TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1. Giới thiệu các thành phần và chức năng trong phần mềm Crocodile
Technology 3D
Sau khi khởi động CT ta sẽ thấy biểu tượng của chương trình. Tiếp theo ta sẽ thấy cửa sổ và lời chào "Welcome to Crocodile Technology". Trên bảng này chúng ta có thể chọn các mục: Get started, Contents, hay New model.
- Get started: Mở nội dung hướng dẫn sử dụng phần mềm CT
- Contents: Xem các TN ví dụ theo chủ đề có sẵn trong phần mềm - New model: Sử dụng các công cụ của CT để tạo những TN mới.
Giao diện chương trình gồm 3 phần: - Phần giữa là KG thiết kế và thực hiện TN - Phía trên là thanh thực đơn và thanh công cụ - Bên trái là side pane gồm các phần Contents, Parts Library và Properties.
2.1.1. Không gian thiết kế và thực hiện thí nghiệm
Trên KG này ta sẽ tiến hành thiết kế và thực hiện tất cả các quá trình của TN. Khi thiết kế, tùy vào từng TN mà ta điều chỉnh kích thước của KG thiết kế. Nếu muốn thiết kế nhiều TN mà KG làm việc hiện thời không đủ rộng thì có thể sử dụng nhiều Scene của chương trình. Để thêm hay bớt các Scene thì ta vào menu Scenes, chọn New Scene (thêm một sscene mới) hay Remove Scene (xóa scene hiện hành). Hoặc bấm vào hình trên thanh Scene. Để chuyển đổi giữa các scene thì ta vào menu Scenes rồi chọn scene tương ứng hoặc chuyển đổi trên thanh Scene.
Muốn phóng KGTN rộng ra toàn màn hình khi biểu diễn TN thì dùng chuột bấm vào biểu tượng chữ “m” trên màn hình, khi đó tất cả thanh thực đơn, thanh công cụ và slide pane sẽ ẩn đi. Muốn quay trở lại giao thiết kế như ban đầu thì ta sử
Hình 2.1. Biểu tượng CT
dụng phím ESC hoặc bấm chuột vào biểu tượng chữ “m”.
2.1.2. Thanh thực đơn và thanh công cụ
2.1.2.1. Thanh thực đơn (Menu bar)
Hình 2.3. Thanh thực đơn
Thanh thực đơn gồm 5 nhóm chức năng đó là: File, Edit, View, Scenes, Help
Menu File gồm các chức năng để quản lí, in ấn TN đang thiết kế
New: Tạo một TN mới; Open: Mở một TN đã thiết kế; Save: Lưu TN đang thiết kế; Save As: Lưu TN đang thiết kế vào một ví trí khác hoặc tên khác; Reload: Mở lại TN ở trạng thái lưu trước đó; Print: In TN hiện thời; Page setup: Cài đặt định dạng trang in; Export: Xuất TN và kết ra các dạng số liệu, đồ thị, bản mạch PCB...; Recent File: Danh sách 4 file mới mở nhất; Quit: Thoát khỏi chương trình.
Menu Edit gồm các chức năng để thiết kế, chỉnh sửa, sắp xếp TN
Undo: Trở lại bước thực hiện trước; Redo: Bước tiếp theo của bước vừa trở lại; Cut: Cắt một hay nhiều đối tượng; Copy: Sao chép một hay nhiều đối tượng;
Paste: Dán các đối tượng mà đã dùng lệnh Cut hoặc Copy trước đó;Select All: Chọn tất cả các đối tượng trong KG đang làm việc; Delete: Xóa một hay nhiều đối tượng đã được chọn; Properties: Mở thuộc tính của đối tượng được chọn; Mouse Click Action: Thay đổi sự kiện khi Click chuột; Space Properties: Mở thuộc tính của một KG thiết kế TN; Rotation (2D), Rotation (3D): Xoay đối tượng trong KG 2 chiều,3 chiều; Arrangement: Sắp xếp thứ tự hiển thị các dụng cụ TN; Flip: Lật dọc hoặc ngang trục được chọn; Pause: Tạm dừng TN đang thực hiện.
Menu View gồm các chức năng điều khiển chế độ hiển thị của các dụng cụ và KG thiết kế TN
Side Pane: Hiện/ẩn pane bên trái màn hình; Toolbar: Hiện/ẩn thanh công cụ;
Full Screen: Mở rộng KGTN ra toàn màn hình; Zoom In, Zoom Out: Tăng, giảm kích thước hiển thị KG thiết kế và dụng cụ TN; Master Grid: Chọn hiện/ẩn lưới chủ trong KG thiết kế và thực hiện TN; Snap to Grid: Nếu mục này được lựa chọn thì các dụng cụ được đặt thứ tự theo lưới
New Scene: Tạo một khung cảnh làm việc mới; Remove: Xóa khung cảnh đang làm việc; Scene 1: Chọn khung cảnh làm việc 1; Scene 2: Chọn khung cảnh làm việc 2; Scene 3: Chọn khung cảnh làm việc 3.
Menu Help gồm các phần giới thiệu chương trình, bản quyền, phiên bản của chương trình và tài liệu hướng dẫn sử dụng chương trình.
Help Topics: Mở tài liệu giúp đỡ của chương trình; Welcome screen on start up: Nếu mục này được chọn thì lời chào của chương trình sẽ xuất hiện mỗi lần ta khởi động chương trình; About Crocodile Technology...: Hiển thị các thông tin về bản quyền, phiên bản và một số thông tin khác về chương trình.
2.1.2.2. Thanh công cụ (Toolbar)
Hình 2.4. Thanh công cụ
Thanh công cụ gồm các chức năng cơ bản và hay sử dụng của chương trình. Các chức năng này là một phần trong các chức năng của thanh thực đơn.
2.1.3. Side pane
Side pane gồm các phần Contents, Parts Library và Properties (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.1.3.1. Phần Contents
Phần Contents là các ví dụ có sẵn theo chủ đề như mô tả chuyển động, động cơ, các mạch điện, … với mỗi modun đã có các TN phù hợp với chủ đề và chỉ cần chọn TN thích hợp để thực hiện. Nhưng đây chỉ là một số chủ đề cơ bản, để có thể thiết kế được các TN phục vụ cho giảng dạy và học tập thì cần phải xem các ví dụ này và sau đó chỉnh sửa hoặc tự thiết kế các TN cho phù hợp với bài giảng bằng các dụng cụ được lấy trong phần Parts Library. Đặc biệt mục Getting Started giúp cho người sử dụng học một số bước cơ bản để thiết kế các TN ảo trên phần mềm CT.
2.1.3.2. Phần Parts Library
Đây là thư viện các dụng cụ để thiết kế TN vật lí ảo, được sắp xếp thành từng phần Điện, Cơ, Điện tử và các công cụ hỗ trợ. Trong mỗi phần có rất nhiều dụng cụ với những thuộc tính khác nhau để ta có thể mô phỏng các TN vật lí phổ thông.
Rectangular PCB space, Circular PCB space: KG hình chữ nhật và hình tròn để thiết kế các TN và bản mạch in 3D; Multilmeter: Đồng hồ đo đa năng; Analogue: Các dụng cụ để thiết kế TN phần điện; Digital 4000 Series, Digital 7400 Series, Digital Inputs & Outputs, Microcontrollers, Standard Blocks: Các dụng cụ TN lĩnh vực kĩ thuật điện tử, kĩ thuật số; Electromechanisms: Các loại động cơ điện.
- Phần Mechanisms: bao gồm các dụng cụ thiết kế TN phần Cơ học
Mechanisms space: KG thiết kế các TN cơ học 3D; Double gear: Bánh răng đôi; Chain drive: Bánh răng có dây xích truyền lực; Worm and gear: Bánh răng và đường ren; Double bevel gear: Truyền động bằng bánh răng nón đôi; Flywheel: Bánh đà; Crank: Quay tay; Constant speed motor: Động cơ tốc độ không đổi.
- Phần Flowcharts: bao gồm các dụng cụ để thiết lập các dạng biểu đồ tiến trình,
quy trình xử lí các mạch số.
- Phần Presentation: bao gồm các công cụ hỗ trợ thiết kế và trình diễn TN
Graph: Chèn đồ thị; Text, Instructions: Chèn đoạn văn bản; Picture: Chèn hình ảnh; Animation: Công cụ trình diễn một loạt các hình ảnh như hiệu ứng hoạt hình; Button: Nút nhấn; Number, Checkbox, Edit box: Công cụ thay đổi thuộc tính kiểu số của dụng cụ liên kết; Drop-down list: Công cụ hiển thị danh sách các thuộc tính đối tượng; Pause: Công cụ điều khiển dừng và thực hiện tiếp TN; Reload: Công cụ điều khiển thực hiện lại TN từ đầu; Part Tray: Khay đựng dụng cụ TN.
2.1.3.3. Phần Properties
Phần này thể hiện và thay đổi các thuộc tính của các đối tượng được chọn.
2.2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Technology 3D để thiết kế các thí nghiệm ảo vật lí
2.2.1. Sử dụng các thí nghiệm ảo đã được thiết kế sẵn trong phần mềm Crocodile Technology 3D
Để sử dụng các TN có sẵn trong phần mềm CT, tại giao diện của chương trình chọn mục Contents trong Slide pane, sau đó bấm chuột vào từng chủ đề để lựa chọn TN thích hợp. Có thể sử
dụng cụ, thuộc tính của dụng cụ trong TN cho phù hợp với yêu cầu của bài học.
2.2.2. Thiết kế TN mới dựa trên các dụng cụ có sẵn trong phần mềm
Ngoài các TN có sẵn trong phần Contents thì người sử dụng có thể tự thiết kế thêm các TN khác phù hợp với nội dung, mục đích của bài DH.
Để thiết kế một TN hoàn toàn mới cần có một số bước cơ bản sau:
- Bước 1: Tạo một file mới. Từ thanh thực đơn chọn File/New, hoặc bấm tổ hợp phím Ctrl+N, hoặc bấm chuột vào biểu tượng New trên thanh công cụ.
- Bước 2: Thiết lập thuộc tính cho không gian thí nghiệm. Để thiết lập các thuộc tính cho KGTN, tiến hành bấm chuột phải vào giữa vùng KG, chọn Space Properties, hoặc vào menu Edit chọn Space Properties, khi đó bên phần Slide pane sẽ hiện lên các thuộc tính, muốn thay đổi thuộc tính nào thì vào mục tương ứng.
+ Để thay đổi kích thước KGTN, chọn Details. Nhập số liệu độ lớn bề rộng và chiều cao vào mục Scene Width(px) và Scene height(px), đơn vị là pixel.
+ Thay đổi màu nền KGTN, chọn mục Background
Bấm chuột vào mục Colour, chọn màu nền thích hợp. Bên cạnh đó có thể chọn hình ảnh làm nền cho KGTN trong mục Picture, trong mục này ngoài các hình ảnh có sẵn của chương trình, người sử dụng có thể đưa thêm hình ảnh bên ngoài vào bằng cách chọn Choose file...
Hình 2.6. Properties
Hình 2.7. Details Hình 2.8. Background
Để các TN hiển thị dưới dạng 3D thì cần phải có vùng KG 3D. Để có KG 3D thì ta tiến hành kéo từ trong phần Parts Library ra vùng KGTN. Tùy từng loại TN mà KG 3D được thiết lập khác nhau.
Hình 2.9. Không gian 3D phần điện Hình 2.10. Không gian 3D phần cơ - Bước 3: Lựa chọn các dụng cụ TN. Sau khi đã xác định được mục đích, yêu cầu của TN, tiến hành lựa chọn các dụng
cụ TN thích hợp trong phần Parts Library. Muốn chọn dụng cụ nào thì chỉ cần di chuyển con trỏ đến biểu tượng của dụng cụ đó, bấm giữ chuột trái và di chuyển từ Slide pane đến vị trí cần đặt trong KGTN rồi thả chuột. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu ta kéo vào vùng KG 2D thì các dụng cụ hiển thị dưới dạng 2D, còn nếu kéo vào vùng KG 3D thì các dụng cụ sẽ hiển thị dưới dạng 3D.
- Bước 4: Chỉnh sửa, thiết lập thuộc tính cho đối tượng. Sau khi đã lựa chọn được các dụng cụ, tiến hành các thao tác di chuyển, xoay, thay đổi thông số thuộc tính cho phù hợp với yêu cầu và mô hình bố trí TN.
- Bước 5: Kết nối các đối tượng lại với nhau thành một TN. Sau khi lựa chọn và thay đổi thuộc tính cho các dụng cụ thì tiến hành kết nối chúng lại với nhau để tạo thành một TN. Đối với các TN 3D, chỉ cần thực hiện kết nối các dụng cụ trên KG 2D, khi đó các dụng cụ ở KG 3D cũng sẽ tự động kết nối theo.
Hình 2.11. Lựa chọn dụng cụ TN
- Bước 6: Hoàn chỉnh TN. Sau khi đã kết nối các đối tượng lại với nhau thì lựa chọn các công cụ hỗ trợ trong phần Presentation để thể hiện các thông số của TN và hoàn chỉnh TN. Ví dụ: Để chèn thêm văn bản hoặc các đoạn hướng dẫn thì sử dụng công cụ Text hoặc Instructions; để thêm nút tạm dừng hoặc làm lại TN thì sử dụng công cụ Pause và Reload; để sử dụng đồ thị biểu diễn thì sử dụng công cụ Graph.
- Bước 7: Chạy thử TN và chỉnh sửa. Sau khi thiết kế xong thì cần chạy thử xem TN đã thực sự hoàn chỉnh chưa? Đã thể hiện được nội dung của TN chưa? Kết quả TN đã chính xác chưa? TN có sai sót gì không? Và từ đó có những thay đổi thích hợp để tạo thành TN hoàn chỉnh có thể đưa vào giảng dạy.
- Bước 8: Lưu TN. Đây là bước cuối cùng để hoàn thành một TN ảo. Sau khi kiểm tra TN đã đạt yêu cầu thì tiến hành lưu TN lại để sử dụng.
- Vào menu File, chọn Save hoặc Save As - Bấm tổ hợp phím Ctrl+S hoặc Ctrl+Shift+S
- Bấm chuột vào biểu tượng Save trên thanh công cụ.
2.3. Sử dụng phần mềm Crocodile Technology 3D vào dạy học phần Điện học vật lí lớp 11 nâng cao trung học phổ thông
2.3.1. Cấu trúc và đặc điểm phần Điện học
Phần Điện học trong chương trình vật lí 11 nâng cao THPT gồm 3 chương: chương Điện tích - Điện trường, chương Dòng điện không đổi và chương Dòng điện trong các môi trường. Nhìn chung, các kiến thức của phần này được xây dựng trên cơ sở kế thừa và phát triển từ chương trình vật lí trung học cơ sở. Phần lớn các kiến thức của phần Điện học rất gần gũi và có nhiều ứng dụng trong đời sống và kĩ thuật. - Chương 1: Điện tích - Điện trường
Chương này trình bày nội dung về định luật tương tác giữa các điện tích điểm, điện trường, cường độ điện trường của điện tích điểm, hiệu điện thế, điện thế và công của lực điện, năng lượng điện trường, tụ điện, ghép tụ điện. Việc DH chương này chủ yếu nhằm trả lời các câu hỏi như: điện tích là gì? điện trường là gì? tương tác điện tuân theo những định luật nào, đại lượng nào đặc trưng về mặt tác dụng lực và khả năng sinh công... tụ điện, cách ghép tụ điện, cách tính điện dung của tụ điện, hệ tụ điện... Vì chương này là chương đầu tiên của phần điện học, trình
bày những kiến thức điện học cơ bản nhất nên việc nắm vững kiến thức chương này giúp HS dễ dàng tiếp cận với kiến thức của các chương tiếp theo.
- Chương 2: Dòng điện không đổi
Nội dung chương này nghiên cứu về các hiện tượng và các quy luật cơ bản của dòng điện không đổi như các kiến thức về nguồn điện (đặc biệt là nguồn điện hóa học), sự tạo thành suất điện động, về máy thu điện, suất phản điện, đặc biệt là thiết lập và vận dụng các định luật cơ bản về dòng điện không đổi như định luật Jun-Len-xơ, định luật Ôm đối với toàn đoạn mạch và đối với các loại mạch điện.
Phần lớn kiến thức của chương được kế thừa và phát triển từ chương trình vật lí trung học cơ sở nhưng được mở rộng, nâng cao hơn, đặc biệt là các kĩ năng vận dụng ở mức sáng tạo nhiều hơn. Kiến thức của chương rất gần gũi với cuộc sống hàng ngày mà HS thường gặp, thường thấy như nguồn điện ở pin, acqui, các mạch điện mắc nối tiếp, song song, các tác dụng của dòng điện...
- Chương 3: Dòng điện trong các môi trường
Chương này trình bày về dòng điện trong các môi trường nói chung. Bắt đầu bằng việc nghiên cứu dòng điện trong kim loại, sau đó nghiên cứu chi tiết đặc điểm của dòng điện trong chất điện phân, chất khí, chân không và chất bán dẫn; nghiên cứu hiện tượng nhiệt điện, hiện tượng siêu dẫn; khảo sát đặc tính của các linh kiện bán dẫn; đồng thời đề cập đến một số ứng dụng thực tế.
Với cấu trúc và các đặc điểm trên thì việc giảng dạy phần điện học đòi hỏi phải đưa nhiều TN vào các bài học. Đặc biệt là trong chương 2 và 3 thì các kiến thức HS lĩnh hội được sẽ được ứng dụng rất nhiều vào cuộc sống thực tế, vì vậy tăng cường sử dụng TN vào DH phần này là hoàn toàn hợp lí.
2.3.2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm Crocodile Technology 3D để thiết kế các thí nghiệm ảo phần Điện học
Để thiết kế TN phần Điện học, ta lựa chọn các công cụ TN trong mục Electronics thuộc phần Parts Library ở slide panel.
Lựa chọn và chỉnh sửa không gian thiết kế thí nghiệm 3D
Để tạo TN 3D thì cần phải tạo KG 3D bằng cách bấm giữ chuột trái vào phần