SKKN T.TOÀN 2016

SỞ GD&ĐT BẾN TRE  Sáng kiến kinh nghiệm Thiết kế mơ thí nghiệm vật lý Crocodile Physics Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT Phần mở đầu I Lí chọn đề tài: Bộ GDDT nước ta tiến hành cải cách nội dung phương pháp giảng dạy nhà trường cấp học, ngành học Bên cạnh việc đổi nội dung, đổi phương pháp giảng dạy, việc hỗ trợ công nghệ giáo dục đặc biệt công nghệ thông tin quan trọng Giáo viên làm cho giảng hay hơn, trực quan hơn, sinh động hơn, làm cho học sinh học tập hiệu hơn, sáng tạo hơn, chủ động cách sử dụng ứng dụng tin học vào giảng dạy phần mềm trình diễn (PowerPoint, Flash, Violet,…), phịng thí nghiệm ảo (Crocodile, Seasoft Optics, Interactive Physics,…) Các ứng dụng sử dụng chọn lọc có hiệu mang lại kết cao trình Dạy – học II Mục đích nghiên cứu: Thực trạng khó khăn ứng dụng công nghệ thông tin dạy học Qua khảo sát, giáo viên học sinh trí cho việc ứng dụng cơng nghệ thông tin mang lại hiệu sau: Giúp học sinh học tập tích cực hơn, sáng tạo hơn, rút ngắn thời gian dạy học Học sinh hứng thú học, tiếp thu nhanh Học sinh tích cực, sáng tạo hơn; rút ngắn thời gian dạy học Giáo viên dễ dàng thực ý đổ sư phạm chuẩn bị Rất dễ dàng đánh giá rõ ràng lực tồn diện giáo viên thơng qua giảng điện tử, giáo viên có lực, uy tín họ học sinh khẳng định rõ rệt Việc ứng dụng công nghệ thông tin chủ yếu trình bày giảng xây dựng dạng giáo án điện tử phần mềm PowerPoint kết hợp với tài liệu có sẵn đoạn phim giáo khoa, hình ảnh tư liệu, mơ phỏng,… Việc ứng dụng nói chung dừng lại mức trình bày thơng tin, có tác dụng làm đòn bẩy cho giác quan người học Chứ chưa trọng đến việc tạo điều kiện tương tác người học với thông tin người dạy để người học có hội lộ trình nhận thức riêng Các ứng dụng công nghệ thông tin dạy học chưa phong phú, chưa thực kết hợp với công nghệ web, chat, forum,…đang phát triển rầm rộ Đó phần hạn chế trình độ giáo viên sở hạ tầng công nghệ thông tin trường học chưa tốt chưa thực phổ biến III Phương pháp thực Qua tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu khả ứng dụng phần mềm thiết kế thí nghiệm vật lý ảo Crocodile, Seasoft Optics, Interactive Physics, Maple,… nhận thấy chương trình Crocodile nói đáp ứng yêu cầu ứng dụng công nghệ thơng tin Trang /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT day học, phần thỏa mãn nhu cầu ứng dụng công nghệ thông tin dạy học Quá trình nghiên cứu tóm tắt qua cơng việc sau: Tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu chương trình thơng qua chức help chương trình, tìm hiều thí nghiệm mẫu Tham khảo số tài liệu Internet Nghiên cứu thí nghiệm, mục tiêu học sách giáo khoa để từ vạch mơ hình thí nghiệm kịch sư phạm phù hợp với chương trình giảng dạy Từ mơ hình kịch đó, tiến hành dùng chương trình tìm dụng cụ thiết kế thí nghiệm hồn chỉnh để giáo viên sử dụng vào mục đích dạy học Cơng việc cuối viết hướng dẫn sử dụng thí nghiệm theo kịch linh động theo giáo viên Về thí nghiệm ảo thí nghiệm thật Trước hết xin nói đến số vấn đề tồn việc tiến hành thí nghiệm thiết bị phịng thí nghiệm: Để tiến hành thí nghiệm thực thụ không gian lớp học cần nhiều thứ: Thứ thiết bị phải đồng thống nước, hoạt động ổn định đồng thời giáo viên phải tuyệt đối cẩn thận tuyệt đối am hiểu tượng để tránh xảy tai nạn Thứ hai thời gian Một thí nghiệm cho phép chiếm từ – 10 phút học Nhưng với thời gian đó, đủ cho giáo viên chuẩn bị, lắp đặt dụng cụ mà thơi Do đó, lượng kiến thức mà học sinh tiếp thu phải giảm bớt lại Thứ ba xin nói tính kinh tế Ai biết thí nghiệm thực tiến hành học tốn nhiều thời gian, đặc biệt tiền bạc Tuy nhiên có điều cần ý tiến hành thí nghiệm thực với dụng cụ thí nghiệm phịng thí nghiệm, mơ hình thí nghiệm gia cơng lắp đặt cẩn thận, công phu sử dụng lần nhất, lần khác lại tiến hành lại Như không kinh tế, khơng khoa học Vì thời gian có hạn nói, thí nghiệm thực, giáo viên khun khơng nên huy động học sinh vào thí nghiệm nhiều ảnh hưởng tới thời gian Như có phần phản giáo dục Khơng phải thí nghiệm tiến hành phịng học Có thí nghiệm khó tiến hành, khó quan sát, đo đạc khơng có tác dụng, có cịn gây phản tác dụng Với khó khăn đó, giáo viên hạn chế việc sử dụng thí nghiệm học, phần lớn mơ tả thí nghiệm Sử dụng thí nghiệm ảo, khó khăn giải quyết, việc kháo sát trực quan hơn, dễ dàng hơn, tiến hành thí nghiệm mà thực tế khó thự IV Kết đạt được: - Tạo hứng thú học tập học sinh - Giúp giảng thêm sinh động thu hút hoc sinh - Giúp học sinh hiểu sâu kiến thức học - Phù hợp với phương pháp dạy học Trang /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT Phần 1: Nguyên tắc tạo sử dụng thí nghiệm ảo dạy học Vật lý trường phổ thông Nguyên tắc 1: Về kết hợp nội dung thí nghiệm hiển thị kịch sư phạm Nội dung giảng, nội dung thực thí nghiệm phải kết hợp nội dung thí nghiệm nhằm cung cấp thơng tin kịch sư phạm xây dựng nhằm biến nội dung thông tin thành kiến thức Do đó, thí nghiệm hay, đẹp đến có hợp lý hay khơng, có biến lượng thơng tin thành kiến thức hay không kịch sư phạm giáo viên Nguyên tắc 2: Tập trung làm rõ, hướng dẫn cho học sinh quan sát tượng Các thí nghiệm muốn thu nhiều số liệu, muốn dễ điều khiển, muốn đẹp đa số chứa liên kết, phận phức tạp Vì giáo viên phải làm rõ chủ đích bước thí nghiệm, làm rõ trọng tâm thí nghiệm đồng thời, qua hướng dẫn học sinh quan sát theo mục đích giáo dục thí nghịêm Nguyên tắc 3: Tạo hội cho học sinh tương tác với tài liệu, với thí nghiệm Một nguy hiểm đơi giáo viên khơng kiểm sốt thí nghiệm đồng thời làm cho học sinh tiếp nhận cách thụ động, bỏ hội tương tác học sinh – giáo viên học sinh – thí nghiệm Đây tai hại cho trình giảng dạy Do giáo viên người thiết kế thí nghiệm ảo cần nghiên cứu tím hướng khắc phục Có thể khắc phục theo hướng sau: - Thiết kế thí nghiệm kịch sư phạm để người học với giáo viên tham gia vào xây dựng mơ hình, ngun tắc thí nghiệm - Giáo viên khuyến khuých học sinh tham gia vào thí nghiệm câu hỏi hây thảo luận tượng thí nghiệm, cải tiến thí nghiệm hay hơn, xác Nguyên tắc 4: Sự hịa hợp ảo thực Thí nghiệm ảo ảo không thực Biến tượng tự nhiên thành thí nghiệm theo chủ ý người lại giả lập máy tính Như giới ảo chắn cịn chứa nhiều khơng thật, khơng hồn chỉnh để đáp ứng nhiệm vụ thay cho tầm nhìn giới thực Để tránh tác hại vấn đề gây ra, người thiết kế thí nghiệm phải tạo mơi trường đủ thật cách xây dựng thí nghiệm ảo đủ thật, chứa tương tác phức tạp làm giảm nhiều tốt hiệu ứng, tương tác giả, lý tưởng, không phù hợp với thực tế Các nguyên tắc cần người thiết kế giáo viên xem xét cụ thể nhằm tạo thí nghiệm ảo đủ thật đáp ứng mục tiêu học tập Các thí nghiệm mà tơi xây dựng phần lớn cố gắng đáp ứng ngun tắc Và lý mà tơi chọn sử dụng chương trình Crocodile Physics Crocodile Clip ltd để thiết kế thí nghiệm Trang /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT Phần 2: Giới thiệu chương trình Crocodile Download: http://www.crocodile-clips.com/file/CP_605.exe Keygen: Name: www.serials.ws Serial: CP000SS-605-NFOPH I Khởi động Crocodile 605 hình giao diện Crocodile Physics Crocodile clips Ltd có nhiều phiên bản, xét cách sử dụng nội dung khơng có khác mấy, xét giao diện phiên sau có phần trội phiên trước khơng đáng kể khơng có thay đổi lơn lao i Khởi động chương trình Khi cài đặt chương trình (từ thương mại demo) ta vào chương trình nhiều cách: Khởi động từ Star menu: Khởi động từ desktop: Trang /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT Chọn open ii Màn hình giao diện II Giới thiệu tổng quan thành phần Side Pane Mục Contents: Kho chứa thí nghiệm Mục Parts Library: Kho chứa dụng cụ Mục Properties: Thiết lập thuộc tính đối tượng, thông số dụng cụ Trang /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT ii Thanh cơng cụ: Xóa đối tượng (Delete) Chọn đối tượng ấn nút để xóa đối tượng Tạo thí nghiệm (Ctrl + N) Mở thí ngiệm có (Ctrl + O) Lưu thí nghiệm tiến hành (Ctrl + S) In trang trình bày thí nghiệm (Ctrl + P) Cắt tượng chọn lưu vào clipboard (Ctrl + X) Chọn đối tượng cần cắt ấn nút Copy tượng chọn lưu vào clipboard (Ctrl + C) Chọn đối tượng cần copy ấn nút Đưa tượng có clipboard hình (Ctrl + V) (Được thực thao tác cắt, copy trước đó) Nút Undo (Ctrl + Z): Hủy thao tác vừa thực Nút Redo (Ctrl + Y): Thực lại thao tác vừa hủy Phóng to (Ctrl + =) Thu nhỏ (Ctrl + -) Hiển thị thuộc tính hình làm việc Cho dừng chạy thí nghiệm (thời gian) (Ctrl + Shift + P) Tăng hay giảm tốc độ thời gian iii Khung làm việc: Trên khung làm việc, ta trình bày tồn mơ hình thí nghiệm Bao gồm: • • Nút để phóng tồn hình khơng gian làm việc Các trang thí nghiệm (Scene) III Các thao tác chung chương trình: Chọn đối tượng: Click mouse vào đối tượng drag mouse chọn vùng hình, đối tượng có phần khung chọn chọn Đưa dụng cụ thí nghiệm vào khung làm việc: Trang /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT Click chọn đối tượng kho kéo thả vào khung làm việc Thay đổi kích thước đối tượng: • Chọn đối tượng, xuất núm xung quanh đối tượng • Dùng mouse kéo để thay đổi kích thước đối tượng núm Ta thay đổi kích thước cách thiết lập thuộc tính mục Properties (sẽ nói sau) Di chuyển đối tượng: Click mouse vào đối tượng kéo đến vị trí Xoay đối tượng: • Chọn đối tượng • • Đưa mouse vào núm tròn cạnh đối tượng, mouse biến thành hình Click giữ kéo mouse để xoay đối tượng đến vị trí cần Thay đổi thuộc tính đối tượng: Đối với đối tượng, có thuộc tính thay đổi khơng thay đổi Ta vào Properties để tiến hành thay đổi • Chọn đối tượng • Thay đổi thuộc tính cần thiết mục Properties • • Các thuộc tính vùng làm việc thiết lập phù hợp giúp nhiều Các thuộc tính đối tượng phải ý đến muốn thí nghiệm diễn thành công tốt đẹp Chúng phải thiết lập theo mục đích Cho dừng thời gian lại: Chức làm cho đồng hồ máy dừng lại thí nghiệm khơng thực mà vào trạng thái chờ Các tượng vật lý dừng lại (pause) • Click vào nút cơng cụ Đối với thí nghiệm lớn, trính lắp đặt thiết bị, máy hoạt động chậm, dùng nút Pause giúp máy hoạt động nhanh q trình lắp ráp thí nghiệm Cho thời gian chạy tiếp tục lại: Chức làm cho đồng hồ máy tiếp tục chạy sau dừng thí nghiệm tiếp tục thực • Click vào nút công cụ Trang /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT Sửa chữa thiết bị bị hỏng hoạt động định mức: Khi thiết bị hoạt động vượt định mức (cường độ dịng điện, cơng suất, ) thiết bị bị hỏng Ta cần phải thay điều đương nhiên Để tránh phải lắp lại mô hình thí nghiệm, chương trình cho phép ta sửa nhanh thiết bị đó: • Cho dừng thời gian lại • Khi thiết bị bị hỏng, xuất nút bên cạnh thiết bị Di chuyển mouse lên nút bảng thông tin nguyên nhân gây hỏng thiết bị , Hiệu điện 20V Giá trị lớn phép 15V • • • Click vào nút Thiết bị sửa sẵn sàng hoạt động bình thường Xử lý vấn đề gây hư hỏng Cho thời gian hoạt động lại Vì lý sư phạm, cần ý hạn chế hết mức việc làm hư hỏng thiết bị, đặc biệt biểu diễn trước học sinh Nối đối tượng với dây dẫn thí nghiệm điện: • Di chuyển mouse lên đối tượng, cực đối tượng xuất núm nối dây hình vng • Click lên núm cần nối di chuyển mouse đến cực đối tượng Click mouse vào núm nối dây đối tượng Chú ý: Khi Click vào vị trí trống dây bẻ cong chỗ Trang /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT Nối đối tượng với mạch điện có: • Di chuyển mouse lên đối tượng, cực đối tượng xuất núm nối dây • Click lên núm cần nối • Di chuyển mouse đến vị trí cần nối vào mạch, Click mouse vào vị trí Cấp cho vật vận tốc (Hoặc lực) • Đưa mouse vào vật, xuất núm tròn màu bạc, dùng mouse kéo núm này, đó, ta cấp cho vật vận tốc (hoặc lực tùy ta chọn) biểu diễn véctơ mà ta thấy Theo mặc định, véctơ ta cấp cho vật vận tốc, muốn véctơ lực làm sao? Vào Properties vật đó, chọn thẻ General, mục Control, chọn Force (thay lúc trước Velocity IV Các bước để tạo thí nghiệm Thiết lập thí nghiệm cịn tùy thuộc vào thí nghiệm nhiên thực theo sơ đồ chung sau (Sau xác định kịch sư phạm th1i nghiệm): • Phác thảo sơ đồ thí nghiệm trước giấy • Tạo khơng gian làm việc riêng cho thí nghiệm (đối với thí nghiệm quang, sóng, cơ) • Đưa thiết bị cần sử dụng từ kho vào khơng gian làm việc • Xắp xếp, lắp ráp thiết bị theo sơ đồ thích hợp • Thiết lập thuộc tính cần thiết cho đối tượng • Kiểm tra lại sơ đồ, tiến hành thí nghiệm, quan sát, đo đạc V Các kho dụng cụ thí nghiệm: Hầu hết thiết bị kí hiệu theo quy ước chương trình phổ thơng (nguồn điện, tụ điện, lăng kính, thấu kính,…) nên thuận tiện cho học sinh giáo viên Có số thiết bị khơng kí hiệu theo quy ước dễ nhận thiết bị Kho tổ chức theo ngăn lớn, ngăn lớn lại có ngăn riêng: Trang 10 /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT Dạy phần 1à Định luật bảo toàn (sgk 10): Sau thiết lập biểu thức toán học định luật, phát biểu định luật Dùng thí nghiệm đồ thị Chứng minh chuyển động này, (động năng, trọng trường) bảo toàn vi Bảo toàn lượng chuyển động vật gắn vào lò xo (Lớp 10 ) Vật gắn vào lò xo cấp cho vận tốc đầu trang thái Pause • Load file • Click Play, Khi đổ thị khoảng nửa chu kì click Pause • Quan sát khảo sát đố thị Ứng dụng Dạy phần 1b Định luật bảo toàn (sgk 10): Sau thiết lập biểu thức toán học định luật, phát biểu định luật Dùng thí nghiệm đồ thị Chứng minh chuyển động này, (động năng, đàn hồi) bảo tồn vii Chuyển động nhiệt phân tử khí ( Lớp 10) Trang 20 /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT Chỉ cần load file quan sát tượng đồ thị Học sinh thấy chuyển động nhiệt hỗn loạn, đồ thị mô tả vị trí phân tử khí khối khí thời điểm chấm đỏ Dùng dạy Thuyết động học phân tử chất khí – Cấu tạo chất (sgk 10) viii Sự phụ thuộc chuyển động lắc vào độ dài, khối lượng lắc Các lắc với độ dài khác cấp sẵn cho diều kiện đầu (vận tốc) Khối lượng lắc thay đổi (trong hộp Mass) • Load file • Click Play • Quan sát dao động lắc Kết Rút dao động lắc không phụ thuộc vào khối lượng mà phụ thuộc vào độ dài lắc Vật – vật 2: Cùng l, khác m => dao động giống Vật – vật 4: Cùng l, khác m => dao động giống Vật – vật 3: Khác l, khác m => dao động khác Vật – vật 3: Khác l, m => dao động khác Dùng kiểm chứng lại cơng thức chu kì lắc đơn, đặt vấn đề chu kì lắc đơn thiết lập cơng thức Trang 21 /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT II Các thí nghiệm Điện học Mối quan hệ I U Thí nghiệm mạch điện trở nối tiếp a Mơ hình thí nghiệm b Hướng dẫn sử dụng Giáo viên nghiên cứu mạch điện, đóng khóa, Giúp Học sinh thu số liệu tín hiệu từ thí nghiêm Kết • • Học sinh nhận kết U , I, R -> nhận xét kết luận đoạn mạch nối tiếp Học sinh thu giá trị Ampe kế Vơn kế từ rút tính chất I, U kiểm tra lại lý thuyết Ứng dụng Dạy phần mắc điện trở nối tiếp: Đặt vấn đề mối quan hệ U, I mạch nối tiếp, sau khái quát toán học Trang 22 /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT III Thí nghiệm mạch điện trở song song a Mơ hình thí nghiệm b Hướng dẫn sử dụng Thí nghiệm giống thí nghiệm mạch mắc nối tiếp, tiến hành tương tự Kết • • Học sinh nhận mắc thêm đèn khác song song đèn sáng bình thường, khơng giảm so với độ sáng đèn chưa mắc thêm đèn Học sinh thu giá trị Ampe kế Vôn kế từ rút tính chất I, U kiểm tra lại lý thuyết Ứng dụng Dạy phần mắc điện trở song song: Đặt vấn đề mối quan hệ U, I mạch song song, sau khái qt tốn học IV Các thí nghiệm Quang học Thí nghiệm loại chùm sáng phản xạ ánh sáng a Mơ hình thí nghiệm hướng dẫn sử dụng Trang 23 /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT Đặt nguồn sáng vào Optical Space cho học sinh thấy hình ảnh chùm sáng Đặt gương cầu lồi, gương phẳng vào Optical Space chiếu nguồn sáng, quan sát tia phản xa, đo góc tới góc phản xạ để chứng minh đưa định luật phản xạ ánh sáng Kết • • Học sinh quan sát dạng chùm sáng Quan sát tượng phản xạ Trang 24 /33 Crocodile Physics thí nghiệm ảo vật lý THPT Ứng dụng Cho học sinh quan sát loại chùm sáng Cho học sinh quan sát khái quát tượng phản xạ ánh sáng, định luật phản xạ V Khảo sát gương cầu Chú ý Chùm tia sáng Vật sáng Chùm 20 tia sáng Gương cầu lõm Gương cầu lồi Kết Trang 25 /33