skkn nghiên cứu sử dụng phần mềm trong dạy học vật lý

Mở đầu: Vật lý là môn khoa học của thực nghiệm, vì vậy trong giảng dạy môn Vật lý làm thí nghiệm là một khâu có vai trò rất quan trọng, nó không chỉ làm tăng tính hấp dẫn của môn học, gi

A Mở đầu:

Vật lý là môn khoa học của thực nghiệm, vì vậy trong giảng dạy môn Vật lý làm thí nghiệm là một khâu có vai trò rất quan trọng, nó không chỉ làm tăng tính hấp dẫn của môn học, giúp học sinh hiểu sâu sắc các kiến thức lý thuyết

đ5 được học mà quan trọng hơn là tạo cho học sinh một trực quan nhạy bén Trong thực tế giáo viên Vật lý nào cũng rất muốn lồng ghép các thí nghiệm biểu diễn trong quá trình truyền đạt các nội dung kiến thức, nhưng cũng có thể vì các lý do chủ quan và khách quan mà không thể thực hiện các thí nghiệm

đó được, các lý do đó có thể là:

- Không có đủ thời gian để chuẩn bị thí nghiệm

- Thiết bị thí nghiệm không đồng bộ, chất lượng kém, sai số lớn

- Thí nghiệm xẩy ra trong các điều kiện đặc biệt: Buồng tối (đường đi của tia sáng), chân không, nhiệt độ cao

- Thí nghiệm được thực hiện quá nhanh hoặc là quá chậm

Thường thì khi gặp các trở ngại trên giáo viên sẽ phải dạy "chay" dẫn đến tốn thời gian và chất lượng giờ học không cao

Trong chương trình Vật lý lớp 12 - THPT gồm có 3 phần: Phần 1 - Dao động

và Sóng; Phần 2 - Quang học; Phần 3 - Vật lý hạt nhân Nhưng Phần 2 có nhiều thí nghiệm biểu diễn nhất, phần lớn các thí nghiệm đó đều khó thực hiện do vướng vào các lý do trên, nếu không biết cách khắc phục sẽ rất khó trong việc truyền thụ kiến thức cho học sinh

Trong bài Hiện tượng tán sắc ánh sáng có hai thí nghiệm quan trọng của nhà bác học Newton nếu thực hiện trực tiếp trên lớp thì rất khó khăn, nhưng chúng

ta có thể khắc phục được khó khăn này bằng cách sử dụng các thiết bị công nghệ thông tin có trong nhà trường và việc nghiên cứu sử dụng các phần mềm mô phỏng ( Computersimulation) chuyên dụng, hỗ trợ các thí nghiệm vật lý

I Lý do chọn đề tài:

Hiện tượng tán sắc là một hiện tượng rất cơ bản của ánh sáng, giúp học sinh hiểu rõ hơn bản chất của ánh sáng, các thí nghiệm biểu diễn khó thực hiện trên lớp dẫn đến hạn chế hiệu quả tiếp thu kiến thức của học sinh, nhưng ta có thể khắc phục yếu điểm đó bằng cách sử dụng các phần mềm mô phỏng chuyên dụng, nhưng vấn đề là dùng phần mềm nào? và sử dụng vào bài dạy ra sao? Để có thể đưa đến hiệu quả tốt nhất

II Mục tiêu của đề tài:

Thông qua các thí nghiệm mô phỏng (ảo) giúp học sinh hiểu được sâu sắc hơn hiện tượng tán sắc ánh sáng, làm cơ sở cho việc tiếp thu các kiến thức trong các bài tiếp theo

Tiến hành làm hai thí nghiệm của nhà bác học Newton bằng phần mềm thí nghiệm mô phỏng

III Thời gian thực hiện đề tài:

Thực hiện trong hai mục 1, 2 của tiết 63 Hiện tượng tán sắc ánh sáng (theo phân phối chương trình)

IV Quá trình thực hiện đề tài:

- Hệ thống lại các kiến thức liên quan đến ánh sáng ở hai chương trước (Chương V và chương VI - SGK VL12 - THPT)

- Nghiên cứu và chuẩn bị phần mềm mô phỏng lồng ghép trong bài giảng điện

tử, hệ thống các câu hỏi phát vấn trong quá trình giảng dạy nội dung mới

1 Thực trạng của học sinh trước khi thực hiện đề tài:

+ Khả năng tiếp thu kiến thực của học sinh trong lớp không đồng đều + Học sinh thường tiếp thu kiến thức một cách thụ động, ít phát biểu xây dựng bài

+ Khả năng tư duy của học sinh còn hạn chế

+ Học sinh rất hứng thú với các bài giảng điện tử, các thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm mô phỏng(ảo)

2 Biện pháp thực hiện:

- Bài dạy này được thực hiện kết hợp với giáo án điện tử và một số các hiệu ứng của phần mềm Power Point

- Khi thực hiện các thí nghiệm ảo cần phải phân tích rõ cho học sinh biết các dụng cụ có trong thí nghiệm, tính lịch sử và khoa học của thí nghiệm

- Tiến hành thí nghiệm theo từng giai đoạn có sự tham gia của học sinh ( học sinh phân tích hiện tượng, đưa ra các dự đoán về kết quả của các giai đoạn thông qua quan sát thí nghiệm )

- Học sinh nêu ra một số hiện tượng xẩy ra trong tự nhiên có liên quan đến hiện tượng tán sắc

- Có thể phân tích bố trí lại thí nghiệm dựa theo lợi thế của phần mềm mô phỏng và khả năng tiếp thu kiến thức của học sinh

- Giáo viên hướng dẫn cho một số học sinh (nhóm học sinh) có điều kiện về nhà tự làm lại thí nghiệm và đưa ra nhận xét

B Giải quyết vấn đề:

I Kiến thức cơ bản:

1 Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng:

Học sinh nắm được:

- Thí nghiệm của nhà bác học Newton thực hiện vào năm 1672, Thí nghiệm

được bố trí và kết quả thu được như hình vẽ:

- Khái niệm về hiện tượng tán sắc

- Khái niệm về quang phổ, quang phổ liên tục

2 Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc:

Học sinh nắm được:

- Thí nghiệm của nhà bác học Newton về ánh sáng đơn sắc

- Khái niệm về chùm ánh sáng đơn sắc, ánh sáng đơn sắc

II Sử dụng thí nghiệm mô phỏng, MÔ PHỏNG LạI hai thí nghiệm

của nhà bác học Newton:

Hiện nay có rất nhiều phần mềm mô phỏng các thí nghiệm vật lý, mỗi phần mềm có những ưu nhược điểm khác nhau, đối với phần quang học nói chung

và phần hiện tượng tán sắc ánh sáng nói riêng phần lớn giáo viên thường sử dụng hai phần mềm đó là: Crocodile Physics 605 và phần mềm PHENOPT

Nhưng phần mềm Crocodile Physics 605 được sử dụng nhiều và hiệu quả hơn

cả

1 Thí nghiệm về hiện tượng tán sắc ánh sáng:

a Màn hình làm việc của phần mềm:

Mặt Trời

Màn chắn Lăng kính Màn ảnh

Mặt Trời Màn chắn Lăng kính Màn ảnh

Đ

T

Sau khi cài đặt xong phần mềm trên màn hình Desktop ta click vào biểu tượng

Crocodile Physics 605 để sử dụng phần mềm, màn hình làm việc của phần

mềm có hình ảnh như hình dưới đây:

- Chính giữa là khu vực làm việc chính của phần mềm Tại đây là nơi lắp đặt

và tiến hành các thí nghiệm chính

- Bên trái là khung cửa sổ các công cụ và màn hình hỗ trợ Chẳng hạn đây là nơi tập trung tất cả các công cụ để có thể thiết lập các thí nghiệm vật lý cụ thể

- Phía trên là hệ thống thực đơn và các công cụ chính của phần mềm

b Mô tả thí nghiệm cần thực hiện:

- Tên thí nghiệm: Thí nghiệm về hiện tượng tán sắc ánh sáng (thí nghiệm Newton)

- Bài học: Hiện tượng tán sắc ánh sáng Chương VII - SGK VL12 Trang 163

- Mục đích yêu cầu của thí nghiệm:

(Khu vực làm việc chính)

(Khu vực chứa

thanh công cụ

và màn hình

hỗ trợ)

Giáo viên mô phỏng lại thí nghiệm của Newton để nghiên cứu hiện tượng tán sắc ánh sáng Từ đó giúp học sinh có thể quan sát được thí nghiệm rút ra định nghĩa khái niệm về hiện tượng tán sắc ánh sáng

c Thiết lập thí nghiệm trên phần mềm:

Bước 1: Tìm kiếm công cụ:

Khu vực phía trái của màn hình chính là hệ thống các công cụ để thiết lập nên thí nghiệm

Trong lớp Parts Library ( thư viện các phần) chọn lớp Optics (quang học)

Trong mục Optics ta có thể tìm kiếm được các công cụ để dùng làm thí nghiệm:

- Chọn Optical Space (không gian ánh sáng)

- Vào Light Sources để chọn nguồn sáng Prallel beam

- Vào Transparent Objects (dụng

cụ trong suốt) để chọn Lăng kính (Prism)

B−íc 2: ChuÈn bÞ c«ng cô:

ë b−íc 1 chóng ta ®5 t×m ®−îc vµ s¾p xÕp c«ng cô trong khu vùc chÝnh nh− sau:

B−íc 3: ThiÕt lËp c¸c c«ng cô thµnh bé hoµn chØnh:

- NhÊp chuét vµo Kh«ng gian ¸nh s¸ng vµ më réng kh«ng gian ¸nh s¸ng cho võa trong khu vùc chÝnh

- NhÊp gi÷ chuét tr¸i vµo l¨ng kÝnh vµ nguång s¸ng råi rª vµo trong kh«ng gian ¸nh s¸ng (buång tèi)

ë ®©y −u ®iÓm kh«ng cÇn ph¶i sö dông mµn ch¾n còng cã thÓ quan s¸t râ nÐt hiÖn t−îng

B−íc 4: B¾t ®Çu tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ¶o:

* Bè trÝ c¸c dông cô nh− h×nh vÏ:

Kh«ng gian

¸nh s¸ng L¨ng kÝnh

Nguån s¸ng

- Chùm ánh sáng đi từ đáy lăng kính lên trên

* Chọn màu cho nguồn sáng là màu trắng (White) để làm thí nghiệm

* Kết quả thí nghiệm:

Bước 5: Kết luận:

Từ kết quả thu được giáo viên định hướng để học sinh rút ra kết luận về hiện tượng đ5 xẩy ra (chú ý đến màu và đặc điểm của chùm ánh sáng trước và sau khi đi qua lăng kính)

Kết luận: Chùm ánh sáng trắng sau khi đi qua lăng kính bị tách ra thành nhiều màu sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím
Hiện tượng tán sắc

Dải màu có màu sắc biến đổi liên tục gọi là quang phổ của ánh sáng trắng

2 Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc:

Dựa vào hiện tượng tán sắc của ánh sáng trắng qua lăng kính, và quang phổ của ánh trắng, gồm có 7 màu cơ bản: Đỏ, Da cam, Vàng, Lục, Lam, Chàm, Tím

Bây giờ sẽ cho các màu trên (bằng cách dùng màn chắn có khe hẹp) lần lượt đi qua lăng kính, phân tích và giải thích hiện tượng

Bước 1: Dụng cụ thí nghiệm:

Vì nguồn sáng có thể phát ra các màu cơ bản trong quang phổ của ánh sáng trắng, nên dụng cụ chỉ cần như hình vẽ:

Gồm Nguồn sáng và Lăng kính

Bước 2 Tiến hành thí nghiệm ảo:

Nhấp chuột trái vào nguồn sáng lần lượt chọn các màu ánh sáng có trong quang phổ của ánh sáng:

- Violet: Màu tím

- Indigo: Màu chàm

- Blue: Màu xanh

- Green: Màu xanh lá cây

- Yellow: Màu vàng

- Orange: Màu da cam

- Red: Màu đỏ

Bước 3: Kết quả thí nghiệm:

Không xẩy ra hiện tượng tán sắc ánh sáng (tia tới và tia ló cùng màu)

Bước 4: Kết luận:

ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính gọi là ánh sáng đơn sắc Mỗi

ánh sáng có một màu xác định gọi là màu đơn sắc

III Liên kết thí nghiệm ảo với bài giảng điện tử:

Thí nghiệm ảo thường được sử dụng với các bài giảng điện tử (giáo án điện tử)

để tạo thành một khối thống nhất giữa bài giảng và các thí nghiệm ảo, cần phải tạo các liên kết theo các bước:

* Sau khi thực hiện xong bước 1 Giáo viên ghi file thí nghiệm vào ổ đĩa

* Tạo một liên kết trong bài giảng điện tử (Hyperlink) đến file thí nghiệm đ5

được lưu giữ

C Kết thúc vấn đề:

I Kết quả đạt được:

Với sự kết hợp bài giảng điện tử với các thí nghiệm mô phỏng đ5 làm cho học

sinh rất hứng thú trong học tập, hăng say phát biểu, tiếp thu kiến thức tốt hơn, nắm vững kiến thức cơ bản, phát huy được tính tích cực, tự giác của học sinh

Sau đây là kết quả học tập của học sinh 2 lớp 12E1 và 12I1:

Lớp 12E1 (44 học sinh) Lớp 12I1 (41 học sinh)

Ban đầu 0 0 10 22.7 33 75 1 2.3 0 0 7 17 30 73.2 4 9.8

Sau tiết

học

(Số liệu ban đầu được tập hợp dựa vào kết quả kiểm tra thường xuyên và định

kỳ trước khi giảng dạy bài Hiện tượng tán sắc ánh sáng)

II Bài học kinh nghiệm:

- Việc ứng dụng các phần mềm thí nghiệm mô phỏng vào trong dạy học vật lý

là một cách làm hay, hiệu quả và hiện đại, khi mà các thí nghiệm thực không thể thực hiện được

- Tuy nhiên khi sử dụng thí nghiệm mô phỏng cần phải đảm bảo tính chính xác và trực quan để làm được điều đó phải chú ý đến hai yếu tố:

+ Trước hết là phụ thuộc vào mức độ nhận thức của người nghiên cứu

về quy luật phản ánh hiện tượng, quá trình vật lý

+ Sau đó phụ thuộc vào khả năng của người lập trình, những ưu việt của phần mềm mô phỏng để phản ánh các quy luật, hiện tượng vật lý chính xác

đến chừng nào

- Trước khi sử dụng phần mềm thí nghiệm mô phỏng giáo viên phải có được ý tưởng rõ rệt của việc sử dụng máy tính để giải quyết vấn đề gì ? thiếu nó thì không thể có hiệu quả hay sẽ gặp nhiều khó khăn như thế nào trong tiết dạy?

- Phải đầu tư thời gian đúng mức cho việc cập nhật các phần mềm vật lý mới

để có nhiều sự lựa chọn khi thực hiện các thí nghiệm mô phỏng, lập trình được thì càng tốt

III Một số kiến nghị sau khi thực hiện đề tài:

Ban giám hiệu, tổ chuyên môn cần phải:

- Thường xuyên động viên giúp đỡ, khuyến khích giáo viên trong quá trình ứng dụng các thí nghiệm mô phỏng vào trong dạy học các môn khoa học nói chung và môn Vật lý nói riêng

- Hỗ trợ kinh phí cho giáo viên trong việc mua các phần mềm thí nghiệm ảo, xây dựng một số phòng học đa chức năng để cho giáo viên có thể ứng dụng CNTT vào trong giảng dạy

- Mở các lớp bồi dưỡng ứng dụng CNTT vào trong dạy học

- Tổ chức các buổi hội thảo về ứng dụng CNTT trong dạy học

Trên đây là một số kinh nghiệm về việc ứng dụng phần mềm thí nghiệm mô phỏng trong dạy học bài Hiện tượng tán sắc ánh sáng và đO mang lại hiệu quả nhất định Qua bài viết này kính mong quý lOnh đạo và đồng nghiệp trao đổi góp ý để bản thân có nhiều kinh nghiệm quý báu trong việc ứng dụng CNTT vào trong dạy học

Nghi lộc ngày 18 tháng 4 năm 2008

Người viết sáng kiến:

Ngô Sỹ Hoàng

TµI LIÖU THAM KH¶O

1 §µo V¨n Phóc - D−¬ng Träng B¸i - NguyÔn Th−îng Chung - Vò Quang: VËt Lý 12 Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o dôc, Hµ Néi, 1998

2 NguyÔn §øc Th©m (chñ biªn) - NguyÔn Ngäc H−ng - Ph¹m Xu©n QuÕ: Ph−¬ng ph¸p d¹y häc VËt lý ë tr−êng Phæ th«ng Nhµ xuÊt b¶n §¹i häc s− ph¹m, Hµ Néi, 2002

3 Ph¹m §×nh C−¬ng: ThÝ nghiÖm VËt Lý ë tr−êng THPT Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o dôc, Hµ Néi, 2003

4 Ph¹m H÷u Tßng - Ph¹m Xu©n QuÕ - NguyÔn §øc Th©m: Tµi liÖu båi d−ìng th−êng xuyªn cho gi¸o viªn THPT chu kú III (2004 - 2007) ViÖn nghiªn cøu s− ph¹m, Hµ Néi, 2005