10. Cấu trúc của luận văn
1.4.3. Phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí
Thí nghiệm ảo là một loại phần mềm dạy học về một hiện tượng, quá trình Vật lí, Hoá học, Sinh học, … nào đó xảy ra trong tự nhiên hoặc trong phòng thí nghiệm, được tạo ra bởi sự tích hợp các dữ liệu dưới dạng số trên máy tính; người dùng có khả năng tương tác với thí nghiệm ảo (nhằm hỗ trợ dạy học theo các quan điểm khác nhau) và có giao diện thân thiện với người dùng.
Trong Vật lí, có những quá trình xảy ra quá nhanh hoặc xảy ra trong không gian rộng khó quan sát, khó đo đạc bằng các phương tiện, các thiết bị đo thông thường trong phòng thí nghiệm (ví dụ như chuyển động rơi tự do,
40
chuyển động ném xiên hay chuyển động của tên lửa phóng khỏi bệ...) thì việc nghiên cứu chúng ở trường phổ thông (cả ở trường Đại học) là hết sức khó khăn. [4]
Để giải quyết các khó khăn đó người ta có thể sử dụng một số cách sau: - Sử dụng máy vi tính để mô phỏng chúng bằng các phần mềm và tính toán theo công thức, thu được kết quả nhanh.
- Phương pháp đánh tia lửa điện trên các băng giấy chuyên dụng. - Dùng các cửa chắn quang điện.
- Hay phương pháp chụp ảnh hoạt nghiệm...
Và lẽ dĩ nhiên ở các trường THPT vì nhiều lí do mà giáo viên ngại làm thí nghiệm tại phòng, sợ rủi ro khi làm, việc chuẩn bị bài giảng mất nhiều thời gian, di chuyển thiết bị thí nghiệm phức tạp nên người ta thường chọn cách nhờ các lập trình viên sử dụng phần mềm mô phỏng thí nghiệm và kết quả của thí nghiệm do máy tính tính toán hoàn toàn. Các phương pháp khác như đánh tia lử điện vào băng giấy để ghi và đo trên băng giấy, chụp ảnh hoạt nghiệm cũng ít đựơc dùng vì khó thực hiện và kết quả không chính xác lắm trong những khoảng thời gian cố định bằng nhau (phương pháp đánh tia lửa điện và phương pháp chụp ảnh hoạt nghiệm).
Tuy nhiên ta nhận thấy nếu để máy tính làm hoàn toàn thí nghiệm thì học sinh sẽ cảm thấy mất đi một phần ý nghĩa của giờ học Vật lí và niềm tin với môn Vật lí không còn, vì học sinh nghĩ đơn giản đó là các hiện tượng máy tính mô phỏng và tính toán thì đương nhiên là cho kết quả đúng rồi. Hiện tượng Vật lí không mang ý nghĩa thực tế nữa. Còn nếu như phương pháp đánh tia lửa điện thì một bộ phận học sinh thấy lo sợ khi làm thí nghiệm vì cảm thấy nguy hiểm, hơn nữa tia lửa điện trong không khí cũng có đường đi bất thường nên kết quả sợ không chính xác. Còn chụp ảnh hoạt nghiệm thì thiết bị
41
quá đắt nên ít được trang bị. Như vậy các thiết bị sử dụng theo phương pháp trên có nhiều nhược điểm trong quá trình dạy học tại các trường phổ thông hiện nay, phương pháp tiến hành dưới dạng thí nghiệm minh hoạ là phổ biến.
Để khắc phục các hạn chế kể trên, phương pháp phân tích các băng hình nhờ máy vi tính và các phần mềm tương ứng được sử dụng. Lợi thế của phương pháp này là hiện tượng được biểu diễn bằng thí nghiệm thật và hình ảnh được ghi lại nhờ vào camera cùng với các thì kế hiện số, các cửa chắn quang điện.
Trong chục năm gần đây, nhiều phần mềm phân tích băng hình của nước ngoài và trong nước đã được xây dựng, ví dụ như: Videipoint, CUPLE (Mỹ), DIVA (Đức), Galileo (Đức), phân tích Video (Việt Nam)... và những sản phẩm đó đã được sử dụng rất nhiều trong các trường học đặc biệt ở các nước phát triển như Mỹ, Đức ...
Khi dùng phương pháp phân tích các băng hình nhờ máy vi tính, đã giúp ích rất nhiều cho việc phân tích các hiện tượng Vật lí xảy ra rất nhanh nếu dùng mắt thường ta không thể quan sát được, giúp cho việc xử lí số liệu, vẽ đồ thị, tính toán đưa ra quy luật một cách nhanh chóng hơn.
Và hơn cả là việc chúng ta dùng việc xử lí các băng hình quay thí nghiệm để củng cố kiến thức, để rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong thực hành, để học sinh được thực hành nhiều lần mà không cần phải ngồi tại phòng thực hành. Đó chính là phương pháp phân tích băng hình rồi dùng phần mềm Flash CS3 lập trình thành phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ cho thực hành Vật lí.
Khi sử dụng phương pháp này, giáo viên sẽ đạt được kết quả sau:
- Cho phép nghiên cứu bằng thực nghiệm (thí nghiệm tiến hành dưới dạng khảo sát) các quá trình Vật lí thực tạo ra trong phòng thí nghiệm hay xảy
42 ra trong cuộc sống hàng ngày.
- Các quá trình Vật lí thực có thể dễ dàng quan sát tại bất kì thời điểm nào, góc độ nào và quán sát nhiều lần trên màn hình với các mục đích khác nhau.
- Việc thu thập số liệu nhờ phần mềm hoàn toàn dễ dàng, nhanh chóng và tương đối chính xác.
- Việc phân tích, xử lí các số liệu thu thập được (tính toán, lập bảng, biểu diễn các mối quan hệ trên đồ thị, ...) cũng như việc trình bày kết quả xử lí là hoàn toàn dễ dàng, chính xác, nhanh chóng và đẹp.
- Phạm vi các quá trình Vật lí được nghiên cứu rộng hơn, không những các thí nghiệm ta có thể làm được ở thực tế cuộc sống bên ngoài mà các thí nghiệm chỉ làm trong một điều kiện là phòng thí nghiệm (chuyển động của tên lửa bay tử bệ phóng, chuyển động của các vận động viên nhảy xa, nhảy cao, nhảy cầu bơi, tia X, dòng điện trong môi trường: tia lửa điện, ...). Ưu điểm này tạo điều kiện xoá bỏ sự ngăn cách giữa nhà trường và thế giới bên ngoài, cho phép đưa các hiện tượng có trong thực tiễn, trong đời sống sinh hoạt hàng ngày vào bài giảng, gây hứng thú học tập cho học sinh.
- Cùng một khối lượng nội dung nghiên cứu thì thời gian cần thiết trong phương pháp này mất rất ít so với các phương pháp khác, do tất cả các thao tác tính toán, lập bảng, vẽ đồ thị một cách máy móc, thuần tuý đã được máy tính tự động thực hiện. Học sinh được giải phóng khỏi các công việc máy móc (cộng, trừ, nhân, chia, điền các con số vào bảng hay đánh dấu các trục toạ độ để vẽ đồ thị, ...). Do đó họ dành được nhiều thời gian cho các hoạt động quan trọng hơn như thiết kế phương án thí nghiệm, tìm hiểu mối quan hệ giữa các đại lượng, ...
43