Sử dụng phần mềm working model thiết kế các thí nghiệm ảo phần “cơ học” vật lý trung học phổ thông

Chuyên đề “Sử dụng phần mềm Working Model để mô phỏng các hiện tượng Vật lí” của GV Trần Nhật Trung trường THPT Vịnh Xuân nhưng chỉ dừng lại ở ứngdụng trong các lĩnh vực khác như xây dựn

- 1 -

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Người hướng dẫn khoa học

TS LÊ THANH HUY

Đà Nẵng, 05/2014

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3

3 Đối tượng nghiên cứu 4

4 Phạm vi nghiên cứu 4

5 Giả thuyết khoa học 4

6 Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 4

7 Phương pháp nghiên cứu 4

7.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 4

7.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 5

7.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 5

7.4 Phương pháp thống kê toán học 5

8 Cấu trúc đề tài 5

NỘI DUNG 6

Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC THÍ NGHIỆM Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 6

1.1 Phương pháp dạy học Vật lí 6

1.2 Cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí hiện nay 6

1.2.1 Khái niệm thí nghiệm Vật lí 6

1.2.2 Phân loại thí nghiệm Vật lí 6

1.2.2.1 Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên 6

1.2.2.2 Thí nghiệm do học sinh thực hiện 7

1.2.3 Các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí 7

1.2.4 Vai trò của thí nghiệm Vật lí trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh8 1.2.4.1 Thí nghiệm có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học 8

1.2.4.2 Thí nghiệm góp phần vào việc phát triển toàn diện học sinh 10

1.2.4.3 Thí nghiệm là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh 12

1.2.4.4 Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập của học sinh 13

1.2.4.5 Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức hoạt động của học sinh 14

1.2.4.6 Thí nghiệm vật lý góp phần làm đơn giản hoá các hiện tượng và quá trình

Vật lí 14

1.2.5 Những khó khăn và hạn chế của các thí nghiệm truyền thống trong tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh 14

1.3 Giới thiệu phần mềm Working Model 16

1.3.1 Giới thiệu chung 16

1.3.2 Hướng dẫn cài đặt phần mềm Working Model 17

1.3.3 Khởi động và giới thiệu giao diện Working Model 19

1.3.3.1 Khởi động 19

1.3.3.2 Giới thiệu giao diện Working Model 20

1.3.4 Cách thức làm việc của phần mềm Working Model 27

1.4 Thực trạng của việc sử dụng PMDH Vật lí ở trường THPT 28

1.4.1 Thực trạng sử dụng PMDH 28

1.4.2 Khái quát về điều tra thực tế 28

1.4.2.1 Mục đích và nội dung điều tra 28

1.4.2.2 Đối tượng và phương pháp điều tra 29

1.4.2.3 Kết quả điều tra khảo sát 29

1.5 Kết luận chương 1 30

CHƯƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ BÀI PHẦN CƠ HỌC VẬT LÍ THPT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÁC THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM WORKING MODEL 32

2.1 Đặc điểm phần cơ học Vật lí THPT 32

2.2 Thiết kế bài giảng điện tử có sự hỗ trợ của phần mềm Working Model trong phần cơ học Vật lí THPT 35

2.2.1 Quy trình cơ bản để thiết kế bài giảng điện tử với sự hỗ trợ của PMDH 35

2.2.2 Giới thiệu và thiết kế một số thí nghiệm mô phỏng bởi phần mềm Working Model phần cơ học Vật lí THPT 35

2.2.2.1 Thí nghiệm khảo sát vận tốc và quỹ đạo của chuyển động ném xiên 35

2.2.2.2 Thí nghiệm khảo sát động lượng của vật 39

2.2.2.3 Thí nghiệm khảo sát chuyển động rơi tự do của vật 43

2.2.2.4 Thí nghiệm khảo sát đồ thị dao động tắt dần 44

2.3 Tổ chức dạy học một số bài phần cơ học Vật lí THPT với sự hỗ trợ của các thí

nghiệm mô phỏng bằng phần mềm Working Model .47

2.3.1 Các bước tổ chức dạy học với thí nghiệm ảo 47

2.3.2 Tổ chức dạy học với các bài học cụ thể phần cơ học Vật lí THPT 48

2.3.2.1 Bài 6: Sự rơi tự do 48

2.3.2.2 Bài 31 Định luật bảo toàn động lượng (Phụ lục) 55

2.4 Kết luận chương 2 55

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 56

3.1 Mục đích, nội dung thực nghiệm sư phạm 56

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 56

3.1.2 Nhiệm vụ 56

3.2 Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm 56

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 56

3.2.2 Nội dung thực nghiệm sư phạm 57

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 57

3.3.1 Chọn mẫu thực nghiệm 57

3.3.2 Quan sát giờ học 57

3.3.3 Tiến hành kiểm tra, thu thập số liệu và xử lý kết quả 58

3.4 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 58

3.4.1 Đánh giá định tính 58

3.4.2 Đánh giá định lượng 59

3.4.3 Kiểm định giả thuyết thống kê 62

3.5 Kết luận chương 3 63

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC 67

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Viết đầy đủ

CNTT Công nghệ thông tin

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Chúng ta đang sống trong thời đại của cuộc cách mạng khoa học – kỹ thuật

và công nghệ Cuộc cách mạng này đang phát triển như vũ bão với nhịp độ nhanh

chưa từng có trong lịch sử loài người, thúc đẩy nhiều lĩnh vực, có bước tiến mạnh

mẽ và đang mở ra nhiều triển vọng lớn lao khi loài người bước vào thế kỷ XXI.CNTT là một thành tựu lớn của cuộc cách mạng khoa học – kỹ thuật hiện nay Nóthâm nhập và chi phối hầu hết các lĩnh vực nghiên cứu khoa học, ứng dụng côngnghệ trong sản xuất, giáo dục, đào tạo và các hoạt động chính trị, xã hội khác.Trong giáo dục – đào tạo, CNTT được sử dụng vào tất cả các môn học tự nhiên, kỹthuật, xã hội và nhân văn Hiệu quả rõ rệt là chất lựơng giáo dục tăng lên cả về mặt

lý thuyết và thực hành Vì thế, nó là chủ đề lớn được tổ chức văn hóa giáo dục thếgiới UNESCO chính thức đưa ra thành chương trình hành động trước ngưỡng cửa

của thế kỷ XXI và dự đoán “sẽ có sự thay đổi nền giáo dục một cách căn bản vào đầu thế kỷ XXI do ảnh hưởng của CNTT ” [8] Như vậy, CNTT đã ảnh hưởng sâu

sắc tới giáo dục và đào tạo, đặc biệt là trong đổi mới PPDH

Ở nước ta, vấn đề ứng dụng CNTT trong giáo dục, đào tạo được Đảng vàNhà nước rất coi trọng, coi yêu cầu đổi mới PPDH có sự hỗ trợ của các phương tiện

kỹ thuật hiện đại là điều hết sức cần thiết Các Văn kiện, Nghị quyết, Chỉ thị của

Đảng, Chính phủ, Bộ Giáo dục – Đào tạo đã thể hiện rõ điều này, như: Nghị quyết

CP của Chính phủ về chương trình quốc gia đưa CNTT vào giáo dục đào tạo(1993), Nghị quyết Trung ương 2 khóa VIII, Luật giáo dục (1998) và Luật giáo dụcsửa đổi (2005), Nghị quyết 81 của Thủ tướng Chính phủ, Chỉ thị 29 của Bộ Giáodục – Đào tạo, Chiến lược phát triển giáo dục 2010 – 2020…

Quyết định số 698/QĐ-TTg ngày 1/6/2009 của Thủ tướng Chính phủ về việc

phê duyệt “Kế hoạch tổng thể phát triển nguồn nhân lực CNTT đến năm 2015 và định hướng đến năm 2020” [9] Chỉ thị số 55/2008/CT-BGDĐT ngày 30/9/2008 của

Bộ trưởng Bộ GDĐT về tăng cường giảng dạy, đào tạo và ứng dụng CNTT trongngành giáo dục giai đoạn 2008-2012 Nghị định số 102/2009/NĐ-CP ngày 6 tháng

11 năm 2009 của Chính phủ về quản lý đầu tư ứng dụng CNTT sử dụng nguồn vốnngân sách nhà nước Thông tư số 08/2010/TT-BGDĐT ngày 01/03/2010 của Bộ

trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo quy định về sử dụng phần mềm tự do mã nguồn mởtrong các cơ sở giáo dục.

Trong Nghị quyết Trung ương II, khoá VIII Đảng và Nhà nước ta khẳng

định: “Phải đổi mới phương pháp giáo dục – đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một

chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương pháp hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh ” [10].

Chỉ thị số 29 của Bộ Giáo dục – Đào tạo (ngày 30/7/2001/CT) về tăng cườnggiảng dạy, đào tạo và ứng dụng CNTT trong ngành giáo dục giai đoạn 2001 – 2005

nêu rõ “CNTT là phương tiện để tiến tới một xã hội hóa học tập” [11], nhưng “giáo

dục và đào tạo phải đóng vai trò quan trọng bậc nhất thúc đẩy sự phát triển của CNTT ” [11].

Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, có sự kết hợp quan sát thí nghiệm vàsuy luận lí thuyết để đạt được sự thống nhất giữa lí luận và thực tiễn Do đó trongquá trình hình thành kiến thức mới cho học sinh đòi hỏi giáo viên và học sinh phảitiến hành nhiều thí nghiệm, phối hợp âm thanh, hình ảnh, video minh họa từ đó tạoniềm tin phát triển tư duy và góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho HS Đặc biệt

là phần cơ học, các thí nghiệm tương đối phức tạp với các cơ hệ khó thực hiện Tuynhiên vì nhiều lí do khác nhau, không phải bất kỳ thí nghiệm nào cũng có thể thựchiện được Xét về mặt khách quan, các khó khăn gặp phải khi tiến hành các thínhiệm thực là do một vài thí nghiệm cần thực hiện với nhiều thao tác phức tạp, mấtnhiều thời gian thực hiện và tốn chi phí, một vài thí nghiệm khác thì có mức độnguy hiểm cao hoặc không thực hiện được trong điều kiện bình thường Ở một số

trường THPT còn thiếu hoặc chưa có các phòng thí nghiệm thực hành, nhữngtrường đã có phòng thí nghiệm thực hành thì dụng cụ thí nghiệm còn kém chấtlượng, thiếu số lượng, thiếu cán bộ chuyên trách, diện tích phòng học nhỏ và bố trí

bàn ghế cũng như thiết bị ở bên trong không thuận lợi cho việc sử dụng các thínghiệm thực trên lớp… Xét về mặt chủ quan, một số GV cho rằng, việc chuẩn bịdụng cụ phục vụ thí nghiệm trong giờ học cũng mất thời gian giảng bài Một vài

GV khác thì ngại khai thác, sử dụng thí nghiệm vì các dụng cụ thí nghiệm mới được

đưa vào sử dụng trong lúc đó nhiều GV chưa được tiếp cận tài liệu hướng dẫn nên

kiện, hiện tượng vật lí đó Bên cạnh đó, việc ra đời các phần mềm dạy học và sửdụng phần mềm là một nhu cầu lớn trong ngành giáo dục Mỗi phần mềm có một ưuthế riêng trong quá trình giáo dục, chính vì vậy khai thác và sử dụng các phần mềmtrong tổ chức dạy học là điều nên làm.

Hiện nay, một số các phần mềm được ứng dụng trong dạy học Vật lí như:Crocodile Physics, Electronics Workbench, Physics Simulations, Working Model,Solid work Trong đó phần mềm Working Model là một phần mềm có ứng dụngcao trong dạy học, có thể thiết kế được các thí nghiệm cơ học Sử dụng phần mềmWorking Model ta có thể thiết kế các thí nghiệm giúp cho học sinh hiểu một số lýthuyết thông qua hình ảnh trực quan, cũng có thể làm thí nghiệm mô phỏng khi mà

không có đủ điều kiện làm thí nghiệm thật Working Model có thể tạo mô phỏng

hình ảnh hoạt nghiệm rất tốt điều này sẽ giúp học sinh hiểu các hiện tượng cơ họctrong các bài tập, từ đó có phương pháp giải bài tập tốt nhất Đặc biệt trong môi

trường Working Model có thể tính toán kết quả một số bài tập từ đó có thể kiểm

chứng kết quả sau khi giải bài tập của học sinh

Trong thời gian qua, đã có nhiều công trình nghiên cứu về ứng dụng củaphần mềm Working Model Ví dụ như đề tài nghiên cứu khoa học “Ứng dụng phầnmềm mô phỏng Working Model 2D mô phỏng quá trình làm việc của máy đào mộtgầu truyền động thủy lực” của sinh viên Dương Mạnh Hùng lớp Máy xây dựng A-

K45 Chuyên đề “Sử dụng phần mềm Working Model để mô phỏng các hiện tượng

Vật lí” của GV Trần Nhật Trung trường THPT Vịnh Xuân nhưng chỉ dừng lại ở ứngdụng trong các lĩnh vực khác như xây dựng, chế tạo máy móc, hiện tượng Vật lí…

Chưa có đề tài nghiên cứu theo hướng ứng dụng Working Model trong giảng dạy

các thí nghiệm cơ học trong Vật lí

Xuất phát từ những lí do trên tôi chọn đề tài nghiên cứu: “S ử dụng phần

m ềm Working Model thiết kế các thí nghiệm ảo phần cơ học Vật lí THPT”.

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

a Mục tiêu chung

Xây dựng được các thí nghiệm phần cơ học Vật lý THPT và sử dụng được hệthống các thí nghiệm đó để tổ chức dạy học đạt hiệu quả

b Mục tiêu cụ thể

- Làm rõ hơn cơ sở lí luận của việc tổ chức dạy học các thí nghiệm cơ học

được thiết kế bởi phần mềm Working Model

- Xây dựng được quy trình thiết kế tiến trình dạy học có sự hỗ trợ của cácphần mềm Working Model trong phần cơ học Vật lí THPT

3 Đối tượng nghiên cứu

Tổ chức hoạt động dạy học các thí nghiệm phần cơ học Vật lí THPT với việc

sử dụng phần mềm mô phỏng Working Model

4 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu các thí nghiệm phần cơ học Vật lí THPT được thiết kế bởi phầnmềm mô phỏng Working Model

- Thực nghiệm sư phạm tại trường THPT Thanh Khê – TP Đà Nẵng

5 Giả thuyết khoa học

Nếu việc tổ chức dạy học các thí nghiệm phần cơ học Vật lí THPT được thiết

kế bởi phần mềm mô phỏng Working Model một cách thích hợp thì sẽ có tác dụng

hỗ trợ tốt cho hoạt động dạy của giáo viên, tăng cường tính trực quan giúp học sinhkhắc sâu bản chất vật lí của các sự vật hiện tượng cơ học trong thực tế, từ đó nângcao chất lượng dạy học các thí nghiệm phần cơ học Vật lí THPT

6 Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài

- Tìm hiểu phương pháp dạy học các thí nghiệm cơ học ở trường THPT

- Xây dựng quy trình thiết kế tiến trình dạy học các thí nghiệm cơ học đượcthiết kế bởi phần mềm mô phỏng Working Model

- Thiết kế và soạn thảo tiến trình dạy học một số tiết phần cơ học Vật líTHPT có các thí nghiệm cơ học được thiết kế bởi phần mềm mô phỏng WorkingModel

- Thực nghiệm sư phạm để kiểm tra giả thuyết và rút ra các kết luận

7 Phương pháp nghiên cứu

7.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu các chủ trương, chính sách của Đảng, Bộ giáo dục thông qua

các văn kiện, luật giáo dục, các chỉ thị… về vấn đề dạy học và đổi mới phương

pháp dạy học để nâng cao chất lượng dạy học của trường THPT

- Nghiên cứu các luận án, luận văn, sách, bài báo, tạp chí chuyên ngành cóliên quan đến đề tài.

7.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Điều tra thực trạng, nghiên cứu tình hình sử dụng các phần mềm dạy học

trong quá trình dạy học Vật lí ở trường phổ thông

7.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

- Tiến hành giảng dạy một số tiết có các thí nghiệm cơ học được mô phỏngbằng phần mềm Working Model

- Quan sát, kiểm tra, đánh giá hoạt động của học sinh trong quá trình học cáctiết học này

- So sánh, đối chứng với các lớp khác không học theo phương pháp này, kếthợp với việc trao đổi ý kiến của giáo viên giảng dạy

7.4 Phương pháp thống kê toán học

Sử dụng phương pháp thống kê toán học để phân tích kết quả thực nghiệm sưphạm và kiểm định lại giả thuyết về sự khác nhau trong kết quả học tập của hai lớpthực nghiệm và lớp đối chứng

NỘI DUNGChương 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC

THÍ NGHIỆM Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

1.1 Phương pháp dạy học Vật lí

Dạy học là một hoạt động đặc trưng nhất của giáo dục, cơ bản nhất trongviệc truyền thụ các vốn tri thức, kinh nghiện trong xã hội loài người Nó tuân thủtheo những quy luật chung nhất cho bất kỳ hoạt động nào của con người: có động

cơ, quá trình thực hiện và có tính mục đích

Phương pháp hiểu theo nghĩa chung nhất được bắt nguồn từ hoạt động và là

khái niệm luôn song đôi với hoạt động, là cách thức, biện pháp để thực hiện, con

đường dẫn đến mục đích đề ra

PPDH là hình thức và phương thức hoạt động của GV và HS trong những

điều kiện dạy học xác định nhằm đạt được mục đích dạy học Hay nói ngắn gọn

PPDH là con đường để đạt được mục đích dạy học

Để nâng cao các PPDH nhằm nâng cao chất lượng dạy học ở nhà trường thìngười GV phải vượt qua ba ràng buộc: mục đích dạy học, nội dung dạy học và đốitượng dạy học Như vậy PPDH Vật lí chỉ khác với PPDH ở các bộ môn khác ở nội

dung dạy học

1.2 Cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí hiện nay

1.2.1 Khái ni ệm thí nghiệm Vật lí

TN Vật lí là một trong những PPDH Vật lí ở trường THPT Đó là cách thứchoạt động của thầy và trò giúp cho trò tự chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo, đặcbiệt là kĩ năng, kĩ xảo thực hành

1.2.2 Phân lo ại thí nghiệm Vật lí

1.2.2.1 Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên

Là các TN mà GV giới thiệu một cách tương đối nhanh với HS chủ yếu vềmặt định tính các hiện tượng, quá trình và quy luật nghiên cứu, cấu tạo và hoạt độngcủa một vài dụng cụ và thiết bị kỹ thuật những cái mà HS có thể cảm thụ được bằng

- TN mở đầu nhằm mục đích đề xuất vấn đề nghiên cứu.

- TN nghiên cứu hiện tượng: nhằm mục đích xây dựng hoặc chứng minh kiếnthức mới

- TN củng cố: cho HS vận dụng kiến thức đã học giải thích, dự đoán hiện

tượng , qua đó nắm vững kiến thức đã học

1.2.2.2 Thí nghiệm do học sinh thực hiện

a) Thí nghiệm trực diện đồng loạt của học sinh

TN do HS trực tiếp tiến hành đồng loạt chủ yếu là kiểm tra tính đúng đắn củacác hệ quả lí thuyết Giúp HS hoàn thiện kiến thức đã học, rèn luyện kĩ năng và thóiquen khi sử dụng các dụng cụ

b) Thí nghiệm thực hành Vật lí

TN thực hành Vật lí cũng được dùng vào mục đích như TN trực diện Nhưngmức độ tự lực của HS ở đây cao hơn, HS áp dụng kiến thức vào những điều kiệnmới Tạo khả năng ôn tập kiến thức đã học ở mức độ cao hơn, làm quen với các yếu

tố tự lực nghiên cứu thực nghiệm

c) Các bài toán thực nghiệm

Các bài toán thực nghiệm đòi hỏi phải tìm tòi bằng thực nghiệm tự lực những

số liệu khởi đầu để giải quyết về mặt lý thuyết các bài toán đó và kiểm tra tiếp theobằng thực nghiệm tính đúng đắn của kết quả thu được

d) Thí nghiệm ngoài giờ lên lớp

TN quan sát ở nhà là một loại bài tập thực nghiệm tự lực các TN đơn giảnnhất

Như vậy, theo hệ thống TN nói trên, tất cả HS được làm quen dần với việc

nghiên cứu các hiện tượng Vật lí theo mục đích đã đề ra, làm quen dần với các thiết

bị kĩ thuật và phương pháp làm việc với nó

1.2.3 Các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí

Các điều kiện của TN Vật lí phải được lựa chọn và được thiết lập có chủđịnh sao cho thông qua TN, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được

giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết

Mỗi TN có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: Đối tượng cần nghiêncứu, phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện cần

quan sát, đo đạc thu nhận các kết quả của sự tác động

Các thiết bị TN có độ chính xác ở mức độ nhất định Đầu tiên chúng ta tìmthấy một quy luật sai và rồi chúng ta tìm ra quy luật đúng.

1.2.4 Vai trò c ủa thí nghiệm Vật lí trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học

a) Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức

Vật lí học là môn khoa học thực nghiệm Trong tự nhiên rất ít các hiện

tượng, quá trình vật lí xảy ra dưới dạng thuần khiết nên muốn nhận thức được đốitượng vật lí, chúng ta phải tác động vào đối tượng một cách chủ động và có hệ

thống Đó chính là quá trình làm TN vật lí Chính nhờ TN, ta có thể nghiên cứu cáchiện tượng, quá trình trong những điều kiện có thể khống chế được, thay đổi được,

có thể quan sát và đo đạc đơn giản, dễ dàng hơn Thông qua sự phân tích các điềukiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động ta có thể thunhận được tri thức mới

Trong dạy học vật lí, ở giai đoạn đầu của quá trình nhận thức một hiện

tượng, một quá trình vật lí nào đó, khi HS còn chưa có hoặc có hiểu biết ít ỏi về

hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu thì TN được sử dụng để cung cấp cho

HS những dữ liệu cảm tính về hiện tượng, quá trình vật lí này

Trong chiến lược dạy học giải quyết vấn đề, việc xây dựng bài toán nhậnthức đóng vai trò trung tâm, chủ đạo Để xây dựng được bài toán nhận thức này,

trước hết GV phải tìm cách tạo ra tình huống có vấn đề và đưa HS vào tình huống

có vấn đề Sử dụng TN là một trong những biện pháp hữu hiệu để tạo tình huống cóvấn đề Qua quan sát TN, HS thấy rằng không thể dùng kiến thức cũ để giải thíchhiện tượng xảy ra trong TN, thậm chí hiện tượng xảy ra trái với dự đoán ban đầu

đặt ra Thông qua việc giải quyết bài toán nhận thức này dưới sự tổ chức, hướng dẫn

của GV, HS sẽ thu nhận được kiến thức mới

Ví dụ: Đặt vấn đề về sự rơi tự do, GV cho HS quan sát TN ảo về chuyển

động của viên bi và lông

chim khi có lực cản của

không khí, yêu cầu HS

dự đoán hiện tượng xảy

ra và giải thích, HS sẽ

thấy rằng không thể dùng

kiến thức cũ để giải thích

hiện tượng xảy ra, từ đó

làm nảy sinh ở HS nhu

cầu đi tìm câu trả lời cho vấn đề đặt ra

Ngoài ra, trong quá trình giải quyết vấn đề bằng con đường làm TN, HS sẽquan sát, xử lý số liệu thu thập được để đưa ra các kết luận và nhận định Ở giai

đoạn này, TN vật lí cũng thể hiện rõ vai trò là một phương tiện để giải quyết bài

toán nhận thức, là phương tiện để thu nhận tri thức

b) Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức

Theo quan điểm của lí luận nhận thức, một trong các vai trò của thí nghiệm

trong dạy học Vật lí là dùng để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức mà HS đã thunhận được trước đó Trong nhiều trường hợp, kết quả của TN quyết định tính đúng

đắn của các tri thức đã biết đòi hỏi phải đưa ra các giả thuyết khoa học mới và lại

kiểm tra nó ở các TN khác Nhờ vậy, chúng ta sẽ thu được những tri thức có tính

khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó như những trường hợp riêng,trường hợp giới hạn

Trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, có một số kiến thức được rút rabằng suy luận logic chặt chẽ từ các kiến thức đã biết Nếu trong trường hợp này ta

có thể làm TN để kiểm nghiệm lại chúng thì có tác dụng xây dựng và củng cố lòngtin của HS vào kiến thức đã thu được

Ví dụ: khi khảo sát dao động của con lắc lò xo nằm ngang, bằng lí thuyết,

định luật II Newton và phương trình vi phân có thể rút ra biểu thức li độ của con lắc

là phương trình có dạng hàm côsin hay sin Để kiểm nghiệm kết quả này, GV có thể

Hình 1.1 Thí nghiệm sự rơi tự do

làm TN ảo trên máy tính cho HS quan sát đồ thị li độ của dao động Sau khi quan

sát được, HS nhận thấy đồ thị dao động có dạng hình sin, từ đó các em sẽ tin tưởng

vào kết quả thu nhận từ suy luận lí thuyết

c) Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức vào thực tiễn

Trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS thì việc vận dụng trithức là khâu cuối cùng Khi vận dụng tri thức, ta có thể dùng TN yêu cầu HS giảithích các hiện tượng liên quan, lúc này đòi hỏi HS phải sử dụng tri thức vừa học đểlập luận, suy đoán Do đó, TN là một phương tiện để HS vận dụng kiến thức đã học

Ví dụ: GV cho HS quan sát TN ảo về sự chuyển động của các hành tinhquanh Mặt Trời

Hình 1.2 Thí nghiệm về các hình tinh trong hệ Mặt trời 1.2.4.2 Thí nghiệm góp phần vào việc phát triển toàn diện học sinh

Việc sử dụng TN trong dạy học góp phần quan trong vào việc hoàn thiệnnhững phẩm chất và năng lực của HS, đưa đến sự phát triển toàn diện cho ngườihọc Trước hết, TN là phương tiện nhằm góp phần nâng cao chất lượng kiến thức vàrèn luyện kĩ năng, kĩ xảo Vật lí cho HS Nhờ TN, HS có thể hiểu sâu hơn bản chấtVật lí của các hiện tượng, định luật, quá trình được nghiên cứu và do đó có khả

năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS sẽ linh hoạt và hiệu quả hơn

Truyền thụ cho HS những kiến thức phổ thông cơ bản là một trong nhữngnhiệm vụ quan trọng của hoạt động dạy học Để làm được điều đó, GV cần nhận thức

rõ việc xây dựng cho HS một tiềm lực, một bản lĩnh, thể hiện trong cách suy nghĩ,

TN, bản thân HS cần phải tư duy cao mới có thể khám phá ra được những điều cầnnghiên cứu Thực tế cho thấy, trong dạy học Vật lí, đối với các bài giảng có sử dụng

TN, thì HS lĩnh hội kiến thức rộng hơn và nhanh hơn, HS quan sát và đưa ra những

dự đoán, những ý tưởng mới, nhờ đó hoạt động nhận thức của HS sẽ được tích cực và

tư duy của các em sẽ được phát triển tốt hơn

Ví dụ: Khi cho HS quan sát thí nghiệm hệ quy chiếu phi quán tính, GV yêucầu HS quan sát cho biết khi xe chuyển động với gia tốc a so với mặt bàn, nếukhông có ma sát giữa hòn bi và rãnh trên xe lăn thì theo định luật I Newton, hòn bivẫn đứng yên ở phía trên điểm M của bàn, tại sao hòn bi lại chuyển động, lúc này

đòi hỏi HS linh hoạt quan sát, mở rộng kiến thức để đưa ra những dự đoán nhờ đó

hoạt động nhận thức của HS sẽ được tích cực và tư duy của các em sẽ được pháttriển tốt hơn

Hình 1.3 Thí nghiệm khảo sát hệ quy chiếu phi quán tính.

1.2.4.3 Thí nghiệm là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh

Thông qua việc tiến hành TN, HS có cơ hội trong việc rèn luyện kĩ năng, kĩxảo thực hành, góp phần thiết thực vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho HS TNcòn là điều kiện để HS rèn luyện những phẩm chất của người lao động mới như:

đức tính cẩn thận, kiên trì, trung thực Xét trên phương diện thao tác kỹ thuật,

chúng ta không thể phủ nhận vai trò của TN đối với việc rèn luyện sự khéo léo taychân của HS

Hoạt động dạy học không chỉ dừng lại ở chỗ truyền thụ cho HS những kiếnthức phổ thông cơ bản đơn thuần mà điều không kém phần quan trọng ở đây là làmthế nào phải tạo điều kiện cho HS tiếp cận với hoạt động thực tiễn bằng những thaotác của chính bản thân họ Trong dạy học Vật lí, đối với những bài giảng có TN thì

GV cần phải biết hướng HS vào việc cho họ tự tiến hành TN, có như vậy kiến thứccác em thu nhận được sẽ vững vàng hơn, rèn luyện được cho các em sự khéo léochân tay, khả năng quan sát tinh tế, tỉ mỉ hơn và chính xác hơn Có như thế, khả

năng hoạt động thực tiễn của HS sẽ được nâng cao

Ví dụ: Khi HS quan sát thí nghiệm khảo sát gia tốc rơi tự do, đòi hỏi họcsinh phải cẩn thận, kiên trì quan sát, ghi chính xác số liệu của thời gian và quãng

đường vật rơi tự do tương ứng để đưa ra biểu thức tính gia tốc rơi tự do

Hình 1.4 Thí nghiệm khảo sát gia tốc rơi tự do.

1.2.4.4 Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập của học sinh

TN là phương tiện gây hứng thú, là yếu tố kích thích tính tò mò, ham hiểubiết của HS học tập, nhờ đó làm cho các em tích cực và sáng tạo hơn trong quá trìnhnhận thức

Chính nhờ TN và thông qua TN mà ở đó HS tự tay tiến hành các TN, các em

sẽ thực hiện các thao tác TN một cách thuần thục, khơi dậy ở các em sự say sưa, tò

mò để khám phá ra những điều mới, những điều bí ẩn từ TN và cao hơn là hìnhthành nên những ý tưởng cho những TN mới Đó cũng chính là những tác động cơbản, giúp cho quá trình hoạt động nhận thức của HS được tích cực hơn

Thông qua TN, nhờ vào sự tập trung chú ý, quan sát sự vật, hiện tượng có thểtạo cho HS sự ham thích tìm hiểu những đặc tính, quy luật diễn biến của hiện tượng

đang quan sát Khi giác quan của HS bị tác động mạnh, HS phải tư duy cao độ từ sự

quan sát TN, chú ý kĩ TN để có những kết luận, những nhận xét phù hợp

Ví dụ: Khi GV dạy kiến thức về sự tồn tại đồng thời của lực hút và lực đẩyphân tử bài 28 “Cấu tạo chất Thuyết động học phân tử chất khí” – Vật lí 10 cơ bản,nếu GV chỉ nói bằng lời hoặc cho HS quan sát hình ảnh SGK thì HS sẽ khó hìnhdung dễ gây nhàm chán, HS sẽ khó tiếp thu kiến thức Nếu được học kiến thức nàybằng thí nghiệm HS sẽ thấy hứng thú, tiếp thu được kiến thức dễ dàng hơn

Hình 1.5 Mô hình mô phỏng sự tồn tại đồng thời của lực hút và lực đẩy

phân tử.

1.2.4.5 Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức hoạt động của học sinh

TN là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc độc lập hoặc tập thể qua

đó góp phần bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của HS Qua TN đòi hỏi HS phải

làm việc tự lực hoặc phối hợp tập thể, nhờ đó có thể phát huy vai trò cá nhân hoặctính cộng đồng trách nhiệm trong công việc của các em

Ví dụ: Khi tiến hành các bài thực hành làm thí nghiệm trong SGK, giáo viênphải cho hoạt động nhóm để các em cùng nhau làm việc tập thể, phát huy tính tráchnhiệm của mỗi cá nhân

1.2.4.6 Thí nghiệm vật lý góp phần làm đơn giản hoá các hiện tượng và quá trình Vật lí

Thí nghiệm Vật lí góp phần đơn giản hoá hiện tượng, tạo trực quan sinh độngnhằm hỗ trợ cho tư duy trừu tượng của HS, giúp cho HS tư duy trên những đối

tượng cụ thể, những hiện tượng và quá trình đang diễn ra trước mắt họ Các hiệntượng trong tự nhiên xảy ra vô cùng phức tạp, có mối quan hệ chằng chịt lấy nhau,

do đó không thể cùng một lúc phân biệt những tính chất đặc trưng của từng hiệntượng riêng lẻ, cũng như không thể cùng một lúc phân biệt được ảnh hưởng của tính

chất này lên tính chất khác Chính nhờ TN Vật lí đã góp phần làm đơn giản hoá cáchiện tượng, làm nổi bật những khía cạnh cần nghiên cứu của từng hiện tượng và quátrình Vật lí giúp cho HS dễ quan sát, dễ theo dõi và dễ tiếp thu bài

Ví dụ: khi dạy nội dung định luật về hiện tượng điện phân của Farađây, hiện

tượng xảy ra vô cùng phức tạp, GV khó có thể dựa vào TN để thiết lập công thứcđịnh lượng của định luật Nhưng GV có thể tiến hành TN minh họa một cách định

tính trên máy tính cho HS thấy được khi điện phân dung dịch đồng sunfat (CuSO4)thì các ion đồng đến bám vào điện cực dương của bình điện phân tăng theo thờigian

Trên đây, chúng ta đã làm rõ vai trò hết sức quan trọng của TN vật lí về mặtphương pháp luận, về mặt tâm lí và trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong

dạy học Vật lí

1.2.5 Nh ững khó khăn và hạn chế của các thí nghiệm truyền thống trong tổ

ch ức hoạt động nhận thức của học sinh

Trong dạy học Vật lí, TN vật lí đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc hỗ

luận dạy học hiện đại về tổ chức hoạt động nhận thức của HS thì các TN truyềnthống bộc lộ nhiều nhược điểm:

Khi cần tái hiện lại một hiện tượng, quá trình vật lý phức tạp hoặc có diễnbiến nhanh thì các thiết bị TN truyền thống không thực hiện được Ví dụ như khinghiên cứu các dạng chuyển động nhanh trong cơ học, chỉ bằng một TN đơn giản

về chuyển động rất nhanh của một vật (như chuyển động rơi tự do, chuyển độngném ngang, ném xiên, va chạm, sóng ) thì bằng mắt thường HS khó có thể quan sát

được những biến đổi tọa độ theo thời gian của chuyển động đó, vì vậy mà cũng

không thể tạo được một động cơ thích hợp cho hoạt động của HS Để giúp HS trongviệc quan sát các quá trình có diễn biến nhanh như trên, các phương tiện nghe nhìnhiện đại như phim video có một vai trò lớn Nhờ các đoạn phim quay chậm quátrình rơi tự do của một vật, HS có thể sơ bộ nhận thấy được sự chuyển động nhanhdần của nó, qua đó mới tạo cho HS nhu cầu muốn nghiên cứu cụ thể quy luậtchuyển động của nó, xem đó có phải là chuyển động nhanh dần đều hay không.Cũng nhờ phim video quay chậm lại sự va chạm giữa hai vật mà HS có thể thấy

được sự biến đổi chuyển động của chúng sau va chạm, nảy sinh động cơ nghiên cứu

quy luật của sự biến đổi ấy Tuy nhiên, tác dụng của đoạn phim quay chậm còn rấthạn chế và không có khả năng hỗ trợ để HS hoạt động tự chủ khám phá quy luật đó

Với những quá trình cơ học biến đổi nhanh thì việc thiết kế và tiến hành TNvới các dụng cụ truyền thống gặp nhiều khó khăn, nhiều khi không thực hiện được

Đối với các quá trình có thể tiến hành TN thì lại đòi hỏi nhiều thời gian thu thập số

liệu, tính toán, vẽ đồ thị và thời gian kiểm tra sự đúng đắn của các giả thuyết Trongthời gian của tiết học, HS không có đủ thời gian để tiến hành các hoạt động tư duy

như dự đoán, đề xuất giả thuyết Giải pháp sử dụng phim video quay chậm thì HS

chỉ chủ yếu được quan sát lại quá trình một cách định tính mà không được tham giavào quá trình hoạt động xây dựng kiến thức Nhằm giải quyết những khó khăn đó,hiện nay trong dạy học vật lí việc sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính

và các phần mềm là cần thiết để việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS có hiệuquả hơn

1.3 Giới thiệu phần mềm Working Model

1.3.1 Gi ới thiệu chung

Working Model là bộ phần mềm chuyên dụng, thõa mãn đầy đủ các tính

năng cần thiết của một bộ phần mềm mô phỏng Working Model được dùng để mô

phỏng các hệ thống cơ học Hệ thống mô phỏng có thể đơn giản là một quá trìnhphân tích kết cấu tĩnh hoặc là một hệ thống động lực học Bộ phần mềm này có khả

năng mô phỏng cơ hệ gồm các vật thể không những trong không gian hai chiều

(2D) mà còn cả trong không gian ba chiều (3D)

Working Model được đánh giá là bộ phần mềm mô phỏng bán chạy nhất trên

toàn thế giới nhờ vào tính năng giúp người sử dụng trong quá trình thiết kế sảnphẩm hay hệ thống và xem xét các kết quả thiết kế nhanh chóng thông qua việc thựchiện mô phỏng một cách nhanh chóng, củng cố những kết quả của các công cụ giảitích cổ điển

Phần mềm Working Model có những tính năng rất nổi bật:

- Working Model là phần mềm mô phỏng với những công cụ hỗ trợ mạnh mẽ

cho phép người sử dụng xây dựng và phân tích động lực học cơ hệ trên máy tính

một cách nhanh chóng và dễ dàng Ngoài ra Working Model còn cung cấp các công

cụ giúp kiểm tra – thiết kế - kiểm tra lại thiết kế

- Giúp người thiết kế thử nghiệm các thiết kế khác nhau

- Giúp nhanh chóng xây dựng, thực hiện và hiệu chỉnh quá trình mô phỏngvới những công cụ về đối tượng và các ràng buộc cho trước

- Thực thi, dừng, hiệu chỉnh và khai báo lại quá trình mô phỏng tại bất kì thời

điểm nào trong lúc mô phỏng

- Phân tích thiết kế bằng cách đo đạc các giá trị lực, moment, gia tốc,… củabất kỳ chi tiết nào trong hệ thống

- Xem kết quả xuất ra dưới dạng vectơ, giá trị số hay đồ thị trong các đơn vịkhác nhau

- Thông số đầu vào cho quá trình mô phỏng có thể nhập bằng nhiều nguồn:

từ thanh trượt, từ ô nhập liệu, từ bảng tính Excel hay từ Matlab

- Có thể mô phỏng quá trình tiếp xúc, va chạm, ma sát…

- Phân tích kết cấu tĩnh và cho kết quả biểu đồ nội lực

- Soạn thảo các mô hình bằng ngôn ngữ Basic dưới dạng file script giúp

người sử dụng can thiệp sâu hơn trong quá trình mô phỏng của phần mềm

- Tạo các hình ảnh động, đoạn phim ngắn AVI, đồ thị cho việc trình diễn,…Working Model trang bị những công cụ giúp xây dựng và mô tả các đặc

trưng của hệ thống Khi mô hình được thiết kế xong, chương trình cho phép tác

dụng lên các phần tử thông qua một số loại lực Các lực này có thể là trọng lực hayngẫu lực,… Mô hình TN như vậy sẽ được xây dựng trong môi trường thực, có lựctrọng trường thẳng đứng và có cả lực ma sát,…

1.3.2 Hướng dẫn cài đặt phần mềm Working Model

Khi đã có phiên bản 2D của Working Model thì tiến hành cài đặt như sau:

- Bước 1: Vào thư mục chứa phần mềm, nhấp đúp vào file wmdemo

- Bước 2: Thông báo tên Welcom, nhấp Next để tiếp tục

Hình 1.3 Thông báo Welcome

- Bước 3: Hộp thoại Registration hỏi thông báo nhập thông tin người sử

dụng và mã số cài đặt Nhập số Serial: H840I12635, nhấp Next

Hình 1.4 Thông báo Registration Information

- Bước 4: Hộp thoại Registration Confirmation yêu cầu người sử dụng khẳng

định các thông tin đăng nhập trước đó

Hình 1.5 Hộp thoại Registration Confirmation

- Bước 5: Cửa sổ Choose Folder cho phép ta thay đổi địa chỉ cài đặt, địa chỉ

mặc định là C:\Program File\Working Model Nếu không cần thay đổi chọn OK

Hình 1.6 Cửa sổ Choose Folder.

Lúc này chương trình bắt đầu cài đặt vào máy tính của bạn như đã khai báo

Hình 1.7 Các chỉ thị tiến độ cài đặt phần mềm

Quá trình cài đặt kết thúc được thông báo bằng hộp thoại Setup Complete,nhấp Finish để kết thúc cài đặt

Hình 1.8 Thông báo Setup Complete.

Lúc này người sử dụng có thể bắt đầu làm quen với Working Model và sử

dụng các tính năng tuyệt vời của Working Model

1.3.3 Kh ởi động và giới thiệu giao diện Working Model

1.3.3.1 Khởi động

Cách 1: Nhấp đúp vào biểu tượng Working Model trên màn hình Desktop Cách 2: Từ Start menu: Chọn Programs\Working Model\ Working Model.

1.3.3.2 Giới thiệu giao diện Working Model

Sau khi khởi động, giao diện của Working Model xuất hiện như sau:

Hình 1.9 Giao diện của phần mềm Working Model.

Về cơ bản, giao diện Working Model bao gồm những phần chính sau:

AutoErase Track

(Tự động xem ảnh hoạt nghiệm)

Erase Track

(Xóa ảnh hoạt nghiệm)

Retrain Meter Values

(Giữ lại giá trị đồng hồ đo)

Erase Meter Values

(Xóa giá trị đồng hồ đo)

New reference Frames

(Tạo mới đường viền cho đối tượng)

Delete reference Frames

(Xóa viền cho đối tượng)

(Độ dài của vectơ)

New Menu Button

(Menu chứa các nút bấm)

New Control

(Điều khiển)

New ApplicationInterface

(Biểu tượng liên kết với ứng dụng mới)

Acceleration

(Đồ thị gia tốc)

P – V- A

(Đồ thị li độ, vận tốc, gia tốc)

Bảng 1.1 Hệ thống trình đơn.

Hệ thống toolbar

Toolbar giúp người sử dụng thực thi một cách nhanh chóng những lệnh

thông dụng Dưới đây là liệt kê các công cụ trên những hệ thống toobar có trong

môi trường Working Model

Standard

Toolbar

New Mở mới một bài mô phỏng Working Model với các thiết lập

mặc định hiện hành

Open Mở một bài mô phỏng Working Model đã tạo ra trước đó

Save Lưu một bài mô phỏng hiện hành.

Cut Gỡ bỏ những đối tượng chọn ra khỏi mô hình và đưa vào

Clipboard

Copy Copy các đối tượng chọn và đưa vào Clipboard.

Paste Dán nội dung từ Clipboard vào bài mô phỏng.

Chế độ chọn và rê kéo đối tượng trên màn hình

Rotate Chế độ quay đối tượng quanh khối tâm.

Run control toolbar

Run Tiến hành quá trình mô phỏng.

Stop Dừng quá trình mô phỏng.

Reset Trả bài mô phỏng về thời điểm và vị trí khởi đầu quá trình

mô phỏng

Bảng 1.4 Run control toolbar.

Body toolbar

Circle Tạo đối tượng hình tròn có khối lượng

Square Tạo đối tượng hình vuông có khối lượng

Polygon Tạo đối tượng hình đa giác có khối lượng

Curved

Polygon Tạo đối tượng hình đa giác cạnh cong có khối lượng.

Rectangle Tạo đối tượng hình chữ nhật có khối lượng

Anchor Dùng để khóa chuyển động của các đối tượng có khối

lượng

Join/Split Toolbar

Join Dùng để liên kết hai phần tử (phần tử có thể là points,

square point và slot elements)

Split Dùng để tạm thời tách rời hai chi tiết.

Bảng 1.6 Join/Split toolbar.

Point toolbar

Point

Element

Dùng để tạo một phần tử điểm phục vụ cho việc tạo liên

kết hoặc xác định vị trí đo đạc các đại lượng mô phỏng.Square

Point

Element

Dùng để tạo một phần tử điểm vuông phục vụ cho việc tạo

liên kết cứng hoặc kết hợp với phần tử slot để tạo liên kếtrãnh trượt

Horizontal

SlotElement

Dùng để tạo phần tử rãnh trượt ngang

Vertical

SlotElement

Dùng để tạo phần tử rãnh trượt đứng

Curvet

SlotElement

Dùng để tạo phần tử rãnh trượt cong

Damper Dùng để tạo giảm chấn xoắn.

Damper Dùng để tạo giảm chấn thẳng

SpringDamper Dùng để tạo lò xo – giảm chấn thẳng.

Torque Dùng để tác dụng một ngẫu lực lên mô hình

Force Dùng để tạo một lực lên mô hình

Motor Dùng để tạo động cơ

Actuator Dùng để tạo cơ cấu chấp hành

Rope Dùng để tạo liên kết dây

Separator Dùng để tạo khe hở

Pulley Dùng để tạo hệ thống tời

Rod Dùng để tạo ra liên kết thanh

Bảng 1.8 Construction Toolbar.

Joint toolbar

Pin Joint Dùng để tạo khớp xoay giữa hai vật thể vđặt

1.3.4 Cách th ức làm việc của phần mềm Working Model

Tất cả các chuyển động được tạo ra trong môi trường Working Model đều

được dựa trên nguyên lý cơ bản của cơ học như hệ thống các định luật Newtơn cácphương trình động học

Working Model còn thiết lập một số mô hình ma sát và các kết quả thựcnghiệm mô tả tính chất không đàn hồi và va chạm

Cách tạo ra một thiết kế mới:

a Tạo đối tượng

Để tạo ra một thiết kế cần mở một file mới, sau đó thiết lập các đối tượng từ

hộp Body

b Tạo liên kết giữa các đối tượng

Sau khi thiết lập các đối tượng cần liên kết chúng nhờ các công cụ joint,

point…

c Chèn văn bản vào thiết kế

Chọn biểu tượng A trên thanh công cụ Edit sau đó click chuột vào vị trí cầnchèn

f Sử dụng chức năng điều khiển mô phỏng

Dùng các lệnh Run, Stop, Reset để điều khiển mô phỏng hoạt động

1.4 Thực trạng của việc sử dụng PMDH Vật lí ở trường THPT

1.4.1 Th ực trạng sử dụng PMDH

Hiện nay, đổi mới PPDH là nhiệm vụ trọng tâm của ngành giáo dục Vàtrong thời đại công nghiệp hiện đại ngày nay thì việc ứng dụng các thành tựu CNTTtrong dạy học để nâng cao hiệu quả dạy học là điều mà mỗi trường học đều hướng

đến Biểu hiện là số lượng GV sử dụng máy tính trong trường học ngày càng tăng.Điều này đóng vai trò rất quan trọng trong việc sử dụng các PMDH PMDH là một

công cụ phục vụ cho việc giảng dạy và học tập có nhiều ưu điểm và phù hợp trongtình trạng hiện nay, qua đó HS có thể tự tư duy sáng tạo hay khám phá những kiếnthức mới, giúp HS đi xa hơn, vượt qua những hạn chế của bài giảng trong SGK ở

trường học

Tuy nhiên, việc ứng dụng CNTT trong nhà trường vẫn đang chỉ dừng lại ởviệc trang thiết bị máy tính, kết nối internet phục vụ trong tin học hay soạn giáo án

và bài giảng điện tử chưa hoàn toàn khai thác những ứng dụng của CNTT để thay

đổi PPDH, chưa trang bị cho HS những tri thức mới, chưa giúp HS biết dùng CNTT

để khai thác thông tin hữu ích

1.4.2 Khái quát v ề điều tra thực tế

1.4.2.1 Mục đích và nội dung điều tra

Chúng tôi tiến hành điều tra khảo sát thực tế nhằm tìm hiểu về điều kiện cơ

sở vật chất và thực trạng sử dụng PMDH của GV để tạo cơ sở khoa học trong việc

đề xuất phương pháp tổ chức hoạt động dạy học với dự hỗ trợ PMDH Căn cứ vào

mục đích điều tra khảo sát thực tế trên, tôi tiến hành điều tra nội dung gồm:

- Trang bị cơ sở vật chất phục vụ dạy học, cụ thể là số phòng chức năng, số

lượng máy chiếu, số lượng máy vi tính phục vụ giảng dạy

- Thực trạng sử dụng PMDH, cụ thể: GV có thường xuyên sử dụng PMDHtrong quá trình dạy học không? GV có nắm được phương pháp sử dụng PMDHtrong quá trình dạy học không?

1.4.2.2 Đối tượng và phương pháp điều tra

Để tìm hiểu thực trạng sử dụng PMDH ở trường THPT Thanh Khê – Đà

Nẵng, chúng tôi đã tiến hành trao đổi và điều tra bằng phiếu thăm dò ý kiến HS và

GV của trường

1.4.2.3 Kết quả điều tra khảo sát

a Tìm hiểu về cơ sở vật chất của trường THPT Thanh Khê – Đà Nẵng

Phòng bộ môn: 20 phòng học, 5 phòng bộ môn: Lý, Hóa, Sinh, Tin học; 2phòng học trình chiếu có máy chiếu

b Tình hình sử dụng bài giảng điện tử trong dạy học

Tôi đã tiến hành điều tra bằng phiếu thăm dò ý kiến của HS các lớp 10/2,

10/3, 10/6, 11/1, 11/8, 11/11 trường THPT Thanh Khê cùng với thực tập giảng dạytại trường Qua tổng hợp phiếu thăm dò và thực nghiệm quan sát, giảng dạy, tôi thu

được kết quả như sau:

Biểu đồ 1.1 Tình hình sử dụng bài giảng điện tử có ứng dụng phần mềm mô phỏng

Biểu đồ 1.2 Sự hứng thú của HS khi học các thí nghiệm được mô phỏng bằng phần

xuyên hơn và gây được sự hứng thú của học sinh nhiều hơn Tuy nhiên, việc dạy

học bằng bài giảng điện tử có sử dụng các thí nghiệm ảo vẫn chưa được GV chútrọng, mặc dù nhiều HS cho rằng khi được học các thí nghiệm được mô phỏng bằngphần mềm giúp HS hiểu bài hơn, tỉ lệ GV thỉnh thoảng sử dụng bài giảng điện tử có

sử dụng các thí nghiệm ảo chiếm tỉ lệ cao và vẫn còn một số rất ít HS cho rằngkhông thích tiết dạy với bài giảng điện tử có sử dụng thí nghiệm ảo Điều này chứng

tỏ thí nghiệm ảo chưa được sử dụng nhiều và chưa khai thác triệt để những tính

năng ưu việt của nó để nâng cao hiệu quả trong dạy học Nếu thiết kế được các thí

nghiệm ảo một cách khoa học, hấp dẫn, sẽ giúp học sinh hứng thú hơn trong học tập

từ đó nâng cao hiệu quả của quá trình dạy học

1.5 Kết luận chương 1

chế nhất định khi sử dụng TN thực trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS ở trênlớp Những khó khăn đó là thiếu những TN định lượng với độ chính xác cao, sự hạnchế về thời gian trong khuôn khổ tiết học không cho phép làm đầy đủ các TN; dohiện tượng khảo sát quá phức tạp không dễ gì đơn giản hóa được; hay các hiện tượngvật lí xảy ra quá nhanh hoặc quá chậm, tính trực quan một số TN chưa cao gây khó

khăn cho việc quan sát, thu thập số liệu… Bên cạnh đó, sự xuất hiện của máy vi tính

cùng với các PMDH chuyên dụng đã đóng vai trò đáng kể trong quá trình dạy học, từkhâu trình bày truyền đạt các kiến thức mới đến việc hỗ trợ kiểm tra đánh giá, vậndụng kiến thức đã học, đặc biệt hữu ích trong việc sử dụng các TN ảo, thí nghiệm môphỏng Đối với các TN cần khảo sát định lượng, có thể dùng các PMDH để hỗ trợ

trong giai đoạn thu thập, lưu trữ số liệu; tính toán xử lí số liệu, biểu diễn, hiển thị kết

quả của TN một cách trực quan, nhanh chóng, khoa học

Về mặt nguyên tắc, không gì có thể thay thế hoàn toàn TN thực trong dạyhọc vật lí, ngay cả những TN ảo được thiết kế tốt nhất Tuy nhiên với sự hỗ trợ củanhững PMDH, các TN ảo được khai thác, sử dụng có thể góp phần khắc phục các

khó khăn và hạn chế khi sử dụng TN thực và các phương tiện dạy học truyền thống

trong tổ chức hoạt động nhận thức của HS ở trên lớp Ngoài ra, nó còn có tác dụngkích thích hứng thú học tập, tích cực hóa hoạt động nhận thức HS, từ đó nâng caohiệu quả của quá trình dạy học vật lý ở phổ thông

CHƯƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ BÀI PHẦN CƠ HỌC VẬT LÍ

THPT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÁC THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG BẰNG

ánh sáng, được xây dựng bởi các nhà vật lí như Galileo Galilei, Isaac Newton và

các nhà toán học sau này như William Rowan Hamilton, Joseph Louis Lagrange Chuyển động của các vật thể (các hạt) có vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng đượcnghiên cứu trong cơ học tương đối, còn chuyển động của các vi hạt được nghiêncứu trong cơ học lượng tử

thái ban đầu của vật (vận tốc ban đầu, vị trí ban đầu), những yếu tố ảnh hưởng đến

chuyển động của vật và những định luật chi phối chuyển động

Trong chương trình vật lí phổ thông cơ học được chia thành 5 phần: động học,động lực học, tĩnh học, các định luật bảo toàn, dao động và sóng cơ học Do tính chất

tuần hoàn nên phần dao động và sóng cơ học được trình bày chung ở phần dao động vàsóng cuối cấp

Trong chương trình Vật lý 10 – THPT bao gồm:

- Chương “Động học chất điểm” bao gồm các kiến thức cơ bản về hệ quychiếu, vận tốc và gia tốc trong chuyển động cơ, các loại chuyển động cơ học đơngiản (chuyển động tịnh tiến, chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi

đều, chuyển động tròn đều), tính tương đối của chuyển động, công thức cộng vận

tốc

Trong chương này bao gồm các thí nghiệm có thể làm bằng thí nghiệm thật

trên lớp như: khảo sát chuyển động thẳng, thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do Ngoài ra,

có một số thí nghiệm không làm được thí nghiệm thật trên lớp hoặc nếu làm đượcthì HS khó quan sát được kết quả thí nghiệm mà phải làm thí nghiệm mô phỏng

như: thí nghiệm khảo sát sự rơi tự do, thí nghiệm khảo sát chuyển động tròn đều

- Chương “Động lực học chất điểm” trình bày ba định luật Newton Đó là cơ

sở toàn bộ cơ học Ngoài ra, trong chương này còn đề cập đến những lực hay gặp

trong cơ học : Lực hấp dẫn, lực đàn hồi và lực ma sát Các định luật Newton được

vận dụng để khảo sát một số chuyển động đơn giản dưới tác dụng của những lực nóitrên Trong chương này bao gồm các thí nghiệm có thể làm bằng thí nghiệm thậttrên lớp như: thí nghiệm xác định hệ số ma sát

Ngoài ra, có một số thí nghiệm không làm được thí nghiệm thật trên lớp hoặcnếu làm được thì HS khó quan sát được kết quả thí nghiệm mà phải làm thí nghiệm

mô phỏng như: thí nghiệm Ga-li-lê, thí nghiệm trên đệm không khí, thí nghiệmkhảo sát chuyển động của vật bị ném, thí nghiệm khảo sát hệ quy chiếu có gia tốc

- Chương “Tĩnh học vật rắn” nâng cao bao gồm các kiến thức cơ bản về tĩnhhọc vật rắn, trọng tâm, các điều kiện cân bằng vật rắn khi vật chịu tác dụng của hai,

ba lực hay nhiều lực, quy tắc tìm hợp lực của các lực thành phần, ngẫu lực, momenlực…và các ứng dụng rộng rãi tĩnh học vật rắn trong đời sống và kỹ thuật Trong

chương này bao gồm các thí nghiệm có thể làm bằng thí nghiệm thật trên lớp như:

thí nghiệm kiểm nghiệm lại quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy và quy tắc tổng hợphai lực song song cùng chiều

- Chương “Các định luật bảo toàn” trình bày về những đại lượng cơ học:

động lượng, công- công suất, động năng, thế năng, cơ năng, đồng thời thiết lập định

luật bảo toàn động lượng, định luật bảo toàn cơ năng và vận dụng hai định luật nàyvào việc khảo sát một số chuyển động cơ Trong chương này bao gồm các thínghiệm có thể làm bằng thí nghiệm thật trên lớp như: thí nghiệm kiểm chứng định

luật bảo toàn động lượng Ngoài ra, có một số thí nghiệm không làm được thínghiệm thật trên lớp hoặc nếu làm được thì HS khó quan sát được kết quả thínghiệm mà phải làm thí nghiệm mô phỏng như: thí nghiệm khảo sát chuyển độngbằng phản lực, thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng, thí nghiệm vachạm, thí nghiệm định luật I Kê-ple.

Trong chương trình Vật lý 12 – THPT bao gồm:

- Chương “Động lực học vật rắn” đi sâu tìm hiểu chuyển động quay của vật rắnquanh một trục cố định về phương diện động học với nội dung là: xác định quy luậtchuyển động của vật rắn và tìm mối liên hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho chuyển

động quay

- Chương “Dao động cơ”: khảo sát dao động điều hòa, tìm hiểu các đại lượng

đặc trưng cho dao động điều hòa: biên độ, tần số, pha, pha ban đầu, li độ, vận tốc,

gia tốc, khảo sát dao động tắt dần, dao động duy trì, dao động cưỡng bức, tống hợp

hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số

Trong chương này bao gồm các thí nghiệm có thể làm bằng thí nghiệm thật

trên lớp như: thí nghiệm quan sát dao động tắt dần, thí nghiệm xác định chu kì dao

động của con lắc đơn hoặc con lắc lò xo Ngoài ra, có một số thí nghiệm không làmđược thí nghiệm thật trên lớp hoặc nếu làm được thì HS khó quan sát được kết quả

thí nghiệm mà phải làm thí nghiệm mô phỏng như: thí nghiệm khảo sát dao động

điều hòa, thí nghiệm khảo sát đồ thị dao động tắt dần, thí nghiệm về tổng hợp daođộng, thí nghiệm hiện tượng cộng hưởng

- Chương “Sóng cơ” nghiên cứu về sóng cơ để từ đó biết được sóng cơ là gì

và sự tạo thành sóng cơ, quy luật của chuyển động sóng cơ, những hiện tượng đặc

trưng của sóng cơ, nghiên cứu chuyển động sóng có những ứng dụng quan trọngnào trong đời sống và kĩ thuật Trong chương này bao gồm các thí nghiệm có thể

làm bằng thí nghiệm thật trên lớp gồm: thí nghiệm tạo sóng mặt nước, thí nghiệmtạo sóng dừng, thí nghiệm xác định tốc độ truyền âm Ngoài ra, có một số thínghiệm không làm được thí nghiệm thật trên lớp hoặc nếu làm được thì HS khó

quan sát được kết quả thí nghiệm mà phải làm thí nghiệm mô phỏng như: thí

nghiệm dao động tuần hoàn, thí nghiệm mối quan hệ giữa dao động điều hòa vàchuyển động tròn đều, thí nghiệm sự lệch pha hai dao động

Các TN trong phần cơ học Vật lí THPT đa phần khá đơn giản nhưng vẫn cómột số TN vô cùng phức tạp, GV gặp rất nhiều khó khăn khi tiến hành trên lớp Vìvậy, thiết kế các TN ảo bằng phần mềm mô phỏng là hết sức cần thiết.

2.2 Thiết kế bài giảng điện tử có sự hỗ trợ của phần mềm Working Model trong phần cơ học Vật lí THPT

2.2.1 Quy trình c ơ bản để thiết kế bài giảng điện tử với sự hỗ trợ của PMDH

Quy trình thiết kế một bài giảng điện tử cơ bản trong đó sử dụng các PMDHnói chung và phần mềm TN Vật lí nói riêng được tiến hành theo các bước sau:

Bước 1: Nghiên cứu chuẩn kiến thức, kĩ năng, SGK, SGV để xác định mục

tiêu bài học

Bước 2: Lựa chọn các TN được sử dụng trong bài học.

B ước 3: Dự kiến những khó khăn gặp phải trong dạy học và khi sử dụng các

TN thực

Bước 4: Nghiên cứu khả năng hỗ trợ của CNTT trong các TN cụ thể cũng

như trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS

Bước 5: Sưu tầm hoặc thiết kế các TN mô phỏng phù hợp với mục đích bài

giảng

Bước 6: Thiết kế tiến trình dạy học với bài giảng điện tử tương ứng.

Bước 7: Giảng dạy với tiến trình dạy học đã thiết kế.

Bước 8: Rút kinh nghiệm và điều chỉnh sau giảng dạy.

2.2.2 Gi ới thiệu và thiết kế một số thí nghiệm mô phỏng bởi phần mềm Working

Model ph ần cơ học Vật lí THPT

2.2.2.1 Thí nghiệm khảo sát vận tốc và quỹ đạo của chuyển động ném xiên

*Bước 1: Thiết lập không gian làm việc

- Chọn mục Workspace trong menu View/ chọn tiếp tục Rulers/ Grid line/XY.