SKKN Khai thác phần mềm Crocodile Physics vào thiết kế thí nghiệm mô phỏng “Giao thoa hai sóngmặt nước” và “Sóng dừng” sách giáo khoa Vật lí 12 ban cơ bản

Nội dung text: SKKN Khai thác phần mềm Crocodile Physics vào thiết kế thí nghiệm mô phỏng “Giao thoa hai sóngmặt nước” và “Sóng dừng” sách giáo khoa Vật lí 12 ban cơ bản

1. I. ĐẶT VẤN ĐỀ I.1. Lý do chọn đề tài Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, do đó hầu hết các kiến thức vật lí đều được rút ra từ những quan sát và thí nghiệm. Vì vậy, trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, thí nghiệm là một phương tiện rất quan trọng, có tác dụng to lớn trong việc chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng, của HS. Nó không chỉ làm tăng tính hấp dẫn của môn học, giúp HS hiểu sâu sắc kiến thức lý thuyết đã được học mà quan trọng hơn là tạo cho HS một trực quan nhạy bén. Việc lồng ghép các thí nghiệm vào các tiết dạy Vật lý là rất cần thiết và phù hợp với đặc trưng thực nghiệm của môn học. Trên thực tế giáo viên vật lý nào cũng rất muốn lồng ghép các thí nghiệm vật lý vào bài giảng, nhưng cũng có thể vì các lý do chủ quan và khách quan mà không thể thực hiện được các thí nghiệm đó được. Các lý do đó có thể là: Cơ sở vật chất của nhà trường chưa đảm bảo; Thiết bị thí nghiệm không đồng bộ, chất lượng kém, sai số lớn ; Không đủ thời gian để chuẩn bị thí nghiệm; Một số thí nghiệm không thể thực hiện trong điều kiện lớp học Thường thì khi gặp những trở ngại trên giáo viên sẽ phải dạy “chay” nên chất lượng giờ dạy chưa cao. Chính vì những vấn đề này đã làm cho học sinh nắm kiến thức một cách mơ hồ, máy móc, không hiểu rõ được bản chất, hiện tượng quy luật của sự vật Trong khi đó phần mềm Crocodile Physcis là một trong những công cụ để thiết kế các thí nghiệm ảo trong vật lý phổ thông. Với các dụng cụ thí nghiệm về Cơ, Điện, Quang, Sóng, giúp người giáo viên có thể thiết kế được hầu hết các thí nghiệm vật lý phổ thông mà không mất quá nhiều thời gian chuẩn bị. Bên cạnh những thí nghiệm mẫu sẵn có thì các giáo viên có thể thiết kế các mô hình thí nghiệm Vật lý theo sáng tạo các nhân. Các yếu tố trong phần mềm này dễ dàng thu hút được hứng thú học tập môn Vật lý cho học sinh. Từ những lý do cơ bản trên, cùng với thực tế nghiên cứu phần mềm CP, giảng dạy bộ môn Vật lý lớp 12 tôi mạnh dạn đưa ra sáng kiến: “Khai thác phần mềm Crocodile Physics vào thiết kế thí nghiệm mô phỏng “ Giao thoa hai sóngmặt nước” và “ Sóng dừng” sách giáo khoa Vật lí 12 ban cơ bản” 1
2. I.2. Mục tiêu, nhiệm vụ của đề tài Xác định vai trò của thí nghiệm trong dạy học vật lý phổ thông, so sánh ưu, khuyết điểm giữ thí nghiệm thật và thí nghiệm ảo. Giới thiệu các sử dụng phần mền CP trong việc giúp giáo viên phổ thông chuẩn bị các thí nghiệm của bài “Giao thoa sóng” và “Sóng dừng” ( chương trình vật lý 12 ban cơ bản). Rút ra các kết luận sư phạm để việc giảng dạy Vật lý sử dụng phần mềm CP được hiệu quả hơn. Tìm hiểu về phương pháp dạy học vật lý, phân loại các thí nghiệm vật lý trong chương trình phổ thông. Tìm hiểu vai trò thực trạng sử dụng phần mềm CP vào giảng dạy bộ môn vật lý ở trường phổ thông. Rút ra các kết luận sư phạm nhằm sử dụng phần mềm CP được hiệu quả hơn. I.3. Những đóng góp của đề tài - Cơ sở lý luận về phương pháp dạy học vật lý sử dụng thí nghiệm ảo. - Hướng dẫn sử dụng phần mềm CP vào thiết kế thí nghiệm về sóng trong chương trình vật lý phổ thông. - Xây dựng thí nghiệm “Giao thoa sóng” và “Sóng dừng” chương trình Vật lý lớp 12 ban cơ bản. - Những kết luận sư phạm góp phần làm rừ vai trò của việc sử dụng phần mềm CP vào thiết kế thí nghiệm vật lý ở trường phổ thông. 2
3. II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ II.1. Cơ sở lý luận II.1.1. Vai trò của thí nghiệm vật lý trong dạy học Trong dạy học vật lý, thí nghiệm đóng một vai trò cực kì quan trọng, là yếu tố không thể thiếu được của quá trình nhận thức vật lý. Tùy theo mục đích sử dụng thí nghiệm trong dạy học, thí nghiệm vật lý có thể thực hiện những chức năng khác nhau trong tiến trình dạy học - Thí nghiệm vật lý là cơ sở để xây dựng, chứng minh kiến thức vật lý. - Thí nghiệm vật lý có thể được sử dụng như phương tiện để đề xuất vấn đề, để cho HS vận dụng, củng cố kiến thức, để kiểm tra kiến thức vật lý của HS. - Thí nghiệm vật lý là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh. - Thí nghiệm vật lý là phương tiện kích thích hứng thú học tập của học sinh. - Thí nghiệm vật lý là phương tiện tổ chức các hình thức hoạt động của học sinh. - Thí nghiệm vật lý góp phần làm đơn giản hoá các hiện tượng và quá trình vật lý. II.1.2. Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên Việc tổ chức thí nghiệm biểu diễn của GV nhằm giới thiệu tương đối nhanh với HS chủ yếu là mặt định tính của các hiện tượng, các quá trình, các quy luật nghiên cứu những cái mà HS có thể cảm thụ bằng mắt và tai được. Tùy theo mục đích sử dụng thí nghiệm biểu diễn theo các bước khỏc nhau của tiến trình dạy học, các thí nghiệm biểu diễn có thể chia thành ba loại thí nghiệm: Thí nghiệm mở đầu, thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng và thí nghiệm củng cố. - Thí nghiệm mở đầu: Là những thí nghiệm được dùng nhằm mục đích đề xuất vấn đề nghiên cứu. - Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng: Là những thí nghiệm nhằm xây dựng, chứng minh kiến thức mới bao gồm: Thí nghiệm khảo sát xây dựng; Thí nghiệm kiểm tra, minh họa. 3
4. - Thí nghiệm củng cố: Là những thí nghiệm nhằm giúp cho HS vận dụng kiến thức đã học để giải thích dự đoán hiện tượng, qua đó nắm vững kiến thức đã học. II.1.3. Khái niệm về thí nghiệm thật và thí nghiệm ảo - Thí nghiệm thật: Là các thí nghiệm được thực hiện bằng các dụng cụ thí nghiệm thật, các hoá chất thật. - Thí nghiệm ảo: Là các thí nghiệm được thực hiện trên máy vi tính, thí nghiệm ảo thực chất là mô hình của thí nghiệm thật trên máy vi tính. II.1.4. So sánh thí nghiệm thật và thí nghiệm ảo. Có thể nói rằng thí nghiệm ảo hay thí nghiệm thật thì cũng đều được xếp vào dòng là thí nghiệm trực quan, cùng làm sáng tỏ lý thuyết, gây hứng thú học tập cho các em học sinh, giáo dục tính tò mò khoa học, làm cho học sinh nhận thức dễ dàng hơn, kiến thức thu được của các em rõ ràng và sâu sắc, đồng thời lớp học sôi nổi, hào hứng, Tuy nhiên mỗi cách đều có ưu nhược điểm của nó. Có thể nói rằng với công nghệ hiện đại như ngày nay, với sự hỗ trợ đắc lực của máy vi tính thì cuộc sống ảo vô cùng phong phú, đôi khi nó còn lấn át cuộc sống thực tại của chúng ta, tuy nhiên không thể nói thí nghiệm ảo hoàn toàn tốt hơn thí nghiệm thật nhưng nó lại có rất nhiều ưu điểm có thể hơn thí nghiệm thật. Có thể đưa ra dưới đây một số điểm cơ bản mà thí nghiệm ảo khắc phục được nhược điểm của thí nghiệm thật: Trong trường hợp giáo viên làm thí nghiệm thật trên lớp cho học sinh quan sát thì hầu như các dụng cụ thí nghiệm đều nhỏ, lớp học đông, phòng học rộng. Như vậy khi làm thí nghiệm thì không phải tất cả các học sinh trong lớp đều có thể quan sát dễ dàng được, các em ở cuối lớp chỉ có thể nghe giáo viên nói mà không thể nhìn được thí nghiệm giáo viên làm như thế nào và chỉ có một số học sinh ở bàn trên mới có thể quan sát rõ thí nghiệm. Trong khi đó thí nghiệm ảo được thực hiện trên một màn chiếu, mà thông thường màn chiếu được đặt sao cho tất cả học sinh trong lớp học có thể nhìn rõ tất cả những gì thực hiện trên đó, đồng thời giáo viên hoàn toàn có thể chỉnh kích cỡ của dụng cụ thí 4
5. nghiệm cho đủ lớn để cho cả lớp đều có thể quan sát rõ ràng kể cả các em ngồi ở cuối lớp học. Tiếp theo là vấn đề an toàn của thí nghiệm, với một số thí nghiệm đôi khi do sơ xuất để xảy ra cháy nổ không mong muốn, nhưng với thí nghiệm ảo thì các thí nghiệm hoàn toàn an toàn, không lo cháy nổ ngoài dự định của giáo viên và học sinh, nếu có hiện tượng nhầm lẫn diễn ra trên máy vi tính thì hiện tượng xảy ra chỉ là mô hình cháy nổ trong máy chứ không phải là thật nên rất an toàn. Hơn nữa thí nghiệm thực tế không phải thí nghiệm nào cũng thành công mỹ mãn, nhưng với thí nghiệm ảo do đã được lập trình sẵn nên có thể nói gần như tất cả các thí nghiệm đều chuẩn xác, thực hiện thí nghiệm đem lại hiệu quả như mong đợi. Một vấn đề nữa là công tác chuẩn bị công cụ thí nghiệm, với chương trình đổi mới giáo dục như hiện nay thì trong chương trình phổ thông, hầu như tiết học nào cũng có thí nghiệm. Với một thí nghiệm đơn giản, ít dụng cụ thì giáo viên có thể dễ dàng chuẩn bị dụng cụ, dễ dàng chuyển từ lớp học này sáng lớp học khác. Tuy nhiên với một thí nghiệm mà các dụng cụ cồng kềnh thì đây lại không phải là một điều đơn giản. Còn với thí nghiệm ảo thì giáo viên hoàn toàn không phải lo lắng gì về vấn đề này, các dụng cụ có sẵn trong máy vi tính giáo viên chỉ cần một lần thực hiện đưa phần mềm thiết kế thí nghiệm vào trong máy và cài đặt chương trình, như thế lần sau sẽ hoàn toàn yên tâm về dụng cụ thí nghiệm Như vậy có thể thấy khá nhiều ưu điểm của thí nghiệm ảo như trên đây, hơn nữa hiện nay, khi mà tin học được ứng dụng nhiều vào trong trường học thì việc sử dụng các thí nghiệm ảo hỗ trợ cho giảng dạy là hoàn toàn hợp lý, góp phần đẩy mạnh ứng dụng CNTT vào công tác giảng dạy ở trường phổ thông Như vậy từ việc so sánh thí nghiệm thật và thí nghiệm ảo như trên đây thì bài toán đặt ra là làm thế nào để cho học sinh vẫn quan sát được các thí nghiệm trực quan mà giáo viên không phải lo lắng tới vấn đề chuẩn bị phương tiện thí nghiệm, lựa chọn phương tiện thí nghiệm phù hợp, thực hiện thí nghiệm an toàn và đạt hiệu quả như mong muốn, đồng thời tất cả học sinh đều có thể quan sát 5
6. dễ dàng, cùng theo dõi cùng tranh luận bài dễ dàng, các thí nghiệm sống động và bắt mắt với học sinh Trong khi đó khi mà tin học phát triển và đi vào tất cả các ngõ ngách của đời sống con người như hiện nay thì một giải pháp được đưa ra là xây dựng thí nghiệm ảo thay thế thí nghiệm thật, sử dụng máy vi tính, máy chiếu, để thực hiện các thí nghiệm, để phát huy các ưu điểm của thí nghiệm ảo mang lại và hạn chế các nhược điểm của thí nghiệm thật. II.2. Thực trạng việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học môn Vật lý Việc lồng ghép các thí nghiệm vào các tiết dạy Vật lý là rất cần thiết và phù hợp với đặc trưng thực nghiệm của môn học. Trên thực tế giáo viên vật lý nào cũng rất muốn lồng ghép các thí nghiệm vật lý vào bài giảng, nhưng cũng có thể vì các lý do chủ quan và khách quan mà không thể thực hiện được các thí nghiệm đó được. Các lý do đó có thể là: Cơ sở vật chất của nhà trường chưa đảm bảo; Thiết bị thí nghiệm không đồng bộ, chất lượng kém, sai số lớn ; Không đủ thời gian để chuẩn bị thí nghiệm; Một số thí nghiệm không thể thực hiện trong điều kiện lớp học Thường thì khi gặp những trở ngại trên giáo viên sẽ phải dạy “chay” nên chất lượng giờ dạy chưa cao. Chính vì những vấn đề này đã làm cho học sinh nắm kiến thức một cách mơ hồ, máy móc, không hiểu rõ được bản chất, hiện tượng quy luật của sự vật Trong khi đó phần mềm Crocodile Physcis là một trong những công cụ để thiết kế các thí nghiệm ảo trong vật lý phổ thông. Với các dụng cụ thí nghiệm về Cơ, Điện, Quang, Sóng, giúp người giáo viên có thể thiết kế được hầu hết các thí nghiệm vật lý phổ thông mà không mất quá nhiều thời gian chuẩn bị. Bên cạnh những thí nghiệm mẫu sẵn có thì các giáo viên có thể thiết kế các mô hình thí nghiệm Vật lý theo sáng tạo các nhân. Các yếu tố trong phần mềm này dễ dàng thu hút được hứng thú học tập môn Vật lý cho học sinh. II.2.1. Phần mềm Crocodile Physics Trên thực tế hiện nay có rất nhiều phần mềm giúp người giáo viên thiết kế thí nghiệm vật lý ảo. Tuy nhiên sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu phần mềm CP, một trong những phần mềm giúp giáo viên thiết kế các thí nghiệm vật lý ảo với 6