Ứng dụng các phần mềm để tạo phòng thí nghiệm ảo phục vụ giảng dạy

Chính vì thế luận văn của tôi mang chủ đề “Ứng dụng các phần mềm để tạo phòng thí nghiệm ảo phục vụ giảng dạy” với mục tiêu nghiên cứu sâu hơn về phát triển và xây dựng phòng thí nghiệm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN LÊ THÔNG

ỨNG DỤNG CÁC PHẦN MỀM ĐỂ TẠO PHÒNG THÍ NGHIỆM ẢO

PHỤC VỤ GIẢNG DẠY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TOÁN TIN

Hà Nội – Năm 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN LÊ THÔNG

ỨNG DỤNG CÁC PHẦN MỀM ĐỂ TẠO PHÒNG THÍ NGHIỆM ẢO

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS.TSKH: LÊ HÙNG SƠN

Hà Nội – Năm 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn này là do sự tìm hiểu và nghiên của bản thân Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của tác giả khác nếu có đều được trích dẫn đầy đủ;

Luận văn này cho đến nay vẫn chưa hề được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ nào trên toàn quốc cũng như ở nước ngoài và cho đến nay vẫn chưa hề được công bố trên bất kỳ phương tiện thông tin nào;

Bên cạnh đó nội dung của luận văn hoàn toàn là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn tận tình của GS.TSKH Lê Hùng Sơn – Nguyên cán bộ Viện Toán ứng dụng và tin học, Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tôi xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan này trước Hội đồng phản biện./

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn này, lời cảm ơn đầu tiên tôi muốn gửi đến đó là lời cảm ơn trân thành và sâu sắc đến GS.TSKH Lê Hùng Sơn – Nguyên cán bộ Viện toán ứng dụng và tin học - Đại học Bách Khoa Hà Nội Người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, bảo ban tôi trong suốt quá trình thực hiện làm luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy cô Viện toán ứng dụng và tin học, các thầy cô giáo Viện sau đại học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung cũng như các Thầy cô đã giảng dạy lớp Cao học 12A toán tin – Vinh nói riêng đã tạo điều kiện cho tôi có môi trường làm việc tốt, dạy dỗ, bồi dưỡng kiến thức cho tôi trong những năm tháng học tập tại trường, cùng với những góp ý về chuyên môn trong quá trình tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Cuối cùng, Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình cũng như bạn bè đã luôn ủng hộ, động viên tôi để tôi có điều kiện tốt nhất trong học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Học Viên

DANH MỤC VIẾT TẮT Thuật ngữ/Từ viết

tắt

Mô tả

1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

1 Lý do chọn đề tài 3

2 Lịch sử nghiên cứu 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

4 Nội dung luận văn 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM TRUYỀN THỐNG VÀ THÍ NGHIỆM ẢO 5

1 Thí nghiệm truyền thống trong giảng dạy 5

1.1 Khái niệm về thí nghiệm truyền thống… 5

1.2 Những đặc điểm đặc trưng của thí nghiệm truyền thống 6

1.3 Thí nghiệm ảo trong giảng dạy 6

1.3.1 Khái niệm về thí nghệm ảo 6

1.3.1.1 Thuật ngữ ”ảo” 6

1.3.1.2 Mô hình 7

1.3.2 Những đặc điểm của thí nghiệm ảo 11

1.3.3 So sánh thí nghiệm ảo và thí nghiệm truyền thống 13

1.3.4 So sánh giữa thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử 14

CHƯƠNG 2 LÝ LUẬN VÀ ỨNG DỤNG CÁC PHẦN MỀM DẠY HỌC ĐỂ XÂY DỰNG PHÒNG THÍ NGHIỆM ẢO 17

2.1 Lý luận trên một số bộ môn 17

2.1.1 Bộ môn Toán học 17

2.1.2 Bộ môn Hóa học 18

2.1.3 Bộ môn Vật Lý 19

2.2 Ứng dụng các phần mềm dạy học để xây dựng phòng thí nghiệm ảo 21

2.2.1 Phòng thí nghiệm hóa học với Crocodile chemistry 21

2.2.1.1 Đặt vấn đề 21

2.2.1.2 Giới thiệu về phần mềm và cách thiết kế thí nghiệm 21

2.2.1.3 Nhận xét 25

2

2.2.2 Xây dựng phòng thí nghiệm ảo với Yenka 26

2.2.2.1 Giới thiệu về phần mềm và cách sử dụng 26

2.2.2.2 Nhận xét 38

2.2.3 Xây dựng phòng thí nghiệm ảo với Vlapb 38

2.2.3.1 Giới thiệu về phần mềm và cách sử dụng 38

2.2.4 Xây dựng phòng thí nghiệm ảo toán học với Skechpad 40

2.2.4.1 Giới thiệu về phần mềm và cách sử dụng phần mềm Sketchpad 40

CHƯƠNG 3 PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG CHO PHÒNG THÍ NGHIỆM ẢO VỚI NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH JAVA 65

3 1 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình 65

3.2 Phân tích thiết kế 66

3.3 Hệ thống giao diện chương trình 78

3.3.1 Màn hình giao diện chính của chương trình 78

3.3.2 Môi trường cài đặt 78

3.4 Kết quả đạt được và một số đánh giá 78

3.5 Một số định hướng nghiên cứu trong tương lai 79

KẾT LUẬN 80

Thực tế hiện nay việc học của học sinh thiếu các phòng thí nghiệm để học sinh học có thế trải nghiệm nên chỉ học trên lý thuyết là chính Đó là do việc thiếu

cơ sở vật chất phục vụ cho thí nghiệm cũng như những vật dụng phục vụ cho thí nghiệm khá đắt chính vì thế phòng thí nghiệm ảo triển khai một cách có bài bản có

sự sang tạo trở thành một trong nhưng giải pháp hữu hiệu nhất của dạy học hiện đại Thí nghiệm ảo đã được phát triển trong thời gian vừa qua nhưng chưa thực sự được đưa vào nhà một cách hiệu quả Chính vì thế luận văn của tôi mang chủ đề “Ứng dụng các phần mềm để tạo phòng thí nghiệm ảo phục vụ giảng dạy” với mục tiêu nghiên cứu sâu hơn về phát triển và xây dựng phòng thí nghiệm ảo phục vụ quá trình giảng dạy hiệu quả và phát triển một cách có hệ thống trong thực tiển giảng dạy một cách có hiệu quả Để thực hiện mục tiêu đề tài đặt ra các mục tiêu sau:

- Tìm hiểu khái quát về thí nghiệm truyền thống và thí nghiệm ảo trọng dạy học hiện đại

- Nghiên cứu một số phần mềm thư viện đã sử dụng cho việc thiết kế các thí nghiệm ảo trong thực tế

- Nghiên cứu xây dựng một ứng dụng nhằm mục đích phát triển khả năng tự thiết

kế bài thí nghiệm ảo theo tư duy sáng tạo chủ động không phụ thuộc vào thư viện phần mềm khác

4

- Nghiên cứu xây dựng một ứng dụng nhằm mục đích phát triển khả năng tự thiết kế bài thí nghiệm ảo theo tư duy sáng tạo chủ động không phụ thuộc vào thư viện phần mềm khác

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Cơ sở lý luận về xây dựng phòng thí nghiệm ảo trong dạy học

- Một số phần mềm xây dựng phòng thí nghiệm ảo các bộ môn đang được sử dụng thực tiễn

- Xây dựng một phòng thí nghiệm ảo của một bộ môn trên ngôn ngữ java, dựa trên kiến trúc Webbase

4 Nội dung luận văn

Luận văn được tổ chức thành các chương với các nội dung như sau:

- Chương 1 Tổng quan về thí nghiệm truyền thống và thí nghiệm ảo

- Chương 2 Ứng dụng một số phần mềm để xây dựng phòng thí nghiệm ảo và một

số ví dụ

- Chương 3 Phát triển ứng dụng cho phòng thí nghiệm ảo với ngôn ngữ lập trình java

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM TRUYỀN THỐNG VÀ THÍ

NGHIỆM ẢO

1 Thí nghiệm truyền thống trong giảng dạy

1.1 Khái niệm về thí nghiệm truyền thống

Thí nghiệm, hay thực nghiệm, là một bước trong phương pháp khoa học dùng để phân minh giữa mô hình khoa học hay giả thuyết Thí nghiệm cũng được

sử dụng để kiểm tra tính chính xác của một lý thuyết hoặc một giả thuyết mới để ủng hộ chúng hay bác bỏ chúng Thí nghiệm hoặc kiểm nghiệm có thể được thực hiện bằng phương pháp khoa học để trả lời một câu hỏi hoặc khảo sát vấn đề Trước tiên đó là thực hiện quan sát Sau đó đặt ra câu hỏi, hoặc nảy sinh vấn đề Sau đó, giả thuyết được hình thành Tiếp đến thí nghiệm được đưa ra để kiểm tra giả thuyết Kết quả thí nghiệm được phân tích, rồi vạch ra kết luận, đôi khi một lý thuyết được hình thành từ kết quả thí nghiệm, và các kết quả được công bố trên các trí khoa học Một thí nghiệm thường có mục đích chính là kiểm tra giả thuyết Tuy nhiên, thí nghiệm cũng được dùng để kiểm chứng câu hỏi hoặc kiểm tra kết quả trước đó

Ví dụ như : Thí nghiệm vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào đối tượng của hiện thực khách quan Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới

Thực hành: Trong từ điển tiếng việt, thực hành được giải nghĩa là ”làm để áp dụng lý thuyết vào thực tế” Trong dạy học, thực hành được hiểu là một quá trình sư phạm do giáo viên tổ chức nhằm củng cố hiểu biết, tạo ra những cơ sở hình thành

kỹ năng, kỹ xảo kỹ thuật cho học sinh thực hiện và những chức năng giáo dục Trong giảng dạy, thí nghiệm góp phần làm cho học sinh huy động được tất

cả các giác quan tham gia vào quá trình nhận thức, gây hứng thú học tập cho học sinh, kiến thức thu được chắc chắn và sâu sắc, đồng thời lớp học sôi nổi, hăng hái Thí nghiệm giúp làm sáng tỏ lý thuyết, giáo dục tính tò mò khoa học cho học sinh, rèn kỹ năng thực hành và nghiên cứu khoa học, rèn thói quen giải quyết các vấn đề bằng khoa học, …

6

Phương tiện dạy học (PTDH): Một cách chung nhất, phương tiện là cái dùng

để làm một việc gì, để đạt một mục đích nào đó và PTDH được hiểu là toàn bộ những trang bị, đồ dùng, dụng cụ phục vụ việc giảng dạy và học tập Đề cập tới khái niệm ”PTDH” có ý kiến cho rằng PTDH là các công cụ nhằm truyền đạt những thông điệp từ người dạy đến người học trong quá trình dạy học Tuy nhiên, trong thời đại CNTT phát triển như vũ bão hiện nay, khái niệm này đã không còn phù hợp Theo tác giả, ”PTDH” là toàn bộ những trang thiết bị, đồ dùng, dụng cụ phục

vụ việc giảng dạy và học tập, có tính tương tác được sử dụng nhằm hỗ trợ hiệu quả trong quá trình truyền đạt của người dạy và quá trình lĩnh hội của người học

Tóm lại, là các thí nghiệm truyền thống được thực hiện bằng các dụng cụ thí nghiệm thật, các hoá chất thật

1.2 Những đặc điểm đặc trưng của thí nghiệm truyền thống

Đối với các thí nghiệm truyền thống mà chúng ta đang áp dụng đó là hầu như cần phải có phòng thí nghiệm, bao gồm các dụng cụ, hóa chất, để thực hành các thí nghiệm cho các lĩnh vực Việc này đòi hỏi phải bỏ ra chi phí để xây dựng một phòng thí nghiệm, hay ít nhất là mua thiết bị thí nghiệm

1.3 Thí nghiệm ảo trong giảng dạy

1.3.1 Khái niệm về thí nghệm ảo

1.3.1.1 Thuật ngữ ”ảo”

Ngày nay thuật ngữ ảo được dùng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt

là CNTT, Toán học, Vật lý học, Bảo tảng học, Tuy nhiên, hiểu và vận dụng thuật ngữ ảo thế nào là đúng ? nội dung đề cập dưới đây sẽ làm sáng tỏ điều đó

Hiểu một cách chung nhất, theo từ điển tiếng Việt, ”ảo” có nghĩa là giống như thật nhưng lại không có thật Văn phòng ảo – một trong những giải pháp về dịch vụ thương mại điện tử là một môi trường điện toán khác biệt với môi trường điện toán khác biệt với môi trường làm việc của văn phòng truyền thống (Có địa chỉ, trang thiết bị, kỹ thuật, con người ) nhưng các công việc (quản lý, nhân sự, và các tiện ích cho hoạt động kinh doanh của doanh nghiệp như email, lịch làm việc, danh bạ nhân viên) vẫn được tiến hành với đầy đủ các chức năng của một văn phòng thực trên nền tảng ứng dụng công nghệ Internet

Như vậy, văn phòng ảo không tồn tại địa điểm, trang thiết bị, con người một cách tập trung như văn phòng thực, nhưng các chức năng hoạt động cơ bản của văn phòng vẫn được thực hiện thông qua hệ thống các phương tiện truyền thông, CNTT Giải pháp này giảm chi phí đáng kể cho hoạt động của một văn phòng thât

1.3.1.2 Mô hình

Mô hình (Model) là một sơ đồ phản ánh đối tượng hoặc hệ thống Con người dùng sơ đồ để nghiên cứu, thực nghiệm nhằm tìm ra các quy luật hoạt động của đối tượng hoặc hệ thống Hay nói một cách khác, mô hình là đối tượng thay thế đối tượng gốc (đối tượng thực tế) dùng để nghiên cứu về đối tượng gốc Bàn về khái niệm mô hình trong dạy học, có một số ý kiến khác cho rằng: Mô hình là phương tiện dạy học hình khối (3 chiều) phản ánh tính chất, cấu tạo cơ bản của vật thật Giá trị sư phạm của mô hình là ở chỗ nó có khả năng truyền đạt lượng tin về sự phân bố

và tác động qua lại giữa các bộ phận trong mô hình Để làm được điều đó, mô hình cần phải phản ánh được những đặc điểm cơ bản của vật thật mà nó thay thế Trong thực tế quá trình giảng dạy với một số nội dung sử dụng mô hình cũng có hiệu quả tương đương với sử dụng vật thật Tuy nhiên vì chế tạo mô hình thường rất phức tạp

và đắt tiền nên người ta chỉ sử dụng mô hình trong trường hợp không có phương tiện nào khác thay thế Hiện chưa có một lý thuyết tổng quan về mô hình nói chung,

8

mà chỉ có những lý thuyết được xây dựng cho từng loại mô hình Theo lý thuyết này

có thể phân mô hình làm 2 loại sau:

+ Mô hình thực thể (mô hình vật lý)

Mô hình vật lý là một hệ thống được hình dung trong óc hay được thực hiện một cách vật chất, hệ thống đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta những thông tin về đối tượng, ví dụ như mô hình động cơ đốt trong, mô hình dao động, nhìn chung mô hình vật lý thường được dùng trong thực nghiệm

Căn cứ vào tiêu chuẩn cùng chất, giống về chất, khác về chất giữa nguyên hình và mô hình mà người ta chia mô hình thực thể thành ba loại: Mô hình trích mẫu- cùng chất với nguyên hình, mô hình đồng dạng – giống chất với nguyên hình,

và mô hình tương tự - khác chất với nguyên hình

+ Mô hình khái niệm

Mô hình khái niệm là mô hình có tính chất hình thức, trừu tượng Trong khoa học kỹ thuật, mô hình toán học (mathematical model) là điển hình của loại mô hình này Mô hình toán học là mô hình khái niệm dưới dạng một cấu trúc hay một hệ thức toán học Việc nghiên cứu các mô hình toán học thường dựa trên cơ sở vận dụng các lý thuyết toán học hiện đại kết hợp với CNTT

+ Mô phỏng

Mô phỏng (Simulation) được ứng dụng rộng rãi trong kinh tế, kỹ thuật và nhiều lĩnh vực khác Trong khóa học và công nghệ, mô phỏng là con đường nghiên cứu thứ ba, song song với nghiên cứu lý thuyết thuần túy và nghiên cứu thực nghiệm trên đối tượng thực Nó được sử dụng khi không thể, không cần hay không nên thực nghiệm trên đối tượng thực

Trong thực tế, đã có nhiều công trình nghiên cứu về mô phỏng Theo đó cũng đã có nhiều quan điểm xung quanh khái niệm mô phỏng:

9

Theo từ điển chính xác Oxford bản 1976, ”Mô phỏng có nghĩa là giả cách, làm ra vẻ như, hành động như, bắt chước giống với, mang hình thức của, giả bộ như , làm giả các điều kiện của tình huống nào đó thông qua một mô hình với mục đích huấn luyện hoặc tiện lợi”

Theo từ điển tiếng việt, mô phỏng là phỏng theo Theo TS Lê Huy Hoàng,

mô phỏng được hiểu theo hai cách khác nhau: nghĩa thứ nhất, mô phỏng là đối tượng, hệ thống có các thuộc tính có thể đại diện cho một đối tượng, hệ thống thực Được thể hiện qua định nghĩa: ”Mô phỏng là một chương trình tin học, sử dụng thuật toán hoặc lý luận logic để tái tạo các đặc điểm chọn lọc của một hệ theo cách

mà hiệu ứng do sự thay đổi giá trị các biến riêng biệt có thể quan sát được Thuật toán và logic phải quan hệ cơ bản với hệ đang xét, và không chỉ dùng để chọn những quan sát khác nhau được chuẩn bị trước” Nghĩa thứ hai, mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu về đối tượng, hệ thống thực thông qua mô hình của nó, Đó là:

”Quá trình thiết kế một mô hình của một hệ thống thực và thực nghiệm với

mô hình đó nhằm mục đích tìm hiểu về hoạt động của hệ thống ” hay Một thực nghiệm trên mô hình của đối tượng thực” hay theo nghĩa thuật ngữ, mô phỏng là

”thực nghiệm quan sát được và điều khiển được trên mô hình của đối tượng khảo sát”

Trong luận văn này, mô phỏng được hiểu theo nghĩa thứ hai, tức là ”Thực nghiệm quan sát được và điều khiển được trên mô hình” Mô phỏng bao gồm những quá trình sau đây:

+ Xây dựng mô hình cho đối tượng nghiên cứu

+ Thực nghiệm trên mô hình để có kết quả về đối tượng nghiên cứu

+ Kiểm nghiệm lại kết quả thu được

Khi mô hình của đối tượng nghiên cứu là mô hình số (mô hình thể hiện bằng chương trình máy tính) thì mô phỏng được gọi là mô phỏng số hay còn gọi là mô phỏng điện toán

10

Bản chất của phương pháp mô phỏng số là xây dựng mô hình số và dùng phương pháp số để tìm các lời giải bài toán Chính vì vậy, máy tính số là công cụ duy nhất và hữu hiệu để thực hiện việc mô phỏng điện toán là quá trình xây dựng một mô hình logic toan shocj của một hẹ thống thực và thực nghiệm với mô hình ấy bằng máy tính

Trong Công nghệ dạy học ở nước ta hiện nay, ngoài các phương pháp quen thuộc là hình vẽ, đồ dùng dạy học trực qua và các phương tiện nghe nhìn mà thầy trò khó tham gia tạo dựng, cải tiến như phim, băng hình do máy tính ngày càng phổ biến, phương pháp mô phỏng bằng đồ họa vi tính đã trở nên phổ biến ở các trường đại học, cao đẳng, trung học, tiểu học,

Thí nghiệm ảo là tập hợp các tài nguyên số đa phương tiện dưới hình thức đối tượng học tập, nhằm mục đích mô phỏng các hiện tượng vật lý, hóa học, sinh học, xảy ra trong tự nhiên hay trong phòng thì nghiệm, có đặc điểm là có tính năng tượng tác cao, giao diện thân thiện với người sử dụng và có thể mô phỏng những quá trình, điều kiện tới hạn khó xảy ra trong tư nhiện hay khó thu được trong phòng thí nghiệm Thí nghiệm ảo giúp giảm thiểu việc học chay, dậy chay thường gặp do thiếu phương tiện, điều kiện thí nghiệm giúp người học chủ động học tập phù hợp với tinh thần người học là trung tâm của giáo dục hiện đại

Theo quan điểm giáo dục hiện đại, không có sự phân biệt giữa một đơn vị học tập điện tử (đối tượng học tập – Learning Object) với một thí nghiệm ảo, hay một đơn

vị kiểm tra đánh giá Thực chất các đơn vị này đều có tính năng tương tác người học, khả năng đánh giá tiến độ người học theo mức độ đáp ứng các yêu cầu đề ra Cũng trên quan điểm như vậy, thí nghiệm ảo về thực chất không khác một trò chơi giáo dục Tuy nhiên để làm được điều này cần đảm bảo tính chất độc lập, hay mỗi thí nghiệm ảo phải có khả năng hoạt động độc lập như một đối tượng học tập, được thiết kế để giải quyết một hay một số mục tiêu (nhiệm vụ học tập cụ thể) Trò chơi giáo dục giúp tăng hiệu quả học tập qua việc khuyếnh khích người học chủ động học tập thể hiện tinh thần "học mà chơi, chơi mà học"

(Theo: http://vi.wikipedia.org/wiki/Thi_nghiem_ao)

11

1.3.2 Những đặc điểm của thí nghiệm ảo

Thí nghiệm ảo không phải là một đoạn hoạt hình hay vi deo tường thuật lại minh hoạ quá trình tiến hành thí nghiệm

Mỗi thí nghiệm ảo là một phần mềm đa phương tiện hoàn chỉnh, tích hợp nhiều loại dữ liệu như văn bản, hình ảnh, âm thanh, video

Các thí nghiệm ảo phải có khả năng tương tác cao Giáo viên và học sinh thực sự có thể “làm thí nghiệm” như trước một bàn thí nghiệm Các đối tượng trong cho phép người sử dụng trực tiếp điều khiển Giáo viên có thể sử dụng chuột để chọn lấy các dụng cụ thí nghiệm trên giá, thực hiện thao tác từng bước theo kịch bản đề ra, nhịp độ có thể nhanh hay chậm tuỳ ý, có thể làm lại thao tác

Bản thân mỗi thí nghiệm ảo là một chuỗi các thao tác phức tạp, gồm nhiều cảnh khác nhau

Có những thí nghiệm đòi hỏi xử lí có phần “thông minh”, có nhiều khả năng lựa chọn khác nhau đưa đến các tình huống khác nhau Một ví dụ thí là thí nghiệm

về đo dòng điện Các cách lắp đặt nguồn điện, thiết bị đo và nối dây khác nhau có thể đưa đến tình huống đúng hoặc sai, sai từ lỗi nhẹ đến lỗi có hậu quả nghiêm trọng (gây cháy nổ)

+ Để xây dựng được một thí nghiệm ảo ta phải làm gì?

- Khảo sát : Nhằm xem xét nột dung thí nghiệm, xem xét bản chất của sự vật, hiện tượng

- Xây dựng kịch bản: Bước này là quan trọng nhất, cần có những tài liệu chính xác

và các chuyên gia, giáo viên nhiều kinh nghiệm xây dựng

- Việc chuẩn bị tài liệu xây dựng thí nghiệm rất khác so với việc biên soạn tài liệu truyền thống Các kịch bản phải được thiết kế chuyên dụng, không đơn thuần như các slide bài giảng

- Xây dựng khung thí nghiệm: Bước này mô hình hóa kịch bản, phân tích các cảnh, các công cụ sử dụng trong kịch bản, xây dựng các mô hình, phân tích các tượng tác của thí nghiệm

- Xây dựng thí nghiệm: Sau khi đã xây dựng được khung thí nghiệm, kết hợp các

+ Điểm mạnh của thí nghiệm ảo

Dễ dùng, trực quan sinh động: Giao diện thân thiện, dễ dùng với âm thanh

và hình ảnh trực quan sinh động, học sinh không chỉ được nhìn, xem, còn có cơ hội tham gia thực sự các thí nghiệm ảo qua các thao tác đã được trực quan hóa với những thiết bị ảo, đây chính là một điểm mạnh của phần mềm so với những bài giảng power point truyền thống Tính chủ động của học sinh, sinh viên tăng lên do

có thể tự học ở nhà trên đĩa CD hay web trong khi giáo viên có thể sử dụng trên lớp như giáo cụ trực quan minh họa cho bài giảng, do đó khắc phục được phần nào về tình trạng thiếu thiết bị, nguyên vật liệu thí nghiệm như hiện nay

Tăng hứng thú và tính chủ động: Để hỗ trợ tự học, một giáo viên ảo với giọng nói truyền cảm sẽ giúp sinh viên trong khi học, giáo viên ảo có thể bầy tỏ thái

độ, khuyến khích hay chê trách giúp sinh viên dễ định hướng kiến thức trong khi học.Sự kết hợp hài hòa giữa câu hỏi trắc nghiệm truyền thống (lựa chọn, đúng sai, ) với hình thức trắc nghiệm kỹ năng giàu tính tương tác thu hút chú ý và tăng tính chủ động người học Giao diện học tập được tính toán yếu tố mầu sắc, tiện lợi và chiến lược giáo dục Có hai chế độ học: mod tuần tự (khi yêu cầu về tính qui trình là quan trọng) Với mod lựa chọn, có thể chọn một chủ đề học tập bất kỳ, tùy thuộc vào tiến

độ, khả năng tiếp thu cá nhân, giáo viên dùng mod này khi giảng trên lớp

Hiệu quả đạt được: Do kết hợp BÀI GIẢNG + tương tác THỰC HÀNH + TRẮC NGHIỆM đánh giá: Thí nghiệm mô phỏng góp vai trò vào 2/3 yếu tố làm tăng tính chủ động học tập trực quan, tương tác cao, cho phép đánh giá mức độ tiếp thu kiến thức của sinh viên là những yếu tố không thể thiếu đối với một phần mềm giáo dục hiện đại

Tích hợp đa phương tiện

13

Việc tích hợp tính năng multimedia (đoạn phim, âm thanh,…) làm thí nghiệm sinh động cùng với lập trình hành động tạo đối tượng thí nghiệm ảo dễ dùng lại sẽ tiết kiệm công sức thiết kế phát triển đối với những vòng đời sau của phần mềm

1.3.3 So sánh thí nghiệm ảo và thí nghiệm truyền thống

+ Thí nghiệm thật: là các thí nghiệm được thực hiện bằng các dụng cụ thí nghiệm thật, các hoá chất thật

+ Thí nghiệm ảo: là các thí nghiệm được thực hiện trên máy vi tính, thí nghiệm ảo thực chất là mô hình của thí nghiệm thật trên máy vi tính Có thể nói rằng thí nghiệm ảo hay thí nghiệm thật thì cũng đều được xếp vào dòng là thí nghiệm trực quan, cùng làm sáng tỏ lý thuyết, gây hứng thú học tập cho các em, giáo dục tính tò

mò khoa học, làm cho học sinh nhận thức dễ dàng hơn, kiến thức thu được của các

em rõ ràng và sâu sắc, đồng thời lớp học sôi nổi, hào hứng, … Tuy nhiên mỗi cách đều có ưu nhược điểm của nó Với công nghệ hiện đại như ngày nay, với sự hỗ trợ đắc lực của máy vi tính thì cuộc sống ảo vô cùng phong phú, đôi khi nó còn lấn át cuộc sống thực tại của chúng ta, tuy nhiên không thể nói thí nghiệm ảo hoàn toàn tốt hơn thí nghiệm thật nhưng nó lại có rất nhiều ưu điểm có thể đánh bại thí nghiệm thật Có thể đưa ra dưới đây một số điểm cơ bản mà thí nghiệm ảo khắc phục được nhược điểm của thí nghiệm thật: Trong trường hợp giáo viên làm thí nghiệm thật trên lớp cho học sinh quan sát thì hầu như các dụng cụ thí nghiệm đều nhỏ, lớp học đông, phòng học rộng Như vậy khi làm thí nghiệm thì không phải tất

cả các học sinh trong lớp đều có thể quan sát dễ dàng được, các em ở cuối lớp chỉ

có thể nghe giáo viên nói mà không thể nhìn được thí nghiệm giáo viên làm như thế nào và chỉ có một số học sinh ở bàn trên mới có thể quan sát rõ thí nghiệm Trong khi đó thí nghiệm ảo được thực hiện trên một màn chiếu, mà thông thường màn chiếu được đặt sao cho tất cả học sinh trong lớp học có thể nhìn rõ tất cả những gì thực hiện trên đó, đồng thời giáo viên hoàn toàn có thể chỉnh kích cỡ của dụng cụ thí nghiệm cho đủ lớn để cho cả lớp đều có thể quan sát rõ ràng kể cả các em ngồi ở cuối lớp học.Tiếp theo nói tới vấn đề an toàn của thí nghiệm, với một số thí nghiệm

cụ thí nghiệm, với chương trình đổi mới giáo dục như hiện nay thì trong chương trình phổ thông cơ sở, hầu như tiết học nào cũng có thí nghiệm Với một thí nghiệm đơn giản, ít dụng cụ thì giáo viên có thể dễ dàng chuẩn bị dụng cụ, dễ dàng chuyển

từ lớp học này sáng lớp học khác Tuy nhiên với một thí nghiệm mà các dụng cụ kồng kềnh thì đây lại không phải là một điều đơn giản Còn với thí nghiệm ảo thì giáo viên hoàn toàn không phải lo lắng gì về vấn đề này, các dụng cụ có sẵn trong máy vi tính giáo viên chỉ cần một lần thực hiện đưa phần mềm thiết kế thí nghiệm vào trong máy và cài đặt chương trình, như thế lần sau sẽ hoàn toàn yên tâm về dụng cụ thí nghiệm…

Như vậy có thể thấy khá nhiều ưu điểm của thí nghiệm ảo như trên đây, hơn nữa hiện nay, khi mà tin học được ứng dụng nhiều vào trong trường học thì việc sử dụng các thí nghiệm ảo hỗ trợ cho giảng dạy các môn học là hoàn toàn hợp lý 1.3.4 So sánh giữa thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử

Thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử gắn bó chặt chẽ với nhau Thí nghiệm ảo giúp tăng hiệu quả giáo dục, huấn luyện của bài giảng điện tử qua tính năng tương tác cao với người tiến hành thí nghiệm, với hệ thống Trong khi đó, bài giảng điện

tử giúp xâu chuỗi các thí nghiệm ảo theo một trình tự logic, mang tính giáo dục Thí nghiệm ảo cùng với bài giảng điện tử giúp áp dụng được cả 3 yếu tố giáo dục hiện đại trong phần mềm dạy học là "học + thực hành + kiểm tra đánh giá", cần thiết hiệu quả học tập đạt được cao

15

Thí nghiệm ảo có các ưu điểm giống với bài giảng điện tử, ngoài ra, chúng

có thể giả lập những tình huống, điều kiện tới hạn, khó xảy ra trong thế giới thực giúp người học nắm được bản chất của vấn đề Tuy nhiên, thí nghiệm ảo không thể thay thế được kinh nghiệm thực tiễn Phi công sẽ không lái được máy bay hạ cánh khi chỉ toàn thực tập trên mô hình ảo; bác sĩ sẽ không phấu thuật tim được khi chỉ

có kinh nghiệm với dao mổ ảo trên máy tính thí nghiệm ảo là thí nghiệm trên môi trường ảo (môi trường số hoá) gồm mô hình ảo, phân tích băng hình, mô phỏng,

nó có vai trò là phương tiện dạy học trong quá trình dạy học, đáp ứng được đầy đủ các bước, các quá trình của bài giảng Khi soạn giáo án điện tử ta có thể kết hợp cả thí nghiệm thực và thí nghiệm ảo, sao cho phù hợp với các quá trình nhận thức và trật tự logic cua bài học

Bài giảng điện tử là một hình thức tổ chức bài lên lớp nhằm thực thi giáo án điện tử Khi đó toàn bộ kế hoạch hoạt động dạy học đều được chương trình hoá, do giáo viên điều khiển thông qua môi trường đa phương tiện với sự hỗ trợ của CNTT Nếu như bài giảng truyền thống là sự tương tác giữa thầy và trò thông qua các phương pháp, phương tiện và hình thức dạy - học truyền thống thì bài giảng điện tử

là sự tương tác giữa thầy và trò thông qua các phương pháp, phương tiện và hình thức dạy - học có sự hỗ trợ của CNTT Do đó, có rất nhiều mức độ tham gia của CNTT trong một bài giảng điện tử

Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa có một chuẩn mực nào để đánh giá “bài giảng điện tử” Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng địa phương, từng đơn vị mà mức

độ “bài giảng điện tử” sẽ khác nhau Hiện nay bài giảng điện tử được giảng viên tạo

ra bằng cách sử dụng những phần mềm tạo bài giảng điện tử, ví dụ như Adobe Presenter, Captivate, Articulate, Camtasia Mỗi bài giảng thường có âm thanh lời giảng, hình ảnh, video được sắp xếp theo logic sư phạm để cung cấp cho người học những kỹ năng, kiến thức nhất định Người học có thể ngồi bất cứ đâu và bất cứ thời gian nào cũng có thể học được, chỉ cần có mạng Internet, máy tính hay điện thoại Ngoài vấn đề kiến thức, một điều rất quan trọng của bài giảng điện tử là phải tạo được hứng thú cho người học

16

Thí nghiệm ảo cũng giống với bài giảng điện tử, ngoài ra, một ưu điểm của thí nghiệm ảo trên máy tính là có thể giả lập những tình huống, điều kiện tới hạn, khó xảy ra trong thế giới thực giúp người học nắm được bản chất của vấn đề Tuy nhiên, thí nghiệm ảo không thể thay thế được kinh nghiệm thực tiễn, hãy thử tưởng tượng phi công lái máy bay hạ cánh khi chỉ toàn thực tập trên mô hình ảo, hay một bác sĩ phẫu thuật mỗ tim trong khi lại chỉ toàn kinh nghiệm với dao mổ ảo trên máy tính

Thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử gắn bó chặt chẽ với nhau, không thể tách rời, thí nghiệm ảo giúp tăng hiệu quả giáo dục, huấn luyện của bài giảng điện tử qua tính năng tương tác cao với người tiến hành thí nghiệm, với hệ thống trong khi bài giảng điện tử giúp xâu chuỗi các thí nghiệm ảo theo một trình tự logic, mang tính giáo dục

17

CHƯƠNG 2 LÝ LUẬN VÀ ỨNG DỤNG CÁC PHẦN MỀM DẠY HỌC ĐỂ

XÂY DỰNG PHÒNG THÍ NGHIỆM ẢO

2.1 Lý luận trên một số bộ môn

2.1.1 Bộ môn Toán học

Toán học là môn khoa học nghiên cứu về các số, cấu trúc, không gian và các phép biến đổi Nói một cách khác, người ta cho rằng đó là môn học về "hình và số." Theo quan điểm chính thống, nó là môn học nghiên cứu về các cấu trúc trừu tượng định nghĩa từ các tiêu đề, bằng cách sử dụng Luận lý học (lôgic) và ký thiệu toán học Các quan điểm khác của nó được miêu tả trong Triết học toán Do khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều khoa học, toán học được mệnh danh là "ngôn ngữ của

vũ trụ" Chuyên gia trong lĩnh vực toán học được gọi là nhà toán học (Theo http://vi.wikipedia.org/wiki/Toan_hoc) Trong đó, Hình học là một trong những môn học ở trường phổ thông đòi hỏi học sinh phải có khả năng tư duy trừu tượng cao nên việc dạy và học môn hình học gặp phải nhiều khó khăn

Hiện nay, việc giảng dạy phần hình học không gian trong trường học đã được trực quan hóa một số tiết thông qua việc giáo viên sử các mô hình khi lên lớp Tuy nhiên, việc chuẩn bị mô hình hình học không gian chiếm khá nhiều thời gian

và công sức của giáo viên và xét về một mặt nào đó thì cũng chưa thực sự “trực quan hóa” Đa số các tiết dạy, giáo viên thường sử dụng phương pháp diễn tả các hình khối hình học không gian còn ở mức đơn giản, tính trực quan chưa cao, chưa phù hợp với đối tượng học sinh, điều đó ảnh hưởng đến việc tiếp thu kiến thức của học sinh

Với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, nhất là trong tin học Việc sử dụng các phần mềm dạy học và đưa công nghệ thông tin vào dạy học đã được nhiều trường quan tâm, đầu tư về cơ sở vật chất Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học là một việc làm quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học trong giai đoạn hiện nay

sẽ rất khó khăn trong việc giảng dạy

Có một số trường trang bị đầy đủ phòng thí nghiệm và có điều kiện để cho học sinh thực nghiệm nhưng cũng không thường xuyên tiến hành thí nghiệm vì nhiều lí do khác nhau

- Thứ nhất, việc tiến hành thí nghiệm phải được chuẩn bị kỹ càng và mất nhiều thời gian Giáo viên phải chuẩn bị và tiến hành trước Điều này gây lên tâm lí ngại làm thí nghiệm ở giáo viên

- Thứ hai, học sinh thường không lường trước được sự nguy hiểm của các phản ứng nên có thể xảy ra sự cố trong phòng thí nghiệm do học sinh nghịch ngợm hóa chất

- Thứ ba, có những phản ứng đặc biệt nguy hiểm nếu thao tác không chính xác sẽ gây ra tai nạn

Vậy vấn đề đặt ra là làm sao vẫn có thể tiến hành các thí nghiệm để học sinh hiểu và nắm vững bài học nhưng vẫn tiết kiệm thời gian và không gây nguy hiểm + Cách xây dựng thí nghiệm ảo hóa học trong môi trường 3D:

- Tạo các vật thể: Bước này được xây dựng dựa theo các dụng cụ của kịch bản, nhằm tạo ra các dụng cụ thí nghiệm

- Tạo chất liệu, áp chất liệu vào vật thể: Bước này nhằm xây dựng chất liệu cấu tạo vật thể, Ví dụ như ống nghiệm được làm bằng thủy tính, giá đỡ được làm bằng sắt hay vật liệu đó là chẩt lỏng như nước, axit

19

- Ghép các dụng cụ lại với nhau Từ các dụng cụ thí nghiệm được thiết kế riêng lẻ ghép các dụng cụ lại để bắt đầu xây dựng cảnh cho thí nghiệm

- Mô phỏng lại các phản ứng, tương tác có thể xẩy ra của thí nghiệm

- Phân tích các tương tác từ người sử dụng Bước này cho phép người sự dụng tương tác với thí nghiệm thông qua giao diện đồ họa Người sự dụng có thế hiệu chỉnh một số thông số như hiệu chỉnh góc nhìn, nhìn cận cảnh hay nhìn toàn bộ thí nghiệm, tương tác làm thay đổi thí nghiệm như tằng them nhiệt độ, tăng nồng độ chất …

20

Trong những năm vừa qua, giáo viên đã cố gắng rất nhiều trong hoạt động dạy và học, bằng cách thiết kế bài giảng có câu hỏi gợi mở để học sinh thấy đích mà vươn tới Vì vậy tiết nào cũng phải có đồ dùng dạy học Học sinh phấn khởi vì được trực tiếp làm thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng, được tự mình tìm ra quy luật tự nhiên

Tuy nhiên, để có được một tiết dạy như vậy còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu

tố, cộng với sự nhiệt tình hết mình, tìm tòi, sáng tạo của giáo viên mới có thể mang lại kết quả tốt đẹp Một mặt dụng cụ thí nghiệm mang lại hiệu quả và hỗ trợ rất tốt cho bài học, mặt khác nếu thí nghiệm, vì những lý do khác nhau lại không cho kết quả như mong muốn sẽ gây mất hứng thú cho học sinh, tác động không tốt đến bài giảng, nếu không muốn nói là phản tác dụng Thí dụ như bộ quang học rất khó tạo

ra được hai tia sáng song song Sự tạo thành ảnh của các thấu kính cũng khó thu được được hình ảnh rõ nét Nguyên nhân là do chất lượng đồ dùng dạy học của chúng ta chưa cao Một số thí nghiệm khác không gây được ấn tượng cho học sinh , thí dụ như hiện tượng dẫn nhiệt, mắt thường không thể nhận biết được sự truyền nâng lượng Một nguyên nhân khác nữa cũng làm cho thí nghiệm trong điều kiện thông thường không thể thực hiện được: Thời gian, đối với một tiết học chỉ giới hạn trong 45 phút, vừa phải truyền đạt kiến thức cơ bản, vừa phải tiến hành thí nghiệm, với điều kiện thực tế một số trường hiện nay, khó mà thực hiện được nếu không kéo dài thời gian của một tiết học Hoặc có thí nghiệm, trên thực tế không thể thực hiện được vì độ an toàn quá thấp, quá nguy hiểm , như thí nghiệm về hiện tượng đoản mạch Vì vậy thí nghiệm ảo đã giúp cho giáo viên rất nhiều trong hoạt động dạy học Nó hỗ trợ trong những trường hợp mà thí nghiệm trong điều kiện bình thường không thể thực hiện được, vừa tiết kiệm được thời gian, vừa cho học sinh tiếp xúc với phương pháp dạy và học tiên tiến, hiệu quả của giờ học được nâng cao

21

2.2 Ứng dụng các phần mềm dạy học để xây dựng phòng thí nghiệm ảo

2.2.1 Phòng thí nghiệm hóa học với Crocodile chemistry

2.2.1.1 Đặt vấn đề

Căn cứ vào nhu cầu thực tại các trường học, vậy vấn đề đặt ra là làm sao vẫn

có thể tiến hành các thí nghiệm để học sinh hiểu và nắm vững bài học nhưng vẫn tiết kiệm thời gian và không gây nguy hiểm Phần mềm Crocodile Chemistry sẽ đáp ứng được các yêu cầu đó Ngoài ra phần mềm còn giúp cho học sinh biết được quá trình diễn biến của phản ứng để nhận biết các phản ứng nguy hiểm trước khi vào phòng thí nghiệm thực

Vì vậy hiểu và ứng dụng phần mềm thí nghiệm ảo Crocodile Chemistry là thực sự cần thiết cho cả giáo viên và học sinh

2.2.1.2 Giới thiệu về phần mềm và cách thiết kế thí nghiệm

2.2.1.2.1 Giới thiệu về phần mềm Crocodile Chemistry

Trong bản báo cáo này tôi xin giới thiệu phần mềm Crocodile Chemistry

phiên bản 6.05, đây là phiên bản mới nhất được cập nhật vào tháng 3 năm 2008 Phần mềm được tải từ trang Web www.crocodile.org Sau khi tải về thực hiện cài đặt phần mềm vào máy của mình Tiến hành chạy file CrocodileChemistry.exe Phần mềm có giao diện đẹp mắt và thuận tiện cho người sử dụng

Hình 2 Phần mềm mô phỏng Crocodile Chemistry

22

Crocodile Chemistry : mô phỏng phòng thí nghiệm Hóa Học ngay trên chính

PC của bạn, nơi bạn có thể thực hiện các cuộc thí nghiệm hóa học một cách an toàn

và dễ dàng

Công việc hết sức dễ dàng, bạn chỉ cần kéo hóa chất, thiết bị, lọ thí nghiệm từ bên trái màn hình và kết hợp chúng như bạn muốn Bạn có thể chọn số lượng chất, loại hình phản ứng và phản ứng sẽ diễn ra ngay khi bạn trộn lẫn chúng Những

đồ thị sẽ phân tích dữ liệu từ cuộc thí nghiệm của bạn, những phân tích này sẽ diễn

ra trong không gian 3D

Hình 2.1: Phần mềm mô phỏng thí nghiệm Crocodile Chemistry

Có 63 đồ dùng trong Crocodile Chemistry được thiết kế xung quanh chương trình khoa học mới làm cho việc sử dụng trở nên dễ dàng hơn nhiều để thiết lập những cuộc thí nghiệm của bạn Mỗi đồ dùng giải quyết một đề tài đặc biệt từ chương trình khoa học Trong mỗi ngăn đồ dùng bạn sẽ tìm thấy một mô hình để bắt đầu, đây là một môi trường làm sẵn nơi bạn có thể thiết lập cuộc thí nghiệm của bạn Bạn cũng sẽ tìm thấy hóa chất, thiết bị bạn cần và thiết lập như bạn muốn Kéo những thứ bạn cần vào màn hình và những cuộc thí nghiệm của bạn đã sẵn sàng + Chọn số lượng, loại hình phản ứng :

Crocodile Chemistry cung cấp nhiều tính năng linh hoạt hoạt hơn phần mềm khoa học khác Như một thư viện đồ dùng, hóa chất với cơ cấu dễ dàng, bạn

23

hoàn toàn có thể sử dụng nhiều hóa chất, số lượng dùng và kết hợp chúng như bạn muốn Bạn có thể dạy cho sinh viên theo cách của riêng mình cho họ thấy những phản ứng bạn muốn

+ Mô phỏng theo thời gian thực :

Bạn có thể thí nghiệm chính xác những điều bạn muốn Chẳng hạn, đặt tập trung chính xác vào một giải pháp, nên chăng sử dụng bột thô hay dung dịch Khả năng linh hoạt của Crocodile Chemistry là rất lớn, bạn có thể thay đổi những tham

số giúp đỡ bạn minh họa những phản ứng khác nhau, những hiệu ứng của việc thay đổi những điều kiện là vai trò của năng lượng trong hóa học, nó cũng giúp đỡ với phép lấy vi phân Mở rộng những khả năng của sinh viên hay đơn giản hóa những

đề tài cho những học sinh, sinh viên Với những đồ dùng mới bạn chỉ cần thay đổi những thiết đặt khi bạn muốn, xây dựng mô hình theo ý bạn, bạn sẽ thấy thoải mái khi làm việc với phần mềm

+ Số liệu thời gian thực

Công cụ đồ thị mạnh sẽ phác họa bất kỳ số lượng nào trên mọi trục Chẳng hạn, độ pH chống lại thể tích, dễ dàng để thiết lập thêm bớt đồ thị kéo, một ký hiệu đích lên trên bình được chọn, lựa chọn cái gì để phác họa

Những đồ thị được phác họa trong thời gian thực sống động trên màn hình, đồng thời mỗi bình có một cửa sổ thông tin mà những phản ứng biểu diễn, những tính chất vật lý, những khối lượng phản ứng được mô phỏng theo thời gian thực của phản ứng Bạn có thể tùy biến những hiển thị như thế nào để thỏa mãn những nhu cầu lớp của bạn

2.2.1.2.2 Cách thiết kế một thí nghiệm hóa học

Với một lượng hóa chất và thiết bị tương đối phong phú và đầy đủ ta có thể tiến hành phần lớn các thí nghiệm hóa học trong chương trình phổ thông Nhưng chúng ta cũng không nên quá lạm dụng việc sử dụng phần mềm Các thí nghiệm đơn giản có thể thực hiện được thì nên cố gắng để học sinh tự thực nghiêm Vì làm thì nghiệm trên thực tế thu được kết quả cao hơn đối với các thí nghiệm ảo

24

Chúng ta chỉ nên làm thí nghiệm ảo với các thí nghiệm mà trong phòng thí nghiệm của chúng ta không có đầy đủ hóa chất và thiết bị thí nghiệm, hoặc là những phản ứng nguy hiểm

Ví dụ 1: Thí nghiệm Halogen mạnh đẩy halogen yếu ra khỏi dung dịch muối

Phản ứng Cl2 + 2KI KCl + I2Tiến hành:

Bước 1: Vào File\New màn hình mới sẽ hiện ra

Bước 2: Vào Parts Library\chemical\gases rồi chọn Chlorine (Cl2) (giữ chuột trái và kéo ra màn hình)

Bước 3: Vào Parts Library\chemical\Halides rồi chọn Potassium iodine (KI)

Bước 4: Vào Parts Library\Glassware\Standard chọn test tube (ống nghiệm)

Bước 5: Vào Parts Library\Equipment\Stopper\small (hoặc large) rồi chọn two tubes ( nút có 2 vòi)

Bước 6: Cho KI vào ống nghiệm bằng cách nhấp chuột vào lọ đựng KI rôi kéo đổ

về phía ống nghiệm.Ta có thể chỉnh nồng độ và thể tích của KI bằng cách thay số ở trên lọ hóa chất

Bước 7: Lắp nút có 2 vòi lên ống nghiệm

Bước 8: Kéo một đường dẫn từ bình đựng khí Cl2 đến một đầu vòi (bằng cách nhấp chuột lên đầu bình đựng Cl2 rồi kéo dài về phía vòi trên nút ống nghiệm)

Ta sẽ thấy dung dịch KI sẽ chuyển dần sang mầu tím đó là mầu của I2

Ví dụ 2: Thí nghiệm chứng minh hiện tượng dương cực tan

Khi điện phân dung dịch điện cực duong được làm từ kim loại giống với kim loại tạo ra ion của muối thì sẽ xảy ra hiện tượng dương cực tan

Bước 1: Vào Parts Library\Glassware\Standard chọn beaker 100ml (Cốc thủy tinh) Bước 2: Vào Parts Library\Equipment\Electrochemistry\electrodes chọn 2 điện cực Cacbon và Copper (Đồng)

Bước 3:Vào Parts Library\Equipment\Electrochemistry chọn battery (điện cực) có thể điều chỉnh hiệu điện thế và cường độ dòng của điện cực và chọn Switch (khóa).Lắp khóa vào sơ đồ mạch điện

25

Bước 4: Nối Cu vào cực (+) và Cacbon vào cực (-)

Bước 5:Vào Parts Library\chemical\sulfates chọn Copper sunfate (CuSO4) rồi đổ vào cốc

Bước 6: Đóng khóa điện và quan sát hiện tượng xảy ra

Ta sẽ thấy cực Cu tan dần và Cu bám sang cực Cacbon

Ví dụ 3: Thí nghiệm mô phỏng ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng Bước 1: Tiến hành tương tự như ở 2 bài thí nghiệm trên ta lấy các dụng cụ và hóa chất gồm: 2 ống nghiệm, 2 ống pitong dạng ống tiêm đo khí, 2 nút 1 vòi, hóa chất gồm CaCO3 dạng thô, HCl với các nồng độ khác nhau 0.5M và 1M

Bước 2: Vào Vào Parts Library\Presentation chọn Graph vì ở đây tôi tiến hành khảo sát đồng thời 2 thí nghiệm nên tôi biểu diễn sự biến đổi thể tích đồng thời trên một

đồ thị Nhấp chuột phải vào đồ thị chọn Properties Nhìn sang màn hình bên trái phần

Properties chọn Traces( đường biểu diễn) chọn traces 2 Sau đó nhấp Show traces Nối liền đồ thị với ống đo thể tích từ hình dấu thập tròn Nhấp chuột trái vào chữ Property trên đồ thị và chọn dạng Volume (thể tích) nếu đo các đại lượng khác thì ta chọn tương ứng Ta có thể điều chỉnh tỷ lệ trên đồ thị cho phù hợp

Bước 3: Cho vào mỗi ống 20 ml HCl 0.5 M và 1 M sau đó cho vào mỗi ống nghiệm 0.6 g CaCO3 Nhấp nút Pause (tạm dừng) Điều này chỉ có thể làm được trên phần mềm còn trên thực tế chúng ta phải làm thật nhanh Sau đó nhấn nút Play (tiến hành) và quan sát hiện tượng

Kết quả chúng ta quan sát thấy ở thí nghiệm với HCl 1M phản ứng tiến hành nhanh hơn điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết khi nồng độ các chất tham gia phản ứng tăng thì tốc độ phản ứng tăng

26

Nhưng phần mềm vẫn có một nhược điểm:

Các thí nghiệm nêu ra là các thí nghiệm vô cơ, không có thí nghiệm về hữu cơ điều này làm hạn chế ứng dụng của phần mềm trong việc giảng dậy hóa hữu cơ

2.2.2 Xây dựng phòng thí nghiệm ảo với Yenka

2.2.2.1 Giới thiệu về phần mềm và cách sử dụng

2.2.2.1.1 Giới thiệu về phần Yenka

Yenka là một thế hệ mới của các mẫu công cụ giáo dục từ hãng Crocodile Clips Cũng trên bảng trắng hoặc khi được sử dụng bởi các học sinh cá nhân, họ cho phép bạn thử nghiệm với các chủ đề bạn đang giảng dạy trong một thế giới ảo an toàn và chính xác

Chức năng chính của phần mềm là giúp học sinh thiết kế các mô hình hình khối kiến trúc không gian dựa trên các hình không gian cơ bản như hình trụ, lăng trụ, hình chóp, hình hộp

Chúng ta có thể khai thác các tính năng thú vị của Yenka Hộp thoại Product Chooser cho bạn chọn lĩnh vực cần mô phỏng thí nghiệm, gồm:Computing (tính toán), Mathematics (biểu đồ toán học, hình học), Science(các thí nghiệm thuộc lĩnh vực Vật lý và Hóa học), Technology (điện tử)

Để sử dụng chương trình, vào trang http://www.yenka.com/file/YK/3.2.7/ để tải về, sau khi tải về thực hiện cài đặt chương trình trên máy tính cá nhân

2.2.2.1.2 Cách sử dụng phần mềm Yenka với hình học

+ Khởi động

Nhấn đúp vào biểu tượng

Hoặc vào Menu start \ all programs \ yenka \ yenka Xuất hiện thông báo:

Muốn thoát khỏi phần mềm nháy nút Close trên thanh công cụ

- Thiết lập các đối tượng, hình khối 3D

+ Thiết lập mô hình đầu tiên

Bây giờ chúng ta sẽ thiết lập một mô hình đối tượng hình đầu tiên Chúng ta sẽ phải làm việc với hộp công cụ đối tượng chính của phần mềm

28

Hãy chú ý đến các đối tượng hình không gian chính là hình trụ ( ), hình

nón ( ), hình chóp ( ) và hình lăng trụ ( ) Em dùng chuột kéo thả các đối tượng này vào khung nền giữa màn hình, em sẽ nhận được mô hình có dạng sau:

Bây giờ ta sẽ sử dụng các công cụ đặc biệt của phần mềm để có thể quan sát tốt hơn

mô hình vừa tạo ra

+ Xoay mô hình trong không gian 3 chiều (3D)

Nháy vào biểu tượng trên thanh công cụ chức năng Khi đó con trỏ sẽ trở thành dạng

Đưa con trỏ chuột lên khung màn hình, nhấn giữ và kéo rê chuột trên màn hình em

sẽ thấy khung mô hình quay trong không gian 3D Lệnh hết tác dụng khi em thả tay chuột

Hình 2.3 Phóng to, thu nhỏ

29

Nháy chuột vào biểu tượng trên thanh công cụ chức năng Khi đó con trỏ sẽ trở thành dạng

Nhấn giữ và kéo rê chuột trên màn hình em sẽ thấy khung mô hình sẽ được phóng

to, thu nhỏ tùy thuộc vào hướng chuyển động của chuột Lệnh hết tác dụng khi em thả tay chuột

+ Dịch chuyển khung mô hình

Nháy chuột vào biểu tượng trên thanh công cụ chức năng Khi đó con trỏ sẽ

trở thành dạng

Các lệnh tạo mới, ghi, mở tệp mô hình

Các tệp lưu trữ mô hình đối tươngj của phần mềm có phần mở rộng mặc định là

yka Các thao tác với tệp đều thông qua biểu tượng Khi nháy chuột vào biểu tượng này một bảng chọn xuất hiện có dạng sau:

Hình 2.4 Các lệnh tạo mới, ghi, mở tệp mô hình

Xóa các đối tượng

Để xóa các đối tượng trên màn hình em dùng chuột nháy chọn (đánh dấu) hình và nhấn phím Delete Có thể chọn đồng thời nhiều đối tượng bằng cách bấm giữ phím Ctrl trong khi chọn Hoặc gõ tổ hợp phím Ctrl-A để đánh dấu tất cả các đối tượng hiện có trên màn hình 4 Khám phá, điều khiển các hình khối 4.1 Thay đổi, dịch chuyển vị trí

30

Muốn thay đổi vị trí một hình khối trên màn hình, em thực hiện thao tác kéo rê chuột lên hình này Chú ý khi dịch chuyển một hình khối lên đúng vị trí đỉnh của một hình khác ta sẽ thu được hai hình khối nằm chồng lên nhau Kỹ thuật này sẽ giúp em sắp xếp các hình khối theo nhiều kiểu kiến trúc khác nhau

Thay đổi kích thước

Để thay đổi kích thước của một đối tượng trước tiên cần nháy chọn hình Khi một hình được chọn em sẽ thấy xuất hiện các đường viền và các nút nhỏ cho phép thực hiện tương tác để thay đổi kích thước đối tượng Tùy vào từng hình mà các đường viền này sẽ có hình dạng khác nhau Sau đây ta sẽ quan sát kỹ hơn:

 Hình trụ

Hình 2.5 Hình trụ

32

Muốn tô màu, thay đổi màu sắc các khối hình em dùng công cụ Khi nháy chuột vào công cụ này em sẽ thấy một danh sách xuất hiện cho phép chọn các màu tô khác nhau

Thao tác thực hiện như sau: dùng chuột nháy vào một công cụ, nhấn giữ và kéo thả ra khung mô hình Khi đó em sẽ thấy trên các hình khối xuất hiện các chấm đen tương ứng với các vị trí có thể thay đổi màu Em cần thực hiện thao tác kéo thả công cụ tô màu vào các vị trí chấm đen đề thực hiện một thao tác tô màu cụ thể

Hình 2.9 tô màu các mặt của hình lăng trụ tam giác với màu sắc khác nhau

33

Sử dụng hộp hội thoại tính chất hình khối

Các tính chất của hình khối có thể được thay đổi thông qua hộp hội thoại tính chất đối tượng Nháy đúp chuột lên đối tượng em sẽ thấy xuất hiện hộp hội thoại mô

tả các thông tin, tính chất của đối tượng

Hình dưới đây cho ta hình ảnh hộp hội thoại tính chất của hình lăng trụ Chúng ta có thể trực tiếp thay đổi hai thông số quan trọng của hình này là chiều cao (height) và độ dài cạnh đáy (base edge) Thực hiện thay đổi bằng cách gõ trực tiếp

số vào ô hoặc nháy chuột vào vị trí để tăng, giảm giá trị theo từng đơn vị

Muốn đóng cửa số này nháy chuột vào nút ở góc phải trên của hộp hội thoại

Cho trước hình phẳng, cần "gấp" lại để tạo thành một hình khối không gian

Cho trước hình khối không gian, cần "mở" ra thành một hình phẳng

+ Gấp hình phẳng để tạo hình không gian

Sử dụng các công cụ đối tượng để tạo các hình phẳng trong khung mô hình bằng cách kéo thả các đối tượng này Hiện tại phần mềm hỗ trợ cho hai hình: hình

công cụ Kéo thả đối tượng này vào khung hình