Ứng dụng của phần mềm geometer sketchpad trong dạy học vật lí (BC thi GVG cấp trường)

BIỆN PHÁP: ỨNG DỤNG CỦA PHẦN MỀM GEOMETER’S SKETCHPAD TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Giáo viên: Nguyễn Hải Phước – Tổ Vật lí – CNCN MỤC LỤC I MỞ ĐẦU II NỘI DUNG Đánh giá thực trạng 2 Trình bày biện pháp 2.1 Giới thiệu phần mềm Geometer’s Sketchpad 2.2 Ưu nhược điểm phần mềm Geometer's Sketchpad 2.3 Tóm tắt cách sử dụng phần mềm Geometer's Sketchpad 2.4 Ứng dụng phần mềm Geometer's Sketchpad để tạo công cụ dựng hình cho mơn vật lí 2.5 Ứng dụng công cụ xây dựng vào số học chương trình Vật lí THPT III HIỆU QUẢ THỰC HIỆN CỦA VIỆC ÁP DỤNG BIỆN PHÁP VÀO THỰC TẾ DẠY HỌC IV KẾT LUẬN PHỤ LỤC 10 I MỞ ĐẦU Hiện nay, phát triển công nghệ thông tin mở triển vọng to lớn việc đổi phương pháp dạy học hỗ trợ mạnh mẽ cho người giáo viên việc soạn giảng Hầu hết trường trang bị máy vi tính, phịng 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 định hướng phát triển lực Với trợ giúp máy vi tính phần mềm dạy học, GV tổ chức trình học tập HS theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo hoạt động nhận thức học sinh Với đặc thù vật lí mơn khoa học thực nghiệm nên trình hình thành kiến thức cho HS đòi hỏi GV HS phải tiến hành TN; đồng thời mơn vật lí có quan hệ chặt chẽ với tốn học, dùng nhiều cơng cụ tốn học, hình học đại số, để thể mối quan hệ vật lí Để học tốt mơn vật lí, học sinh phải có tư logic tốt trí tưởng tượng nắm bắt hết tượng dùng thành thạo công cụ toán học để giải vấn đề đặt Từ nhiều năm qua, việc ứng dụng công nghệ thông tin dạy học vật lí áp dụng rộng rãi mang lại hiệu cao Các ứng dụng mạnh kể đến là: Mơ thí nghiệm, phân tích video, phân tích số liệu thí nghiệm, vẽ đồ thị Tuy nhiên, khía cạnh việc dạy học vật lí chưa quan tâm mức chưa có phần mềm chuyên biệt đủ mạnh để biểu diễn mơ hình tốn học vật lí chưa có phần mềm đủ tiện lợi để hỗ trợ giáo viên việc vẽ hình vật lí dạy học Qua thời gian nghiên cứu, tơi nhận thấy phần mềm Geometer’s Sketchpad đáp ứng phần nhu cầu kể Vì vậy, tơi chọn đề tài báo cáo: “Ứng dụng phần mềm Geometer’s Sketchpad dạy học vật lí” II NỘI DUNG Đánh giá thực trạng CNTT ngày ứng dụng mạnh mẽ tạo nhiều chuyển biến tích cực giáo dục Các phần mềm hỗ trợ công cụ trợ giúp cách tích cực cho GV HS việc nâng cao chất lượng dạy - học Tuy nhiên qua khảo sát giáo viên dạy vật lí học sinh trường THPT Lê Lợi, tơi nhận thấy số vấn đề sau: - Việc sử dụng phần mềm dạy học phần lớn mức độ mơ tượng vật lí túy Đối với tượng kết hợp vật lí tốn học chưa đáp ứng Ví dụ mô phép cộng vec-tơ, thay đổi vectơ vận tốc, gia tốc, lực, mối quan hệ dao động điều hịa chuyển động trịn đều, hình chiếu chất điểm lên trục chuyển động ném … - Khi sử dụng phần mềm dạy học, giáo viên thường gặp hai tình huống: Nếu phần mềm dễ sử dụng phạm vi áp dụng hẹp hình ảnh khơng đẹp mắt, khó điều khiển (VD: Crocodiles, Working Model …); Nếu phần mềm áp dụng rộng, hình ảnh đẹp mắt khó biên soạn phù hợp giảng, đòi hỏi kiến thức kĩ cao (VD: Macromedia Flash …) - Phần lớn giáo viên tìm thường tìm file mơ có sẵn internet nên thiếu tính chủ động khơng điều chỉnh theo ý đồ dạy học - Chưa có phần mềm chun dụng để vẽ hình vật lí cách tiện lợi chuẩn xác Hiện số tác giả có biên soạn số phần mềm vẽ hình phần lớn dựa vào hình vẽ Word, xây dựng macro tạo thành hình có sẵn thường gặp vật lí Cách làm khơng khắc phục điểm yếu hình vẽ Word khó vẽ giao điểm, khó chỉnh đoạn thẳng, khơng đo xác độ dài, khơng làm phép dời tịnh tiến, đối xứng, phép quay, khơng vẽ hyperbol, parabol vv… dẫn đến hình vẽ thiếu tính chuyên nghiệp Trình bày biện pháp 2.1 Giới thiệu phần mềm Geometer’s Sketchpad The Geometer's Sketchpad (thường gọi tắt Sketchpad hay GSP) phần mềm thương mại với mục đích khám phá Hình học Euclid, Đại số, Giải tích ngành khác Tốn học Tác giả phần mềm Nicholas Jackiw người Canada Geometer's Sketchpad sử dụng rộng rãi việc giảng dạy nhiều trường trung học sở Hoa Kỳ Canada Phiên thương mại Geometer's Sketchpad phát hành năm 1991 công ty Key Curriculum Press sau thời gian thử nghiệm Hoa Kỳ Năm 1993, phiên dành cho hệ điều hành Windows thức đời Geometer's Sketchpad nhận nhiều giải thưởng cơng nghiệp có mặt thuyết trình John Sculley (giám đốc Apple Computer) Bill Gates (giám đốc Microsoft) cơng nghệ giáo dục tốt Geometer's Sketchpad có cơng cụ vẽ hình cổ điển hình học Euclid thước com-pa, từ xây dựng nên cơng cụ dựng hình Hình học như: lấy trung điểm đoạn thẳng, vẽ đường thẳng qua điểm vng góc / song song với đường thẳng khác, vẽ góc góc cho trước, vẽ tia phân giác góc Chương trình cho phép đo độ dài đoạn thẳng, góc, diện tích, bán kính… tính tốn, chí lập bảng thống kê với số này; thực phép biến phép quay, tịnh tiến, vị tự… Một tính quan trọng thường sử dụng đến cho chạy điểm, vẽ xem quỹ tích Nghiên cứu kĩ có tìm hiểu, người dùng phát nhiều tính mở rộng thú vị chương trình Tuy Geometer's Sketchpad lập trình chủ yếu cho mơn Hình học hỗ trợ số công cụ cho Đại số: vẽ trục số, vẽ đồ thị hàm số, vẽ đồ thị hàm số với hệ số thay đổi, vẽ đồ thị hàm số cho tham số; công cụ cho Giải tích tính giới hạn hàm số điểm,… Người sử dụng tải dùng thử phần mềm website thức hãng với dung lượng khoảng MB, không cần cài đặt (Portable) Đây phần mềm nhẹ, máy với cấu hình chạy được, tương thích tốt với phiên Windows 2.2 Ưu nhược điểm phần mềm Geometer's Sketchpad a Ưu điểm - Hỗ trợ việc xây dựng mơ hình tốn học thơng dụng sử dụng rộng rãi - Khả đồ họa cao, xác, với nhiều chức hỗ trợ hình ảnh Phần mềm cho phép tạo macro để lưu lại bước xây dựng hình ảnh thành cơng cụ, biết cách sử dụng cơng cụ người thực tạo hình phức tạp cách nhanh chóng - Phần mềm nhỏ gọn, khơng cần cài đặt, giao diện đơn giản, dễ hiểu, Việt hóa - Hỗ trợ khả chuyển động tạo vết điểm, đoạn thẳng, ứng dụng cho số minh họa vật lí b Nhược điểm - Một số thao tác khác với phần mềm soạn thảo thơng thường nên ban đầu khiến người dùng lúng túng - Nếu không xây dựng cơng cụ có sẵn việc vẽ hình vật lí đầy đủ thời gian - Một số màu sắc khơng thể trung thực 2.3 Tóm tắt cách sử dụng phần mềm Geometer's Sketchpad Đây phần mềm phổ biến áp dụng rộng rãi toán học, nên tài liệu hướng dẫn phong phú tỉ mỉ Người dùng tự học cách dễ dàng, thời gian làm quen thành thạo thao tác khoảng ngày Trong khuôn khổ báo cáo này, tơi xin điểm qua số nét : a Giao diện làm việc: b Các lệnh chính: - Dựng hình: Điểm, đoạn thẳng, đường thẳng, tia, đường trịn, trung điểm, phân giác, tia vng góc, đường song song - Biến hình: Tịnh tiến, quay, vị tự, đối xứng - Phép đo - Vẽ đồ thị c Nguyên tắc chung sử dụng: Ý tưởng Geometer's Sketchpad biểu diễn động hình hình học hay cịn gọi Dynamic Geometry, ý tưởng độc đáo từ lâu trở thành chuẩn cho phần mềm mơ hình học Phần mềm có chức vẽ, mơ quĩ tích, phép biến đổi hình hình học phẳng Giáo viên sử dụng phần mềm để thiết kế giảng cách nhanh chóng, xác sinh động Sử dụng Geometer's Sketchpad, bạn có cảm giác tạo hình với khơng gian khơng có giới hạn, ví dụ bạn vẽ đường thẳng, độ dài đường thẳng vô tận, bạn tạo đường thẳng với công cụ thông thường: giấy, bút, thước kẻ… hẳn bạn gặp phải trở ngại giới hạn không gian vẽ, với Geometer's Sketchpad, bạn không cần phải lo lắng điều Một đặc điểm quan trọng phần mềm cho phép ta thiết lập quan hệ đối tượng hình học, phần mềm đảm bảo quan hệ ln bảo tồn, sau quan hệ biến đổi cách Khi thành phần hình bị biến đổi, thành phần khác hình có quan hệ với thành phần thay đổi tự động thay đổi theo Ví dụ thay đổi độ dài đoạn thẳng trung điểm đoạn thẳng tự động thay đổi theo cho ln trung điểm đoạn thẳng Nhưng sử dụng giấy bút để dựng hình, thay đổi thành phần nhỏ hình, đơi phải phá huỷ tồn hình Ngồi cơng cụ có sẵn cơng cụ điểm, thước kẻ, compa, bạn tự tạo cơng cụ riêng cho mình, cách ghi lưu giữ hình hình học dạng script 2.4 Ứng dụng phần mềm Geometer's Sketchpad để tạo cơng cụ dựng hình cho mơn vật lí Geometer's Sketchpad có tính đáng giá cho phép người dùng tự tạo công cụ để dùng lại lần sau nhằm giúp người dùng tiết kiệm thời gian công sức thực lại Trong thời gian qua, xây dựng số công cụ sau: - Các linh kiện mạch điện: Điện trở, tụ điện, cuộn cảm, ampe kế, vôn kế, nguồn gồm 1, pin - Con lắc lị xo - Các kí hiệu cung, góc, dạng mũi tên - Giản đồ vec-tơ mạch điện xoay chiều, phép cộng vec-tơ - Mô quan hệ dao động điều hòa chuyển động tròn - Mơ chuyển động ném ngang - Hình giao thoa sóng nước - Các loại hình thường gặp: tam giác cân, tam giác đều, bình hành - Nhiều kí hiệu hình vẽ hỗ trợ khác 2.5 Ứng dụng công cụ xây dựng vào số học chương trình Vật lí THPT a Ứng dụng soạn giảng, giáo án, đề kiểm tra: Hầu hết học sử dụng hình vẽ từ phần mềm Dưới số hình minh họa: B A Fđh P M 2 600 45 R1 B A M RB R2 N T N N α E Fđ α F α P M A E2 ; r2 d E1 ; r1 I R B b Ứng dụng giảng dạy: Một số học sử dụng chức chuyển động điểm vết đoạn thẳng để mơ chuyển động Ví dụ Dao động điều hịa, Tổng hợp phân tích lực, Chuyển động ném ngang, Chuyển động tròn Do thời gian nghiên cứu có hạn, thực tế tơi áp dụng vào Dao động điều hịa Vật lí 12, Tổng hợp dao động, phương pháp giản đồ Fre-nen tiết Bài tập dao động điều hịa Trong thời gian tới, phần mềm áp dụng vào Tổng hợp phân tích lực, Bài toán chuyển động ném ngang III HIỆU QUẢ THỰC HIỆN CỦA VIỆC ÁP DỤNG BIỆN PHÁP VÀO THỰC TẾ DẠY HỌC Để đánh giá hiệu việc áp dụng biện pháp vào dạy học, thực khảo sát lớp 12B3, 12B6 12B7, trường THPT Lê Lợi Nội dung khảo sát: Bài tập mối quan hệ dao động điều hòa chuyển động tròn Phương pháp khảo sát: Trong tiết TC2, tơi giới thiệu dạng tập nói phương pháp giải không sử dụng phần mềm mô mà vẽ tay Giải tập ví dụ khảo sát lại kiểm tra ngắn thời gian 10 phút, thu kết kiểm tra trước tác động Phần lại tiết học, sử dụng mô phần mềm thực kiểm tra lại đề khác có độ khó tương đương (Nội dung kiểm tra phần Phụ lục), thu kết kiểm tra sau tác động Do thời gian tiết học nên bỏ qua sai số việc học sinh học lại dạng tập để có kết tốt hơn, kết khảo sát có mức độ tin cậy chấp nhận Kết khảo sát: Tổng số học sinh 126 Điểm Dưới Trước tác động Số lượng Tỉ lệ 36 28,6% Sau tác động Số lượng Tỉ lệ 17 13,5% Từ đến 6,5 65 51,6% 36 28,6% Từ 6,5 đến 24 19,0% 66 52,3% Từ trở lên 0,8% 5,6% Điểm trung bình 5,64 6,42 IV KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu thực nghiệm, nhận thấy việc ứng dụng phần mềm Geometer’s Sketchpad vào q trình dạy học vật lí THPT có tính khả thi Nếu sử dụng thành thạo cơng cụ giáo viên tiết kiệm thời gian công sức việc soạn giảng, đóng góp tích cực vào q trình nhận thức học sinh Đối với học sinh khảo sát vấn đề nêu đề tài bước đầu mang lại hiệu quả, có tác dụng nâng cao chất lượng học tập Trong thời gian tiếp theo, vấn đề nêu đề tài thân nghiên cứu, mở rộng hi vọng có điều kiện khảo sát tính hiệu cách đầy đủ, chặt chẽ Quảng Trị, ngày 06 tháng 11 năm 2020 Người viết báo cáo Nguyễn Hải Phước PHỤ LỤC Bảng khảo sát việc sử dụng phần mềm dạy học giáo viên Câu Thầy cô đánh phần mềm hỗ trợ dạy học Vật lí nay? Dễ dùng, áp dụng vào nhiều học Dễ dùng, áp dụng vào học Khó dùng, áp dụng vào nhiều học Khó dùng, áp dụng vào học Ý kiến khác: Câu Khi xây dựng phương trình dao động điều hịa, sách giáo khoa Vật lí 12 có lấy ví dụ quan hệ chuyển động tròn dao động điều hòa Khi minh họa ví dụ này, Thầy / Cơ thường sử dụng cách nào? Vẽ tay Vẽ hình Word / Powerpoint Dùng video clip flash có sẵn từ internet Dùng phần mềm khác: Câu Khi vẽ hình vẽ giáo án, đề kiểm tra, giảng, Thầy / Cô thường sử dụng cách nào? Vẽ tay chụp lại Vẽ hình Word / Powerpoint Dùng hình vẽ có sẵn từ internet Dùng phần mềm khác: Nội dung đề khảo sát cho học sinh Đề 1: (Trước tác động) Một chất điểm dao động điều hòa với biên độ 10 cm tần số Hz Vào thời điểm t1 vật qua li độ x1 = cm theo chiều âm, hỏi sau thời gian ngắn vật đến li độ x2 = - cm ? Đề 2: (Sau tác động) Một chất điểm dao động điều hịa với biên độ cm chu kì s Vào thời điểm t1 vật qua li độ x1 = cm theo chiều dương, hỏi sau thời gian ngắn vật trở x1? 10 ... thấy phần mềm Geometer? ??s Sketchpad đáp ứng phần nhu cầu kể Vì vậy, tơi chọn đề tài báo cáo: ? ?Ứng dụng phần mềm Geometer? ??s Sketchpad dạy học vật lí? ?? II NỘI DUNG Đánh giá thực trạng CNTT ngày ứng dụng. .. sử dụng phần mềm dạy học giáo viên Câu Thầy cô đánh phần mềm hỗ trợ dạy học Vật lí nay? Dễ dùng, áp dụng vào nhiều học Dễ dùng, áp dụng vào học Khó dùng, áp dụng vào nhiều học Khó dùng, áp dụng. .. cạnh việc dạy học vật lí chưa quan tâm mức chưa có phần mềm chun biệt đủ mạnh để biểu diễn mơ hình tốn học vật lí chưa có phần mềm đủ tiện lợi để hỗ trợ giáo viên việc vẽ hình vật lí dạy học Qua