việc hỗ trợ xây dựng các mô hình vật lý trên máy tính [7][24]
1.4.3.1 Giới thiệu sơ lược về Matlab
Theo TS. Phạm Minh Việt, “Matlab (Maxtrix Laboratory) là một công cụ phần mềm của MathWork với giao diện cực mạnh cùng những lợi thế trong kĩ thuật lập trình đáp ứng được những vấn đề hết sức đa dạng: từ các lĩnh vực kĩ thuật chuyên ngành như điện, điện tử, điều khiển tự động, vật lý hạt nhân cho đến các ngành xử lý toán chuyên dụng như thống kê, kế toán,…đã giải quyết được những vấn đề nói trên một cách đơn giản,trực quan mà không cần đòi hỏi người sử dụng phải là những lập trình viên chuyên nghiệp.”
Matlab có thể thực hiện các chức năng của một máy tính cá nhân: giống như các máy tính cơ bản (cộng, trừ, nhân, chia,… ); giống như máy tính kĩ thuật (các phép tính với số phức, căn thức, số mũ,…); như một máy tính cá nhân PC (khả năng lập trình, lưu trữ, tìm kiếm dữ liệu,…);…
Matlab cùng bộ lệnh rất mạnh của nó cho phép giải quyết các bài toán khác nhau, đặc biệt là các bài toán ma trận với kết quả nhanh chóng và chính xác. Bên cạnh
đó, Matlab còn cho phép xử lý dữ liệu, biểu diễn dữ liệu và có khả năng đồ họa một cách mềm dẻo, đơn giản và chính xác trong không gian hai chiều cũng như ba chiều
giúp người sử dụng có thể quan sát kết quả một cách trực quan. Qua đó, ta có thể tạo ra các giao diện riêng cho người sử dụng (GUIs) để giải quyết những vấn đề riêng cho mình.
1.4.3.2 Sự cần thiết của Matlab trong việc hỗ trợ xây dựng các mô hình vật lý trên máy tính
Nhưđã đề cập ở các phần trên, hiện nay trên internet có rất nhiều mô hình vật lý trên máy tính đã được xây dựng nhằm hỗ trợ cho quá trình dạy học. Tuy nhiên, các mô hình này do nhiều tác giả xây dựng và nằm rải rác trong các phần khác nhau của chương trình vật lý THPT, do đó chúng còn rời rạc và chưa đáp ứng được các mục đích dạy học cụ thể của từng GV. Vì vậy, việc xây dựng lại các mô hình vật lý trên máy tính một cách hệ thống theo bài, chương, phần là rất cần thiết. Trong khuôn khổđề tài này, chúng tôi chú trọng nghiên cứu việc xây dựng các mô hình vật lý trên máy tính hỗ trợ
dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường”.
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin là sự ra đời của rất nhiều phần mềm tin học hỗ trợ xây dựng mộ hình vật lý trên máy tính, chẳng hạn như: macro media flash, maple, matlab,…Trong đó, flash thì mạnh về thiết kế hiệu ứng hoạt hình, còn maple và matlab thì mạnh về hỗ trợ lập trình và đồ họa. Qua nghiên cứu phân tích nội dung chương “Dòng điện trong các môi trường”, cũng như những hiểu biết về tính năng của các chương trình, chúng tôi chọn matlab để hỗ trợ xây dựng các mô hình vật lý trên máy tính. Vì:
- Cơ chế của các hiện tượng điện được đề cập trong chương là các quá trình xảy ra bên trong đối tượng nghiên cứu, không thể trực tiếp quan sát được, đồng thời các đối tượng bên trong cũng tham gia nhiều chuyển động phức tạp như: dao động của các nút mạng, chuyển động nhiệt hỗn loạn, chuyển động định hướng dưới tác dụng của điện trường ngoài,…do đó cần thiết phái sử dụng công cụ lập trình hỗ trợ mô phỏng lại các quá trình này một cách tương đối chính xác.
- Một số môi trường có cấu trúc dạng mạng tinh thể như kim loại hay chất bán dẫn,…do đó, ta có thể biểu diễn chúng dưới dạng ma trận để tiện cho việc tính toán và mô tả hiện tượng.
- Các hiện tượng điện xảy ra bên trong các môi trường phụ thuộc vào nhiều thông số
như nhiệt độ, cường độ điện trường, hiệu điện thế, cường độ dòng điện,…do đó cần phải xây dựng mô hình sao cho thể hiện được ảnh hưởng của việc thay đổi thông số
bên ngoài đến các quá trình xảy ra bên trong hoặc thể hiện được mối quan hệ giữa các thông sốđiện bên ngoài của môi trường.
- Các quá trình xảy ra bên trong các môi trường như: quá trình va chạm giữa các phân tử khí để tạo ion; quá trình tan các nguyên tử kim loại ở điện cực trong hiện tượng dương cực tan; hay quá trình tạo electron tự do và lỗ trống trong bán dẫn,… đều là các quá trình ngẫu nhiên.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trên đây, chúng tôi đã trình bày những vấn đề về cơ sở lý luận của việc xây dựng và sử dụng mô hình vật lý trên máy tính nhằm hỗ trợ cho quá trình dạy học vật lý. Chúng tôi có một số kết luận sau:
- Với đặc thù của môn học vật lý thì việc xây dựng các mô hình vật lý hỗ trợ dạy học là hoàn toàn có tính khả thi và có thể mang lại hiệu quả cao.
- Việc sử dụng máy vi tính như một phương tiện hỗ trợ dạy học hoàn toàn phù hợp với mục tiêu đổi mới trong giáo dục hiện nay. Các kết quả nghiên cứu trong tâm lý học và giáo dục học cũng đã khẳng định điều đó.
- Với các điều kiện thuận lợi như:
+ Sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin đã cho ra đời nhiều phần mềm tiện ích hỗ trợ cho việc dạy học.
+ Đa số các trường THPT đều được trang bị khá đầy đủ về phòng ốc, các phương tiện hiện đại hỗ trợ dạy học( máy chiếu, máy vi tính,…)
+ Trình độứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học của GV cũng được nâng lên rất nhiều so với trước đây.
Chúng tôi nhận thấy việc ứng dụng máy vi tính để xây dựng các mô hình hỗ trợ dạy học vật lý hoàn toàn có tính khả thi.
Trên cơ sở thực tiễn của quá trình dạy học, chúng tôi nhận thấy trong chương trình vật lý THPT có rất nhiều kiến thức cần đến sự hỗ trợ của mô hình nhằm giúp HS có thể học tập tự lực và sáng tạo. Chúng tôi đã tiến hành phân tích và lựa chọn một số
kiến thức cơ bản của chương “Dòng điện trong các môi trường” để làm đối tượng nghiên cứu và thực nghiệm cho việc xây dựng và sử dụng mô hình trong dạy học vật lý.
CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG MỘT SỐ MÔ HÌNH VẬT LÝ
HỖ TRỢ DẠY HỌC CHƯƠNG (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
“DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG”
2.1. Phân tích nội dung chương “Dòng điện trong các môi trường” – Vật lý