(SKKN 2022) Sử dụng các phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học chủ đề Các mạch điện xoay chiều Vật lý 12

- Đối với phần Điện xoay chiều trong chương trình vật lý 12, đây là nội dung khó đối với cả giáo viên và học sinh mà nguyên nhân là do kiến thức toán học cần sử dụng nhiều, có nhiều k

MỤC LỤC

1 Mở đầu………. 02

1.1 Lí do chọn đề tài……… 02

1.2 Mục đích nghiên cứu……… 02

1.3 Đối tượng nghiên cứu……… 03

1.4 Phương pháp nghiên cứu……… 03

2 Nội dung của SKKN……… 03

2.1 Cơ sở lí luận của SKKN……… 03

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm………

04 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề………

04

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường………

06 3 Kết luận, kiến nghị……… 07

3.1 Kết luận……… 07

3.2 Kiến nghị……… 07

I Mở đầu

1.1 Lí do chọn đề tài.

- Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, việc phát triển tư duy vật lí nhằm hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực của người học theo yêu cầu đổi mới giáo dục, vấn đề này đòi hỏi quá trình dạy học phải có sự thay đổi so với trước đây, không lí thuyết, hàn lâm mà phải theo các con đường tự nhiên, thực nghiệm, trực quan

Trong chương trình vật lí bậc trung học phổ thông, phần cơ học, quang hình học có nhiều nội dung học tập, nghiên cứu gắn với các hiện tượng, sự vật có thể quan sát trực tiếp được và trong bộ thí nghiệm thực hành của nhà trường có nhiều thí nghiệm cho các nội dung này Phần Điện, Nhiệt và Vật lí hạt nhân có tính trừu tượng cao, ít gặp và thường khó quan sát bằng mắt thường trong khi các bộ thí nghiệm cho nội dung này tương đối ít, có những nội dung không thể quan sát được thông qua các hiện tượng thực tế hoặc thí nghiệm thực Chính vì vậy việc dạy học theo tinh thần đổi mới nếu chỉ dựa trên sự thay đổi về nội dung, phương pháp, kỹ thuật dạy học là chưa đủ

- Đối với phần Điện xoay chiều trong chương trình vật lý 12, đây là nội dung khó đối với cả giáo viên và học sinh mà nguyên nhân là do kiến thức toán học cần sử dụng nhiều, có nhiều khái niệm, hiện tượng, nhiều đại lượng vật lí và nhiều mối liên hệ… Đặc biệt, đây là nội dung có tính trừu tượng cao, có rất ít thiết bị thí nghiệm dẫn đến việc dạy của giáo viên và việc học tập, vận dụng của học sinh gặp nhiều khó khăn

Để nâng cao hiệu quả giảng dạy của giáo viên và học tập của học sinh đối với nội dung này thì ngoài việc lựa chọn nội dung, hình thức, phương pháp, kỹ thuật dạy học thì việc sử dụng các phần mềm thí nghiệm ảo là một trong những lựa chọn mang lại hiệu quả cao

- Việc sử dụng phần mềm nhằm nâng cao chất lượng dạy và học phần điện xoay chiều tại trường THPT Mai Anh Tuấn đã được thực hiện tuy nhiên hiệu quả chưa được như mong muốn, nguyên nhân là do trình độ tin học, sự tìm tòi, đầu tư của giáo viên khác nhau là khác nhau trong khi chưa có nghiên cứu nào chuyên sâu về việc sử dụng các phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ dạy học phần điện xoay chiều

Qua thực tế tìm tòi và áp dụng vào công tác giảng dạy, tôi nhận thấy có nhiều phầm mềm thí nghiệm ảo miễn phí sử dụng rất tốt cho quá trình giảng dạy của giáo viên và học tập của học sinh Do đó trong đề tài này, tôi xin được trình

bày kinh nghiệm “Sử dụng các phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học chủ

đề: Các mạch điện xoay chiều - Vật lý 12” Kính mong được các đồng nghiệp

góp ý!

1.2 Mục đích nghiên cứu.

- Giúp giáo viên nâng cao khả năng ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học và giáo dục nhằm đáp ứng yêu cầu về đổi mới giáo dục

- Trực quan hóa các vấn đề trừu tượng thông qua các phần mềm thí nghiệm

ảo miễn phí

- Hạn chế tình trạng lí thuyết, hàn lâm trong dạy học của giáo viên, tạo hứng thú cho học sinh, giúp các em chủ động, linh hoạt, sáng tạo trong quá trình học tập nhằm phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh

- Giúp học sinh quan sát được sự di chuyển của điện tích, sự biến thiên của dòng điện, điện áp xoay chiều trong các đoạn mạch: chỉ chứa điện trở thuần, chỉ chứa cuộn cảm thuần, chỉ chứa tụ điện và đoạn mạch RLC mắc nối tiếp để từ đó học sinh hiểu rõ các khái niệm về pha dao động, dòng điện, điện áp xoay chiều,

đồ thị của dòng điện, điện áp; mối liên hệ phụ thuộc của dòng điện điện áp vào điện trở, cuộn cảm, tụ điện và tần số của dòng điện…

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là:

- Sự biến đổi của dòng điện, điện áp và mỗi liên hệ giữa chúng trong bốn loại đoạn mạch xoay chiều: Chỉ chứa điện trở thuần, chỉ chứa cuộn cảm thuần,

chỉ chứa tụ điện và RLC mắc nối tiếp.

- Ứng dụng của ba phần mềm: PhET, Proteus và Crocodile Physics trong dạy học chủ đề Các mạch điện xoay chiều

- Phương pháp dạy học phát triển phẩm chất, năng lực người học

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

Trong đề tài tôi có sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp xây dựng trên cơ sở lý thuyết

- Phương pháp khảo sát thực tế, thu thập thông tin

- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu

II Nội dung sáng kiến kinh nghiệm

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.

* Cơ sở pháp lí:

- Theo hướng dẫn thực hiện chương trình năm học 2021-2022 bộ môn vật lý

- Theo Kế hoạch dạy học bộ môn Vật lí - khối 12 của trường THPT Mai Anh Tuấn đã được Sở GD và ĐT tỉnh Thanh Hóa phê duyệt

- Theo Kế hoạch giáo dục của nhà trường năm học 2021-2022

* Cơ sở vật lí:

Các mạch điện xoay chiều:

- Đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần:

Giả sử dòng điện chạy qua điện trở có dạng i I 0 cos( ) t thì điện áp hai đầu đoạn mạch là u R U0Rcos( ) t

Trong đó U0R I R0 [1]

- Đoạn mạch chỉ chứa cuộn dây thuần cảm:

Giả sử dòng điện chạy qua cuộn dây có dạng i I 0 cos( ) t thì điện áp hai đầu đoạn mạch là 0 cos( )

2

u U t Trong đó U0L I Z0 L và Z L  L.[2]

- Đoạn mạch chỉ chứa tụ điện:

Giả sử dòng điện chạy qua tụ điện có dạng i I 0 cos( ) t thì điện áp hai đầu đoạn mạch là u U cos( t ) Trong đó U I Z và Z  1 [3]

- Đoạn mạch RLC mắc nối tiếp:

Giả sử dòng điện chạy qua điện trở có dạng i I 0 cos( ) t thì điện áp hai đầu đoạn mạch là u U 0 cos( t  )

Trong đó U0 I Z0

Z  R2  (Z L Z C) 2

và tan Z L Z C

R

Từ các nội dung trên có thể thấy dòng điện (i) và điện áp hai đầu đoạn mạch (u) có mối liên hệ với nhau (cùng tần số, giá trị hiệu dụng phụ thuộc theo dạng định luật ôm đối với đoạn mạch, độ lệch pha không đổi và phụ thuộc vào đặc điểm của mạch điện)

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

Các mạch điện xoay chiều theo chương trình phổ thông gồm bốn loại đoạn mạch: Đoạn mạch chỉ chứa điệnt rở thuần, chỉ chứa cuộn cảm thuần, chỉ chứa tụ

điện và đoạn mạch RLC mắc nối tiếp Giữa tần số, giá trị hiệu dụng (hay cực

đại) và pha của dòng điện, điện áp có mối liên hệ chặt chẽ với nhau

Việc học tập của học sinh: khi học tập nội dung này các em thường gặp nhiều khó khăn do kiến thức toán học nhiều và trừu tượng trong khi các thiết bị thí nghiệm thực không có do đó sau khi học xong học sinh thường lơ mơ, khó hiểu, khó nhớ dẫn đến việc vận dụng kiến thức có hiệu quả thấp Việc giải bài tập của học sinh chủ yếu dựa trên cơ sở ghi nhớ một cách máy móc dẫn đến nhanh quên và thường không trả lời đúng các câu hỏi ở mức thông hiểu

Vấn đề giảng dạy của giáo viên: do không có thiết bị thí nghiệm nên mặc

dù đã có sự đổi mới về phương pháp dạy học nhưng hiệu quả chưa cao, còn mang tính lí thuyết, hàn lâm

Chính vì những lí do trên dẫn đến học sinh không có điều kiện tham gia vào quá trình khảo sát và rút ra kết luận.

Đây là những khó khăn cơ bản đối với giáo viên và học sinh khi tìm hiểu chủ đề Các mạch điện xoay chiều

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.

Sử dụng các phần mềm thí nghiệm ảo miễn phí trong dạy và học chủ đề

“Các mạch điện xoay chiều” - Vật lí 12 (xem thêm phần phụ lục)

2.3.1 Phần mềm PhET

- Giới thiệu phần mềm:

Các thí nghiệm mô phỏng của PhET minh họa bài học một cách trực quan, người học có thể tương tác trực tiếp trên màn hình như lựa chọn dụng cụ, linh kiện và thiết kế thí nghiệm; thực hiện thí nghiệm, đọc và xử lí kết quả để tìm hiểu các quá trình mang tính định lượng Do đó, mô phỏng PhET có thể sử dụng cho học sinh tất cả các cấp, phụ thuộc vào mục đích khai thác của giáo viên và học sinh [5]

- Cách sử dụng mềm PhET để khảo sát biến thiên của dòng điện và điện áp trong các đoạn mạch xoay chiều:

+ Bước 1: Truy cập vào địa chỉ web: http:// phet.colorado.edu/

+ Bước 2: Chọn điện trở, cuộn cảm, tụ điện, dây nối, công tắc, nguồn điện

xoay chiều, bên thanh công cụ phía phải màn hình Vôn kế, ampe kế, Dao động

kí điện tử (đồ thị hiệu điện thế và đồ thị cường độ) ở trên thanh công cụ bên phải kéo ra màn hình và lắp chúng thành đoạn mạch xoay chiều

+ Bước 3: Đóng công tắc, quan sát số chỉ của Ampe kế, vôn kế để có giá trị

tức thời của dòng điện, điện áp Quan sát đồ thị trên dao động kí điện tử để thấy

biến thiên của dòng điện, điện áp và mối liên hệ về pha dao động của u,i trong

các loại đoạn mạch xoay chiều

- Ưu nhược điểm của phần mềm đối với việc áp dụng dạy và học chủ đề

+ Ưu điểm: Là phần mềm miễn phí, chạy trực tiếp trên Web hoặc có thể tải

về đưa vào Power poin, giao diện có cả tiếng việt nên dễ sử dụng, phù hợp với nội dung dạy học phần điện, chất khí…

+ Nhược điểm:

Phần mềm hơi ít linh kiện điện tử nên có khả năng sử dụng hạn chế

Đồ thị u,i phải dùng hai dao động kí điện tử khác nhau nên khó quan sát và

so sánh mối liên hệ về pha dao động

2.3.2 Phần mềm Proteus

- Giới thiệu phần mềm:

Phần mềm Proteus là phần mềm vẽ, mô phỏng mạch điện tử, được phát triển bởi công ty Lacenter Electronics Với proteus, người dùng có thể mô tả hầu hết được những linh kiện điện tử thông minh phổ biến hiện nay Tính năng được yêu thích nhất của Proteus chính là có thể mô phỏng hoạt động của những mạch điện tử, cụ thể là thiết kế mạch và viết trình điều khiển cho các loại vi điều khiển.[6]

Phần mềm có nhiều phiên bản, từ 8.0 đến 8.13 để khảo sát các mạch điện xoay chiều theo chương trình vật lí 12, chúng ta có thể sử dụng bất kỳ phiên bản nào cũng đều được

- Cách sử dụng mềm Proteus 8.13 để khảo sát biến thiên của dòng điện và điện áp trong các đoạn mạch xoay chiều:

+ Bước 1: Tìm trên google và tải phần mềm Proteus về máy và tiến hành

cài đặt

+ Bước 2: Mở phần mềm, chọn các linh kiện: Điện trở thuần, cuộn cảm, tụ

điện, nguồn điện xoay chiều sau đó chọn dụng cụ đo cường độ dòng điện, điện thế

+ Bước 3: Mắc thành các đoạn mạch cần khảo sát, cho mạch hoạt động và

quan sát số chỉ Ampe kế, Điện kế Chọn chế độ đồ thị và quan sát đồ thị biến thiên của dòng điện, điện áp

- Ưu, nhược điểm của phần mềm trong dạy và học chủ đề

+ Ưu điểm: Đây là phần mềm chuyên dụng cho những người tìm hiểu sâu

về lĩnh vực điện, điện tử Phần mềm có nhiều linh kiện điện tử; đồ thị u,i được hiển thị trên cùng một hệ trục nên tiện so sánh về pha của u,i trong các đoạn

mạch

+ Nhược điểm: Giao diện bằng tiếng anh lại có dung lượng cài đặt lớn nên đối với các thầy cô, các em học sinh không thông thạo về công nghệ thông tin sẽ hơi khó sử dụng

2.3.3.Phần mềm Crocodile Physics

- Giới thiệu phần mềm: Crocodile Physics là phần mềm giả lập phòng thí

nghiệm ảo cho phép người dùng có thể thiết kế những hình ảnh cho phù hợp với bài thí nghiệm về ngành khoa học tự nhiên Ngoài ra, các học sinh có thể thực hành các bài tập và các thí nghiệm trên chương trình giả lập này Công cụ

mô phỏng thí nghiệm vật lý này được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như điện tử, quang học, cơ học và vật lý.[7]

- Cách sử dụng mềm Crocodile Physics để khảo sát biến thiên của dòng điện và điện áp trong các đoạn mạch xoay chiều:

+ Bước 1: Tải phần mềm Crocodile Physics về máy tính và tiến hành cài

đặt

+ Bước 2: Chọn các linh kiện: Điện trở thuần, cuộn cảm, tụ điện, nguồn

điện xoay chiều sau đó chọn dụng cụ đo cường độ dòng điện, hiệu điện thế

+ Bước 3: Mắc các linh kiện điện tử, các dụng cụ đo thành đoạn mạch xoay

chiều và đọc kết quả thí nghiệm

- Ưu nhược điểm của phần mềm đối với dạy và học chủ đề

+ Ưu điểm: là phần mềm có từ khá sớm, quen thuộc đối với nhiều giáo viên, tương đối dễ sử dụng

+ Nhược điểm: Không hiển thị đồ thị biến thiên của u,i nên gây khó khăn

trong việc quan sát biến thiên của các đại lượng vật lý trong mạch điện

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường.

Sau khi áp dụng các phần mềm mô phỏng để dạy học chủ đề Các mạch điện xoay chiều và chia sẻ với đồng nghiệp trong nhà trường, kết quả thu được

- Đối với bản thân: Trình độ tin học, khả năng ứng dụng công nghệ thông tin được nâng cao

- Đối với đồng nghiệp: Có nhiều thầy cô đã tìm hiểu về các phần mềm trên

và sử dụng vào quá trình giảng dạy của mình không những đối với chủ đề này

mà còn sử dụng cho các nội dung khác như chất khí, điện một chiều và chương trình công nghệ 12

- Đối với học sinh các lớp giảng dạy: Học sinh hứng thú hơn, tích cực, hợp tác trong quá trình học tập; khả năng khai thác Internet phục vụ cho việc học tập của học sinh tốt hơn hẳn, khả năng vận dụng kiến thức cũng tiến bộ rõ rệt

Dưới đây là bảng so sánh kết quả kiểm tra 15 phút với cùng một đề sau khi học xong chủ đề này đối với hai lớp có học lực tương đương đối với hai thầy khác nhau Lớp 12D được dạy và học bằng phần mềm, lớp 12C dạy bình thường

Điểm

< 2,5 2,5đến

4,75

5 đến 6,75

7,0 đến 8,75 Từ 9,0 đến

10

12C 0 0 9 22,5 15 40,0 14 35,0 1 2,5

III Kết luận, kiến nghị

3.1 Kết luận.

Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học là tất yếu, phù hợp với xu thế phát triển của xã hội nói chung và ngành giáo dục nói riêng đòi hỏi người giáo viên phải không ngừng nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ nhằm đáp ứng yêu cầu về giáo dục trong thời đại mới

Trong dạy học, mỗi một yếu tố đều tác động trực tiếp đến sản phẩm đạt được, từ việc lựa chọn nội dung, ngồn ngữ, phương pháp đến kĩ thuật, phương tiện dạy học, thái độ, tình cảm của giáo viên… do đó bản thân mỗi giáo viên phải không ngừng hoàn thiện

3.2 Kiến nghị.

- Đối với giáo viên: Không ngừng học tập nâng cao trình độ chuyên môn, khả năng sử dụng công nghệ thông tin, khai thác tài nguyên trên mạng Internet phục vị quá trình dạy học

- Đối với các tổ chuyên môn: Cần có chuyên đề về ứng dụng công nghệ thông tin trong sinh hoạt tổ nhóm chuyên môn giúp giáo viên có cơ hội trao đổi, học hỏi đồng nghiệp

Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép nội dung của người

khác

Mai Văn Tâm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Sách giáo viên Vật lý 12 (chuẩn) - Lương Duyên Bình (chủ biên), NXB

Giáo dục, 2007

2 Sách giáo khoa Vật lý 12 (chuẩn) - Lương Duyên Bình (chủ biên), NXB Giáo dục, 2007

3 https://happymobile.vn/proteus-la-gi-phan-mem-mo-phong-mach-dien-tu/

4 https://Download Proteus 8.12 Full Google Drive

2022-Phanmem123.com

5 https://thuvienthuthuat.net/tai-phan-mem-crocodile-physics-695-full.html

6 https://thuvienvatly.com/download/3703

7 https://www.youtube.com/watch?v=OHMm-WbCRoc

8 htps://www.youtube.com/watch?v=sv3i0vKoYQw

9 https://www.youtube.com/watch?v=gpsyd_mhHBw

TRÍCH DẪN TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1], [2], [3], [4] Sách giáo khoa Vật lý 12 - Lương Duyên Bình (chủ biên),

NXB Giáo dục, 2007

[5]

http://khoahocphattrien.vn/cong-nghe/voi-phet-hoc-stem-sinh-dong-va-hieu-qua-hon/20210422030016156p1c859.htm

[6] http://tienkiem.com.vn/phan-mem-proteus-la-gi/

[7] https://taichua.com/download-crocodile-physics-2472

DANH MỤC

CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP PHÒNG GD&ĐT, CẤP SỞ GD&ĐT VÀ

CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN

Họ và tên tác giả: Mai Văn Tâm

Chức vụ và đơn vị công tác: Giáo viên trường THPT Mai Anh Tuấn

Cấp đánh giá xếp loại (Phòng, Sở, Tỉnh )

Kết quả đánh giá xếp loại (A, B, hoặc C)

Năm học đánh giá xếp loại

1. Tích hợp bảo vệ môi trường

trong tiết Bài tập các nguyên lý

nhiệt động lực học (Vật lý 10 –

cơ bản)

2 Thiết kế bộ thí nghiệm dạy học

bài “Định luật Sác-lơ” (Vật lý

10-CB)