong và ngoài nước Các công trình này giúp ích nhiều cho GV trong việc hướng dẫn HS thực hành thí nghiệm vật lí Song, xu hướng hiện đại của lí luận dạy học là chú trọng nhiều đến hoạt động và vai trò của HS trong quá trình dạy học, đặc biệt phần thực hành thí nghiệm là khâu đòi hỏi sự làm việc tự lực, tích cực Bởi vậy, cần thiết phải nghiên cứu đến việc sử dụng các phương tiện mới trong dạy học có hiệu quả không chỉ thực hành được trên lớp mà cả tại gia đình HS

Mặt khác, các thí nghiệm vật lí lớp 12, phần Sóng âm là các thí nghiệm khá trừu tượng và khó tiến hành trong điều kiện hiện tại của hầu hết các trường THPT Điều này gây nhiều khó khăn cho GV trong việc truyền thụ kiến thức cho HS Vì vậy, cần phải ứng dụng những công nghệ mới mang tính hiện đại và phổ biến dành cho học ở lớp cũng như ở nhà Chính vì thế,

chúng tôi chọn đề tài “Ứng dụng phần mềm Multil-Instrument và Sound card thiết kế các thí nghiệm trong dạy học phần “Sóng âm” vật lí 12 nâng cao, trung học phổ thông”

2 Lịch sử vấn đề nghiên cứu

Dao động kí điện tử là một trong những thiết bị trực quan được dùng trong nhiều các nghiên cứu hiện tượng vật lí Với tính năng hiển thị trực tiếp những thông tin dạng điện áp thành hình ảnh hiển thị trên màn hình, dao động kí điện tử cho kết quả nghiên cứu trung thực và sinh động hơn nhiều so với

nhiều phương tiện khác Trong thí nghiệm vật lí ở trường phổ thông, với đặc thù môn học là một môn nhiều thí nghiệm mang tính trừu tượng cao như phần học về Sóng âm, vì thế việc sử dụng dao động kí điện tử là một phương tiện hiệu quả nhất trong nghiên cứu nội dung học Tuy nhiên việc phổ cập thiết bị cũng như điều kiện sử dụng dao động kí điện tử thật làm thí nghiệm còn nhiều vấn đề bất cập như về giá thành, tính phổ cập của thiết bị và các điều kiện cơ sở vật chất khác phục vụ học tập

Mặt khác, máy vi tính hiện nay đang là một thiết bị có mức độ phổ thông cao, tính năng mạnh mẽ và vô cùng đa dạng Nếu trước đây, máy tính là một khái niệm khá xa vời với hầu hết mọi người thì ngày nay nó đang là một công

cụ ngày càng phổ thông Máy tính đáp ứng cho không chỉ nhu cầu công việc mà còn đáp ứng cả các nhu cầu giải trí và rất nhiều các nhu cầu khác của con người

Do đó, trong thực tế cũng đã có một vài công trình nghiên cứu hướng tới việc nghiên cứu giải pháp cho các thí nghiệm Sóng âm và chế tạo thiết bị thay thế cho dao động kí đện tử và các giải pháp dùng để dạy học phần sóng

âm Có thể kể đến những đề tài tiêu biểu sau:

Có một số công trình nghiên cứu của một số tác giả là GV và sinh viên có hướng tới việc nghiên cứu và sử dụng máy tính trong dạy học có thể kể đến như:

“Sử dụng máy tính pc làm Oscilloscope thiết kế phần cứng” Nguyễn Quốc Bảo, lớp: Điện tử K23 Bộ môn viễn thông và tự động hoá - Khoa Công nghệ thông tin

- Trường Đại học Cần Thơ thực hiện năm 2001 Tuy việc làm này có thể biến một máy tính PC có chức năng của một Dao động kí điện tử nhưng mạch được thiết kế khá phức tạp, tốn kém mặt khác chỉ thực hiện được tới giới hạn tầm số là 9kHz do dùng cổng LPT để kết nối với máy tính

Ý tưởng sử dụng các phần mềm chỉnh sửa âm thanh để khảo sát về tín hiệu

âm thanh đã được lưu dạng file tuy nhiên không thể thực hiện với các tín hiệu âm thanh trong thí nghiệm trực quan

Với việc khảo sát dải tần số âm, việc thiết kế mạch ngoài là không cần thiết vì trong bản thân hầu hết các máy tính cá nhân hiện nay đều tích hợp một Sound card với khả năng chuyển đổi tín hiệu điện thế thành dạng số và từ dạng số trở lại

thành tín hiệu điện thế với tốc độ lấy mẫu phù hợp với việc mô phỏng lại gần như trung thực với tần số âm nên cần sử dụng thêm một phần mềm xử lí được các thông tin thu nhận được là đủ

Với khả năng có hạn của bản thân cũng như sự hạn hẹp về thời gian nghiên cứu đề tài, trong luận văn của mình tôi hướng tới việc dùng máy tính làm thiết bị thay thế dao động kí điện tử và xây dựng phương án thí nghiệm khả thi trong dạy học phần Sóng âm

3 Mục tiêu nghiên cứu

Sử dụng phần mềm Multil Instrument và Sound card xây dựng thí nghiệm phần “Sóng âm” Vật lí lớp 12 nâng cao và thiết kế phương án dạy học với các thí nghiệm đó

4 Đối tượng nghiên cứu

Phần mềm Multil Instrument

Sound card máy tính

Các thí nghiệm trong dạy học phần “Sóng âm” Vật lí lớp 12 nâng cao

5 Phạm vi nghiên cứu

Sử dụng phần mềm Multil Instrument và Sound card xây dựng các thí trong dạy học phần “Sóng âm” Vật lí lớp 12 nâng cao

6 Giả thuyết khoa học

Sử dụng phần mềm Multil Instrument và Sound card trong dạy học phần sóng âm vật lí lớp 12 ban nâng cao với độ trực quan cao và phát huy tính tích cực hoạt động của HS so với dao động ký điện tử trong học tập trên lớp cũng như tại gia đình

7 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tài liệu, sách báo liên quan đến đề tài để xác định cơ sở lí luận của việc xây dựng thí nghiệm thực hành nhằm phát huy tính tích cực nhận thức cho HS

- Điều tra, khảo sát tình hình dạy học về thí nghiệm và việc ứng dụng công nghệ thông tin (CNTT) phần “Sóng âm” Vật lí lớp 12 nâng cao

- Sử dụng phần mềm Multil Instrument và Sound card xây dựng các thí

nghiệm trong sách giáo khoa phần “Sóng âm” Vật lí 12 nâng cao

- Thiết kế phương án dạy học phần “Sóng âm” Vật lí 12 nâng cao có sử dụng

các thí nghiệm đã xây dựng

- Thực nghiệm sư phạm, kiểm nghiệm tính hiệu quả của các thí nghiệm đã thiết

kế trong dạy học phần “Sóng âm” Vật lí 12 nâng cao

8 Phương pháp nghiên cứu

8.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận

- Sử dụng phương pháp nghiên cứu các tài liệu, sách báo liên quan đến đề tài

để xác định cơ sở lí luận của đề tài

- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm Ossilocope trên máy tính

8.2 Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Điều tra giáo dục, sử dụng phương pháp này để khảo sát tình hình dạy học vật lí nói chung, dạy học thí nghiệm vật lí nói riêng ở một số trường THPT trong tỉnh Bắc Giang thông qua hình thức phiếu hỏi GV và HS

-Quan sát sư phạm: phương pháp này được sử dụng trong quá trình dự giờ GV

- Tọa đàm với GV về phương pháp dạy học vật lí nói chung, dạy học thí nghiệm vật lí nói riêng

- Thực nghiệm sư phạm: sử dụng phương pháp này để kiểm nghiệm tính khoa học, khả thi, hiệu quả của thí nghiệm vật lí được xây dựng

8.3 Sử dụng thống kê toán học để xử lí số liệu điều tra thực tế và thực nghiệm sư phạm

9 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2 Sử dụng phần mềm Multil Instrument và Sound card xây

dựng các thí nghiệm phần “Sóng âm” Vật lí 12 nâng cao và thiết kế phương

án dạy học với các thí nghiệm đó

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ “SỬ DỤNG PHẦN MỀM MULTIL INSTRUMENT VA SOUND CARD XÂY DỰNG CÁC THÍ NGHIỆM VẬT LÍ SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ PHỔ THÔNG

1.1 Quan niệm hiện đại về dạy học vật lí

 Dạy học Vật lí, nhiệm vụ cơ bản của dạy học Vật lí

Dạy học Vật lí là tổ chức, hướng dẫn cho HS thực hiện các hành động nhận thức Vật lí, để họ có thể tái tạo được kiến thức, kinh nghiệm xã hội (nhờ đó biến chúng thành tri thức của mình), đồng thời làm biến đổi bản thân HS, hình thành và phát triển những phẩm chất năng lực của họ Để thực hiện có hiệu quả mục đích này của hoạt động dạy, người GV nhất thiết phải làm trực quan hoá các nội dung kiến thức khó tưởng tượng đặc biệt là khi dạy tới các bài thí nghiệm các bài Sóng âm và Thực hành

đo tốc độ truyền âm vì đây là phần khá trừu tượng với HS Hơn nữa GV phải chú ý tới từng đối tượng HS nói riêng để định ra những hành động phù hợp, đặc biệt là hành động để tạo ra những điều kiện thuật lợi giúp cho HS có thể thực hiện tốt các hành động học tập

Dạy học Vật lí (DHVL) ở phổ thông phải đảm bảo thực hiện tốt những nhiệm vụ cơ bản sau:

- Hình thành cho HS hệ thống kiến thức cơ bản (về khoa học và về phương pháp nghiên cứu khoa học Vật lí), vững chắc ở mức độ hiện đại

- Phát triển tư duy và năng lực sáng tạo của HS

- Hình thành thế giới quan duy vật biện chứng cho HS

- Góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp và kỹ thuật môi trường cho HS

Các nhiệm vụ trên có mối quan hệ chăt chẽ với nhau, được tiến hành trong quá trình DHVL Trên cơ sở hệ thống kiến thức Vật lí, đặc điểm của HS và nhiệm

vụ của nhà trường THPT, GV cần lựa chọn những hình thức tổ chức và phương pháp dạy học phù hợp để thực hiện các nhiệm vụ đó một cách tối ưu

 Tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong DHVL

- Con đường nhận thức Vật lí:

Kế thừa những thành tựu của rất nhiều nhà khoa học trên con đường đi tìm chân lí, V.I Lênin đã khái quát hoá và đưa ra con đường nhận thức khoa học như sau: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, rồi từ tư duy trừu tượng trở về thực tiễn, đó là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lí, của

sự nhận thức hiện thực khách quan” Như vậy thực nghiệm (TN) luôn là cơ sở

để bắt đầu quá trình nhận thức và đồng thời cũng nhờ TN mà quá trình nhận thức mới đi đến cái đích là thực tiễn khách quan

Đối với khoa học Vật lí, con đường nhận thức đó đã được nhiều nhà Vật lí nổi tiếng như A.Einstein , M.Planck, M.Born phát biểu, tuy bằng nhiều cách khác nhau nhưng đều toát lên rằng quá trình nhận thức sáng tạo ấy diễn ra theo một chu trình: Từ việc khái quát những sự kiện xuất phát đi đến xây dựng mô hình trừu tượng giả định, có tính chất như một giả thuyết; Từ mô hình dẫn đến việc rút ra hệ quả lí thuyết hoặc bằng suy luận lôgíc hoặc bằng suy luận toán học); Để rồi, những hệ quả lí thuyết ấy sẽ được kiểm tra bằng TN

+ Nếu TN phù hợp với những hệ quả trên thì mô hình giả thuyết là đúng

Do mỗi mô hình, mỗi lí thuyết chỉ phản ánh một mặt của thực tế nên khi

ta mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình sẽ đến một lúc ta gặp những sự kiện TN mới không thể giải thích được bằng mô hình cũ, lúc này ta phải bổ sung, chỉnh lí mô hình cũ cho phù hợp hoặc thậm chí phải bỏ đi để xây dựng một mô hình mới cho một chu trình mới của quá trình nhận thức

Như vậy, chu trình nhận thức khoa học không khép kín mà được mở rộng dần dần, làm giàu thêm kiến thức khoa học và cũng nhờ đó mà con người ngày càng tiếp cận gần hơn với chân lí khách quan

Chu trình nhận thức sáng tạo này có thể được biểu diễn bằng hình 1.1

Hình 1.1: Chu trình sáng tạo theo Razumôpxki [12]

- Hoạt động nhận thức Vật lí của HS

Hoạt động học là một hoạt động đặc thù của con người nhằm tiếp thu những tri thức, kỹ năng, kinh nghiệm mà loài người đã tích luỹ được, đồng thời phát triển những phẩm chất, năng lực của người học Đối tượng của hoạt động học chính là nhằm biến đổi chính chủ thể người học Trong quá trình nhận thức Vật lí, HS có thể tiến hành lại những thí nghiệm, rồi trải qua các giai đoạn của chu trình nhận thức để từ đó khám phá ra các kiến thức Vật lí (thực chất là tái tạo lại chúng) mới biến chúng thành tri thức của bản thân mình Đây sẽ là cơ sở để sau này, khi đó người học hoàn toàn có thể khám phá ra được những tri thức mới

Theo lí thuyết hoạt động, hoạt động học có cấu trúc gồm nhiều thành phần bao gồm: một bên là động cơ, mục đích, phương tiện điều kiện; bên kia là hoạt động, hành động, thao tác Các thành phần này có quan hệ và tác động lẫn

nhau, được thể hiện trên hình 1.2

Động cơ học tập kích thích sự tự giác, tích cực, thúc đẩy sự hình thành và duy trì, phát triển động cơ học, đưa đến kết quả cuối cùng là thoả mãn được lòng khát khao mong ước của người học Muốn thoả mãn động cơ ấy, phải thực hiện lần lượt những hành động để đạt được những mục đích cụ thể Trong hoạt động nhận thức Vật lí thường diễn ra những hành động phổ biến sau:

- Quan sát, phân tích một hiện tượng phức tạp ra thành những hiện tượng đơn giản, xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng và tìm ra những dấu hiệu đặc trưng, bản chất của sự vật, hiện tượng

- Tìm ra các tính chất chung; mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các sự vật, hiện tượng

- Mô hình hoá những sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những khái niệm, những mô hình lí tưởng để sử dụng chúng làm công cụ tư duy

- Đo các đại lượng Vật lí, tìm mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng Vật lí, biểu diễn bằng công cụ toán học

- Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế xác định; giải thích một hiện tượng thực tế

- Xây dựng một giả thuyết, từ giả thuyết suy ra hệ quả

- Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra một giả thuyết (hệ quả)

- Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niệm, định luật Vật lí

- Diễn đạt bằng lời những kết quả thu được qua hành động Đánh giá kết quả hành động

- Tìm phương pháp chung để giải quyết một loạt các vấn đề

Cuối cùng, mỗi hành động được thực hiện bằng nhiều thao tác, xắp xếp theo một trình tự xác định Ứng với mỗi thao tác trong những điều kiện cụ thể là những phương tiện, công cụ thích hợp Những thao tác phổ biến cần dùng trong hoạt động nhận thức Vật lí là:

- Thao tác vật chất:

+ Nhận biết bằng giác quan

+ Tác động lên các vật thể bằng công cụ: chiếu sáng, hơ nóng, làm biến dạng, cọ xát

+ Sử dụng các dụng cụ đo

+ Làm thí nghiệm (bố trí, lắp ráp, vận hành thiết bị )

+ Thu thập tài liệu, ghi nhận số liệu TN

+ Thay đổi các điều kiện thí nghiệm, điều chỉnh

(Chú ý rằng, các thao tác vật chất này không đơn thuần là thao tác thuần tuý vật chất)

- Thao tác tư duy: Phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá, quy nạp, diễn dịch

1.2 Thí nghiệm vật lí trong dạy học vật lí

1.2.1 Thí nghiệm Vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí

Thí nghiệm Vật lí (TNVL) là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự

tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới

Thí nghiệm Vật lí có các đặc điểm sau:

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập

có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra,

có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết

Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu; phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động

- Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác giữ không đổi

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các nhiễu

- Đặc điểm đặc biệt quan trọng của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của đại lượng khác

Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc

- Có thể lặp lại thí nghiệm Tức là: với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tượng, quá trình Vật lí phải diễn ra trong thí nghiệm giống như

ở các lần thí nghiệm trước đó

1.2.2 Vai trò của thí nghiệm trong DHVL ở THPT

 Vai trò của thí nghiệm trong DHVL ở THPT

- Theo quan điểm lí luận nhận thức:

Vai trò của thí nghiệm trong mỗi giai đoạn nhận thức phụ thuộc vào vốn hiểu biết của con người, khối kiến thức đã có về đối tượng cần nghiên cứu Trong dạy học Vật lí ở phổ thông thí nghiệm có các vai trò sau:

+ Thí nghiệm là phương tiện để HS thu nhận tri thức:

Khi HS hoàn toàn chưa có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng cần nghiên cứu thì thí nghiệm được sử dụng như là một phương tiện phân tích hiện thực khách quan và thông qua quá trình thiết lập đối tượng nghiên cứu một cách chủ quan: thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lí kết quả quan sát, đo đạc được từ thí nghiệm để từ đó thu nhận những kiến thức đầu tiên về đối tượng cần nghiên cứu

+ Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức mà

HS đã thu được

Trong nhiều trường hợp, kết quả thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của tri thức HS đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra nó ở các thí nghiệm khác Nhờ vậy, HS sẽ thu được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó như là những trường hợp riêng, trường hợp giới hạn

+ Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức HS đã thu được vào thực tiễn

Trong việc vận dụng các tri thức lí thuyết vào việc thiết kế, vận dụng,

HS thường gặp nhiều khó khăn do tính trừu tượng của tri thức cần sử dụng, tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật hoặc do lí do về mặt các lí do khách quan khác Khi đó thí nghiệm được sử dụng như một phương tiện tạo cơ

sở cho việc vận dụng các tri thức đã thu được vào thực tiễn

+ Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật lí Thí nghiệm đặc biệt đóng vai trò quan trọng ở các phương pháp nhận thức phổ biến trong nghiên cứu Vật lí (phương pháp TN và phương pháp mô hình )

- Theo quan điểm của lí luận dạy học

+ Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu; hình thành kiến thức, kĩ năng mới; củng cố kiến thức, kỹ năng đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của HS

Việc sử dụng thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề đặc biệt có hiệu quả trong giai đoạn đề xuất vấn đề cần nghiên cứu Các thí nghiệm được sử dụng để tạo tình huống có vấn đề thường là các thí nghiệm đơn giản, tốn ít thời gian chuẩn bị và tiến hành

Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, thí nghiệm cung cấp một cách có hệ thống các cứ liệu TN, để từ đó khái quát hoá quy nạp, kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả lôgic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới

Thí nghiệm có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hoá và vận dụng) kiến thức, kỹ năng của HS Những thí nghiệm loại này được tiến hành ngay ở mỗi bài học nghiên cứu tài liệu mới, trong các bài học dành cho việc luyện tập, các tiết ôn tập và các giờ thí nghiệm thực hành sau mỗi chương, trong các giờ ngoại khoá ở lớp, ở nhà

Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng của HS Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của HS trong quá trình thí nghiệm (thiết kế phương án thí nghiệm, dự đoán hoặc giải thích hiện tượng thí nghiệm, quá trình Vật lí diễn ra trong thí nghiệm, lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm cần thiết, lắp ráp các dụng cụ và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu nhận, xử lí kết quả thí nghiệm ), HS sẽ chứng tỏ những kiến thức về hiện tượng Vật lí đang đề cập, kiến thức về phương pháp và cả kỹ năng của mình nữa

Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kỹ năng của HS,

GV có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm với nhiều mức độ yêu cầu khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp Mức độ tự lực của HS trong quá trình thí nghiệm cũng có thể khác nhau, từ việc tiến hành thí nghiệm theo bảng hướng dẫn chi tiết cho sẵn đến việc HS hoàn toàn tự lực trong tất cả các giai đoạn của thí nghiệm

+ Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của HS Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo về Vật lí của HS Bởi vì thí nghiệm luôn có mặt trong qúa trình nghiên cứu các hiện tượng, quá trình Vật lí, soạn thảo khái niệm, định luật Vật lí, xây dựng các thuyết Vật lí, đề cập các ứng dụng trong sản xuất và đời sống của các kiến thức đã học

Do thí nghiệm Vật lí là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật lí nên mối quan hệ với các quá trình thí nghiệm, HS sẽ được làm quen và vận dụng có ý thức các phương pháp nhận thức này Các kiến thức về phương pháp mà HS lĩnh hội có ý nghĩa quan trọng, mở rộng vượt qua khỏi giới hạn môn Vật lí sang các môn học khác, lĩnh vực khác

Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập Vật lí, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của HS

Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của HS

+ Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hoá và trực quan trong dạy học Vật lí Nhờ thí nghiệm ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, các quá trình xảy ra trong những điều kiện có thể khống chế được, thay đổi được, có thể quan sát, đo đạc đơn giản hơn, dễ dàng hơn để đi tới nhận thức được nguyên nhân của mỗi hiện tượng và mối quan hệ có tính quy luật giữa chúng với nhau

Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp HS nhanh chóng thu được những thông tin chân thực về các hiện tượng quá trình Vật lí Kiểu thí nghiệm này đặc biệt phát huy tác dụng trong dạy học Vật lí có sử dụng phương pháp mô hình

 Các loại thí nghiệm vật lí trong dạy học Vật lí THPT

- Thí nghiệm biểu diễn của GV

Loại thí nghiệm này giữ vị trí hàng đầu trong hệ thống thí nghiệm Vật

lí phổ thông, là loại thí nghiệm do GV tiến hành, HS quan sát Dưới sự chỉ đạo của GV, từ các thí nghiệm GV nhằm tái tạo lại các hiện tượng Vật lí qua

đó giúp việc khảo sát mối liên hệ giữa chúng khi tiến hành nghiên cứu một lí thuyết nào đó

Đây là loại thí nghiệm được GV rất hay dùng trong bài giảng Với việc làm sống lại trước mắt HS những hiện tượng cần nghiên cứu, loại thí nghiệm này nếu được tiến hành hợp lí sẽ giúp HS tiếp thu kiến thức dễ dàng hơn và tiếp thu một cách có căn cứ khoa học

Tuỳ theo mục đích dạy học, thí nghiệm biểu diễn có thể phân loại như sau: + Thí nghiệm mở đầu: Loại thí nghiệm này tiến hành ngay từ đầu giờ nghiên cứu lí thuyết mới nhằm tạo ra tình huống có vấn đề thúc đẩy mâu thuẫn giữa trình độ kiến thức đã có và nhu cầu hiểu biết hiện tượng mới, kích thích tính tò mò, gây hứng thú học tập cho HS

+ Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng, quá trình Vật lí: Là loại thí nghiệm được dùng để hình thành kiến thức mới, nhằm đưa ra mối quan hệ bản chất giữa các hiện tượng Tuỳ theo mục đích nghiên cứu mà người ta có thể phân thành hai loại: thí nghiệm nghiên cứu khảo sát và thí nghịêm minh

hoạ Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát được tiến hành nhằm đi đến một luận

đề khái quát, một định luật hay một quy tắc trên cơ sở khái quát những kết quả rút ra từ TN tức là theo con đường quy nạp Thí nghiệm minh hoạ là thí nghiệm được tiến hành theo con đường diễn dịch, tức là sau khi GV đã hướng dẫn HS đưa ra kết luận, định luật, quy tắc bằng cách suy luận lí thuyết, sau đó dùng thí nghiệm kiểm chứng lại những nhận định ấy Thí nghiệm loại này khi thí nghiệm nghiên cứu khảo sát khó thực hiện do phức tạp, mất nhiều thời gian, số liệu không đầy đủ, chính xác

+ Thí nghiệm củng cố: Được thực hiện ở cuối tiết học có thể đào sâu kiến thức cho HS, giúp HS nhớ chính xác, chắc chắn bài giảng, rèn luyện kỹ năng cho HS Đồng thời thông qua đó GV kiểm tra được mức độ tiếp thu bài giảng của HS

Thí nghiệm thực tập về Vật lí là loại thí nghiệm do chính HS thực hiện

ở mức độ độc lập tích cực khác nhau dưới sự hướng dẫn chỉ đạo của GV Thí nghiệm thực tập về Vật lí gồm các loại sau:

+ Thí nghiệm trực diện:

Là loại thí nghiệm mà dưới sự hướng dẫn của GV trong quá trình nghiên cứu tài liệu mới, mỗi HS tiến hành những quan điểm ngắn, những thí nghiệm mà trên cơ sở đó rút ra kết luận hoặc minh hoạ lí thuyết

Đây là hình thức thí nghiệm tổng hợp được tiến hành ngoài lớp học do

HS độc lập tiến hành không có sự kiểm soát của GV, là một dạng hoạt động

tự lực của HS, có tính độc lập và sáng tạo cao

Tóm lại, trong hệ thống thí nghiệm trên đây ta thấy dù thực hiện dưới hình thức nào, phương pháp nào thì thí nghiệm Vật lí cũng đóng một vai trò

to lớn trong quá trình dạy và học Vật lí

 Một số yêu cầu quan trọng đối với thí nghiệm Vật lí trong việc hỗ trợ tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực của HS THPT

- Thí nghiệm phải trình bày quá trình, hiện tượng Vật lí cần nghiên cứu xảy ra một cách ổn định (thí nghiệm phải thành công ngay và xảy ra như nhau trong các điều kiện giống nhau…) và chính xác Nếu không HS sẽ mất niềm tin về khoa học Vật lí

- Trong thí nghiệm phải cho phép (tạo điều kiện) cho người nghiên cứu (HS ) quan sát, thu thập đầy đủ các thông tin cần thiết về quá trình, hiện tượng Vật lí cần nghiên cứu để có thể hỗ trợ việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực, sáng tạo của HS GV có thể phải hướng dẫn HS cách thu thập thông tin vì các em còn ít kinh nghiệm và kiến thức đang có của các

em chưa tự tin vào mình lắm

1.3 Sử dụng thí nghiệm ghép nối máy tính trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông

1.3.1 Thí nghiệm ghép nối máy tính

Thí nghiệm ghép nối máy tính dựa vào thiết bị thí nghiệm thực, thông

tin được thu thập - chuyển đổi và được đưa vào máy tính nhờ một số phần mềm giải mã – phân tích – thể hiện lại kết quả Bản chất của thí nghiệm ghép nối máy tính là thí nghiệm thực mượn máy tính làm thiết bị hiển thị do đó loại thí nghiệm này tận dụng tính ưu việt của cả máy vi tính trong thu thập –

xử lí – thể hiện – lưu trữ thông tin và tính trung thực của thí nghiệm thực Vì thế trong dạy học, người GV có thể căn cứ vào các loại thí nghiệm và kiến thức về phần mềm của mình để lựa chọn môi trường làm việc phục vụ mục đích của mình, môi trường ở đây chính là các phần mềm dạy học (PMDH)

1.3.1.1 Khái niệm phần mềm dạy học

Phần mềm dạy học (PMDH) là phương tiện chứa chương trình để ra lệnh cho máy tính thực hiện các yêu cầu về nội dung và phương pháp dạy học theo các mục tiêu đã định

Khác với các phương tiện dạy học khác, PMDH là một dạng vật chất đặc biệt, là các câu lệnh chứa thông tin, dữ liệu để hướng dẫn máy vi tính thực hiện các thao tác xử lí theo một thuật toán xác định từ trước Các PMDH được lưu trữ trong các thiết bị nhớ ngoài của máy vi tính như trong các đĩa cứng, đĩa mềm, đĩa CD PMDH rất gọn nhẹ, rất dễ nhân bản với số lượng lớn, không cồng kềnh, dễ bảo quản, dễ vận chuyển, dễ sử dụng, sinh động và hấp dẫn Tuỳ thuộc vào từng môn học cụ thể mà xây dựng các PMDH tương ứng để phục vụ cho dạy và học môn đó, do vậy có các PMDH bộ môn Tuỳ thuộc vào hình thức sử dụng và chức năng sư phạm mà phần mềm đảm nhận

có thể phân chia các PMDH thành các loại khác nhau Trong dạy học Vật lí

có thể phân chia các PMDH thành các nhóm sau:

- Phần mềm mô phỏng, minh họa: thường gọi là phần mềm mô phỏng

- Phần mềm xử lí các số liệu TN dùng hỗ trợ cho các thí nghiệm Vật lí: thường gọi là phần mềm hỗ trợ thí nghiệm Vật lí

- Phần mềm ôn tập, tổng kết, hệ thống hoá kiến thức của từng phần, từng chương trong sách giáo khoa

- Phần mềm kiểm tra, đánh giá kiến thức của HS

Các PMDH có thể được sử dụng ở mọi chức năng lí luận dạy học của quá trình dạy học Có thể sử dụng phần mềm trong các giai đoạn sau:

+ Nêu vấn đề nghiên cứu, gợi động cơ học tập tích cực cho HS, củng

cố trình độ kiến thức và kỹ năng xuất phát

+ Trình bày nội dung mới

+ Ôn tập các nội dung đã học

+ Luyện tập, củng cố kỹ năng, rèn luyện kỹ xảo cho HS

+ Kiểm tra kiến thức HS

1.3.1.2 Những yêu cầu chung đối với phần mềm dạy học

Đối tượng sử dụng các PMDH chính là GV và HS, do vậy để PMDH phát huy được hiệu quả nó phải đảm bảo những yêu cầu nhất định sau:

 Yêu cầu về mặt sư phạm

- Các thông tin mà PMDH đề cập đến phải phù hợp với nội dung dạy học mà phần mềm dạy học đó đảm nhận Phần mềm phải có phần giới thiệu

để chỉ ra cho người dùng biết phạm vi sử dụng của nó Cụ thể là: phần mềm dùng để dạy chương nào, bài nào trong chương trình Vật lí; phần mềm được

sử dụng vào giai đoạn nào của quá trình dạy học, được sử dụng để nêu vấn đề nghiên cứu, để cung cấp tri thức mới, để ôn tập tổng kết hay dùng để kiểm tra kiến thức HS Các thông tin chứa đựng trong chương trình phải phù hợp với nội dung trong sách giáo khoa Vật lí

- Nội dung dạy học chứa đựng trong chương trình phải bảo đảm tính chính xác khoa học Các văn bản, biểu đồ, đồ thị phải chính xác Văn phong trình bày phải rõ ràng, trong sáng, cô đọng, dễ hiểu

- Các PMDH phải giúp tăng cường tính trực quan Nội dung trình bày trên màn hình máy vi tính phải rõ ràng, lượng thông tin trình bày phải vừa đủ, không đưa ra quá nhiều văn bản dài dòng hay các hình vẽ, sơ đồ quá phức tạp

dễ gây nhiễu đối với người học Cần sử dụng khéo léo các màu sắc, kích thước hình vẽ, kích cỡ của văn bản để định hướng và điều khiển được sự quan sát chú ý của HS

- Các PMDH phải phù hợp với chức năng dạy học mà nó đảm nhận Tốt nhất là với mỗi phần mềm dạy học nên có phần hướng dẫn, gợi ý cách thức

sử dụng vào dạy học để GV và HS dễ sử dụng Có thể xây dựng các PMDH phục vụ cho từng chức năng dạy học riêng rẽ

- Các PMDH phải phù hợp với trình độ tin học của GV và HS Thông thường các GV Vật lí sử dụng máy vi tính để làm công cụ, phương tiện trong khi giảng dạy, còn HS thì được học một số kiến thức nhất định về tin học cho nên họ không phải là những người thật giỏi về tin học Để cho PMDH dễ sử

dụng thì cần khai thác tối đa các khả năng giao tiếp người - máy thông qua bàn phím (keyboard), chuột (mouse), phím nóng (hotkey), biểu tượng (icon), bảng chọn (menu)

- Tăng cường được khả năng tự học của HS Trong một chừng mực nhất định thì các PMDH có thể đóng vai trò là người thầy giáo để hướng dẫn HS học tập Các PMDH có thể dùng để cho HS tự học tập ở nhà hoặc học tập không có

sự hướng dẫn trực tiếp của GV Một PMDH tốt nếu như nó chứa đựng các nội dung, các yếu tố kích thích được khả năng tự học của HS

- Các PMDH phải phù hợp với tâm sinh lí lứa tuổi HS, bảo đảm vệ sinh học đường Muốn vậy cần phải chú ý đến cường độ của ánh sáng trên màn hình, đến mầu sắc thể hiện cũng như âm thanh mà phần mềm mang lại cho người sử dụng

- Đặc biệt, PMDH phải được xây dựng sao cho hỗ trợ quá trình tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS theo lí luận dạy học hiện đại

 Các yêu cầu về kỹ thuật

- Trước hết là các yêu cầu về mặt lựa chọn công cụ Một PMDH là sản phẩm của sự phối hợp khả năng lập trình tốt của nhà tin học với những kiến thức về mặt sư phạm của người GV Vật lí Nếu người GV Vật lí có khả năng lập trình trên máy vi tính để viết nên các PMDH thì tốt nhất Bởi vì khi đó người GV sẽ chủ động thiết kế chương trình theo đúng ý đồ tổ chức thi công bài giảng và do vậy khi vận dụng vào giảng dạy sẽ phát huy được hiệu quả của phần mềm này ở mức độ cao

- Có những hệ mềm dạy học không cần dùng ngôn ngữ lập trình chuyên biệt, ví dụ như hệ tác giả (AuthorSystem), GV có thể sử dung các phần mềm này để viết các bài giảng trên máy vi tính mặc dù khả năng lập trình máy tính của các GV này là không cao Nhờ hệ tác giả mà GV phát huy được năng lực

sư phạm của mình để thể hiện trong bài giảng của mình thông qua PMDH do chính họ xây dựng nên

- Các PMDH phải có độ linh hoạt cao Yêu cầu này thể hiện ở chỗ PMDH cho phép người sử dụng có thể thay đổi những thông số của chương trình một cách dễ dàng để giải quyết một nội dung học tập hay một bài tập mới Một PMDH sẽ trở thành mềm dẻo nếu như nó cho phép lựa chọn những chế độ làm việc khác nhau trên các thế hệ máy khác nhau hay trên các hệ điều hành khác nhau

- Yêu cầu về tổ chức quản lí, tìm kiếm và truy cập thông tin Khi sử dụng PMDH trong giảng dạy và học tập thì thông thường người dùng phải tìm kiếm thông tin, truy cập đến kho dữ liệu để lấy các thông tin cần thiết phục vụ mục đích

sử dụng của mình Để giải quyết tốt nhu cầu này thì đòi hỏi việc tổ chức quản lí thông tin trong các phần mềm phải thật khoa học

- Yêu cầu về sự ổn định của các phần mềm Khi sử dụng thì người dùng

có thể bấm các phím ngoại lai ngoài ý muốn của người lập trình Do vậy, người lập trình phải dự kiến được những khả năng này để đưa vào chương trình sao cho tránh được hiện tượng "treo máy" khi chạy chương trình, hoặc không tương thích, bảo đảm chương trình chạy ổn định

- Yêu cầu cuối cùng đối với các phần mềm dạy học là tình dễ sử dụng Trong phần mềm cần đưa vào các phím nóng (hotkey), các phím tổ hợp, cho phép sử dụng thiết bị chuột để người dùng có thể dễ dàng thực hiện các lệnh

và truy cập thông tin

1.3.2 Thí nghiệm ghép nối máy tính, một số yêu cầu quan trọng đối với thí nghiệm ghép nối máy tính

Thí nghiệm ghép nối máy tính là một loại thí nghiệm sử dụng các thiết bị thí nghiệm thực, thông tin trong quá trình thí nghiệm được số hoá, đưa vào máy tính thông qua thiết bị chuyển đổi và được xử lí, phân tích, hiển thị trên màn hình thông qua một phần mềm dạy học về một hiện tượng, quá trình Vật lí, Hoá học, Sinh học, … nào đó xảy ra trong tự nhiên hoặc trong phòng thí nghiệm, được tạo

ra bởi sự tích hợp các dữ liệu từ thí nghiệm, dữ liệu được thu thập trong tự nhiên

và dữ liệu lưu trữ dưới dạng số trên máy tính; người dùng một mặt có khả năng

tương tác với thí nghiệm ghép nối máy tính như các thí nghiệm thông thường và mặt khác có thể điều chỉnh, tuỳ biến cách thức thể hiện thông tin trên máy tính (nhằm hỗ trợ dạy học theo các quan điểm khác nhau) Vì vậy, các dụng cụ thí nghiệm cần có tính sư phạm và các phần mềm dạy học lựa chọn nên có giao diện thân thiện với người dùng Tính chất của thí nghiệm ghép nối máy tính:

- Thí nghiệm ghép nối máy tính là một loại thí nghiệm thực

- Thí nghiệm ghép nối máy tính là một loại phương tiện dạy học

 Ưu điểm của thí nghiệm ghép nối máy tính so với các loại phương tiện dạy học khác

- Có khả năng linh động cao trong việc thể hiện kết quả thí nghiệm

- Không tạo cảm giác thiếu thực tế như các thí nghiệm ảo phổ biến

- Hệ thống thiết bị thí nghiệm tương đối đơn giản

- Ít phụ thuộc vào không gian

- Cho kết quả hoàn toàn thực tế

- Bảo trì đơn giản

- Có khả năng tương tác với người dùng

- Có thể khắc phục được những nhược điểm của thí nghiệm truyền thống

 Các yêu cầu sư phạm đối với thí nghiệm ghép nối máy tính

Thí nghiệm ghép nối máy tính vừa là thí nghiệm thực tế mặt khác lại sử dụng các phần mềm dạy học nên chúng có những yêu cầu sư phạm sau:

- Phù hợp với nội dung, chương trình môn học (cả dung lượng và chiều sâu kiến thức)

- Bảo đảm tính trực quan

+ Kích thước các dụng cụ thí nghiệm có độ lớn phù hợp

+ Hình ảnh các đối tượng phải đủ lớn để người học dễ quan sát

+ Màu sắc đảm bảo tương phản hợp lí

- Đảm bảo giao diện phần mềm thân thiện với người dùng

- Đảm bảo tính thẩm mỹ, hấp dẫn

- Có tính mở

- Thể hiện rõ ý đồ sư phạm về phương pháp dạy học

+ Chú ý phát huy tính tích cực nhận thức của HS

+ Sự hiển thị, diễn biến hoàn toàn chủ động

+ Có tính đến sự phối hợp với các phương tiện dạy học khác

 Xây dựng thí nghiệm ghép nối máy tính trong trường hợp nào?

- Không có khả năng thực hiện thí nghiệm thông thường trong điều kiện của nhà trường THPT

- Thí nghiệm thông thường tốn quá nhiều thời gian, thầy và trò không có đủ thời gian chuẩn bị, thiết bị hoạt động không chuẩn hay bị hỏng, sai lệch

- Thực hiện thí nghiệm thông thường nhưng kết quả hiển thị không rõ ràng, tính trực quan hạn chế

- Khi thí nghiệm thông thường cần thu thập nhiều dữ liệu để xử lí kết quả

- Khi mà thí nghiệm thật không thể làm được do nhiều nguyên nhân

1.4 Dao động kí điện tử trong khảo sát âm học

1.4.1 Dao động kí điện tử

Dao động kí điện tử là một thiết bị đo lường đa chức năng hiển thị kết quả

đo dưới dạng đồ thị trên màn sáng (màn hình) có thể quan sát bằng mắt được Hiện nay, dao động kí điện tử là một trong các thiết bị có thể hỗ trợ nhiều trong các thí nghiệm nghiên cứu về âm học, các dao động điện, dòng điện xoay chiều, dao động và sóng điện từ ở chương trình vật lí phổ thông

Dao động kí điện tử dùng trong trường phổ thông hiện nay có hai loại: dao động kí điện tử một chùm tia và dao động kí điện tử hai chùm tia Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hai loại dao động kí điện tử được trình bày trong phụ lục 1

Sử dụng dao động kí điện tử trong dạy học vật lí

Hiện nay, dao động kí điện tử được sử dụng rất nhiều trong dạy học vật

lí vì nó có các chức năng ưu việt sau:

- Dùng để đo nhiều đại lượng vật lí khác nhau như: điện trở, điện dung, độ

tự cảm, hiệu điện thế, độ lệch pha, tần số, hệ số khuếch đại của một tầng khuếch đai hoặc của máy khuếch đại

- Là máy đo có độ chính xác rất cao (vì dao động kí điện tử có điện trở rất lớn)

- Có thể đo được các đại lượng vật lí có độ lớn khá nhỏ (do dao động kí điện tử có bộ khuếch đại dọc khá mạnh)

- Giúp ta quan sát được các dao động điều hoà, dao động tắt dần, đường đặc trưng von-ampe của đèn điện tử, tranzito

- Giúp ta quan sát được các quá trình điện từ biến đổi nhanh

- Giúp ta nghiên cứu được các quá trình điện có tần số từ vài Héc đến hàng triệu Héc do bên trong máy có bộ phận phát xung răng cưa để quét tia êlectrôn theo chiều ngang có dải tần số có thể thay đổi từ vài Hz đến vài chục kHz

- Dao động kí điện tử hai chùm tia cho phép nghiên cứu đồng thời hai quá trình điện (ví dụ 2 điện áp ) thuận tiện cho việc so sánh, đối chiếu

- Có thể dùng dao động kí điện tử để nghiên cứu các loại dao động khác, không phải là dao động điện (ví dụ như: dao động âm, hiện tượng nhiễu

xạ, giao thoa ) bằng cách biến đổi chúng thành các dao động điện rồi đưa các tín hiệu của dao động điện này vào đầu vào của dao động kí điện tử

1.4.2 Sử dụng dao động kí điện tử trong khảo sát âm học [3,Tr.23-31]

Các hiện tượng về dao động và sóng, trong đó có sóng âm là một trong các hiện tượng khó hình dung trong quá trình nghiên cứu ở chương trình vật lí phổ thông Một trong các nguyên nhân cơ bản là do hiện tượng sóng âm không quan sát được Hơn nữa, đến nay trong thực tế dạy học vật lí

ở trường phổ thông, hầu hết các đại lượng vật lí cơ bản đặc trưng cho quá trình sóng âm như: biên độ, tần số, bước sóng, vận tốc truyền sóng chỉ được trình bày trên phương diện lí thuyết, chứ không được trình bày hay xác định bằng thí nghiệm

Khó khăn cơ bản ở đây trước hết là về mặt kĩ thuật trong việc chuyển các quá trình cơ học không quan sát được sang các quá trình điện học có thể quan sát được nhờ các thiết bị đo điện, ví dụ như nhờ dao động kí điện tử hay nhờ máy vi tính và các thiết bị ghép nối với nó

Sau đây là một số phương án thí nghiệm có sự hỗ trợ của dao động kí điện tử nhằm chuyển việc nghiên cứu các quá trình âm học sang nghiên cứu các quá trình điện học trong việc nghiên cứu sóng âm GV có thể sử dụng các thí nghiệm này trong dạy học đề tài sóng âm, góp phần đảm bảo cho HS nắm vững kiến thức về sóng âm cũng như phát triển tư duy khoa học của HS

* Biểu diễn dạng dao động cơ học của sóng âm

Để nghiên cứu các đại lượng đặc trưng cho sóng âm, trước hết cần phải

mô tả được dạng dao động cơ học gây bởi sóng âm Do không thể trực tiếp quan sát các dao động của sóng âm nên cần phải chuyển việc quan sát các dao động cơ học này sang việc quan sát các dao động điện do chính các dao động

cơ học gây ra Để làm điều đó, ta có thể tiến hành như sau: sóng âm từ một nguồn âm (ví dụ như từ một âm thoa hay máy phát âm tần nối với loa ) được truyền tới một micro (thường đặt vuông góc với phương truyền sóng âm) Tại micro, dao động cơ học được biến đổi thành dao động điện Nếu dao động điện này đủ khoẻ và được đưa vào lối vào của dao động kí điện tử thì trên màn hình của dao động kí điện tử sẽ cho ta hình ảnh về dao động của sóng âm

Hình 1.3: Sơ đồ thí nghiệm biểu diễn dạng dao động của sóng âm nhờ dao động kí điện tử

Trong sơ đồ này, có thể thay máy phát âm tần và loa bằng một âm thoa Để thí nghiệm thu được hình ảnh tốt thì các nguồn âm phải tạo ra âm có

âm lượng lớn, độ nhạy của micro phải cao và các bộ khuếch đại dọc, ngang của dao động kí điện tử phải có hệ số khuếch đại lớn Hơn nữa, micro trong thí nghiệm này là micro kiểu điện động Đối với kiểu micro khác thì để biến dao động của sóng âm thành dao động điện tại micro, ta cần nối tiếp nó với một nguồn điện một chiều

Hình ảnh về dao động của sóng âm của một âm có cùng độ cao nhưng

do các nguồn âm khác nhau gây ra

Hình 1.4: Dao động của sóng âm cùng độ cao do âm thoa gây ra a)

và tiếng nói gây ra b)

Qua quan sát hình ảnh dao động sóng âm trên dao động kí điện tử, HS sẽ thấy dao động của sóng âm là dao động tuần hoàn, có biên độ và tần số xác định Cũng từ thí nghiệm này, có thể rút ra mối quan hệ giữa độ to của âm và biên độ dao động của sóng âm: với các âm có cùng tần số nhưng khác nhau về độ to (âm lượng), khi quan sát hình ảnh thu được trên màn hình dao động kí điện tử, ta thấy:

âm càng to thì biên độ dao động của sóng âm càng lớn

Chú ý rằng: để thu được hình ảnh tương tự về dao động của sóng âm như trên, trong sơ đồ thí nghiệm, ta có thể nối trực tiếp đầu ra của máy phát âm tần vào lối vào của dao động kí điện tử Tuy nhiên, ta phải nhớ rằng: trong trường hợp này, không xuất hiện sóng âm vì không có quá trình biến đổi từ tín hiệu điện có tần số

âm (từ máy phát âm tần) sang dao động của sóng âm tại loa

Khi nghiên cứu sóng âm, việc xác định bằng thí nghiệm các đại lượng đặc trưng cho quá trình truyền sóng như tần số, chu kì, bước sóng hay vận tốc truyền sóng là hết sức cần thiết Cũng nhờ dao động kí điện tử, ta có thể xác định các đại lượng đặc trưng đó của sóng âm

* Xác định tần số của sóng âm

Sau khi đã tạo trên màn hình của dao động kí điện tử hình ảnh dao động sóng âm như đã trình bày ở trên, ta có thể xác định tần số của sóng âm này Cách xác định như sau:

- Xoay núm điều chỉnh tần số quét xung răng cưa (có tên gọi là TIME/ DIV)

đến một vị trí nào đó để quan sát thấy có vài ba chu kì dao động trên màn hình

- Dựa vào hình ảnh này và vị trí núm điều chỉnh tần số TIME/ DIV để tính tần số của dao động sóng âm Cách tính cụ thể như sau: xác định chiều dài X (có đơn vị

là số độ chia ghi trên màn hình) ứng với mỗi một chu kì của dao động sóng âm (nhờ mặt chia độ gắn trên mặt màn hình), đọc giá trị n được đánh dấu tại núm điều chỉnh tần số TIME/ DIV, Tính chu kì dao động của sóng âm đang nghiên cứu là: T = X.n, tính tần số của sóng âm là f=1/ T = 1/ X.n

Ví dụ như: chiều dài X ứng với mỗi một chu kì của dao động sóng âm

là 10 độ chia, núm điều chỉnh tần số TIME/ DIV đặt ở vị trí 0,2 ms Vậy ta tính được: T = 10 0,2ms = 2ms = 0,002s

Tần số sóng âm trong trường hợp này f= 1/T= 1/0,002s = 500Hz

Với các thí nghiệm về xác định tần số của sóng âm khác nhau, ta có thể cho HS thấy mối quan hệ giữa độ cao của âm và tần số: âm càng cao thì tần

số càng lớn

* Xác định bước sóng của sóng âm

Có nhiều cách xác định bước sóng của sóng âm nhờ dao động kí điện

tử, chúng dựa trên các cơ sở lí thuyết khác nhau

- Xác định bước sóng của sóng âm khi đã biết vận tốc truyền âm

Bước sóng của sóng âm được xác định theo biểu thức: λ = v.T

Nếu đã biết vận tốc truyền âm trong không khí (ví dụ ở nhiệt độ từ 200

C đến 300

C, có v = 332m/s λ = 3m/s) thì qua việc xác định chu kì T của sóng âm như trên, ta có thể tính được bước sóng của sóng âm đang nghiên cứu

- Xác định bước sóng của sóng âm khi không biết vận tốc truyền âm bằng cách so sánh pha

Giả sử, thí nghiệm bố trí tại một vị trí cố định với nguồn âm ta đặt một micro M1 Tín hiệu dao động điện (được biến đổi từ dao động âm) tại nó được đưa vào hai bản X của dao động kí điện tử Một micro khác được nối với 2 bản Y của dao động kí điện tử

Hình 1.5: Sơ đồ thí nghiệm xác định bước sóng âm bằng cách so sánh pha

Chú ý rằng: ở thí nghiệm này, không cho xung quét ngang lấy ở trong dao động kí điện tử hoạt động Sau đó, cho máy phát âm tần hoạt động, giữ nguyên vị trí micro M1 sát ngay loa và dịch chuyển micro kia tới gần (hay ra xa) loa, trên đường thẳng đi qua loa (nguồn âm), tốt nhất là trên đường thẳng vuông góc với mặt loa ứng với các vị trí xác định của micro trên đường dịch chuyển này, ta sẽ thu được trên màn hình dao động kí điện tử một trong các hình có dạng elip, tròn hay một vạch Sở dĩ ta thu được các hình đó là vì: tuỳ theo sự lệch pha khác nhau giữa hai tín hiệu dao động điện vào X và Y của dao động kí điện tử mà sẽ tạo ra các hình có dạng khác nhau như trên Trong quá trình micro dịch chuyển, hình ảnh sẽ thay đổi

Hình 1.6: Sự xuất hiện lần lượt các hình có dạng khác nhau trên màn dao động kí điện tử khi thay đổi pha giữa hai tín hiệu dao động điện

Vậy trong quá trình dịch chuyển này, khoảng cách ứng với 2 vị trí liên tiếp của micro mà tại 2 vị trí đó, ta thu được hai hình ảnh trên dao động kí điện

tử hoàn toàn giống nhau (ví dụ như hình vạch) sẽ chính là độ lớn của bước sóng

Từ nhận xét trên, cho ta cách xác định bằng thí nghiệm độ lớn bước sóng của sóng âm như sau: dịch chuyển micro trên đường thẳng nối giữa loa và micro đến khi quan sát trên màn hình thấy hình elip (hay hình tròn) biến mất, thay vào đó

là một gạch, ta đánh dấu vị trí của micro là X0; tiếp tục dịch chuyển micro trên đường thẳng đó và bắt đầu đếm xem có bao nhiêu lần sự xuất hiện lặp lại của hình vạch này, ví dụ có n lần; đánh dấu vị trí của micro là Xn

Hình 1.7: Sơ đồ thí nghiệm đơn giản xác định bước sóng âm bằng cách so sánh pha

Các thí nghiệm xác định bước sóng của sóng âm theo cách so sánh pha

sẽ giúp HS nắm sâu sắc các kiến thức sau đây về sóng âm: pha dao động của các phần tử tại các vị trí khác nhau trên phương truyền sóng ở cùng một thời điểm là khác nhau, tính tuần hoàn của pha dao động nói riêng và của sóng nói chung trong không gian

Ngoài ra, người ta còn có thể xác định bước sóng của sóng âm khi không biết vận tốc truyền âm theo phương pháp sóng dừng

* Xác định tốc độ của sóng âm

Từ việc xác định được tần số f (hay chu kì T) và bước sóng λ nhờ dao động kí điện tử như đã trình bày ở trên, ta dễ dàng tính được tốc độ của sóng âm theo biểu thức: v = λ / T

* Ưu nhược điểm của việc sử dụng dao động kí điện tử trong khảo sát âm học

Với đặc trưng của dao động kí điện tử là thể hiện các thông tin dòng điện dưới dạng hình ảnh trực quan, điều này là một lợi thế rất lớn khi ta sử dụng dao động kí điện tử trong việc nghiên cứu các quá trình âm học Ưu điểm đó thể hiện ở những điểm sau:

- Có bộ khuếch đại mạnh nên nghiên được cả những quá trình âm thanh

có biên độ nhỏ

- Thể hiện được thông tin âm thanh dưới dạng hình ảnh dễ quan sát và tưởng tượng hơn nhiều khi chỉ nghe bằng tai và dùng các dụng cụ khác

- Các thông tin về âm thanh được ghi nhận và thể hiện có độ chính xác rất cao so với âm thực

Mặc dù có nhiều ưu điểm như vậy nhưng trong dạy học phổ thông dao động kí điện tử vẫn thể hiện một số nhược điểm:

- Hình ảnh thể hiện được trên dao động kí điện tử quá nhỏ khi sử dụng trong tiến hành các thí nghiệm minh hoạ Quá trình dạy học không chỉ đòi hỏi tính chính xác mà còn yêu cầu có cả tính sư phạm vì vậy đây là yêu cầu mà dao động kí điện tử không thể đáp ứng được

- Dao động kí điện tử có hệ thống điều khiển khá phức tạp làm thời gian tiến hành thí nghiệm kéo dài hơn (Hầu hết không có tính năng điều chỉnh tự động theo tín hiệu vào)

- Có giá thành khá cao so với các thiết bị thay thế để khảo sát sóng âm Qua những phân tích trên, việc dùng dao động kí điện tử trong khảo sát

âm học sẽ tốt hơn nếu có thiết bị thay thế khắc phục những nhược điểm của

nó Mặt khác trong giới hạn các bài thí nghiệm ở trường THPT có đặc điểm: Thí nghiệm mang nhiều tính minh hoạ, các thông tin khảo sát thường đơn giản như trong phần sóng âm tần số sử dụng khoảng 20000Hz thì việc sử dụng dao động kí điện tử có thể thay thế bằng máy vi tính vẫn đảm bảo các yêu cầu dạy học

1.5 Sound card máy tính và phần mềm Multi-Instrument

1.5.1 Sound card máy tính [13]

Trong hầu hết các máy tính cá nhân hiện nay Sound card là một thiết bị không thể thiếu vì máy tính ngày nay không chỉ đáp ứng nhu cầu tính toán

mà còn phục vụ rất nhiều mục đích khác của con người Mặt khác để đáp ứng nhu cầu giải trí đa phương tiện ngày càng tăng, Sound card cũng được chế tạo với chất lượng tín hiệu vào/ra có chất lượng rất cao gần như mô phỏng được chính xác các quá trình âm thanh Mức độ mã hoá của tín hiệu tới 24 bit, tần số lấy mẫu đạt tới 200kHz và còn tiếp tục được tăng lên

 Xử lí và phát lại âm thanh từ các thiết bị khác: Phát âm thanh trực tiếp

từ các ổ đĩa quang, thiết bị phát MIDI

 Kết nối với các bộ điều khiển game (joytick)

 Là thiết bị kết nối trung gian: (Cổng IEEE-1394)

* Các đường kết nối vào - ra:

 Đường Line in: Đường nối tín hiệu đầu vào cho bo mạch âm thanh, sử dụng khi muốn phối trộn âm thanh (mix) hoặc ghi âm từ nguồn âm thanh của các bên ngoài (ti vi, radio, CD/DVD player )

 Đường Speaker-out: Đường công suất cho loa hoặc các tai nghe (headphone) Trong một số bo mạch âm thanh đường Speaker-out được tích hợp chung với đường line-out

 Đường Line out: Đường tín hiệu cho đầu ra cho loa (được gắn sẵn bộ khuếch đại công suất âm thanh) hoặc các thiết bị âm thanh khác Đường line out có thể được sử dụng chung với nhiều đường khác nếu đầu ra cho các loại loa hỗ trợ X.1

o Line out 1: Cho các tín hiệu đầu ra các loa phía trước (front)

o Line out 2: Cho các tín hiệu đầu ra các loa phía sau (rear)

o Line out 3: Cho tín hiệu đầu ra với loa giữa và loa trầm (center and subwoofer)

o Line out 4: Thường dùng cho các loại loa 7.1

 Đường Micro in: Sử dụng cho micro cắm vào bo mạch âm thanh

 Đường Game/MIDI: Sử dụng cho các bộ điều khiển phục vụ chơi game (joystick) hoặc các thiết bị có kết nối chơi nhạc MIDI (như các loại đàn organ)

Ngoài các đường kết nối mặt sau, trên bo mạch âm thanh rời hoặc tích hợp trên bo mạch chủ còn có thể có các cổng kết nối sau:

 Đường AUX: Đường tín hiệu đầu vào bo mạch âm thanh: Thường sử dụng với một nguồn âm thanh khác sẵn có trên máy tính, ví dụ bo mạch thu sóng ti vi/FM (khi sử dụng cần kết nối đầu ra audio với đường AUX hoặc Line in để phát âm thanh trên loa

 Đường CD-in: kết nối với CD Out của ổ CD/DVD, thường là tín hiệu tương tự

 TAD: kết nối với các thiết bị truyền thông lắp trong, như modem lắp trong

 PC-SPK: kết nối với loa máy tính, thường có 2 chân cắm (chỉ có trong các

bo mạch âm thanh rất cũ, đa số các bo mạch chủ đều có đường âm thanh riêng cho các loa phát tín hiệu trong quá trình POST của máy tính)

 Đường tín hiệu số S/PDIF in hoặc out: dùng cho cáp quang hoặc cáp đồng trục

 Sơ đồ khối của Sound card:

Hình 1.8: Sơ đồ khối Sound card điển hình

Phần quan trọng nhất đối với Sound card đó chính là hệ thống chuyển đổi tín hiệu giữa hai dạng Tín hiệu Số và Tín hiệu tương tự Đây là thành phần ảnh hưởng chính đến chất lượng tín hiệu vào – ra của Sound card

1.5.1.1 Chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (Digital to Analog Converter)

Trong kỹ thuật số, ta thấy đại lượng số có giá trị xác định là một trong hai khả năng là 0 hoặc 1, cao hay thấp, đúng hoặc sai, vv… Trong thực tế chúng ta thấy rằng một đại lượng số (chẳng hạn mức điện thế) thực ra có thể

có một giá trị bất kỳ nằm trong khoảng xác định và ta định rõ các giá trị trong phạm vi xác định sẽ có chung giá trị dạng số.Ví dụ: Với logic ta có: Từ 0V đến 0,8V là mức logic 0, từ 2V đến 5V là mức logic 1 Như vậy thì bất kỳ mức điện thế nào nằm trong khoảng 0 – 0,8V đều mang giá trị số là logic 0, còn mọi điện thế nằm trong khoảng 2 – 5V đều được gán giá trị số là 1

Ngược lại trong kỹ thuật tương tự, đại lượng tương tự có thể lấy giá trị bất kỳ trong một khoảng giá trị liên tục Và điều quan trọng hơn nữa là giá trị chính xác của đại lượng tương tự là là yếu tố quan trọng

Kênh giao tiếp và giải mã logic

Xử lí tín hiệu tương tự/cung cấp dịch vụ

Biến đổi D/A

Biến đổi A/D

Phối trộn và khuếch đại tín hiệu tương tự

Công cụ logic bổ xung

Tín hiệu ra (Line, Speaker)

Tín hiệu vào (Line, Mic,

Hầu hết trong tự nhiên đều là các đại lượng tương tự như nhiệt độ, áp suất, cường độ ánh sáng, … Do đó muốn xử lí trong một hệ thống kỹ thuật

số, ta phải chuyển đổi sang dạng đại lượng số mới có thể xử lí và điều khiển các hệ thống được Và ngược lại có những hệ thống tương tự cần được điều khiển chúng ta cũng phải chuyển đổi từ số sang tương tự Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu về quá trình chuyển đổi từ số sang tương tự -DAC (Digital to Analog Converter)

Chuyển đổi số sang tương tự là tiến trình lấy một giá trị được biểu diễn dưới dạng mã số (digital code) và chuyển đổi nó thành mức điện thế hoặc dòng điện tỉ lệ với giá trị số

Độ phân giải luôn bằng trọng số của bit có giá trị thấp Còn gọi là kích thước bậc thang (step size), vì đó là khoảng thay đổi của Vout khi giá trị của đầu vào số thay đổi từ bước này sang bước khác

Hình 1.10: Dạng sóng bậc thang của một DAC

Dạng sóng bậc thang (hình 1.10) có 16 mức với 16 thạng thái đầu vào nhưng chỉ có 15 bậc giữa mức 0 và mức cực đại Với DAC có N bit thì tổng

số mức khác nhau sẽ là 2N, và tổng số bậc sẽ là 2N

– 1

Do đó độ phân giải bằng với hệ số tỷ lệ trong mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của DAC

Đầu ra tương tự = K x đầu vào số

Với K là mức điện thế (hoặc cường độ dòng điện) ở mỗi bậc

Như vậy ta có công thức tính độ phân giải như sau:

ta còn tính được % độ phân giải theo công thức:

Với mã đầu vào nhị phân N bit ta có tổng số bậc là 2N – 1 bậc

* Độ chính xác