Lần đo |d| (mm) d’ (mm) f (mm) f (mm) 1 2 3 4 5 Trung bình f = ........... (mm) f = ........... (mm)
2.1.4. Những khó khăn khi làm thực hành phần Quang hình học
Trong khi giảng dạy bài thực hành phần Quang hình học, tơi cũng xin ý kiến thêm của giáo viên dạy Vật lí trong nhà trường cùng học sinh khối 11 và thu nhận được một số khó khăn như sau:
trí ảnh rõ nét.
+ Hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm vơ cùng khó khăn. Gần như học sinh chỉ là bắt chước giáo viên và làm theo, chưa có thời gian tự tìm tịi, tự tìm hiểu để đưa ra phương án thí nghiệm.
-Về học sinh:
+ Khơng được sử dụng thí nghiệm nhiều vì dụng cụ ít, khơng xử lí được các tình huống xảy ra.
+ Xác định sai vị trí cho ảnh rõ nét trên màn nên không đưa ra được kết quả cần tính.
+ Khơng được chuẩn bị làm thử thí nghiệm trước ở nhà, trên lớp giáo viên khơng có thời gian hướng dẫn nhiều, lớp lại đông.
+ Nhà trường được cung cấp 6 bộ thí nghiệm thực hành phần Quang hình học nên có những học sinh còn chưa được sử dụng hay chạm vào thí nghiệm, vì một nhóm có đến 6 – 8 người mà chỉ có một bộ thí nghiệm.
Vậy là với cách học và cách dạy như hiện nay đã làm cho giáo viên thực sự rất vất vả trong 2 tiết thực hành và học sinh thì khơng thu lượm được nhiều kiến thức cũng như khơng có đủ thời gian để rèn kĩ năng thực hành.
2.2. Đề xuất các giải pháp xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành phần Quang hình học Vật lí ảo hỗ trợ thực hành phần Quang hình học
2.2.1. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ q trình tự học, tự nghiên cứu ở nhà của học sinh
Ứng dụng công nghệ thơng tin theo hướng tăng tính tích cực tự lực, sáng tạo, tự học, tự nghiên cứu của học sinh nhằm rèn luyện kĩ năng thí nghiệm với các ứng dụng cụ thể như xây dựng các bài giảng điện tử, học sinh sử dụng bài giảng điện tử khai thác nguồn tài nguyên như tài liệu học tập dạng pdf, file Word, html, ppt...; phần mềm thí nghiệm ảo dưới dạng Java Applet, Swf...,
các Video, âm thanh minh họa hiện tượng vật lí hoặc các bài giảng, giúp học sinh nghiên cứu bài thực hành trước khi đến phịng thí nghiệm.
Ví dụ, khi dùng phần mềm ở nhà học sinh có thể tìm hiểu dụng cụ cần thiết của thí nghiệm, có thể tự tiến hành thí nghiệm bằng phần mềm, biết trước những việc sẽ làm trong giờ thực hành. Hơn nữa cịn giúp học sinh có thời gian suy nghĩ phát hiện ra phương án mới. Nhấn chuột vào các dụng cụ sẽ cho phép học sinh chọn dụng cụ khi làm thí nghiệm.(hình 2.7)
Hình 2.7. Màn hình lựa chọn dụng cụ thí nghiệm
Ngày nay, với sự phát triển của CNTT, nhiều phần mềm hỗ trợ đóng gói tư liệu như Reload editor, VNUCE, Adobe Presenter … Các phần mềm này cho phép đóng gói các tư liệu học tập thành các trang Web, có thể đưa ra các đĩa CD hoặc đóng gói theo chuẩn SCORM, cho phép chạy trên các Flatform như Moodle, Ilias, WebCT, Blackboard thuận lợi, dễ dàng mà khơng địi hỏi kiến thức, kĩ năng CNTT cao. Học sinh ở nhà chỉ cần có máy tính là có thể tự tìm hiểu và học tập một cách dễ dàng.
2.2.2. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ làm quen với các thiết bị thí nghiệm thực và xây dựng quy trình thao tác tiến hành thực hành thí nghiệm thực
Phim và băng video quay các thí nghiệm vật lí đã được sử dụng như các phương tiện trực quan nhằm giới thiệu về các thí nghiệm vật lí thực cùng kinh nghiệm trong tiến hành thí nghiệm. Những phương tiện này cũng đem lại hiệu quả cho giáo viên, học sinh khi dạy và học, nhưng việc điều khiển là rất hạn chế bởi quá trình chạy và dừng chúng. Khi đã chạy đoạn phim hoặc video thì mọi thơng tin đều thực hiện theo kịch bản của đoạn phim. Khả năng quan trọng nhất của người giáo viên có kinh nghiệm là chọn các đoạn phim cần thiết, thực tế việc lựa chọn này chiếm rất nhiều thời gian trong khi nhu cầu của giáo viên và học sinh là những nội dung cần thiết phải được đưa ra ngay lập tức khi nhấn nút điều khiển, điều này thì những phim, video thơng thường không thực hiện được.
Trong các phương tiện truyền thống, thí nghiệm vật lí thực được giới thiệu như các video kĩ thuật số, các đoạn video được số hóa và chạy trên máy vi tính giúp điều khiển các đoạn video dễ dàng hơn, tuy nhiên khi các đoạn video chạy thì các thông tin đưa ra được điều khiển bởi thiết bị chứ không phải từ người học hay người dạy.
Thí nghiệm tương tác trên màn hình là kiểu phương tiện mới nhằm giới thiệu các thí nghiệm thực mà trong đó mỗi người sử dụng đều có thể điều khiển theo cách riêng của mình, nó khuyến khích học sinh khơng chỉ học kiến thức nội dung và cịn cả kiến thức về quy trình. Phương tiện mới này tạo ra tiềm năng to lớn trong việc hỗ trợ học sinh học tập Vật lí với các thí nghiệm.
Thí nghiệm tương tác trên màn hình hay cịn được gọi là video tương tác được xây dựng bằng cách quay các thí nghiệm thực, số hóa và đưa vào máy tính. Bằng các ngơn ngữ lập trình, cho phép hiển thị một khung hình mong muốn nào đó dựa vào tương tác của người sử dụng với các đối tượng, hình
ảnh (thiết bị thí nghiệm) trên màn hình. Người sử dụng cũng có thể duyệt qua từng khung hình hoặc chạy lại với số liệu thực.
Khi sử dụng chuột để di chuyển thấu kính (phương án 1) hoặc di chuyển màn (phương án 2), số chỉ trên thước và hình ảnh trên màn được hiển thị tương ứng trên hai video được phóng to để dễ quan sát (hình 2.8).
Hình 2.8. Màn hình tiến hành thí nghiệm
2.2.3. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ q trình kiếm tra, đánh giá
Để đánh giá hiệu quả kĩ năng thí nghiệm của học sinh cần kết hợp đánh giá xác thực với đánh giá truyền thống, đánh giá thường xuyên và đánh giá định kì, giáo viên đánh giá và học sinh tự đánh giá. Với những yêu cầu này, số lượng công việc trở nên rất nhiều, tạo sức ép rất lớn đối với cả giáo viên và học sinh.
Để đảm bảo học sinh đã có chuẩn bị kĩ lưỡng, với lượng thời gian ít ỏi đầu giờ, giáo viên khó lịng kiểm tra tất cả học sinh có đủ kiến thức và kĩ năng cần thiết để tiến hành thí nghiệm hay khơng, đồng thời giáo viên khó lịng kiểm tra được quá trình chuẩn bị của học sinh thực hiện như thế nào.
Bằng các phần mềm trắc nghiệm khách quan hoặc phiếu trắc nghiệm dựa trên các tình huống vừa có tác dụng kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh vừa có tác dụng định hướng quá trình nghiên cứu của học sinh. Kết quả kiểm tra trên phần mềm cần thiết được ghi lại để học sinh đưa vào báo cáo chuẩn bị.
Ví dụ: sử dụng các chức năng xây dựng câu hỏi trắc nghiệm của phần mềm Flash CS3 để xây dựng các câu hỏi trắc nghiệm trên máy tính (Nháy chuột vào đáp án chọn, sau đó nhấn nút Đáp án, học sinh sẽ biết ngay kết quả mình chọn).
2.3. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí phần Quang hình học hành Vật lí phần Quang hình học
2.3.1. Ý tưởng xây dựng phần mềm * Các yêu cầu của một bài TNTHVL ảo * Các yêu cầu của một bài TNTHVL ảo
Trước hết, thí nghiệm ảo thuộc loại phần mềm dạy học nên phải đáp ứng các yêu cầu của một phần mềm dạy học nói chung (như đã trình bày ở trên).
Thứ hai, bài TNTHVL ảo phải đáp ứng đầy đủ những mục tiêu và nội dung của một bài thí nghiệm thực hành Vật lí.
Thứ ba, với đặc trưng là một bài thí nghiệm thực hành ảo nên trong bài thí nghiệm, những yêu cầu đối với một thí nghiệm ảo phải thể hiện rõ và đặc biệt phải đảm bảo tính thật và tính tương tác cao.
Thứ tư, phương pháp và hình thức tổ chức một bài thí nghiệm thực hành ảo rất khác so với các thí nghiệm thực hành truyền thống. Hình thức tổ chức loại thí nghiệm này thực hiện trên lớp địi hỏi u cầu cao về thiết bị và tính tương tác.
* Cấu trúc của một bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo.
Để đáp ứng yêu cầu tự học và tự đánh giá kết quả tự học, bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo có thể được cấu trúc thành 3 phần chính:
- Mơ đun 1: Kiểm tra kiến thức lí thuyết.
Phần này được thực hiện thông qua các câu hỏi trắc nghiệm khách quan. Nội dung các câu hỏi liên quan đến các vấn đề sau:
+ Kiến thức Vật lí liên quan đến bài thí nghiệm. + Học sinh tìm hiểu về dụng cụ thí nghiệm. + Chọn phương án làm thí nghiệm.
+ Tiến hành thí nghiệm. + Thu thập số liệu.
+ Xử lí và đánh giá số liệu. + Kết luận.
- Mơ đun 3: Bổ sung phương án thí nghiệm
Đây là phần huy động tính sáng tạo, tự lực suy nghĩ của học sinh khi làm thí nghiệm thực hành Vật lí. Trong phần này học sinh sẽ được nghiên cứu một phương án mới bằng cách trả lời các câu hỏi mở rộng của giáo viên.
Để thiết kế bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo phần Quang hình học bằng cách phân tích các băng hình rồi dùng Flash CS3 lập trình tạo thành phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ cho tiết thực hành Vật lí, ta sẽ tiến hành thực hiện các công việc sau:
- Tiến hành quay video q trình làm thí nghiệm theo 2 phương án. Rồi sử dụng phần mềm công cụ Flash CS3 và một số phần mềm hỗ trợ khác như Photoshop (sửa ảnh), Adobe Premiere Pro (cắt, định dạng file video),... để xây dựng bài thí nghiệm thực hành ảo. Với đặc trưng là một bài thí nghiệm thực hành Vật lí cho nên những yêu cầu cơ bản nhất về các giai đoạn thực hành thí nghiệm như lựa chọn phương án thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí số liệu, đưa ra các dự đoán, kết luận cần thiết, ...,phải được thể hiện rõ trong bài thí nghiệm ảo.
- Xây dựng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan liên quan đến bài thí nghiệm thực hành nhằm mục đích kiểm tra kiến thức lí thuyết người học trước khi họ tiến hành thí nghiệm. Hệ thống câu hỏi trắc nghiệm này cũng sẽ được xử lí bằng phần mềm cơng cụ Flash, người học lựa chọn phương án trả lời và tự mình kiểm tra, đánh giá được kết quả nhờ phần mềm chấm điểm ngay trên máy vi tính.
2.3.2. Xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo bằng Flash
Căn cứ vào ý tưởng đã thiết kế ở trên tơi xây dựng phần mềm thí nghiệm thực hành Vật lí ảo hỗ trợ bài thực hành “Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì” phần Quang hình học Vật lí 11 cơ bản THPT như sau:
* Mơ đun 1: Kiểm tra kiến thức lí thuyết.
Phần này gồm hệ thống các câu hỏi lí thuyết (dưới dạng câu hỏi trắc nghiệm khách quan) liên quan đến bài thí nghiệm thực hành. Người học có nhiệm vụ phải trả lời từng câu hỏi, máy tính chỉ cho phép người học có duy nhất một lần làm và giới hạn thời gian trả lời cho từng câu. Ở mỗi câu hỏi đó, người học sẽ được biết đáp án đúng ngay sau khi họ thực hiện xong phần lựa chọn của mình hoặc khi thời gian cho phép đã hết.
Nếu trả lời đúng từ 3 đến 5 câu trắc nghiệm trong tổng số 5 câu thì học sinh được phép đi tiếp sang phần thực hành. Nếu trả lời sai hoặc quá thời gian quy định mà người học vẫn chưa tìm ra câu trả lời thì máy tính sẽ đưa ra đáp án và người học sẽ khơng có điểm ở câu hỏi này, và vẫn được tiếp tục sang phần thực hành nhưng bị mất một 1/3 số điểm quy định cho bài thực hành trên máy tính.
Xây dựng câu hỏi trắc nghiệm khách quan bằng phần mềm Flash CS3:
- Để xây dựng các câu hỏi trắc nghiệm khách quan tôi đã sử dụng chức năng Multiple Choice trong Library-Learning Interaction. Đây là loại câu trắc nghiệm nhiều đáp án. Và soạn 5 câu như vậy. Kết quả được là
Hình 2.10. Màn hình kiểm tra kiến thức lí thuyết
- Với câu hỏi kiểm tra kĩ năng bố trí thí nghiệm, thực hiện như sau: Chụp ảnh các dụng cụ thí nghiệm, dùng phần mềm Photoshop để sửa ảnh được các dụng cụ. Tiếp theo trong Learning Interactions chọn Hot Objects để tạo câu trắc nghiệm dùng để chọn dụng cụ cho thí nghiệm. (hình 2.11)
Ngồi việc sử dụng những chức năng trên, còn cần sử dụng một số câu lệnh lập trình trên Flash, các câu lệnh theo các chức năng cụ thể như sau:
+ Khống chế thời gian trả lời cho từng câu. timing=false; function unpause() { unpauseTime = Math.floor(getTimer()/1000); timing = true; } function pause() { timing = false; } _root.onEnterFrame = function() { if (timing) { milli=delay- Math.floor(getTimer()/1000)+unpauseTime; if (milli==0) { _root.cau.Template_ControlButton.enabled=true;
+ Chức năng lựa chọn phương án trả lời mất hiệu lực khi thời gian trả lời đã hết. _root.cau.Checkbox1.enabled=false; _root.cau.Checkbox2.enabled=false; _root.cau.Checkbox3.enabled=false; _root.cau.Drag1.enabled=false; _root.cau.Drag 2.enabled=false; _root.cau.Drag 3.enabled=false;
* Mơ đun 2: Thực hiện thí nghiệm
Trong phần này, trên màn hình hiển thị bộ thí nghiệm giống như với thí nghiệm thực. Nhiệm vụ của người học sẽ là:
- Sử dụng phần mềm thực hiện các thao tác thí nghiệm như với thị nghiệm thực (thay việc cầm tay di chuyển dụng cụ trên thực tế bằng nhấn chuột và kéo thả để di chuyển).
- Nhập bảng số liệu thu được trong q trình làm thí nghiệm, nhấn nút để tính kết quả.
- Cuối cùng: Sau khi hồn thành thực hiện thí nghiệm, học sinh nộp kết quả bao gồm phần kiểm tra lí thuyết 5 câu trắc nghiệm và phần bảng số liệu thu được.
Xây dựng phần thực hiện thí nghiệm bằng phần mềm Flash CS3:
Để xây dựng phần thực hiện thí nghiệm tơi đã tiến hành theo các bước sau:
- Tạo menu tiến hành thí nghiệm: tơi tạo 2 menu độc lập tương ứng với 2 phương án thí nghiệm:
+ Đầu tiên, quay video tiến hành thí nghiệm (sử dụng 1 camera quay toàn cảnh, 1 camera quay màn hiện ảnh), các video thường có định dạng đi là avi. Sau đó sử dụng phần mềm Premiere Pro để cắt, đồng bộ video: video toàn cảnh, video màn hiện ảnh, video thước đo.
+ Đưa các video vào vùng không gian làm việc của Flash (Stage). Tạo các lớp (Layer) khác nhau, mỗi lớp có 1 chức năng khác nhau: hiển thị video toàn cảnh, video thước, video màn hiện ảnh, thanh điều khiển, lớp nền để che cho không hiện tay người làm thí nghiệm và lớp để lập trình các câu lệnh điều khiển. Dưới đây là đoạn câu lệnh để có thể di chuyển thấu kính hay màn bằng nhấn chuột và kéo thả, đây là câu lệnh quan trọng nhất để thiết kế phần mềm này:
stop(); gotoAndStop(8); drag1 = false; drag2 = false; nut.onPress = function() { drag = true; levelx = _xmouse; levely = _ymouse; }; nut.onRelease = function() { drag = false; drag1 = false; b = 0; }; nut.onReleaseOutside = function() { drag = false; drag1 = false; drag2 = false; };
someListener = new Object();
someListener.onMouseMove = function() { b = _xmouse;
drag1 = false; drag2 = true; } else { drag1 = true; drag2 = false; } }; someListener.onMouseUp = function() { drag1 = false; drag2 = false; b = 0; }; Mouse.addListener(someListener); this.onEnterFrame = function() { if (drag && drag1) {
nextFrame();
} else if (drag && drag2 && this._currentframe>1) { prevFrame();
} else { stop(); }
+ Sau khi lập trình xong phần này, xuất (Export) ra tệp tin có định dạng đuôi là swf.
+ Bước tiếp theo là tạo menu bao gồm phần tiến hành thí nghiệm vừa thiết kế ở trên và phần bảng thực hành để ghi lại số liệu: