8. Cấu trúc luận văn
1.3. Phần mềm dạy học Yêu cầu chung đối với phần mềm dạy học
1.3.1. Khái niệm phần mềm dạy học [34]
Phần mềm dạy học (PMDH) là phương tiện chứa chương trình để ra lệnh cho máy tính thực hiện các yêu cầu về nội dung và phương pháp dạy học theo các mục tiêu đã định.
Khác với các phương tiện dạy học khác, PMDH là một dạng vật chất đặc biệt, là các câu lệnh chứa thông tin, dữ liệu để hướng dẫn máy vi tính thực hiện các thao tác xử lý theo một thuật toán xác định từ trước. Các PMDH
được lưu trữ trong các thiết bị nhớ ngoài của máy vi tính như trong các đĩa cứng, đĩa mềm, đĩa CD. PMDH rất gọn nhẹ, rất dễ nhân bản với số lượng lớn, không cồng kềnh, dễ bảo quản, dễ vận chuyển, dễ sử dụng, sinh động và hấp dẫn. Tuỳ thuộc vào từng môn học cụ thể mà xây dựng các PMDH tương ứng để phục vụ cho dạy và học môn đó. Do vậy, tuỳ thuộc vào hình thức sử dụng và chức năng sư phạm mà phần mềm đảm nhận có thể phân chia các PMDH thành các loại khác nhau. Trong dạy học vật lý có thể phân chia các PMDH thành các nhóm sau:
- Phần mềm mô phỏng, minh họa: thường gọi là phần mềm mô phỏng. - Phần mềm xử lý các số liệu thực nghiệm dùng hỗ trợ cho các thí nghiệm vật lý: thường gọi là phần mềm hỗ trợ thí nghiệm vật lý.
- Phần mềm ôn tập, tổng kết, hệ thống hoá kiến thức của từng phần, từng chương trong sách giáo khoa.
- Phần mềm kiểm tra, đánh giá kiến thức của học sinh.
Các PMDH có thể được sử dụng với mọi chức năng lý luận dạy học. Có thể sử dụng phần mềm trong các giai đoạn sau:
+ Nêu vấn đề nghiên cứu, gợi động cơ học tập tích cực cho học sinh, củng cố trình độ kiến thức và kỹ năng xuất phát.
+ Nghiên cứu nội dung mới. + Ôn tập các nội dung đã học.
+ Luyện tập, củng cố kỹ năng, rèn luyện kỹ xảo cho học sinh. + Kiểm tra kiến thức học sinh.
1.3.2. Những yêu cầu chung đối với PMDH
Phần mềm dạy học (PMDH) thuộc một trong các thiết bị dùng để dạy học, vì vậy một phần mềm dạy học bất kỳ đều phải đáp ứng được các yêu cầu của một thiết bị dạy học. Đối tượng sử dụng các PMDH chính là giáo viên và
học sinh, do vậy để PMDH phát huy được hiệu quả, nó phải đảm bảo những yêu cầu nhất định sau:
Tính khoa học
- Các phần mềm dạy học được tạo ra về mục đích là khắc phục các nhược điểm của phương tiện dạy học truyền thống, ví dụ trong chuyển động ném, rơi, dao động của con lắc lò xo thì hiện tượng xảy ra quá nhanh, dùng phương tiện dạy truyền thống rất khó khăn, vậy nếu tạo ra phần mềm cho phép dừng quá trình của chuyển động sẽ giúp cho việc nghiên cứu dễ dàng hơn. Vì thế, nội dung dạy học chứa đựng trong chương trình phải bảo đảm tính chính xác khoa học. Các văn bản, biểu đồ, đồ thị phải chính xác. Văn phong trình bày phải rõ ràng, trong sáng, cô đọng, dễ hiểu.
Tính sư phạm và thẩm mỹ
- Các thông tin mà PMDH đề cập đến phải phù hợp với nội dung dạy học mà phần mềm dạy học đó đảm nhận. Phần mềm phải có phần giới thiệu để chỉ ra cho người dùng biết phạm vi sử dụng của nó. Các thông tin chứa đựng trong chương trình phải phù hợp với nội dung trong sách giáo khoa vật lý.
- Các PMDH phải giúp tăng cường tính trực quan. Các văn bản, hình vẽ, đồ thị, biểu bảng, lời nói, phim được trình bày dưới dạng chuẩn, mỹ thuật. Nhiều phần mềm dạy học mở có thể được sửa đổi theo ý tưởng của từng người dạy và người học, ví dụ như các phần mềm cho phép soạn, sửa đổi các câu hỏi trắc nghiệm (Violet chẳng hạn)…
- Đặc biệt, PMDH được xây dựng sao cho hỗ trợ quá trình tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh theo lí luận dạy học hiện đại.
Tính kỹ thuật
- Trước hết là các yêu cầu về mặt lựa chọn công cụ. Một PMDH là sản phẩm của sự phối hợp khả năng lập trình tốt của nhà tin học với những kiến
thức về mặt sư phạm của người giáo viên vật lý. Nếu người giáo viên vật lý có khả năng lập trình trên máy vi tính để viết nên các PMDH thì tốt nhất. Bởi vì khi đó người giáo viên sẽ chủ động thiết kế chương trình theo đúng ý đồ tổ chức thi công bài giảng, và do vậy khi vận dụng vào giảng dạy sẽ phát huy được hiệu quả của phần mềm này ở mức độ cao.
- Các PMDH phải có độ linh hoạt cao. Yêu cầu này thể hiện ở chỗ PMDH cho phép người sử dụng có thể thay đổi những thông số của chương trình một cách dễ dàng để giải quyết một nội dung học tập hay một bài tập mới. Một PMDH sẽ trở thành mềm dẻo nếu như nó cho phép lựa chọn những chế độ làm việc khác nhau trên các thế hệ máy khác nhau hay trên các hệ điều hành khác nhau.
- Yêu cầu về tổ chức quản lý, tìm kiếm và truy cập thông tin. Khi sử dụng PMDH trong giảng dạy và học tập thì thông thường người dùng phải tìm kiếm thông tin, truy cập đến kho dữ liệu để lấy các thông tin cần thiết phục vụ mục đích sử dụng của mình. Để giải quyết tốt nhu cầu này thì đòi hỏi việc tổ chức quản lý thông tin trong các phần mềm phải thật khoa học.
- Yêu cầu về sự ổn định của các phần mềm. Khi sử dụng thì người dùng có thể bấm các phím ngoại lai ngoài ý muốn của người lập trình. Do vậy, người lập trình phải dự kiến được những khả năng này để đưa vào chương trình sao cho tránh được hiện tượng "treo máy" khi chạy chương trình, bảo đảm chương trình chạy ổn định.
- Yêu cầu cuối cùng đối với các phần mềm dạy học là tính dễ sử dụng. Trong phần mềm cần đưa vào các phím nóng (hotkey), các phím tổ hợp, cho phép sử dụng thiết bị chuột để người dùng có thể dễ dàng thực hiện các lệnh và truy cập thông tin.
Đối với phần mềm dạy học, ta có thể tạo ra nhiều phiên bản một cách nhanh chóng, dễ dàng và với chi phí rất thấp. Ngoài ra còn có thể trao đổi và truyền tải dễ dàng qua Internet [34].
1.3.3. Một số hỗ trợ của MTV và các PMDH trong dạy học vật lý.
Ngày nay, MVT là một công cụ hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực của đời sống như: kinh tế, chính trị, nghiên cứu khoa học, giáo dục đào tạo, vui chơi giải trí,....Trong nhà trường cũng vậy, MVT là công cụ hữu hiệu để quản lý hồ sơ, hỗ trợ việc tổng kết, đánh giá, xếp loại HV, hỗ trợ dạy học,.... Cụ thể trong dạy học, máy tính ngày càng thể hiển rõ rệt vai trò của nó. Bên cạnh những ứng dụng thường thấy trong dạy học các môn học nói chung như: Trình diễn bài giảng, kiểm tra đánh giá bằng MVT, xử lí và tính toán các kết quả bằng MVT,... thì trong dạy học vật lý MVT còn được ứng dụng trong các lĩnh vực quan trọng sau:
* Mô phỏng các đối tượng vật lý cần nghiên cứu. * Hỗ trợ cho việc xây dựng mô hình.
* Hỗ trợ các thí nghiệm vật lý.
* Hỗ trợ cho việc phân tích băng video ghi các quá trình vật lý thực. Do MVT là một thiết bị đa phương tiện có thể ghép nối với các thiết bị khác trong nghiên cứu vật lý và có tính năng hết sức ưu việt trong việc thu thập dữ liệu cũng như trình bày các kết quả rất nhanh chóng, chính xác, đẹp và khoa học, và hơn nữa ngày càng có nhiều phần mềm MVT được xây dựng phục vụ cho học tập và giảng dạy, cho nên nó đã được sử dụng rất thành công trong các lĩnh vực trên, góp phần giải quyết các khó khăn mà các PTDH trước nó chưa giải quyết trọn vẹn được [15].
1.3.3.1. Sử dụng MVT mô phỏng các đối tượng vật lý cần nghiên cứu
- Mô phỏng các đối tượng vật lý nhờ MVT theo quan điểm của lý luận dạy học hiện đại là một PPDH. Xuất phát từ các tiên đề hay các kết luận lý
thuyết (các phương trình toán học, các nguyên lý vật lý) được viết dưới dạng toán học, các hiện tượng vật lý, thông qua vận dụng các phương pháp tính toán trên mô hình nhờ MVT để giải quyết chủ yếu các nhiệm vụ sau:
* Mô phỏng, minh hoạ một cách trực quan và chính xác các hiện tượng, quá trình vật lý cần nghiên cứu.
* Mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lý để qua đó tìm ra các kiến thức mới (mối quan hệ mới, quy luật mới,...) bằng con đường nhận thức lý thuyết.
Trong quá trình nghiên cứu vật lý ở trường phổ thông, HS rất hay gặp những hiện tượng, quá trình vật lý khó quan sát hoặc không quan sát được. Do đó những yếu tố bản chất ở đây thường bị che đi bởi các yếu tố khác. Để phát hiện ra các yếu tố bản chất này thường thì HS phải tưởng tượng, GV phải giải thích bằng việc mô tả bằng lời hoặc bằng các biểu thức toán học. Vì thế mà việc xây dựng kiến thức gặp nhiều khó khăn. Để giải quyết khó khăn này cần những mô hình mô phỏng trực quan các hiện tượng, quá trình đó, làm bật lên các dấu hiệu bản chất, nếu có điều này thì HS rất dễ dàng nắm được kiến thức và có thể tự lực phát hiện ra các kiến thức mới. Để xây dựng được các mô hình này thì MVT và PMDH đặc biệt có ưu thế, nhờ nó ta có thể xây dựng các mô hình tĩnh hoặc động hiển thị một cách trực quan, chính xác, có thể cho quá trình cần mô phỏng diễn biến nhanh chậm hoặc dừng lại ở một vị trí, thời điểm nào đó một cách dễ dàng. Điều đó hết sức quan trọng trong việc tổ chức hoạt động nhận thức của HS.
Ngoài khả năng mô phỏng một cách trực quan và chính xác các hiện tượng vật lý, quá trình vật lý, MVT còn có thể tạo điều kiện để đi sâu và tìm ra các mối quan hệ có tính quy luật của các hiện tượng, quá trình vật lý. Nhờ vào khả năng tính toán và sử lý các kết quả rất nhanh chóng, thể hiện kết quả
dưới dạng biểu đồ, đồ thị với nhiều cách khác nhau từ đó ta có thể tìm ra quy luật phụ thuộc của các đại lượng và tìm ra kiến thức mới [15].
1.3.3.2. Sử dụng MVT hỗ trợ việc xây dựng các mô hình
Khi nghiên cứu các hiện tượng, quá trình vật lý mới, người ta thường tiến hành quan sát, đo đạc, thu thập phân tích, xử lý số liệu để đi tới nhận thức được các quy luật chi phối chúng. Trong quá trình này, việc đưa ra các dự đoán về quy luật phụ thuộc giữa các đại lượng và kiểm tra các dự đoán đó là hết sức cần thiết, từ đó có thể đưa ra các phương trình toán học để mô tả quá trình, hiện tượng đó.
Tuy nhiên việc đưa được ra các quy luật phụ thuộc dưới dạng toán học là hết sức khó khăn bởi sự phụ thuộc giữa các đại lượng nghiên cứu thường phức tạp (có khi là phương trình vi phân mà HS chưa biết). Với sự hỗ trợ của MVT và PMDH thích hợp giúp HS có thể tìm ra được những quy luật này nhờ vào sự kiểm tra nhanh chóng các dự đoán của HS thông qua các phương trình, đồ thị, số liệu tính toán,...Như vậy có thể nói MVT đã hỗ trợ trong việc xây dựng các mô hình.
Như vậy với sự hỗ trợ của MVTvà phần mềm MVT thích hợp trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức của HV đã giúp HS kiểm tra được các giả thuyết của mình, xây dựng được các mô hình và tìm ra quy luật phụ thuộc giữa các đại lượng,...giúp HS nắm vững kiến thức và phát triển tư duy [15]. 1.4. Thực trạng của việc sử dụng CNTT trong dạy học vật lý ở các Trung tâm GDTX tỉnh Vĩnh Phúc
Ngày nay trong sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trên toàn thế giới. Việc ứng dụng CNTT trong dạy học là rất cần thiết. Ứng dụng CNTT trong dạy học góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả của quá trình dạy học, nó có nhiều ưu điểm và thuận lợi hơn so với những PTDH truyền
thống. Tuy nhiên, cũng có những bất cập và một số hạn chế và khó khăn cần phải khắc phục.
Tôi tiến hành khảo sát, điều tra thực trạng việc sử dụng CNTT trong dạy học vật lý, việc giảng dạy và học tập đối với GV dạy vật lý và HS ở lớp 11 ở một số trung tâm GDTX trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc.
1.4.1. Mục đích điều tra
Tôi tiến hành điều tra tìm hiểu ở các Trung tâm GDTX để biết một số thông tin sau:
- Thực trạng cơ sở vật chất, trang thiết bị phục vụ cho việc giảng dạy và học tập bộ môn vật lý.
- Việc xây dựng hệ thống thông tin, sử dụng CNTT trong dạy học vật lý. - Việc sử dụng các PPDH, cách thức kiểm tra đánh giá, cách soạn giáo án, mức độ và cách sử dụng thiết bị, thí nghiệm trong giờ học vật lý.
- Tình hình học tập, khả năng thực hành vận dụng kiến thức của HS, mức độ hứng thú của HS khi sử dụng thí nghiệm thực hay ứng dụng CNTT trong giờ học vật lý.
1.4.2. Phương pháp điều tra
- Gặp gỡ và trao đổi trực tiếp với ban Giám đốc Trung tâm, Tổ trưởng bộ môn và GV giảng dạy vật lý. Sử dụng phiếu phỏng vấn GV, tham khảo giáo
án, dự giờ... (Phụ lục 1).
- Trao đổi trực tiếp với HS, tham khảo kết quả học tập của HS năm học vừa qua.
- Tham quan, khảo sát việc sử dụng phòng thí nghiệm, phòng học bộ môn và phòng MVT
1.4.3. Kết quả điều tra
Kết quả điều tra GV như sau: - Số Trung tâm điều tra: 7 - Số phiếu điều tra: 7 - Số GV hỏi ý kiến: 7 Kết quả điều tra HS như sau: - Số Trung tâm điều tra: 1 - Số phiếu điều tra: 84 - Số HS hỏi ý kiến: 84 Kết quả cho thấy:
+ Về cơ sở vật chất, thiết bị:
- Đa số các Trung tâm đã có nhà điều hành, phòng học chức năng, các lớp học đã có đầy đủ nhưng chưa được khang trang, các lớp học và bàn ghế không đủ tiêu chuẩn quy cách. Bên cạnh đó có một số Trung tâm đã được đầu tư xây dựng và nâng cấp nên đã từng bước tiếp cận được các yêu cầu hoạt động theo chức năng của Trung tâm GDTX.
- Một số Trung tâm có một phòng để thiết bị thí nghiệm của tất cả các môn học. Nhiều dụng cụ thí nghiệm đã cũ, hỏng hóc, ít được sửa chữa bổ sung. Một số dụng cụ thí nghiệm không còn hướng dẫn sử dụng. Các dụng cụ phục vụ cho phần quang học như kính lúp, kính hiển vi , nhưng một số đã cũ, mặt kính bị ố và hầu như chưa có kính thiên văn học sinh. Bên cạnh đó cũng có một số thí nghiệm mới được bổ sung phục vụ cho việc đổi mới nội dung chương trình, thay SGK của lớp 10, 11, 12 nhưng vẫn chưa đầy đủ.
- Các Trung tâm đều có một phòng MVT, có khoảng 15 đến 30 máy và một số máy phục vụ cho việc quản lý điều hành, phòng MVT đều dùng để mở các lớp học vi tính văn phòng, chưa được quan tâm dùng để phục vụ cho học tập các môn học khác. Một số phòng MVT được kết nối internet, đã được
trang bị máy chiếu Projector. Các PMDH, phần mềm thí nghiệm ảo phục vụ cho việc giảng dạy chương “Các dụng cụ quang học” cũng chưa có.
+ Kết quả điều tra ban đầu tại các Trung tâm về việc sử dụng CNTT trong dạy học vật lý đối với GV phản ánh bằng các số liệu cụ thể sau:
Bảng 1.1 : Việc sử dụng CNTT trong dạy học vật lý