Xây dựng thư viện thí nghiệm vật lí THPT bằng phần mềm Crocodile Physics

Vì vậy việc thiết kế sẵn các thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềmCrocodile Physics phù hợp với chương trình vật lí trung học phổ thông và xây dựngthư viện để lưu trữ nó sẽ giúp cho giáo viê

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

MỤC LỤC 1

Trang 1

BẢNG GHI CHÚ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3

MỞ ĐẦU 4

1 Lí do chọn đề tài 4

2 Lịch sử vấn đề nghiên cứu 6

3 Mục tiêu nghiên cứu 7

4 Giả thuyết khoa học 7

5 Đối tượng nghiên cứu 7

6 Giới hạn đề tài 7

7 Nhiệm vụ nghiên cứu 8

8 Phương pháp nghiên cứu 8

9 Cấu trúc của đề tài 9

NỘI DUNG 10

Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ THÍ NGHIỆM VẬT LÍ VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC 10

1.1 Thí nghiệm vật lí 10

1.1.1 Khái niệm 10

1.1.2 Phân loại thí nghiệm 11

1.1.3 Vai trò của thí nghiệm vật lí 12

1.2 Sự hỗ trợ của máy vi tính và phần mềm trong dạy học vật lí 13

1.2.1 Sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học vật lí 13

1.2.1.1.Tổng quan về vai trò của máy tính trong dạy học 13

1.2.1.2 Máy tính với các thí nghiệm vật lí 14

1.2.2 Phần mềm dạy học 15

1.2.2.1 Khái niệm phần mềm 15

1.2.2.2 Phân loại phần mềm 16

1.2.2.3 Đặc điểm của phần mềm 16

1.2.2.4 Vai trò của phần mềm trong dạy học 16

1.3 Tổng quan về phần mềm Crocodile Physics 18

1.3.1 Giới thiệu chung về phần mềm Crocodile Physics 18

1

1.3.2 Khảo sát giao diện của Crocodile Physics 20

20

1.3.3 Khai thác các chức năng cơ bản của phần mềm Crocodile Physics 22

1.3.4 Khả năng hỗ trợ của phần mềm Crocodile Physics trong việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS 25

1.4 Sử dụng thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí 26

1.4.1 Khái niệm thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo 26

1.4.2 Khả năng sử dụng thí nghiệm mô phỏng trong dạy học vật lí 27

1.4.3 Một số yêu cầu khi sử dụng thí nghiệm mô phỏng trong dạy học vật lí 27

1.4.4 Hiện trạng của việc sử dụng thí nghiệm mô phỏng trong dạy học vật lí hiện nay 28

Chương 2 XÂY DỰNG THƯ VIỆN CÁC THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG VỀ VẬT LÍ THPT BẰNG PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS 30

2.1 Tổng quan về chương trình vật lí THPT 30

2.2 Các bước thiết kế thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềm Crocodile Physics .34

2.3 Hướng dẫn sử dụng các thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềm Crocodile Physics trong dạy học vật lí THPT 37

2.4 Xây dựng thư viện lưu trữ các thí nghiệm 59

2.4.1 Lưu trữ các sản phẩm 59

2.4.2 Hướng dẫn sử dụng thư viện (Website) 60

2.5 Thiết kế tiến trình dạy học có sự hỗ trợ của phần mềm Crocodile Physics 62

2.5.1 Quy trình thiết kế tiến trình dạy học 62

2.5.1.1 Xác định mục tiêu bài học 62

2.5.1.2 Xác định kiến thức cơ bản và sắp xếp theo một cấu trúc thích hợp 62

2.5.1.3 Xác định phương pháp dạy học 62

2.5.1.4 Chuẩn bị các thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềm Crocodile Physics.63 2.5.1.5 Xác định các hoạt động chủ yếu trong tiến trình dạy học 63

2.5.2 Thiết kế tiến trình dạy học một số bài cụ thể trong chương trình vật lí THPT 64

2.6 Kết luận chương 2 65

Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 67

3.1 Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 67

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 67

3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 67

3.2 Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm 68

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 68

3.2.2 Nội dung thực nghiệm sư phạm 68

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 68

3.4 Đánh giá thực nghiệm sư phạm 70

3.4.1 Kết quả định tính 70

3.4.2 Kết quả định lượng 70

3.4.3 Đánh giá giả thuyết thống kê 74

3.5 Kết luận chương 3 75

KẾT LUẬN 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

BẢNG GHI CHÚ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

3

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Sự phát triển của khoa học kĩ thuật và công nghệ thông tin đã làm thay đổimạnh mẽ mọi mặt của đời sống kinh tế, xã hội nói chung và của ngành Giáo dục vàĐào tạo nói riêng Tuy nhiên nó cũng đặt ra cho ngành Giáo dục và Đào tạo nhữngthách thức, đòi hỏi phải có sự đổi mới toàn diện về nội dung, chương trình sách giáokhoa và phương pháp dạy học, nhằm đào tạo ra nguồn nhân lực mới, đáp ứng được

sự nghiệp công nghiệp hoá – hiện đại hoá đất nước

Nghị quyết của Ban chấp hành Trung ương lần 2 khoá VIII chỉ rõ: “Đổi mới phương pháp giáo dục - đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp

tư duy sáng tạo của người học Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, bảo đảm điều kiện và thời gian tự học,

tự nghiên cứu cho HS…” [14].

Điều 24 Luật giáo dục quy định: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh” [26].

Chiến lược phát triển giáo dục 2001- 2010, ở mục 5.2 ghi rõ: “Đổi mới và hiện đại hóa phương pháp giáo dục Chuyển từ việc truyền thụ tri thức thụ động thầy giảng, trò ghi sang hướng dẫn người học chủ động tư duy trong quá trình tiếp cận tri thức; dạy cho người học phương pháp tự học, tự thu nhận thông tin một cách có

hệ thống và có tư duy phân tích, tổng hợp, phát triển năng lực của mỗi cá nhân; tăng cường tính chủ động, tính tự chủ của học sinh, sinh viên trong quá trình học tập…” [9].

Chỉ thị 29/2001/CT-BGD&ĐT của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo ghi rõ:

“Đối với giáo dục và đào tạo, công nghệ thông tin có tác động mạnh mẽ, làm thayđổi nội dung, phương pháp, phương thức dạy và học, công nghệ thông tin là phươngtiện để tiến tới một “xã hội học tập” Mặt khác giáo dục và đào tạo đóng vai tròquan trọng bậc nhất thúc đẩy sự phát triển công nghệ thông tin…” [10]

Hơn nữa việc ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học đã được Ngành giáodục xác định là nhiệm vụ trọng tâm trong năm học 2008 - 2009 Đây là năm họcđầu tiên triển khai thực hiện chỉ thị số 55/2008/CT-BGDĐT ngày 30/9/2008 của Bộtrưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo về tăng cường giảng dạy, đào tạo và ứng dụng côngnghệ thông tin trong ngành giáo dục giai đoạn 2008 - 2012 Năm học 2008 - 2009

được chọn là: “Năm học đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin” [11], [12].

Vật lí học là một khoa học thực nghiệm, do đó việc sử dụng thí nghiệm vật lítrong dạy học nhằm phát huy tính tích cực của học sinh là một biện pháp hữu hiệu.Việc đổi mới nội dung và phương pháp trong dạy học vật lí phải gắn với việc tăngcường sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học vật lí Tuy nhiên thực tế cho thấythí nghiệm vật lí vẫn chưa chiếm được vị trí xứng đáng trong dạy học vật lí ở cáctrường phổ thông hiện nay, điều đó một mặt do sự thiếu thốn về cơ sở vật chất vàthiết bị thí nghiệm ở các trường phổ thông Mặt khác, do việc đánh giá, thi cử hiệnnay chưa coi trọng đúng mức thí nghiệm vật lí, hay nói cách khác là nội dung thínghiệm chưa được đưa vào trong kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của học sinh[16] Hơn nữa do yêu cầu về thời gian của việc tiến hành một số thí nghiệm thực lạimâu thuẫn với thời gian cho phép của một tiết học

Sự phát triển của khoa học kĩ thuật và công nghệ thông tin đã tạo điều kiệnthuận lợi cho việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học Với sự hỗ trợ củamáy vi tính và các phần mềm dạy học, giáo viên có thể tổ chức tốt quá trình dạy họctheo hướng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của học sinh Đặc biệt vớidạy học vật lí, việc ứng dụng công nghệ thông tin có thể khắc phục được những khókhăn của thí nghiệm cho giáo viên Hiện nay có nhiều phần mềm để thiết kế thínghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng trong dạy học vật lí như: Pakma, Flash, WorkingModel, Crocodile Physics… nhưng trong các phần mềm này thì phần mềmCrocodile Physics đáp ứng được hầu hết các yêu cầu về thí nghiệm vật lí trongchương trình trung học phổ thông hiện nay Crocodile Physics là một phần mềm môphỏng rất mạnh, góp phần giúp cho giáo viên và học sinh trong việc thiết kế các thínghiệm mô phỏng Đây là một phần mềm thí nghiệm mô phỏng về cơ, quang, điện,sóng và chuyên dùng cho các trường trung học phổ thông Với Crocodile Physics,các thí nghiệm có thể được tiến hành một cách dễ dàng, đơn giản và cho kết quảtương đối trung thực Ngoài ra Crocodile Physics được thiết kế với giao diện đẹp

5

mắt, thân thiện cùng với những tính năng ưu việt, là sự kết hợp hài hoà của haichuyên gia dạy học và tin học [1] Tuy nhiên để thiết kế được một thí nghiệm bằngphần mềm Crocodile Physics cho phù hợp với nội dung bài dạy học đòi hỏi ngườigiáo viên phải đầu tư nhiều công sức, thời gian và vốn kiến thức vững về công nghệthông tin Vì vậy việc thiết kế sẵn các thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềmCrocodile Physics phù hợp với chương trình vật lí trung học phổ thông và xây dựngthư viện để lưu trữ nó sẽ giúp cho giáo viên khỏi phải tốn công sức và thời gian vàoviệc thiết kế từ kịch bản cho đến thiết kế các mô hình thí nghiệm, đồng thời tạo điềukiện thuận lợi cho giáo viên và học sinh khai thác và sử dụng một cách dễ dàng vàotrong quá trình dạy học.

Với những lí do trên, chúng tôi đã chọn đề tài: “Xây dựng thư viện thí

nghiệm vật lí THPT bằng phần mềm Crocodile Physics” làm đề tài luận văn Thạc

sĩ của mình

2 Lịch sử vấn đề nghiên cứu

Tác giả Lê Thị Ngọc Thuỷ (2005) đã thực hiện đề tài “Khai thác và sử dụngphần mềm Crocodile Physics trong dạy học vật lí ở trường THPT” Trong đề tàinày, tác giả đã sử dụng phần mềm để thiết kế một số thí nghiệm mô phỏng phần cơ,điện, quang, sóng Tuy nhiên đề tài chỉ đề cập đến chương trình và sách giáo khoavật lí thí điểm, có nhiều thí nghiệm chưa phù hợp với chương trình sách giáo khoahiện hành

Tác giả Nguyễn Đình Chiến (2005) đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựngthí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học Vật lí ở trường THPT”.Trong đề tài này, tác giả chỉ tập trung nghiên cứu xây dựng một số thí nghiệm phầnđộng học ở Vật lí lớp 10 với sự hỗ trợ của máy vi tính và phần mềm Datastudio Trong tuyển tập báo cáo “Hội sinh viên nghiên cứu khoa học” năm 2008 củaĐại học Đà Nẵng, có sinh viên Lê Phước Hải với đề tài: “Sử dụng phần mềmCrocodile Physics kết hợp với Microsoft Powerpoint trong dạy học Vật lí” (thể hiệnqua chương “Dòng điện không đổi” - sách giáo khoa vật lí 11) và sinh viên PhạmPhú Thanh Sơn với đề tài: “Ứng dụng phần mềm Crocodile Physics vào thiết kế bàigiảng bài: “Thấu kính mỏng” chương trình vật lí lớp 11 nâng cao” Cả hai tác giảnày đã tiến hành khai thác phần mềm Crocodile Physics để thiết kế và đưa thí

nghiệm ảo vào trong bài giảng trên máy vi tính Tuy nhiên đề tài mới chỉ đề cập đếnchương “Dòng điện không đổi” và bài “Thấu kính mỏng” trong chương trình Vật lí11.

Trên website: www.thuvienvatly.com, có sinh viên Trần Triệu Phú với đề tài:

“Khai thác chương trình Crocodile Physics vào thiết kế thí nghiệm vật lí ở trườngphổ thông” Trong đề tài này tác giả đã thiết kế được 32 bộ thí nghiệm mô phỏnggồm: 16 bộ thí nghiệm cơ nhiệt, 5 bộ thí nghiệm điện, 10 bộ thí nghiệm quang và 1

bộ thí nghiệm sóng cơ Tuy nhiên các sản phẩm nhìn chung có giao diện chưa đẹp,chưa tiện lợi cho người sử dụng

Như vậy cho đến nay đã có nhiều tác giả nghiên cứu phần mềm CrocodilePhysics để thiết kế các thí nghiệm mô phỏng và đã ứng dụng vào dạy học vật lí Tuynhiên việc tập hợp các thí nghiệm được thiết kế bằng phần mềm này và xây dựngmột thư viện lưu trữ chúng, tạo điều kiện cho giáo viên và học sinh dễ khai thác và

sử dụng vào quá trình dạy học thì chưa có ai nghiên cứu

3 Mục tiêu nghiên cứu

Xây dựng được thư viện thí nghiệm mô phỏng về vật lí THPT bằng phần mềmCrocodile Physics và hướng dẫn sử dụng chúng trong quá trình dạy học

4 Giả thuyết khoa học

Nếu sử dụng hệ thống các thí nghiệm mô phỏng trong thư viện theo sựhướng dẫn và tổ chức các hoạt động dạy học một cách hợp lí thì sẽ góp phần nângcao chất lượng dạy học ở trường phổ thông

5 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy học môn vật lí ở trường phổ thông với sự hỗ trợ của các thínghiệm mô phỏng được thiết kế bằng phần mềm Crocodile Physics

7 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu đề ra thì nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài là:

- Nghiên cứu vai trò của thí nghiệm trong dạy học vật lí, nghiên cứu khả năng

sử dụng thí nghiệm mô phỏng trong dạy học vật lí,

- Nghiên cứu sự hỗ trợ của máy vi tính và phần mềm trong dạy học vật líTHPT,

- Nghiên cứu chương trình vật lí THPT,

- Nghiên cứu phần mềm Crocodile Physics và các website có liên quan đến

sử dụng các thí nghiệm này vào tổ chức các hoạt động dạy học,

- Xây dựng thư viện thí nghiệm mô phỏng vật lí THPT bằng phần mềmCrocodile Physics và viết website để quản lí thư viện này,

- Thực nghiệm sư phạm, thống kê toán học, tiến hành đánh giá hiệu quả củaviệc sử dụng các thí nghiệm mô phỏng được thiết kế bằng phần mềm CrocodilePhysics có trong thư viện vào quá trình dạy học vật lí ở trường THPT

8 Phương pháp nghiên cứu

Những phương pháp nghiên cứu chủ yếu được sử dụng trong khi thực hiện đềtài là:

8.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu những văn kiện của Đảng, Nhà nước và của Bộ giáo dục và Đàotạo về việc nâng cao chất lượng dạy học

- Nghiên cứu các sách, bài báo, tạp chí chuyên ngành, các luận án, luận văn cóliên quan đến đề tài

- Chương trình và sách giáo khoa vật lí 10, 11, 12 THPT

8.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Đàm thoại với giáo viên, học sinh để tìm hiểu thực trạng của việc ứng dụngcông nghệ thông tin nói chung và phần mềm Crocodile Physics nói riêng trong dạyhọc vật lí hiện nay

- Nghiên cứu một số khả năng hỗ trợ của phần mềm Crocodile Physics trongdạy học vật lí THPT

8.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở một số trường THPT trên địa bàn tỉnhQuảng Bình và tỉnh Thừa Thiên Huế

- Quan sát, kiểm tra, đánh giá hoạt động của học sinh khi học các giờ học này

- So sánh với các lớp đối chứng, kết hợp với việc trao đổi ý kiến với giáo viêngiảng dạy

8.4 Phương pháp thống kê toán học

- Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lý các kết quả thực nghiệm sưphạm

- So sánh kết quả học tập của hai nhóm thực nghiệm và đối chứng, từ đó rút ramột số nhận xét nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài

9 Cấu trúc của đề tài

Luận văn có cấu trúc như sau:

NỘI DUNG Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ THÍ NGHIỆM VẬT LÍ VỚI

SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC

1.1 Thí nghiệm vật lí

1.1.1 Khái niệm

Theo từ điển tiếng Việt, thí nghiệm là gây ra một hiện tượng, một sự biến đổinào đó trong điều kiện xác định để quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu, kiểm tra haychứng minh

Một vài quan quan điểm khác cho rằng: Thí nghiệm là một sự thử nghiệm haykiểm tra một lí thuyết khoa học bằng cách thao tác với yếu tố trong môi trường đểquan sát kết quả có phù hợp với các tiên đoán lí thuyết hay không

Một số nhà nghiên cứu cho rằng: Thí nghiệm là quá trình tạo dựng sự quan sáthay thực hiện một phép đo Hay cũng có thể hiểu, thí nghiệm là sự quan sát hiệntượng nghiên cứu trong các điều kiện được kiểm tra chính xác, cho phép theo dõiđược tiến trình của hiện tượng và tái tạo nó mỗi lần lặp lại các hiện tượng này Theo nghĩa rộng, thí nghiệm là một trong các PPDH vật lí Đó là cách thứcthao tác của GV và HS trong quá trình giảng dạy và học tập nhằm đạt được hiệuquả cao nhất trong việc truyền thụ cũng như việc lĩnh hội tri thức vật lí, đồng thờirèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành cho HS

Dù được hiểu theo cách nào chăng nữa thì thí nghiệm vật lí có các đặc điểmsau:

+ Phải lựa chọn các điều kiện thí nghiệm có chủ định sao cho thông qua thínghiệm có thể tìm được câu trả lời cho vấn đề đặt ra, có thể kiểm tra được giảthuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết Muốn vậy, mỗi thí nghiệm cần phải xácđịnh rõ: đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện tác động lên đối tượng cần nghiêncứu và phương tiện quan sát, đo đạc

+ Có thể làm biến đổi được các điều kiện của thí nghiệm để nghiên cứu sự phụthuộc giữa hai đại lượng trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi

+ Phải khống chế được các điều kiện của thí nghiệm và kiểm soát đúng như

dự định, làm giảm tối đa sự ảnh hưởng của các yếu tố gây nhiễu để không làm xuấthiện các yếu tố không cần quan tâm

+ Có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi củađại lượng khác thông qua các công cụ của thí nghiệm (các thiết bị máy móc)

+ Với các điều kiện và thiết bị như nhau thì có thể bố trí và tiến hành lại thínghiệm thu được hiện tượng, quá trình vật lí diễn ra như nhau

Từ các khái niệm, các đặc điểm được nêu ở trên cho thấy, thí nghiệm đã tácđộng có chủ định, có hệ thống vào đối tượng cần nghiên cứu Nhờ vậy, thí nghiệmcho phép nghiên cứu các hiện tượng một cách dễ dàng thông qua sự phân tích cácđiều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và kết quả của sự tác động là sự thunhận được tri thức mới

Như vậy, có khá nhiều quan điểm khác nhau về khái niệm thí nghiệm nhưngthông qua những nghiên cứu và phân tích trên có thể nhận thấy quan niệm sau đây

là thích hợp nhất Thí nghiệm vật lí là thí nghiệm để nghiên cứu các hiện tượng, quátrình vật lí trong những điều kiện đã được lí tưởng hoá Kết quả của thí nghiệm vật

lí nhiều khi là các định luật, các ứng dụng kĩ thuật nhưng có khi cũng chỉ để chứngminh một giả thuyết hoặc hình thành một giả thuyết vật lí mới Dựa vào các hoạtđộng của GV và HS trong quá trình nghiên cứu đối tượng mà phân chia thí nghiệmthành hai loại là thí nghiệm biểu diễn của GV và thí nghiệm của HS [8], [17]

1.1.2 Phân loại thí nghiệm

Trên thực tế có nhiều cách phân loại thí nghiệm khác nhau tùy theo cáchchọn dấu hiệu này hay dấu hiệu khác để phân loại Điều quan trọng là phải nắmđược đặc trưng của mỗi loại để có thể khai thác và sử dụng vào những mục đích cụthể một cách có hiệu quả trong quá trình dạy học vật lí Nếu dựa vào hoạt động của

GV và HS, người ta có thể phân thí nghiệm thành các loại sau đây:

- Thí nghiệm biểu diễn: Là những thí nghiệm do GV tiến hành trên lớp làchính, để nghiên cứu tài liệu mới hoặc ôn tập củng cố kiến thức, tuy có thể có sự hỗtrợ của HS

- Thí nghiệm học sinh: Là những thí nghiệm do HS tiến hành độc lập hay dưới

sự hướng dẫn của GV [16], [28]

11

1.1.3 Vai trò của thí nghiệm vật lí

Thí nghiệm vật lí có vai trò rất quan trọng trong QTDH vật lí Ở giai đoạn địnhhướng mục tiêu nghiên cứu, thí nghiệm vật lí được sử dụng để đề xuất vấn đềnghiên cứu, tạo điều kiện cho HS nhanh chóng tiếp cận mục tiêu nghiên cứu Việc

sử dụng thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề là rất quan trọng đối với HS vì kếtquả thí nghiệm thường làm nảy sinh mâu thuẫn giữa kiến thức mới với các quanniệm sẵn có của HS Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, thí nghiệm vật lícung cấp các số liệu thực nghiệm và đó là cơ sở vững chắc nhất để khái quát hoá,quy nạp, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả logic để hình thành kiếnthức mới Trong giai đoạn củng cố kiến thức, kĩ năng của HS, thí nghiệm vật lí cóvai trò không những kiểm tra kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo mà còn đánh giá được khảnăng tự lực, sáng tạo của HS trong quá trình thí nghiệm

Thí nghiệm vật lí là phương tiện cho phép tổ chức các hình thức làm việc tậpthể khác nhau nhằm bồi dưỡng cho HS thói quen hợp tác trong lao động, trongnghiên cứu khoa học và trung thực khi nhận thức một sự vật hiện tượng Hiện tượngvật lí xảy ra trong tự nhiên chằng chịt, đan xen nhau giữa các quá trình Do đó đểnghiên cứu một hiện tượng, một quá trình nào đó thì phương tiện có thể phản ánhđúng bản chất của sự vật hiện tượng một cách chính xác, trung thực và đơn giảnnhất là các thí nghiệm vật lí vì chúng diễn tả các hiện tượng một cách đơn giản vàkiểm soát được các quá trình, giúp cho HS có các thông tin chân thật về các hiệntượng vật lí

Ngày nay, dạy học không chỉ truyền thụ cho HS các kiến thức, rèn luyện kĩnăng, kĩ xảo mà còn góp phần phát triển nhân cách HS một cách toàn diện Giờ học

có sử dụng thí nghiệm vật lí làm cho HS hứng thú hơn trong học tập và quá trìnhthu nhận thông tin của HS ngày càng tích cực, tự lực và sáng tạo hơn Như vậy, quaquá trình tiếp cận với các thí nghiệm vật lí, dần dần trong HS xuất hiện sự hammuốn tìm hiểu, ham muốn nghiên cứu, xoá dần sự ngăn cách trong ý thức của HSgiữa vật lí và cuộc sống muôn hình muôn vẻ để tạo cho HS hứng thú nhận thức.Tóm lại, thí nghiệm đóng vai trò quan trọng trong QTDH vật lí và có tác dụnglớn trong việc tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS Vì vậy, dạy học vật lí cầnphải gắn với thí nghiệm vật lí Thí nghiệm vật lí không chỉ là nguồn tri thức, là

phương tiện có nhiều sức mạnh trong nghiên cứu vật lí, là tiêu chuẩn chân lí của cáckiến thức về giới tự nhiên mà còn tạo ra yếu tố kích thích hứng thú, tích cực, tự giác

và sáng tạo của HS, đồng thời cũng là một PPDH sát với phương châm giáo dụcViệt Nam: “Học đi đôi với hành, lí luận gắn với thực tiễn”

Tuy nhiên, không thể xây dựng đầy đủ các thí nghiệm để “tái tạo lại” mọi hiệntượng, mọi quá trình xảy ra trong tự nhiên cho HS quan sát hoặc dựa vào đó để tổchức hoạt động nhận thức cho HS Nguyên nhân thì nhiều nhưng chủ yếu là cáchiện tượng tự nhiên xảy ra chằng chịt, phức tạp mà không dễ gì có thể đơn giản hoáđược Một số hiện tượng lại xảy ra quá nhanh hoặc quá chậm gây khó khăn cho việcthu thập số liệu chính xác Một số thí nghiệm lại quá nguy hiểm nên không thể tiếnhành được ở trên lớp…[17]

Chính vì vậy, việc áp dụng những thành tựu của CNTT, đặc biệt là MVT vàcác PMDH trong việc tạo ra các thí nghiệm ảo, các thí nghiệm mô phỏng để tổ chứccác hoạt động dạy học vật lí ở trường phổ thông hiện nay là điều cần thiết

1.2 Sự hỗ trợ của máy vi tính và phần mềm trong dạy học vật lí

1.2.1 Sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học vật lí

1.2.1.1.Tổng quan về vai trò của máy tính trong dạy học

Đặc điểm nổi bật của cuộc cách mạng khoa học công nghệ hiện nay là sự pháttriển có tính chất bùng nổ của CNTT và truyền thông Trên thế giới và ngay cả ởViệt Nam trong những năm gần đây, MVT đã, đang và sẽ xâm nhập mạnh mẽ vàomọi lĩnh vực xã hội, khoa học và sinh hoạt của con người Nhiều yếu tố cơ sở củaTin học đã trở thành một bộ phận của văn hoá phổ thông Một xu hướng được nhiềunước quan tâm đó là MVT với tư cách là một phương tiện dạy học hiện đại sẽ được

sử dụng vào QTDH nhằm nâng cao chất lượng dạy và học của tất cả các bộ môn,bởi vì MVT ngày càng tỏ ra ưu việt ở những chỗ mà không một phương tiện truyềnthống nào trước đây có thể giải quyết được Nhờ khả năng tương tác cao, sự tíchhợp của nhiều khả năng khác, mà MVT có được những đặc trưng mới về chất sovới các phương tiện dạy học trước đó CNTT và truyền thông nói chung và MVTnói riêng sẽ đưa đến cho sự nghiệp giáo dục những chuyển biến sâu sắc và mạnh mẽchưa từng thấy [27]

13

Nếu như biết xây dựng và tổ chức lưu trữ trên bộ nhớ của MVT một cơ sở dữliệu tri thức tốt, thì MVT tỏ ra là một phương tiện hỗ trợ rất đắc lực cho chức năngcủng cố trình độ xuất phát của HS, nhờ khả năng tìm kiếm và truy xuất thông tintheo yêu cầu một cách nhanh chóng của nó Mặt khác, ngoài khả năng tái hiện đầy

đủ những gì mà người sử dụng yêu cầu, MVT còn cho phép truy vấn thông tin theoyêu cầu với nhiều cách khác nhau, có thể ở mức chi tiết hay mức khái quát nhữngnội dung kiến thức đã học, hoặc cũng có thể trích lọc thành lớp các đối tượng, sựvật theo một thuộc tính nào đó Chính vì vậy, việc củng cố trình độ, kĩ năng xuấtphát của HS lại tạo những điều kiện làm nảy sinh những nhu cầu mới, những nộidung kiến thức mới, là tiền đề cho việc tổ chức dạy học theo hướng tích cực hoáhoạt động nhận thức của HS

MVT là một thiết bị quan trọng của CNTT khi sử dụng trong dạy học có thể giảiquyết được các nhiệm vụ cơ bản của QTDH Đó là việc truyền thụ kiến thức, pháttriển tư duy, rèn luyện kĩ năng thực hành, ôn tập, củng cố, kiểm tra đánh giá chođến việc giáo dục nhân cách người lao động mới Việc sử dụng MVT vào dạy họckhông những phù hợp với cấu trúc logic, đặc điểm của QTDH mà còn có thể ứngdụng trong nhiều PPDH, tình huống dạy học khác nhau

1.2.1.2 Máy tính với các thí nghiệm vật lí

Đối với các thí nghiệm vật lí, ta có thể khái quát những khả năng của máy tínhnhư sau:

Máy tính có thể tham gia vào các thí nghiệm thực với tư cách là một thiết bị

đo, lưu trữ, xử lý và hiển thị kết quả Là thiết bị cập nhật số liệu: số liệu có thể được

con người đưa vào từ bàn phím hoặc qua các thiết bị chuyển đổi nối kết với hệ

thống MVT Nó như một máy đo vạn năng có độ chính xác cao: máy tính có thể

thực hiện chức năng của bất kỳ một thiết bị đo nào nhờ có các thiết bị ngoại vi vàcác phần mềm chuyên dụng tương ứng phù hợp (như phần mềm Pasco của Mỹ,

Cassy và Pakma của Đức ) Là thiết bị lưu trữ và xử lý số liệu với tốc độ nhanh theo những mục đích xác định: đây là đặc tính riêng có của máy tính Nó còn là thiết bị hiển thị kết quả dưới nhiều dạng dữ liệu khác nhau văn bản, hình ảnh, âm

thanh với khả năng đồ họa ưu việt của nó

Máy tính có thể được sử dụng để trình bày lại các thí nghiệm thực đã đượcchụp ảnh hoặc quay phim Nhờ việc xây dựng các chương trình phù hợp, trong đó

sử dụng thư viện các tranh ảnh và phim học tập thì có thể đáp ứng được những mụcđích giáo dục mong muốn mà các phương tiện khác trước đây không thể làm được(ví dụ như khả năng truy cập ngẫu nhiên lên các thư viện này, tìm kiếm, sắp xếp,chọn lọc thông tin)

Máy tính còn được dùng để mô phỏng các đối tượng thực, trong đó có thínghiệm vật lí Nói chung, hầu hết các thí nghiệm vật lí (từ đơn giản đến phức tạp)

về mặt nguyên tắc đều có thể mô phỏng được trên máy tính Đặc biệt khi người lậptrình sử dụng phương pháp lập trình trên không gian ba chiều thì có thể mô phỏngđược cả thế giới vi mô và vĩ mô một cách sinh động đầy ấn tượng

-PMDH là phần mềm phục vụ cho việc áp dụng máy tính vào dạy học bằngcách ra lệnh cho máy tính thực hiện các yêu cầu về nội dung và PPDH theo các mụctiêu đã định PMDH là phần mềm được thiết kế nhằm hỗ trợ có hiệu quả việc dạy vàhọc của GV, HS trong việc bám sát mục tiêu, nội dung, chương trình sách giáokhoa

Như vậy, PMDH là sản phẩm được kết tinh từ hai chuyên gia: sư phạm và tinhọc, nó luôn chứa những tri thức của khoa học giáo dục và các sản phẩm củaCNTT Không phải bất cứ một phần mềm nào hễ được sử dụng vào dạy học thìđược gọi là PMDH, mà chỉ có thể nói đến việc khai thác những khả năng của nó để

hỗ trợ cho QTDH mà thôi PMDH là phần mềm được thiết kế nhằm hỗ trợ có hiệu

15

quả việc dạy và học của GV và HS bám sát mục tiêu, nội dung chương trình sáchgiáo khoa Một PMDH có chất lượng nếu nó đảm bảo được những tiêu chuẩn sưphạm của một phương tiện dạy học, tính hiệu quả của việc sử dụng, có khả nănggóp phần đổi mới PPDH, phải phát huy tính chủ động trong hoạt động nhận thứccủa từng HS.

1.2.2.2 Phân loại phần mềm

Hiện nay trên thế giới có nhiều PMDH đa dạng, phổ biến là các dạng sau: phầnmềm trò chơi học tập; PMDH công cụ; phần mềm mô phỏng các hiện tượng, đốitượng, quá trình; phần mềm hệ thống lưu trữ và tìm kiếm thông tin tham khảo; phầnmềm gia sư, ôn tập, kiểm tra… Nhưng nhìn chung có ba loại PMDH sau:

- PMDH được xây dựng dựa trên đối tượng sử dụng

- PMDH được xây dựng dựa trên nội dung các môn học

- PMDH được xây dựng dựa trên mục đích lí luận dạy học

1.2.2.3 Đặc điểm của phần mềm

PMDH là phương tiện dạy học hiện đại có nhiều tính năng ưu việt so với cácloại hình thiết bị thông dụng Đó là một chương trình được lập trình sẵn ghi vào đĩamềm; có thể mang một lượng thông tin lớn, chọn lọc ở mức cần và đủ theo nhu cầucủa nhiều đối tượng; là nguồn cung cấp tư liệu phong phú đa dạng, hấp dẫn, gọnnhẹ, dễ bảo quản, dễ sử dụng; có thể sử dụng thành tựu hiện đại của công nghệtruyền thông đa phương tiện vào QTDH để nâng cao tính trực quan, sinh động, hấpdẫn của tài liệu nghe nhìn

1.2.2.4 Vai trò của phần mềm trong dạy học

Trong quá trình nghiên cứu, nhiều PMDH chuyên biệt cho bộ môn ra đời, gópphần đổi mới nội dung, phương pháp và hình thức tổ chức dạy học PMDH là thiết

bị dạy học tổng hợp cho phép lựa chọn để đạt hiệu quả cao trong mọi khâu củaQTDH, giúp cho GV, HS làm việc một cách dễ dàng nhanh chóng, hiệu quả, tiếtkiệm nhiều thời gian công sức

+ Về đổi mới nội dung dạy học

PMDH có khả năng trình bày một cách trực quan, tinh giản, dễ hiểu, giúp HS

dễ dàng nắm được nội dung của chương trình Mặt khác nó có khả năng cung cấpthêm những tài liệu phong phú, đa dạng dùng để tra cứu, tham khảo, đọc thêm, hệ

thống hoá, luyện tập các mức độ khác nhau PMDH dễ dàng cung cấp những tài liệucần thiết cho mỗi môn học, thích hợp với nhiều đối tượng HS cùng lứa tuổi.

+ Về đổi mới PPDH

PMDH có thể biểu thị thông tin dưới dạng văn bản, kí hiệu, đồ thị, bản đồ,hình vẽ Các tài liệu liên quan trong phần mềm được lựa chọn, thiết kế theo cáchphối hợp tối ưu nhằm tận dụng được thế mạnh của từng loại trong dạy học

PMDH với tư cách là một người đồng hành trong mọi hoạt động dạy học cóvai trò trợ giúp hay khuyến khích HS học tập một cách thoải mái, hứng thú và hợp

lí nhất Sự hỗ trợ của PMDH là một hợp tác giống như chuyển giao hay trao đổithông tin nhằm tạo mọi điều kiện thuận lợi cho HS

Đối với GV, PMDH hỗ trợ cho quá trình tổ chức hoạt động học tập cho HStrong vấn đề mô phỏng, minh hoạ cho các thí nghiệm, các kiến thức cũng như sựvật hiện tượng mà HS không thể quan sát trực tiếp được trong điều kiện nhà trường,không thể hoặc khó có thể thực hiện nhờ các phương tiện khác PMDH giúp đỡ chomột số bước trong PPDH thực nghiệm, PPDH nêu vấn đề (tạo tình huống có vấnđề)… Hỗ trợ cho quá trình thí nghiệm, ôn tập, kiểm tra kiến thức, đánh giá kết quảhọc tập của HS Một số PMDH còn giúp tạo ra một phương pháp học tập trong môitrường học tập mới bao gồm các đối tượng chỉ tồn tại trên máy tính và tuân theo cácquy luật mà lí thuyết và thế giới thực tương ứng đã khẳng định Hỗ trợ cho địnhhướng soạn giáo án theo định hướng đổi mới cũng như thực hiện việc tổ chức cáchoạt động học tập cho HS, giúp tiết kiệm được thời gian trên lớp, dành nhiều cơ hộicho việc trao đổi giữa GV và HS Hỗ trợ cho quá trình tích cực hoá hoạt động nhậnthức cho HS như tạo không khí lớp học vui vẻ, thoải mái… Hình thành động cơ,hứng thú học tập cho HS, kích thích được óc tò mò, ham hiểu biết của HS đối với

sự vật hiện tượng

Đối với HS, PMDH có thể giúp HS tự tìm tri thức mới, tự ôn tập, củng cố, đàosâu kiến thức, tự luyện tập theo nội dung tùy chọn, theo các mức độ tùy theo nănglực của HS Hỗ trợ cho HS trong quá trình tự kiểm tra kiến thức và đánh giá kết quảhọc tập của bản thân Ngoài ra PMDH còn có khả năng hỗ trợ trong việc tạo hứngthú và động cơ học tập lành mạnh, giúp tự phát triển khả năng tư duy và tưởng

17

tượng, rèn luyện và phát triển khả năng lập luận chặt chẽ, có căn cứ khoa học cho

HS [29], [42]

Tóm lại, PMDH với tư cách là một phương tiện dạy học có những khả năng hỗtrợ rất đa dạng và phong phú đối với vấn đề đổi mới PPDH hiện nay, góp phần pháthuy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của học sinh trong học tập

+ Về đổi mới hình thức tổ chức dạy học

Trong thời đại xã hội phát triển với tốc độ nhanh như hiện nay, với sự hỗ trợcủa CNTT nói chung và PMDH nói riêng, việc dạy học không chỉ hạn chế trong giờhọc tại trường dưới sự hướng dẫn trực tiếp của GV mà HS có thể tự học tại nhà, học

ở mọi lúc, mọi nơi PMDH có thể giúp cho việc cá thể hoá cao độ do nó có khảnăng mô phỏng kiến thức cần trình bày một cách phù hợp với trình độ của HS

1.3 Tổng quan về phần mềm Crocodile Physics

1.3.1 Giới thiệu chung về phần mềm Crocodile Physics

Crocodile Physics là một PMDH thuộc họ phần mềm Crocodile (cá sấu) dùngcho các môn học như vật lí, toán, hoá học và công nghệ ở trường THCS và THPT

Họ phần mềm này phát triển từ phiên bản cũ Crocodile Clips từ năm 1993 và phiênbản mới nhất hiện nay là phiên bản Crocodile Physics Version.605 (V.605), ra đờivào năm 2006 với rất nhiều tính năng mới so với các phiên bản trước đó, có hơn 40nước trên thế giới đang sử dụng Crocodile Physics V.605 là một phần mềm môphỏng rất mạnh, góp phần giúp cho GV và HS trong việc thiết kế các thí nghiệm ảo,thí nghiệm mô phỏng, mô tả một cách trực quan tiến trình diễn ra thí nghiệm màngoài thực tế khó có điều kiện để tiến hành, giúp HS quan sát một cách dễ dàng gópphần nắm vững và hiểu sâu bản chất của bài học [1], [38]

Crocodile Physics V.605 cho phép mô phỏng rất nhiều thí nghiệm trong sáchgiáo khoa THPT thuộc các phần cơ, điện, quang, sóng, cung cấp một số chủ đề cósẵn theo chương trình và có thể tạo ra được các chủ đề mới theo từng nội dung thínghiệm Khi xây dựng thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềm Crocodile PhysicsV.605, chúng ta có thể đưa vào các hình ảnh được ghi lại sẵn từ ngoài chương trình,

có thể sắp xếp các dụng cụ thí nghiệm trong một hoạt cảnh giống như không giancủa một phòng thí nghiệm

Crocodile Physics có thể sử dụng kết hợp với các phần mềm khác để tạo ra bàigiảng điện tử hay giáo án điện tử Việc kết hợp phần mềm này với các PPDH mộtcách linh hoạt giúp cho việc tổ chức các hoạt động dạy học của GV có hiệu quả,phát huy được tính tích cực, chủ động học tập của HS.

19

1.3.2 Khảo sát giao diện của Crocodile Physics

Hình 1.1

1.3.2.1 Thanh menu ngang

Thanh menu hiển thị danh sách các lệnh, được đặt trên đỉnh của màn hình.Khi kích chuột vào nhóm lệnh đó, hộp thực đơn sẽ xuất hiện cho phép người sửdụng chọn lựa các lệnh cần thiết

Hình 1.2

1.3.2.2 Thanh công cụ (Tool bar)

Thanh công cụ xuất hiện trên vùng làm việc và nằm dưới thanh menu ngang,dùng để truy xuất nhanh đến các chức năng hữu ích của chương trình Thanh này cóthể hiển thị hoặc tắt thông qua tuỳ chọn trên menu View\Toolbar

Hình 1.3

Các biểu tượng trên thanh công cụ lần lượt từ trái sang phải có các chức năng

sau: Nút để xóa đối tượng; nút để tạo một bài thí nghiệm mới; nút

mở một thí nghiệm đã có; nút lưu bài thí nghiệm đang tiến hành; nút in

trang trình bày thí nghiệm; nút để cắt một hoặc nhiều đối tượng được chọn; nút

để sao chép một hoặc nhiều đối tượng được chọn; nút để dán một hoặc

nhiều đối tượng (vừa được cắt hoặc sao chép) vào màn hình làm việc; nút dùng

để huỷ bỏ thao tác vừa làm; nút khôi phục lại thao tác vừa huỷ bỏ; nút

phóng to mô hình lên 10% sau mỗi lần kích chuột; nút thu nhỏ mô hình xuống

10% sau mỗi lần kích chuột; nút hiển thị các thuộc tính của màn hình đang làm

việc; nút cho tạm dừng hoặc chạy lại thí nghiệm; thanh đểtăng hay giảm tốc độ làm thí nghiệm

1.3.2.3 Panes

Có 3 cửa sổ chính xuất hiện ở bên trái vùng thiết kế, đó là:

21

Mục Contents: Kho chứa các bài thí nghiệm dựng sẵn.

Mục Parts Library: Kho chứa các dụng cụ thí nghiệm.

Mục Properties: Thiết lập thuộc tính của đối tượng, các thông số của dụng cụ.

Những panes này được sử dụng để xây dựng hoặc xem những sơ đồ Để mởhoặc đóng các cửa sổ ta kích vào tiêu đề của panes đó

 Cửa sổ Parts Library

Là kho chứa các dụng cụ để thiết kế thí nghiệm, được sắp xếp theo từng ngănlớn, trong mỗi ngăn lại có các ngăn riêng Kho chứa rất nhiều dụng cụ để thiết kếcác thí nghiệm mô phỏng các phần điện, điện tử, quang học, cơ học và sóng

- Chọn propeties trong menu tắt của scene

- Nhấn vào nút Space Properties trên thanh Toolbar

- Vào Edit chọn Space Properties

1.3.3 Khai thác các chức năng cơ bản của phần mềm Crocodile Physics

• Thêm và xoá các đối tượng vào màn hình soạn thảo

22

H ì n

h 1.

Để thêm một đối tượng vào màn hình soạn thảo, ta vào thư mục liên quan cóchứa các đối tượng cần dùng trong Part Library Vì hầu hết các thư mục đều chứacác thư mục con nên phải mở nhiều hơn một thư mục để tìm thấy đối tượng theoyêu cầu Di chuyển con trỏ lên đối tượng được chọn, kích và giữ chuột vào đốitượng rồi kéo rê sang cửa sổ bên phải, khi đó đối tượng đã được thêm vào màn hìnhsoạn thảo (vùng thiết kế).

Khi một hoặc nhiều đối tượng được chọn thì ta có thể xoá nó theo một trongnhững cách hoặc nhấn Delete trên bàn phím, hoặc chọn Delete từ menu Edit, hoặc

nhấn nút trên thanh công cụ, hoặc có thể chọn Delete từ menu tắt

• Cắt, sao chép và dán một đối tượng

Lệnh cut dùng để cắt các đối tượng được chọn Có thể cắt bằng cách nhấn vào

nút trên thanh công cụ, hoặc chọn cut từ menu Edit, hoặc nhấn tổ hợp phímCtrl + X, hoặc có thể chọn cut từ menu tắt

Để sao chép một đối tượng cần kích chuột vào đối tượng và sử dụng lệnh copy

trong menu Edit, hoặc nhấn vào biểu tượng trên thanh công cụ, hoặc nhấn tổhợp phím Ctrl + C, hoặc chọn copy từ menu tắt Để dán đối tượng vừa sao chép ở

trên vào màn hình soạn thảo ta sử dụng lệnh paste từ menu Edit, hoặc nhấn nút trên thanh công cụ, hoặc nhấn tổ hợp phím Ctrl + V, hoặc chọn paste từ menu tắt

• Thay đổi kích thước và quay các đối tượng

Khi cần thay đổi kích thước của một đối tượng, dùng hình vuông xuất hiệnxung quanh đối tượng được chọn Di chuyển con trỏ lên dấu hiệu thay đổi kíchthước rồi kích và rê chuột Thoát chuột khi đối tượng có kích thước theo yêu cầu

Để quay đối tượng ta sử dụng dấu hiệu quay (có dạng một vòng tròn) xuất hiệnxung quanh đối tượng được chọn Di chuyển con trỏ lên dấu hiệu quay rồi kích và

rê chuột Thoát chuột khi đối tượng đã được định hướng theo yêu cầu (hình 1.4)

• Liên kết các đối tượng

Lựa chọn này thường được dùng trong phần điện và cơ, dùng để nối các đốitượng lại với nhau Kích chuột vào một

23

H ì n

h 1.

4

Hình 1.5

điểm nút của nó, sau đó đưa chuột đến điểm nút của đối tượng cần liên kết Để xoáliên kết này, kích đúp chuột vào đường đó và nhấn phím Delete.

Một sự liên kết tạo ra một cặp những thuộc tính giống nhau trên hai đối tượngkhác nhau Chẳng hạn trong trường hợp sau một number part được liên kết với mộtnguồn điện

• Vẽ đồ thị

Crocodile Physics hỗ trợ đắc lực cho việc vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc củacác đại lượng Đồ thị của kết quả của thí nghiệm, là phần nổi bật nhất của phầnmềm Đồ thị biểu diễn chính xác các số liệu thí nghiệm (có thể kiểm chứng lại kếtquả theo tính toán lí thuyết là giống nhau)

Đồ thị có thể tuỳ chọn theo các dạng khác nhau và có thể thay đổi dễ dàng cácthang chia của các trục của đồ thị, thay đổi được các thông số của các trục đồ thị.Trên một đồ thị có thể biểu diễu nhiều đường với các màu sắc khác nhau để có thể

so sánh được sự thay đổi của các thông số đó

Hình 1.6

• Chèn văn bản vào thiết kế

Để nhập văn bản vào thiết kế ta chọn Part Library/Presentation Trong thư mục

này ta có thể chọn để viết các câu chú thích, tựa đề cho bài thí nghiệm Hay

có thể chọn để viết những câu hướng dẫn nhưng nó có bổ sung thêm

hai nút để có thể đưa ra các câu hướng dẫn lần lượt theo từng bước thựchiện thí nghiệm Chúng ta cũng có thể copy các đoạn văn bản có sẵn trong word đểdán vào vùng thiết kế

• Chèn bức tranh vào thiết kế

Để chèn bức tranh vào thiết kế ta chọn Part Library, trong thư mục này ta chọn

rồi kéo rê ra màn hình Chúng ta có thể thay đổi bức tranh bằng cách kíchđúp chuột vào bức tranh trong màn hình soạn thảo, tại cửa sổ Properties chọn (+)trong Insert Picture, tìm thư mục có chứa bức tranh cần chèn để chèn Muốn hủy bỏbức tranh vừa chèn ta chọn (-) trong Insert Picture hoặc sử dụng các lệnh xóa ở trên

1.3.4 Khả năng hỗ trợ của phần mềm Crocodile Physics trong việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS

Với đặc điểm là một phần mềm mô phỏng, được thiết kế theo quan điểm “vithế giới” và với tư cách là một phương tiện dạy học, Crocodile Physics có một sốkhả năng hỗ trợ trong việc thực hiện hàng loạt thí nghiệm mô phỏng ở các lĩnh vực

cơ, điện, quang và sóng Những thí nghiệm này được dùng để thay thế cho các thínghiệm chứng minh, thí nghiệm biểu diễn, mô tả các định luật, các hiện tượng (địnhluật Ôm, khảo sát dao động điều hoà, hiện tượng tự cảm….), làm cho bài giảng sinhđộng hơn, dễ hiểu với HS hơn, HS tích cực và chủ động hơn trong học tập

GV có thể sử dụng các thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềm CrocodilePhysics để tổ chức tốt các hoạt động nhận thức cho HS bằng cách tạo ra các tìnhhuống học tập, quan sát các mô phỏng để từ đó đi tìm tri thức mới

Hỗ trợ cho một số giai đoạn trong phương pháp thực nghiệm - PPDH đặc trưngcủa môn học Ở nước ta, việc áp dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học đãtrở thành tư tưởng chỉ đạo của các nhà cải cách giáo dục Ngay từ sách giáo khoalớp 6 theo chương trình hiện hành, các tác giả đã biên soạn một số bài học theohướng bồi dưỡng cho HS phương pháp thực nghiệm GV có thể nêu sự kiện khởiđầu, hướng dẫn HS xây dựng mô hình giả thuyết và suy ra hệ quả logic, sau đó cóthể dùng thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềm Crocodile Physics để kiểm tra (thựcnghiệm)

Với phần mềm Crocodile Physics, GV có thể hướng dẫn HS tự học ở nhà (tiếnhành lại các thí nghiệm ở trên lớp với sự thay đổi các thông số khác nhau hoặc tạo

ra và làm việc với các mô phỏng mới…), từ đó tăng niềm tin của HS đối với bảnthân cũng như đối với các kiến thức, qua đó động cơ, hứng thú học tập bộ mônđược hình thành và phát huy

25

GV có thể sử dụng Crocodile Physics để dạy bài tập cho HS: Thông qua các thínghiệm mô phỏng, Crocodile Physics sẽ cho đáp án trực tiếp trên màn hình ngay cảvới các bài toán phức tạp nhất (mạch điện, hệ thấu kính ghép…).

Tóm lại, mặc dù Crocodile Physics chưa phải là một PMDH hoàn hảo nhưngnếu khai thác và sử dụng một cách hợp lí, tích cực và phát huy tối đa các khả năng

hỗ trợ thì sẽ góp phần đáng kể trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HSnhằm chuyển vị trí của người học từ thụ động sang chủ động, từ đối tượng tiếp nhậntri thức sang chủ thể tìm kiếm tri thức để nâng cao hiệu quả học tập [15], [29], [41]

1.4 Sử dụng thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí

1.4.1 Khái niệm thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo

Thí nghiệm mô phỏng được hiểu là các thí nghiệm được xây dựng từ các dụng

cụ và đối tượng mô phỏng trên cơ sở các đối tượng thực Khi tiến hành thí nghiệmtrên các đối tượng mô phỏng đó sẽ thu kết quả phù hợp với các quy luật như trongcác thí nghiệm thực Do vậy khi tiến hành thí nghiệm này, HS có thể khám pháđược những thuộc tính hay các mối quan hệ giữa các đối tượng

Thí nghiệm ảo là một sản phẩm đa phương tiện (Multimedia), một loại phầnmềm mô phỏng thí nghiệm về hiện tượng, quá trình vật lí nào đó xảy ra trong tựnhiên hoặc trong phòng thí nghiệm, được tạo ra bởi sự tích hợp các dữ liệu dạng sốtrên MVT, có khả năng tương tác với người dùng và có giao diện thân thiện vớingười dùng Cũng như thí nghiệm mô phỏng, thí nghiệm ảo được hiểu đó là cácdụng cụ thí nghiệm ảo, các đối tượng ảo như thật được tạo ra trong môi trường ảocủa MVT Khi tiến hành thí nghiệm trên các đối tượng ảo đó sẽ thu được các kếtquả như trong các thí nghiệm thực Nói ngắn gọn thí nghiệm ảo là thí nghiệm vật lítồn tại thực trong môi trường ảo do MVT tạo ra

Về phương diện nào đó có thể đồng nhất hai khái niệm thí nghiệm mô phỏng

và thí nghiệm ảo là một, bởi chúng đều là sản phẩm của các phần mềm trên MVT

và cùng chung mục đích là mô phỏng các thí nghiệm thực xảy ra trong thế giới tựnhiên [17] Trong luận văn này chúng tôi sử dụng thuật ngữ thí nghiệm mô phỏng

1.4.2 Khả năng sử dụng thí nghiệm mô phỏng trong dạy học vật lí

Thí nghiệm mô phỏng về nguyên tắc không thể thay thế được thí nghiệm thựctrong QTDH Tuy nhiên, đây là một trong những giải pháp ứng dụng CNTT vàotrong dạy học vật lí rất có hiệu quả được nhiều nước đang sử dụng

GV sử dụng các thí nghiệm mô phỏng để hình thành tri thức mới hoặc minhhọa các kiến thức đã được trình bày theo các con đường khác nhau Khi sử dụng đểtrình bày tri thức mới, nếu không thể tiến hành được các thí nghiệm thực thì GV cóthể dùng các thí nghiệm mô phỏng để tái tạo các hiện tượng vật lí Thông qua cáckết quả của mô phỏng và kết hợp với đàm thoại để hình thành cho HS tri thức khoahọc Đối với các nội dung tri thức được hình thành bằng các con đường khác nhau,sau khi HS đã có tri thức mới, GV chạy thí nghiệm mô phỏng để minh họa nhằmkhắc sâu kiến thức cho HS, giúp HS hiểu sâu hơn bản chất của hiện tượng vật lícũng như mối quan hệ giữa các đại lượng Tuy nhiên GV không được lạm dụngviệc sử dụng các thí nghiệm mô phỏng, không được thay thế hoàn toàn các thínghiệm thực bằng thí nghiệm mô phỏng trên MVT Nếu GV kết hợp nhuần nhuyễngiữa việc tiến hành các thí nghiệm thực với thí nghiệm mô phỏng trên MVT thì sẽ

có tác dụng rất tốt đối với HS Thông qua các thí nghiệm thực để rèn luyện HS kĩnăng thực hành cần thiết, giúp HS gắn liền giữa giờ học với thực tiễn Thông qua thínghiệm mô phỏng để bổ sung, khắc sâu các nội dung khoa học mà các thí nghiệmthực không thể làm nổi bật lên được

1.4.3 Một số yêu cầu khi sử dụng thí nghiệm mô phỏng trong dạy học vật lí

Để sử dụng có hiệu quả các thí nghiệm mô phỏng trong dạy học vật lí thì cầnđảm bảo một số yêu cầu sau:

- Các thí nghiệm mô phỏng phải được thiết kế một cách hợp lí, có tính sưphạm, dễ sử dụng

- Phải phù hợp với nội dung bài dạy học

- Phải có MVT, máy chiếu Projector và một số thiết bị hỗ trợ khác

- GV phải tổ chức các hoạt động dạy học một cách hợp lí nhằm phát huy tínhtích cực, chủ động và sáng tạo của HS

- Thí nghiệm mô phỏng không thể thay thế hoàn toàn thí nghiệm thực, vì vậykhông được lạm dụng việc sử dụng thí nghiệm mô phỏng trong dạy học Phải kết

27

hợp thí nghiệm thực và thí nghiệm mô phỏng để làm cho bài giảng phong phú hơn,

HS tin tưởng hơn vào những kiến thức mình lĩnh hội được

1.4.4 Hiện trạng của việc sử dụng thí nghiệm mô phỏng trong dạy học vật lí hiện nay

Hiện nay có nhiều phần mềm hỗ trợ cho việc thiết kế các thí nghiệm mô phỏng

để sử dụng vào dạy học vật lí Tuy nhiên để thiết kế một thí nghiệm mô phỏng chophù hợp với nội dung bài dạy học nhằm phát huy tính tích cực của HS thì đòi hỏi

GV phải đầu tư nhiều công sức và thời gian Vì vậy thực tế cho thấy cũng giốngnhư thí nghiệm thực, hầu hết GV cũng ít sử dụng các thí mô phỏng trong dạy học.Hoặc nếu có sử dụng thì hiệu quả dạy học chưa cao

Để khắc phục được thực trạng trên chúng tôi đã lựa chọn phần mềm CrocodilePhysics để thiết kế sẵn các thí nghiệm mô phỏng và xây dựng thư viện để lưu trữchúng, đồng thời viết tài liệu hướng dẫn sử dụng các thí nghiệm đó vào dạy học.Chắc chắn rằng khi đề tài thực hiện xong sẽ góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho

GV và HS dễ dàng khai thác và sử dụng có hiệu quả các thí nghiệm mô phỏng trongdạy học, góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lí ở trường phổ thông

1.5 Kết luận chương 1

Các vấn đề được trình bày trong chương 1 có thể được tóm tắt như sau:

Thí nghiệm có một vai trò rất quan trọng trong dạy học vật lí Vì vậy việc sửdụng thí nghiệm trong dạy học vật lí là hết sức cần thiết Tuy nhiên việc sử dụngcác thí nghiệm thực trong dạy học vật lí cũng gặp phải những khó khăn nhất định MVT với tư cách là một phương tiện dạy học hiện đại được sử dụng vàoQTDH nhằm nâng cao chất lượng dạy và học của tất cả các bộ môn, bởi vì MVTngày càng tỏ ra ưu việt ở những chỗ mà không một phương tiện truyền thống nàotrước đây có thể giải quyết được MVT có rất nhiều chức năng hỗ trợ cho việc giảngdạy thí nghiệm vật lí: Có thể tham gia vào các thí nghiệm thực với tư cách là mộtthiết bị đo, lưu trữ, xử lý và hiển thị kết quả; có thể được sử dụng để trình bày lạicác thí nghiệm thực đã được chụp ảnh hoặc quay phim; có thể dùng để mô phỏngcác đối tượng thực, trong đó có thí nghiệm vật lí

Cùng với việc đổi mới nội dung, phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chứcdạy học thì PMDH còn góp phần quan trọng trong việc giúp HS thực hiện tốt khẩu

hiệu: “Học ở mọi nơi, học ở mọi lúc, học suốt đời, dạy cho mọi người với mọi trình

độ tiếp thu khác nhau” Các PMDH vật lí với tư cách là người đồng hành và là sản

phẩm chung của hai lĩnh vực dạy học và tin học có rất nhiều khả năng hỗ trợ choquá trình đổi mới PPDH vật lí hiện nay

Crocodile Physics là một phần mềm mô phỏng có giao diện đẹp, thân thiện và

dễ sử dụng với các chức năng phong phú, đa dạng và thích hợp Phần mềm có nhiềukhả năng hỗ trợ đối với vấn đề tổ chức hoạt động nhận thức cho HS ở trườngTHPT Đây là một PMDH cho phép mô phỏng một cách trực quan và chính xáccác hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu về các phần cơ học, điện học, quang học

và sóng Với các đặc trưng riêng của mình, Crocodile Physics cho phép GV và HSthiết kế các thí nghiệm mô phỏng theo yêu cầu, phù hợp với nội dung của bài học.Việc áp dụng những thành tựu của CNTT, đặc biệt là MVT và các PMDHtrong việc tạo ra các thí nghiệm mô phỏng để tổ chức các hoạt động dạy học vật lí ởtrường phổ thông hiện nay sẽ khắc phục những hạn chế của việc sử dụng thí nghiệmthực, đồng thời góp phần nâng cao chất lượng dạy học Đây là một trong những giảipháp ứng dụng CNTT vào trong dạy học vật lí rất có hiệu quả được nhiều nướcđang sử dụng Tuy nhiên để tạo điều kiện thuận lợi cho GV và HS dễ dàng khai thác

và sử dụng các thí nghiệm mô phỏng thì việc xây dựng thư viện để lưu trữ các thínghiệm mô phỏng được thiết kế bằng phần mềm Crocodile Physics và viết tài liệuhướng dẫn sử dụng các thí nghiệm đó trong dạy học là rất cần thiết

29

Chương 2 XÂY DỰNG THƯ VIỆN CÁC THÍ NGHIỆM MÔ

• Phần Cơ học: Cơ học là một phần của vật lí học nghiên cứu hiện tượngchuyển động cơ học của các vật Phần cơ học được đưa vào chương trình vật lí lớp

10 và vật lí lớp 12 Trong chương trình vật lí lớp 10, phần cơ học bao gồm:

- Phần động học chất điểm: Là một phần của cơ học nghiên cứu về các chuyểnđộng đơn giản nhất trong tự nhiên (chuyển động cơ học), trong đó người ta nghiêncứu cách xác định vị trí của các vật trong không gian tại những thời điểm khác nhau

và mô tả tính chất chuyển động của các vật bằng các phương trình toán học, nhưngchưa xét đến nguyên nhân chuyển động Ở phần này đề cập đến các khái niệm liênquan đến chuyển động như chất điểm, quỹ đạo, độ dời, hệ quy chiếu; các đại lượngđặc trưng cho chuyển động như thời gian, quãng đường, vận tốc, gia tốc; các dạngchuyển động đơn giản như chuyển động thẳng gồm có chuyển động thẳng đều vàchuyển động thẳng biến đổi đều, chuyển động tròn và chuyển động của vật bị ném

và nghiên cứu một đặc điểm của chuyển động là tính tương đối của chuyển động

- Phần động lực học chất điểm: Nghiên cứu các khái niệm lực và khối lượng;các định luật I, II và III của Niu-tơn Đó là cơ sở chi phối toàn bộ cơ học nói chung.Ngoài ra nội dung phần này còn đề cập đến những loại lực hay gặp trong cơ họcnhư lực hấp dẫn, lực đàn hồi, lực ma sát

- Phần tĩnh học: Phần này trình bày các khái niệm như vật rắn, cân bằng lực,momen của lực đối với một trục, ngẫu lực, trọng tâm; đề cập đến điều kiện cân bằngcủa vật rắn, quy tắc momen lực, chuyển động tịnh tiến của vật rắn, chuyển độngquay của vật rắn quanh một trục cố định

- Phần các định luật bảo toàn: Các định luật bảo toàn đã thực sự cung cấp thêmmột phương pháp giải các bài toán cơ học rất hữu hiệu, bổ sung cho phương phápđộng lực học, đôi khi nó còn cho kết quả nhanh hơn khi sử dụng phương pháp độnglực học để giải Khi áp dụng các định luật bảo toàn, HS cũng cần phải nắm vữngcác định luật Niu-ton, cách tính công của các lực khác nhau, định lí động năng,…mới đem lại hiệu quả cao trong quá trình giải bài tập Vì vậy, có thể nói rằng bài tập

về các định luật bảo toàn là hệ thống hóa một cách đầy đủ nhất các kiến thức của cơhọc Xu hướng hiện nay của các sách giáo khoa là đề cao vai trò của các định luậtbảo toàn, đặc biệt là định luật bảo toàn năng lượng Định luật bảo toàn năng lượngkhông chỉ chi phối trong lĩnh vực cơ học mà là toàn bộ vật lí học và trong nhiều lĩnhvực khác của khoa học Ngoài ra trong chương trình nâng cao còn đưa thêm phần

cơ học chất lưu

31

Phần cơ học lớp 12 đề cập đến “dao động cơ”, đó là một phần quan trọng củachương trình vật lí 12, nghiên cứu dao động dựa trên quy luật biến thiên điều hoàcủa các đại lượng Nội dung của phần này là khảo sát các đại lượng đặc trưng củadao động điều hoà, khảo sát một số hệ dao động và một số dạng dao động như conlắc lò xo, con lắc đơn, dao động tắt dần, dao động cưỡng bức Ngoài ra trongchương trình nâng cao còn đề cập đến một số kiến thức về “động lực học vật rắn”.

• Phần nhiệt học: Nội dung cơ bản của phần này đề cập đến nội dung củathuyết động học phân tử chất khí, các định luật thực nghiệm và phương trình trạngthái của khí lí tưởng; các khái niệm như: nội năng, công và nhiệt lượng, máy nhiệt(động cơ nhiệt, máy lạnh); các nguyên lý như: nguyên lí I của nhiệt động lực học,

nguyên lí II của nhiệt động lực học; các ứng dụng như áp dụng nguyên lý I cho cácquá trình của khí lí tưởng; đề cập đến chất rắn, chất lỏng và sự chuyển thể

• Phần điện học: Được đưa vào chương trình vật lí lớp 11 và lớp 12 Trongchương trình vật lí 11, phần điện học gồm có điện học và điện từ học, đề cập đếncác nội dung cơ bản như: Tĩnh điện học (điện tích và điện trường), dòng điện khôngđổi, dòng điện trong các môi trường, từ trường và cảm ứng điện từ Trong chươngtrình vật lí 12, phần điện học chủ yếu đề cập đến dòng điện xoay chiều và mạch daođộng, ngoài ra còn đề cập đến máy phát điện xoay chiều và động cơ không đồng bộ

ba pha

• Phần quang học: Quang học là một trong những ngành quan trọng của vật líhọc, là một môn khoa học lí thú nghiên cứu về tất cả các hiện tượng liên quan đếnánh sáng Cấu trúc của quang học bao gồm các phần: quang hình học, quang họcsóng và quang học lượng tử (còn gọi chung là quang lí) Quang hình học nghiêncứu sự truyền ánh sáng qua các môi trường trong suốt và sự tạo ảnh qua các dụng

cụ quang học bằng phương pháp hình học Quang học lượng tử nghiên cứu bản chấthạt của ánh sáng Quang học sóng là một phần của quang học nghiên cứu bản chấtsóng của ánh sáng Nghiên cứu bản chất sóng của ánh sáng là cơ sở để giải thích cáchiện tượng mà nếu chỉ dựa vào các định luật quang hình sẽ không giải thích được

Đó là các hiện tượng: giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc ánh sáng Ngoài ra, quang họcsóng còn nghiên cứu các bức xạ không nhìn thấy bao gồm tia hồng ngoại, tia tử

ngoại và tia X do sự tương tự nhau về bản chất và các thiết bị dùng để ghi nhậnchúng.

Trước đây, quang học được đưa vào chương trình vật lí phổ thông dưới haiphần: Quang hình học và quang lý học đều nằm ở chương trình vật lí 12 Nhưng bộsách giáo khoa hiện hành đã tách riêng phần quang hình học đưa vào cuối chươngtrình vật lí 11 và quang lí trong chương trình vật lí 12 Sự thay đổi này nhằm giúpcho quá trình tư duy, tiếp thu, lĩnh hội tri thức của HS có logic hơn, đồng thời cũngtạo điều kiện để đưa những kiến thức mới vào chương trình vật lí 12 hiện hành mà

bộ sách cũ không có (chương vĩ mô và vi mô, thuyết tương đối (trong chương trìnhnâng cao), các kiến thức bổ sung trong mục “em có biết”,…) Phần quang hình họcđược xây dựng dựa trên bốn định luật cơ bản về ánh sáng (định luật truyền thẳngánh sáng, định luật về tác dụng độc lập của các tia sáng, định luật phản xạ ánh sáng,định luật khúc xạ ánh sáng) và các phương pháp hình học để nghiên cứu sự tạothành ảnh qua các dụng cụ quang học Phần quang lí dựa trên cơ sở thuyết sóng ánhsáng của Huygens, thuyết lượng tử của Planck và thuyết photon của Einstein đểnghiên cứu giải thích các hiện tượng như giao thoa, nhiễu xạ, phát xạ nhiệt, hiệuứng quang điện

• Phần sóng: Bao gồm sóng cơ và sóng điện từ và đưa vào trong chương trìnhvật lí lớp 12 Phần sóng cơ đề cập đến các khái niệm liên quan đến sóng cơ, đề cậpđến hiện tượng giao thoa sóng và sóng dừng, đề cập đến đặc trưng sinh lí và vật lícủa âm Phần sóng điện từ đề cập đến các nội dung cơ bản sau: Mạch dao động, daođộng điện từ, điện từ trường, sóng điện từ, những nguyên tắc của việc thông tin liênlạc vô tuyến

• Phần vật lí hạt nhân: Chương “Hạt nhân nguyên tử” chiếm một vị trí quantrọng trong chương trình vật lí phổ thông Phần này là hệ thống những kiến thứchoàn toàn mới đối với HS Trước đó, HS chỉ học những khái niệm nguyên tử và cấutrúc nguyên tử ở môn Vật lí lớp 7 và Hoá học lớp 10 Từ chương này, HS mới hiểusâu hơn về cấu trúc, bản chất của hạt nhân nguyên tử, sự phân rã phóng xạ, nănglượng liên kết và các phản ứng hạt nhân, năng lượng hạt nhân cùng với những ứng

dụng của nó trong kỹ thuật

33

So với sách giáo khoa cũ thì cách viết của sách giáo khoa hiện hành đã tạođiều kiện thuận lợi cho việc tổ chức các HĐDH theo hướng phát huy tính tích cực,chủ động, sáng tạo của người học.

Về các thí nghiệm trong chương trình vật lí THPT: Các tác giả của cả hai bộsách vật lí đều quan tâm đến việc dạy học vật lí phải gắn với thí nghiệm Hầu hếttrong mỗi bài học đều có thí nghiệm, điều đó phù hợp với việc giảng dạy của mộtmôn học thực nghiệm, đồng thời nó còn chỉ rõ rằng thí nghiệm là một phương tiệnrất quan trọng, có tác dụng to lớn trong việc nâng cao chất lượng nắm vững kiếnthức, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo của HS Vì vậy song song với việc đổi mới chươngtrình và sách giáo khoa thì Bộ GD&ĐT cũng rất quan tâm đến việc trang cấp cáctrang thiết bị thí nghiệm về các trường học Hiện nay các thiết bị thí nghiệm cótrong các nhà trường THPT có thể hỗ trợ cho việc thực hiện một số thí nghiệm thực(thí nghiệm biểu diễn, thí nghiệm chứng minh, thí nghiệm thực hành) trong dạy học.Tuy nhiên thực tế giảng dạy trong một vài năm qua cho thấy các thiết bị được cấp

về còn chậm so với việc giảng dạy trong chương trình, hoặc các thiết bị này có độbền, độ chính xác chưa cao, không thể sử dụng liên tục trong nhiều năm được Điều

đó phần nào làm ảnh hưởng đến việc làm thí nghiệm thực của GV và HS trongQTDH Vì vậy việc sử dụng thí nghiệm mô phỏng trong dạy học vật lí là hết sứccần thiết

2.2 Các bước thiết kế thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềm Crocodile Physics

Để thiết kế một thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềm Crocodile PhysicsV.605 chúng ta có thể tiến hành thao tác theo trình tự chung gồm 6 bước cơ bản sauđây:

Bước 1: Khởi động phần mềm

Khởi động máy xong, ta có thể khởi động phần mềm theo các cách sau:

Cách 1: Kích đúp chuột trái vào biểu tượng Crocodile Physics trên màn hìnhDesktop

Bước 2: Lựa chọn dụng cụ thí nghiệm

Di chuyển chuột vào thư mục Part Library Trong menu của Part Library tachọn và đưa các thiết bị cần sử dụng từ các kho thí nghiệm vào không gian làmviệc

Bước 3: Di chuyển, lắp ghép, thiết lập các thuộc tính cho các đối tượng thí nghiệm

Sau khi đã lựa chọn được các dụng cụ ta có thể di chuyển, lắp ghép các thiết bịthí nghiệm theo sơ đồ thích hợp, thiết lập các thuộc tính cần thiết cho từng đốitượng

35

Bước 4: Chọn hình thức thể hiện thông số của thí nghiệm

Sau khi lắp đặt các dụng cụ thí nghiệm ta cần phải lựa chọn các công cụ hỗtrợ để thể hiện các thông số của thí nghiệm, phần này rất quan trọng của thí nghiệm.Bởi nếu đã thiết lập thí nghiệm thành công nhưng không đưa ra được kết quả thìviệc thiết lập thí nghiệm sẽ không mang lại kết quả gì Trong Presentation bao gồmcác công cụ hỗ trợ như thước đo, đồ thị, tranh vẽ, các nút dừng thí nghiệm hay thựchiện lại thí nghiệm… Khi thiết lập thí nghiệm chúng ta cần thiết phải biết cách biểudiễn kết quả thí nghiệm bằng đồ thị hoặc bằng số đo cụ thể

• Phương pháp biểu diễn kết quả thí nghiệm bằng đồ thị

Di chuyển con trỏ đến biểu tượng của đồ thị (Graph) trong Presentation, giữchuột và chuyển đến nơi cần đặt, thả chuột rồi thiết lập thông số cho đồ thị bằngcách bấm chuột phải, di chuyển chuột và chọn Properties sẽ hiện lên danh mục cáctuỳ chọn của đồ thị trong Properties bao gồm:

- Trances (các đường đồ thị): có thể lựa chọn thêm, bớt đi sốđường biểu diễn trong đồ thị; kiểu của các đường đồ thị bao gồm: màu sắc(Coulour), cách vẽ (Style), độ dày nét vẽ ( Line weight) và mức độ rộng hẹp (Pointsize)

- Y-axis (trục tung 0y): có thể lựa chọn độ rộng (Range) gồmmức thấp nhất (Min), cao nhất (Max), đơn vị dùng (Unit); bớt đi số đường biểu diễnđường kẻ (Gridliner) về khoảng cách giữa các đường kẻ

- X-axis (trục hoành 0x): có thể có thể lựa chọn đại lượng đo(Measure) gồm: Toàn bộ thông số của thí nghiệm (Golban property), một số thông

số của thí nghiệm (Local part property), thông số riêng của thí nghiệm (Specificpart property) Có thể lựa chọn độ rộng (Range) gồm mức thấp nhất (Min), mức caonhất (Max), đơn vị dùng (Unit); bớt đi số đường biểu diễn đường kẻ (Gridliner) vềkhoảng cách giữa các đường kẻ

- Visual settings (thiết lập màu sắc của đồ thị): Có thể lựa chọnmàu sắc cho các đường kẻ đồ thị (Apperance) gồm: Màu của các đường kẻ chính(Major grid), các đường kẻ phụ (Minor grid), trục hoành 0x (X-axis), trục tung 0y(Y-axis)

Sau khi tùy chọn kiểu các thông số của đồ thị, di chuyển chuột vào vùng kẻcủa đồ thị sẽ xuất menu gồm: mở rộng kích thước trục hoành, mở rộng kích thướctrục tung, phóng to, thu nhỏ đồ thị và khởi động lại đồ thị.

• Phương pháp biểu diễn kết quả thí nghiệm bằng số

Di chuyển con trỏ đến biểu tượng thể hiện bằng số (Number) trongPresentation, giữ chuột và chuyển đến nơi cần đặt rồi thả chuột

Bước 5: Cho thí nghiệm mô phỏng hoạt động, quan sát, đo đạc

Thông thường sau khi hoàn tất các bước trên ta có thể cho mô phỏng hoạtđộng Nếu thấy kết quả thí nghiệm chưa hợp lí ta có thể dừng lại (nút Pause trênmenu ngang hoặc lấy ra từ Presentation), thay đổi các thông số, khởi động lại đồ thị

và chạy lại thí nghiệm để thu được kết quả thích hợp, bấm nút tạm dừng để quan sáttính toán kết quả hoặc chuyển kết quả thí nghiệm ra môi trường Word hoặcPowerpoint

Bước 6: Đặt tên và lưu mô phỏng thí nghiệm vừa thiết kế

2.3 Hướng dẫn sử dụng các thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềm Crocodile Physics trong dạy học vật lí THPT

Với sự hỗ trợ của phần mềm Crocodile Physics, chúng ta có thể thiết kế đượccác thí nghiệm mô phỏng thuộc các phần cơ, điện, quang, sóng và sử dụng vào dạyhọc Sau đây là một số thí nghiệm mô phỏng mà chúng tôi đã sưu tầm, cải tiến, thiết

kế mới và ứng dụng vào tổ chức một số hoạt động dạy học vật lí ở một số bài, một

số mục

• Phần cơ học

+ Phần động học chất điểm lớp 10

- Thí nghiệm về đồ thị toạ độ của chuyển động thẳng đều (hình 2.3): Với

thí nghiệm mô phỏng này, ta có thể ứng dụng để đưa vào giảng dạy phần:

+ Định nghĩa của chuyển động thẳng đều: Cho HS quan sát thí nghiệm môphỏng, từ đó HS tự rút ra định nghĩa

+ Phương trình chuyển động thẳng đều: Cho HS quan sát thí nghiệm môphỏng, dùng đồ thị rút ra dạng tuyến tính của phương trình chuyển động thẳng đều,

37

sau đó dùng toán học để xây dựng phương trình chi tiết Hoặc có thể sau khi dùngtoán học xây dựng phương trình chi tiết xong, ta sử dụng thí nghiệm mô phỏng này

để kiểm chứng lại lí thuyết

+ Đồ thị toạ độ: Sau khi cho HS vẽ đồ thị toạ độ theo bảng số liệu ở sách giáokhoa, GV cho HS quan sát thí nghiệm mô phỏng để kiểm tra kết quả làm bài của

HS Đối với sách giáo khoa cơ bản, ta chọn các thông số như sau: v = 5 km/h; x0 =

10 km Đối với sách giáo khoa nâng cao, ta chọn các thông số v = 0 và x0 = 0

- Thí nghiệm về đồ thị vận tốc thời gian của chuyển động thẳng đều (hình 2.4): Với thí nghiệm mô phỏng này ta có thể đặt vấn đề vào bài mới, xây dựng định

nghĩa về chuyển động thẳng đều và dạy mục đồ thị vận tốc trong sách giáo khoanâng cao

- Thí nghiệm về khảo sát chuyển động thẳng biến đổi đều: Thí nghiệm mô

phỏng này là ví dụ về chuyển động thẳng nhanh dần đều và chậm dần đều Sử dụngthí nghiệm này để dạy mục 2, 3 (sách giáo khoa nâng cao) và các mục vận tốc củachuyển động thẳng nhanh dần đều, vận tốc của chuyển động thẳng chậm dần đều(sách giáo khoa cơ bản) Cho HS quan sát thí nghiệm mô phỏng, dùng đồ thị rút radạng tuyến tính của phương trình vận tốc, sau đó dùng toán học để xây dựngphương trình chi tiết Hoặc có thể dùng toán học để xây dựng phương trình chi tiếttrước rồi sau đó dùng thí nghiệm mô phỏng này để kiểm chứng

- Thí nghiệm về đồ thị toạ độ thời gian của chuyển động thẳng biến đổi đều: Ứng dụng để dạy bài phương trình của chuyển động thẳng biến đổi đều (sách

giáo khoa nâng cao, phần 1) và mục 5 trang 20, mục 6 trang 21 (sách giáo khoa cơbản) Cho HS quan sát thí nghiệm mô phỏng, dùng đồ thị rút ra dạng tuyến tính củaphương trình chuyển động thẳng biến đổi đều (dạng parabol) Sau đó dùng toán họcxây dựng phương trình chi tiết Hoặc có thể sau khi xây dựng phương trình chuyểnđộng thẳng biến đổi đều xong, ta sử dụng thí nghiệm mô phỏng này để kiểm chứng

Hình 2.7 Đồ thị tọa độ - thời gian của chuyển động thẳng biến đổi đều

- Thí nghiệm về sự rơi tự do: Ứng dụng để dạy phần 1 (sách giáo khoa nâng

cao) và phần 2 (sách giáo khoa cơ bản) Thí nghiệm mô phỏng này dùng để kiểmchứng, thay cho thí nghiệm về ống Niu-Tơn trong sách giáo khoa Khi quan sát thínghiệm mô phỏng này, HS có thể thấy rất rõ sự rơi của các vật trong chân không vàtrong không khí, trong khi đó nếu sử dụng thí nghiệm thực thì do hiện tượng xảy ranhanh nên HS khó quan sát

- Thí nghiệm về khảo sát sự rơi tự do: Dùng thí nghiệm mô phỏng này để

dạy mục 2 (sách giáo khoa nâng cao) và mục những đặc điểm của chuyển động rơi

tự do (sách giáo khoa cơ bản) Cho HS quan sát thí nghiệm mô phỏng, yêu cầu HSrút ra đặc điểm của chuyển động rơi

39

+ Phần động lực học chất điểm lớp 10

- Thí nghiệm về tổng hợp lực: Sử dụng thí nghiệm mô phỏng này để dạy mục

tổng hợp lực, có thể đưa vào như là ví dụ hình 9.4 (sách giáo khoa cơ bản) và hình13.2 (sách giáo khoa nâng cao) Khi cho mô hình thí nghiệm hoạt động, HS quansát được là tổng hợp lực của hai lực thành phần làm cho vật chuyển động theophương ngang Cũng có thể dùng thí nghiệm mô phỏng này để dạy phần phân tíchlực

- Thí nghiệm về định luật I Tơn: Ứng dụng dạy mục định luật I

Niu-Tơn Sau khi xây dựng được nội dung của định luật, dùng thí nghiệm mô phỏng này

để kiểm chứng Hoặc có thể cho HS quan sát thí nghiệm mô phỏng rồi sau đó GVđặt vấn đề vào bài mới:Tại sao trong thí nghiệm này người thì đứng yên còn máybay thì chuyển động thẳng đều? Từ đó dẫn dắt HS tìm hiểu nguyên nhân của hiệntượng trên Việc tìm hiểu được nguyên nhân cũng có nghĩa HS có thể phát biểuđược nội dung của định luật

- Thí nghiệm về định luật II Tơn: Ứng dụng dạy phần định luật II

Niu-Tơn Sau khi HS phát biểu được nội dung của định luật, ta dùng thí nghiệm môphỏng này để kiểm chứng Cũng có thể dùng thí nghiệm mô phỏng này để dạy mụckhối lượng và mức quán tính: Cùng một lực tác dụng vào vật, vật nào có khối lượnglớn hơn thì khó thay đổi vận tốc hơn hay có mức quán tính lớn hơn