SKKN sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo cho vật lý 10

nhiều khó khăn; phòng học bộ môn đã có nhưng chỉ có một cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm cho tất cả các môn học nên gặp khó khăn cho việc hỗ trợ giáo viên chuẩn bị thiết bị thí nghiệm;

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN

Kính gửi: Thường trực Hội đồng xét, công nhận sáng kiến trường THPT DTNT Ka

Lăng

Tôi ( chúng tôi):

Số

TT

Họ và tên Ngày

tháng năm sinh

Nơi công tác (hoặc nơi thường trú)

Chức danh

Trình độ chuyên môn

Tỉ lệ( %) đóng góp vào việc tạo ra sáng kiến

Ghi chú

1 Phan Văn

Thường

26/9/198 6

Trường THPT DTNT Ka Lăng

Giáo viên Đại

học

50 % Tối đa

không quá 3 tác giả

2 Lê Thị

Hồng

10/4/198 8

Trường THPT DTNT Ka Lăng

Giáo viên Đại

học

50 %

Là tác giả/nhóm tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến: Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo Working Model trong dạy học môn Vật Lý 10 tại trường THPT DTNT

Ka Lăng.

1 Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: Trường THPT DTNT Ka Lăng.

2 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Chuyên môn giảng dạy.

3 Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: 22/8/2019.

4 Mô tả bản chất của sáng kiến:

4.1 Nội dung của sáng kiến:

4.1.1 Mô tả giải pháp trước khi tạo ra sáng kiến:

Trường THPT DTNT Ka Lăng là một trường nội trú ở vùng sâu, vùng xa, vùng đặc biệt khó khăn, đối tượng học sinh của trường hầu hết đều là dân tộc thiểu số việc được tiếp xúc với các thí nghiệm ở cấp học trước rất ít do đó ít thu hút được các em đam mê với môn Vật Lý Việc áp dụng công nghệ thông tin trong dạy học vẫn còn

nhiều khó khăn; phòng học bộ môn đã có nhưng chỉ có một cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm cho tất cả các môn học nên gặp khó khăn cho việc hỗ trợ giáo viên chuẩn bị thiết bị thí nghiệm; việc sắp xếp, quản lí và bảo quản các trang thiết bị và

đồ dùng dạy học chưa hợp lí và khoa học; trang thiết bị cho môn Vật Lý đã có nhưng chưa đồng bộ hoặc bị hỏng; Có những bộ thí nghiệm rất đắt tiền khó có thể cung cấp; Có những thí nghiệm biểu diễn, chứng minh về số lượng và chất lượng chưa đủ để đảm bảo tốt về thời gian, hiệu quả cho việc dạy học; Một số thí nghiệm không thể thực hiện trong thực tế do cần loại bỏ các yếu tố của môi trường như không khí, ma sát…thì mới có độ chính xác hoặc những thí nghiệm gây nguy hiểm cho người quan sát

Do đó trước khi có sáng kiến giáo viên dạy các thí nghiệm khi không có dụng cụ thí nghiệm hoặc không thể thực hiện thí nghiệm trong thực tế bằng cách mô tả bằng lời nói, hình vẽ để học sinh lắng nghe và tưởng tượng

a Ưu điểm: Hoạt động dạy học diễn ra đơn giản, ít thời gian chuẩn bị, cung cấp

được cho học sinh kiến thức cần thiết

Không cần sử dụng các thiết bị hỗ trợ dạy học phức tạp

b Nhược điểm: Giờ học dễ đơn điệu, buồn tẻ không thu hút được sự hứng thú của

học sinh dành cho môn Vật Lý

Học sinh thụ động tiếp thu kiến thức nên việc nhớ và vận dụng kiến thức trở nên khó khăn do đó không thể nâng cao được chất lượng học môn Vật Lý

Do không được nhìn thực tế mà chỉ nghe giáo viên mô tả nên học sinh có thể nghi ngờ tính chính xác của kiến thức

c Một số bảng số liệu điều tra, thống kê trước khi áp dụng sáng kiến

Bảng 4.1.1 Bảng thống kê chất lượng môn Vật lý của học sinh khối 10 trường THPT DTNT Ka Lăng trong học kì 1 năm học 2018-2019.

Số học

sinh

Học sinh giỏi Học sinh khá Học sinh TB

Học sinh yếu Học sinh

kém

% %

Bảng số liệu cho chúng ta thấy tỉ lệ học sinh khá giỏi không cao, vẫn còn học sinh yếu kém, do đó cần nâng cao chất lượng dạy học môn Vật Lý bằng cách thay đổi phương pháp dạy học

Bảng 4.1.2 Bảng khảo sát số lượng học sinh định hướng lựa chọn môn Vật Lý trong tổ hợp môn thi tốt nghiệp trung học phổ thông năm 2020 của các khối 12 trường THPT DTNT Ka Lăng

Dựa vào bảng số liệu ta thấy số lượng và tỉ lệ học sinh lựa chọn môn Vật lý trong tổ hợp môn thi KHTN rất ít cho thấy học sinh chưa yêu thích môn vật lý hoặc nếu yêu thích nhưng vì lo sợ mà không dám lựa chọn

4.1.2 Mô tả giải pháp sau khi có sáng kiến

1 Giải pháp 1: Thống kê số lượng thí nghiệm trong chương trình Vật lý 10 ban cơ

bản

Tính mới:

- Biết được từng thí nghiệm cần có trong chương trình Vật lý 10 ban cơ bản từ đó đưa ra cách thức thực hiện thí nghiệm và phương pháp dạy thí nghiệm đó như thế nào trong từng bài học để học sinh có thể nắm bắt được kiến thức một cách hiệu quả nhất

- Có được cái nhìn toàn diện, tổng thể về chương trình Vật lý phổ thông 10 Đưa ra được phương pháp dạy thí nghiệm phù hợp với đối tượng

Cách thức thực hiện giải pháp:

- Tìm hiểu chương trình Vật lý 10 ban cơ bản thông qua sách giáo khoa, phân phối chương trình

- Lập kế hoạch dạy học cho phù hợp với đối tượng học sinh từng lớp

- Soạn giảng nội dung từng bài học cụ thể trong đó có các thí nghiệm cần có, bố trí thí nghiệm đó trong tiến trình dạy học cho phù hợp

2 Giải pháp 2: Thống kê số lượng thiết bị cần thiết trong chương trình Vật lý 10

ban cơ bản đã có của nhà trường

Tính mới:

- Biết được có bao nhiêu thí nghiệm trong chương trình Vật lý 10 ban cơ bản có thể thực hiện được Từ đó lựa chọn được cách thức dạy học phù hợp; thay thế những thí nghiệm không thể thực hiện bằng dụng cụ thí nghiệm bằng các thí nghiệm ảo

- Rà soát được thiết bị của từng thí nghiệm, sắp xếp một cách khoa học các thiết bị cần sử dụng cho chương trình Vật lý 10 ban cơ bản Chủ động thực hiện các thí nghiệm ảo khi cần thiết

Cách thức thực hiện giải pháp:

- Phối hợp với cán bộ quản lí thiết bị của nhà trường xem xét, thống kê số lượng thiết bị cần thiết để thực hiện thí nghiệm trong chương trình Vật lý 10 ban cơ bản thông qua sổ sách

- Kiểm tra thực tế trên phòng thiết bị Vật lý xem có bao nhiêu thiết bị, những thiết

bị nào còn sử dụng được, thiết bị nào không có hoặc không thể sử dụng được

- Sắp xếp lại thiết bị theo từng bài trong chương trình Vật lý phổ thông 10 ban cơ bản

3 Giải pháp 3: Tìm hiểu về phần mềm Working Model

Tính mới:

- Biết cách sử dụng được phần mềm Working Model để thiết kế những thí nghiệm

ảo cần thiết sử dụng trong chương trình Vật lý 10 ban cơ bản

- Giúp giáo viên làm quen và chủ động được việc sử dụng các công cụ trong Working Model để thiết kế thí nghiệm cần thiết gây hứng thú cho học sinh trong quá trình dạy học đồng thời tăng cường tương tác giữa giáo viên và học sinh trong tiết học

Cách thức thực hiện giải pháp

- Tải phần mềm Working Model và cài đặt vào máy tính.

- Khởi động Working Model làm xuất hiện giao diện làm việc

- Tìm hiểu các công cụ trên giao diện thiết kế của Working Model để thiết kế các thí nghiệm mô phỏng gồm: thanh tiêu đề, thanh thực đơn, hệ thống toolbar

- Tất cả các chuyển động tạo ra trong môi trường Working Model đều dựa trên nguyên lí động lực học cơ bản như 3 định luật Niu-tơn; các phương trình động lực học…Working Model còn thiết lập một số mô hình ma sát và các kết quả thực nghiệm mô tả tính chất không đàn hồi và va chạm

4 Giải pháp 4: Thiết kế các thí nghiệm ảo bằng phần mềm Working Model

Tính mới:

Thiết kế được các thí nghiệm cần thiết trong chương trình Vật lý 10 nhưng không

có dụng cụ thí nghiệm hoặc không thể thực hiện bằng thí nghiệm thật để sử

dụng trong quá trình dạy học

Cách thức thực hiện giải pháp:

4.2.4.1: Thiết kế thí nghiệm Ống Niu-tơn.

a Cơ sở lí thuyết:

- Ống Niu-tơn là một ống bằng thủy tinh kín trong có chứa một hòn bi nặng và một cái lá nhẹ Ống Niu-tơn được dùng để nghiên cứu sự rơi của các vật

- Ban đầu cho hai vật rơi ở trong ống còn đầy không khí thì hòn bi rơi nhanh hơn cái lá

- Sau đó hút không khí ở trong ống ra rồi cho hai vật rơi thì thấy chúng rơi nhanh như nhau

=> Việc hút hết không khí trong ống ra là không thể thực hiện được bằng thực tế bởi khi đó áp suất tác dụng vào thành ống vô cùng lớn dẫn đến vỡ thành ống

b Thiết kế thí nghiệm:

- Khởi động Working Model, cửa sổ làm việc xuất hiện

- Trên thanh thực đơn chọn công cụ vẽ hình chữ nhật Rectangle nhấp kéo vẽ giá đỡ hình chữ nhật Cố định giá đỡ bằng kí hiệu mỏ neo anchor

- Trên thanh thực đơn chọn công cụ vẽ hình chữ nhật Rectangle vẽ một khung hình chữ nhật làm ống Niu-tơn

- Trên thanh thực đơn chọn công cụ hình tròn circle để vẽ viên bi và công cụ curved polygon vẽ hình chiếc lá vào ống Niu-tơn Nhấp đúp chuột vào từng đối tượng để chọn thuộc tính của đối tượng Trên hình tròn ta chọn khối lượng của nó là 1kg, trên chiếc lá ta chọn khối lượng là 0,01kg ( hoặc lựa chọn khối lượng khác nhưng nhỏ hơn của đối tượng viên bi)

- Để biểu diễn thí nghiệm đối với trường hợp ống Niu-tơn khi chưa hút chân không trên hệ thống toolbar chọn World -> Air Resistance -> Low speed ( chọn lực cản của không khí) Thực hiện thí nghiệm bằng cách nhấn Run Dừng lại thí nghiệm bằng cách nhấn Stop, làm lại thí nghiệm bằng cách nhấn Reset Ta thấy viên bi rơi nhanh hơn chiếc lá Lưu lại thí nghiệm bằng cách nhấn File -> save

- Để biểu diễn thí nghiệm đối với trường hợp ống Niu-tơn đã hút chân không trên

hệ thống toolbar chọn World -> Air Resistance -> None ( Chọn lực cản không khí bằng không ) Thực hiện thí nghiệm bằng cách nhấn Run Dừng lại thí nghiệm bằng cách nhấn Stop, làm lại thí nghiệm bằng cách nhấn Reset Ta thấy viên bi và chiếc

lá rơi nhanh như nhau Lưu lại thí nghiệm bằng cách nhấn File -> save

4.2.4.2: Thiết kế thí nghiệm về định luật I Niu-tơn:

a Cơ sở lí thuyết:

- Định luật I Niu-tơn: Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều

- Người đầu tiên đã làm thí nghiệm để nghiên cứu chuyển động là Ga-li-lê Ông dùng hai máng nghiêng bố trí như hình dưới Ông thả viên bi lăn theo máng nghiêng 1 Ông nhận thấy viên bi lăn ngược lên máng nghiêng 2 đến độ cao gần bằng độ cao ban đầu (hình a) Khi hạ thấp độ cao của máng nghiêng 2, ông thấy hòn bi lăn trên máng nghiêng 2 được một đoạn đường dài hơn (hình b) Ông thấy rằng hòn bi không lăn lên được độ cao ban đầu vì có ma sát Ông tiên đoán rằng,

h 1 2

Hình a

2

Hình b

2 Hình c

nếu không có ma sát và nếu máng nghiêng 2 nằm ngang thì hòn bi sẽ lăn với vận tốc không đổi mãi mãi (hình c)

- Trên thực tế ta có thể gần như loại bỏ lực ma sát bằng hệ thống băng đệm khí, tuy nhiên trong dụng cụ thí nghiệm của trường THPT DTNT Ka Lăng không có, đồng thời cũng không thể loại bỏ hoàn toàn ma sát nên không thể dùng thí nghiệm thật

để thực hiện thí nghiệm của Ga-li-lê do đó cần thiết kế thí nghiệm ảo

b Thiết kế thí nghiệm.

- Khởi động Working Model, cửa sổ làm việc xuất hiện

- Trên hệ thống toolbar chọn View -> Workspace xuất hiện bảng Navigation, trên bảng này ta tích chọn Ruler; Grid Line; X,Y Axes để làm xuất hiện thước đo, hệ tọa

độ Oxy và các ô trong không gian làm việc tiện cho việc theo dõi độ cao, độ dài đường đi theo phương ngang của vật chuyển động

- Trên thanh thực đơn chọn công cụ vẽ hình chữ nhật Rectangle nhấp kéo vẽ giá đỡ hình chữ nhật tại vị trí trên trục Ox Cố định giá đỡ bằng kí hiệu mỏ neo anchor trên thanh thực đơn

- Trên thanh thực đơn chọn công cụ Polygol (hình quyển sách mở) vẽ 2 máng nghiêng, vị trí nối của 2 máng nghiêng tại gốc tọa độ Nhấp đúp chuột vào đối tượng máng nghiêng để chọn thuộc tính cho 2 máng nghiêng: chọn hệ số ma sát (stat.fric ) bằng 0, độ đàn hồi (elastic) bằng 0 Cố định máng nghiêng bằng kí hiệu

mỏ neo anchor

- Trên thanh thực đơn chọn công cụ hình tròn circle để vẽ vật chuyển động trên máng nghiêng ở độ cao 3 cm Nhấp đúp chuột vào hình tròn chọn thuộc tính: chọn

hệ số ma sát (stat.fric ) bằng 0, độ đàn hồi (elastic) bằng 0

- Để làm xuất hiện bảng độ cao theo phương Y và độ dài đường đi theo phương X của vật theo thời gian, trên hệ thống toolbar ta chọn Measure -> Center of Mass Position -> Y Graph và X Graph Để xuất hiện đồ thị tốc độ trên phương X, và phương Y theo thời gian , trên hệ thống toolbar ta chọn Measure -> Center of Mass Velocity -> X Graph và Measure -> Center of Mass Velocity -> Y Graph

- Thực hiện thí nghiệm bằng cách nhấn Run Khi vật chuyển động đến độ cao cực đại ta nhấn Stop để dừng thí nghiệm và quan sát Làm lại thí nghiệm bằng cách nhấn Reset Lưu lại thí nghiệm bằng cách nhấn File -> save

Thí nghiệm a.

- Quan sát thí nghiệm và bảng độ cao theo phương Y ta thấy độ cao cực đại trên máng 2 của vật là nhỏ hơn độ cao ban đầu trên máng nghiêng 1

- Quan sát bảng độ dài đường đi theo phương X ta thấy theo phương X độ dài là 2,3 cm

- Quan sát đồ thị vận tốc theo hai phương X và Y ta thấy vận tốc theo phương X và

Y đều thay đổi

- Giảm độ cao của máng nghiêng thứ 2 và thực hiện lại thí nghiệm

Thí nghiệm b.

- Quan sát thí nghiệm và bảng độ cao theo phương Y ta thấy độ cao cực đại trên máng 2 của vật là nhỏ hơn độ cao ban đầu trên máng nghiêng 1 Độ dài đường đi trên phương X lớn hơn thí nghiệm a Vận tốc trên 2 phương vẫn thay đổi

- Để máng thứ 2 nằm ngang và thực hiện lại thí nghiệm

Thí nghiệm c

- Ta thấy đoạn đường theo phương X rất lớn Vận tốc theo phương X và Y không thay đổi

=> Vật chuyển động thẳng đều nếu không có lực ma sát và hợp lực của các lực tác dụng vào vật bằng 0

4.2.4.3: Thiết kế thí nghiệm kiểm chứng vật chuyển động ném ngang:

a Cơ sở lí thuyết:

- Vật ném ngang là vật được truyền vận tốc ban đầu v0 theo phương ngang khi đang

ở độ cao h Vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực không chịu lực cản của không khí

- Chuyển động ném ngang của vật được phân tích thành hai thành phần: thành phần theo phương thẳng đứng chuyển động giống chuyển động rơi tự do, thành phần chuyển động theo phương ngang giống chuyển động thẳng đều

- Quỹ đạo của vật có dạng parabol; thời gian chuyển động của vật giống thời gian của vật rơi tự do Những kết luận này là bằng phân tích lí thuyết mà có được do đó cần một thí nghiệm để kiểm chứng lí thuyết đó là đúng

- Phải loại bỏ lực cản của không khí trong thí nghiệm kiểm chứng.Thời gian rơi của vật rất nhanh, đồng thời hình ảnh quỹ đạo của vật cũng khó quan sát trên thực tế nên ta cần dùng đến thí nghiệm ảo

b Thiết kế thí nghiệm.

- Khởi động Working Model, cửa sổ làm việc xuất hiện

- Trên hệ thống toolbar chọn World -> Air Resistance -> None để lực cản không khí bằng không

- Trên hệ thống toolbar chọn View -> Workspace xuất hiện bảng Navigation, trên bảng này ta tích chọn Ruler; Grid Line; X,Y Axes để làm xuất hiện thước đo, hệ tọa

độ Oxy và các ô trong không gian làm việc tiện cho việc theo dõi độ cao, tầm xa của vật chuyển động

- Trên trên thanh thực đơn chọn công cụ hình tròn circle để vẽ vật chuyển động Chọn đối tượng hình vừa vẽ, chọn Edit/Coppy và dán Edit/ Paste ta được hai hình tròn giống hệt nhau

- Đối với hình tròn thứ nhất ta chọn thuộc tính cho v0x = 0 m/s và v0y = 0 m/s là vật rơi tự do

Đối với hình tròn thứ hai ta đổi màu để tiện quan sát bằng cách: trên hệ thống toolbar chọn Window -> Appearance -> Color Chọn thuộc tính cho v0x= 3 m/s; v0y

= 0 m/s là vật chuyển động ném ngang

- Đặt hai đối tượng hình tròn ở độ cao bằng nhau tại vị trí gốc tọa độ

- Để quan sát được hình ảnh hoạt nghiệm của các vật chuyển động trên hệ thống toolbar chọn World -> Tracking – Every Frame

- Để quan sát tọa độ của 2 vật theo thời gian, ta chọn lần lượt từng vật sau đó trên

hệ thống toolbar ta chọn Measure -> Center of Mass Position -> Y Graph và XGraph

- Thực hiện thí nghiệm bằng cách nhấn Run, để dừng thí nghiệm và quan sát ta nhấn Stop Làm lại thí nghiệm bằng cách nhấn Reset Lưu lại thí nghiệm bằng cách nhấn File -> save

- Dựa vào hình ảnh hoạt nghiệm ta thấy quỹ đạo của vật ném ngang có dạng parabol Dựa vào đồ thị độ cao theo thời gian của 2 vật ta cũng thấy thời gian chuyển động của vật ném ngang đúng bằng thời gian chuyển động của vật rơi tự do