SKKN sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học lí thuyết vật lí THPT

Sử dụng thí nghiệm ảo dạy học lí thuyết Vật Lí THPT Đề tài: A.ĐẶT VẤN ĐỀ I Lý chọn đề tài Thực trạng a, Giáo dục Việc ứng dụng CNTT dạy học điều cần thiết xu hướng muốn đổi phương pháp dạy học “quan niệm lấy người học làm trung tâm” b, Bộ mơn - Phòng mơn chưa có có việc xếp, quản lí bảo quản trang thiết bị - đồ đùng dạy học chưa hợp lí khoa học - Có thí nghiệm biểu diễn, chứng minh chất lượng số lượng chưa đủ để đảm bảo tốt (thời lượng, hiệu quả…) trình dạy học - Có thí nghiệm khó thực thành cơng nhiều điều kiện thời tiết q nóng, lạnh, ẩm; thiết kế dụng cụ phức tạp, nặng, cồng kềnh, nhỏ khó quan sát; nguồn điện không ổn định; tượng không rõ rệt; độ xác chưa cao - Có tượng Vật Lí trừu tượng, chưa thể thực thí nghiệm để quan sát thấy, ví dụ như: đường sức điện, chuyển động điện tích điện trường (từ trường), mẫu ngun tử Bohr - Có thí nghiệm đắt tiền Giải pháp Khi nghiên cứu ứng dụng phần mềm Physics 2.1(Part II) kết hợp PowerPoint (với đồ dùng dạy học kèm theo: máy vi tính, hình) dạy học Vật Lí chương trình Việc thiết kế, sử dụng thí nghiệm ảo, chứng minh, mơ tượng Vật Lí đem lại hiệu cao dạy học Vật Lí Với phương pháp thay thí nghiệm thật (không kể thực hành) giảm nhiều chi phí việc mua trang thiết bị dạy học Vì vậy, tơi viết sáng kiến kinh nghiệm với đề tài: “Sử dụng thí nghiệm ảo dạy học lí thuyết Vật Lí THPT” II Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 1 Mục tiêu - Tạo niềm tin, đam mê, hứng thú với Vật Lí cho học sinh - Nâng cao chất lượng môn Nhiệm vụ - Nghiên cứu đề xuất phương pháp sử dụng, thiết kế thí nghiệm ảo biểu diễn, chứng minh, mơ tượng Vật Lí lớp 10, 11 phần mềm Physics 2.1(Part II) - Khảo sát tính khả thi hiệu trình dạy học Vật Lí có sử dụng Physics 2.1(Part II) III Khách thể, đối tượng phạm vi nghiên cứu Khách thể Học sinh với môn Vật Lí Đối tượng - Phần mềm Physics 2.1(Part II) - Tính khả thi hiệu Phạm vi nghiên cứu Chương trình Vật Lí lớp 10 11 Giả thuyết khoa học Trong tương lai, nhà trường THPT xây dựng dựa mơ hình lớp học TLC (Teaching And Learning With Computer), chương trình dạy học theo dự án Phần mềm Physics 2.1(Part II) cần thiết khơng thể thiếu q trình dạy học Vật Lí Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý luận: a Thu thập thông tin lý luận ứng dụng công nghệ thơng tin dạy học Vật Lí tập san giáo dục, tham luận diễn đàn Vật Lí Website (Internet) - Phương pháp quan sát: Quan sát hoạt động học sinh tiết Vật Lí - Phương pháp điều tra: Trò chuyện, trao đổi với học sinh B NỘI DUNG I Tổng quan Physics 2.1(Part II) Thông tin nhóm tác giả, chương trình Download cài đặt - Vào website http://www.Training.us http://www.develop.com để tải chương trình mua đĩa “Các thí nghiệm chứng minh Cơ, nhiệt, điện, quang THPT” 147 Hoàng Diệu- TP Đà Nẵng(0511-3582217) - Thuộc dạng “tự chạy”, chạy file sau: Giao diện Chức - nội dung Đây phần mềm vi tính thiết kế thí nghiệm ảo biểu diễn, chứng minh, mơ tượng Vật Lí điện, từ trường, quang học vật lí đại Có thể nghiệm lại số toán 5 Ưu điểm - Không cần cài đặt phức tạp, chạy đĩa CDR hoặccó thể chép vào ổ đĩa cứng máy vi tính để sử dụng - Tính linh động, với dung luợng 280MB nên lưu trữ ổ cứng di động - Hoạt động tốt hệ điều hành từ Windows 98 đến Windows XP với cấu hình máy tính khơng cao - “Nhẹ”, chiếm nhớ Ram - tài nguyên hệ thống máy tính - Giá rẻ, khoảng 7000đồng/1CDR - Nội dung phong phú, đa dạng, dễ hiểu, dễ nhớ lâu - Trực quan, sinh động, đẹp, xác - Dễ dàng thao tác sử dụng II Một số dạy học minh hoạ tiêu biểu Thiết kế thí nghiệm ảo kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng Bước 1: Phác thảo sơ đồ thí nghiệm Thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo tồn động lượng mơ tả SGK gồm xe lăn chuyển động đệm khơng khí Do đó, ta cần tạo va chạm xe lăn chuyển động mặt phẳng ngang không ma sát để thu thập số liệu cần thiết nhằm kiểm chứng định luật Bước 2: Tạo không gian làm việc riêng cho thí nghiệm Trong thí nghiệm này, ta cần số liệu vận tốc xe lăn sau va chạm Chính vậy, cần tạo khơng gian thí nghiệm vừa đủ để xe lăn chuyển động va chạm vào Hình Ta chọn mục Space kéo rê chuột sang khung làm việc để tạo không gian tiến hành thí nghiệm ( hình 1) Bước 3: Đưa thiết bị từ kho vào không gian làm việc Để tiến hành thí nghiệm này, ta cần có thiết bị nút hiển thị sau: Tên thiết bị Hình ảnh thể Hình ảnh thiết bị ,nút hiển thị Công dụng Tạo va chạm để kiểm chứng định luật Nhập vào số liệu khối lượng, vận tốc thu thập số liệu vận tốc sau va chạm để kiểm chứng định luật Xe đẩy Hộp nhập số liệu Mặt phẳng ngang Tạo mặt phẳng ngang không ma sát Số lượng Dụng cụ xe lăn mặt phẳng ngang lấy từ kho thiết bị học (Nhóm Motion & ForceMotion) (hình 2) Nhấp chuột lên dụng cụ tương ứng kéo rê sang phần khơng gian tiến hành thí nghiệm Hộp nhập số liệu lấy từ kho thiết bị hiển thị (Presentation) (hình 3) Ta cần có hộp nhập số liệu, cần ý số liệu ta nhập vào số liệu khối lượng vận tốc hai xe trước va chạm Sau va chạm, vận tốc hai xe thay đổi, vậy, hộp nhập số liệu lại công cụ để hiển thị, dựa vào thu thập vận tốc hai xe sau va chạm Từ kiểm chứng định luật bảo tồn động lượng Hình Hình Bước 4: Sắp xếp, lắp ráp thiết bị theo sơ đồ thích hợp Các dụng cụ nêu sau “gắp” sang phần không gian làm việc xếp hình Mặt phẳng ngang đặt phần không gian làm việc, xe lăn đặt mặt phẳng ngang đó, hộp nhập số liệu đặt tùy ý không gian làm việc (hình 4) Hình Bước 5: Thiết lập thuộc tính cho đối tượng Ta cần thiết lập thuộc tính cho xe lăn cách nhấp chuột vào ký hiệu , sau nhấp vào núm kéo rê chuột đến xe lăn hình ảnh bên cạnh Thao tác có nghĩa “gán” hộp nhập số liệu cho xe lăn ( hình 5) Vấn đề cần phải thiết lập thuộc tính hộp nhập số liệu gì? Trong TNA này, ta cần nhập vào giá trị khối xe lăn Nhấp chuột vào chữ Property, loạt tính ra, nhấp chọn tiếp Mass (khối lượng) (hình 6) lượng thuộc hình Hình Hình Tiến hành tương tự cho hộp nhập số liệu thứ hai, thuộc tính hộp nhập số liệu thứ hai Velocity (x) ( Vận tốc theo phương x) Hai hộp nhập số liệu lại, thiết lập thuộc tính khối lượng vận tốc theo phương x cho xe lăn Bước 6: Tiến hành thí nghiệm, quan sát, đo đạc Lần lượt nhập số liệu vận tốc khối lượng xe lăn xe lăn hộp nhập số liệu tương ứng Và nhấn nút Pause/Play hành thí nghiệm cơng cụ để tiến Khi dạy này, tiến hành làm thí nghiệm, học sinh quan sát điền vào bảng số liệu sau: m1 Trước va chạm v1 m2 v2 Pt Sau va cham v’1 m2 v’2 m1 Nhận xét Ps Dựa vào bảng số liệu trên, kết hợp tính tốn em dễ dàng kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng Khai thác thí nghiệm ảo sẵn có phần mềm Crocodile Physics để kiểm chứng định luật bảo toàn (trường hợp lắc đơn bảo toàn) Một đặc điểm phần mềm Crocodile Physics có ví dụ thiết kế sẵn theo chủ đề Trong phần này, xin giới thiệu cách khai thác ví dụ sẵn có phần mềm để vận dụng vào dạy cụ thể Mở chương trình Crocodile Physics lên, chọn mục Contents giao diện ban đầu chương trình Hay cửa sổ làm việc chương trình, chọn mục Contents Sau vào phần Energy and Motion để tìm hiểu TNA thiết lập sẵn cho phần lượng học TNA bảo toàn lượng lắc đơn nằm phần Other ExampleChange in Energy Khi nhấp chuột vào đó, TNA thiết kế sẵn hình bên cạnh Trong TNA này, dụng cụ gồm có lắc, đồ thị biểu diễn động Cùng với đoạn văn giới thiệu TNA tiếng Anh (hình 7) Ta thiết kế thêm hai hộp hiển thị số liệu để TNA trực quan Trước hết, chọn lệnh Save as để lưu lại TNA với tên khác Sau đó, chọn Parts Library, chọn tiếp cơng cụ hiển thị Presentation để “gắp” hộp hiển thị Number Tiếp đến, chọn thuộc tính Properties cho hai hộp hiển thị Kinetic Energy (Total) (Động năng) Hình Gravitational Potential Energy (Thế năng) hai hình (hình hình 9) Hình Hình Hình Có thể tiến hành thay đổi số liệu khối lượng nặng tốc độ nặng Sau học sinh quan sát đồ thị, ghi nhận số liệu động thời điểm khác để kiểm chứng định luật bảo toàn cho trường hợp lắc đơn Điện trường Bài Điện trường Đường sức điện Cường độ điện trường - Vấn đề đặt ra: + Hình 3.8,9 SGK/19 hình dạng đường sức điện trường hợp điện tích độ lớn Thế hai điện tích khác độ lớn có hình dạng nào? Khoảng cách điện tích ảnh hưởng đến hình dạng đường sức điện sao? + Đường sức điện điện tích khác độ lớn khác nhau? + Các đặc điểm đường sức điện? + Học sinh “nghi ngờ” công thức(3.2), (3.3) SGK/17, (3.4)SGK/18 - Giải vấn đề: Kích đơi chuột trái vào biểu tượng màu xanh đậm sau: 10 + Nghiệm lại công thức theo cách sau: + Ví dụ: Tính cường độ điện trường điện tích q = 1,6.10-19C gây điểm cách đoạn r = 5.10-11m + Giải: E  9.10 1, 6.1019  5, 78.1011 (V / m) �5,8.1011 (V / m) (5.10 11 )2 + Minh hoạ: + Minh hoạ lý thuyết: 11 Từ trường - Vấn đề đặt ra: Thí nghiệm từ phổ khó thấy, khó thực thời tiết ẩm, mạt sắt bị oxy hoá, nhiều thời gian(nếu thực thành cơng) Tính chất đường sức từ? + Khi I thay đổi B nào? Hình ảnh đường sức từ khác sao? + Chỉ nêu cơng thức mang tính áp đặt HS Cơng thức (21.1)SGK/130; (21.2a), (21.3b)SGK/131 đúng? Trường hợp áp dụng? - Giải vấn đề: Kích đơi chuột trái vào biểu tượng sau: + Đối với dòng điện thẳng: + Đối với dòng điện tròn: 12 + Ống dây: Quang hình học - Vấn đề đặt ra: Những khó khăn q trình dạy học thơng thường thí nghiệm khó thực thành cơng, tia sáng khó thấy, đồ dùng đắt tiền, dễ vỡ, kồng kềnh, nặng - Giải vấn đề: + Vẽ hình minh hoạ bảng(hoặc vẽ sẵn bảng phụ) : trực quan, HS dễ dàng tiếp thu nội dung học Nhưng việc mắc nhược điểm độ xác khơng cao nhiều thời gian + Minh hoạ Physics 2.1(Part II): ưu điểm vượt trội 13 + Hiện tượng phản xạ, khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần 14 + Thấu kính phân kì, thấu kính hội tụ Sự tạo ảnh thấu kính phân kì, hội tụ Nếu di chuyển vật ảnh nào? Nghiệm lại cơng thức thấu kính Kiểm tra đáp án toán ++ Mắt, điều tiết mắt Các tật mắt cách sửa III Kết - Khả thi, hiệu quả: vận dụng dạy học linh động (có thể kết hợp soạn giảng PowerPoint lớp, thực hành thí nghiệm phòng mơn); tạo niềm tin hứng 15 thú, đam mê học môn Vật Lí học sinh; sau tiết dạy đó, tỉ lệ học sinh hiểu thuộc cũ tăng lên so với dạy tiết thông thường khác; học sinh giải nhiều dạng tập định tính định lượng nhanh xác - Tiết kiệm thời gian: thời gian chuẩn bị, kết nối Laptop- máy chiếu, khởi động máy, chiếu chạy chương trình chiếm bình quân khoảng phút - Thay tốt số thí nghiệm đắt tiền khác, chi phí đầu tư giảm mà hiệu cao C KẾT LUẬN Những tiết dạy học có ứng dụng CNTT, với nhiều minh họa đẹp, sinh động đúng, làm cho học sinh hứng thú, say mê học tập Cùng thời lượng số lượng kiến thức kỹ em tiếp thu lại nhiều hơn, cụ thể sâu sắc Số lượng tập, kĩ thực hành em rèn luyện nhiều hơn, thành thục Hầu tất học dạy theo phương pháp khơng có học sinh tỏ chán nản, lười biếng học tập học với tâm trạng đối phó, thụ động, mà ngược lại em thích thú Rõ ràng học tập em trở thành niềm vui lớn Tuy nhiên, hiệu việc dạy học có ứng dụng CNTT quý thầy cô giáo phụ thuộc vào yếu tố chính: khả hiểu biết CNTT vận dụng đắn CNTT vào trình giảng dạy Những kiến nghị - đề xuất - Xây dựng phòng mơn mục đích sử dụng - Lập kế hoạch bảo dưỡng trang thiết bị thời gian nghỉ hè - Đầu tư thí nghiệm Vật lý đầy đủ, kịp thời rẻ tiền - Tổ chức buổi hội thảo - sinh hoạt chuyên đề “ứng dụng CNTT dạy học Vật lí” giáo nhiều trường có dịp trao đổi để rút kinh nghiệm 16 MỤC LỤC NỘI DUNG A.ĐẶT VẤN ĐỀ I Lý chọn đề tài II Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu III Khách thể, đối tượng phạm vi nghiên cứu B NỘI DUNG I Tổng quan Physics 2.1(Part II) II Một số dạy minh hoạ III Kết C KẾT LUẬN Mục lục 17 TRANG 01 02 02 02 04 04 07 16 17 18 ... thao tác sử dụng II Một số dạy học minh hoạ tiêu biểu Thiết kế thí nghiệm ảo kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng Bước 1: Phác thảo sơ đồ thí nghiệm Thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo tồn... trình dạy học Vật Lí Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý luận: a Thu thập thông tin lý luận ứng dụng công nghệ thông tin dạy học Vật Lí tập san giáo dục, tham luận diễn đàn Vật Lí. .. mê, hứng thú với Vật Lí cho học sinh - Nâng cao chất lượng môn Nhiệm vụ - Nghiên cứu đề xuất phương pháp sử dụng, thiết kế thí nghiệm ảo biểu diễn, chứng minh, mơ tượng Vật Lí lớp 10, 11 phần