1.2 .Vai trị, ý nghĩa của việc sử dụng cơng nghệ thơng tin trong dạy học
1.2.1. Giáo dục và công nghệ
Cơng nghệ có nghĩa đơn giản là kỹ thuật hoặc cơng cụ và những phƣơng pháp có thể áp dụng đƣợc để giải quyết các vấn đề cụ thể hoặc thực hiện một mục tiêu nhất định.
Hiểu đƣợc nhƣ thế thì ngơn ngữ và sách vở là những dạng công nghệ đã đƣợc sử dụng từ rất lâu trong lịch sử của nhân loại. Đầu tiên là ngôn ngữ, một cơng cụ rất mạnh giúp cho kiến thức tích lũy có thể đƣợc truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Hàng ngàn năm sau đó xuất hiện chữ viết, cho phép các suy nghĩ và ý tƣởng có thể truyền thụ vƣợt qua mọi giới hạn về thời gian. Tiếp theo là kỹ thuật in ấn cho phép tốc độ và số lƣợng thông tin đƣợc chuyển giao tăng vọt. Suốt một thời gian dài công cụ giảng dạy chủ yếu là sách và tập vở.
Cuối thế kỉ XX, các phát minh về máy tính, video, cơng nghệ thơng tin và truyền thơng đã và đang có những tác động mạnh trên tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội: giáo dục, khoa học, giải trí…Các phƣơng tiện truyền thơng cùng với hệ thống mạng toàn cầu internet đã và đang làm thay đổi cách con ngƣời tiếp cận tri thức: không chỉ đọc để biết, mà còn nghe, thấy, cảm nhận sự kiện ở xa nhƣ đang diễn ra trƣớc mắt. Sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ trong thập niên cuối thế kỉ XX đến nay đã tạo ra một khối lƣợng thông tin khổng lồ, chính vì thế khả năng thu nhận và xử lý thơng tin một cách chính xác và nhanh chóng là một yêu cầu hết sức quan trọng. Nhƣ vậy những tiêu chí đào tạo trong xã hội cần phải đƣợc thay đổi: cần phải thay khả năng ghi nhớ bằng khả năng tìm kiếm, thu nhận và xử lí thơng tin để đạt tới một mục tiêu đặt ra.
Hiện nay tất cả mọi ngƣời đều công nhận rằng HS phải tiếp cận đƣợc máy vi tính, video và các cơng nghệ hiện đại khác, công nghệ này là cần thiết vì khả năng sử dụng chúng là đặc điểm thiết yếu cho việc chuẩn bị nghề nghiệp của HS.
1.2.2. Vai trị của CNTT trong dạy học Vật lí
Vai trò của CNTT trong dạy học đã thật sự trao quyền chủ động cho HS và thay đổi cả PPDH của GV. Từ vai trò quyết định trong việc học hiện nay ngƣời thầy chuyển sang giữ vai trò điều khiển (theo kiểu dạy học lấy HS làm trung tâm). Kiểu dạy học hƣớng vào HS và hoạt động hóa ngƣời học có thể thực hiện đƣợc một cách tốt hơn với sự giúp đỡ của máy tính và mạng internet. Với các chƣơng trình dạy học đa mơi trƣờng (mutilmedia) và đƣợc chuẩn bị chu đáo có thể truy cập đƣợc nhờ các phƣơng tiện siêu môi trƣờng (hypermedia) giúp cho việc tự học của HS dễ dàng hơn.
Đối với ngành Vật lí, ứng dụng CNTT trong dạy học sẽ là một bƣớc chuyển trong qúa trình đổi mới nội dung và PPDH. Cụ thể là [14]
- CNTT là một công cụ hỗ trợ đắc lực cho việc xây dựng các kiến thức mới.
- CNTT tạo môi trƣờng để khám phá kiến thức nhằm hỗ trợ cho quá trình học tập.
- CNTT tạo môi trƣờng để hỗ trợ học tập qua thực hành, qua cộng đồng và qua phản ánh.
- CNTT giúp cho việc đánh giá định tính và định lƣợng Vật lí chính xác, cơng bằng hơn.
Nhờ những tính năng đa dạng của máy tính nhƣ: văn bản (text), đồ họa (graphic), hình ảnh (image), âm thanh (sound) … GV sẽ xây dựng bài học một cách sinh động, thu hút sự chú ý của HS. Có thể sử dụng phối hợp nhiều PPDH nhƣ: dạy học nêu vấn đề, dạy học tạo tình hống… Qua đó giúp cho HS thật sự tích cực chủ động học tập.
1.2.3. Khai thác và sử dụng một số phần mềm để dạy học mơn Vật lí
Phần mềm Vật lí có thể kể đến sau đây: Phần mềm Crocodile Physics là phần mềm đƣợc dùng để thiết kế các thí nghiệm ảo mơn Vật lí trong nhà trƣờng phổ thơng; PAKMA là một phần mềm chun dụng cho bộ mơn Vật lí
phần mềm eXe để tập huấn giúp giáo viên thiết kế nội dung học tập mơn Vật lí; Working Model để thiết kế thí nghiệm mơ phỏng Vật lí…
Các đĩa CD về thí nghiệm Vật lí, các mơ hình, các câu hỏi trắc nghiệm tự kiểm tra … Xu hƣớng chung của thế giới hiện nay là làm thế nào cho các phần mềm dễ sử dụng nhƣ dùng các đĩa CD âm nhạc, phim, phim hoạt hình, trị chơi điện tử, tất nhiên ngƣời đọc phải biết tiếng Anh và biết sử dụng vi tính ở mức độ tối thiểu nào đó.
Phần mềm dạy học có thể hiểu là các phần mềm dùng cho việc dạy và học trên máy vi tính (có thể nối mạng LAN, WAN, và WWW), phần mềm dạy học Vật lí có thể kể đến các dạng sau [14]
- E-book là các đĩa CD hƣớng dẫn học một giáo trình Vật lí có bài tập, thí nghiệm mơ phỏng, tự kiểm tra đánh giá.
- Kiểm tra và thi trắc nghiệm, tự đánh giá kết quả. - Xử lý các số liệu thực nghiệm.
- Biểu diễn các mơ hình để xây dựng các khái niệm trừu tƣợng. - Thực hiện các thí nghiệm mơ phỏng trên máy.
- Xem các thí nghiệm thực hiện trên đĩa.
Sử dụng phần mềm trong giảng dạy là công cụ không thể thiếu đƣợc trong công nghệ giáo dục nhằm phát huy khả năng sáng tạo của học sinh. Xu hƣớng học tập và giảng dạy đó đang đƣợc phổ biến ở các nƣớc tiên tiến. Tuy nhiên phần mềm dạy học không thể thay thế đƣợc vai trò của ngƣời thầy, SGK, các giáo trình, các cơng cụ dạy học khác. Các thí nghiệm mơ phỏng và các thí nghiệm ảo khơng thể thay thế đƣợc các thí nghiệm thật ở các phịng thí nghiệm dù là cịn thơ sơ. Việc sử dụng phần mềm trong giảng dạy là một hƣớng nghiên cứu còn mới mẻ cần đƣợc quan tâm nghiên cứu để tiếp tục phát triển.
1.2.4. Ưu điểm và hạn chế của việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí
1.2.4.1. Ƣu điểm
- Giúp HS dễ hiểu bài, hiểu một cách sâu sắc hơn và nhớ bài lâu hơn do việc thu nhận thông tin từ các sự vật hiện tƣợng một cách sinh động, chính xác đầy đủ từ đó nâng cao hứng thú học tập, nâng cao lịng tin của học sinh vào khoa học.
- Giúp HS tiếp cận và làm việc với các khoa học kỹ thuật công nghệ hiện đại.
- Giúp cho bài học của HS thêm sinh động, phong phú, hấp dẫn đối với HS.
- Giúp tiết kiệm thời gian trong mỗi tiết học.
- Giải phóng đƣợc ngƣời thầy khỏi khối lƣợng cơng việc tay chân, do đó làm tăng khả năng nâng cao chất lƣợng dạy học.
Đặc biệt nếu áp dụng hình thức đào tạo điện tử (E-Learning) sẽ đáp ứng đƣợc mọi tiêu chí : Hình thức đào tạo đa dạng, học mọi nơi, học mọi lúc, học mọi thứ và học mềm dẻo, học một cách mở, học suốt đời và tiết kiệm chi phí cho cả ngƣời dạy lẫn ngƣời học. Bởi đặc điểm của E-Learning là hệ thống giảng bài và tài liệu học tập đƣợc ghi dƣới dạng số hóa, đƣợc đặc trƣng bởi tính đa dạng và siêu phƣơng tiện, có sự tƣơng tác giữa ngƣời học, hệ thống dạy học và ngƣời dạy. Với các lý do nêu trên, việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí sẽ tạo ra một bƣớc chuyển cơ bản trong quá trình đổi mới nội dung chƣơng trình và PPDH.
1.2.4.2. Hạn chế
Tuy nhiên, không thể nói việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí khơng có những hạn chế. Có thể nêu một số hạn chế thƣờng gặp nhƣ sau:
- Chi phí đầu tƣ trang thiết bị, cơ sở vật chất lớn.
- Địi hỏi đội ngũ GV và HS phải có trình độ tin học, ngoại ngữ nhất là tiếng Anh ở mức độ nhất định .
- Khi sử dụng máy tính điện tử, ngƣời ta dễ đánh mất cảm giác chân thực thiếu đi những cảm xúc, xúc giác và ấn tƣợng thực. Do đó CNTT chỉ hỗ trợ chứ khơng thay thế đƣợc các thí nghiệm thực hành.
Việc sử dụng CNTT tự phát đã tạo ra nhiều bài giảng chỉ đơn thuần là đƣa nội dung bài học trong sách giáo khoa sang văn bản bảng điện tử với màu sắc sặc sỡ, đồ họa vui nhộn. Và ngƣời GV dùng máy tính để dạy học cần phải biết chắc rằng, mình thiết kế cái gì, mình trình bày cái gì trƣớc, cái gì sau. Nếu khơng chú ý có thể làm lộ thông tin mà đáng lẽ HS phải là ngƣời khám phá và phát hiện.
Nhƣ vậy, ta có thể khẳng định rằng “Đổi mới phƣơng pháp dạy học Vật lí bằng CNTT là xu thế của thời đại ngày nay ”. Tuy nhiên việc ứng dụng làm sao để khai thác hợp lí và hiệu quả CNTT vào dạy học nói chung và dạy học Vật lí nói riêng lại cần phải có những nghiên cứu cụ thể và nghiêm túc.
1.3. Giới thiệu phần mềm Matlab
Matlab là một mơi trƣờng tính tốn số và lập trình, đƣợc thiết kế bởi công ty MathWorks. Matlab cho phép tính tốn số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thơng tin, thực hiện thuật tốn, tạo các giao diện ngƣời dùng và liên kết với những chƣơng trình máy tính viết trên nhiều ngơn ngữ lập trình khác
[12]
Với thƣ viện Toolbox, Matlab cho phép mơ phỏng tính tốn, thực nghiệm nhiều mơ hình trong thực tế và kỹ thuật.
1.3.1. Các kiểu dữ liệu
MatLab có đầy đủ các kiểu dữ liệu đơn giản nhƣ: số nguyên, số thực, kí tự, logic (boolean).
Chuỗi kí tự đƣợc đặt trong dấu nháy đơn hoặc nháy kép, chẳng hạn "Viet Nam".
Kiểu dãy (sequence) có dạng dau:buoc:cuoi bao gồm một véc-tơ gồm các phần tử bắt đầu từ số dau tăng dần theo từng buoc cho đến bằng (không vƣợt quá) số cuoi. Kết quả cho ra một véc-tơ hàng:
1.2:0.2:1.7 % chú thích: tƣơng đƣơng với [1.2 1.4 1.6] 1.2:0.2:1.8 % chú thích: tƣơng đƣơng với [1.2 1.4 1.6 1.8]
Kiểu ma trận đóng vai trị trung tâm trong MatLab. Ví dụ một ma trận hai hàng ba cột nhƣ sau (hết một hàng cần dấu chấm phẩy để phân tách, nhƣng khơng nhất thiết xuống dịng):
[ -3 4 5.2 ; 2.1 -8 7.6 ]
MatLab cịn có một số kiểu dữ liệu khác cao cấp hơn: kiểu cell, kiểu struct (bản ghi).
1.3.2. Các phép tính với ma trận
Các phép cộng trừ hai ma trận cùng kích thƣớc đƣợc thực hiện bình thƣờng. Đặc biệt với phép nhân, MatLab phân biệt hai toán tử: * dành cho phép nhân ma trận và * dành cho nhân từng cặp phần tử tƣơng ứng của hai ma trận. >> a = [2 3; 2 4] 2 3 2 4 >> a * a % chính là bình phƣơng ma trận A 10 18 12 22 >> a .* a % chỉ là bình phƣơng TỪNG PHẦN TỬ của A 4 9 4 16
Với phép tính lũy thừa cũng tƣơng tự. Chẳng hạn, với ví dụ trên ta có thể viết lần lƣợt là a^2 và a.^2.
1.3.3. Cú pháp
Trƣớc đây MatLab không phân biệt chữ in, chữ thƣờng (giống nhƣ Fortran). Các phiên hơn gần đây lại có sự phân biệt này (theo ngơn ngữ C). Các từ khóa đều viết chữ thƣờng.
=giá_trị_biểu thức. Thơng thƣờng máy sẽ in ra kết quả của biến sau khi gán, nếu ta không kết thúc lệnh gán bởi dấu.
Ví dụ
t = 2 * 3 % hiện thị t = 6
t = t + 1; % t có giá trị bằng 7 nhƣng khơng hiển thị lên màn hình.
Khai báo hàm số (ví dụ nhƣ hàm bình phƣơng tên tham số vào là x, tên tham số ra là y:
function y = binhPhuong(x) binhPhuong = x * x; end
Cấu trúc rẽ nhánh, lặp:
for i = 1:3 % chú ý rằng vòng lặp theo dạng dãy disp(1/i)
end i = 0
while i < 4
i = i + 1; % không cho hiển thị ra màn hình disp(i) % hiển thị giá trị i
end
1.3.4. Cú pháp đặc biệt (syntactic sugar)
Để tăng tốc độ lập trình, nhất là thao tác từ dấu nhắc lệnh, MatLab cho phép nhiều kiểu cú pháp viết tắt. Chẳng hạn để xem hƣớng dẫn về lệnh plot thì hai câu lệnh sau là tƣơng đƣơng.
doc('plot')
doc plot % chú thích: cách viết gọn, đồng thời bỏ dấu ngoặc trịn và dấu nháy Một ví dụ nữa là các số trong một véc-tơ hàng khơng cần có dấu phẩy ngăn cách.
v1 = [2, 3, 4]
Và ngay cả cách gọi file lệnh từ dấu nhắc cũng là một dạng rút gọn đặc biệt. Chẳng hạn ta cần chạy file tinhtong.m trong thƣ mục hiện hành:
>> tinhtong
1.3.5. Tính năng vẽ đồ thị
Vẽ đồ thị là một tính năng đƣợc trau chuốt trong MatLab; với rất nhiều kiểu đồ thị khác nhau nhƣ biểu đồ dạng đƣờng, biểu đồ chấm điểm, các lớp màu (patch) hai chiều, đƣờng đồng mức và các đƣờng cong, mặt cong ba chiều. Ngoài ra MatLab còn cung cấp giao diện để ngƣời dùng trực tiếp biên tập hình vẽ, điền vào các ghi chú theo ý muốn.
Vẽ đồ thị dạng đƣờng
Giả sử có dãy số liệu V đo theo thời gian t. Trong MatLab, V và t đều có dạng vec tơ có cùng độ dài. Khi đó lệnh vẽ đồ thị với trục hoành là t và trục tung là V có dạng:
plot(t, V)
xlabel('t (s)') % viết tiêu đề các trục ylabel('V (m/s)')
Vẽ đồ thị dạng lớp màu
Một cách hiệu quả để biểu thị các trƣờng vật lí trong khơng gian hai chiều là dùng lớp màu. Chẳng hạn T là một ma trận 2 chiều lƣu giữ giá trị nhiệt độ của một tấm kim loại hình chữ nhật, thì việc hiển thị phân phối nhiệt độ bằng một lớp màu đƣợc thực hiện dễ dàng.
1.4. Thực trạng của việc sử dụng CNTT trong dạy học vật lí ở một số trƣờng phổ thông trƣờng phổ thông
1.4.1. Đối với giáo viên
- Về trang thiết bị cơ sở vật chất:
Về trang thiết bị cơ sở vật chất ở các trƣờng phổ thông là tƣơng đối đầy đủ. Vấn đề cần quan tâm là thực tế việc ứng dụng CNTT đƣợc GV và HS tiếp nhận nhƣ thế nào. Để tìm hiểu sâu hơn về vấn đề đó trƣớc tiên chúng tơi tiến hành điều tra thực trạng ứng dụng CNTT vào dạy và học mơn
học nói chung và mơn Lý nói riêng.
- Vấn đề ứng dụng CNTT trong dạy học của GV Vật lí ở trƣờng phổ thông:
Qua tọa đàm, trao đổi cho thấy các cấp quản lí giáo dục đã đánh giá việc ứng dụng CNTT trong dạy học là quan trọng và cần thiết. Hầu hết các đơn vị ra chỉ tiêu về số tiết học ứng dụng CNTT trong một kì học để tất cả các GV đều phải nỗ lực tiếp cận việc ứng dụng CNTT trong dạy học. Khả năng ứng dụng CNTT của GV các trƣờng phổ thông nhƣ thế nào chúng tôi đã lập bảng điều tra nhƣ sau:
Bảng 1.1. Bảng điều tra về khả năng ứng dụng CNTT trong dạy học của GV Vật lí ở các trường THPT Stt Mức độ Nội dung Nội dung Tổng số phiếu điều tra Tổng số phiếu trả lời Thƣờng xuyên Thỉnh thoảng Chƣa bao giờ
1 Sử dụng CNTT trong dạy học 30 phiếu 7 18 6 2 Sử dụng bài giảng điện tử 30 phiếu 7 18 6 3 Sử dụng phần mềm trong dạy học 30 phiếu 5 13 13 4 Sử dụng thí nghiệm ghép nối máy tính hỗ trợ dạy học 30 phiếu 0 2 28
Qua bảng số liệu cho thấy hầu hết GV Vật lí ở các trƣờng phổ thơng đều đã tiếp cận và biết sử dụng CNTT trong dạy học. Số GV sử dụng bài giảng điện tử nhiều. Tuy nhiên, các hình thức ứng dụng CNTT trong dạy học nhƣ sử dụng phần mềm trong dạy học cịn ít. Đặc biệt việc sử dụng thí nghiệm ghép nối máy tính hỗ trợ dạy học chƣa có GV nào sử dụng trong việc hỗ trợ dạy học
* Để làm rõ thêm thông tin về nguyên nhân sử dụng các phần mề m dạy học còn chƣa phổ biến chúng tôi điều tra về kĩ năng sử dụng phần mềm dạy học đối với các GV dạy Vật lí nhƣ sau:
Bảng 1.2. Bảng điều tra về kĩ năng sử dụng phần mềm dạy học