sử dụng may vi tính trong dạy học vật lí

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - TIỂU LUẬN MÔN HỌC SỬ DỤNG MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Đề tài: SỬ DỤNG PHẦN MỀM PAKMA 2002 TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Giảng viên hướng dẫn: Học viên thực hiện: PGS TS LÊ CÔNG TRIÊM Hồ Thị Kim Loan Phạm Yến ly Lê Thị Diễm My Lớp : LL&PPDH Vật lí K24 A Huế, MỞ ĐẦU 11/2016 A MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vật lí (VL) môn khoa học thực nghiệm, việc lồng ghép thí nghiệm (TN) vào học VL biện pháp quan trọng nhằm nâng cao chất lượng dạy học, góp phần tích cực hoạt động truyền đạt kiến thức cho học sinh Việc đổi nội dung phương pháp (PP) dạy học VL phải gắn liền với việc tăng cường sử dụng TN trình dạy học VL Bên cạnh đó, khối lượng kiến thức học tăng lên, hầu hết có TN Nếu dạy theo PP truyền thống với TN thật không đủ thời gian Mặt khác, với điều kiện sở vật chất trường phổ thông chưa có nhiều dụng cụ TN để đáp ứng yêu cầu học theo sách giáo khoa Do đó, việc ứng dụng công nghệ thông tin tiến hành TN mô máy vi tính giải pháp quan trọng việc giảng dạy, giúp học sinh tiếp thu kiến thức cách nhanh chóng, sâu sắc, tin tưởng vào kiến thức mà chiếm lĩnh được, đồng thời tạo hứng thú học tập cho học sinh học Hiện có nhiều TN mô phục vụ cho dạy học Tuy nhiên để tìm TN phù hợp với dạy theo định hướng không dễ Vì ta phải tự thiết kế TN mô để phục vụ cho công tác giảng dạy Có nhiều phần mềm để thiết kế TN mô phỏng, qua nghiên cứu tìm hiểu thấy phần mềm Pakma 2002 đáp ứng hầu hết yêu cầu thí nghiệm Vật lí (TNVL) chương trình trung học phổ thông Vì vậy, chọn đề tài nghiên cứu khoa học là: “Sử dụng phần mềm Pakma 2002 dạy học Vật lí” Mục tiêu đề tài Xác định vai trò TN chương trình VL phổ thông Rút ưu khuyết điểm TN mô với TN thật, học có sử dụng TN mô với học truyền thống Giới thiệu hướng dẫn sử dụng phần mềm Pakma để thiết kế TN mô Rút kết luận sư phạm để việc sử dụng phần mềm vào trình thiết kế giảng hiệu hoàn thiện hơn, nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy trường phổ thông Giả thuyết khoa học Nếu sử dụng phần mềm Pakma 2002 dạy học vật lí góp phần đổi phương pháp dạy học nâng cao chất lượng dạy học Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu phần mềm sử dụng phần mềm Pakma 2002 soạn số thí nghiệm mô chương trình vật lí phổ thông Đối tượng phạm vi nghiên cứu Chương trình vật lí trung học phổ thông hành Phần mềm Pakma phần mềm, tài liệu có liên quan đến TN nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu sách VL phổ thông, tài liệu PP dạy học VL, PP thiết kế sử dụng TN mô Tham khảo ý kiến giáo viên giảng dạy môn Phương pháp dạy học Vật lí, giáo viên trường phổ thông, kinh nghiệm internet B NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHẦN MỀM PAKMA 2002 TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1 Thí nghiệm mô 1.1.1 Khái niệm thí nghiệm mô Thí nghiệm mô hiểu thí nghiệm xây dựng từ dụng cụ đối tượng mô sở đối tượng thực Khi tiến hành thí nghiệm đối tượng mô thu kết phù hợp với quy luật thí nghiệm thực Do vậy, tiến hành thí nghiệm này, học sinh khám phá thuộc tính, hay mối quan hệ đối tượng Trong thí nghiệm mô phỏng, đối tượng kí hiệu, mô hình khác xa đối tượng thực Các đối tượng đủ sức để tạo “vi giới” chưa đủ sức để tạo giới ảo 1.1.2 Ưu nhược điểm thí nghiệm mô 1.1.2.1 Ưu điểm thí nghiệm mô Giáo viên học sinh không cần chuẩn bị thí nghiệm mà thực máy tính Có thể mô lại thí nghiêm nhà khoa học lịch sử, thí nghiệm nơi tiến hành, thí nghiệm khó tiến hành thực tế (hiện tượng phóng điện không khí hay nói đơn giản sét) gây nguy hiểm (thí nghiệm phóng điện chân không) thí nghiệm thực tế nhỏ nên học sinh không quan sát (cấu tạo nguyên tử) Có thể mô trình thay cho kết thí nghiệm thật Có thể làm chậm nhanh trình thay đổi thông số máy tính 1.1.2.2 Nhược điểm thí nghiệm mô Thí nghiệm mô dùng để khảo sát hầu hết điều kiện lí tưởng hóa Thí nghiệm mô mô hình nên niềm tin học sinh vào thí nghiệm hạn chế 1.1.3 Sử dụng thí nghiệm mô dạy học Vật lí Thí nghiệm mô nguyên tắc thay thí nghiệm thật trình dạy học Tuy nhiên, giải pháp ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học Vật lí hiệu nhiều nước dùng Như ta biết, thí nghiệm mô thực chất mô môi trường ảo máy vi tính thí nghiệm thực Có thể phân làm hai loại: mô xác mô không xác Thí nghiệm mô xác loại mô xuất phát từ tiên đề hay mô hình viết dạng toán học, thông qua vận dụng phương pháp tính toán mô hình nhờ máy vi tính hay gọi mô định lượng Thí nghiệm mô không xác loại mô dựa mối quan hệ định tính đại lượng vật lí nhờ phần mềm nên gọi mô định tính Về thực chất mô có xác hay không xác đặc điểm quan trọng phần mềm mô dạy học Vật lí mà mục đích việc mô quan trọng Trong dạy học Vật lí có hai mục đích mô khác nhau: - Mô tượng, trình vật lí khó không quan sát tưởng tượng học sinh có hình ảnh trực quan đối tượng nghiên cứu - Mô tượng, trình vật lí để từ đưa dự đoán, giả thuyết tượng, trình vật lí mới, tìm kiến thức đường nhận thức lý thuyết Trong dạy học Vật lí, sử dụng thí nghiệm mô với mục đích rõ ràng khai thác khả phát huy mạnh thí nghiệm Thí nghiệm mô giúp GV HS tiến hành thí nghiệm cách chủ động tiện lợi trình tự học HS việc sử dụng thí nghiệm phụ thuộc vào không gian tiến hành lớp học, học ngoại khóa thư viện, nhà… Các thí nghiệm mô dễ sử dụng, chuẩn bị nhanh, dễ bảo quản không nhiều thời gian chuẩn bị thực thí nghiệm thật Tất thí nghiệm bảo đảm thành công Việc sử dụng thí nghiệm mô tỏ có hiệu điều kiện thiếu trang thiết bị thí nghiệm; thiết bị thí nghiệm đắt tiền, dễ hỏng, thiết bị nguy hiểm cháy, nổ, điện áp cao, phóng xạ…; thí nghiệm mà thời gian quán sát dài ngắn; thí nghiệm mà khó thực thành công Đối với GV, thí nghiệm mô sử dụng giai đoạn khác trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS Chẳng hạn giai đoạn đề xuất vấn đề, thí nghiệm mô dùng để minh họa tượng, tạo tình có vấn đề nhằm chuyển giao nhiệm vụ cho HS Bên cạnh đó, giúp cho HS có nhìn sơ biến đổi đại lượng để từ định hướng cho hành động nhằm giải vấn đề Mặt khác tiết kiệm thời gian tượng vật lí cần nghiên cứu xuất rõ ràng, kết hợp với câu hỏi GV làm xuất tình có vấn đề nhu cầu nhận thức HS Ở giai đoạn tìm tòi giải vấn đề, thí nghiệm mô sử dụng để HS nghiên cứu tương tự tiến hành thí nghiệm thật qua giúp cho HS đưa giả thuyết GV sử dụng thí nghiệm mô để mô minh họa kiến thức hình thành đường khác Để hình thành tri thức cho HS, không tiến hành thí nghiệm thật GV sử dụng thí nghiệm mô để mô tái tạo lại tượng vật lý thông qua kết thí nghiệm kết hợp với đàm thoại để hình thành cho HS tri thức khoa học Cùng với phát triển CNTT, thí nghiệm mô thiết kế ngày linh hoạt mềm dẻo, đảm bảo tính thẩm mĩ, khoa học, sư phạm…nhưng dù mô máy tính Việc sử dụng thí nghiệm mô vào dạy học Vật lí tạo niềm tin vững cho HS Vì vậy, cần tuân thủ nguyên tắc sử dụng thí nghiệm mô thí nghiệm thực tiến hành Ngoài ra, việc sử dụng phối hợp thí nghiệm thực với thí nghiệm mô cần nghiên cứu nhằm phát huy ưu loại thí nghiệm để hỗ trợ, bổ sung cho trình dạy học 1.2 Phần mềm 1.2.1 Khái niệm phần mềm Phần mềm máy tính hay gọi tắt Phần mềm tập hợp câu lệnh thị viết nhiều ngôn ngữ lập trình theo trật tự xác định, liệu hay tài liệu liên quan nhằm tự động thực số nhiệm vụ hay chức giải vấn đề cụ thể Phần mềm thực chức cách gửi thị trực tiếp đến phần cứng cách cung cấp liệu để phục vụ chương trình hay phần mềm khác Phần mềm khái niệm trừu tượng, khác với phần cứng chỗ "phần mềm sờ hay đụng vào", cần phải có phần cứng thực thi 1.2.2 Đặc điểm phần mềm Trước đây, để tạo chương trình máy tính người ta phải làm việc trực tiếp với số (sử dụng hệ số nhị phân), hay gọi ngôn ngữ máy Công việc vô khó khăn, chiếm nhiều thời gian, công sức đặc biệt dễ gây lỗi Để khắc phục nhược điểm này, người ta đề xuất hợp ngữ, ngôn ngữ cho phép thay dãy từ gợi nhớ tiếng Anh Tuy nhiên, cải tiến chưa thật thích hợp với đa số người dùng máy tính, người mong muốn lệnh ý nghĩa thao tác mà mô tả Vì vậy, từ năm 1950, người ta xây dựng ngôn ngữ lập trình mà câu lệnh gần với ngôn ngữ tự nhiên Các ngôn ngữ gọi ngôn ngữ lập trình bậc cao Chương trình máy tính thường tạo người, người gọi lập trình viên, nhiên tồn chương trình sinh chương trình khác 1.2.3 Phân loại phần mềm 1.2.3.1 Theo phương thức hoạt động Phần mềm hệ thống dùng để vận hành máy tính phần cứng máy tính, ví dụ hệ điều hành máy tính Windows, Linux, Unix, thư viện động (còn gọi thư viện liên kết động; tiếng Anh: dynamic linked library - DLL) hệ điều hành, trình điều khiển (driver), phần sụn (firmware) BIOS Đây loại phần mềm mà hệ điều hành liên lạc với chúng để điều khiển quản lý thiết bị phần cứng Phần mềm ứng dụng để người sử dụng hoàn thành hay nhiều công việc đó, ví dụ phần mềm văn phòng (Microsoft Office, OpenOffice), phần mềm doanh nghiệp, phần mềm quản lý nguồn nhân lực, phần mềm giáo dục, sở liệu, phần mềm trò chơi, chương trình tiện ích, hay loại phần mềm độc hại Các phần mềm chuyển dịch mã bao gồm trình biên dịch trình thông dịch: loại chương trình đọc câu lệnh từ mã nguồn viết lập trình viên theo ngôn ngữ lập trình dịch sang dạng ngôn ngữ máy mà máy tính hiểu đưọc, hay dịch sang dạng khác tập tin đối tượng (object file) tập tin thư viện (library file) mà phần mềm khác (như hệ điều hành chẳng hạn) hiểu để vận hành máy tính thực thi lệnh Các tảng công nghệ NET, 1.2.3.2 Theo khả ứng dụng Những phần mềm không phụ thuộc, bán cho khách hàng thị trường tự Ví dụ: phần mềm sở liệu Oracle, đồ họa Photoshop, Corel Draw, soạn thảo xử lý văn bản, bảng tính, Ưu điểm: Thông thường phần mềm có khả ứng dụng rộng rãi cho nhiều nhóm người sử dụng Khuyết điểm: Thiếu tính uyển chuyển, tùy biến Những phần mềm viết theo đơn đặt hàng hay hợp đồng khách hàng cụ thể (một công ty, bệnh viện, trường học, ) Ví dụ: phần mềm điều khiển, phần mềm hỗ trợ bán hàng, Ưu điểm: Có tính uyển chuyển, tùy biến cao để đáp ứng nhu cầu nhóm người sử dụng Khuyết điểm: Thông thường phần mềm ứng dụng chuyên ngành hẹp 1.3 Định nghĩa thiết kế, phần tử hoạt hình Thiết kế việc tạo kế hoạch quy ước cho việc xây dựng đối tượng hệ thống (như thiết kế kiến trúc, vẽ kỹ thuật, quy trình kinh doanh, sơ đồ mạch mẫu may) Thiết kế có ý nghĩa khác lĩnh vực khác (xem thiết kế ngành đây) Trong số trường hợp, việc xây dựng trực tiếp đối tượng (như đồ gốm, kỹ thuật, quản lý, lập trình thiết kế đồ họa) coi thiết kế Trong đề tài này, thiết kế sử dụng việc xây dựng trực tiếp đối tượng (qua lập trình) Phần tử hoạt hình đề tài định nghĩa đối tượng đoạn thẳng, véc tơ, lò xo,… Được thiết kế, kết nối cho chúng chuyển động, dao dộng Qua mô trình chuyển động vật thể CHƯƠNG II: KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM PAKMA 2002 VÀO THIẾT KẾ BÀI GIẢNG VẬT LÍ 2.1 Giới thiệu phần mềm PAKMA 2002 Phần mềm PAKMA sản phẩm nhóm nghiên cứu phần mềm (PM) dạy học GS TS D Heuer (nguyên trưởng Bộ môn lý luận dạy học vật lý, Viện vật lý thiên văn, Đại học Wuerzburg, CHLB Đức) chủ trì Đây sản phẩm thiết kế theo quan điểm kết hợp ba xu hướng việc ứng dụng tin học vào dạy học, dùng máy vi tính là: + Một thiết bị vạn thí nghiệm vật lý, bao gồm chức phân tích số liệu, biểu diễn số liệu dạng khác + Một công cụ để mô hình hóa (MHH) tượng, trình vật lý 2.3 Mở đồ án có sẵn Về nguyên tắc, mở đồ án PAKMA (tập tin có dạng *.prj) cách nhắp đúp chuột vào biểu tượng đồ án Windows Explorer Khi đó, Windows gọi thực chương trình PAKMA mở đồ án chọn cách tự động Tuy nhiên, muốn mở đồ án khởi động PAKMA làm theo bước sau: + Chọn tập tin đồ án thích hợp với mục đích sử dụng tài liệu cung cấp với PAKMA + Ghi lại tên tập tin đồ án (có đường dẫn thư mục cần thiết) + Chọn lệnh Tập tin → Mở (hoặc nhắp chuột vào nút công cụ) để mở tập tin đồ án chọn + Nếu đồ án thí nghiệm số liệu đo đạc không lưu với tập tin đồ án phải tải thêm tập tin số liệu đo cách chọn lệnh Tập tin → Tải thành phần → Số liệu đo − Cho thực đồ án cách chọn Thực đồ án → Như tái Thực đồ án → Như mô hình (Nếu có chọn lệnh Thực đồ án → Hiển thị hộp thoại cho đệm số liệu đồ thị phải khẳng định lại việc thực đồ án cách nhắp chuột vào nút Chấp nhận hộp thoại) Lưu ý: Ta sửa đổi đồ án cách tùy ý Có thể thông qua nhớ đệm (Clipboard) để chép phần chương trình hạt nhân để sử dụng lại đồ án khác Để làm điều đánh dấu phần cần chép dùng lệnh Soạn thảo → Sao chép sau dùng lệnh Soạn thảo → Dán để chuyển vào đồ án (Ngoài ra, dùng lệnh Tập tin → Lưu thành phần để lưu thành phần tùy ý PAKMA thành tập tin đĩa) 23 Ví dụ: Tìm mở đồ án 2loxo.prj dùng để mô dao động theo phương ngang hệ vật gồm vật nặng gắn vào lò xo 2.4 Thực đồ án mở Có nhiều cách khác để thực đồ án mở tùy theo chất đồ án Trừ việc thực thí nghiệm thật chế độ thực khác dùng cách tuỳ ý Tuy nhiên, tốc độ thực chế độ tăng dần theo thứ tự: + Thí nghiệm thật + Tái + Mô hình Nói chung, PAKMA cho thực đồ án hết khoảng thời gian khai báo hết vòng lặp chương trình nhân trừ có điều khiển ngắt/dừng đồ án người sử dụng 2.5 Thiết kế đồ án Một đồ án hoàn chỉnh PAKMA (thường lưu thành tập tin có dạng *.prj *.pro) bao gồm tất thành phần cần thiết cho việc thực đồ án Những mô đun là: + Chương trình nhân (*.pkp) + Một nhiều cửa sổ xuất liệu (*.out) + Khoảng biến thiên biến (*.dat) + Số liệu đo từ thí nghiệm (*.mdt) Có hai loại đồ án bản: đồ án “thí nghiệm” mô hình Các bước thiết kế đồ án: + Thiết kế ý tưởng cho mô hình thiết kế cấu trúc tác động nhờ VisEdit + Viết chương trình nhân (hoặc nhờ VisEdit tạo chương trình nhân) + Khai báo giá trị đầu cho biến sử dụng chương trình nhân + Khai báo khoảng biến thiên biến (điều đặc biệt có ý nghĩa 24 việc biểu diễn số liệu đồ thị phần tử hoạt hình) + Thiết kế cửa sổ xuất + Lưu đồ án lên đĩa + Thực đồ án + Thêm, bớt đối tượng đồ hoạ cửa sổ xuất sửa chương trình nhân cho phù hợp với ý tưởng ban đầu − Lưu đồ án sửa đổi 2.6 Làm việc với VisEdit Cấu trúc tác động dạng đồ thị (graph) đỉnh đồ thị số biến số đặc trưng cho đại lượng vật lý (dưới gọi tắt đại lượng) cạnh mối quan hệ/phụ thuộc hằng/biến số Mối quan hệ nhân đại lượng cấu trúc biểu diễn mũi tên (dưới gọi mũi tên tác động gọn mũi tên) Trong mối quan hệ, đại lượng nằm đầu nhọn mũi tên tính từ giá trị đại lượng nằm gốc mũi tên 25 2.7 Thiết kế đối tượng biểu diễn số PAKMA sử dụng đối tượng đồ hoạ để biểu diễn số liệu, đồng hồ số, đồng hồ kim; biểu diễn đồ thị Tuỳ theo mục đích sử dụng mà ta chọn đối tượng để biểu diễn số liệu 2.7.1 Đồng hồ số Để tạo đồng hồ số, chọn lệnh Xuất → Tạo đồng hồ số Một hộp thoại để khai báo thuộc tính đồng hồ số • Tên: tên hiển thị cửa sổ xuất đồng hồ số • Biến số: biến xuất mà giá trị đồng hồ số • Độ rộng: số chữ số (kể dấu phẩy thập phân) giá trị biểu diễn • Đơn vị: khai báo đơn vị đại lượng, đơn vị hiển thị chọn nút đầy đủ phần biểu diễn • Chú thích: giải thích thêm biến • Biểu diễn: dạng hiển thị đồng hồ Có hai dạng: đầy đủ (có kèm theo tên biến) dùng số (chỉ giá trị biến) 26 2.7.2 Đồng hồ kim Để tạo đồng hồ kim, chọn lệnh Xuất → Tạo đồng hồ kim Một hộp thoại để khai báo thuộc tính đồng hồ kim • Tên: tên hiển thị cửa sổ xuất đồng hồ kim • Biến số: biến xuất mà giá trị đồng hồ 2.7.3 Đồ thị Để tạo đồ thị, chọn lệnh Xuất → Tạo đồ thị Một hộp thoại để khai báo thuộc tính đồ thị Trong hộp thoại có danh sách đồ thị dạng quan hệ biến mà giá trị chúng biểu diễn trục hoành trục tung đồ thị • Tên: tên hiển thị cửa sổ xuất đồ thị • Nút Thêm vào: tạo thêm dòng danh sách mối quan hệ bên • Nội dung cột Trục x, Trục y, Kiểu vẽ, Màu danh sách là: biến số trục hoành, biến số trục tung, kiểu vẽ màu đường biểu diễn đồ thị Nút Khoảng biến thiên: mở bảng khai báo khoảng biến thiên biến • Muốn biểu diễn đồ thị bấm vào dấu ô đồ thị tương ứng Tạo đồ thị t-x để biểu diễn phụ thuộc độ lệch x theo thời gian hình bên 2.7.4 Thiết kế phần tử hoạt hình 27 Có thể sử dụng số tuỳ ý phần tử hoạt hình cửa sổ xuất cho mục đích khác Những phần tử hoạt hình PAKMA bao gồm: đoạn thẳng; hình chữ nhật; hình tam giác; hình tròn; vectơ; mũi tên lớn; lò xo; ảnh bitmap; đồng hồ; dòng chữ; chuỗi hình chữ nhật chuỗi vectơ Các bước để trực quan hoá trình vật lý hình phần tử hoạt hình: + Chọn lệnh Hoạt hình → Soạn thảo để chuyển sang chế độ soạn thảo phần tử hoạt hình + Chọn phần tử hoạt hình xác định thuộc tính (nếu cần) + Liên kết phần tử với biến xuất để điều khiển vị trí kích thước (nếu cần) + Xác định điểm 'không' cho phần tử hoạt hình (nếu cần) Đó vị trí điểm điều khiển phần tử hoạt hình biến xuất tương ứng nhận giá trị ( Liên kết phần tử hoạt hình với biến) Cũng đối tượng đồ hoạ khác cửa sổ xuất, phần tử hoạt hình chép; cắt; dán; thay đổi vị trí; kích thước… Mỗi phần tử hoạt hình thường quản lý 1, điểm điều khiển (ứng với 28 tên gọi P1, P2 P3) Những điểm điều khiển phần tử liên kết với biến xuất từ chương trình nhân để tạo hiệu ứng hoạt hình tuỳ theo ý đồ người thiết kế Thường điểm P1 dùng để định vị đối tượng hình, điểm khác định vị cách tương đối so với điểm P1 (tương đối so với P1) Tuy nhiên, có trường hợp mà điểm điều khiển đối tượng định vị độc lập với Cần lưu ý: Hầu hết phần tử hoạt hình PAKMA có điểm điều khiển Đó điểm góc bên trái góc bên phải hình chữ nhật nhỏ chứa phần tử Phần tử bitmap dòng chữ có điểm điều khiển điểm góc trái vùng hình chữ nhật giới hạn điểm bitmap dòng chữ Chuỗi vectơ có điểm điều khiển CHƯƠNG III: MỘT SỐ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN 3.1 Thiết kế thí nghiệm với lắc lò xo 29 + Mục đích: Thí nghiệm nhằm khảo sát dao động điều hòa lắc lò xo cấu tạo từ nặng treo vào lò xo nhẹ Phần mềm PAKMA tiến hành phép đo biểu diễn kết thí nghiệm đối tượng hoạt hình hình máy tính Qua kết trình bày rút kết luận quy luật chuyển động, biến thiên vận tốc, gia tốc vật nặng trình dao động + Dụng cụ: - Một lò xo có độ cứng bé (cỡ vài N/m) Ròng rọc bánh xe đếm xung Sợi mảnh - Một số cân 50g Lò xo Quả cân nhỏ làm gia trọng - Một số cân 1-2g (có móc treo) - Một đĩa cân có móc - Một sợi - Giá thí nghiệm - Bánh xe đếm xung, hộp giao tiếp PAKMA card ISA (cùng với dây nối) + Bố trí thí nghiệm: Các dụng cụ bố trí hình bên Lò xo treo vào giá cố định B Đĩa cân buộc vào đầu C lò xo sợi dây mảnh, Một sợi vắt qua ròng rọc A bánh xe đếm xung; luồn qua bên lò xo buộc vào đầu C lò xo Một vài cân nhỏ treo vào đầu D sợi Chú ý: không để sợi cọ xát vào lò xo để loại bỏ ma sát Đầu dây tín hiệu bánh xe đếm xung cắm vào hộp giao tiếp Hộp giao tiếp nối với đầu nối card ISA + Viết chương trình nhân Khởi động PAKMA chọn lệnh Nhập → Chương trình nhân Sau gõ đoạn 30 chương trình nhân vào: dt:=0.15;//Khoảng thời gian lần đo t:=0;//thời điểm bắt đầu đo mt:=10;//thời gian tiến hành thí nghiệm rec:=1;//bản ghi số liệu đo Bánh xe đếm xung l_unit:=0.0000804;//biến đổi đơn vị cho bánh xe đếm xung count;//chuẩn bị cho việc đếm xung prepare (rec); for_back; stepping ('i', dt);//dùng kiểu đo theo dt repeat count; meas;//đo giá trị từ bánh xe đếm xung ds:=meas_v*l_unit;//chuyển giá trị đo cho ds s_2:=s+ds; v_2:=ds/dt; v:=(v_2+v_1)/2; dv:=v_2-v_1; a:=(v_2-v_1)/dt; output (t, s, v, v_2, v_1, dv, a); //Xuất biến cửa sổ xuất t:=t+dt; s:=s_2; v_1:=v_2; until t>mt; 31 + Thiết kế cửa sổ xuất Cửa sổ xuất dùng cho đồ án có dạng hình bên cạnh Việc thiết kế cửa sổ xuất nêu rõ ví dụ trước Ở phần liên kết phần tử hoạt hình với biến xuất, cần ý: + Điểm chuyển động điểm P2 lò xo + Điểm P1 phần tử: bitmap (quả nặng); vectơ v_1; vectơ v_2; đoạn thẳng ngang qua nặng chữ v_1 điểm theo sau điểm chuyển động + Điểm P1 vectơ dv điểm theo sau điểm P2 vectơ v_1 + Điểm P1 chữ v_2 điểm theo sau điểm P2 vectơ v_2 + Điểm P1 chữ dv điểm theo sau điểm P2 vectơ dv + Điểm P1 đoạn thẳng nối hai mút hai vectơ v_2 dv điểm theo sau P2 vectơ v_2 Điểm P2 đoạn thẳng liên kết theo kiểu dạng không đổi P1 + Điểm P1 đoạn thẳng nối mút vectơ v_1 gốc vectơ dv điểm theo sau P2 vectơ v_1 Điểm P2 đoạn thẳng liên kết theo kiểu dạng không đổi P1 +Tiến hành thí nghiệm 32 Dùng tay giữ cho đĩa cân đứng yên vị trí cân Khởi động chương trình PAKMA mở đồ án thiết kế Cho thực đồ án Dùng tay đẩy / kéo nhẹ đĩa cân khỏi vị trí cân khoảng vừa phải (cỡ 20cm) thả cho hệ dao động PAKMA tự ghi lại độ lệch đĩa cân so với vị trí cân sau khoảng thời gian dt (khai báo chương trình nhân) Chú ý: Muốn đo xác biên độ tần số dao động không lớn sợi mảnh không bị trượt rãnh ròng rọc bánh xe đếm xung 3.2 Thiết kế thí nghiệm chuyển động với dụng cụ SONAR + Mục đích: Tìm hiểu hoạt động SONAR biểu diễn đồ thị tọa độ - thời gian vật chuyển động + Dụng cụ: - SONAR, hộp giao tiếp PAKMA card ISA (cùng với dây nối) + Bố trí thí nghiệm: - SONAR gắn cố định vào mép bàn hướng Đầu dây tín hiệu SONAR cắm vào hộp giao tiếp nối với card ISA gắn máy vi tính - Một học sinh đứng cách SONAR khoảng 1m quay lưng phía SONAR + Viết chương trình nhân Khởi động PAKMA chọn lệnh Nhập → Chương trình nhân Sau gõ đoạn chương trình nhân vào: //dùng kiểu đo theo dt //thời điểm bắt đầu đot:=0; //thời gian tiến hành thí nghiệmmt:=20; dt:=0.1;//Khoảng thời gian lần đo unit_:=340/2000000;//biến đổi đơn vị cho SONAR //đo giá trị từ SONAR prepare (1); SONAR //chuyển giá trị đo cho s //Xuất biến t s cửa sổ xuất 33 stepping ('i', dt); repeat meas; s:=meas_v*unit_; output (t, s); t:=t+dt; until t>mt; //chuẩn bị cho việc đo SONARcount; sonar (1); + Trên cửa sổ xuất (xem hình trang sau), thiết kế đối tượng sau: - Một hình bitmap để biểu diễn người tham gia thí nghiệm - Một biểu diễn nằm ngang sử dụng để làm phạm vi chuyển động hình bitmap - Một đồng hồ số biết khoảng cách từ người tham gia thí nghiệm SONAR - Một đồ thị tọa độ - thời gian 34 + Tiến hành thí nghiệm - Cho người tham gia thí nghiệm đứng vào vị trí - Cho thực đồ án - Ra tín hiệu cho người tham gia thí nghiệm bước phía trước, dừng lại lùi sau - Xem kết đo đạc từ thí nghiệm hình * Một số đồ án thiết kế với PAKMA 2002 PAKMA 2002 có sưu tập thí nghiệm nhiều mô hình theo chủ đề khác nội dung Vật lý phổ thông đại học Các đồ án tìm thấy CD với tài liệu hướng dẫn trang web: http://didaktik.physik.uniwuerzburg.de + Một số hình ảnh: 35 C KẾT LUẬN Qua việc tìm hiểu ứng dụng phần mềm, thấy tác dụng phần mềm PAKMA 2002 đáp ứng số yêu cầu sau: Tự thiết kế phần mềm thí nghiệm ảo, đo đạc số liệu đại lượng vật lý, phân tích số liệu đó, thiết lập hầu hết thí nghiệm chương trình Vật lý phổ thông Các thí nghiệm xây dựng cách nhanh chóng cho kết xác cao Với ưu phần mềm khả đo đạc số liệu phân tích, vẽ đồ thị thuận lợi cho thực hành có tham gia tập thể học sinh Còn tiếp cận nên lựa chọn phương pháp thiết lập thí nghiệm trước lên lớp kết nối với file thí nghiệm từ môi trường giảng Powerpoint Bên cạnh thí nghiệm Vật lý phổ thông bạn tìm hiểu thí nghiệm phần tử phi tuyến ứng dụng mạch điện tử phức tạp, thí nghiệm mang tính ứng dụng đời sống hàng ngày Phần mềm thí nghiệm ảo vật lý PAKMA có nhiều ứng dụng thiết thực việc thiết kếcác thí nghiệm ảo, tính toán, phân tích số liệu, dạy học môn Vật lý Tuy vậy, phần mềm đòi hỏi giáo viên số kỹ lập trình, chuẩn bị trước nhiều thời gian Hy vọng phiên tới có nhiều ưu điểm, thiết kế thí nghiệm nhanh chóng PAKMA 2002 tiếp cận tìm hiểu thời gian ngắn Vì vậy, đề tài này, bước đầu giới thiệu công cụ sử dụng phần mềm, bước thiết kế thí nghiệm số thí nghiệm điển hình Các nội dung lại thực thời gian tới để đề tài bổ sung, hoàn chỉnh ứng dụng dễ dàng tiết dạy Tôi mong nhận tham gia tích cực ý kiến góp ý quý thầy cô đồng nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 [1] Nguyễn Đức Thâm (2002), Phương pháp dạy học Vật lí trường phổ thông, NXB Đại học Sư Phạm Hà Nội [2] Nguyễn Bảo Hoàng Thanh (2004), Phương pháp giảng dạy Vật lí [3] Phạm Xuân Quế (2007), Giáo trình sử dụng máy vi tính dạy học Vật lí, NXB trường Đại học Sư Phạm Hà Nội [4] Phạm Khắc Hùng, Ứng dụng công nghệ thông tin giảng dạy Vật lí, NXB trường Đại học Bách khoa Hà Nội [5] Trần Chí Minh, Thí nghiệm Vật lí với trợ giúp máy tính điện tử, NXB trường Đại học Bách khoa Hà Nội [6] Website: giaovien.net; luanvan.co 37 [...]... cạnh các thí nghiệm Vật lý phổ thông bạn có thể tìm hiểu các thí nghiệm về các phần tử phi tuyến ứng dụng các mạch điện tử phức tạp, các thí nghiệm mang tính ứng dụng trong đời sống hàng ngày Phần mềm thí nghiệm ảo vật lý PAKMA đã có nhiều ứng dụng thiết thực trong vi c thiết kếcác thí nghiệm ảo, tính toán, phân tích số liệu, trong dạy học môn Vật lý Tuy vậy, phần mềm đòi hỏi giáo vi n một số kỹ năng... diện ứng dụng, PAKMA là một hệ thống phần mềm mở trong đó giáo vi n và học sinh (GV-HS) có thể tạo ra những sản phẩm phù hợp với nhu cầu giảng dạy và học tập của mình Với PAKMA GV-HS có thể sử dụng máy vi tính như là một thiết bị đo vạn năng trong các thí nghiệm vật lý, phân tích số liệu đo được từ thí nghiệm đó và sau cùng là mô phỏng các quá trình vật lý bằng cách xây dựng những mô hình toán học cho... hiện mô hình trong môi trường tích hợp của PAKMA Nhờ khả năng hoạt hình hóa bằng đồ thị và các biểu diễn vật lý động (ứng dụng các phần tử hoạt hình), PAKMA cung cấp cho GV-HS nhiều khả năng mới trong vi c dạyhọc môn vật lý như: - Tính toán các mô hình và hệ mô phỏng bất kỳ - Lập quan hệ giữa các số liệu cung cấp bởi lý thuyết và các giá trị đo được - Biểu diễn hoặc so sánh các số liệu này trong các biểu... bằng các đối tượng động Những công vi c này có thể được kết hợp với nhau một cách tùy ý và được thực hiện trong chế độ thời gian thực Tuy nhiên, do hạn chế về mặt thiết bị nên trong tài liệu này chỉ đề cập đến vi c mô hình hoá và trình diễn lại các thí nghiệm đã được thực hiện mà không nói đến vi c thiết kế thí nghiệm có sử dụng phần mềm PAKMA làm công cụ 2.2 Cách sử dụng phần mềm PAKMA 2002 2.2.1 Cài... thật của giá trị của biến đó trong quá trình đo đạc hoặc mô hình hóa thì bấm chọn vào ô chọn (check box) tương ứng của biến đó trong cột Tự động của biến tương ứng (Trong bảng trên thì biến v1 được khai báo là có sử dụng chức năng tự động thay đổi khoảng biến thiên) Có thể thấy sự khác biệt của vi c có và không có sử dụng chức năng này đối với hai biến x1 và x2 ở hình dưới Trong trường hợp thứ nhất,... thiết kế sẵn người GV có thể tự chế tạo các thiết bị đo tương thích với phần cứng của PAKMA hoặc sử dụng những thiết bị đã có sẵn trên thị trường Ví dụ: GV có thể sử dụng con chuột của máy vi tính như là một thiết bị cảm ứng chuyển động trong mặt phẳng, có thể dùng các thiết bị đo có đầu nối với máy vi tính thông qua các cổng COM hoặc LPT…) để tiến hành các thí nghiệm VL tự thiết kế Để có thể thực... biến thiên của các biến số xuất Những biến số này được sử dụng để 15 biểu diễn các đại lượng trong cửa sổ xuất và được khai báo trong chương trình nhân + Bảng các giá trị đầu cho các biến số + Một hoặc nhiều cửa sổ đồ họa (gọi là cửa sổ xuất dữ liệu hay gọn hơn: cửa sổ xuất) Tập tin số liệu đo đạc (thu được khi sử dụng PAKMA để đo các đại lượng Vật lý trong thí nghiệm) Một khi đã thiết kế đầy đủ các thành... những giá trị có trong cột Ngầm định sang cột Giá trị mới - Nút Giá trị cuối: chuyển những giá trị có trong cột Giá trị cuối sang cột Giá trị mới Ngoài bảng các giá trị đầu thì ta có thể khai báo giá trị đầu cho các biến trong chương trình nhân Nếu một biến được khai báo giá trị cả trong bảng Các giá trị đầu lẫn trong chương trình nhân thì chỉ có giá trị trong chương trình nhân được sử dụng Nếu không... các phép tính toán, có thể sử dụng đồng thời nhiều cửa sổ xuất và bố trí nhiều phần tử xuất dữ liệu trong mỗi cửa sổ Để tạo một cửa sổ xuất mới, chọn Xuất → Tạo cửa sổ xuất mới Một hộp thoại xuất hiện để khai báo những thông tin cần thiết cho cửa sổ xuất mới Tên của cửa sổ xuất mới được khai báo trong hộp Tiêu đề Kích thước của cửa sổ được khai báo trong phần Kích thước của cửa sổ Có thể sử dụng một... nhờ VisEdit + Vi t chương trình nhân (hoặc nhờ VisEdit tạo ra chương trình nhân) + Khai báo giá trị đầu cho các biến sử dụng trong chương trình nhân + Khai báo khoảng biến thiên của các biến (điều này đặc biệt có ý nghĩa đối với 24 vi c biểu diễn số liệu bằng đồ thị hoặc bằng các phần tử hoạt hình) + Thiết kế các cửa sổ xuất + Lưu đồ án lên đĩa + Thực hiện đồ án + Thêm, bớt các đối tượng đồ hoạ trong ... luận dạy học vật lý, Vi n vật lý thiên văn, Đại học Wuerzburg, CHLB Đức) chủ trì Đây sản phẩm thiết kế theo quan điểm kết hợp ba xu hướng vi c ứng dụng tin học vào dạy học, dùng máy vi tính là:... liệu PP dạy học VL, PP thiết kế sử dụng TN mô Tham khảo ý kiến giáo vi n giảng dạy môn Phương pháp dạy học Vật lí, giáo vi n trường phổ thông, kinh nghiệm internet B NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÍ LUẬN... tính Về thực chất mô có xác hay không xác đặc điểm quan trọng phần mềm mô dạy học Vật lí mà mục đích vi c mô quan trọng Trong dạy học Vật lí có hai mục đích mô khác nhau: - Mô tượng, trình vật