SỬ DỤNG PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC SỐ TRONG GIẢNG DẠY VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ. Vật lý học ở trường THPT chủ yếu là vật lý thực nghiệm. Những kiến thức vật lý được xây dựng chủ yếu đều dựa vào thí nghiệm hoặc được kiểm tra lại bằng thí nghiệm. Để hiểu rõ nội dung, ý nghĩa của kiến thức đó thì tốt nhất là cho học sinh tái tạo lại những kiến thức đó bằng chính phương pháp mà các nhà Vật lý học đã dùng trong nghiên cứu vật lý đó là phương pháp thực nghiệm. Mặt khác, trong những năm gần đây khi mà nền giáo dục đều chú trọng phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong quá trình học tập để nhằm thực hiện được đồng thời cả hai mục tiêu: vừa giúp cho học sinh nắm vững kiến thức, vừa bồi dưỡng được cho học sinh năng lực sáng tạo. Vì vậy, để kết quả giảng dạy Vật lý đạt kết quả cao thì giáo viên nên sử dụng phương pháp thực nghiệm trong quá trình giảng dạy của mình, muốn vậy giáo viên cần sử dụng các phương tiện, thiết bị thực hành thí nghiệm trong bài dạy của mình. Việc sử dụng thí nghiệm biểu diễn – thí nghiệm thực trong quá trình giảng dạy gặp khá nhiều khó khăn: thiết bị cồng kềnh, ghép nối mất nhiều thời gian, chi phí khá tốn kém, đặc biệt kết quả thí nghiệm có sự sai số do nhiều các tác nhân gây ra… vì vậy đã gây nhiều khó khăn cho giáo viên cũng như học sinh trong quá trình giảng dạy, học tập của mình. Sử dụng phương tiện dạy học số có rất nhiều ưu điểm: sử dụng đơn giản, trực quan, sinh động, đặc biệt thí nghiệm ảo giúp ta loại bỏ các nguyên nhân gây ra sai số của kết quả thí nghiệm, về thiết bị chỉ cần có máy vi tính (MVT), máy chiếu Projector, đĩa phần mềm thí nghiệm nên tiết kiệm được rất nhiều thời gian khi giảng dạy, chi phí thấp….Do vậy, tôi thường lựa chọn phương án sử dụng các thí nghiệm được xây dựng bằng công nghệ số - thí nghiệm ảo để phục vụ cho việc giảng dạy của mình. II. NỘI DUNG 1. Phương tiện dạy học số Khi dạy học một số nội dung, để tổ chức quá trình hoạt động học tập Vật lý một cách tích cực, tự lực và sáng tạo, nếu chỉ sử dụng các phương tiện dạy học truyền thống thì sẽ gặp khó khăn và không thể đạt được mục đích dạy học. Vì vậy khi CNTT phát triển, để hỗ trợ việc thực hiện tốt hơn mục tiêu dạy học, người ta đã tạo ra phương tiện dạy học số - đó là phương tiện mà một bộ phận hay toàn bộ phương tiện được tạo nên và hoạt động dựa trên công nghệ số. Phương tiện dạy học số và phương tiện dạy học truyền thống có các đặc điểm hoàn toàn khác nhau. - Phương tiện dạy học truyền thống có các đặc điểm sau: + Được tạo nên từ các loại vật liệu khác nhau: giấy, phấn , gỗ… + Tồn tại dưới các dạng khác nhau: film, băng video, audio… + Cần các thiết bị khác nhau để hiển thị lại thông tin trên các vật mang thông tin, việc này thường mất thời gian và khó khăn… - Phương tiện dạy học số có các đặc điểm về kỹ thuật và công nghệ cũng như các đặc điểm về lí luận dạy học sau: a) Đặc điểm về kĩ thuật và công nghệ: + Các thông tin dưới dạng hình và tiếng đều là dạng số, tạo nên môi trường ảo. + Được lưu trữ trên một số dạng chuẩn (ổ cứng HD, thẻ nhớ USB, đĩa CD hay DVD… + Dễ sử dụng qua giao diện màn hình, click chuột và gõ trên bàn phím… + Truy cập và hiển thị nhanh. + Có thể biến đổi nhanh sang các định dạng khác nhau về độ lớn, về chuẩn (VD: ảnh - mpg, tif… văn bản – word, pdf…) + Chuyển đổi dễ dàng dùng trong các hệ điều hành khác nhau. + Xử lí, tính toán nhanh nhờ sử dụng các phần mềm hỗ trợ. + Truyền tải dễ dàng từ máy này sang máy khác, qua mạng. + Qui trình nhân bản nhanh, rẻ. b) Đặc điểm về lí luận dạy học. + Sử dụng đồng thời các dạng khác nhau (hình, tiếng…) tạo việc hiện thực hoá ý tưởng về mặt phương pháp dạy học. + Chất lượng các thông tin của phương tiện dạy học số được đảm bảo thông qua các kênh chữ, kênh hình và kênh tiếng. + Tạo điều kiện cho việc tổ chức dạy học tích cực, tự lực, phát hiện, học nhóm, cá biệt hoá… + Dễ sửa đổi theo ý tưởng, điều kiện riêng của từng giáo viên. 2. Phân loại các phương tiện dạy học số trong dạy học vật lý Để có thể hỗ trợ quá trình tổ chức hoạt động tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh trong dạy học Vật lý thì phương tiện dạy học đóng vai trò hết sức quan trọng và lý tưởng nhất là phương tiện dạy học phải có được các chức năng sau: - Trình bày trước học sinh đối tượng nghiên cứu (các quá trình hay hiện tượng vật lý) dưới dạng gốc hay dưới dạng các mô hình khác nhau. - Thu thập các thông tin về đối tượng nghiên cứu. - Trình bày các thông tin thu thập từ đối tượng nghiên cứu theo các mục đích khác nhau của học sinh. - Giúp học sinh kiểm tra các dự đoán (giả thuyết) khoa học đã đề xuất hay kiểm tra các hệ quả rút ra từ giả thuyết khoa học. Đối với các phương tiện dạy học số, để có thể có được các chức năng này thì chúng phải có đặc điểm cho phép học sinh tương tác với đối tượng nghiên cứu. Đặc điểm tương tác này thể hiện ở chỗ: khi sử dụng các phương tiện có tính tương tác, mỗi người học có thể tác động vào đối tượng, làm biến đổi đối tượng nghiên cứu theo mục đích, trình tự nghiên cứu riêng của mình và nhận được các kết quả tương ứng. Để các phương tiện dạy học số có được đặc điểm này thì phương tiện đó hay một phần của nó là sản phẩm CNTT dựa trên lập trình. Dựa trên đặc điểm này, có thể phân các phương tiện dạy học số nói chung, phương tiện dạy học Vật lý số nói riêng thành hai loại: - Phương tiện dạy học số không có tính tương tác. Các phương tiện dạy học Vật lý số không có tính tương tác bao gồm các dữ liệu số dưới dạng văn bản, hình ảnh, hình vẽ, mô hình, biểu bảng, videoclips… - Phương tiện dạy học số có tính tương tác. Các phương tiện dạy học số có tính tương tác bao gồm các phần mềm và các hệ thống thiết bị thí nghiệm ghép nối máy vi tính. Về phương tiện dạy học số có tính tương tác có thể phân làm hai loại cơ bản: phương tiện dạy học số mô phỏng (phần mềm mô phỏng) và phương tiện số hỗ trợ Vật lý thật (thí nghiệm tương tác trên màn hình, phần mềm phân tích băng hình và thí nghiệm ghép nối với máy vi tính). Ở đây, tôi chỉ trình bày phương tiện dạy học số mô phỏng, còn phương tiện số hỗ trợ thí nghiệm Vật lý thật chủ yếu dùng trong nghiên cứu nên tôi không trình bày. Bảng phân loại các phương tiện dạy học số trong hệ thống các phương tiện dạy học Vật lý: 3. Các phương tiện dạy học số không có tính tương tác trong dạy học Vật lý. - Ví dụ phương tiện dạy học Vật lý sử dụng hình ảnh: Hình ảnh: Sự phóng điện. Hình ảnh: Từ trường của ống dây xônêlôit Thí nghiệm trên màn hình Phương tiện dạy học (Vật lý) Phương tiện dạy học (Vật lý) truyền thống Phương tiện dạy học (Vật lý) số Phương tiện dạy học (Vật lý) số không có tương tác Phương tiện dạy học (Vật lý) số có tương tác Thí nghiệm mô phỏng Phương tiện hỗ trợ thí nghiệm Vật lý Thí nghiệm ghép nối với MVT - Ví dụ phương tiện dạy học số sử dụng video clip. Videoclip: xác định gia tốc. 4. Các phương tiện dạy học số có tương tác trong dạy học Vật lý. 4.1. Phần mềm thí nghiệm mô phỏng. Phần mềm thí nghiệm mô phỏng có hai loại: phần mềm mô phỏng không chính xác và phần mềm mô phỏng chính xác. 4.1.1. Mô phỏng. Mô phỏng bao gồm sự mô hình hoá các hệ thống tự nhiên hay xã hội và cho mô hình vận động nhằm hiểu được sâu sắc chức năng của hệ thống thông qua việc lựa chọn ra các đặc điểm hay các hoạt động đặc thù của các đối tượng và việc sử dụng các phương pháp gần đúng, các tiên đề đơn giản trong khi mô phỏng. Mô phỏng nhờ MVT đã trở thành một bộ phận hữu hiệu (đóng vai trò quan trọng) của việc mô hình hoá nhiều đối tượng, hệ thống trong tự nhiên như trong Vật lý, Hoá học, Sinh vật… cũng như nhiều hệ thống trong xã hội như kinh tế, KHXH và trong kĩ thuật… để nắm được sâu sắc về mặt bản chất của các đối tượng trong hệ thống này. Mô phỏng nhờ MVT để giải quyết các nhiệm vụ sau: - Mô phỏng, minh hoạ các hiện tượng, quá trình Vật lý một cách trực quan và chính xác để dễ quan sát và nghiên cứu. - Mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lý để qua đó đưa ra các dự đoán, giả thuyết về hiện tượng, quá trình Vật lý mới, tìm ra kiến thức mới (trạng thái, mối quan hệ, qui luật mới…) bằng con đường nhận thức lý thuyết. 4.1.2. Mô phỏng không chính xác và mô phỏng chính xác. a) Thí nghiệm mô phỏng chính xác. Loại mô phỏng xuất phát từ các tiên đề hay các mô hình (các phương trình hay các nguyên lý Vật lý) được viết đưới dạng toán học, thông qua vận dụng các phương pháp tính toán trên mô hình nhờ MVT như vậy được gọi là mô phỏng định lượng hay mô phỏng chính xác. Trong loại mô phỏng này, các đối tượng được mô phỏng “biến đổi” tuân theo đúng các phương trình, nguyên lý Vật lý. Các ví dụ về mô phỏng: VD1: Thí nghiệm mô phỏng nghiên cứu chuyển động nhanh dần đều. Dựa trên đặc điểm của chuyển động thẳng nhanh dần đều, vận tốc là hàm bậc nhất của thời gian mà ta mô phỏng sự biến đổi này nhờ máy vi tính. Ta nghiên cứu chuyển động của một chiếc xe lăn trên một mặt phẳng dưới tác dụng của trọng lực và sử dụng đồng hồ rung. Dựa vào các kết quả trên băng giấy ta sẽ chứng minh được vận tốc biến thiên theo hàm bậc nhất của thời gian, từ đó có thể kết luận vật chuyển động thẳng nhanh dần đều. VD2: Nghiên cứu sự tạo ảnh qua thấu kính bằng cách sử dụng phần mềm thí nghiệm Crocodile Physics 605. Sử dụng phần mềm này giúp ta khảo sát được sự tạo ảnh của một vật qua thấu kính, xây dựng được các công thức thấu kính bằng cách xác định khoảng cách từ vật (ảnh) tới thấu kính hoặc xác định độ cao của vật (ảnh), đặc biệt phần mềm này cũng giúp ta khảo sát các bài về quang hệ rất tốt. b) Thí nghiệm mô phỏng không chính xác. Loại mô phỏng dựa trên các mối quan hệ định tính của các đại lượng Vật lý nhờ các phần mềm gọi là mô phỏng định tính hay mô phỏng không chính xác. Loại mô phỏng này thường được sử dụng trong các trường hợp: - Không cần thiết phải mô phỏng chính xác. - Việc mô phỏng chính xác không cho phép với các lí do khác nhau như không biết được mối quan hệ định lượng giữa các đại lượng Vật lý cần mô phỏng, hoặc có biết được thì việc lập trình mô phỏng cũng hết sức khó khăn, mất nhiều thời gian. Đối với loại thí nghiệm mô phỏng không chính xác, giáo viên có thể tự xây dựng được rất nhiều thí nghiệm đơn giản trên phần mềm Powerpoint. VD: Ta có thể xây dựng thí nghiệm định tính về hiện tượng cảm ứng điện từ bằng các hình vẽ đơn giản và tạo hiệu ứng động cho chúng trên Powerpoint. VD: Sử dụng phần mềm mô phỏng nghiên cứu dòng điện trong kim loại, Về thực chất, mô phỏng có chính xác hay không chính xác không phải là dặc điểm quan trọng của một phần mềm mô phỏng trong dạy học Vật lý mà mục đích của việc mô phỏng mới là quan trọng. Trong dạy học Vật lý có hai mục đích mô phỏng khác nhau: - Mô phỏng các hiện tượng quá trình Vật lý khó hoặc không quan sát tưởng tượng được để cho học sinh có hình ảnh trực quan về đối tượng nghiên cứu. - Mô phỏng các hiện tượng, quá trình Vật lý để từ đó đưa ra các dự đoán, giả thuyết về hiện tượng, quá trìnhVật lý mới, tìm ra các kiến thức mới (trạng thái, mối quan hệ, qui luật mới…) bằng con đường nhận thức lý thuyết. . TIỆN DẠY HỌC SỐ TRONG GIẢNG DẠY VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ. Vật lý học ở trường THPT chủ yếu là vật lý thực nghiệm. Những kiến thức vật lý được xây dựng chủ yếu đều dựa vào thí. tiện dạy học (Vật lý) Phương tiện dạy học (Vật lý) truyền thống Phương tiện dạy học (Vật lý) số Phương tiện dạy học (Vật lý) số không có tương tác Phương tiện dạy học (Vật lý) số có tương tác Thí. nhà Vật lý học đã dùng trong nghiên cứu vật lý đó là phương pháp thực nghiệm. Mặt khác, trong những năm gần đây khi mà nền giáo dục đều chú trọng phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong