SKKN Khai thác phần mềm Crocodile Physics vào thiết kế thí nghiệm mô phỏng “ Giao thoa hai sóngmặt nước” và “ Sóng dừng” sách giáo khoa Vật lí 12 ban cơ bản

I ĐẶT VẤN ĐỀ I.1 Lý chọn đề tài Vật lí mơn khoa học thực nghiệm, hầu hết kiến thức vật lí rút từ quan sát thí nghiệm Vì vậy, dạy học vật lí trường phổ thơng, thí nghiệm phương tiện quan trọng, có tác dụng to lớn việc chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng, HS Nó khơng làm tăng tính hấp dẫn môn học, giúp HS hiểu sâu sắc kiến thức lý thuyết học mà quan trọng tạo cho HS trực quan nhạy bén Việc lồng ghép thí nghiệm vào tiết dạy Vật lý cần thiết phù hợp với đặc trưng thực nghiệm môn học Trên thực tế giáo viên vật lý muốn lồng ghép thí nghiệm vật lý vào giảng, lý chủ quan khách quan mà khơng thể thực thí nghiệm Các lý là: Cơ sở vật chất nhà trường chưa đảm bảo; Thiết bị thí nghiệm khơng đồng bộ, chất lượng kém, sai số lớn ; Khơng đủ thời gian để chuẩn bị thí nghiệm; Một số thí nghiệm khơng thể thực điều kiện lớp học Thường gặp trở ngại giáo viên phải dạy “chay” nên chất lượng dạy chưa cao Chính vấn đề làm cho học sinh nắm kiến thức cách mơ hồ, máy móc, khơng hiểu rõ chất, tượng quy luật vật Trong phần mềm Crocodile Physcis cơng cụ để thiết kế thí nghiệm ảo vật lý phổ thơng Với dụng cụ thí nghiệm Cơ, Điện, Quang, Sóng, giúp người giáo viên thiết kế hầu hết thí nghiệm vật lý phổ thông mà không nhiều thời gian chuẩn bị Bên cạnh thí nghiệm mẫu sẵn có giáo viên thiết kế mơ hình thí nghiệm Vật lý theo sáng tạo nhân Các yếu tố phần mềm dễ dàng thu hút hứng thú học tập môn Vật lý cho học sinh Từ lý trên, với thực tế nghiên cứu phần mềm CP, giảng dạy môn Vật lý lớp 12 mạnh dạn đưa sáng kiến: “Khai thác phần mềm Crocodile Physics vào thiết kế thí nghiệm mơ “ Giao thoa hai sóngmặt nước” “ Sóng dừng” sách giáo khoa Vật lí 12 ban bản” I.2 Mục tiêu, nhiệm vụ đề tài Xác định vai trò thí nghiệm dạy học vật lý phổ thơng, so sánh ưu, khuyết điểm giữ thí nghiệm thật thí nghiệm ảo Giới thiệu sử dụng phần mền CP việc giúp giáo viên phổ thông chuẩn bị thí nghiệm “Giao thoa sóng” “Sóng dừng” ( chương trình vật lý 12 ban bản) Rút kết luận sư phạm để việc giảng dạy Vật lý sử dụng phần mềm CP hiệu Tìm hiểu phương pháp dạy học vật lý, phân loại thí nghiệm vật lý chương trình phổ thơng Tìm hiểu vai trị thực trạng sử dụng phần mềm CP vào giảng dạy môn vật lý trường phổ thông Rút kết luận sư phạm nhằm sử dụng phần mềm CP hiệu I.3 Những đóng góp đề tài - Cơ sở lý luận phương pháp dạy học vật lý sử dụng thí nghiệm ảo - Hướng dẫn sử dụng phần mềm CP vào thiết kế thí nghiệm sóng chương trình vật lý phổ thơng - Xây dựng thí nghiệm “Giao thoa sóng” “Sóng dừng” chương trình Vật lý lớp 12 ban - Những kết luận sư phạm góp phần làm rừ vai trị việc sử dụng phần mềm CP vào thiết kế thí nghiệm vật lý trường phổ thông II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ II.1 Cơ sở lý luận II.1.1 Vai trị thí nghiệm vật lý dạy học Trong dạy học vật lý, thí nghiệm đóng vai trị quan trọng, yếu tố khơng thể thiếu trình nhận thức vật lý Tùy theo mục đích sử dụng thí nghiệm dạy học, thí nghiệm vật lý thực chức khác tiến trình dạy học - Thí nghiệm vật lý sở để xây dựng, chứng minh kiến thức vật lý - Thí nghiệm vật lý sử dụng phương tiện để đề xuất vấn đề, HS vận dụng, củng cố kiến thức, để kiểm tra kiến thức vật lý HS - Thí nghiệm vật lý phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh - Thí nghiệm vật lý phương tiện kích thích hứng thú học tập học sinh - Thí nghiệm vật lý phương tiện tổ chức hình thức hoạt động học sinh - Thí nghiệm vật lý góp phần làm đơn giản hố tượng q trình vật lý II.1.2 Thí nghiệm biểu diễn giáo viên Việc tổ chức thí nghiệm biểu diễn GV nhằm giới thiệu tương đối nhanh với HS chủ yếu mặt định tính tượng, trình, quy luật nghiên cứu… mà HS cảm thụ mắt tai Tùy theo mục đích sử dụng thí nghiệm biểu diễn theo bước khỏc tiến trình dạy học, thí nghiệm biểu diễn chia thành ba loại thí nghiệm: Thí nghiệm mở đầu, thí nghiệm nghiên cứu tượng thí nghiệm củng cố - Thí nghiệm mở đầu: Là thí nghiệm dùng nhằm mục đích đề xuất vấn đề nghiên cứu - Thí nghiệm nghiên cứu tượng: Là thí nghiệm nhằm xây dựng, chứng minh kiến thức bao gồm: Thí nghiệm khảo sát xây dựng; Thí nghiệm kiểm tra, minh họa - Thí nghiệm củng cố: Là thí nghiệm nhằm giúp cho HS vận dụng kiến thức học để giải thích dự đốn tượng, qua nắm vững kiến thức học II.1.3 Khái niệm thí nghiệm thật thí nghiệm ảo - Thí nghiệm thật: Là thí nghiệm thực dụng cụ thí nghiệm thật, hố chất thật - Thí nghiệm ảo: Là thí nghiệm thực máy vi tính, thí nghiệm ảo thực chất mơ hình thí nghiệm thật máy vi tính II.1.4 So sánh thí nghiệm thật thí nghiệm ảo Có thể nói thí nghiệm ảo hay thí nghiệm thật xếp vào dịng thí nghiệm trực quan, làm sáng tỏ lý thuyết, gây hứng thú học tập cho em học sinh, giáo dục tính tị mị khoa học, làm cho học sinh nhận thức dễ dàng hơn, kiến thức thu em rõ ràng sâu sắc, đồng thời lớp học sôi nổi, hào hứng, … Tuy nhiên cách có ưu nhược điểm Có thể nói với cơng nghệ đại ngày nay, với hỗ trợ đắc lực máy vi tính sống ảo vơ phong phú, đơi cịn lấn át sống thực chúng ta, nhiên khơng thể nói thí nghiệm ảo hồn tồn tốt thí nghiệm thật lại có nhiều ưu điểm thí nghiệm thật Có thể đưa số điểm mà thí nghiệm ảo khắc phục nhược điểm thí nghiệm thật: Trong trường hợp giáo viên làm thí nghiệm thật lớp cho học sinh quan sát dụng cụ thí nghiệm nhỏ, lớp học đơng, phịng học rộng Như làm thí nghiệm khơng phải tất học sinh lớp quan sát dễ dàng được, em cuối lớp nghe giáo viên nói mà khơng thể nhìn thí nghiệm giáo viên làm có số học sinh bàn quan sát rõ thí nghiệm Trong thí nghiệm ảo thực chiếu, mà thông thường chiếu đặt cho tất học sinh lớp học nhìn rõ tất thực đó, đồng thời giáo viên hồn tồn chỉnh kích cỡ dụng cụ thí nghiệm cho đủ lớn lớp quan sát rõ ràng kể em ngồi cuối lớp học Tiếp theo vấn đề an tồn thí nghiệm, với số thí nghiệm sơ xuất để xảy cháy nổ khơng mong muốn, với thí nghiệm ảo thí nghiệm hồn tồn an tồn, khơng lo cháy nổ dự định giáo viên học sinh, có tượng nhầm lẫn diễn máy vi tính tượng xảy mơ hình cháy nổ máy khơng phải thật nên an tồn Hơn thí nghiệm thực tế khơng phải thí nghiệm thành cơng mỹ mãn, với thí nghiệm ảo lập trình sẵn nên nói gần tất thí nghiệm chuẩn xác, thực thí nghiệm đem lại hiệu mong đợi Một vấn đề cơng tác chuẩn bị cơng cụ thí nghiệm, với chương trình đổi giáo dục chương trình phổ thơng, tiết học có thí nghiệm Với thí nghiệm đơn giản, dụng cụ giáo viên dễ dàng chuẩn bị dụng cụ, dễ dàng chuyển từ lớp học sáng lớp học khác Tuy nhiên với thí nghiệm mà dụng cụ cồng kềnh lại khơng phải điều đơn giản Cịn với thí nghiệm ảo giáo viên hồn tồn khơng phải lo lắng vấn đề này, dụng cụ có sẵn máy vi tính giáo viên cần lần thực đưa phần mềm thiết kế thí nghiệm vào máy cài đặt chương trình, lần sau hoàn toàn yên tâm dụng cụ thí nghiệm… Như thấy nhiều ưu điểm thí nghiệm ảo đây, nay, mà tin học ứng dụng nhiều vào trường học việc sử dụng thí nghiệm ảo hỗ trợ cho giảng dạy hoàn toàn hợp lý, góp phần đẩy mạnh ứng dụng CNTT vào công tác giảng dạy trường phổ thông Như từ việc so sánh thí nghiệm thật thí nghiệm ảo tốn đặt làm học sinh quan sát thí nghiệm trực quan mà giáo viên khơng phải lo lắng tới vấn đề chuẩn bị phương tiện thí nghiệm, lựa chọn phương tiện thí nghiệm phù hợp, thực thí nghiệm an tồn đạt hiệu mong muốn, đồng thời tất học sinh quan sát dễ dàng, theo dõi tranh luận dễ dàng, thí nghiệm sống động bắt mắt với học sinh… Trong khi mà tin học phát triển vào tất ngõ ngách đời sống người giải pháp đưa xây dựng thí nghiệm ảo thay thí nghiệm thật, sử dụng máy vi tính, máy chiếu, để thực thí nghiệm, để phát huy ưu điểm thí nghiệm ảo mang lại hạn chế nhược điểm thí nghiệm thật II.2 Thực trạng việc sử dụng thí nghiệm dạy học mơn Vật lý Việc lồng ghép thí nghiệm vào tiết dạy Vật lý cần thiết phù hợp với đặc trưng thực nghiệm môn học Trên thực tế giáo viên vật lý muốn lồng ghép thí nghiệm vật lý vào giảng, lý chủ quan khách quan mà khơng thể thực thí nghiệm Các lý là: Cơ sở vật chất nhà trường chưa đảm bảo; Thiết bị thí nghiệm khơng đồng bộ, chất lượng kém, sai số lớn ; Không đủ thời gian để chuẩn bị thí nghiệm; Một số thí nghiệm khơng thể thực điều kiện lớp học Thường gặp trở ngại giáo viên phải dạy “chay” nên chất lượng dạy chưa cao Chính vấn đề làm cho học sinh nắm kiến thức cách mơ hồ, máy móc, khơng hiểu rõ chất, tượng quy luật vật Trong phần mềm Crocodile Physcis cơng cụ để thiết kế thí nghiệm ảo vật lý phổ thông Với dụng cụ thí nghiệm Cơ, Điện, Quang, Sóng, giúp người giáo viên thiết kế hầu hết thí nghiệm vật lý phổ thông mà không nhiều thời gian chuẩn bị Bên cạnh thí nghiệm mẫu sẵn có giáo viên thiết kế mơ hình thí nghiệm Vật lý theo sáng tạo nhân Các yếu tố phần mềm dễ dàng thu hút hứng thú học tập môn Vật lý cho học sinh II.2.1 Phần mềm Crocodile Physics Trên thực tế có nhiều phần mềm giúp người giáo viên thiết kế thí nghiệm vật lý ảo Tuy nhiên sau trình tìm hiểu nghiên cứu phần mềm CP, phần mềm giúp giáo viên thiết kế thí nghiệm vật lý ảo với thực tế giảng dạy môn Vật lý lớp 12 trường THPT Sốp Cộp - huyện Sốp Cộp – tỉnh Sơn La Tơi nhận thấy phần mềm hồn tồn phù hợp với việc thiết kế thí nghiệm ảo cho mơn Phần mềm CP có đầy đủ dụng cụ thí nghiệm ảo, thí nghiệm đưa kết xác, phù hợp với chương trình sách giáo khoa giảng dạy trường phổ thông nước, bắt mắt, gây hứng thú học tập cho HS Hơn phần mềm hoàn toàn miễn phí, dễ cài đặt dễ sử dụng a Giao diện phần mềm CP b Một số chức phần mêm CP Sau xin giới thiệu công cụ sử dụng phần mềm Crocodile Physics 605 - Các biểu tượng làm việc với file: - Các biểu tượng làm việc với Edit ( lựa chọn nhanh): - Các biểu tượng làm việc với Wiew – Scenes: (cách thể hiện) - Các tùy chọn Help ( Trợ giúp) - Toolbar ( công cụ chính): - Contents: Phần Contents ví dụ có sẵn xây dựng sẵn theo chủ đề mô tả chuyển động, mạch điện, … với modun có dụng cụ thí nghiệm phù hợp với chủ đề bạn cần chọn dụng cụ thích hợp để thực thí nghiệm Nhưng số chủ đề bản, để thiết kế tồn thí nghiệm phục vụ cho giảng dạy học tập cần thiết phải xem ví dụ sau bạn tự thiết kế thí nghiệm phù hợp với giảng lớp dụng cụ lấy phần Part Library - Parts Library Đây thư viện dụng cụ thí nghiệm vật lý ảo, với dụng cụ bạn hồn tồn thiết kế tồn thí nghiệm vật lý trường phổ thơng, nhiên thí nghiệm trở nên chuyên nghiệp phải kết hợp sử dụng dụng cụ kết hợp dụng cụ hỗ trợ thực thí nghiệm foder Presentation phần 10 II.3.2 Thí nghiệm sóng dừng a Mục đích thí nghiệm - Giúp học sinh quan sát hình ảnh sóng dừng sợi dây, giải thích hình thành bụng nút sóng b Hướng dẫn thiết kế thí nghiệm - Bước 1: Khởi động chương trình CP Nháy đúp chuột vào biểu tượng chương trình - Bước 2: Chọn dụng cụ thí nghiệm Sau khởi động chương trình, nháy chuột biểu tượng nghiệm, tiếp tục di chuyển chuột tới nghiệm) sau chọn xuống chọn để tạm dừng thí (Thư viện dụng cụ thí ( Thí nghiệm sóng) tiếp tục di chuyển trỏ giữ chuột kéo biểu tượng không gian thí nghiệm phần mềm CP 16 Chọn thuộc tính cho sóng Trong mục chọn mục Space type chọn String ( sóng sợi dây) 17 - Bước 3: Tiến hành thí nghiệm Nháy vào biểu tượng để bắt đầu thí nghiệm quan sát thí nghiệm 18 Từ việc quan sát thí nghiệm, cho thấy sóng dừng sợi dây tổng hợp sóng tới sóng phản xạ Trong qua trình tiến hành thí nghiệm, giáo viên ẩn loại sóng tới, sóng phản xạ, sóng tổng hợp cho học sinh dễ quan sát tùy chọn chọn 19 20 ... dụng phần mềm CP vào thiết kế thí nghiệm sóng chương trình vật lý phổ thơng - Xây dựng thí nghiệm ? ?Giao thoa sóng? ?? ? ?Sóng dừng” chương trình Vật lý lớp 12 ban - Những kết luận sư phạm góp phần. .. thoa sóng mặt nước” ? ?Sóng dừng” sách giáo khoa Vật lí 12 ban II.3.1 Thí nghiệm tượng giao thoa hai sóng mặt nước a Mục đích thí nghiệm Giúp học sinh quan sát cách trực quan tượng giao thoa hai sóng. .. cụ thí nghiệm ảo cịn có dụng cụ hỗ trợ thước đo, đồ thị, tranh vẽ, nút dừng thí nghiệm hay thực lại thí nghiệm, … 11 II.3 Khai thác phần mềm Crocodile Physics vào thiết kế thí nghiệm mơ ? ?Giao thoa