Phần mềm working model

Song việc tổ chức dạy học bằng hoạt động và thông qua các hoạt động của học sinh lại gặp phải những khó khăn nhất định như trang thiết bị còn thiếu, không đồng bộ, khi nghiên cứu các chu

DẠY HỌC VẬT LÝ VỚI PHẦN MỀM WORKING MODEL Phần 1: Mở đầu

Trong dạy học vật lý, việc bồi dưỡng cho học sinh những phương pháp đặc thù như phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình cũng như việc gắn bài giảng với thực tiễn cuộc sống là nhiệm vụ hết sức quan trọng Song việc tổ chức dạy học bằng hoạt động và thông qua các hoạt động của học sinh lại gặp phải những khó khăn nhất định như trang thiết bị còn thiếu, không đồng bộ, khi nghiên cứu các chuyển động cơ học các đại lượng vật lý biến đổi nhanh theo thời gian thì các phương tiện truyền thống không thể hỗ trợ cho việc nghiên cứu bằng thực nghiệm một cách đầy đủ

Để phần nào giải quyết các khó khăn trên, Working Model (WM) là một trong những phần mềm hỗ trợ đắc lực cho quá trình nghiên cứu chuyển động cơ học, khắc phục một số thiếu sót của bài giảng truyền thống

1.1 Mục tiêu

Khai thác Working Model để thiết kế thí nghiệm mô phỏng vật lý phần cơ học nhằm góp phần đổi mới PPDH theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức để từ đó

mà nâng cao chất lượng dạy học môn Vật lý bậc Trung học

1.2.Bài giảng có sử dụng Công nghệ Thông tin (CNTT) (WM-liên kết máy vi tính (MVT) với hệ thống Multimedia)

Bài giảng có sử dụng WM (CNTT) là sự kết hợp giữa bài giảng truyền thống và bài giảng điện tử (BGĐT) để thể hiện kịch bản của giáo án, có đủ yêu cầu nội dung bài học bao gồm các đơn vị kiến thức, thí nghiệm, bài tập, hình vẽ, mô phỏng, … tạo điều kiện tốt cho việc lĩnh hội tri thức của người học

Trong quá trình thử nghiệm ở những năm qua cho thấy là không phải tiết học nào cũng ứng dụng CNTT đều thành công, mang lại hiệu quả cao, nhất là trường hợp bài giảng được dùng không hơn gì phấn trắng bảng đen mà người thầy lại bị ràng buộc vào MVT nên đôi khi ảnh hưởng đến tiến độ trên lớp Với những bài giảng mà nội dung có thể khai thác được các thế mạnh của công nghệ Multimedia và khả năng tính toán, mô phỏng của MVT thì nên thiết kế và sử dụng CNTT

Phần 2: THIẾT KẾ BÀI GIẢNG

VỚI PHẦN MỀM WORKING MODEL 2.1 Giới thiệu phần mềm Working Model

2.1.1 Đặc điểm

Working Model là phần mềm chuyên dụng thỏa mãn các tính năng cần thiết của

bộ phần mềm mô phỏng, nó được dùng để mô phỏng các hệ thống cơ học, động học, động lực học trên không gian 2D và có thể trên cả 3D

2.1.2 Hình thức

2.1.3 Nội dung

Chủ yếu là thiết kế mô phỏng các thí nghiệm vật lý, đem lại hiệu quả tường minh trong việc phân tích chi tiết các hiện tượng và khi thí nghiệm thực không tiến hành được Có thể sử dụng để giải các bài tập phần cơ học cả phần định tính lẫn phần định lượng giúp HS nắm bắt được các khái niệm, tính chất sự vật

2.1.4 Phương pháp

Working Model phù hợp với phương pháp dạy học bậc trung học tạo điều kiện thuận lợi trong việc sử dụng và có khả năng hỗ trợ các hình thức dạy học theo nhóm, theo lớp và học tập ở nhà

2.1.5 Yếu tố tâm lý

Working Model tạo ra môi trường tương tác giữa người và máy, người với thông tin, có thể thiết kế mẫu và điều chỉnh những thông số trong mỗi lần thử nghiệm Người học có cảm giác như đang dùng các phương tiện thông dụng để tìm kiếm các thông tin cần thiết

2.1.6 Yếu tố tin học

Những hiện tượng trong tự nhiên như được thu nhỏ lại trên màn hình WM rất tiện lợi trong thiết kế thí nghiệm mô phỏng cơ học, có thể biểu diễn các vectơ lực, vận tốc, gia tốc ở bất cứ thời điểm nào đồng thời có thể trình bày những quy luật chuyển động từ đồ thị , sử dụng đơn giản, dễ điều chỉnh và dễ chuyển giao

2.1.7 Những tính năng nỗi bật của Working Model

Working Model có thể phân tích thiết kế, đo đạc các đại lượng vật lý ở bất kỳ

đối tượng nào trong hệ thống, xem kết quả xuất hiện dưới dạng vectơ, giá trị số hay

đồ thị Ngoài ra nó còn cung cấp các công cụ liên kết các đối tượng Tạo các vật thể

và khai báo các đặc trưng như khối lượng, lực, chiều dài, mô phỏng quá trình tiếp xúc,

va chạm, ma sát…tạo các đoạn phim ngắn

2.2 Chức năng Working Model điều khiển một sự mô phỏng

a Run, Stop, Reset (chạy, dừng, lưu trữ) Điều khiển sự mô phỏng theo các cách:

b The tape player (băng ghi) Để chủ động điều khiển có thể sử dụng băng ghi

B1 Kích View và chọn Không gian làm việc (workspace) rồi chọn băng ghi

B2 Kích mũi tên về phải trên thanh của băng ghi để chạy sự mô phỏng

B3 Kích mũi tên về phải trên thanh của vạch đôi để dừng sự mô phỏng

B4 Kích mũi tên trái để chạy lùi mô phỏng

B5 Kích mũi tên phải hoặc trái (đúng) để đến khung mô phỏng cần thiết

B6 Kéo trái hoặc phải chỉ loại khung để di chuyển nhanh chóng tới bất kỳ frame

nào hoặc kích vào bất kỳ phần nào của vùng xám, di chuyển cái chỉ báo loại khung tới

sự định vị đó ngay lập tức Nếu kích mũi tên phải trên thanh, sau di chuyển cái chỉ báo khung, sự mô phỏng chạy từ điểm đó Khi kết thúc băng ghi của mô phỏng đang đạt đến, thiết kế mẫu vẫn cho phép tiếp tục mô phỏng bên ngoài sự ghi hiện thời, bằng

cách kéo chỉ báo loại frame phía phải (đúng) nó sẽ di chuyển và sau đó kích mũi tên phải trên thanh Việc làm mẫu sẽ tiếp tục sự mô phỏng

Dùng ghi băng sẽ nâng cao tính linh hoạt khi nhìn chi tiết sự mô phỏng

2.3 Thiết kế một số mô phỏng cơ bản

2.3.1 Tổng quan: Chuyển động của quả bóng

Phần này tạo những đối tượng, thay đổi không gian làm việc và tính chất của vật

để thấy ảnh hưởng của mô phỏng Sử dụng thanh công cụ, Cửa sổ và View

B1 Tạo ra quả bóng và bảng để thiết lập mô hình cơ bản Chạy mô phỏng

1 Mở thực đơn Hồ sơ Kích Vòng tròn trong thanh công cụ

2 Vẽ các vòng tròn ở phần trên của không gian làm việc gọi là các quả bóng

3 Kích Hình chữ nhật trong thanh công cụ

4 Vẽ các hình chữ nhật nằm ngang dọc theo đáy không gian làm việc bên dưới quả bóng "Hình chữ nhật tập trung đối tượng" sẽ gọi là một bảng

5 Kích Mỏ neo trong thanh công cụ Kích bảng với Mỏ neo

6 Kích Chạy Quả bóng rơi, nảy lên và tựa vào trên bảng

7 Kích Dừng rồi định vị nguyên bản

B2 Sử dụng Trình diễn và cách để thay đổi mô hình

1 Mở mô hình đã tạo ra trong B1 Mở thực đơn Cửa sổ và chọn sự trình diễn

2 Kích chọn quả bóng, trong bảng mẫu chọn màu quả bóng, chọn màu nền

3 Mở thực đơn View và chọn Không gian làm việc, chọn Lưới

B3 Sử dụng Cửa sổ Thuộc tính để thay đổi tinh chất quả bóng

1 Mở hồ sơ ở B2 Kích Chạy, quan sát Kích Dừng, rồi Định vị

3 Chọn quả bóng Mở Cửa sổ và chọn Tính chất

4 Khi tạo ra một vật thể, tính chất mặc định của nó là chuẩn (và những thuộc tính khác) Khi thay đổi tính chất, chương trình sẽ tự động thay đổi sự đàn hồi quả bóng

Để điều chỉnh tính chất đàn hồi của vật, vào thực đơn Tính chất và nhập thông số đàn hồi (elastic)

5 Kích Chạy và quan sát việc quả bóng nảy lên cao, kích Dừng rồi Lưu

2.3.2 Tổng quan: Con lắc

Thiết kế con lắc và nhìn nó đu đưa từ việc tạo ra hai vật và một đối tượng gọi là một sự ràng buộc Để tăng cường mô phỏng nên thêm một đồng hồ thời gian và có thể thay đổi vị trí con lắc để nó có thể đu đưa trong một chu kỳ xác định

B1 Tạo ra một quả bóng cho con lắc và một hình chữ nhật (trần nhà) Rồi gắn một

dây thừng giữa chúng và đặt con lắc trong sự chuyển động

1 Mở View chọn Không gian làm việc và chọn Lưới

2 Vẽ một vòng tròn nhỏ (quả bóng) phần dưới không gian làm việc

3 Vẽ hình chữ nhật mỏng ngang qua đỉnh không gian làm việc, trên quả bóng

4 Kích hình mỏ neo trong thanh công cụ rồi kích vào trần nhà

5 Kích Dây thừng rồi kích tâm quả bóng và dựa vào lưới thẳng đứng ngay trên quả bóng kích trần nhà, bây giờ đã có một con lắc

6 Kích Con trỏ trong thanh công cụ rồi kích vào quả bóng

7 Kéo quả bóng về một bên, giữ cho dây thừng kéo căng trong khi kéo

8 Kích Chạy để quan sát, kích Dừng và kích Định vị

B2 Tăng cường sự mô phỏng nhờ thêm một đặc tính gọi là sự theo dõi Nó cho phép

có "những ảnh chụp nhanh” con lắc trong khi nó di chuyển

1 Mở tài liệu ở B1 chọn quả bóng trên con lắc Mở Cửa sổ và chọn trình diễn

2 Kích tâm Vệt của khối lượng trong hộp kiểm tra, đánh dấu

3 Mở thực đơn Tổng quát và chọn Tracking (theo dõi) rồi chọn số khung

4 Kích Chạy để kiểm tra mô hình

5 Kích Dừng, rồi trở lại sự định vị nguyên bản nó

6 Khi không cần theo dõi Mở thực đơn Tổng quát và chọn Xóa bỏ Vệt

B3 Thêm đồng hồ thời gian vào dự án để đo chu kỳ con lắc.

1 Mở thực đơn hồ sơ ở B2 Mở Measure (đo đạc) và chọn Thời gian

2 Kích Chạy và chú ý đồng hồ đo Trong khi mô phỏng thời gian trôi qua sẽ xuất hiện trên đồng hồ và có thể đọc thời gian ở những vị trí cần thiết

3 Kích Dừng, rồi Định vị Nhấn kép vào dây thừng và nhập một length (chiều dài) mới, ngắn hơn trong cửa sổ thuộc tính Nhưng đừng làm cho nó quá ngắn

4 Kéo quả bóng để tâm của nó nằm trên một hàng lưới ngang

5 Kích Chạy lần nữa, quan sát rồi kích Dừng Định vị và Lưu

2.3.3 Tổng quan: Đường dốc

Điều khiển chuyển động cái hộp trên đường dốc bằng cách tạo ra những đối tượng và chọn tiếp xúc bắt buộc giữa chúng , thêm một lực để giữ cái hộp

B1 Tạo một bảng với cái hộp trên nó và quay chúng để làm một đường dốc:

1 Mở thực đơn Hồ sơ

2 Vẽ một hình chữ nhật dài (bảng) nằm ngang ở giữa không gian làm việc

3 Vẽ cái hộp và định vị nó trên bảng, không làm cho cái hộp cao quá

4 Kích công cụ Mỏ neo trong thanh công cụ Kích bảng với Mỏ neo

5 Kích đồng thời bảng và cái hộp để chọn nó

6 Kích Quay trong thanh công cụ để bảng và cái hộp cùng nghiêng

7 Kích Chạy để kiểm tra mô hình Kích Dừng và Định vị

B2 Biểu diễn những vectơ cho các lực tác dụng lên cái hộp Đồng thời thay đổi ma

sát của cái hộp và đường dốc, những vectơ sẽ phản ánh những thay đổi này:

1 Mở tài liệu với cái hộp và đường dốc ở B1 Kích cái hộp để lựa chọn nó

2 Mở thực đơn Đặc điểm và chọn những vectơ, rồi chọn lực Hấp dẫn

3 Mở thực đơn Đặc điểm lần nữa và chọn vectơ, rồi chọn các lực cần thiết.

4 Mở tiếp lần nữa và chọn những vectơ, rồi chọn Tiếp xúc bắt buộc

5 Kích Chạy Chú ý quan sát những vectơ, vì có thể nhìn thấy tất cả các lực tác dụng lên cái hộp Kích Dừng và Định vị

6 Kích đồng thời, cái hộp và đường dốc để lựa chọn nó

7 Mở thực đơn Cửa sổ và chọn những thuộc tính Điều này sẽ cho chọn lọc những thuộc tính của sự pha trộn để có thể soạn thảo

8 Đặt ma sát động và ma sát tĩnh tới 0

9 Kích Chạy Kích Dừng và Định vị

B3 Chọn cái hộp, đường dốc, tạo đồng hồ, để đo tiếp xúc bắt buộc giữa chúng:

1 Tài liệu mở ở B2 với cái hộp và đường dốc, chọn cả hai đối tượng

2 Mở thực đơn Đo đạc và chọn Tiếp xúc bắt buộc

3 Kéo đồng hồ đo đến vị trí thuận lợi để có thể nhìn thấy nó dễ dàng

4 Kích Fx và Fy trên cạnh đồng hồ đo

5 Kích Chạy, quan sát Kích Dừng và Định vị

B4 Sử dụng Lực trong thanh công cụ để áp dụng một lực ngoài đến vật:

1 Mở tài liệu với cái hộp và đường dốc ở B3

2 Kích công cụ Lực Kéo từ tâm cái hộp xuống dọc theo đường dốc

3 Nhấn kép sự ràng buộc lực Cửa sổ những thuộc tính được mở

4 Kích Quay với vật trong cửa sổ những thuộc tính

5 Kích Chạy, quan sát Kích Dừng, kích Định vị

6 Thay đổi độ lớn và hướng của lực làm cho chuyển động cái hộp thay đổi

7 Kích Dừng, Định vị, điều chỉnh giá trị lực kéo "theo dõi" để nhập thông số

2.3.4 Tổng quan: Trình diễn những vectơ

Sử dụng thực đơn con vectơ của Đặc điểm để trình bày những vectơ Cần phải

có ít nhất một vật trong mẫu mà trên đó ta muốn trình diễn những vectơ

- Length (chiều dài) của một vectơ

Phụ thuộc vào thuộc tính vectơ trình bày, nó có thể dài hoặc ngắn bằng cách điều chỉnh hệ số cho những vectơ với lệnh Length Vectơ bên trong thực đơn Đặc điểm

1 Mở thực đơn Đặc điểm và chọn Vectơ

2 Kích Tên X, Y, hoặc hộp checkboxes để chọn

3 Nhấn bề dày đường thử màu, rồi lựa chọn

4 Nhấn những đường thử màu (Vận tốc, Gia tốc, và Lực), rồi chọn màu

5 Kích vào hộp cách cần có những vectơ lực được vẽ Kích OK

2.3.5 Tổng quan: Ném một vật

Để ném một quả bóng thẳng lên trên phía trần nhà, bằng cách cho quả bóng một vận tốc ban đầu Đồng thời sẽ điều khiển khoảng thời gian mô phỏng và tạo ra một đồ thị để giúp phân tích sự chuyển động của quả bóng

B1 Tạo ra một một trần nhà, quả bóng và cho nó vận tốc ban đầu

1 Mở thực đơn Hồ sơ, chọn View và chọn Không gian làm việc, rồi chọn Lưới

2 Vẽ vòng tròn nhỏ gần đáy của không gian làm việc (gọi nó là một quả bóng)

3 Vẽ một hình chữ nhật ngang qua đỉnh không gian làm việc ở trên quả bóng 4 Kích Mỏ neo ở thanh công cụ rồi kích trần nhà

5 Kích chọn quả bóng, mở cửa sổ Tính chất Nhập Vy với giá trị dương

6 Kích Chạy, quan sát, kích Dừng và kích Định vị

2.3.6 Tổng quan: Va chạm

Trong dự án này, sẽ tạo và điều khiển một va chạm giữa hai quả bóng billiard Trình bày đồng hồ và vận tốc để có thể theo dõi sự va chạm trong thời gian mô phỏng Dùng dữ liệu từ đồng hồ đo, để có thể điều khiển sự va chạm

1 Tạo ra những quả bóng billiard và đặt nền

2 Thêm những vectơ vận tốc vào mô hình

3 Thêm những đồng hồ đo động lượng vào mô hình

B1 Trong bước này, sẽ tạo ra hai quả bóng billiard và thiết lập mô hình

1 Mở thực đơn Hồ sơ, chọn View và chọn Không gian làm việc, chọn Lưới

2 Nhấn kép Vòng tròn trong thanh công cụ

3 Vẽ hai vòng tròn cách khoảng 1lưới thẳng đứng về một bên, nhưng trên cùng hàng lưới nằm ngang đó, gọi hai vòng tròn này những quả bóng billiard

4 Chọn công cụ Mũi tên và nhấn kép quả bóng đầu tiên

5 Mở thực đơn Cửa sổ và chọn Tính chất hoặc nhấn kép đối tượng

6 Nhập Vx (của) quả bóng một là 5 m/s khối lượng 10 Kg, và sự đàn hồi 1.0

7 Chọn quả bóng hai Nhập Vx là 0 m/s, khối lượng 10 Kg và sự đàn hồi 1.0

8 Mở thực đơn Tổng quát và chọn Trọng lực Kích Không rồi kích OK

9 Những quả bóng như đang ở trên một bể nước (không trọng lực)

10 Kích Chạy để quan sát Kích Dừng và kích Định vị

Phân tích sự chuyển động của hai quả bóng billiard

B2 Thêm những vectơ vận tốc vào mô hình để nâng cao tính trực quan.

Phân tích chuyển động những quả bóng billard khi chúng tương tác với nhau

1 Mở thực đơn Hồ sơ Chọn quả bóng

2 Mở thực đơn Đặc điểm và chọn Vectơ, rồi chọn Vận tốc

3 Kích Chạy và chú ý những vectơ liên quan đến chuyển động hai quả bóng

4 Kích Dừng rồi định vị (vị trí) nguyên bản của nó

B3 Thêm những đồng hồ đo động lượng vào mô hình

Khi gán đồng hồ đo tới mỗi quả bóng sẽ cho phép đo động lượng những quả bóng khi chúng tác dụng vào nhau

1 Mở thực đơn Hồ sơ Lựa chọn một quả bóng

2 Mở thực đơn Đo và chọn Động lượng Làm tương tự cho quả bóng khác

3 Di chuyển mỗi đồng hồ đo sao cho nó ở bên dưới quả bóng đang đo

4 Kích Chạy và chú ý những đồng hồ đo và những vectơ thay đổi trong sự va chạm này Động lượng được chuyển từ một quả bóng này đến quả bóng khác

5 Kích Dừng rồi định vị nguyên bản

6 Nhấn kép quả bóng thứ hai và thay đổi vận tốc nằm ngang (Vx)

7 Kích Chạy và chú ý đồng hồ đo và các vectơ thay đổi trong va chạm này

8 Kích Dừng rồi định vị nguyên bản

2.4 Các sản phẩm cụ thể

Trình tự thể hiện của các mục kiến thức đã được nghiên cứu kỹ lưỡng và bám sát nội dung SGK, mục tiêu chương trình Tuy nhiên, GV không nhất thiết phải sử dụng các sản phẩm này mà có thể điều chỉnh mô phỏng thêm, bớt các mục theo một ý tưởng riêng mình