Sử dụng phần mềm sketchup nhằm gây hứng thú cho học sinh khi dạy chương từ trường vật lý 11

Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm Mặc dù đây là một trong những phần mềm thiết kế 3D chuyên nghiệp.Tuy nhiên chỉ để phục vụ cho việc mô phỏng một số bài toán từ trường hay một số đ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI -& -

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

SỬ DỤNG PHẦN MỀM SKETCHUP NHẰM GÂY HỨNG THÚ CHO HỌC SINH KHI DẠY

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI -& -

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

SỬ DỤNG PHẦN MỀM SKETCHUP NHẰM GÂY HỨNG THÚ CHO HỌC SINH KHI DẠY

MỤC LỤC

TRANG

I MỞ ĐẦU

1.1 Lý do lựa chọn đề tài 01

1.2 Mục đích nghiên cứu 01

1.3 Đối tượng nghiên cứu 01

1.4 Phương pháp nghiên cứu 01

II NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm 02

2.1.1 Đặt vấn đề 02

2.1.2 Phần mềm SketchUp 02

2.1.2.1 Cài đặt và khởi động phần mềm 02

2.1.2.2 Tìm hiểu một số nút cơ bản của phần mềm SketchUp 03

2.1.2.3 Hướng dẫn mô phỏng 3D một số bài tập từ trường 05

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 11

2.3 Giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 11

2.3.1 Chia nhóm để khẳng định sự tối ưu của phương pháp 11

2.3.2 Mức độ hứng thú của học sinh 11

2.3.3 Kết quả làm bài kiểm tra của hai nhóm 12

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường 14

III KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận 14

3.2 Kiến nghị 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO

I MỞ ĐẦU

1.1 Lý do lựa chọn đề tài

Vật lý học là một trong những bộ môn khoa học lâu đời nhất, với mụcđích tìm hiểu sự vận động của vũ trụ, nên vật lý là bộ môn khoa học thựcnghiệm Vật lý còn là một trong những ngành hàn lâm sớm nhất Vì vậy để họcđược môn vật lý theo đúng nghĩa thì học sinh phải có ít nhất 2 yếu tố: biết, hiểuthậm chí là tưởng tượng được các sự vật, hiện tượng và có nền tảng toán họcvững chắc Trong những năm gần đây, tôi nhận thấy phần lớn các em thườngcho rằng môn vật lý là một bộ môn khó học Thiết nghĩ, nguyên nhân chính làcác em sống trong một môi trường xa rời thực tế; cả ngày không đi học thì vềnhà với bốn bức tường hoặc tiếp cận với điện thoại, vi tính; lâu dần các em

“sống ảo” nhiều

Bản thân là một giáo viên thuộc thế hệ 8X với nềm đam mê kiến thức Vật

lý THPT và công nghệ thông tin; vì vậy, mỗi khi học sinh không hiểu những cái

“hiển nhiên” thuộc thế hệ chúng tôi thì tôi rất băn khoăn, trăn trở để tìm giảipháp giảng dạy cho những thế hệ học trò ngày càng biết rất nhiều, nhưng nhữngcái quanh mình lại không biết gì cả

Từ trường là một trong những chương chứa đựng nhiều khái niệm, hiệntượng trừu tượng Để giảng dạy phần này, ngoài những thí nghiệm trực quan thì

mô phỏng 3D là một công cụ hỗ trợ đắc lực Mô phỏng 3D đem đến cho họcsinh một không gian “giống như thật”; qua đó cách em tưởng tượng được hiệntượng, từ đó nắm được kiến thức và vận dụng vào một một số hiện tượng tương

tự Vì vậy, tôi lựa chọn đề tài: “Sử dụng phần mềm SketchUp nhằm gây hứng

thú cho học sinh khi dạy chương từ trường vật lý 11”

1.2 Mục đích nghiên cứu

Nội dung đề tài được viết ra với hi vọng là nguồn tài liệu tham khảo bổích cho giáo viên; giúp cho giáo viên có thêm được một công cụ hỗ trợ đắc lựccho việc giảng dạy những kiến thức trừu trượng không chỉ ở chương từ trường

mà bất kỳ đơn vị kiến thức nào với nguồn tham khảo mở đa dạng

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Phần mềm SketchUp và một số bài toán cơ bản phần từ trường

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết

- Điều tra khảo sát thực tế

II NỘI DUNG ĐỀ TÀI

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

Mặc dù đây là một trong những phần mềm thiết kế 3D chuyên nghiệp.Tuy nhiên chỉ để phục vụ cho việc mô phỏng một số bài toán từ trường (hay một

số đơn vị kiến thức khác như biểu diễn mặt chân đế, điện trường, khái niệm từthông…) thì tiếp cận phần mềm SketchUp chỉ không đầy 10 phút

Để tiếp cận và sử dụng được phần mềm, trước hết ta phải cài phần phầnmềm SketchUp

2.1.2.1 Cài đặt và khởi động phần mềm.

Để cài đặt phần mềm ta làm theo các bước sau:

Bước 1 Download phần mềm SketchUp (nên dùng phiên bản mới nhất, ở

đây tôi dùng phiên bản 8.0)

Bước 2 Cài đặt phần mềm được biểu tượng

Bước 3 Lần khởi động đầu tiên sẽ xuất hiện hộp thoại như hình 1.

Bước 4 Nhấp vào nút Choose Template (chọn mẫu) được hộp thoại như

hình 2

Mỗi mẫu có nền bản vẽ, đơn vị dùng trong bản vẽ,… đã được xác lập

trước Bạn chọn một mẫu trước khi SketchUp bắt đầu, và mẫu mà bạn chọn sẽ trở thành mẫu mặc định cho các lần sau khi bạn mở SketchUp nếu bạn bỏ tích chọn Always show on startup Sau khi quyết định chọn mẫu mong muốn ấn

Start using SketchUp [1]

2.1.2.2 Tìm hiểu về một số nút công cụ cơ bản của phần mềm SketchUp

Sau khi khởi động chương trình SketchUp với mẫu phù với giáo viên

Simple Template – Meters được hộp thoại như hình 3.

1 Select: chọn đối tượng

2 Line: để vẽ đoạn thẳng (L)

3 Rectangle: vẽ hình chữ nhật, hình vuông (R)

4 Circle: vẽ vòng tròn (C)

5 Arc: vẽ cung tròn

6 Eraser: xóa đối tượng (E)

7 Paint Bucket: đổ màu cho đối tượng

8 Push/Pull: kéo, nén đối tượng (P)

9 Move: di chuyển đối tượng (M)

10 Rotate: xoay đối tượng quanh trục

11 Offset: vẽ hình đồng dạng với hình đã có sẵn

12 Orbit: xoay không gian (O)

13 Pan: đẩy, kéo màn hình (H)

14 Lăn chuột giữa (phóng to/thu nhỏ màn hình)

Chú ý: Khi mới bắt đầu tiếp cận SketchUp và chưa quen phím tắt của các

nút công cụ; ta nên lấy thanh công cụ Large Tool Set bằng cách vàoView/Toobars/ Large Tool Set như hình 4

2.1.2.3 Hướng dẫn mô phỏng 3D một số bài tập phần từ trường

Bài toán tính toán từ trường tại một điểm do dòng điện điện chạy trongmột số dây dẫn có hình dạng đặc biệt là một bài toán cơ bản và phần lớn họcsinh đều có thể làm được Tuy nhiên, bài toán xác định từ trường tổng hợp tạimột điểm do nhiều dòng điện gây ra thì học sinh thường lúng túng mặc dù các

em hiểu và vận dụng tốt tổng hợp véctơ học ở chương trình lớp 10 Nguyênnhân chính của vấn đề này là do các em không tưởng tượng được không gian.Sau đây tôi xin trình bày một số ví dụ về hướng dẫn sử dụng phần mềmSketchUp để mô phỏng 3D hình ảnh của từ trường, giúp cho học sinh tưởngtượng được không gian từ trường và cách quay không gian để có được các cáchbiểu diễn hay dùng trên hình học phẳng

Ví dụ 1 Biểu diễn từ trường tại một điểm do dòng điện thẳng gây ra và quay

không gian để có cách biểu diễn quen thuộc

* Nhận xét: các đường sức từ của dòng điện thẳng là những đường tròn đồng

tâm, có tâm là giao của dòng điện và mặt phẳng chứa các đường sức đó Để biểudiễn từ trường của dòng điện này ta nên biểu diễn theo trình tự:

- Vẽ mặt phẳng chứa đường sức từ bằng công cụ Rectangle, rồi đổ màu trongsuốt (Water_Pool_Light) cho mặt phẳng bằng công cụ Paint Bucket (hình 5)

- Vẽ đường sức từ bằng công cụ Circle và vẽ chiều đường sức bằng công cụLine (ta có thể bôi màu co đường sức bằng công cụ Paint Bucket) – hình 6.Trong quá trình vẽ có thể sử dụng công cụ Eraser để xóa bỏ nét không cần thiết.

Hình 6

- Vẽ dòng điện giống như một mũi tên đi qua tâm của đường sức và vuông gócvới mặt phẳng chứa đường sức và kí hiệu dòng điện I bằng công cụ 3D Text nhưhình 7.

- Vẽ véctơ cảm ứng từ tại điểm M bất kỳ trên đường sức từ bằng công cụ Line

- Ngoài ra ta có thể xoay hình bằng công cụ Orbit để có các cách biểu diễn quenthuộc như một trong các hình 9a, hình 9b; từ đó có thể đưa ra quy tắc nắm bàntay phải trong việc xác định chiểu của véctơ cảm ứng từ tại một điểm M do dòngđiện thẳng dài gây ra.

Ví dụ 2 Hai dòng điện thẳng dài vô hạn I1=10(A); I2=30(A) vuông góc với nhautrong không khí Khoảng cách ngắn nhất giữa chúng là 4(cm) Xác định cảmứng từ tại điểm M cách mỗi dòng điện 2(cm)?

* Nhận xét: Như ta đã biết xác định một véctơ nào đấy, ta cần xác định 4 yếu tố

là: điểm đặt, phương, chiều, độ lớn; hay nói khác đi ta phải vẽ được hình biểudiễn véctơ và tính toán độ lớn Phần lớn các đề trắc nghiệm chủ yếu hỏi độ lớn,nên một số học sinh đã nhầm hiểu xác định một véctơ nào đấy là tính độ lớn củavéctơ đấy Do vậy, khi gặp một bài lạ các em lúng túng và thường bỏ qua

Đây là một bài tập xác định cảm ứng từ tổng hợp bình thường, song phầnlớn học sinh không vẽ được hình Các em thường suy luận, cảm ứng từ do dòngđiện thẳng gây ra tại một điểm vuông góc với dòng điện, nên 2 dòng điện vuônggóc thì 2 véctơ cảm ứng từ thành phần cũng vuông góc, từ đó vẽ giản đồ véctơ

và tính toán; đây là lập luận trên chính xác, nó giúp các em phát triển tư duylogic; song nó vẫn chưa phải là cái đích đạt được của câu hỏi Các em có tưởngtượng được hình ảnh của những câu như thế này mới có thể tưởng tượng và vẽđược hình của một số bài toán phức tạp hơn Sau đây tôi trình bày trình tự cáchbiểu diễn cảm ứng từ tổng hợp bằng phần mềm SketchUp

- Vẽ 2 mặt phẳng chứa 2 đường cảm ứng từ qua M bằng các công cụ Rectangle,Paint Bucket (hình 10)

- Vẽ 2 dòng điện và 2 đường cảm ứng từ qua M, rồi tiến hành vẽ 2 véctơ cảmứng từ thành phần B 1

tạo với dòng điện B1M (tức hướng dòng điện I2) góc 71 33'0

Ví dụ 3 Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt

trong không khí vuông góc với nhau (cách

điện với nhau) và nằm trong cùng một mặt

phẳng Cường độ dòng điện qua 2 dây

I1=2(A); I2=10(A) Xác định cảm ứng từ gây

bởi hai dòng điện tại M trong mặt phẳng của 2

dòng điện, có toạ độ (x, y) như hình 13; với

x=5(cm); y=4(cm)

* Chuẩn bị của GV: Bằng việc sử dụng các công cụ đơn giản như Rectangle,

Circle, Line, Paint Bucket, Eraser và 3D Text trong SketchUp ta được hình 14cho bài toán này

x y

I 2

I 1

M O

Hình 13

Khi xác định được các véctơ cảm ứng từ thành phần thì phần vẽ hình và tínhtoán chỉ còn là thủ tục.

Ví dụ 4 Tương tự ta có thể mô phỏng từ trường của dòng điện chạy trong dây

dẫn uốn thành hình vòng tròn (hình 16), từ trường bên trong của dòng điện chạytrong ống dây hình trụ (hình 17)

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

Trước khi sử dụng phần sử dụng phần mềm SketchUp để mô phỏng 3Dmột số hình ảnh bài giảng lý thuyết cũng như một số bài tập về xác định từ trườngtổng hợp thì phần lớn các em khi vận dụng chỉ mang tính chất nhớ, thuộc lòng cáctrường hợp, nên khi gặp một bài toán mới các em bị mất phương hướng

2.3 Giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề

2.3.1 Chia nhóm để khẳng định sự tối ưu của phương pháp

Tôi chọn lớp 11B3 chỉ giảng dạy theo mô hình phòng thí nghiệm và lớp11B5 giảng dạy kết hợp mô hình phòng thí nghiệm và mô phỏng 3D dùngSketchUp Hai lớp có trình độ như nhau (thể hiện ở kết quả học tập các môn vănhóa, đặc biệt là môn Vật lý)

Tiêu chuẩn

đánh giá

11B3 (44HS) – lớp đối chứng 11B5 (46 HS) – nhóm tiến hành thực nghiệm

độ tư duy, tốc độ làm bài và hiệu quả của phương pháp

2.3.3 Kết quả làm bài kiểm tra của 2 nhóm

Kết quả làm bài kiểm tra (phụ lục 2) của 2 nhóm, chuyên đề xác định từ trường tổng hợp, cho ở bảng 2

Ta có biểu đồ như hình 19, hình 20:

Qua 2 biểu đồ (hình 19 và hình 20) ta thấy rằng kết quả thực hành vàolàm bài tập trắc nghiệm của nhóm thực nghiệm cao hơn hẳn nhóm đối chứng,bởi mô phỏng 3D bằng phần mềm SketchUp đem lại cho học sinh một cái nhìntrực quan về từ trường của một số dòng điện Song kết quả vẫn chưa được nhưmong đợi, nguyên nhân:

Hình 19

910 78 56 34 12

* Trường THPT Nguyễn Trãi và Trung tâm KTTH-HN Thanh Hóa hoạtđộng trên cùng một khuôn viên chật hẹp gây hạn chế cho sự phát triển của cảhai bên.

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

Bản thân đã thiết kế, vận dụng mô phỏng 3D bằng SketchUp trong các tiếtgiảng không chỉ phần từ trường, kết quả cho thấy:

+ Phần lớn HS (kể cả HS trung bình, thậm chí học sinh dưới trung bình)đều hình dung và hiểu được nội dung kiến thức cần truyền đạt, từ đó vận dụnggiải quyết một số bài tập cơ bản và một số bài tập nâng cao

+ Sau khi được học các tiết có mô phỏng 3D, các em yêu thích môn vật lýhơn không chỉ bởi nó sinh động, thực tế mà bởi nó cũng không khó như các thế

hệ “anh, chị” đánh giá

+ SketchUp là phần mềm thiết kế 3D chuyên nghiệp nhưng lại là mộtphần mềm miễn phí, không yêu cầu cấu hình cao, tiếp cận nhanh chóng, dễ dàng

mà lại đem lại kết quả ngoài mong đợi

+ Thiết kế 3D nói chung và thiết kế 3D bằng phần mềm SketchUp nóiriêng không chỉ thiết kế cho các bài giảng thuộc phần từ trường mà nó có thểdùng để để thiết kế bất kỳ một đơn vị kiến thức trừu tượng nào khác như (biểudiễn khái niệm từ thông, các bài toán về hiện tượng cảm ứng điện từ, khúc xạánh sáng, các dụng cụ quang, mặt chân đế…) và đặc biệt nó còn thích hợp chocác môn khoa học khác, đặc biệt là môn toán học phần hình học không gian

III KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận

Nội dung đề tài đã giải quyết được 2 vấn đề lớn:

Vấn đề 1: Giúp người đọc nhanh chóng tiếp cập được phần mềm SketchUp Vấn đề 2: Đề tài là một nguồn cảm ứng cho giáo viên, nó cung cấp cho giáo

viên một công cụ hỗ trợ đắc lực trong việc thiết kế các bài giảng lên quan đếncác khái niệm, hình ảnh trừu tượng trong không gian 3D

Đề tài mới chỉ dừng lại việc giới thiệu cho giáo viên cách sử dụng phầnmềm bằng các công cụ đơn giản nhất để mô phỏng 3D một số hình ảnh phần từtrường trong chương trình Vật lý THPT Để trở thành một nhà thiết kế nghiệp

dư không chuyên độc giả có thể tham gia các khóa học của các chuyên gia kiếntrúc sư hoặc có thể liên hệ trực tiếp với tác giả đề tài

3.2 Kiến nghị

Sự phát triển khoa học công nghệ, thiết bị thông minh và internet đangtừng giây thay đổi cuộc sống của nhân loại Việc ứng dụng công nghệ và các

vậy dạy học sử dụng các thiết bị, phương tiện hiện đại vào dạy học là một tấtyếu Song không phải ai cũng có niềm đam mê, lòng nhiệt huyết để ngày ngàynghiên cứu các ứng dụng cho vào bài giảng để bài giảng ngày càng đạt hiệu quả;bởi bao lo toan cơm áo gạo tiền trong cuộc sống Vì vậy, thiết nghĩ cần có chế

độ dành cho bất kỳ ai ham học hỏi, cầu tiến, có niềm đam mê khoa học và lòngyêu nghề để họ chuyên tâm với nghề Ví dụ: giáo viên thiếu tiết không nên bố trí

đi trực cho đủ tiết, mà ta có thể quy đổi giờ khoa học; có thể tính tiết hàng tuầncho ai đăng ký nghiên cứu một ứng dụng, một sản phẩm nào đó thậm chí tìmhiểu một phần mềm nào đấy để phục vụ cho nhiều tiết dạy chuyên môn; tránhtình trạng bố trí những công việc mà giáo viên không được đào tạo

* Do điều kiện thời gian, nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, rấtmong các thầy cô giáo, đặc biệt là các thầy cô giáo có kinh nghiệm và các bạnđồng nghiệp cùng các em học sinh góp ý kiến để cho đề tài của tôi được hoànthiện hơn và đưa vào ứng dụng rộng rãi

Tôi xin chân thành cảm ơn !

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 20 tháng 05 năm 2018

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

Hoàng Quốc Hoàn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Giáo trình SketchUp

DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SKKN CỦA TÁC GIẢ

ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG CẤP SỞ GD&ĐT ĐÁNH GIÁ

Họ và tên tác giả: Hoàng Quốc Hoàn

Chức vụ và đơn vị công tác: Giáo viên trường THPT Nguyễn Trãi.

TT Tên SKKN Cấp đánh giá xếp loại Đạt giải Năm đánh giá

01 Giải bài toán ném xiên bằngphương pháp hình học Sở GD&ĐT B 2006

02 Tìm hiểu sâu về dao độngtắt dần Sở GD&ĐT B 2010

03 nhà bằng phần mềm DialuxMô phỏng chiếu sáng trong Sở GD&ĐT B 2012

04

Hướng dẫn học sinh lớp 12

giải quyết bài toán giao thoa

Young với nhiều bức xạ

bằng bộ số trùng lặp