Nghiên cứu và so sánh một số phần mềm dùng trong mô phỏng thí nghiệm vật lý ở chương trình phổ thông

Lời cảm ơn Sau thời gian nỗ lực thực đề tài: “Nghiên cứu so sánh số phần mềm dùng mô thí nghiệm vật lý chương trình phổ thông” phần hoàn thành Ngoài cố gắng thân, nhận khích lệ nhiều từ phía nhà trường, thầy cô, gia đình bạn bè Trước hết, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo trường Đại học Quảng Bình truyền đạt kiến thức quý báu cho trình học tập Đặc biệt, xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo, ThS Hoàng Văn Thành - giảng viên khoa Kỹ thuật - Công nghệ trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ trình thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo khoa Kỹ thuật - Công nghệ khoa Khoa học Tự nhiên động viên tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành đề tài khoá luận Mặc dù cố gắng lần đầu nghiên cứu khoa học, kinh nghiệm thời gian nghiên cứu hạn chế nên chắn không tránh khỏi thiếu sót trình hoàn thiện đề tài Vì vậy, mong đóng góp ý kiến quý thầy cô, bạn quan tâm đến đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn! Đồng Hới, tháng năm 2016 Tác giả Đậu Thị Duyên MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục tiêu đề tài 3 Giả thuyết khoa học .3 Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu .3 Phương pháp nghiên cứu đề tài 7.1 Nghiên cứu lý thuyết 7.2 Nghiên cứu thực tiễn Những đóng góp luận văn .4 Cấu trúc luận văn CHƢƠNG 1: VẤN ĐỀ ĐỔI MỚI PHƢƠNG PHÁP VÀ NGUYÊN TẮC TẠO, SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở CHƢƠNG TRÌNH PHỔ THÔNG 1.1 Khả hỗ trợ phần mềm dạy học vật lý vấn đề đổi phương pháp dạy học 1.1.1 Phương pháp dạy học vật lý theo định hướng đổi 1.1.2 Khái niệm phần mềm dạy học vật lý 1.1.3 Khả hỗ trợ phần mềm dạy học vật lý 1.2 Tại nên sử dụng thí nghiệm ảo dạy học vật lý 10 1.3 Nguyên tắc tạo sử dụng thí nghiệm ảo dạy học vật lý trường phổ thông .10 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU CHƢƠNG TRÌNH CROCODILE PHYSICS, INTERCTIVE PHYSICS VÀ YENKA 12 2.1 Giới thiệu chương trình Crocodile Physics 12 2.1.1 Khởi động chương trình 12 2.1.2 Màn hình giao diện 12 2.1.3 Giới thiệu tổng quan thành phần 12 2.1.4 Khung làm việc 13 2.1.5 Các thao tác chung chương trình 14 2.1.6 Các bước để tạo thí nghiệm 16 2.1.7 Các kho dụng cụ thí nghiệm 17 2.2 Giới thiệu chương trình Interactive Physics 20 2.2.1 Khởi động chương trình 20 2.2.2 Màn hình giao diện 21 2.2.3 Các thành phần menu 24 2.2.4 Một số thao tác chỉnh sửa mô 31 2.2.5 Các bước để thiết kế thí nghiệm mô 32 2.3 Giới thiệu phần mềm Yenka 33 2.3.1 Khởi động chương trình 33 2.3.2 Màn hình giao diện 33 2.3.3 Giới thiệu tổng quan thành phần 33 2.3.4 Các bước để thiết kế thí nghiệm mô 36 2.4 So sánh chương trình Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka .37 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG TẠO MỘT SỐ THÍ NGHIỆM TRÊN BA PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS, INTERACTIVE PHYSICS VÀ YENKA 39 3.1 Một số thí nghiệm mô phần mềm Crocodile Physics 39 3.1.1 Thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng 39 3.1.2 Thí nghiệm mạch điện nối tiếp 41 3.1.3 Thí nghiệm tượng khúc xạ ánh sáng 42 3.2 Một số thí nghiệm mô phần mềm Interactive Physics 44 3.2.1 Thí nghiệm sóng 44 3.2.2 Thí nghiệm định luật bảo toàn lượng 45 3.2.3 Thí nghiệm định luật Newton 46 3.2.4 Thí nghiệm định luật Ohm 46 3.3 Một số thí nghiệm mô phần mềm Yenka .47 3.3.1 Thí nghiệm ánh sáng 47 3.3.2 Thí nghiệm dao động lò xo 48 3.3.3 Thí nghiệm đoạn mạch song song 49 3.4 So sánh 49 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Màn hình giao diện phần mềm Crocodile Physics 12 Hình 2.2 Màn hình giao diện phần mềm Interactive Physics 21 Hình 2.3 Màn hình giao diện phần mềm Yenka 33 Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm chuyển động thẳng 39 Hình 3.2 Đường biểu diễn phương trình chuyển động thẳng 41 Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm mạch điện nối tiếp .41 Hình 3.4 Sơ đồ mạch điện nối tiếp 42 Hình 3.5 Mô hình thí nghiệm tượng khúc xạ ánh sáng .42 Hình 3.6 Mô hình thí nghiệm sóng .44 Hình 3.7 Mô hình thí nghiệm định luật bảo toàn lượng .45 Hình 3.8 Mô hình thí nghiệm định luật II Niwton 46 Hình 3.9 Mô hình thí nghiệm định luật Ohm 46 Hình 3.10 Mô hình thí nghiệm ánh sáng .47 Hình 3.11 Mô hình thí nghiệm dao động lò xo 48 Hình 3.12 Mô hình thí nghiệm mạch điện gồm bốn đèn mắc song song 49 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng so sánh Crocodile Physics Interactive Physics 37 Bảng 2.2 Bảng so sánh Crocodile Physics Yenka .38 Bảng 3.1 Bảng so sánh Crocodile Physics Interactive Physics 50 Bảng 3.2 Bảng so sánh Crocodile Physics Yenka .51 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Hiện sống phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ hội nhập hợp tác quốc tế nước ta với cộng đồng quốc tế Việc nước ta gia nhập vào tổ chức thương mại quốc tế (WTO)…đã tác động vào tất lĩnh vực đời sống xã hội có lĩnh vực giáo dục Để theo kịp phát triển khoa học hòa nhập vào kinh tế giới, toàn ngành giáo dục phải có đổi toàn diện đồng nhằm đào tạo người có trình độ văn hóa cao, ham học hỏi, động, sáng tạo, có kỹ thực hành giỏi, biết sử dụng phương tiện đại, chủ động đưa cách thức tốt để chiếm lĩnh tri thức, có ý thức vươn lên làm chủ khoa học công nghệ Nghị Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ X xác định: đẩy mạnh công nghiệp hóa, đại hóa phát triển kinh tế tri thức, đưa nước ta trở thành nước công nghiệp theo hướng đại vào năm 2020 Trong nguồn lực để phát triển đất nước nhanh, hiệu quả, bền vững, định hướng nguồn lực người yếu tố Muốn xây dựng nguồn lực người, phải đẩy mạnh đồng giáo dục đào tạo, khoa học công nghệ xây dựng văn hóa tiên tiến, đậm đà sắc dân tộc Trong công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước, đổi phát triển giáo dục Việt Nam vấn đề tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực cho kinh tế tri thức Chỉ thị 58-CT/TW Bộ Chính trị ngày 17/10/2000 khẳng định: “Đẩy mạnh công nghệ thông tin công tác giáo dục đào tạo tất cấp học, bậc học, ngành học” Trước bối cảnh đó, đổi phương pháp dạy học cần thiết Nghị hội nghị lần Ban chấp hành Trung ương Đảng khóa VIII rõ: “Đổi mạnh mẽ phương pháp giáo dục – đào tạo, khắc phục lối truyền thụ chiều, rèn luyện thành nếp tư sáng tạo người học Từng bước áp dụng phương pháp tiên tiến phương tiện đại vào trình dạy học ”[3] Trong thông báo kết luận Bộ trị tiếp tục thực Nghị Trung ương (khóa VIII) phương hướng phát triển giáo dục đào tạo đến năm 2020 có nhấn mạnh: “Tiếp tục đổi phương pháp dạy học, khắc phục lối truyền thụ chiều Phát huy phương pháp dạy học tích cực, sáng tạo, hợp tác…”[4] Tại điều 28 Luật quy định: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo học sinh; phù hợp với đặc điểm lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh” [giáo dục Quốc hội khóa XI, kỳ họp thứ thông qua ngày 14 tháng năm 2005] Chiến lược phát triển giáo dục 2001 – 2010 nêu: “Đổi 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 trình tiếp cận tri thức; dạy cho người học phương pháp tự học, tự thu nhận thông tin cách có hệ thống có tư phân tích, tổng hợp, phát triển lực cá nhân; tăng cường tính chủ động, tính tự chủ học sinh, sinh viên trình học tập…”[2] Nhận thức tầm quan trọng công nghệ thông tin đổi giáo dục, Chỉ thị số 29/2001/CT-BGD&ĐT, Bộ trưởng Bộ giáo dục Đào tạo rõ: “Ứng dụng phát triển công nghệ thông tin giáo dục đào tạo tạo bước chuyển biến trình đổi nội dung, chương trình, phương pháp giảng dạy, học tập quản lý giáo dục”[1] Hiện nay, phát triển công nghệ thông tin mở triển vọng to lớn việc đổi phương pháp dạy học Hầu hết trường trang bị máy vi tính, phòng học công nghệ thông tin, kết nối Internet…Máy vi tính sử dụng dạy học để hỗ trợ nhiệm vụ trình dạy học hỗ trợ đắc lực cho việc dạy học chương trình theo hướng tích cực hóa người học Với trợ giúp máy vi tính phần mềm dạy học, giáo viên tổ chức trình học tập học sinh theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo hoạt động nhận thức học sinh Vật lý học khoa học thực nghiệm Vì vậy, trình dạy học, giáo viên cần tích cực dùng thí nghiệm phương tiện dạy học khác nhằm tái tạo trình tìm kiếm tri thức vật lý, kiểm chứng tính đắn định luật, giải thích tượng vật lý…nhờ kích thích hứng thú học tập, làm tăng niềm tin vào khoa học cho học sinh Hiện có nhiều phần mềm mô hỗ trợ dạy học vật lý như: Working Model, Crocodile Physics, Interactive Physics, PAKMA, Yenka, Physics Simulations… Trong nhóm phần mềm mô vật lý Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka ba phần mềm có nhiều tính năng, gọn nhẹ sử dụng thuận tiện Phần mềm Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka cho phép thiết kế thí nghiệm mô sinh động, hấp dẫn, mang lại hiệu việc phân tích tượng, đặc biệt thực thí nghiệm thực để giải tập vật lý… Những thí nghiệm mô tạo điều kiện tốt cho học sinh quan sát, thu thập thông tin… Nhờ học sinh hứng thú hơn, hoạt động nhận thức có hiệu hơn, từ góp phần nâng cao chất lượng dạy học trường phổ thông Để tạo nguồn tư liệu tham khảo, hỗ trợ việc dạy học cho giáo viên học sinh, đáp ứng xu hướng vận dụng công nghệ thông tin đổi phương pháp dạy học, chọn đề tài: “Nghiên cứu so sánh số phần mềm dùng mô thí nghiệm vật lý chương trình phổ thông” 2 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu khai thác so sánh ba phần mềm mô thí nghiệm vật lý Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka - Thiết kế sử dụng số thí nghiệm vật lý phần mềm Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka phục vụ cho việc dạy học nhằm tích cực hoá hoạt động nhận thức cho học sinh từ nâng cao chất lượng dạy học Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế thí nghiệm mô ba phần mềm Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka sử dụng chúng vào dạy học cách hợp lý góp phần làm đổi phương pháp dạy học theo hướng tích cực hoá hoạt động nhận thức học sinh, từ nâng cao chất lượng dạy – học vật lý chương trình phổ thông Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lý luận dạy học vật lý - Nghiên cứu khai thác phần mềm Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka để thiết kế thí nghiệm mô - Tiến hành thí nghiệm thao tác ba phần mềm Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka Từ so sánh rút kết luận cần thiết Đối tƣợng nghiên cứu - Qúa trình dạy học vật lý trường phổ thông - Các nguyên tắc tạo thí nghiệm ảo dạy học vật lý trường phổ thông - Phần mềm Crocodile Physics - Phần mềm Interactive Physics - Phần mềm Yenka Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung khai thác sử dụng ba phần mềm Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka để thiết kế số thí nghiệm mô chương trình phổ thông Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Để hoàn thành tốt nhiệm vụ nghiên cứu đề tài, sử dụng phương pháp sau đây: 7.1 Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu lý luận dạy học vật lý, nghiên cứu mục tiêu, nội dung, chương trình sách giáo khoa vật lý trung học phổ thông - Nghiên cứu tài liệu sử dụng ba phần mềm Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka dạy học vật lý 7.2 Nghiên cứu thực tiễn Nghiên cứu khai thác ba phần mềm Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka để thiết kế thí nghiệm mô vật lý chương trình phổ thông Những đóng góp luận văn - Qua đề tài này, giáo viên, sinh viên tiếp nhận nhiều hướng ứng dụng công nghệ dạy học, cụ thể biết cách sử dụng chương trình Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka để tạo sử dụng thí nghiệm ảo - Hướng dẫn khai thác sử dụng ba phần mềm Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka để thiết kế thí nghiệm mô chương trình phổ thông Cấu trúc luận văn Luận văn có cấu trúc sau: - Phần mở đầu: Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu đề tài 7.1 Ngiên cứu lý thuyết 7.2 Nghiên cứu thực tiễn Những đóng góp luận văn - Phần nội dung: Chương 1: Vấn đề đổi phương pháp nguyên tắc tạo, sử dụng thí nghiệm ảo dạy học vật lý trường phổ thông 1.1 Khả hỗ trợ phần mềm dạy học vật lý vấn đề đổi phương pháp dạy học 1.1.1 Phương pháp dạy học vật lý theo định hướng đổi 1.1.2 Khái niệm phần mềm dạy học vật lý 1.1.3 Khả hỗ trợ phần mềm dạy học vật lý 1.2 Tại nên sử dụng thí nghiệm ảo dạy học vật lý 1.3 Nguyên tắc tạo sử dụng thí nghiệm ảo dạy học vật lý trường phổ thông Chương 2: Giới thiệu chương trình Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka 2.1 Giới thiệu chương trình Crocodile Physics 2.1.1 Khởi động chương trình 2.1.2 Màn hình giao diện 2.1.3 Giới thiệu tổng quan thành phần 2.1.4 Khung làm việc 2.1.5 Các thao tác chung chương trình 2.1.6 Các bước để tạo thí nghiệm 2.1.7 Các kho dụng cụ thí nghiệm 2.2 Giới thiệu chương trình Interactive Physics 2.2.1 Khởi động chương trình 2.2.2 Màn hình giao diện 2.2.3 Các thành phần menu 2.2.4 Một số thao tác chỉnh sửa mô 2.2.5 Các bước để thiết kế thí nghiệm mô 2.3 Giới thiệu phần mềm Yenka 2.3.1 Khởi động chương trình 2.3.2 Màn hình giao diện 2.3.3 Giới thiệu tổng quan thành phần 2.3.4 Các bước để thiết kế thí nghiệm mô 2.4 So sánh Crocodile Physics, Yenka Interactive Physics Chương 3: Ứng dụng tạo số thí nghiệm ba phần mềm Crocodile Physics, Interactive Physics vàYenka 3.1 Một số thí nghiệm mô phần mềm Crocodile Physics 3.1.1 Thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng 3.1.2 Thí nghiệm mạch điện nối tiếp 3.1.3 Thí nghiệm tượng khúc xạ ánh sáng 3.2 Một số thí nghiệm mô phần mềm Interactive Physics 3.2.1 Thí nghiệm sóng 3.2.2 Thí nghiệm định luật bảo toàn lượng 3.2.3 Thí nghiệm định luật Newton 3.2.4 Thí nghiệm định luật Ohm 3.3 Một số thí nghiệm mô phần mềm Yenka 3.3.1 Thí nghiệm ánh sáng 3.3.2 Thí nghiệm dao động lò xo 3.3.3 Thí nghiệm đoạn mạch song song 3.4 So sánh CHƢƠNG 1: VẤN ĐỀ ĐỔI MỚI PHƢƠNG PHÁP VÀ NGUYÊN TẮC TẠO, SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở CHƢƠNG TRÌNH PHỔ THÔNG 1.1 Khả hỗ trợ phần mềm dạy học vật lý vấn đề đổi phƣơng pháp dạy học 1.1.1 Phương pháp dạy học vật lý theo định hướng đổi Phương pháp cách thức (kiểu) nhận thức, hệ thống cách thức tiến hành công việc Các nhà nghiên cứu cho khái niệm phương pháp bắt nguồn từ tiếng Hy lạp Theo nguyên nghĩa tiếng Hy lạp, “mesthodos” có nghĩa đường, cách thức hoạt động để đạt mục đích Nói phương pháp biện chứng, phương pháp thực nghiệm, phương pháp khảo sát thực tế nói tới phương pháp với ý nghĩa cách thức (kiểu) nhận thức Nhưng nói làm việc có phương pháp, phương pháp nghiên cứu, phương pháp học tập, phương pháp dạy học lại nói phương pháp với ý nghĩa hệ thống cách thức làm việc, nghiên cứu, học tập, dạy học… Với ý nghĩa rộng vậy, phương pháp phương diện quan trọng sống Có nhiều định nghĩa khác phương pháp dạy học, sau vài định nghĩa thường gặp: Theo Vũ Quốc Long: “Phương pháp dạy học cách thức tiến hành hoạt động dạy học nhằm đạt mục tiêu cao hiệu lớn việc hình thành nhân cách”[9] Theo Nguyễn Ngọc Quang: “Phương pháp dạy học cách thức làm việc thầy trò phối hợp thống đạo thầy, nhằm làm cho trò tự giác, tích cực, tự lực đạt tới mục đích dạy học”[7] Theo Iu.K.Babanski (1983): “Phương pháp dạy học cách thức tương tác thầy trò nhằm giải nhiệm vụ giáo dưỡng, giáo dục phát triển trình dạy học” Ngoài có định nghĩa khác, chưa có ý kiến thống định nghĩa khái niệm phương pháp dạy học nhìn chung định nghĩa sau: Phương pháp dạy học đường, cách thức, hệ thống trình tự hoạt động người dạy người học, người dạy sử dụng để tổ chức hoạt động học tập hướng dẫn người học tự lực, chủ động, tích cực đạt kiến thức; rèn luyện phát triển kỹ năng, lực nhận thức góp phần hình thành phẩm chất nhân cách mà mục tiêu giáo dục đặt Trong trình dạy học, sử dụng phương pháp đơn mà thường có phối hợp vài phương pháp Trong có phương pháp đóng vai trò chủ đạo CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG TẠO MỘT SỐ THÍ NGHIỆM TRÊN BA PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS, INTERACTIVE PHYSICS VÀ YENKA 3.1 Một số thí nghiệm mô phần mềm Crocodile Physics 3.1.1 Thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng a, Mô hình thí nghiệm Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm chuyển động thẳng Chuyển động thẳng chuyển động có quỹ đạo đường thẳng tốc độ quãng đường b, Hướng dẫn sử dụng Chú ý: Nút trạng thái Pause Nút trạng thái Play Nút Nút dùng để tải lại thí nghiệm từ file gốc nhớ dùng phóng to đầy hình tiến hành thí nghiệm - Xe chạy mặt đất + Vận tốc xác định Number + Toạ độ x xác định Nmber - Trục toạ độ hai đường vuông góc màu xám (như thí nghiệm trên) Right Click vào khung làm việc, chọn Scene Properties Trong mục Properties, chọn 39 Motion hộp Text Chọn mục Visual Setting Thiết kế ô check hình vẽ, trục toạ độ Muốn di chuyển trục cần click mouse vào kéo - Đồ thị Graph có trục toạ độ x (Displacement (x)), trục thời gian Simulation Time tham chiếu tới xe để đo toạ độ (Displacement (x)) từ tự vẽ đồ thị (x,t) - Sử dụng vẽ đồ thị (x,t) + Load file thí nghiệm Để trạng thái ban đầu + Chỉnh Number = để đưa xe vị trí gốc toạ độ + Chỉnh Number = m.s-1 để cấp vận tốc đầu cho xe + Click nút để Play + Chờ xe chạy gần hết quãng đường đồ thị rõ đường thẳng click nút - để Pause 40 - Kết quả: + Thấy tượng + Học sinh quan sát dạng đồ thị chuyển động thẳng đều, từ so sánh với lý thuyết + Học sinh tính vận tốc xe từ đồ thị, so sánh với kết thực tế thí nghiệm để kiểm nghiệm công thức SGK: v = tanα = x  x0 t Hình 3.2 Đƣờng biểu diễn phƣơng trình chuyển động thẳng Trong chuyển động thẳng đều, hệ số góc đường biểu diễn toạ độ theo thời gian có giá trị vận tốc + Khi v > 0, tanα > 0, đường biểu diễn lên phía trên( hình 3.2) + Khi v < 0, tanα < 0, đường biểu diễn xuống phía c, Ứng dụng Sử dụng dạy bài: “Vận tốc chuyển động thẳng – chuyển động thẳng đều” (SGK) phần 5,6 3.1.2 Thí nghiệm mạch điện nối tiếp a, Mô hình thí nghiệm Hình 3.3 Mô hình thí nghiệm mạch điện nối tiếp 41 b, Hướng dẫn sử dụng - Giáo viên nghiên cứu mạch điện, đóng khoá giúp học sinh thu số liệu tín hiệu từ thí nghiệm - Kết quả: + Học sinh nhận mắc thêm đèn khác nối tiếp đèn bị mờ so với độ sáng đèn chưa mắc thêm đèn + Học sinh thu giá trị từ Ampe kế Vôn kế, từ rút tính chất I, U kiểm tra lại lý thuyết Hình 3.4 Sơ đồ mạch điện nối tiếp - Rút kết luận: - Đối với đoạn mạch gồm hai điện trở mắc nối tiếp: + Cường độ dòng điện có giá trị điểm: I = I1= I2 + Hiệu điện hai đầu đoạn mạch tổng hai hiệu điện hai đầu điện trở thành phần: U = U1 + U2 c, 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 3.1.3 Thí nghiệm tượng khúc xạ ánh sáng a, Mô hình thí nghiệm Hình 3.5 Mô hình thí nghiệm tƣợng khúc xạ ánh sáng 42 b, Hướng dẫn - Thí nghiệm cho nguồn sáng phát tia sáng, chiếu tia sáng vào không khí cho tia ló chiếu vào môi trường nước + Mặt phẳng chứa tia tới SI pháp tuyến NN’ mặt phẳng tới + Tia khúc xạ IK nằm mặt phẳng tới + Góc tới lớn góc khúc xạ - Giảm số đo góc tới góc khúc xạ giảm mô hình minh hoạ sau: - Nếu tăng góc tới góc khúc xạ tăng theo * Rút kết luận: - Định nghĩa tượng khúc xạ ánh sáng: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng tượng ánh sáng truyền qua mặt phân cách hai môi trường suốt tia sáng bị gãy khúc (đổi hướng đột ngột) mặt phân cách hai môi trường - Khi tia sáng truyền từ không khí sang nước, góc khúc xạ nhỏ góc tới - Định luật khúc xạ ánh sáng: 43 + Tia khúc xạ nằm mặt phẳng với tia tới bên pháp tuyến so với pháp tuyến + Đối với hai môi trường suốt định, tỉ số sin góc tới (sini) với sin góc khúc xạ (sinr) luôn số c, Ứng dụng Sử dụng dạy bài: “Hiện tượng khúc xạ ánh sáng” Vật lý 3.2 Một số thí nghiệm mô phần mềm Interactive Physics 3.2.1 Thí nghiệm sóng a, Mô hình thí nghiệm Hình 3.6 Mô hình thí nghiệm sóng Mô cho thấy chồng chất sóng từ hai máy phát sóng tạo tần số khác - Sóng tần số nhịp mô hai máy phát điện có tần số khác b, Hướng dẫn sử dụng Thiết lập tần số hai máy phát sóng Nhấn Run quan sát sóng tạo máy phát điện tổng sóng Lặp lại bước với giá trị đầu vào khác Nhấn vào ô mép bên trái đồ thị hiển thị sóng riêng rẽ sóng đồng thời - Nhận xét: + Sóng A vs B có biên độ nên bên đồ thị biễu diễn độ cao sóng + Biên độ sóng biên độ dao động phần tử môi trường điểm + Hai máy phát sóng với tần số khác Tần số cao chạy nhanh + Bước sóng quảng đường mà sóng truyền chu kì dao động 44 + Đường màu đen biểu diễn A+B sóng giao thoa với tạo thành + Máy phát sóng quay hết vòng tròn thực xong chu kì + Đồ thị biểu diễn đồ thị hình sin + Phương trình sóng: Um(t) = A cos[2π( t T x )]  c, Ứng dụng Dạy bài: “Sóng Phương trình sóng” 3.2.2 Thí nghiệm định luật bảo toàn lượng a, Mô hình thí nghiệm Hình 3.7 Mô hình thí nghiệm định luật bảo toàn lƣợng b, Hướng dẫn sử dụng Nhấn Run Quan sát: + Đường màu xanh dương biểu diễn hấp dẫn + Đường màu đỏ biểu diễn đàn hồi + Đường màu xanh biểu diễn động + Đường màu đen biểu diễn tổng lượng - Rút kết luận : Tổng lượng lò xo tổng hấp dẫn, đàn hồi động - Nội dung định luật bảo toàn chuyển hóa lượng: lượng không tự nhiên sinh không tự nhiên đi, chuyển hóa từ dạng sang dạng khác từ vật sang vật khác c, Ứng dụng Dạy bài: “Năng lượng chuyển hoá lượng”, “Định luật bảo toàn lượng” 45 3.2.3 Thí nghiệm định luật Newton a, Mô hình thí nghiệm Hình 3.8 Mô hình thí nghiệm định luật II Niwton b, Hướng dẫn sử dụng Nhấn nút Run Quan sát ảnh hưởng trọng lực táo * Khái quát hoá từ nhiều quan sát thí nghiệm, Newton xác định mối liên hệ lực, khối lượng gia tốc, nêu lên thành định luật II Niwton: Gia tốc vật hướng với lực tác dụng lên vật Độ lớn vectơ gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn vectơ lực tác dụng lên vật tỉ lệ nghịch với khối lượng vật c, Ứng dụng Dạy bài: “Định luật II Niwton” 3.2.4 Thí nghiệm định luật Ohm a, Mô hình thí nghiệm Hình 3.9 Mô hình thí nghiệm định luật Ohm 46 b, Hướng dẫn sử dụng Nhấn nút Run Quan sát điện áp định (U) điện trở (R), giá trị dòng điện (I) dọc theo dây không đổi * Định luật Ohm: Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện đặt vào hai đầu dây tỉ lệ nghịch với điện trở dây: I = U R c, Ứng dụng Dạy bài: “Điện trở dây dẫn Định luật Ohm” 3.3 Một số thí nghiệm mô phần mềm Yenka 3.3.1 Thí nghiệm ánh sáng a, Mô hình thí nghiệm Hình 3.10 Mô hình thí nghiệm ánh sáng * Trên mô hình sóng với bảy màu sắc khác ánh sáng Từ đó, so sánh bước sóng tần số màu sắc b, Hướng dẫn sử dụng - Quan sát tần số sóng - Mối quan hệ tần số ánh sáng màu sắc - Mối quan hệ bước sóng ánh sáng màu sắc - Mối quan hệ vận tốc ánh sáng tần số/bước sóng - Từ đó, học sinh nêu định nghĩa tốc độ sóng - Định nghĩa bước sóng * Kết luận: Ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu gọi màu đơn sắc Mỗi màu đơn sắc môi trường có bước sóng xác định 47 Khi truyền qua môi trường suốt khác vận tốc ánh sáng thay đổi, bước sóng ánh sáng thay đổi tần số ánh sáng không thay đổi Bước sóng quảng đường mà sóng truyền chu kì dao động Tốc độ sóng (ký hiệu v) tốc độ truyền pha dao động c, Ứng dụng Dạy bài: “Tán sắc ánh sáng” 3.3.2 Thí nghiệm dao động lò xo a, Mô hình dao động Hình 3.11 Mô hình thí nghiệm dao động lò xo * Trên mô hình dao động lò xo theo phương thẳng đứng b, Hướng dẫn sử dụng - Quan sát dao động lò xo Đó đồ thị hình sin - Sự biến đổi năng, động năng: + Khi lò xo dao động lên: tăng, động giảm + Khi lò xo dao động xuống: động tăng, giảm - Quan sát đồ thị hình sin động lò xo - Quan sát đồ thị hình sin lò xo - Rút kết luận: Dao động điều hòa dao động có quỹ đạo đoạn thẳng có li độ hàm sin hay cosin theo thời gian Phương trình li độ có dạng chuẩn (thường dùng) là: x = A.cos(ѡ.t + ѱ) Trong đó: x li độ vật (ta hiểu độ lệch vị trí vật so với vị trí cân bằng) Đơn vị m hay cm A biên độ dao động (hay li độ cực đại) Đơn vị m hay cm tần số góc dao động Đơn vị rad/s pha ban đầu Đơn vị rad ( ) pha dao động thời điểm t (gọi vắn tắt pha li độ) Đơn vị rad c, Ứng dụng Dạy bài: “Dao động điều hoà” 48 3.3.3 Thí nghiệm đoạn mạch song song a, Mô hình thí nghiệm Hình 3.12 Mô hình thí nghiệm mạch điện gồm bốn đèn mắc song song b, Hướng dẫn sử dụng - Đóng công tắc cho dòng điện qua bốn đèn quan sát số Vôn kế, Ampe kế: +Số Vôn kế đèn (V) + Số Ampe kế đèn 0.09 (A) - Từ đó, rút kết luận: + Cường độ dòng điện chạy qua mạch tổng cường độ dòng điện chạy qua mạch rẽ: I = I1 + I2 + Hiệu điện hai đầu đoạn mạch song song hiệu điện hai đầu đoạn mạch rẽ: U = U1 = U2 c, Ứng dụng Dạy bài: “Đoạn mạch song song” 3.4 So sánh * Giống nhau: + Là phần mềm tạo thí nghiệm trực quan, làm sáng tỏ lý thuyết, gây hứng thú học tập cho học sinh, giáo dục tính tò mò khoa học, làm cho học sinh nhận thức dễ dàng hơn, lớp học sôi + Đều có khả thiết lập hầu hết thí nghiệm chương trình phổ thông Việt Nam + Cho phép Copy toàn hình ảnh thí nghiệm xây dựng sang môi trường Word để làm hình ảnh minh hoạ cho giảng 49 + Cung cấp số chủ đề có sẵn, theo chương trình tạo chủ đề theo nội dung thí nghiệm + An toàn tạo sử dụng thí nghiệm + Với thí nghiệm ảo lập trình sẵn nên nói gần tất thí nghiệm xác, hình ảnh rõ đẹp + Cho phép phân tích thiết kế, đo đạc đại lượng vật lý đối tượng hệ thống Kết cho dạng vecto, giá trị số hay đồ thị + Các dụng cụ có sẵn máy tính, chí thiết kế sẵn cần thao tác máy tính + Thí nghiệm ảo thực chiếu mà tất học sinh quan sát rõ tất thực đó, đồng thời giáo viên điều chỉnh kích cỡ dụng cụ thí nghiệm cho đủ lớn lớp quan sát rõ ràng * Khác nhau: Vì phần mềm Crocodile Yenka nhà sản xuất Crocodile Clips nên chúng gần tương tự Nên ta so sánh Crocodile Physics với Interactive; Crocodile Physics với Yenka Bảng 3.1 Bảng so sánh Crocodile Physics Interactive Physics Crocodile Physics Interactive Physics + Khi xây dựng thí nghiệm ảo + Cho phép thay đổi thông số phần mềm này, đưa thành phần lần chạy mô vào hình ảnh ghi lại sẵn từ chương trình, xếp + Những phận phụ mô dụng cụ thí nghiệm hoạt ẩn giấu nên gây khó khăn cảnh giống không gian trình xây dựng thí nghiệm phòng thí nghiệm + Có thể sử dụng việc kết + Các phép đo Crocodile Physics hợp với phần mềm khác để tạo dễ thực giáo án điện tử kết hợp với phương + Dữ liệu từ thí nghiệm mô pháp dạy học cách linh hoạt nhằm biểu diễn đồ thị phát huy tính tích cực chủ động học tập đọc giá trị “đo được” học sinh cách nhanh chóng + Thao tác tạo thí nghiệm khó khăn + Có thể thực hàng loạt thí so với Crocodile Physics nghiệm mô lĩnh vực Cơ học, Điện học, Quang học Sóng + Thao tác tạo thí nghiệm dễ dàng so với Interactive Physics + Trong thí nghiệm quang hình đường truyền tia sáng thiết kế cách xác, đặc biệt thí nghiệm tán sắc ánh 50 sáng thấy rõ vị trí màu đơn sắc, di chuyển xoay chuyển nguồn sáng + Trong thí nghiệm sóng thay đổi môi trường truyền sóng ánh sáng (không khí chân không), môi trường truyền sóng âm (nước không khí), môi trường nước + Có thể quan sát lan truyền sóng Bảng 3.2 Bảng so sánh Crocodile Physics Yenka Crocodile Physics Yenka + Các dụng cụ thí nghiệm đa dạng, + Các dụng cụ thí nghiệm hạn chế phong phú + Người học tự thiết kế mô hình + Có sẵn kho thí nghiệm thí nghiệm theo mục đích sử dụng + Mức độ tự chỉnh sửa mô hình + Mức độ tự chỉnh sửa mô hình thí nghiệm cao thí nghiệm hạn chế + Thao tác tạo thí nghiệm đơn giản + Thao tác tạo thí nghiệm khó khăn hơn + Thiết lập thí nghiệm cách dễ + Tập hợp nhiều thí nghiệm toán, dàng hoá, điện tử, vật lý + Trong thí nghiệm chuyển động vật điều chỉnh linh hoạt, thấy phương, chiều độ lớn lực tác dụng trình chuyển động, thiết đặt vận tốc, gia tốc…theo phương, chiều độ lớn tuỳ ý + Chỉ dùng cho thí nghiệm mô vật lý 51 KẾT LUẬN Trên nghiên cứu, so sánh mà qua trình học tập, trình tự học, tham khảo ý kiến quý thầy cô, bạn bè, tham khảo qua sách vở, báo chí internet mà thân tổng hợp Để cho người học biết cách sử dụng ba phần mềm Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka dùng mô thí nghiệm vật lý chương trình phổ thông yêu cầu người học phải biết thao tác bản, biết vận dụng kiến thức linh hoạt vào thiết kế thí nghiệm Bên cạnh người học cần phải biết nguyên tắc tạo thí nghiệm ảo, thường xuyên xây dựng mô hình thí nghiệm rèn luyện kỹ Đề tài tìm hiểu số phần mềm dùng mô thí nghiệm vật lý minh hoạ thí nghiệm vật lý cụ thể Khoá luận tài liệu tham khảo thêm cho giáo viên phổ thông em học sinh trình dạy, học tìm hiểu vấn đề liên quan đến vật lý Trong suốt trình nghiên cứu tìm hiểu cố gắng chắt lọc vấn đề quan trọng giúp người học dễ hiểu Tuy nhiên, thân với kiến thức hạn chế nên đề tài tránh khỏi thiếu sót, mong nhận góp ý, giúp đỡ từ thầy cô trường Đại học Quảng Bình bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô trường Đại học Quảng Bình, thầy cô khoa Kỹ thuật – Công nghệ khoa Khoa học Tự nhiên tận tình giảng dạy, trang bị cho kiến thức cần thiết, bổ ích năm học tập trường Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Hoàng Văn Thành tận tình hướng dẫn hoàn thành tốt đề tài khoá luận tốt nghiệp 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ giáo dục đào tạo (2001), Chỉ thị tăng cường giảng dạy ứng dụng công nghệ thông tin ngành giáo dục giai đoạn 2001-2005 số 29/2001/CT-BGD&ĐT, Hà Nội [2] Bộ giáo dục đào tạo (2002), Chiến lược phát triển giáo dục giai đoạn 2001-2010 [3] Đảng Cộng Sản Việt Nam (1997), Nghị hội nghị lần II Ban chấp hành Trung ương Đảng khoá VIII, Nhà xuất trị quốc gia, Hà Nội [4] Đảng Cộng Sản Việt Nam (2009), Thông báo kết luận Bộ trị tiếp tục thực nghị Trung ương (khoá VIII), phương hướng phát triển giáo dục đào tạo đến năm 2000, Hà Nội [5] Lê Thị Ngọc Thuỷ (2005), Khai thác sử dụng phần mềm Crocodile Physics dạy học Vật lý trường Phổ thông, Luận văn thạc sĩ khoa học giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Huế [6] Ngô Sỹ Hoàng, Khai thác sử dụng phần mềm Interactive Physics vào dạy học chương “Động học chất điểm” vật lý lớp 10 trung học phổ thông, Luận văn thạc sĩ giáo dục học [7] Nguyễn Ngọc Quang, Lý luận dạy học đại cương, Nhà xuất Giáo dục [8] Nguyễn Đức Thâm (chủ biên), Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học vật lý trường phổ thông, Nhà xuất Đại học sư phạm Hà Nội [9] Vũ Quốc Long (chủ biên) (2007), Giáo trình bồi dưỡng tổ trưởng chuyên môn trường Trung học phổ thông, Nhà xuất Hà Nội [10] Trang Web Crocodile Physics: http://www.crocodilephysics.com [11] Trang Web Interactive Physics: http:// www.interactivephysics.com [12] Trang Web Yenka: http:// www.yenka.com 53 ... học, chọn đề tài: Nghiên cứu so sánh số phần mềm dùng mô thí nghiệm vật lý chương trình phổ thông 2 Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu khai thác so sánh ba phần mềm mô thí nghiệm vật lý Crocodile Physics,... học vật lý chương trình phổ thông Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lý luận dạy học vật lý - Nghiên cứu khai thác phần mềm Crocodile Physics, Interactive Physics Yenka để thiết kế thí nghiệm. .. Newton 3.2.4 Thí nghiệm định luật Ohm 3.3 Một số thí nghiệm mô phần mềm Yenka 3.3.1 Thí nghiệm ánh sáng 3.3.2 Thí nghiệm dao động lò xo 3.3.3 Thí nghiệm đoạn mạch song song 3.4 So sánh CHƢƠNG