Sử dụng phần mềm crocodile physics trong dạy học thí nghiệm phần cơ học chương trình vật lý lớp 10 nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHÙNG THỊ HƢƠNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS TRONG DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN CƠ HỌC CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ LỚP 10 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ HÀ NỘI – 2013 \ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHÙNG THỊ HƢƠNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS TRONG DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN CƠ HỌC CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ LỚP 10 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MÔN VẬT LÝ) Mã số: 60 14 10 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS TS.TƠN TÍCH ÁI TS TƠN QUANG CƢỜNG HÀ NỘI - 2013 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN CNTT : Công nghệ thông tin CSVC : Cơ sở vật chất ĐC : Đối chứng ĐHQG : Đại học Quốc Gia GV : Giáo viên HS : Học sinh PPDH : Phương pháp dạy học SGK : Sách giáo khoa THPT : Trung học phổ thông TNSP : Thực nghiệm sư phạm TN : Thực nghiệm DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tiêu chí đánh giá dạy học tích cực với dạy học truyền thống Bảng 3.1 Bảng thống kê điểm số ( lớp 10A, 10B trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.2 Xử lí kết ( lớp 10A, 10B trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.3 Các tham số đặc trƣng (lớp 10A, 10B trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.4 Bảng tần suất tần suất lũy tích ( lớp 10A, 10B trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.5 Bảng thống kê điểm số ( lớp 10D, 10I trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.6 Xử lí kết ( lớp 10D, 10I trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.7 Các tham số đặc trƣng (lớp 10D, 10I trường THPT Bến Tắm) Bảng 3.8 Bảng tần suất tần suất lũy tích ( lớp 10D, 10I trường THPT Bến Tắm) DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Hình 3.1 Đƣờng phân bố tần suất ( Lớp 10A; 10B trường THPT Bến Tắm) Hình 3.2 Đƣờng phân bố tần suất lũy tích ( Lớp 10A; 10B trường THPT Bến Tắm) Hình 3.3 Đƣờng phân bố tần suất ( Lớp 10A; 10B trường THPT Bến Tắm) Hình 3.4 Đƣờng phân bố tần suất lũy tích ( Lớp 10A; 10B trường THPT Bến Tắm) MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn i Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt ii Danh mục bảng iii Danh mục cá biểu đồ iv Mục lục v MỞ ĐẦU Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Những định hướng đổi phương pháp dạy học 1.2 Cơ sở lý luận tính tích cực trình nhận thức học sinh 1.2.1 Biểu tính tích cực q trình nhận thức học sinh .6 1.2.2 Đặc điểm tính tích cực q trình nhận thức học sinh .7 1.2.3 Các biện pháp tăng tính tích cực q trình nhận thức học sinh 1.3 Tính tích cực q trình nhận thức học sinh dạy học thí nghiệm phần Cơ học Vật lý 10 thông qua sử dụng phần mềm Vật lý ảo 1.3.1 Hoạt động nhận thức Vật lý 10 1.3.2 Dạy học Vật lý theo hướng tăng tích cực q trình nhận thức học sinh…………… ………………………………………………… 11 1.3.3 Một số hướng ứng dụng CNTT để đổi phương pháp dạy học .15 1.3.4 Tổng quan thí nghiệm ảo 17 1.3.5 Dạy học thí nghiệm vật lý phần Cơ học vật lý 10 thông qua sử dụng phần mềm vật lý ảo 20 Kết luận chương 24 Chƣơng 2: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CÁC THÍ NGHIỆM PHẦN CƠ HỌC CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 VỚI PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS 2.1 Khảo sát thực trạng dạy học phần Cơ học trường trung học phổ thơng 25 2.1.1 Nội dung tìm hiểu 2.1.2 Phương pháp điều tra tìm hiểu 2.1.3 Kết điều tra tìm hiểu 2.2 Phân tích nội dung kiến thức phần Cơ học chư 2.2.1 Vị trí phần Cơ học chương trình Vật lý THPT 2.2.2 Tiến trình hình thành khái niệm Cơ học theo SGK 2.2.3 Phân tích nội dung kiến thức số phần Cơ học Vật lý 10 2.3 Giới thiệu phần mềm Crocodile Physics 2.3.1 Đặc điểm 2.3.2 Hình thức 2.3.3 Nội dung 2.3.4 Phương pháp 2.3.5 Những tính bật 2.4 Cách sử dụng chức Crocodile Phy 2.4.1 Giao diện phần mềm 2.4.2 Tìm hiểu phần Contents 2.4.3 Tìm hiểu Part library 2.4.4 Làm việc với scenes 2.4.5 Tạo ô Popup 2.5 Mô số thí nghiệm phần Cơ học 2.5.1 Kịch sư phạm việc mô học 46 2.5.2 Các bước thiết kế thí nghiệm ảo phần mềm Crocodile Physics 2.5.3 Xây dựng tiến trình dạy số thí nghiệm phần Cơ học Kết luận chương Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 3.2 Đối tượng phương thức thực nghiệm sư phạm 3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 3.2.2 Phương thức thực nghiệm sư phạm 3.3 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 65 3.3.1 Phân tích định tính diễn biến học q trình thực nghiệm sư phạm 65 3.3.2 Kết thực nghiệm sư phạm 66 Kết luận chương 74 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 75 Kết luận 75 Khuyến nghị 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 80 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Tại kỳ họp thứ 7, Quốc hội khóa XI nước Cộng hịa xã hội chủ nghĩa Việt Nam sửa đổi Luật Giáo Dục 2005, nhấn mạnh yêu cầu nội dung giáo dục: “Bảo đảm tính bản, tồn diện, thiết thực, đại có hệ thống”, yêu cầu phương pháp giáo dục: “Phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư sáng tạo người học; bồi dưỡng cho người học lực tự học, khả thực hành, lòng say mê học tập ý chí vươn lên” Kỳ họp định hướng phát triển giáo dục quốc sách hàng đầu nhằm nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài Phát triển giáo dục phải gắn với nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, tiến khoa học Đặc biệt phải tiếp cận với phát triển mạnh mẽ ngành công nghệ thông tin (CNTT) Mỗi giáo viên học sinh phải biết vận dụng phần mềm đại vào trình giảng dạy để nâng cao chất lượng học tập phát huy tính tích cực q trình nhận thức học sinh Do đó, giáo viên cần tích cực đổi phương pháp dạy học Thực việc nghiên cứu đổi phương pháp dạy học nói chung mơn Vật lý nói riêng nhằm tăng tính tích cực q trình nhận thức học sinh q trình học nhiệm vụ khơng đơn giản Một định hướng đổi phương pháp giáo dục thực theo định hướng tăng cường sử dụng phương tiện dạy học, thiết bị dạy học ứng dụng CNTT Đặc biệt việc sử dụng phần mềm đại ngành CNTT trình dạy học, giúp cho trình truyền đạt giáo viên dễ hiểu học sinh lĩnh hội kiến thức sâu sắc tích cực trình nhận thức kiến thức Vật lý mơn khoa học thực nghiệm, việc lồng ghép thí nghiệm vào học Vật lý biện pháp quan trọng nhằm nâng cao chất lượng giáo dục phát huy tính tích cực trình nhận thức học sinh Hiện nay, để có tất dụng cụ thí nghiệm hồn chỉnh u cầu khó sở vật chất trường trung học phổ thông Bên cạnh khối lượng kiến thức học tăng lên, hầu hết có thí nghiệm Vì việc sử dụng thí nghiệm ảo dạy học Vật lý THPT biện pháp quan trọng giảng dạy giúp học sinh tiếp thu kiến thức nhanh chóng, sâu sắc, phát huy tính tích cực q trình nhận thức kiến thức Trong chương trình Vật lý THPT nghiên cứu phần lớn Cơ - Nhiệt - Điện Quang Phần Cơ học phần mở đầu chương trình Vật lý THPT tảng cho nội dung phần Nhiệt – Điện – Quang chương trình Vật lý THPT Qua nghiên cứu thấy phần mềm thí nghiệm ảo (Crocodile Physics) hồn tồn đáp ứng u cầu thiết kế mơ thí nghiệm ảo để sử dụng trình dạy học số thí nghiệm phần Cơ học chương trình Vật lý 10 Vì vậy, chúng tơi chọn đề tài “Sử dụng phần mềm Crocodile Physics dạy học thí nghiệm phần Cơ học chương trình Vật lý lớp 10 nhằm tăng tính tích cực q trình nhận thức học sinh” để nghiên cứu luận văn với mong muốn góp phần vào việc đổi phương pháp dạy học Vật lý có ứng dụng CNTT THPT Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu luận điểm tính tích cực q trình nhận thức học sinh - Nghiên cứu luận điểm dạy học thí nghiệm - Nghiên cứu phần mềm Crocodile Physics để mơ thí nghiệm phần Cơ học - Vật lý 10 - Nghiên cứu q trình dạy học có sử dụng thí nghiệm ảo thiết kế mơ để xây dựng tiến trình dạy học số thí nghiệm phần Cơ học Vật lý 10 Nhiệm vụ nghiên cứu - Tổng hợp, phân tích quan điểm dạy học thí nghiệm nhằm tăng tính tích cực q trình nhận thức học sinh - Thiết kế thí nghiệm ảo sử dụng phần mềm: Crocodile Physics - Sử dụng thí nghiệm ảo vào dạy học thí nghiệm số phần Cơ học Đối tƣợng, khách thể nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu Tính hiệu việc sử dụng thí nghiệm lập trình q trình dạy học thí nghiệm phần Cơ học - Vật lý lớp 10 nhằm tăng tính tích cực q trình nhận thức học sinh 10 PHỤ LỤC CHUẨN KIẾN THỨC, KĨ NĂNG VẬT LÝ 10 Chƣơng I ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM CHUYỂN ĐỘNG CƠ Stt Chuẩn KT, KN quy định c Nêu chuyển động Nêu chất điểm Nêu hệ quy chiếu Nêu mốc thời gian Xác định vị trí vật chuyển chiếu cho CHUYỂN ĐỘNG T Stt Chuẩn KT, KN quy định c Nhận biết đặc điểm vận tốc Nêu vận tốc Lập phương trình chuyển động Vận dụng phương trình x = x0 + vt động thẳng hai vật Vẽ đồ thị toạ độ - thời gian chu CHUYỂN ĐỘNG THẲN Stt Chuẩn KT, KN quy định c Nêu vận tốc tức thời Nêu ví dụ chuyển động thẳng bi dần đều, chậm dần đều) Nêu đ-ợc đặc điểm vectơ gia tốc tron thẳng nhanh dần đều, chuyển độn 87 Vit cơng thức tính gia tốc chu đổi Viết cơng thức tính vận tốc vt = v0 + a đ-ợc công thức ny Vit phương trình chuyển động thẳng b x Vận dụng công thức : s = v t + v t Vẽ đồ thị vận tốc chuyển động biế SỰ RƠI TỰ DO Stt Chuẩn KT, KN quy định ch Nêu rơi tự Viết cơng thức tính vận tốc qu chuyển động ri t Nêu đ-ợc đặc điểm gia tèc r¬i tù d CHUYỂN ĐỘNG TRÕN ĐỀU Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣơng t Phát biểu định nghĩa chuyển độn Nêu ví dụ thực tế chuyển động trò Viết công thức tốc độ dài vectơ vận tốc chuyển động trịn Viết cơng thức nêu đơn vị đo kì, tần số chuyển động tròn Viết hệ thức tốc độ dài tốc độ Nêu hướng gia tốc chuyển viết biểu thức gia tốc hướng tâm Giải tập đơn giản chuyển động 88 TÍNH TƢƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG CÔNG THỨC CỘNG VẬN TỐC Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣ Viết công thức cộng vận tốc v1,3 = v1,2 Giải tập đơn giản cộng vận tốc (cùng chiều, ngược chiều) SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƢỢNG VẬT LÍ Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣ Nêu sai số tuyệt đối phép đo đ phân biệt sai số tuyệt sai Xác định sai số tuyệt đối sai số tỉ đố đo Thực hành: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO Stt Chuẩn KT,KN quy định tr Xác định gia tốc chuyển thí nghiệm Chƣơng II ĐỘNG L TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH LỰC ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA CHẤT ĐIỂM Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣ Phát biểu định nghĩa lực nêu đượ vectơ Nêu quy tắc tổng hợp phân tích lực Phát biểu điều kiện cân ch dụng nhiều lực BA ĐỊNH LUẬT NIU Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣ Phát biểu định luật I Niu-tơn Nêu qn tính vật kể m 89 quán tính Nêu khối lượng số đo mức quán tính Vận dụng mối quan hệ khối lượng v vật để giải thích số tượng thường sống kĩ thuật Nêu mối quan hệ lực, khối lượng định luật II Niu-tơn viết hệ luật Nêu gia tốc rơi tự tác dụng t Phát biểu định luật III Niu-tơn viết đư ur hệ thức P = mg định luật Nêu đặc điểm phản lực lực tác Biểu diễn vectơ lực phản lực thể Vận dụng định luật I, II, III Niu-tơn đ toán vật hệ hai vật chuyển LỰC HẤP DẪN ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣơng tr Phát biểu định luật vạn vật hấp dẫn định luật Vận dụng công thức lực hấp dẫn đ đơn giản LỰC ĐÀN HỒI CỦA LÕ XO Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣơng tr Nêu ví dụ lực đàn hồi đặc điể hồi lò xo (điểm đặt, hướng) Phát biểu định luật Húc viết hệ thức củ độ biến dạng lò xo Vận dụng định luật Húc để giải 90 biến dạng lò xo Stt Chuẩn KT, KN quy đ Viết công thức xác định lực ma sát trư Vận dụng cơng thức tính lực ma sát tr tập đơn giản Stt Chuẩn KT, KN quy Nêu lực hướng tâm chuyển động lực tác dụng lên vật viết công thức mω2r Xác định lực hướng tâm giải động tròn vật chịu tác dụng mộ CHUYỂN Stt Chuẩn KT, KN quy Giải toán chuyển động vật Thực hành Stt Chuẩn KT,KN quy đ Xác định hệ số ma s Chƣơng III CÂN BẰNG CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CHỊU TÁC DỤNG CỦA HAI LỰC VÀ CỦA BA LỰC KHÔNG SONG SONG Stt Chuẩn KT, KN quy định ch Phát biểu điều kiện cân dụng hai ba lực không song song Vận dụng điều kiện cân quy giải tập trường hợp vật chịu 91 lực đồng quy Nêu trọng tâm vật Xác định trọng tâm vật phẳng, đồng chất thí nghiệm CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH MOMEN LỰC Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣơng tr Phát biểu định nghĩa, viết công t lực nêu đơn vị đo momen Phát biểu điều kiện cân quay cố định Vận dụng quy tắc momen lực để giải điều kiện cân vật rắn có trục quay tác dụng hai lực QUY TẮC HỢP LỰC SONG S Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣơng tr Phát biểu quy tắc xác định hợp lc ca h cựng chiu Vận dụng đ-ợc quy tắc xác định hợp lực son tập vật chịu tác dụng h CC DNG CN BNG CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ MẶT CHÂN ĐẾ Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣ Nhận biết dạng cân bền, cân b cân phiếm định vật rắn Nêu điều kiện cân vật có CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN CỦA VẬT RẮN CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣ 92 Nêu đặc điểm để nhn bit chuyn n mt vt rn Nêu đ-ợc, vật rắn chịu tác dụng m không, chun ®éng quay quanh mét trơc biÕn ®ỉi (quay nhanh dần chậm Nêu đ-ợc ví dụ biến đổi chuyển độn phụ thuộc vào phân bố khối l-ỵng cđa vË NGẪU LỰC Stt Chuẩn KT, KN quy định ch Phát biểu định nghĩa ngẫu lực nêu đ ngẫu lực Viết công thức tính momen ngẫu lực Chƣơng IV CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƢỢNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƢỢNG Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣơ Viết cơng thức tính động lượng nêu đ động lượng Phát biểu viết hệ thức định luật b lượng hệ hai vật Vận dụng định luật bảo toàn động lượng để gi tập hai vật va chạm mềm Nêu nguyên tắc chuyển động phản CÔNG VÀ CÔNG SUẤT Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣơng t Phát biểu định nghĩa viết c Vận dụng công thức A = Fscosα ĐỘNG NĂ Stt Chuẩn KT, KN quy định chƣơng t Phát biểu định nghĩa viết công t 93 Nêu đơn vị đo động THẾ NĂ Stt Chuẩn KT, KN quy định Phát biểu định nghĩa trọng viết cơng thức tính Nêu đơn vị đo Viết cơng thức tính đàn hồ CƠ NĂN Stt Chuẩn KT, KN quy định Phát biểu định nghĩa vi Phát biểu định luật bảo toàn năn thức định luật Vận dụng định luật bảo toàn để chuyển động vật 94 PHỤ LỤC PHIẾU ĐIỀU TRA VỀ TÌNH HÌNH DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN CƠ HỌC CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 (Dành cho giáo viên) (Chúng tơi tìm hiểu tình hình dạy học phần Cơ học, mong đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp Xin vui lịng điền thơng tin theo mẫu – đánh dấu x vào ô chọn) Họ tên giáo viên: Tuổi Trường công tác Số năm công tác Theo đồng chí, nội dung kiến thức phần Cơ học có vai trị chương trình Vật lý THPT? Trong dạy phần này, đồng chí có sử dụng cơng nghệ thơng tin khơng? Đồng chí ứng dụng cơng nghệ thông tin nào? Các đồng chí dạy thí nghiệm phần Cơ học nào? Theo đồng chí, sử dụng cơng nghệ thơng tin dạy học có thuận lợi, khó khăn gì? Đồng chí đánh học có sử dụng máy tính phần mềm dạy học 95 Đánh giá Kích thích hứng thú HS Giúp HS tích cực nhận thức Có thể truyền đạt nhiều kiến thức, thời gian Nâng cao chất lượng dạy HS hiểu bài, nhớ dễ tiếp thu Góp phần đổi PPDH Ý kiến đóng góp thêm: Xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp đồng ý! 96 PHỤ LỤC PHIẾU ĐIỀU TRA VỀ TÌNH HÌNH DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN CƠ HỌC CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 (Dành cho học sinh) Họ tên: Lớp Trường : Khi học thí nghiệm phần Cơ học, thấy, cô thường mô tả nào? Em có hứng thú với phương pháp khơng? Vì sao? Em có thích học máy tính máy chiếu khơng? Vì sao? Khả tiếp thu em học mô tả lời nói máy chiếu? Khả sử dụng máy tính em nào? Nhà em có máy tính khơng? Nếu em trực tiếp quan sát thí nghiệm tự kiểm chứng thí nghiệm em có thích khơng? 97 Ý kiến khác: 98 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC ĐẠI LƢỢNG VẬT LÝ 99 ... Tính hiệu việc sử dụng thí nghiệm lập trình q trình dạy học thí nghiệm phần Cơ học - Vật lý lớp 10 nhằm tăng tính tích cực q trình nhận thức học sinh 10 4.2 Khách thể nghiên cứu Q trình dạy học. .. mơ thí nghiệm ảo để sử dụng trình dạy học số thí nghiệm phần Cơ học chương trình Vật lý 10 Vì vậy, chúng tơi chọn đề tài ? ?Sử dụng phần mềm Crocodile Physics dạy học thí nghiệm phần Cơ học chương. .. tính tích cực q trình nhận thức học sinh .7 1.2.3 Các biện pháp tăng tính tích cực trình nhận thức học sinh 1.3 Tính tích cực q trình nhận thức học sinh dạy học thí nghiệm phần