sử dụng may vi tính trong dạy học vật lí

Một trong những nét nổi bật của tiến trình đổi mớiphương pháp dạy học nói chung và đổi mới phương pháp dạy học vật lí nói riêng,là việc áp dụng những thành tựu của khoa học, kĩ thuật côn

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Giảng viên hướng dẫn:

PGS TS LÊ CÔNG TRIÊM

MỞ ĐẦUDạy học là một hoạt động phức hợp Để có thể xây dựng thành công nghệdạy học, cần có những yếu tố mang tính nghệ thuật và những yếu tố mang tính kĩthuật của người giáo viên Một trong những nét nổi bật của tiến trình đổi mớiphương pháp dạy học nói chung và đổi mới phương pháp dạy học vật lí nói riêng,

là việc áp dụng những thành tựu của khoa học, kĩ thuật công nghệ vào quá trìnhdạy học, nhờ đó chất lượng dạy học đã từng bước được nâng lên một cách rõ rệt.Dựa trên các cơ sở về tâm lí học, lí luận dạy học, cơ sở thực tiễn và những chứcnăng của máy vi tính, các nhà nghiên cứu giáo dục đã khẳng định rằng, hoàn toàn

có thể sử dụng máy vi tính trong quá trình dạy học với tư cách như một phươngtiện dạy học

Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, hầu hết kiến thức vật lí đều gắn vớithực tế, nên việc ứng dụng công nghệ thông tin nói chung và máy vi tính nói riêngvào dạy học vật lí là một hướng đi thích hợp và mang tính cấp thiết Nhờ cácchương trình mô phỏng, minh hoạ, máy vi tính làm tăng tính trực quan, kích thíchhứng thú học tập và tạo sự chú ý ở mức độ cao đối với học sinh, giúp cho giáo viêngiảm thời gian thuyết trình, không mất nhiều thời gian vào việc biểu diễn, thể hiệnthông tin trong giờ học Với các thí nghiệm có thời gian diễn ra rất nhanh (hoặc rấtchậm), các thí nghiệm nguy hiểm thì việc thay thế chúng bằng những thí nghiệm

ảo trên máy vi tính là một cách làm tối ưu… Có thể thấy ngay rằng, việc sử dụngmáy vi tính với tư cách là một phương tiện dạy học hiện đại trong dạy học vật lí córất nhiều ưu điểm nổi trội, nó có thể được ứng dụng trong nhiều giai đoạn của quátrình dạy học, từ việc xây dựng tình huống học tập, nghiên cứu giải quyết vấn đề,xây dựng kiến thức mới đến việc củng cố, vận dụng kiến thức …

Tuy nhiên, cũng cần nhận thức rằng, máy vi tính không phải là một phươngtiện dạy học vạn năng, có thể thay thế toàn bộ các phương tiện dạy học truyềnthống khác Với sự trợ giúp của máy vi tính và phần mềm dạy học, giáo viên có thể

tố chức quá trình học tập của học sinh theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động,sáng tạo Việc ra đời của các phần mềm dạy học và sử dụng phần mềm là một nhucầu lớn trong ngành giáo dục Mỗi phần mềm có một ưu thế riêng trong quá trìnhdạy học, chính vì vậy khai thác và sử dụng các phần mềm trong tổ chức dạy học làđiều nên làm

Xuất phát từ những lí do trên, trong khuôn khổ học phần, nhóm đưa ra đề tài

“Khai thác và sử dụng phần mềm physics simulations hỗ trợ dạy học vật lí”.

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHẦN MỀM

TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1 Khái niệm phần mềm

Phần mềm là một tập hợp những câu lệnh bằng một hoặc nhiều ngôn ngữ lậptrình theo một trật tự xác định nhằm tự động thực hiện một số chức năng hoặc giải quyết một bài toán nào đó

1.2 Phần mềm dạy học

1.2.1 Khái niệm phần mềm dạy học

Các phần mềm ứng dụng chuyên dùng cho việc dạy và học bằng máy vi tínhgọi là phần mềm dạy học

Phần mềm dạy học là những phần mềm cho phép mô phỏng, minh họa nhiềuquá trình và hiện tượng xảy ra trong xã hội, trong thực tế mà chúng ta không thểquan sát trực tiếp được trong các điều kiện vốn có của nhà trường, không thể hoặckhó thực hiện được nhờ các phương tiện khác, Phần mềm dạy học có thể biểu thịthông tin rất đa dạng, phong phú dưới nhiều hình thức khác nhau như dạng vănbản, đồ thị, bản đồ, các thí nghiệm mô phỏng, một đoạn phim,

Phần mềm dạy học là một dạng của phương tiện dạy học chỉ mới xuất hiện

từ khi máy vi tính ra đời Khác với các phương tiện dạy học khác, phầm mềm dạyhọc là một dạng vật chất đặc biệt - là các câu lệnh chứa thông tin dữ liệu để hướngdẫn máy vi tính thực hiện các thao tác xử lí theo một thuật toán xác định trước Vậy phần mềm dạy học là phương tiện chứa chương trình ra lệnh cho máy vitính thực hiện các yêu cầu về nội dung và phương pháp dạy học theo các mục tiêu

đã định

Các phần mềm dạy học được lưu trữ trong các thiết bị như: trong các đĩacứng, đĩa mềm, đĩa CD Tùy thuộc vào từng mô học cụ thể mà xây dựng các phầnmềm dạy học tương ứng phục vụ cho dạy và học bộ môn đó.Do vậy có các phầnmềm dạy học bộ môn

1.2.2 Chức năng của phần mềm dạy học

Các phần mềm dạy học có thể được sử dụng ở mọi chức năng lí luận dạyhọc cuả qúa trình dạy học Có thể sử dụng phần mềm dạy học để:

- Nêu vấn đề nghiên cứu, gợi động cơ học tập tích cực cho học sinh, củng cốtrình độ kiến thức và kĩ năng xuất phát

- Ôn tập các nội dung đã học.

- Luyện tập, củng cố kĩ năng, rèn luyện kĩ xảo cho học sinh

1.2.3 Vai trò của phần mềm dạy học trong dạy học vật lí

- Phần mềm dạy học làm tăng tính trực quan trong dạy học, tăng hứng thúhọc tập và tạo sự chú ý học tập của học sinh ở mức độ cao

- Phần mềm dạy học là thiết bị hỗ trợ dạy học đạt hiệu quả cao trong hầu hếtcác môn học

- Mô phỏng các đối tượng, các thí nghiệm vật lí và trình bày chúng dướidạng động

- Khi dạy học bằng các phần mềm dạy học thì học sinh được quan sát, sosánh các đối tượng trên màn hình, giúp học sinh chuyển hóa cái cụ thể sang cáitrừu tượng, từ trừu tượng lại đến cái cụ thể ở mức độ cao hơn

1.2.4 Ưu và nhược điểm của phần mềm dạy học

1.2.4.1 Ưu điểm

- Truyền thụ cho học sinh kiến thức lớn và chính xác trong thời gian tươngđối ngắn

- Giảng dạy cho một số lớn học sinh mà không đòi hỏi nhiều giáo viên

- Tăng cường tính trực quan của quá trình dạy học

- Các phần mềm dạy học cho phép giải phóng người thầy khỏi những côngviệc đơn thuần để học có thể tham gia vào các hoạt động sáng tạo

- Phần mềm dạy học hỗ trợ tích cực cho việc kiểm tra, đánh giá của giáoviên đối với học sinh và tự kiếm tra, đánh giá của học sinh

1.2.4.2 Nhược điểm

- Đối với người giáo viên, khi sử dụng phần mềm dạy học thì việc soạn bài,chuẩn bị bài giảng trước khi lên lớp mất rất nhiều thời gian, công sức Ví dụ nhưphải thiết kế các thí nghiệm mô phỏng, các thí nghiệm ảo trên các phần mềm

- Học sinh dễ bị phân tán tư tưởng nếu như không có sự định hướng hợp lívào đối tượng chính cần quan sát

- Khi dạy học có sự hỗ trợ của phần mềm đòi hỏi học sinh phải tham gia tíchcực, tốc độ nhanh, nên những học sinh ở mức độ trung bình, yếu có thể không theokịp

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM PHYSICS SIMULATIONS 2.1 Giới thiệu về phần mềm Physics simulations

Chương trình Physics simulations là chương trình chứa các minh họa môphỏng dành cho việc giảng dạy vật lí và được tác giả Bozhidar Stefanov xây dựng

từ các tài liệu giảng dạy vật lí trong trường phổ thông ở nước Bulgarie

Physics simulations là một phần mềm mô phỏng các hiện tượng vật lí, đồng

thời là công cụ giúp bạn tính nhanh các đại lượng khi biết các đại lượng có liênquan, chẳng hạn tính hiệu điện thế bằng định luật Ohm ; tính chu kì tần số daođộng; tính điện trở tương đương của mạch mắc nối tiếp hoặc song song, mô tả cáchiện tượng vật lí,

2.2 Kỹ thuật khai thác và sử dụng phần mềm Physics simulations

2.2.1 Hướng dẫn cài đặt phần mềm Physics simulations

Sau khi cài đặt phần mềm xong thì ta có biểu tượng sau:

Bước 2 : Mở phần mềm và cách thực hiện một số thao tác cơ bản

Có hai cách để mở phần mềm:

- Cách 1: Kích đúp chuột vào biểu tượng của phần mềm Physics simulation

trên màn hình nền của máy tính

- Cách 2: Vào start, ta sẽ thấy biểu tượng của phần mềm Physics simulations

và kích đúp vào đó để khởi động phần mềm

Khi đó ta sẽ thấy giao diện của phần mềm

2.2.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Physics simulations

Plysics Simulations 1.3 có giao diện rất đơn giản giống như một quyển sách

và nó cung cấp cho bạn các công cụ:

- Electricity: gồm có các công cụ Ohm’s Law; Parallel/Serial resistorconnection (điện trở mắc song song/nối tiếp); Resistivity of conductor (điện trởsuất của dây dẫn); Parallel/Serial copacitors connection (điện dung mắc song song/nối tiếp); Semiconductor diode (điốt bán dẫn)

- Magnetism: gồm các vấn đề liên quan đến từ trường: Electromagnet (mô tả

về hoạt động của nam châm điện); Electromagnetic relay (bộ kế điện từ);Faraday’s experiment (thí nghiệm Faraday); Magnetic induction (cảm ứng từ);Transformer (máy biến thế)

- Ticker: đề cập đến các công thức dao động của con lắc: Spring ticker (conlắc lo xo); Math ticker (con lắc đơn)

- Electrostatics: gồm các chủ đề về tĩnh điện học: Charge/Discharge of solids(truyền điện tích); Field intensity of dot charge (tính năng lượng điện trường);Attraction/Repulsion forces between two charge (tính lực hút/ đẩy giữa hai điệntích); Cathode-ray Tube (mô tả tia catốt)

- Light and Optics: giúp bạn kiểm tra các kiến thức quang học: Refractioncircle (độ khúc xạ của tia sáng); X-ray Tube (mô tả hoạt động của tia X); Rubylaser (tia laze đỏ); Photoeffect (hiện tượng quang điện); Lens (tia sáng qua các thấukính)

Nhập các giá trị của I và R

Kết quả

Công thức tính

- Ta có thể thay đổi các giá trị tính như U, I, R bằng cách nhấp chọn vào các

ô Sau khi tiến hành nhập các giá trị của I, R rồi nhấn vào nút Calculate để ra kếtquả

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close để thoát

b Parallel/Serial resisor connection

Khi ta nhấp chuột vào ô Parallel/Serial resisor connection thì sẽ xuất hiện

khung giao diện như hình

- Bảng giao diện gồm có hai mạch: Parallel connection (mạch mắc songsong) và Cascade connection (mạch mắc nối tiếp), Input data and results (giá trịnhập vào và kết quả), Calculate (máy tính), Close (đóng)

- Ta tiến hành chọn mạch cần tính sau đó nhập các giá trị R1, R2 rồi nhấn vào

ô Calculatel để ra kết quả cần tính

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close để thoát

c Resistivity of conductors

Khi ta nhấp chuột vào ô Resistivity of conductors thì sẽ xuất hiện khung

giao diện như hình

Mạch mắc song song

Nhập các giá trị của R

Kết quả

- Bảng giao diện gồm có: Input data (giá trị nhập vào), Length (chiều dài),Section (tiết diện), Material of the conductor (điện trở suất), Resistivity of thematerial (giá trị của điện trở suất), Result (kết quả), Calculate (máy tính), Close(đóng).

- Ta tiến hành nhập các giá trị của Length và Section, chọn ở phần bảngchọn các kim loại tương ứng giá trị của nó sẽ hiện lên ở khung Resistivity of thematerial, sau đó nhấn vào ô Calculate để ra kết quả cần tính

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close để thoát

d Potertiometric connection

Khi ta nhấp chuột vào ô Potertiometric connection thì sẽ xuất hiện khung

giao diện như hình

Bảng chọn các kim loại

- Bảng giao diện gồm: Power Supply Setup (giá trị của nguồn điện), Internalresistance - r (điện trở trong - r), Turn on (mở), Potentiometer – 30 Ohms (điện trởlớn nhất là 30 Ohms), Now R (giá trị R), Ampermeter (am-pe kế), Voltmeter (vônkế), Circuit (mạch điện), Close this simulation (tắt chương trình).

- Ta tiến hành nhập giá trị của nguồn (U) và điện trở trong (r) sau đó nhấnTurn on nếu đèn sáng thì ra giá trị của Am-pe kế và Vôn-kế, còn nếu đèn khôngsáng thì nhập lại giá trị r

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close this simulation để thoát

e Parallel/Serial capacitors connection

Khi ta nhấp chuột vào ô Parallel/Serial capacitors connection thì sẽ xuất hiện

khung giao diện như hình

- Bảng giao diện gồm có: Type of connection (loại mạch), Parallelconnection (mạch mắc song song) và Cascade connection (mạch mắc nối tiếp),Input data and results (giá trị nhập vào và kết quả), Calculate (máy tính), Close(đóng)

- Ta tiến hành chọn mạch cần tính sau đó nhập các giá trị C1, C2 rồi nhấn vào

- Bảng giao diện gồm có: Holes (lỗ trống), Transition (dịch chuyển),Electrons, Current (dòng dịch chuyển), Demonstration control (điều khiển), Wrongdirection (hướng sai), Right direction (hướng đúng), Close this demonstration( đóng chương trình)

- Đây là mô hình mô phỏng sự dịch chuyển của lỗ trống và electrons ở lớpchuyển tiếp P – N

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close this demonstration để thoát

Chế độ bình thường

Lỗ trống Dịch chuyển

- Bảng giao diện gồm: Battery (pin), Demonstration control (bảng điềukhiển), Turn on (bật), Close (đóng), Normal view (chế độ bình thường), Structure

of the magnet (cấu trúc của nam châm)

- Sơ đồ mô phỏng từ phổ của nam châm điện Ta tiến hành bấm vào nútTurn on thì sảy ra hiện tượng, để nhìn bên trong cuộn dây ta nhấn nút Structure ofthe magnet

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close this demonstration để thoát

b Electromagnetic relay

Khi ta nhấp chuột vào ô Electromagnetic relay thì sẽ xuất hiện khung giaodiện như hình

- Bảng giao diện gồm: : Battery (pin), Turn on (bật), Close (đóng)

- Sơ đồ mô tả mạch điện Ta tiến hành bấm nút Turn on thì lúc này khóa đóng và đèn sáng lên

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close this demonstration để thoát

c Faraday’s experiment

Khi ta nhấp chuột vào ô Faraday’s experiment thì sẽ xuất hiện khung giao diện như hình

Khóa

- Bảng giao diện gồm: Demonstration control (điều khiển hướng), Sleep (tốcđộ), Galvanometer ( đồng hồ đa năng), Coil (cuộn dây), Close this demonstration(đóng chương trình).

- Đây là thí nghiệm mô phỏng về định luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close this demonstration để thoát

Kết quả

- Bảng giao diện gồm có: Wanted (giá trị cần tính), Input data ( giá trị nhập vào), Result (kết quả), Calculate (máy tính), Close window (đóng cửa sổ).

- Ta tiến hành chọn giá trị cần tính như: B, L, I, F, sau đó nhập các giá trị mà

đề bài cho sau đó bấm vào nút Calculate để ra kết quả của bài toán Đây là bài toán

áp dụng công thức của định luật Am-pe về lực từ tác dụng lên một dòng điện

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close window để thoát

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close để thoát

- Bảng giao diện gồm có: Wanted (giá trị cần tính), Input data (giá trị nhậpvào), Calculate (máy tính), Close (đóng), Result (kết quả).

- Ta tiến hành nhập giá trị cần tính như: T, k…, sau đó nhập giá trị của đềbài, nhấp nút Result ta được kết quả của bài toán Đây là công thức cho bài toáncon lắc lò xo

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close để thoát

- Ta tiến hành nhập giá trị cần tính như: T, l…, sau đó nhập giá trị của đề

bài, nhấp nút Result ta được kết quả của bài toán Đây là công thức cho bài toán con lắc đơn

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close để thoát

2.2.2.4 Electronstatics

a Charge/Discharge of solids

Khi ta nhấp chuột vào ô Charge/Discharge of solids thì sẽ xuất hiện khung

giao diện như hình

- Bảng giao diện gồm: Positive to negative charged solid (từ cực dương sangcực âm), Netutral to negative charged solid (trung hòa về điện tích âm), Netutral topositive charged solid (trung hòa về điện tích dương), Demonstration control(hướng điều khiển), Speed (tốc độ), Close this demonstration (đóng chương trình),Start (bắt đầu)

- Mô hình mô phỏng về sự nhiễm điện do tiếp xúc Ta chọn các loại nhiễmđiện tương ứng, sau đó nhấp nút Start, muốn xem sự thay đổi nhanh hay chậm thìkéo chuột ở nút Speed

- Khi không sử dụng nữa ta nhấn nút Close this demonstration để thoát

b Field intensity of dot charge

Khi ta nhấp chuột vào ô Field intensity of dot charge thì sẽ xuất hiện khung

giao diện như hình

Điện tích âm Điện tích dương

Bắt đầu

Tốc độ

Các loại nhiễm điện