Working Model được dùng để mô phỏng phân tích các kết cấu tĩnh hoặc có thể phân tích động lực học cho các hệ thống cơ học. Trong dạy học Vật lí sự hỗ trợ của phần mềm là rất cần thiết, các thí nghiệm cơ học tĩnh hoặc động được thiết kế dễ dàng. Trong các quá trình cơ học biến đổi nhanh Working Model còn cho phép ta xem ảnh hoạt nghiệm của chúng, chính điều này cho ta quan sát một cách trực quan quỹ đạo chuyển động của vật… Còn nhiều tính năng mạnh nữa nếu ta nghiên cứu sâu về Working Model.
Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” PHẦN MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong dạy học vật lý, việc bồi dưỡng cho học sinh phương pháp đặc thù phương pháp thực nghiệm, phương pháp mơ việc gắn giảng với thực tiễn sống nhiệm vụ quan trọng Song việc tổ chức dạy học hoạt động thông qua hoạt động học sinh lại gặp phải khó khăn định trang thiết bị cịn thiếu, khơng đồng bộ, nghiên cứu chuyển động học đại lượng vật lý biến đổi nhanh theo thời gian phương tiện truyền thống hỗ trợ cho việc nghiên cứu thực nghiệm cách đầy đủ Để phần giải khó khăn trên, có nhiều phần mềm hỗ trợ mơ thí nhiệm, tượng học Crocodile Physics, Pakma, Flash Tuy nhiên phần mềm thường có kho thí nghiệm hạn chế khó sử đụng địi hỏi người dùng phải biết lập trình, việc tìm phần mềm hỗ trợ cao tượng học dễ sử dụng trở nên cần thiết, Working Model phần mềm đáp ứng yêu cầu Qua thực tế sử dụng cho thấy, phần mềm có khả đáp ứng đầy đủ tính cần thiết phần mềm mô Working Model dùng để mơ phân tích kết cấu tĩnh phân tích động lực học cho hệ thống học Trong dạy học Vật lí hỗ trợ phần mềm cần thiết, thí nghiệm học tĩnh động thiết kế dễ dàng Trong trình học biến đổi nhanh Working Model cho phép ta xem ảnh hoạt nghiệm chúng, điều cho ta quan sát cách trực quan quỹ đạo chuyển động vật… Còn nhiều tính mạnh ta nghiên cứu sâu Working Model Do chọn đề tài: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mô phổng phần học” cho sáng kiến kinh nghiệm Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 1/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” II MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Khai thác Working Model để thiết kế thí nghiệm mơ vật lý phần học nhằm góp phần đổi PPDH theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức để từ mà nâng cao chất lượng dạy học môn Vật lý bậc Trung học Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 2/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mô phần học” PHẦN NỘI DUNG I TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM WORKING MODEL Giới thiệu phần mềm Working Model Phần mềm mô (simulation software) sử dụng ngày nhiều dạy học phổ thông hỗ trợ cho phương pháp dạy học truyền thống kết hợp với công nghệ thông tin Các lý để ngày nhiều giáo viên Vật lí chọn phần mềm Working Model bao gồm: – Một là, mô máy tính mang lại tính an tồn hiệu dạy học so với thực nghiệm – Hai là, công cụ mô giúp học sinh nắm khái niệm cách linh hoạt, dễ liện hệ thực tế thay đổi thông số cho phù hợp – Ba là, trình giảng dạy với hỗ trợ phần mềm mô làm cho giảng sinh động hiệu qua tượng mô phỏng.Working Model phần mềm thỗ mãn đầy đủ tính cần thiết phần mềm mô Working Model phân tích thiết kế, đo đạc đại lượng vật lý đối tượng hệ thống, xem kết xuất dạng vectơ, giá trị số hay đồ thị Ngoài cịn cung cấp cơng cụ liên kết đối tượng Tạo vật thể khai báo đặc trưng khối lượng, lực, chiều dài, mô trình tiếp xúc, va chạm, ma sát…tạo đoạn phim ngắn Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 3/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” Hình 1: Giao diện phần mềm Working Model Cách thức làm việc Working Model a Thao tác với đối tượng Working Model Thao tác với đối tượng Working Model chủ yếu thực với chuột b Working Model môi trường soạn thảo thông minh Working Model cho phép người sử dụng dùng chuột thao tác với mơ hình mà khơng phá vỡ vi phạm liên kết ràng buột đối tượng Mơ hình dễ dàng kéo rê dịch chuyển vùng làm việc Mơi trường soạn thảo Working Model thiết kế phục vụ cho việc thực thao tác cách click drag chuột mức nhiều c Cách thức làm việc Working Model dùng Tất chuyển động tạo môi trường Working Model dựa nguyên lí động lực học phương trình định luật II Niutơn, phương trình động học… Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 4/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” Working Model cịn thiết lập số mơ hình ma sát kết thực nghiệm mơ tả tính chất không đàn hồi va chạm Cách sử dụng Working Model để thực mô Trên giao diện thiết kế Working có nhiều cơng cụ dùng để thiết kế mô Chức cách sử dụng công cụ giới thiệu thông qua việc hướng dẫn thiết kế chương trình đơn giản Từ chương trình đơn giản người dùng tạo sản phẩm phức tạp tùy vào sáng tạo a Thả vật xuống va chạm với mặt sàn nằm ngang Thiết kế mơ hình vẽ Bước 1: Khởi động Working Model Bước 2: Chọn cơng cụ vẽ hình chữ nhật Rectangle từ toolbar body, nhấp kéo vẽ hinh chữ nhật Bước 3: Nhấp Run thấy hình chữ nhật rơi xuống, để cố định ta nhấp Reset Chọn biểu tượng hình neo (Anchor) từ toolbar body, nhấp vào hình chữ nhật Nhấp Run hình chữ nhật cố định Bước 4: Chọn cơng cụ vẽ hình trịn (Circle) từ toolbar body, nhấp kéo vẽ hình trịn Chọn hình trịn vừa vẽ chọn Edit\Copy, tiếp tục chọn Edit\Paste ta hai hình trịn giống nhau, lặp lại thao tác ta có hình trịn giống Nhấp vào hình trịn rê hình trịn vào vị trí giống hình vẽ Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 5/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” Bước 5: Ban đầu hình trịn có màu giống nhau, để đổi màu ta nhấp chọn hình trịn sau chọn Window\Apperance\Frame sau chọn màu thích hợp Nhấp Run ta thấy ba vật rơi xuống va chạm đàn hồi với sàn Bước 6: Để thay đổi tính chất vật liệu ta nhấp chọn vật nhấp đúp chuột, hộp Properties ra, chọn Material để thay đổi tính chất vật liệu, chọn elastic để thay đổi độ nẩy, chọn mass để thay đổi khối lượng … Như ta thiết kế chương trình mơ đơn giản Working Model b Hai vật va chạm mặt phẳng nằm ngang *Thiết kế mơ hình vẽ Bước 1: Chọn vẽ đối tượng tương tự Nhấp Run thấy khơng có tượng xảy vận tốc mặc định ban đầu không Bước 2: Nhấp đúp vào vật chọn vx = 1m/s, chọn vật với v x = –1m/s, nhấp đúp hình chữ nhật chọn stat.fric = kin.fric = (hệ số ma sát không) Bước 3: Nhấp Run, hai vật va chạm mặt phẳng nằm ngang c Vật trượt mặt phẳng nghiêng Bước 1: Chọn cơng cụ vẽ hình chữ nhật, vẽ hình chữ nhật nhỏ đặt hình chữ nhật lớn hình vẽ Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 6/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” Bước 2: Sau nhấp chọn sử dụng công cụ Rotate tool để quay thành hệ thống vật đặt mặt phẳng nghiêng (hình vẽ) Cơng cụ Rotate tool Bước 3: Chọn Run thấy vật trượt mặt phẳng nghiêng Bước 4: Để xem biểu diễn lực tác dụng lên vật chọn vật cần biểu diễn lực\ chọn define\ vectors\ Gravitational Force(trọng lực) ; lặp lại thao tác chọn Contact Force(phản lực), Frictional Force(lực ma sát)… Bước 5: Chọn Run để xem biểu diễn lực trình vật trược mặt phẳng nghiêng d Vật dao động điều hoà Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 7/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” Bước 1: Sử dụng công cụ vẽ hệ lị xo hình Bước 2: Chọn công cụ Anchor (neo) để cố định điểm treo Chọn Run để xem lò xo dao động Bước 3: Để xem đồ thị vật dao động điều hoà ta làm sau: Nhấp vật cần xem đồ thị Chọn Measure\ Position\ All e Dao động lắc dơn Bước 1: Chọn công cụ vẽ lắc đơn hình vẽ, dây treo lắc dùng cơng cụ Rol Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 8/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” Bước 2: - Sau liên kết xong, nhấp Run để xem lắc dao động - Nếu muốn xem đồ thị dao động thao tác tương tự lắc lò xo Chú ý muốn xem đồ thị dao động vật nhấp chọn vật Bước 3: Để xem ảnh hoạt nghiệm lắc đơn trình dao động ta chọn: World\ Tracking\ Every frame Every frame\ Every frame… III CÁC SẢN PHẨM CỤ THỂ ĐÃ THIẾT KẾ ĐƯỢC Trình tự thể mục kiến thức nghiên cứu kỹ lưỡng bám sát nội dung SGK, mục tiêu chương trình Tuy nhiên, GV không thiết phải sử dụng sản phẩm mà điều chỉnh mơ thêm, bớt mục theo ý tưởng riêng Hình 2: Thí nhiệm phụ thuộc thời gian rơi tự vào độ cao vật Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 9/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” Hình 3: Thí nhiệm kiểm chứng định luật II Newton Hình 4: Thí nhiệm mơ chuyển động vật bị ném ngang Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 10/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” Hình 5: Thí nhiệm phụ thuộc tầm xa vật ném xiên Hình 6: Thí nhiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 11/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” Hình 7: Thí nhiệm dao động điều hịa lắc lị xo Hình 8: Mơ đồ thị vật dao động điều hòa Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 12/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” IV THIẾT KẾ BÀI GIẢNG CÓ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM WORKING MODEL Để thiết kế giảng với phần mềm Working Model, trước hết phải tạo sản phẩm thí nghiệm mô với hỗ trợ phần mềm, cơng việc khơng dễ dàng cịn mẻ, đòi hỏi đầu tư ý tưởng, chuẩn bị công phu sau phải thực quy trình thiết kế: Xác định mục tiêu học mục tiêu bước, giai đoạn, hoạt động Xác định hoạt động chủ yếu tiến trình dạy học Sản phẩm dạy sử dụng sản phẩm thiết kế từ Working Model vào giảng Phương pháp tọa độ - Chuyển động vật bị ném ngang Mục tiêu a Kiến thức Làm quen với phương pháp nghiên cứu kiến thức vật lý theo PP thực nghiệm Diển đạt khái niệm: Chuyển động thành phần ,chuyển động tổng hợp, phân tích chuyển động Trình bày nội dung phương pháp động lực học Chỉ đặc điểm quan trọng chuyển động ném ngang Phát biểu định nghĩa nêu điều kiện để phân tích lực thành hai lực thành phần đồng quy b Kỹ Áp dụng định luật II Newton để lập phương trình chuyển động thành phần chuyển động vật bị ném ngang Dùng cách tổng hợp hai chuyển động thành phần để chuyển động tổng hợp (chuyển động thực) Giải số dạng tập chuyển động (SGK) Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 13/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” Vẽ (định tính) quỹ đạo vật bị ném ngang xác định vectơ gia tốc, vận tốc điểm quỹ đạo Xử lý thơng tin rút từ thí nghiệm mơ chuyển động vật ném ngang để rút kết luận chuyển động c Thái độ Qua thí nghiệm kiểm chứng phát đặc điểm lý thú chuyển động vật bị ném ngang thời gian rơi thời gian rơi tự độ cao mà không phụ thuộc vào vận tốc ném ngang Củng cố niềm tin vào tính đắn phép phân tích tổng hợp chuyển động Chuẩn bị giáo viên học sinh GV: MVT thí nghiệm mơ chuyển động vật ném ngang HS: SGK, bóng bàn, banh nhựa, đồng hồ bấm giây, thước Tổ chức hoạt động nhận thức Khái niệm chuyển động vật bị ném ngang xây dựng dựa vào nhu cầu nhận thức hay khó khăn nhận thức mà vượt qua loại chuyển động thường gặp Quỹ đạo đường cong, phẳng mà toán học gọi đường parabol vốn kiến thức biết HS chuyển động thẳng biến đổi rơi tự Khi thiết kế giảng, GV dùng phần mềm minh họa để thay chuyển động cong, phẳng vật hai chuyển động thẳng tương đương từ hai hình chiếu vật hai trục tọa độ Dercates nhằm tăng cường tính trực quan dạy học, hỗ trợ cho trình nhận thức HS Trong trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS phần xác định tính chất chuyển động thành phần: GV tiến hành chia lớp thành nhóm (hai nhóm xác định tính chất chuyển động thành phần, hai nhóm viết phương trình chuyển động).Với hỗ trợ WM, GV phân công nhiệm vụ Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 14/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” hướng dẫn hình MVT, giúp cho HS tiếp thu kiến thức dễ dàng Khi xác định chuyển động tổng hợp từ chuyển động thành phần chẳng hạn thời gian rơi, vận tốc tức thời GV hướng dẫn cho HS thực phép tổng hợp hai chuyển động thành phần Sau dạy toàn nội dung kiến thức, cuối tiết học GV cho HS làm số tập vận dụng liên quan đến thực tế nhờ vào phần mềm WM Tiến trình dạy học a Phương pháp tọa độ: Trình bày PPDH truyền thống b Chuyển động vật bị ném ngang GV cho HS làm thí nghiệm ném ngang (bóng banh đạt mép bàn) để quan sát quỷ đạo, dùng thước đo tầm xa đồng hồ để đo thời gian rơi Trong thí nghiệm thực GVvà HS tiến hành, HS quan sát quỹ đạo định tính thời gian q trình ngắn, đại lượng vận tốc tức thời, trọng lực… biểu diển cách tường minh GV: Tổ chức lớp cách chia lớp học thành nhóm Yêu cầu HS dự đoán quỹ đạo trước tến hành thí nghiệm thực u cầu nhóm thảo luận biết phương chiều, độ lớn vectơ vận tốc tức thời, vectơ trọng lực số thời điểm trước tién hành thí nghiệm mơ GV: Cho lớp quan sát đoạn phim mô vật bị ném ngang (hình 1) Mục đích đoạn mô để HS nhận thấy quỹ đạo vật bị ném ngang phương, chiều vectơ vận tốc, trọng lực vật thời điểm điều mà phương pháp dạy học truyền thống làm Với thí nghiệm thiết kế WM giúp cho GV giải phần khó khăn mà giảng truyền thống chưa khắc phục dành nhiều thời gian cho tổ chức hoạt động nhận thức HS Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 15/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” Hình Sau quan sát TN , GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi phiếu học tập : Qũi đạo vật đường parabol Vectơ vận tốc tức thời có phương, chiều độ lớn thay đổi GV: Trình bày phép phân tích chuyển động, khái niệm HS Thay chuyển động cong vật chuyển động thẳng hình chiếu vật hai trục tọa độ (chuyển động thành phần) Yêu cầu nhóm lên bảng để chọn hệ tọa độ xác định hình chiếu theo trục Mx, My vật M vài điểm quỹ đạo cong parabol GV trình chiếu lên hình MVT phép phân tích chuyển động Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 16/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” Hình 10 TN mơ phân tích chuyển động vật bị ném ngang để HS nhìn thấy cách trực quan phân tích chuyển động vật (hình 2) Khi vật chuyển động, hình chiếu trục tọa độ chuyển động theo chuyển động thành phần chuyển động thực thay xét trực tiếp chuyển động thực cách xét chuyển động thành phần gọi phép phân tích chuyển động Lưu ý HS xét thời điểm hệ quy chiếu định vật có giá trị xác định Vật đồng thời vị trí vị trí kia, tức vật đồng thời tham gia hai chuyển động khác Bên cạnh phân tích chuyển động thực, qua thí nghiệm mơ cho Hs thấy ta phân tích vectơ vận tốc tức thời thời điểm thành hai vectơ thành phần (theo phương ngang theo phương thẳng đứng) Để xác định tính chất chuyển động thành phần Áp dụng: Phương trình định luật II Newton dạng hình chiếu (HS tự thực hiện) Qua thí nghiệm mơ để HS thấy phương, chiều độ lớn vectơ Vx, Vy: Chuyển động Mx chuyển động thẳng (quán tính) Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 17/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mô phần học” Chuyển động My chuyển động rơi tự (chỉ có trọng lực) Với giả thiết phần thí nghiệm mơ u cầu nhóm: Vẽ qũi đạo vật ném ngang (lập bảng) chuyển động tổng hợp Từ vectơ vận tốc chuyển động thành phần biểu diễn hướng tính độ lớn vectơ vận tốc chuyển động tổng hợp thời điểm vật chạm đất Tính thời gian chuyển động vật ném ngang so sánh với thời gian rơi tự vật độ cao Tầm ném xa c Thí nghiệm kiểm chứng Hình 11: Dùng thí nghiệm mơ để kiểm chứng kết Sau học xong học, học sinh dùng máy tính, kiểm tra kết đạt tiết học thơng qua thí nhiệm kiểm chứng Trong thí nhiệm này, học sinh thay đổi thơng số thí nghiệm để kiểm tra củng cố kiến thức Trên sản phẩm dạy ví dụ mà tơi thiết kế q trình làm đề tài Và chắn thí nhiệm cịn ứng dụng vào nhiều học khác tùy vào mục đích sử dụng sáng tạo người giáo viên Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 18/19 Sáng kiến kinh nghiệm: “Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học” PHẦN KẾT LUẬN Phần mềm Working model phần mềm tiện ích thân thiện với người dùng nghiệp dư Nó khơng cho phép ta dễ dàng tạo hoạt cảnh với hình 2D mà cho phép ta thêm vào véc tơ vận tốc, gia tốc, lực v.v làm tăng tính trực quan, tính hiệu dạy học thí nghiệm thiết kế Bằng việc sử dụng phần mềm tiện ích Working model thiết kế hầu hết thí nghiệm học chương trình vật lí THPT Việc mơ phần mềm giống với thực tế, điều tạo hứng thú cho học sinh q trình sử dụng Điều làm cho thí nhiệm mô Working Model tiến gần đến thí nghiệm ảo Nếu có đầu tư thiết kế hình ảnh cho thí nghiệm, người giáo viên tạo thí nghiệm ảo trọn vẹn, ứng dụng vào tiết thực hành học sinh điều kiện thiết bị thí nghiệm bị xuống cấp, hư hỏng Với điều kiện khả thời gian cịn có hạn nên số lượng thí nhiệm thiết kế chưa nhiều, chưa đầu tư nhiều vào mặt hình ảnh để thiết nghiệm thu hút nhiều số lượng dạy cịn Trong thời gian tới, tơi đầu tư kỹ vào việc thiết kế thí nghiệm có ảnh hưởng ngẫu nhiên mơi trường đầu tư thêm mặt hình ảnh để xây dựng thí nghiệm ảo, phục vụ cho trình dạy học Đồng thời thiết kế nhiều dạy để vận dụng vào q trình cơng tác Rất mong đóng góp ý kiến quý đồng nghiệp để sản phẩm ngày hoàn thiện ứng dụng nhiều vào thực tế Người thực hiện: Phan Trung Tuấn – Trường THPT Hướng Hóa Trang 19/19 ... kinh nghiệm: ? ?Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học? ?? IV THIẾT KẾ BÀI GIẢNG CÓ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM WORKING MODEL Để thiết kế giảng với phần mềm Working Model, trước hết... nghiệm: ? ?Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học? ?? Hình 1: Giao diện phần mềm Working Model Cách thức làm việc Working Model a Thao tác với đối tượng Working Model Thao... kiến kinh nghiệm: ? ?Sử dụng phần mềm Working Model để thiết kế thí nhiệm mơ phần học? ?? II MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Khai thác Working Model để thiết kế thí nghiệm mơ vật lý phần học nhằm góp phần đổi PPDH theo