Khai thác và sử dụng phần mềm Crocodile Physics vào dạy học phần quang học trong môn Vật lí lớp 9

Qua quá trình kiến tập, chúng tôi nhận thấy việc tăng cường sử dụng thínghiệm trong quá trình dạy học Vật lí ở trường phổ thông còn gặp phải rất nhiềukhó khăn: Một mặt là do sự thiếu thố

Khai thác và sử dụng phần mềm Crocodile Physics vào dạy học phần quang học trong

môn Vật lí lớp 9(Đề tài nghiên cứu khoa học)

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Vật lí là một khoa học thực nghiệm, do đó việc sử dụng thí nghiệm vật lítrong dạy học nhằm phát huy tính tích cực của học sinh là một biện pháp hữuhiệu Việc đổi mới nội dung và phương pháp dạy học Vật lí phải gắn với việctăng cường sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học Vật lí Tuy nhiên, thực tếcho thấy thí nghiệm vật lí vẫn chưa chiếm được vị trí xứng đáng trong dạy họcVật lí ở các trường phổ thông hiện nay

Qua quá trình kiến tập, chúng tôi nhận thấy việc tăng cường sử dụng thínghiệm trong quá trình dạy học Vật lí ở trường phổ thông còn gặp phải rất nhiềukhó khăn: Một mặt là do sự thiếu thốn về cơ sở vật chất và thiết bị thí nghiệm.Mặt khác do việc đánh giá thi cử hiện nay chưa coi trọng đúng mức thí nghiệmvật lí hay nói cách khác là nội dung thí nghiệm chưa được đưa vào trong kiểmtra đánh giá kết quả học tập của học sinh Hơn nữa do yêu cầu thời gian của việctiến hành một số thí nghiệm thực lại mâu thuẫn với thời gian cho phép của mộttiết học

Sự phát triển của khoa học kĩ thuật và công nghệ thông tin đã tạo điềukiện thuận lợi cho việc ứng dụng công nghệ thông tin vào trong dạy học Với sự

hỗ trợ của máy vi tính và các phần mềm dạy học, giáo viên có thể tổ chức tốtquá trình dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của họcsinh Đặc biệt với dạy học Vật lí việc ứng dụng công nghệ thông tin có thể khắcphục được những khó khăn của thí nghiệm cho giáo viên Hiện nay có nhiềuphần mềm để thiết kế thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng trong dạy học Vật línhư: Pakma, Flash, Working Model, Crocodile Physics… Nhưng trong các phầnmềm này thì phần mềm Crocodile Physics đáp ứng được hầu hết các yêu cầu vềthí nghiệm vật lí trong trường phổ thông hiện nay

Crocodile Physics là một phần mềm mô phỏng có giao diện đẹp, thânthiện và dễ sử dụng với các chức năng phong phú, đa dạng và thích hợp Có rấtnhiều phiên bản của phần mềm đã được đưa ra và phiên bản mới nhất hiện nay

là Crocodile Physics 605, ra đời vào năm 2006, với rất nhiều tính năng mới sovới các phiên bản trước đó Phần mềm có khả năng hỗ trợ đối với vấn đề tổ chứchoạt động nhận thức cho học sinh ở trường THCS Đây là một phần mềm dạyhọc cho phép mô phỏng một cách trực quan và chính xác các hiện tượng, quátrình cần nghiên cứu về các phần Cơ học, Điện học, Quang học và Sóng Bên

cạnh những mẫu thí nghiệm sẵn có thì giáo viên có thể thiết kế mô hình thínghiệm vật lí theo sáng tạo cá nhân Các yếu tố trong phần mềm này dễ dàng thuhút hứng thú học tập cho học sinh.

Chính vì vậy mà chúng tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu: “ Khai thác và sử dụng phần mềm Crocodile Physics vào dạy học phần quang học trong môn Vật lí lớp 9” Ngoài ra đề tài này còn có nội dung gần gũi và thiết

thực với nội dung kiến tập, thực tập cũng như công việc giảng dạy về sau củasinh viên

2 Mục tiêu của đề tài:

- Hiểu biết về phần mềm Crocodile Physics và ứng dụng trực tiếp trong

việc dạy học Vật lí

- Thiết kế một số mô hình thí nghiệm, hình ảnh không gian bằng phầnmềm Crocodile Physics và đưa ra gợi ý sử dụng trong từng bài học cụ thể

3 Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Tìm hiểu tổng quan về phần mềm Crocodile Physics

- Tìm hiểu về vai trò của phần mềm hỗ trợ mô phỏng các hiện tượng vật lítrong quá trình dạy học vật lý

- Thiết kế một số thí nghiệm mô phỏng phần quang học trong môn Vật lílớp 9 trong đó có sử dụng phần mềm Crocodile physics

4 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu tự luận: Đọc và nghiên cứu sách giáo khoa,sách bài tập, sách giáo viên Vật lí 9 Đọc, nghiên cứu các tài liệu về phươngpháp dạy học Vật lí và thí nghiệm vật lý ảo

- Phương pháp tổng kết kinh nghiệm: Qua việc nghiên cứu tài liệu, giáotrình, rút ra kinh nghiệm về việc sử dụng thí nghiệm ảo trong giảng dạy Vật lí từ

đó áp dụng đưa ra quy trình ứng dụng phần mềm Crocodile Physics trong dạyhọc Vật lí để tăng cường tính tích cực, chủ động, sáng tạo cho học sinh

- Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: Lấy ý kiến giảng viên trực tiếphướng dẫn, các giảng viên bộ môn Vật lí và các thầy cô giáo dạy Vật lí trunghọc cơ sở để hoàn thiện về mặt nội dung và hình thức của đề tài

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Phần mềm Crocodile Physics

- Phạm vi nghiên cứu: Chương III: Quang học – SGK Vật lí 9

6 Nội dung nghiên cứu:

- Tìm hiểu về vai trò của máy tính và phần mềm hỗ trợ mô phỏng trongquá trình dạy học vật lí.

- Xác định các bước và phương pháp sử dụng phần mềm CrocodilePhysics từ đó ứng dụng vào thiết kế một số thí nghiệm trong các bài giảng phầnquang học trong môn Vật lí lớp 9

7 Bố cục của đề tài:

Ngoài phần mở đầu, phần phụ lục, kết luận, đề tài: “Khai thác và sử dụng phần mềm Crocodile vào việc dạy học phần quang học trong môn Vật lí lớp 9” gồm 3 chương:

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS

1.1 Khởi động phần mềm Crocodile Physics 605 và màn hình giao diện 1.2 Giới thiệu các công cụ của phần mềm

1.3 Các bước làm việc với phần mềm Crocodile Physics 605

1.4 Các bước cơ bản để tạo một thí nghiệm

Chương 2: SỬ DỤNG MÁY VI TÍNH VÀ PHẦN MỀM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM HỖ TRỢ VIỆC TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH

Chương 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS TRONG DẠY HỌC MÔN VẬT LÍ LỚP 9 PHẦN QUANG HỌC

3.1 Thiết kế thí nghiệm bài: “Hiện tượng khúc xạ ánh sáng”.

3.2 Thiết kế thí nghiệm bài: “Thấu kính hội tụ”

3.3 Thiết kế thí nghiệm bài: “Ánh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ” 3.4 Thiết kế thí nghiệm bài: “Thấu kính phân kì”

3.5 Thiết kế thí nghiệm bài: “Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì” 3.6 Thiết kế thí nghiệm bài: “Kính lúp”

3.7 Thiết kế thí nghiệm bài: “Sự phân tích ánh sáng trắng”

3.8 Thiết kế thí nghiệm bài: “Sự trộn các ánh sáng màu”

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

8.1 Sản phẩm khoa học: Đề tài nghiên cứu và hệ thống một số thí

nghiệm trong phần quang học lớp 9 Khai thác các tính năng của phần mềmCrocodile Physics vào trong dạy học phần quang học trong môn Vật lý lớp 9 Từ

đó đưa ra quy trình ứng dụng phần mềm Crocodile Physics vào trong quá trìnhdạy học phần quang học trong môn Vật lý lớp 9 nhằm nâng cao dần tính tích cựccủa học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy và học

8.2 Sản phẩm thực tiễn: Đề tài là tài liệu tham khảo dành cho các bạn

sinh viên ngành ĐHSP Toán Lí và các giáo viên THCS môn Vật lí khi quan tâmđến vấn đề này

NỘI DUNG

Chương 1 SỬ DỤNG MÁY VI TÍNH VÀ PHẦN MỀM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM HỖ TRỢ VIỆC TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC

CỦA HỌC SINH

1.1 Mmáy vi tính và phần mềm hỗ trợ mô phỏng các hiện tượng vật lí:

1.1.1 Quan niệm về việc mô phỏng các đối tượng nghiên cứu của vật lí:

Mô phỏng nhờ máy tính và phần mềm theo quan điểm của lí luận dạy họchiện đại là một phương pháp nhận thức Nó xuất phát từ các tiên đề, hay các môhình (các phương trình hay các nguyên lí…vật lí) được viết dưới dạng toán học,thông qua vận dụng các phương pháp tính toán trên mô hình để giải quyết cácnhiệm vụ sau:

- Mô phỏng, minh họa các hiện tượng, quá trình vật lí một cách trực quan

và chính xác hơn để dễ quan sát và nghiên cứu

- Mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lí để qua đó tìm ra các kiến thứcmới (mối quan hệ, quy luật mới…) bằng con đường nhận thức lí thuyết

1.1.2 Mô phỏng, minh họa các hiện tượng vật lí bằng máy tính và phần mềm một cách trực quan

a Đặc điểm của các hiện tượng, quá trình vật lí cần được minh họa nhờ máy vi tính và phần mềm:

Không phải quá trình nào xảy ra trong tự nhiên cũng dễ quan sát Đối vớichuyển động của chiếc thuyền, đoàn tàu thì việc quan sát để xác định vị trí củachúng ứng với từng thời điểm hay quãng đường đi ứng với từng khoảng thờigian trôi qua là không khó khăn, nhưng cũng có những quá trình trong tự nhiênkhông thể quan sát bằng mắt thường để xác định được các đại lượng cần thiết vìdiễn biến của quá trình xảy ra quá nhanh hay quá chậm Điều đó gây khó khăntrong việc nghiên cứu tìm ra quy luật của chúng Các quá trình như vậy đượcnghiên cứu trong chương trình vật lí phổ thông có thể kể ra như: chuyển độngrơi, chuyển động ném ngang của một vật, chuyển động của khối tâm và của cácđiểm của vật rắn, quá trình phân rã hạt nhân, phóng xạ…Một trong các giải pháp

có thể hỗ trợ cho việc nghiên cứu các quá trình đó có hiệu quả hơn là sử dụngmáy vi tính để mô phỏng các quá trình đó

b Khả năng mô phỏng, minh họa các hiện tượng, quá trình vật lí bằng máy

vi tính và phần mềm một cách chính xác và trực quan:

Với các chức năng ưu việt của nó, máy vi tính và phần mềm có khả năng

mô phỏng trực quan và chính xác bằng các mô hình kí hiệu các hiện tượng hayquá trình vật lí trong tự nhiên Tuy nhiên việc mô phỏng chính xác đến đâu cònphụ thuộc vào hai yếu tố:

- Mức độ nhận thức của người nghiên cứu về qui luật phản ánh hiện tượng,quá trình vật lí Các quy luật này thường được mô tả bằng các phương trình, hệphương trình toán lí

- Khả năng của người lập trình, sử dụng ngôn ngữ máy tính để phản ánh lạicác quy luật đó chính xác đến chừng nào

Điều quan trọng trong việc sử dụng máy vi tính và phần mềm trong dạyhọc vật lí, trong việc mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lí là các nhà lí luậndạy học, các giáo viên phải có được ý tưởng rõ rệt của việc sử dụng máy vi tính

và các phần mềm để giải quyết vấn đề gì, mà thiếu nó thì không thể có hiệu quảhay sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong dạy học

Ví dụ khi nghiên cứu hiện tượng cảm ứng điện từ (trong SGK lớp 11 hiệnhành) nếu chỉ quan sát thí nghiệm về chuyển động tương đối giữa nam châm vàống dây hay thí nghiệm thay đổi cường độ dòng điện ở ống dây lồng trong cuộndây có nối với điện kế thì học sinh rất khó có thể đưa ra dự đoán đúng vềnguyên nhân xuất hiện dòng điện cảm ứng Để hỗ trợ cho việc đưa ra dự đoánđúng, có thể mô phỏng quá trình diễn ra trong thí nghiệm trong đó vẽ các đườngcảm ứng từ của các nam châm (vĩnh cửu hay điện như hình 1.1) Đối với họcsinh yếu kém ta có thể mô phỏng thêm cả số lượng đường cảm ứng từ xuyên quamặt cắt ống dây ứng với từng thời điểm trong thí nghiệm

Hình 1.1 Mô phỏng sự thay đổi của số đường cảm ứng

từ qua ống dây nhờ máy vi tính

Hiện tượng sóng dừng trên dây trong trường hợp sóng phản xạ ngược phavới sóng tới (tại đầu dây cố định) hoặc sóng phản xạ cùng pha với sóng tới (tạiđầu dây tự do) rất khó hình dung Nhờ phần mềm mô phỏng ta có thể giúp họcsinh quan sát rõ quá trình sóng tới truyền đến đầu dây đó và quá trình tạo rasóng phản xạ (hình 1.2).

c So sánh việc mô phỏng, minh họa các hiện tượng, quá trình vật lí bằng phần mềm và bằng máy chiếu phim dương bản (MCPDB), phim hoạt hình:

Để có thể minh họa các hiện tượng, quá trình vật lí khó quan sát (diễn racực nhanh hay cực chậm) người ta có thể sử dụng phương pháp chiếu phimdương bản, phim hoạt hình Phim hoạt hình cũng như các phần mềm đều có thể

“giãn” hay “co” các quá trình này lại tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứucác quá trình đó Tuy nhiên, trong phim hoạt hình thì mức độ co, giãn như thếnào đã được hãng sản xuất phim chế tạo định trước, giáo viên hay học sinh khidùng phim đó trong tình huống dạy học cụ thể của mình có muốn thay đổi cũngkhông thể được Song ở máy vi tính thì điều đó hoàn toàn khác, do những phầnmềm (software) được cài đặt trong máy, ngay tức khắc ta có thể dễ dàng thayđổi mức độ co, giãn của quá trình đang nghiên cứu một cách tùy ý

Mô phỏng bằng phần mềm còn có nhiều ưu điểm khác Khi mô phỏng bằngphần mềm giáo viên và học sinh có thể dừng quá trình tại thời điểm bất kì đểnghiên cứu, xác định bất kì các đại lượng nào của vật (vận tốc, gia tốc, quãngđường…) Về mặt trang thiết bị, để mô phỏng bằng phần mềm chỉ cần có mộtmáy vi tính như nhiều trường phổ thông đang có, ngoài ra cần có đĩa mềm hoặcthẻ nhớ để lưu trữ các chương trình mô phỏng Việc sao chép, nhân bản chươngtrình này có thể tự làm rất dễ dàng và hoàn toàn không tốn kém kinh phí và thời

Hình 1.2 Mô phỏng quá trình sóng dừng

gian Còn đối với máy chiếu phim hoạt hình thì công việc này rất phức tạp, tốnkém và phải do người có chuyên môn làm tại xưởng.

1.1.3 Mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lí để qua đó tìm ra các kiến thức mới bằng con đường nhận thức lí thuyết

a Khả năng có thể đi sâu vào các mối quan hệ có tính bản chất của các hiện tượng, quá trình vật lí nhờ mô phỏng bằng các phần mềm.

Ngoài khả năng mô phỏng một cách trực quan và chính xác các hiện tượng,quá trình vật lí, qua mô phỏng máy vi tính và phần mềm sử dụng còn có thể tạođiều kiện cho người nghiên cứu đi sâu vào tìm ra các mối quan hệ có tính bảnchất của các hiện tượng, quá trình vật lí Sở dĩ thực hiện được điều đó là do cácchức năng ưu việt trong việc tính toán và xử lí số liệu của máy vi tính Vai tròcủa máy vi tính ở đây là tạo ra các khả năng mới trong tính toán: khả năng rútngắn thời gian tính toán và đặc biệt là khả năng có thể tìm ra lời giải các bài toán(nếu không có máy vi tính thì trong điều kiện ở trường phổ thông, với công cụtoán học còn thiếu và không được bổ xung thì không có khả năng giải được).Nhờ các phần mềm và các chương trình ứng dụng do người nghiên cứu tự viết

ra được cài sẵn trong máy có thể giúp giáo viên và học sinh thực hiện nhanhchóng và tương đối mĩ mãn các tính toán lí thuyết

Thêm vào đó, máy vi tính và phần mềm sử dụng có khả năng hiển thị cáckết quả tính toán, xử lí số liệu dưới dạng trực quan khác nhau tạo điều kiệnngười nghiên cứu dễ phát hiện ra các mối quan hệ chứa đựng trong đó

Ta có thể hình dung khả năng này như sau: Để giải quyết một vấn đề nào

đó đặt ra trong bài học vật lí, giáo viên và học sinh sử dụng một số tiên đề hay

mô hình vật lí tiến hành các suy luận lí thuyết trên đó Nhưng do công cụ toánhọc còn thiếu nên không thể đạt tới đích Do vậy, ở đây cần có sự hỗ trợ củamáy vi tính và phần mềm để có thể giải ra kết quả Kết quả mà máy tính đưa rakhông phải được phát biểu bằng lời dưới dạng văn bản mà biểu thị dưới dạng số,biểu bảng, đồ thị hay các hình ảnh động Từ các dạng đó cho ta biết tồn tại cácmối quan hệ mới có tính quy luật trong hiện tượng, quá trình vật lí đang nghiêncứu Như vậy, việc tìm ra các mối quan hệ mới này là trên phương diện tính toán

lí thuyết Kết quả này có được chấp nhận hay không là phải được kiểm tra bằngthực nghiệm Điều đó cũng giống như bất kì việc kiểm tra bằng thực nghiệm đốivới những kết luận đã suy ra theo con đường lí thuyết Các kết luận đã được

kiểm chứng bằng thực nghiệm sẽ được dùng để giải thích và tiên đoán các hiệntượng liên quan.

b Các bước trong quá trình tìm ra các kiến thức mới bằng con đường lí thuyết nhờ mô phỏng bằng máy vi tính và các phần mềm:

Trong quá trình tìm ra các kiến thức mới bằng con đường lí thuyết nhờ môphỏng bằng phần mềm, các bước được tiến hành tuần tự như sau:

- Trước tiên bắt đầu từ “vấn đề” Để giải quyết vấn đề, cần phải xây dựngnhững tiên đề, mô hình vật lí (hoặc sử dụng các tiên đề, mô hình vật lí đã có),chúng được viết dưới dạng các biểu thức toán học

- Sau khi đã có mô hình nhờ máy vi tính để tiến hành các suy luận logic,tính toán lí thuyết trên mô hình đó và hiển thị các kết quả tính toán dưới dạngtrực quan nhất để tạo điều kiện rút ra các kết luận về mối quan hệ mới có tínhquy luật của hiện tượng hay quá trình nghiên cứu

- Kiểm tra các kết luận trên bằng thực nghiệm để xác nhận tính đúng đắncủa chúng

- Sử dụng các kết luận đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm để giải thích

và tiên đoán các hiện tượng liên quan

1.2 Sử dụng máy vi tính và phần mềm trong dạy học vật lí nhằm hỗ trợ hoạt

động nhận thức của học sinh

1.2.1 Nguyên tắc chung khi sử dụng máy vi tính và phần mềm dạy học vật lí

Ở trên, ta đã trình bày các khả năng hỗ trợ chủ yếu của máy vi tính và

phần mềm trong dạy học vật lí Trong dạy học, người giáo viên cần khai tháccác hỗ trợ đó, phối hợp với các phương tiện dạy học truyền thống nhằm tổ chứchoạt động nhận thức của học sinh để đạt được mục đích của tiết học, bài học

Khi sử dụng máy vi tính và phần mềm trong dạy học vật lí, cần tuân thủmột trong các nguyên tắc là “chỉ sử dụng máy vi tính và phần mềm khi mà cácphương tiện dạy học truyền thống không đáp ứng hoặc đáp ứng không tốt cácyêu cầu trong dạy học đặt ra (về chuyên môn, sư phạm )” Vì vậy, cần máy vitính và phần mềm dạy học vật lí hỗ trợ và hỗ trợ khi nào ta đều phải dựa vào yêucầu tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh theo tiến trình dạy học của bài học(tiến trình xây dựng kiến thức của bài học) đã được soạn thảo

1.2.2 Các khó khăn thường gặp phải trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức sáng tạo của học sinh trong dạy học khi sử dụng các phương tiện truyền thống và khả năng hỗ trợ của máy vi tính và các phần mềm trong việc giải quyết khó khăn này

Chu trình hoạt động nhận thức sáng tạo được sơ đồ hoá theo hình sau:

có thể hoặc không thể hỗ trợ cho việc thu thập các thông tin này Ví dụ như khinghiên cứu về “Hệ thức giữa thể tích và áp suất của chất khí khi nhiệt độ khôngđổi” (SGK Vật lí 10), thì với việc sử dụng nhiều bộ thí nghiệm khác nhau đều

có thể thu được các số liệu về sự biến đổi thể tích và sự biến đổi về áp suấttương ứng của khối khí đang xét Nghiên cứu bảng số liệu này, có thể đề xuất dựđoán về mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của lượng khí Tuy nhiên, đối vớinhiều đối tượng nghiên cứu khác, ví dụ như: va chạm của các vật trong hệ kínkhi nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng, hay chuyển động rơi có sức cảncủa không khí…thì hiện nay, việc thu thập các số liệu thực nghiệm nhờ các thiết

Hình 1.3 Chu trình hoạt động nhận thức sáng tạo.

bị thí nghiệm truyền thống hoặc rất khó, mất rất nhiều thời gian (với thí nghiệm

va chạm) hoặc không thể thực hiện được (với thí nghiệm về chuyển động rơi cósức cản không khí)

Ngoài khó khăn trên, trong công việc kiểm tra tính đúng đắn của các môhình- giả thuyết trừu tượng cũng thường gặp khó khăn nếu chỉ dựa vào cácphương tiện dạy học truyền thống, phương tiện tính toán truyền thống

Những phân tích trên cho thấy, trong nhiều trường hợp, nếu chỉ sử dụngcác phương tiện dạy học truyền thống thì việc yêu cầu cao tính tích cực, tự lựccủa học sinh tham gia vào việc giải quyết các vấn đề học tập (đề xuất mô hình-giả thuyết cũng như kiểm tra tính đúng đắn của nó) sẽ bị hạn chế, do đó, việc ápdụng các phương pháp dạy học nhằm tích cực hoá người học cũng hạn chế Ngoài ra, trong nhiều trường hợp, với phương tiện dạy học truyền thống,không thể quan sát, thu thập được thông tin về đối tượng cần nghiên cứu, (ví dụnhư vật rơi có sức cản không khí ) nên nhiều quá trình vật lí không thể đưa vào trong chương trình vật lí phổ thông

Như đã trình bày ở trên, máy vi tính có các chức năng hết sức ưu việt so với các phương tiện dạy học vật lí truyền thống, cụ thể như:

- Dựa trên các phương trình mô tả các mối quan hệ của các đại lượng vật

lí trong quá trình, hiện tượng nghiên cứu, máy vi tính có thể mô phỏng các mốiquan hệ này bằng các hình ảnh tĩnh hay động một cách chính xác, trực quan vàthẩm mĩ

- Máy vi tính có thể hỗ trợ các thí nghiệm vật lí (thông qua việc ghép nốivới máy vi tính hay phân tích băng hình) để có thể tự động hoá thu thập, lưu trữ

số liệu thí nghiệm, phân loại, sắp xếp chúng và trình bày kết quả dưới dạng bảng

số liệu hay đồ thị hết sức nhanh chóng và như ý muốn (nhờ phần mềm)

- Máy vi tính và phần mềm với khả năng tính toán cực nhanh, có thể hỗtrợ việc kiểm tra những mô hình đưa ra là đúng hay sai (trên cơ sở tính toántrong các điều kiện cụ thể và so sánh kết quả với các số liệu thực nghiệm thuđược dưới dạng đồ thị)

- Các khả năng hỗ trợ của máy vi tính và phần mềm trong một số giaiđoạn của chu trình nhận thức sáng tạo như đã phân tích trên, sẽ tạo cơ sở choviệc đưa thêm các nội dung mới, đối tượng nghiên cứu mới vào trong chươngtrình vật lí phổ thông cũng như đổi mới phương pháp dạy học nhằm tích cực, tựlực hoá quá trình học tập của học sinh trong dạy học vật lí

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ CHƯƠNG TRÌNH CROCODILE PHYSICS

Phần mềm Crocodile Physics là phần mềm được dùng phổ biến để thiết kếcác thí nghiệm ảo môn vật lí trong nhà trường phổ thông, có rất nhiều phiên bảncủa phần mềm đã được đưa ra và phiên bản mới nhất hiện nay là phiên bảnCrocodile Physics 605, ra đời vào năm 2006 với rất nhiều tính năng mới so vớicác phiên bản trước đó

Sau đây là giới thiệu về một số điểm mới nhất của phiên bản này:

2.1 Khởi động phần mềm Crocodile Physics 605 và màn hình giao diện:

2.1.1 Khởi động phần mềm Crocodile Physics 605:

Crocodile Physics là phần mềm ứng dụng để mô phỏng thí nghiệm vật lí

Để vào chương trình ứng dụng, ta có thể nháy đúp chuột vào biểu tượngCrocodile Physics trên màn hình Desktop

Tiếp theo trên giao diện của màn hình hiện lên cửa sổ và lời chào

“Wellcome to Crocodile Physics”

Trên bảng này chúng ta có thể chọn các mục: Contents, New model hayTutorials

- Contents: Xem các ví dụ theo chủ đề có sẵn trong phần mềm

- New model: Sử dụng các mô hình của Crocodile để tạo những mô phỏng

- Tutorials: Mở nội dung hướng dẫn sử dụng Crocodile Physics

Hình 2.1 Biểu tượng của chương trình (a) và bảng các mục chính của

chương trình (b)

Khi chọn New model hoặc Example model trên màn hình sẽ hiện lên cửa

sổ thực hiện các mô phỏng vật lý

2.1.2 Màn hình giao diện của chương trình:

Chạy chương trình từ desktop (hoặc từ menu start) Hàng trên cùng

là menu chính, tiếp theo là các nút truy cập nhanh

* Panel trái: Chứa các mục có các kịch bản dựng sẵn (có thể điều khiểntheo ý đồ người sử dụng)

- Contents: Kho chứa các bài thí nghiệm

- Parts Library: Kho chứa các dụng cụ

- Properties: Thiết lập thuộc tính của đối tượng, các thông số củadụng cụ

* Panel phải là vùng làm việc chính, nó hiển thị toàn bộ nội dung củakịch bản và có thể phóng to toàn bộ màn hình (khi nhấn vào chữ m), ởpanel này có 3 cửa sổ kịch bản chính (có thể mở rộng) phục vụ cho cáctình huống sư phạm

Hình 2.2 Màn hình giao diện của chương trình

2.2 Giới thiệu các công cụ của phần mềm:

2.2.2 Toolbar ( thanh công cụ) :

các hiện tượng quang học…

với mỗi modun đã có các dụng

cụ thí nghiệm phù hợp với chủ

đề và bạn chỉ cần chọn dụng cụ

thích hợp để thực hiện thí

nghiệm Nhưng đây chỉ là một

số chủ đề cơ bản, để có thể thiết kế được toàn bộ các thí nghiệm phục vụ chogiảng dạy và học tập thì cần thiết phải xem các ví dụ này và sau đó bạn tự thiết

kế các thí nghiệm phù hợp với bài giảng trên lớp bằng các dụng cụ được lấytrong phần Parts Library

Hình 2.7 Thanh công cụ Toolbar

Hình 2.8 Nội dung phần Contents

a Getting started ( mở đầu)

b Describing Motion ( Mô tả chuyển động)

c Force and Acceleration ( Lực và gia tốc)

Hình 2.9 Phần mở đầu

Hình 2.10 Một số thí nghiệm mô tả chuyển

động

d Energy and Motion ( Năng lượng và chuyển động)

f Electrical Energy ( Năng lượng điện)

g Waves ( Sóng)

h Optics ( Quang học)

Hình 2.14 Một số thí nghiệm phần năng lượng điện

Hình 2.15 Một số thí nghiệm phần Sóng

i Online Content ( Lời giới thiệu)

2.2.4 Parts Library:

Đây là thư viện các dụng cụ thí nghiệm vật lý ảo đã được sắp xếp thành

từng phần Điện – Quang – Cơ – Sóng

– Công cụ hỗ trợ Với các dụng cụ thí

nghiệm trong từng phần này, bạn hoàn

toàn có thể tự thiết kế được các thí

nghiệm vật lý trong trường phổ thông

Tuy nhiên, để thí nghiệm trở nên

chuyên nghiệp hơn thì phải kết hợp sử

Hình 2.16.Một số thí nghiệm phần quang học

Hình 2.17 Lời giới thiệu

Hình 2.18 Parts Library

dụng các với các công cụ hỗ trợ thí nghiệm trong foder Presentation của phần

này

a Kho thiết bị điện :

b Kho thiết bị quang học :

c Kho thiết bị cơ học :

Hình 2.19 Các dụng cụ thí nghiệm trong phần điện học

Hình 1.20 Các dụng cụ thí nghiệm trong phần quang học

d Kho thiết bị sóng :

2.2.5 Công cụ hỗ trợ :

Công cụ hỗ trợ thiết kế thí nghiệm dùng chung đã được tuyển chọn và đưavào trong thư viện các dụng cụ thí nghiệm Parts Library Presentation bao gồm

Hình 2.21 Các dụng cụ thí nghiệm trong phần cơ học

Hình 2.22 Các thiết bị thí nghiệm trong phần sóng

các dụng cụ hỗ trợ như thước đo, đồ thị, tranh vẽ, các nút dừng thí nghiệm haythực hiện lại thí nghiệm giúp cho các thí nghiệm ảo thực hiện bằng phần mềmtrở nên chuyên nghiệp hơn.

2.3 Các thao tác chung cơ bản trong chương trình Crocodile Physics 605:

* Chọn đối tượng:

Hình 1.32 Các công cụ hỗ trợ

Nhấp chuột vào đối tượng hoặc kéo rê chuột chọn một vùng trên mànhình, các đối tượng có một phần trong khung chọn sẽ được chọn.

* Đưa dụng cụ thí nghiệm vào khung làm việc:

Nhấp chuột chọn đối tượng trong kho rồi kéo thả vào khung làm việc

* Thay đổi kích thước đối tượng:

- Chọn đối tượng, xuất hiện các núm xung quanh đối tượng

- Dùng chuột kéo để thay đổi kích thước đối tượng tại các núm này

Ta cũng có thể thay đổi kích thước bằng cách thiết lập thuộc tính của nótrong mục Properties (sẽ nói sau)

* Di chuyển đối tượng:

Nhấp chuột vào đối tượng rồi kéo đến vị trí mới.

* Xoay đối tượng:

- Chọn đối tượng

- Đưa chuột vào núm tròn cạnh đối tượng, chuột biến thành hình

giữ và kéo chuột để xoay đối tượng đến vị trí cần

* Thay đổi thuộc tính đối tượng:

Đối với một đối tượng, có những thuộc tính thay đổi được và khôngthay đổi được Ta vào Properties để tiến hành thay đổi

- Chọn đối tượng

- Thay đổi các thuộc tính cần thiết trong mục Properties

* Cho dừng thời gian lại:

Chức năng này sẽ làm cho đồng hồ của máy dừng lại và thí nghiệm sẽkhông thực hiện nữa mà vào trạng thái chờ Các hiện tượng vật lý dừng lại(pause) Click vào nút trên thanh công cụ

* Cho thời gian chạy tiếp tục lại:

Chức năng này sẽ làm cho đồng hồ của máy tiếp tục chạy sau khi đã dừng

và thí nghiệm sẽ tiếp tục thực hiện Click vào nút trên thanh công cụ

* Sửa chữa một thiết bị bị hỏng do hoạt động quá định mức:

Khi một thiết bị hoạt động vượt định mức (cường độ dòng điện, côngsuất, ) thiết bị đó sẽ bị hỏng Ta cần phải thay nó là điều đương nhiên Để tránhphải lắp lại mô hình thí nghiệm, chương trình cho phép ta sửa nhanh thiết bị đó:

- Cho dừng thời gian lại

- Khi thiết bị bị hỏng, xuất hiện nút bên cạnh thiết bị Di chuyểnmouse lên nút , một bảng thông tin về nguyên nhân gây hỏng thiết bị hiện ra.Click vào nút Thiết bị đã được sửa và sẽ sẵn sàng hoạt động như bìnhthường.

- Xử lý các vấn đề gây ra sự hư hỏng

- Cho thời gian hoạt động lại

* Nối các đối tượng với nhau bằng dây dẫn trong thí nghiệm điện:

- Di chuyển chuột lên đối tượng, các cực đối tượng sẽ xuất hiện các núm nốidây hình vuông

- Click lên núm cần nối rồi di chuyển chuột đến cực của đối tượng kia vàClick chuột vào núm nối dây của đối tượng đó

* Cấp cho vật một vận tốc ( hoặc một lực ):

Đưa chuột vào vật, xuất hiện núm tròn màu bạc, dùng chuột kéo núm này,khi đó, ta đã cấp cho vật một vận tốc (hoặc lực tùy ta chọn) được biểu diễn bằngvéctơ mà ta thấy

2.4 Các bước cơ bản để tạo một thí nghiệm:

Thiết lập một thí nghiệm như thế nào là còn tùy thuộc vào từng thí nghiệm.tuy nhiên có thể thực hiện theo sơ đồ chung sau (Sau khi đã xác định kịch bản sưphạm của thí nghiệm):

- Phác thảo sơ đồ thí nghiệm trước bằng giấy

- Tạo một không gian làm việc riêng cho thí nghiệm (đối với các thínghiệm quang, sóng, cơ)

- Đưa các thiết bị cần sử dụng từ kho vào không gian làm việc

- Sắp xếp, lắp ráp các thiết bị theo sơ đồ thích hợp

- Thiết lập các thuộc tính cần thiết cho từng đối tượng

- Kiểm tra lại sơ đồ, tiến hành thí nghiệm, quan sát, đo đạc

Để thiết lập một thí nghiệm vật lý ảo bằng phần mềm Crocodile Physics

605 chúng ta có thể tiến hành thao tác theo trình tự chung gồm 5 bước cơ bản:

a) Phần chuyển động: Di chuyển chuột chọn Part Library, trong menu của Part

Library bạn chọn Motion &Forces và di chuyển con trỏ xuống để chọn tiếp Motion.

Trong Motion bạn có thể lựa chọn các dụng cụ để thiết kế thí nghiệm về

chuyển động trong bảng 1.1 dưới đây Trong các dụng cụ này, bạn chọn dụng cụnào thì di chuyển con trỏ đến biểu tượng của dụng cụ đó, bấm-giữ chuột trái và

di chuyển đến vị trí cần đặt rồi thả chuột

Bảng 2.1 Các dụng cụ thiết kế thí nghiệm về chuyển động.

Ideal elasticground

Mặt tiếp xúc hoàn toàn đànhồi

Ideal inelasticground

Mặt tiếp xúc không đàn hồi

Wooden ground Mặt tiếp xúc bằng gỗMetal ground Mặt tiếp xúc bằng kim loạiRubber ground Mặt tiếp xúc bằng cao suGlass ground Mặt tiếp xúc bằng thuỷ tinhIce ground Mặt tiếp xúc là mặt băngConcrete ground Mặt tiếp xúc bằng bê tông

Slopes

(Mặt phẳng

nghiêng)

Ideal elasticslope

Mặt phẳng nghiêng hoàn toànđàn hồi

Ideal inelasticslope

Mặt phẳng nghiêng không đànhồi

Wooden slope Mặt phẳng nghiêng bằng gỗMetal slope Mặt phẳng nghiêng bằng kim

loạiRubber slope Mặt phẳng nghiêng bằng cao

suGlass slope Mặt phẳng nghiêng bằng thuỷ

tinhIce ground Mặt phẳng nghiêng là mặt

băngConcrete ground Mặt phẳng nghiêng bằng bê