1.5.1. Đôi nét về PhET Simulations
PhET là viết tắt của cụm từ tiếng anh Physics Education Technology project. Sims là viết tắt của từ Simmulations.
Vì lúc đầu nhóm phát triển dự án này chỉ tập trung vào các mô phỏng Vật lý, sau này họ mới mở rộng sang các lĩnh vực khác như Hóa, Sinh, Toán, Vật lý địa cầu… do đó tên nhóm được giữ lại cho đến bây giờ.
PhET cung cấp các mô phỏng về các hiện tượng Vật lý vui và có tính tương tác như game phi thuyền hạ cánh, game mê lộ, mô phỏng các trạng thái của vật chất…Với những mô phỏng thú vị và mang tính chất trực quan, PhET Simulations giúp HS nhận ra mối liên hệ giữa các hiện tương Vật lý trong thế giới thật và các định luật khoa học cơ bản, đồng thời khắc sâu nhận thức của HS về thế giới Vật lý [http://phet.colorado.edu/vi/about].
Các mô phỏng của PhET giúp HS thấy được những hiện tượng mà bằng mắt thường chúng ta không thể quan sát được. Học sinh sẽ có cơ hội thực hiện các thao tác thí nghiệm trên mô phỏng bằng cách sử dụng chuột máy tính để điều khiển các công cụ. Đôi khi trên các mô phỏng có các dụng cụ như điện kế, thước, đồng hồ… giúp HS tìm hiểu định lượng thông qua việc tác động đến các dụng cụ đo và thu được kết quả ngay lập tức. Việc này giúp HS nhận được kết quả chính xác hơn khi tiến hành thí nghiệm trực tiếp, cũng như hình dung được một cách rõ ràng hơn về một hiện tượng Vật lý nào đó.
PhET Simulations được dịch ra hơn 60 thứ tiếng trên thế giới trong đó có tiếng Việt và cho đến nay đã có hơn sáu mươi triệu lượt sử dụng từ hơn 100 quốc gia trên khắp thế giới.
Một điều đặc biệt quan trọng là tất cả các PhET Simulations đều được thử nghiệm rộng rãi bởi các GV ở nhiều quốc gia trên toàn thế giới và được cung cấp miễn phí. Bất kỳ ai có nhu cầu sử dụng đều có thể tải trực tiếp từ website của nhóm PhET theo địa chỉ http://PhET.colorado.edu
1.5.2. Lý do giới thiệu về PhET Simulations
Ngoài công cụ hỗ trợ thí nghiệm ảo là PhET Sims thì còn có Flash, Crocodile Physics…Tuy trong quá trình thực hiện đề tài tôi có sử dụng cả PhET Sims, Flash, video, Power Point do bộ thí nghiệm PhET Sims chưa đầy đủ nhưng ở Việt Nam thì PhET Sims còn lạ lẫm và ít người biết. Trong khi đó Flash hoặc Crocodile Physics
thì được nhiều người biết đến, thâm chí sử dụng khá thành thạo. Mặt khác, nhu cầu học tập gắn liền với những thí nghiệm để đạt hiệu quả cao trong quá trình dạy – học ngày một cao tuy nhiên không phải ở đâu cũng đủ điều kiện để tiến hành các thí nghiệm để thực hiện các giai đoạn thăm dò và củng cố theo chu trình 3E. Vì vậy trong phạm vi đề tài tôi chỉ giới thiệu về PhET Sims.
1.5.3. Cách sử dụng PhET Simulations
Ngay khi truy cập vào địa chỉ http://PhET.colorado.edu ta có thể chọn ngôn ngữ phù hợp với mình, ví dụ chọn tiếng Việt.
Trong mục các mô phỏng có các mô phỏng về lĩnh vực Vật lý, Hóa học, Sinh học, Vật lý địa cầu, Toán.
Khi chọn một mô phỏng bất kỳ để xem, ví dụ chọn mô phỏng Vật lý thuộc phần cơ học là cân bằng
- Mỗi mô phỏng đều có thể chạy online hoặc download về máy để sử dụng sau.
- Tài nguyên dùng cho việc dạy học
Phần này chứa đựng một số gợi ý dành cho giáo viên để có thể sử dụng tốt mô phỏng trong quá trình giảng dạy: những nội dung chính, mục tiêu của bài học và kinh nghiệm của những GV đã sử dụng thành công, những giáo án đã được sử dụng cùng với một vài mô phỏng có liên quan. Ngoài ra GV cũng có thể đăng ký ý tưởng, sáng kiến hoặc công trình của mình.
1.6. Kết luận chương 1
Trong chương này tôi trình bày cơ sở lý thuyết về chu trình học tập 5E và 3E, quá trình hình thành, phát triển và điều kiện sử dụng mô hình dạy học theo chu trình, cơ sở thực tiễn của việc áp dụng mô hình dạy học theo chu trình 5E, 3E trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Ngoài ra, trong chương này tôi cũng đã giới thiệu đến những người làm công tác giảng dạy một công cụ hỗ trợ dạy học mới. Đó là PhET Simulations, một công cụ có thể kết hợp tốt với mô hình dạy học theo chu trình. Trên cơ sở đó, tôi nhận thấy rằng mô hình dạy học theo chu trình có thể áp dụng tốt ở nước ta, đặc biệt là trong giai đoạn hiện nay, yêu cầu về đổi mới phương pháp giảng dạy đang trở thành vấn đề cấp thiết của ngành giáo dục nói riêng và của cả nước nói chung.
CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ BÀI HỌC VẬT LÝ 11 NÂNG CAO
THEO CHU TRÌNH HỌC TẬP 3E SỬ DỤNG PHET SIMULATIONS
Trong chương này tôi trình bày một số giáo án soạn theo chương trình sách giáo khoa Vật lý 11 nâng cao áp dụng chu trình học tập 3E với sự hỗ trợ của PhET Simulations, gồm các bài học:
- Bài 38. Hiện tượng cảm ứng điện từ. Suất điện động cảm ứng - Bài 44. Khúc xạ ánh sáng
- Bài 45. Phản xạ toàn phần - Bài 47. Lăng kính
BÀI 38 – HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG
I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức
- Phát biểu được định nghĩa từ thông, ý nghĩa và đơn vị của từ thông.
- Phân biệt được hiện tượng cảm ứng điện từ, dòng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng trong mạch kín. - Trình bày được định luật Lenz, định luật Faraday về cảm ứng điện từ.
2. Kĩ năng
- Giải các bài tập về hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Áp dụng định luật Lenz tìm chiều dòng điện cảm ứng.
3. Giáo dục thái độ
- Tò mò, thắc mắc về các hiện tượng Vật lý
- Tích cực tham gia vào quá trình xây dựng bài học.
II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên
- Giáo án - Phiếu học tập
- Các thí nghiệm mô phỏng, minh họa, hệ thống câu hỏi để dẫn dắt học sinh tham gia vào bài giảng.
2. Học sinh
- Xem bài trước
- Ôn lại các kiến thức về dòng điện, suất điện động.
- Thực hiện các yêu cầu của phiếu học tập trước khi đến lớp.
III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC
Hoạt động 1 Kiểm tra bài cũ
- Phát biểu quy tắc nắm tay phải. Trình bày khái niệm cảm ứng từ và viết công thức tính cảm ứng từ tại tâm của khung dây tròn có mang dòng điện.
Hoạt động 2 Thực hiện bài giảng theo chu trình 3E Giai đoạn 1: Khám phá
Giáo viên phát phiếu học tập 1, 2 và 3 cho học sinh, yêu cầu học sinh mở PhET simulation “Máy phát điện” (http://phet.colorado.edu/vi/simulation/generator) và trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập theo hướng dẫn. Giai đoạn 2: Giải thích
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
Giáo viên dẫn dắt vào bài mới:
- Chúng ta đã biết điện có khả năng sinh ra từ. Vậy từ có sinh ra được điện hay không? Bài học ngày hôm nay sẽ giúp chúng ta giải đáp thắc mắc này. Chúng ta bắt đầu chương mới:
Chương V – Cảm Ứng Điện Từ.
Bài 38 – Hiện Tượng Cảm Ứng Điện Từ. Suất Điện Động Cảm Ứng
Đầu tiên các em hãy chia sẻ kết quả thí
nghiệm mà các em thực hiện được bằng cách sử Thảo luận các câu hỏi trong phiếu
Chương V – Cảm Ứng Điện Từ Bài 38 – Hiện Tượng Cảm Ứng Điện Từ. Suất Điện Động Cảm Ứng I.Thí nghiệm Nhận xét:
Dòng điện trong mạch xuất hiện khi có một trong 3 điều kiện sau:
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
dụng PhET Simulation mà cô đã giao cho các em hôm trước.
- Cho học sinh thảo luận kết quả trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập số 1. (Mỗi câu hỏi được nêu lên giáo viên cần gọi vài học sinh khác nhau trả lời để thống nhất kết quả).
• Di chuyển nam châm theo phương ngang xuyên qua lòng cuộn dây. Đèn phản ứng như thế nào?
• Đèn phát sáng chứng tỏ điều gì?
• Di chuyển nam châm theo phương ngang xuyên qua lòng cuộn dây. Đèn phản ứng như thế nào?
• Đèn phát sáng chứng tỏ điều gì?
• Độ sáng của đèn lúc này như thế nào so với khi di chuyển nam châm xuyên qua cuộn dây? • Để nam châm ngay phía dưới cuộn dây rồi di
học tập số 1.
Trình bày ý kiến theo quan điểm cá nhân hoặc theo nhóm, đưa ra lời giải thích cụ thể cho mỗi câu hỏi, nêu lên vấn đề không giải quyết được, lắng nghe ý kiến phản hồi từ các bạn khác và giáo viên. Đèn sáng. Trong mạch có dòng điện. Đèn sáng. Trong mạch có dòng điện. Đèn sáng yếu hơn. - Độ lớn cảm ứng từ gửi qua mạch kín thay đổi - Diện tích giới hạn bởi mạch kín thay đổi
- Chiều cảm ứng từ gửi qua mạch kín thay đổi
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
chuyển qua lại, sau đó di chuyển lên xuống. Ghi nhận phản ứng của đèn trong hai trường hợp (lưu ý: di chuyển với biên độ nhỏ)
• Đèn không phát sáng chứng tỏ có dòng điện trong mạch không?
• Để nam châm đứng yên, tăng hoặc giảm số vòng dây. Ghi nhận phản ứng của đèn.
• Đèn phát sáng chứng tỏ điều gì?
Giáo viên dẫn dắt: Trong các trường hợp trên ta thấy rằng khi ta dịch chuyển nam châm xuyên qua lòng cuộn dây hoặc ta thay đổi số vòng dây thì đèn sáng hay nói cách khác là khi đó trong mạch xuất hiện một dòng điện. Như vậy nguyên nhân nào đã làm xuất hiện một dòng điện trong mạch?
Giáo viên tiếp tục đặt câu hỏi: Tại sao nam châm dịch chuyển xuyên qua lòng cuộn dây
Đèn không sáng.
Trong mạch không có dòng điện. Đèn sáng
Trong mạch có dòng điện.
Do ta dịch chuyển nam châm xuyên qua lòng cuộn dây và tăng giảm số vòng dây mà trong mạch xuất hiện dòng điện.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
hoặc thay đổi số vòng dây thì trong mạch xuất hiện dòng điện?
• Có cái gì ở đây đã thay đổi khi ta thực hiện các thao tác dịch chuyển nam châm hoặc thay đổi số vòng dây?
Nếu học sinh chưa trả lời được giáo viên tiếp tục đặt các câu hỏi gợi ý:
• Xung quanh nam châm tồn tại cái gì?
• Từ trường này được biểu diễn bằng hình ảnh nào?
• Vậy khi cô đưa nam châm lại gần, ra xa ống dây thì số đường sức từ xuyên qua ống dây có khác nhau không?
• Số đường sức từ thay đổi hay nói cách khác đại lượng nào thay đổi?
• Khi ta tăng hoặc giảm số vòng dây thì từ trường có thay đổi theo hay không? Tại sao?
Học sinh không trả lời được.
Xung quanh nam châm có từ trường. Tử trường được biểu diễn bằng các đường sức từ.
Trong các trường hợp trên thì số đường sức từ xuyên qua ống dây bị thay đổi.
Khi số đường sức tử thay đổi thì từ trường thay đổi.
Tăng hoặc giảm số vòng dây thì từ trường cũng thay đổi theo. Vì ta có:
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
Như vậy nguyên nhân thật sự làm xuất hiện dòng điện trong mạch là gì?
Bây giờ ta tiếp tục với câu hỏi tiếp theo trong phiếu học tập.
• Để nam châm đứng yên, tăng hoặc giảm diện tích các vòng dây bằng cách kéo nút điều khiển ở góc dưới bên phải. Ghi nhận phản ứng của đèn.
• Đèn phát sáng chứng tỏ điều gì?
Mở thí nghiệm “Máy phát điện” và chọn dụng cụ chỉ thị là bóng đèn. Mở vòi nước cho nam châm quay và ghi nhận phản ứng của đèn.
Nam châm quay thì cái gì thay đổi?
Bống dây 7 4 .10 N I l π − = Trong đó N là số vòng dây. N thay đổi dẫn tới B thay đổi.
Nguyên nhân làm xuất hiện dòng điện trong mạch là do cảm ứng từ B thay đổi.
Đèn sáng.
Trong mạch có dòng điện.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
• Ở hai tình huống trên, theo các em nguyên nhân nào làm xuất hiện dòng điện trong mạch?
• Từ các nhận xét trên theo các em điều kiện để xuất hiện dòng điện trong ống dây là gì?
Nhận xét câu trả lời của học sinh, đưa ra kết luận đầy đủ và hoàn chỉnh: Dòng điện trong mạch xuất hiện khi có một trong 3 điều kiện sau: - Độ lớn cảm ứng từ gửi qua mạch kín thay đổi - Diện tích giới hạn bởi mạch kín thay đổi - Chiều cảm ứng từ gửi qua mạch kín thay đổi Như vậy, chỉ cần 1 trong 3 điều kiện trên xảy ra thì trong mạch xuất hiện dòng điện. Để mô tả cả 3 điều kiện trên, người ta đưa ra khái niệm từ thông. Vậy từ thông là gì? Được tính như thế nào? Có đặc điểm gì? Để biết được những điều
Nguyên nhân làm xuất hiện dòng điện trong mạch là do diện tích vòng dây thay đổi và chiều cảm ứng từ thay đổi.
Điều kiện để xuất hiện dòng điện trong ống dây là:
- Cảm ứng từ thay đổi
- Diện tích vòng dây thay đổi - Chiều cảm ứng từ thay đổi
II. Từ thông
- Xét một mp diện tích S đặt trong từ trường đều B
. Vector pháp tuyến n
của S được chọn tùy ý. Gọi
(B; n) α =
- Từ thông qua diện tích S được định nghĩa là: Ф = Bscosα
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
này ta tiến hành các khảo sát sau đây:
- Xét một mặt phẳng diện tích S đặt trong từ trường đều B
, vector pháp tuyến n
của S được chọn tùy ý, gọi α =(B; n)
. Từ thông qua diện tích S được định nghĩa là:
Ф = BScosα
- Vậy khi nào từ thông dương và khi nào từ thông âm?
- Dẫn dắt học sinh lý luận theo góc α để đưa ra câu trả lời.
α = 0 => cosα = ? => Ф ? 0 α = π => cosα = ? => Ф ? 0 0 ≤ α < π/2 => cosα ? 0 : Ф ? 0 π/2 < α ≤ π => cosα ? 0 : Ф ? 0
Vậy khi nаo Ф > 0 và khi nào Ф < 0 ? Lưu ý: Khi α = 0 thì Фmax=BS
- Thông báo: Đơn vị từ thông là Wb (Vê-be).
- Nghe giảng, ghi bài.
α = 0 => cosα = 1 => Ф > 0 α = π => cosα = -1 => Ф < 0 0 ≤ α < π/2 => cosα >0 : Ф > 0 π/2 < α ≤ π => cosα <0 : Ф < 0 Vậy: Khi 0 ≤ α < π/2 : Ф > 0 Khi π/2 < α ≤ π : Ф < 0 0 ≤ α < π/2 : Ф > 0 π/2 < α ≤ π : Ф < 0 Khi α = 0 thì Фmax=BS
- Đơn vị từ thông là Wb (Vê-be), 1Wb = 1T.1m2
n
α
B
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
Nếu cho cosα = 1, B = 1T, S = 1m2 thì: 1Wb = 1T.1m2
- Liên hệ giữa khái niệm từ thông với nhận xét của phần trước em thấy người ta đưa ra khái niệm từ thông có dụng ý gì?
- Khẳng định: Khi từ thông gửi qua mạch điện biến thiên thì trong mạch xuất hiện dòng điện. Giáo viên: Dòng điện xuất hiện khi từ thông qua mạch kín thay đổi gọi là dòng điện cảm ứng. Từ đây có khái niệm dòng điện cảm ứng. Mời một em nhắc lại, dòng điện cảm ứng là gì? - Trong mạch điện kín có dòng điện thì trong