Tên sáng kiến “Ứng dụng PhEt để mô phỏng một số thí nghiệm trong giảng dạy trực tuyến môn Vật lí 11” 2 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Vật lí 3 Mô tả bản chất của sáng kiến 3 1 Tình trạng giải pháp đã biết Trong quá trình giảng dạy môn vật lý, tôi nhận thấy các em ít phát biểu xây dựng bài, nhiều em không có hứng thú, thiếu tập trung vào bài học vì đa phần tiết học chỉ mang tính chất lí thuyết, tưởng.
Trang 1CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
MÔ TẢ SÁNG KIẾN
Mã số ………
1 Tên sáng kiến: “Ứng dụng PhEt để mô phỏng một số thí nghiệm trong giảng dạy trực tuyến môn Vật lí 11”
2 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Vật lí
3 Mô tả bản chất của sáng kiến:
3.1 Tình trạng giải pháp đã biết
Trong quá trình giảng dạy môn vật lý, tôi nhận thấy các em ít phát biểu xây dựng bài, nhiều em không có hứng thú, thiếu tập trung vào bài học vì đa phần tiết học chỉ mang tính chất lí thuyết, tưởng tượng và học sinh tiếp thu kiến thức một chiều từ giáo viên Đặc biệt vào thời gian đại dịch covid 19 diễn ra, học sinh phải
học trực tuyến nên việc thực hiện thí nghiệm thực tế không thể diễn ra Vậy làm
thế nào để giúp các em yêu thích, hứng thú với môn học?
Ngoài việc đổi mới phương pháp dạy học, tôi nhận thấy rằng những tiết dạy giáo viên tổ chức cho học sinh làm thí nghiệm hoặc quan sát thí nghiệm sẽ giúp học sinh hiểu rõ bản chất, tự lĩnh hội kiến thức, đồng thời phát huy tính tích cực, tư duy sáng tạo ở học sinh từ đó giúp học sinh nhớ được lâu hơn Chính vì thế, để có một tiết dạy thành công, giáo viên phải chuẩn bị kỹ càng từ nội dung kiến thức đến hình thức tổ chức dạy học để học sinh có hứng thú, tập trung và tích cực tham gia vào hoạt động học Tuy nhiên, việc thường xuyên tổ chức các tiết học có thí nghiệm đối với giáo viên còn gặp rất nhiều khó khăn về thời gian, cũng như cơ sở vật chất ở nơi công tác Đặc biệt trong năm học 2021-2022, đại dịch Covid 19 bùng phát buộc tạm dừng việc học ở trường chuyển sang hình thức dạy – học trực tuyến lại gặp nhiều khó khăn hơn nữa
Trước tình hình thực tế trên, cùng với việc thực hiện các yêu cầu đổi mới của nền giáo dục, dạy học theo hướng phát triển phẩm chất - năng lực, quan tâm đến người học làm được gì, hiểu được gì sau quá trình học tập Một trong những phương pháp tôi sử dụng và đạt hiệu quả khả quan nhất và phù hợp nhất trong thời điểm này đó là ứng dụng PhET vào tiết dạy thay cho các thí nghiệm thực tế Sau quá trình nghiên cứu, tôi rút ra được một số kinh nghiệm về việc sử dụng phần
mềm này thông qua đề tài “Ứng dụng PhET để mô phỏng một số thí nghiệm
trong giảng dạy trực tuyến môn Vật lý 11”
3.2 Nội dung giải pháp đề nghị công nhận là sáng kiến
3.2.1 Mục đích của giải pháp
Đẩy mạnh việc ứng dụng công nghệ thông tin trong đổi mới nội dung, phương pháp dạy học để nâng cao năng lực của người giáo viên trong quá trình dạy học trực tuyến hoặc trực tiếp
Góp phần cho tiết dạy được sinh động, thu hút sự học tập của học sinh hơn
Trang 2Sử dụng PhET giúp học sinh có hình ảnh trực quan về các hiện tượng, định luật khó hoặc không quan sát, tưởng tượng được thông qua “thí nghiệm ảo”, hiểu được bản chất của sự vật, hiện tượng bên cạnh lý thuyết thông thường, mang lại sự trải nghiệm thú vị hơn cho học sinh
Học sinh có thể tự định hướng việc học, theo dõi và thậm chí tham gia vào các thí nghiệm mà các em muốn tìm hiểu để giải đáp được các thắc mắc do chính các em đặt ra trong quá trình học tập
3.2.3 Giải pháp được thực hiện thông qua các bước sau
Sơ lược về cách sử dụng PhET
-PhEt là gì ?
PhET Interactive Simulations là dự án do nhà Vật lý đoạt giải Nobel, Carl Wieman, sáng lập năm 2002 tại Đại học Colorado Boulder với mục đích giúp người học hiểu sâu sắc hơn các khái niệm, hiện tượng, định luật Các mô phỏng được viết bằng Java, Flash hay HTML5 và có thể chạy trực tiếp trên web hay tải về máy tính để sử dụng
Các thí nghiệm mô phỏng của PhET minh họa bài học một cách trực quan, học sinh có thể tương tác trực tiếp trên màn hình bằng thao tác kéo - thả thanh trượt hoặc nút chọn, có thể điều chỉnh các thông số hoặc lựa chọn dụng cụ đo tương tự trên thực tế như: thước, đồng hồ, bấm giờ, volt kế, nhiệt kế để tìm hiểu các quá trình mang tính định lượng
-Các bước để sử dụng PhET trên máy tính
Bước 1: Giáo viên có thể truy cập vào địa chỉ https://phet.colorado.edu/
trên trình duyệt để thao tác trực tiếp, hoặc tải mô phỏng và chèn vào powerpoint để trình chiếu cho học sinh Học sinh cũng có thể sử dụng phòng máy tính của nhà trường để truy cập hoặc tải ứng dụng PhET trên các thiết bị di dộng, Ipad
Giao diện PhET gồm có các tab lệnh:
+ Các mô phỏng/ Simulations: Thầy/Cô có thể chọn môn học mình muốn mô phỏng Ví dụ: tôi chọn “Vật lý” (“Physics”)
+ Giảng bài/ Teaching: ở tab này sẽ cho Thầy/Cô biết được thông tin về PhET và các thủ thuật khi sử dụng PhET
+ Nghiên cứu/ Research: sẽ cho Thầy/Cô biết được mục đích, quá trình nghiên cứu, phát triển PhET và trả lời những câu hỏi thường gặp của người dùng khi sử dụng PhET
+ Khả năng phán đoán/ Accessibility: cho biết thông tin của các mô phỏng có tính tiện dụng trong PhET
Bước 2: Thầy/Cô click vào thẻ Simulations và chọn mô phỏng tương ứng
với nội dung nghiên cứu
Bước 3: Tìm kiếm và lựa chọn mô phỏng cần sử dụng trong danh sách mô
phỏng được liệt kê Phía bên trái là các “chủ thể” của từng môn học Phía bên phải
Trang 3là các nội dung, các bài mô phỏng liên quan đến chủ đề thuộc lĩnh vực đã chọn Ví
dụ ở chủ thể Vật lý bao gồm (cơ học, âm học và sóng, công, năng lượng & công suất, nhiệt & nhiệt động lực học, ánh sáng & bức xạ, điện, từ & mạch điện….) Người dùng chọn chủ thể nào thì dấu tick xanh sẽ được đánh dấu ở chủ thể đó, còn các chủ thể khác sẽ được thu gọn lại Ở phạm vi của sáng kiến này liên quan đến chương I: “Điện tích và điện trường” và chương II: “Dòng điện không đổi” Nên tôi chọn vào chủ đề “Điện, Từ & Mạch điện” phía bên trái, lúc đó phía bên phải xuất hiện “25 kết quả” cho chủ đề này và người dùng lựa chọn bài mô phỏng phù hợp với nội dung bài dạy
Bước 4: Điều chỉnh các thông số và click vào nút Play trên phần mềm mô
phỏng để bắt đầu thực hiện mô phỏng Kéo thả các công cụ trong thư viện mô phỏng để tiến hành lấy số liệu dưới dạng con số hoặc đồ thị với một số loại mô phỏng có tùy chọn đặc biệt
Sử dụng PhET để mô phỏng một số thí nghiệm trong việc xây dựng
kiến thức mới cho học sinh
- Định luật Cu-Lông
Khi dạy nội dung về định luật Cu - Lông tôi chọn mô phỏng “Định luật Cu - Lông” ở tab kết quả Học sinh tự thực hiện thí nghiệm theo hướng dẫn của Giáo viên:
Hình 1 Giao diện mô phỏng của PhET
Trang 4+ Giữ cố định khoảng cách và thay đổi độ lớn của 2 điện tích
Học sinh tiến hành thao tác kéo thanh trượt ngang bên dưới điện tích q1 và q2 (2) để tăng hoặc giảm giá trị của 2 điện tích, giữ cố định khoảng cách (1)
Yêu cầu học sinh quan sát về chiều, độ lớn của lực điện F (3) và ghi nhận lại các giá trị |q1.q2|, F theo mẫu
Lần 1 Lần 2 Lần 3
+ Giữ cố định độ lớn của 2 điện tích và thay đổi khoảng cách
Học sinh có thể thay đổi khoảng cách giữa 2 điện tích bằng cách di chuyển điện tích
(1) ra xa hoặc lại gần so với ban đầu
Yêu cầu học sinh quan sát về chiều, độ lớn của lực điện F(3) và ghi nhận lại các giá trị r , F theo mẫu
Hình 2 Giao diện mô phỏng “Định luật Cu - Lông”
Trang 5|q1q2| const r2 F Lần 1
Lần 2 Lần 3 Thông qua kết quả 2 thí nghiệm học sinh đã thực hiện Yêu cầu học sinh rút ra mối liên hệ giữa 3 đại lượng |q1.q2|, r, F từ đó phát biểu Định luật Cu - Lông
Như vậy, việc sử dụng mô phỏng PhET trong hoạt động dạy nội dung về Định luật
Cu - Lông có rất nhiều ưu điểm đáng kể:
+ Học sinh có thể ôn lại kiến thức về định luật III Niu - Tơn
+ Học sinh nhận biết được nhanh chóng và chính xác mối liên hệ định tính giữa lực điện và độ lớn 2 điện tích, khoảng cách
+ Sự sinh động, trực quan giúp học sinh tập trung hơn, hứng thú hơn, và học sinh có thể tự thao tác để nhớ kiến thức lâu hơn
+ Giáo viên dễ dàng thực hiện một “thí nghiệm” và học sinh có thể quan sát được rõ bản chất của định luật thay vì phải tưởng tượng xem các đại lượng sẽ thay đổi như thế nào
- Mô phỏng thí nghiệm khi dạy nội dung về điện trường
Giáo viên chọn vào tab “Điện tích và điện trường” ở mục kết quả
Hình 3 Giao diện mô phỏng “Điện tích và điện trường”
Trang 6Để thực hiện thí nghiệm ảo học sinh có thể di chuyển điện tích cần quan sát trong khung màu đỏ vào giữa màn hình Ngoài ra, học sinh có thể di chuyển điện tích ở những vị trí khác nhau để quan sát
Yêu cầu học sinh quan sát hình dạng, hướng của đường sức điện xung quanh các điện tích
Thông qua việc sử dụng mô phỏng PhET trong hoạt động dạy nội dung về điện trường có nhiều ưu điểm:
+ Bằng hình ảnh trực quan, học sinh có thể quan sát được rõ bản chất của đường sức từ thay vì phải tưởng tượng Từ đó, giải thích được mối liên hệ giữa hướng đường sức điện và dấu, độ lớn của điện tích
+ Học sinh có thể quan sát và tự giải thích được sự tương tác giữa hai điện tích
+ Xác định các yếu tố ảnh hưởng tới cường độ và hướng của điện trường đối với các phân bố điện tích khác nhau
- Mô phỏng thí nghiệm khi dạy nội dung về tụ điện
Giáo viên chọn vào tab “Tụ điện” ở mục kết quả Học sinh có thể thực hiện mô phỏng theo sự hướng dẫn giáo viên: Trên màn hình sẽ xuất hiện 3 tab (giới thiệu tụ điện, điện môi, tụ điện ghép) giúp học sinh tìm hiểu 3 vấn đề của tụ điện Ở tab giới thiệu
tụ điện, học sinh có thể đánh dấu check vào các yếu tố muốn hiển thị ở góc trên bên phải màn hình Sau đó, học sinh kéo thanh trượt để thay đổi giá trị của pin Yêu cầu học sinh quan sát điện dung của tụ điện, điện tích bản, năng lượng tích lũy sẽ thay đổi như thế nào khi thay đổi giá trị của pin
Hình 4 Giao diện mô phỏng “Tụ điện”
Trang 7Thông qua việc sử dụng mô phỏng PhET trong hoạt động dạy nội dung về tụ điện sẽ trả lời được những câu hỏi sau:
+ Xác định mối liên hệ giữa điện tích và hiệu thế giữa hai bản
+ Xác định năng lượng của tụ điện
+ Giải thích mối liên hệ giữa hiệu thế, điện tích, năng lượng tích luỹ và điện dung + Tiên đoán sự thay đổi của tụ điện khi diện tích các bản và khoảng cách giữa chúng thay đổi
Tương tự với tab điện môi, học sinh có thể tự chọn môi trường điện môi ứng với hằng số điện môi Quan sát các đại lượng sẽ thay đổi như thế nào khi thay đổi điện môi
Hình 5 Giao diện mô phỏng “Điện môi”
Thông qua việc sử dụng mô phỏng PhET để làm thí nghiệm ảo học sinh sẽ trả lời được những câu hỏi sau:
+ Khảo sát tác dụng của điện môi đặt giữa hai bản tụ
+ Khi thay đổi một trong ba yếu tố (khoảng cách, diện tích bản, độ dời…) thì điện dung sẽ như thế nào
Với giao diện tụ điện ghép này, học sinh có thể click chọn một trong các cách ghép tụ điện thành bộ Thay đổi giá trị của điện dung C1, C2 bằng cách kéo thanh trượt lên hoặc xuống Quan sát các giá trị điện dung bộ tụ, điện tích, năng lượng sẽ thay đổi như thế nào ứng với từng cách ghép khác nhau Ngoài ra, học sinh có thể lựa chọn dụng cụ đo volt kế đặt vào bất kì tụ nào để đo hiệu điện kế ở hai đầu tụ
Trang 8Hình 6 Giao diện mô phỏng “Tụ điện ghép”
Thay vì phải vẽ mạch hoặc phải tưởng tượng cách ghép các tụ điện Thông qua việc
sử dụng mô phỏng PhET để làm thí nghiệm ảo học sinh sẽ quan sát được hình ảnh trực quan của từng cách ghép, xác định điện dung tương đương của bộ tụ điện ghép nối tiếp và song song
Với giao diện “đèn tròn” giáo viên có thể đặt ra những câu hỏi để học sinh thực hành thí nghiệm và tự khám phá tìm câu trả lời sau:
+ Điện tích chuyển năng lượng từ tụ điện vào bóng đèn như thế nào ?
+ Tụ tích điện và xả điện hoạt động như thế nào ?
+ Công dụng của tụ điện trong đời sống được dùng để làm gì ?
+ Điện dung thay đổi phụ thuộc vào những yếu tố nào ?
+ Đo hiệu điện thế ở hai đầu tụ điện như thế nào ?
Trang 9Hình 7 Giao diện mô phỏng “Tụ điện”
- Mô phỏng bài tập giải thích các thí nghiệm trong chương II: Dòng điện không đổi
Hiện nay, việc dạy học dựa trên phương pháp đặt vấn đề trong thực tế giúp học sinh hứng thú, tích cực hơn, nên khi dạy xong chương II: Dòng điện không đổi, giáo viên có thể đặt ra các vấn đề để học sinh giải quyết Từ đó, các em sẽ nắm được nội dung của bài lâu hơn, kết quả dạy - học đạt chất lượng hơn
Tuy nhiên, những học sinh nhạy bén, linh hoạt khi gặp các vấn đề có liên quan, các em sẽ nhanh chóng lập luận và đưa ra được lời giải đáp, còn những em chậm tiếp thu hơn thì buộc người giáo viên phải có một cách nào đó để gợi mở cho học sinh đi đến kết quả cuối cùng của vấn đề Trong quá trình nghiên cứu, tôi thấy việc mô phỏng các thí nghiệm bằng PhET đưa ra những giả định hoặc học sinh có thể thử nghiệm để tìm ra phương án, sẽ giúp học sinh thấy rõ được bản chất của vấn đề và có thể giải quyết nhanh chóng
Trong quá trình giảng dạy, thực nghiệm tại lớp 11A3 năm học 2021-2022 tôi đã vận dụng một số tình huống như sau:
* Tình huống 1
Trang 10Đặt vấn đề
Cho mạch điện như hình 8: R1 = 5 Ω, R2 = 25 Ω, E1 =
10V, E2= 20V như hình vẽ Hãy lắp mạch điện và tính
giá trị U2 ?
Giải quyết vấn đề
- Sử dụng PhET tạo điều kiện học sinh tự lắp ráp mạch điện từ sơ đồ đã cho, mang lại cho học sinh tính trực quan và dễ hình dung kiến thức Ngoài ra học sinh có thể
di chuyển volt kế đến bất kì vị trí khác để đo hiệu điện thế của công cụ đó
- Học sinh trả lời:
Tính toán thông thường
R1 nt R2 RAB = R1 + R2 = 5 + 25 = 30
Ω
E1 nt E2 E12 =E1 nt E2 =10 + 20
=30V
I = I1 = I2 = 1A
30
30 R
E
12
U2 = I2 R2 = 25 V
Sử dụng PhET
- Từ sơ đồ mạch điện đã cho, học sinh
kéo thả công cụ ở góc trên bên trái màn hình vào giữa để tạo dựng mạch điện theo yêu cầu đề bài
- Học sinh sử dụng volt kế kéo thả vào
2 đầu của điện trở R2 để hiển thị kết quả
U2 = 25V
Hình 9: Bộ lắp ráp mạch điện hình 8
* Tình huống 2
Hình 8
Trang 11Đặt vấn đề
Cho mạch điện như hình 10: 12V, Đ1 (12V-6W), Đ2
(6V-4,5W) và một biến trở Rb
- Phải thay đổi biến trở đến giá trị nào để Đ1 và Đ2 sáng
bình thường ?
- Nếu biến trở đạt giá trị cực đại hiện tượng gì sẽ xảy ra?
- Nếu biến trở đạt giá trị cực tiểu hiện tượng gì sẽ xảy ra ?
Hình 10
Giải quyết vấn đề
- Sử dụng PhET tạo điều kiện học sinh tự lắp ráp mạch điện từ sơ đồ đã cho, giúp
học sinh nhận định được như thế nào là ghép song song hoặc ghép nối tiếp, và mô phỏng từng trường hợp của vấn đề giúp học sinh hiểu rõ hơn và dễ hình dung kiến thức
- Học sinh trả lời:
Tính toán thông thường
+ Cường độ định mức I1, I2 của dòng
điện chạy qua mỗi đèn khi các đèn
sáng bình thường lần lượt là:
A
12
6
U
P
1
1
4,5
6 U
P
2
2
+ Điều chỉnh biến trở Rb để đèn Đ1,
ĐĐ2 sáng bình thường thì phải thỏa
các đđiều kiện sau:
Ib = I2 = 0,75A
Ub = U1 – U2 = 12 – 6 = 6 V
0,75
6 I
U
b
b
b
R
Sử dụng PhET
- Từ sơ đồ mạch điện đã cho, học sinh
kéo thả công cụ ở góc trên bên trái màn hình vào giữa để tạo dựng mạch điện theo yêu cầu đề bài
- Học sinh kéo thanh trượt để điều
chỉnh giá trị của biến trở đến khi 2 đèn sáng bình thường thì dừng lại và nhận được giá trị Rb= 8 Ω
- Học sinh kéo thanh trượt đến giá trị
cực đại của biến trở để quan sát Nhận thấy đèn 2 không sáng
- Học sinh kéo thanh trượt đến giá trị
cực tiểu của biến trở để quan sát Nhận thấy đèn 2 sáng hơn đèn 1
