SỬ DỤNG PHẦN mềm CROCODILE PHYSICS TRONG dạy học THÍ NGHIỆM PHẦN cơ học CHƯƠNG TRÌNH vật lý lớp 10 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH cực TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC của học SINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHÙNG THỊ HƯƠNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS TRONG DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN CƠ HỌC CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ LỚP 10 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

PHÙNG THỊ HƯƠNG

SỬ DỤNG PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS TRONG DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN CƠ HỌC CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ LỚP 10 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC TRONG QUÁ TRÌNH

NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

HÀ NỘI – 2013

\

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

PHÙNG THỊ HƯƠNG

SỬ DỤNG PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS TRONG DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN CƠ HỌC CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ LỚP 10 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC TRONG QUÁ TRÌNH

NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

(BỘ MÔN VẬT LÝ)

Mã số: 60 14 10

Người hướng dẫn khoa học: GS TS.TÔN TÍCH ÁI

TS TÔN QUANG CƯỜNG

HÀ NỘI - 2013

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ii

Danh mục các bảng iii

Danh mục cá biểu đồ iv

Mục lục v

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Những định hướng cơ bản trong đổi mới phương pháp dạy học hiện nay 4

1.2 Cơ sở lý luận về tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh 5

1.2.1 Biểu hiện của tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh 6

1.2.2 Đặc điểm của tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh 7

1.2.3 Các biện pháp tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh 9

1.3 Tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh khi dạy học thí nghiệm phần Cơ học Vật lý 10 thông qua sử dụng phần mềm Vật lý ảo 9

1.3.1 Hoạt động nhận thức Vật lý 10

1.3.2 Dạy học Vật lý theo hướng tăng tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh……… ……… 11

1.3.3 Một số hướng ứng dụng CNTT để đổi mới phương pháp dạy học 15

1.3.4 Tổng quan về thí nghiệm ảo 17

1.3.5 Dạy học thí nghiệm vật lý phần Cơ học vật lý 10 thông qua sử dụng

phần mềm vật lý ảo 20

Kết luận chương 1 24

Chương 2: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CÁC THÍ NGHIỆM PHẦN CƠ HỌC CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 VỚI PHẦN MỀM CROCODILE PHYSICS 2.1 Khảo sát thực trạng dạy học phần Cơ học ở trường trung học phổ thông 25

2.1.2 Phương pháp điều tra tìm hiểu 25

2.1.3 Kết quả điều tra tìm hiểu 26

2.2 Phân tích nội dung kiến thức phần Cơ học chương trình Vật lý 10 cơ bản 27

2.2.1 Vị trí phần Cơ học trong chương trình Vật lý THPT 27

2.2.2 Tiến trình hình thành các khái niệm Cơ học theo SGK 28

2.2.3 Phân tích nội dung kiến thức một số bài trong phần Cơ học Vật lý 10 29

2.3 Giới thiệu về phần mềm Crocodile Physics 41

2.3.1 Đặc điểm 41

2.3.2 Hình thức 41

2.3.3 Nội dung 42

2.3.4 Phương pháp 43

2.3.5 Những tính năng nổi bật 43

2.4 Cách sử dụng các chức năng Crocodile Physics 43

2.4.1 Giao diện phần mềm 43

2.4.2 Tìm hiểu phần Contents 43

2.4.3 Tìm hiểu Part library 44

2.4.4 Làm việc với scenes 44

2.4.5 Tạo ô Popup mới 44

2.5 Mô phỏng một số thí nghiệm phần Cơ học 46

2.5.1 Kịch bản sư phạm của việc mô phỏng một số thí nghiệm phần Cơ học 46

2.5.2 Các bước thiết kế thí nghiệm ảo trên phần mềm Crocodile Physics 47

2.5.3 Xây dựng tiến trình dạy một số thí nghiệm phần Cơ học 48

Kết luận chương 2 63

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 64

3.2 Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm 64

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 64

3.2.2 Phương thức thực nghiệm sư phạm 65

3.3.1 Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình thực nghiệm

sư phạm 65

3.3.2 Kết quả thực nghiệm sư phạm 66

Kết luận chương 3 74

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 75

1 Kết luận 75

2 Khuyến nghị 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC 80

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, vì vậy việc lồng ghép các thí nghiệm vào các bài học Vật lý là một biện pháp quan trọng nhằm nâng cao chất lượng giáo dục và phát huy được tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh

Hiện nay, để có được tất cả các dụng cụ thí nghiệm hoàn chỉnh là một yêu cầu khó đối với cơ sở vật chất các trường trung học phổ thông Bên cạnh

đó khối lượng kiến thức mỗi bài học đều tăng lên, hầu hết các bài đều có thí nghiệm Vì vậy việc sử dụng các thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lý THPT là một biện pháp quan trọng trong giảng dạy giúp học sinh có thể tiếp thu kiến thức nhanh chóng, sâu sắc, phát huy được tính tích cực trong quá trình nhận thức kiến thức mới Phần Cơ học là phần mở đầu trong chương trình Vật lý THPT là nền tảng cho nội dung phần Nhiệt – Điện – Quang của chương trình Vật lý THPT

Qua nghiên cứu chúng tôi thấy các phần mềm thí nghiệm ảo (Crocodile Physics) hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu về thiết kế và mô phỏng các thí nghiệm ảo để sử dụng trong quá trình dạy học một số thí nghiệm phần Cơ học chương trình Vật lý 10

Vì vậy, tôi chọn đề tài “Sử dụng phần mềm Crocodile Physics trong dạy học thí nghiệm phần Cơ học chương trình Vật lý lớp 10 nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh” để nghiên cứu trong luận

văn của mình với mong muốn góp phần vào việc đổi mới phương pháp dạy

học vật lý có ứng dụng CNTT ở THPT

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu luận điểm về tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh

- Nghiên cứu phần mềm Crocodile Physics để mô phỏng các thí nghiệm phần

Cơ học - Vật lý 10

- Nghiên cứu quá trình dạy học có sử dụng các thí nghiệm ảo đã được thiết kế

và mô phỏng để xây dựng tiến trình dạy học một số thí nghiệm phần Cơ học – Vật lý 10

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tổng hợp, phân tích các quan điểm dạy theo hướng tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh

- Thiết kế 7 thí nghiệm ảo sử dụng phần mềm: Crocodile Physics

- Sử dụng 7 thí nghiệm ảo vào dạy học thí nghiệm một số bài phần Cơ học

4 Đối tượng, khách thể nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Tính hiệu quả của việc sử dụng các thí nghiệm đã

được thiết kế và mô phỏng trong quá trình dạy học thí nghiệm phần Cơ học - Vật lý lớp 10 nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh

- Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học 7 thí nghiệm phần Cơ học của

giáo viên và học sinh lớp 10 trường THPT Bến Tắm (Chí Linh, Hải Dương)

5 Giả thuyết khoa học

Thiết kế được các thí nghiệm mô phỏng và sử dụng là việc đổi mới PPDH mà bản chất của vấn đề này là nâng cao khả năng ứng dụng CNTT của giáo viên và tiếp cận CNTT của học sinh, hướng dẫn học sinh tham gia tích cực vào quá trình dạy và học thí nghiệm trong phần Cơ học

6 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được triển khai theo những phương pháp sau:

 Phương pháp nghiên cứu tài liệu:

- Nghiên cứu về dạy học theo hướng tăng tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh THPT

- Nghiên cứu tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh trong dạy học Vật lý THPT

- Nghiên cứu nội dung phần Cơ học theo chương trình sách giáo khoa Vật lý 10

- Nghiên cứu phần mềm Crocodile Physics

 Phương pháp thực nghiệm:

- Sử dụng các thí nghiệm đã thiết kế và mô phỏng bằng phần mềm Crocodile Physics vào dạy 7 thí nghiệm phần Cơ học tại trường THPT Bến Tắm (Chí Linh, Hải Dương)

7 Câu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo luận văn

dự kiến được trình bày trong 3 chương:

Chương 1 Cơ sở lý luận

Chương 2 Thiết kế và mô phỏng các thí nghiệm phần Cơ học - chương trình Vật lý 10 với phần mềm Crocodile Physics

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN

1.1 Những định hướng cơ bản đổi mới phương pháp dạy học hiện nay

Nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, hội nhập với cộng đồng thế giới trong nền kinh tế cạnh tranh quyết liệt Chính vì vậy nền giáo dục pải đổi mới phương pháp dạy học để thích nghi với mọi biến động của nền kinh tế và xã hội hiện đại đã, đang và sẽ biến đổi khá phức tạp Đổi mới phương pháp dạy học hiện nay được chú trọng đến những vấn đề sau:

- Khắc phục lối truyền thụ kiến thức một chiều

- Đảm bảo thời gian tự học, tự nghiên cứu của học sinh phát huy được vai trò chủ động, tính tự giác của học sinh

- Rèn luyện lối tư duy sáng tạo của học sinh

- Áp dụng các phương pháp tiên tiến, các phương tiện dạy học hiện đại

và ứng dụng công nghệ thông tin vào quá trình dạy học

1.2 Cơ sở lý luận về tính tích cực trong quá trình nhận thức của học

sinh

Tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh là một hiện tượng

sư phạm biểu hiện ở sự cố gắng hết sức cao về nhiều mặt trong hoạt động nhận thức của học sinh Tính tích cực hoạt động học tập là sự phát triển ở mức độ cao hơn trong tư duy, đòi hỏi một quá trình hoạt động "bên trong" hết sức căng thẳng với một nghị lực cao của bản thân, nhằm đạt được mục đích là giải quyết vấn đề cụ thể nêu ra Một cách khái quát, I.F.Kharlamop viết:

“Tính tích cực trong hoạt động nhận thức là trạng thái hoạt động của học sinh, được đặc trưng bởi khát vọng học tập, sự cố gắng trí tuệ với nghị lực cao trong quá trình nắm vững kiến thức cho chính mình” Tính tích cực gồm:

Tích cực bên trong và tích bên ngoài

1.2.1 Biểu hiện của tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh

Các dấu hiệu về tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh thường được biểu hiện ở những khía cạnh sau:

– Học sinh khảo khát tự nguyện tham gia trả lời các câu hỏi của giáo viên, bổ sung các câu trả lời của bạn và thích được phát biểu ý kiến của mình trước vấn đề nêu ra

– Học sinh hay thắc mắc và đòi hỏi giải thích cặn kẽ những vấn đề chưa

Tính tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh phổ thông có thể phân biệt theo 3 cấp độ sau: Sao chép, bắt chước; tìm tòi, thực hiện và sáng tạo

1.2.2 Đặc điểm của tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh

Tính tích cực của người học trong hoạt động nhận thức là tiêu chí để đánh giá tính hiệu quả của quá trình dạy học

Bảng 1.1 tiêu chí đánh giá dạy học tích cực với dạy học truyền thống

Cung cấp sự kiện, nhớ tốt, học

thuộc lòng Cung cấp kiến thức cơ bản có chọn lọc

Giáo viên là nguồn kiến thức duy

nhất

Ngoài kiến thức học được ở lớp, còn có nhiều nguồn kiến thức khác: bạn bè, phương tiện thông tin đại chúng

Học sinh làm việc một mình Tự học, kết hợp với nhóm, tổ và sự giúp

đỡ của giáo viên

Dạy thành từng bài riêng biệt Hệ thống bài học

Coi trọng trí nhớ

Coi trọng độ sâu của kiến thức, không chỉ nhớ mà còn suy nghĩ, đặt ra nhiều vấn đề mới

Ghi chép tóm tắt Làm sơ đồ, mô hình, làm bộc lộ cấu trúc

bài học, giúp học sinh dễ nhớ và vận dụng Chỉ dừng lại ở câu hỏi, bài tập Thực hành nêu ý kiến riêng

Không gắn lí thuyết với thực hành Lí thuyết kết hợp với thực hành, vận dụng

kiến thức vào cuộc sống

Dùng thời gian học tập để nắm kiến

thức do thày giáo truyền thụ

Cổ vũ cho học sinh tìm tòi bổ sung kiến thức từ việc nghiên cứu lí luận và từ những bài học kinh nghiệm rút ra từ thực tiễn

Nguồn kiến thức hạn hẹp Nguồn kiến thức rộng lớn

1.2.3 Các biện pháp tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học

sinh

1.3 Tính tích cực hóa trong quá trình nhận thức của học sinh khi dạy

học thí nghiệm phần cơ học Vật lý 10 thông qua sử dụng phần mềm Vật lý ảo

– Xác định mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng

– Xây dựng những giả thiết hay mô hình để lý giải nguyên nhân của hiện tượng quan sát được

– Xây dựng các phương án thí nghiệm để kiểm tra các hệ quả

– Đánh giá kết quả thu được từ thí nghiệm

– Khái quát hóa kết quả, rút ra tính chất, quy luật hình thành các khái niệm, định luật và thuyết Vật lý

– Vận dụng kiến thức khái quát vào thực tiễn

1.3.2 Dạy học Vật lý theo hướng tích cực hóa quá trình nhận thức của học

sinh

1.3.2.1 Quan niệm về phương pháp dạy học Vật lý theo hướng tích cực

Để phát huy được tính tích cực của học sinh trong dạy học Vật lý thì người giáo viên phải lựa chọn, tìm tòi những phương pháp dạy học phù hợp với nội dung bài học, đặc điểm của đối tượng, điều kiện vật chất, và đây là một hoạt động sáng tạo của giáo viên trong hoạt động dạy

1.3.2.2 Các biện pháp sư phạm nhằm tích cực trong quá trình nhận

thức học sinh trong dạy học Vật lý

a) Trong quá trình dạy học cần phối hợp tốt các phương pháp dạy học

theo hướng tích cực hoá hoạt động nhận thức

b) Khai thác thí nghiệm Vật lý trong dạy học theo hướng tăng tính tích

cực trong quá trình nhận thức của học sinh

c) Từng bước đổi mới phương thức kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của

học sinh cũng là môt biện pháp đẩy mạnh tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh

1.3.3 Một số hướng ứng dụng CNTT để đổi mới phương pháp dạy học

Trong dạy học Vật lý có thể ứng dụng CNTT để hiện đại hóa phương pháp dạy học theo các hướng sau:

- Xây dựng các phần mềm dạy học

- Xây dựng các mô hình Vật lý, các thí nghiệm ảo

- Xây dựng Website dạy học Vật lý

- Thiết kế bài giảng điện tử

1.3.4 Tổng quan về thí nghiệm ảo

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 thí nghiệm, có đặc điểm

là có tính tương 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 tự nhiên hay khó thu được trong phòng thí nghiệm

a Điểm mạnh của thí nghiệm ảo

b Qui trình thiết kế một thí nghiệm ảo

c Các bước xây dựng thí nghiệm ảo

1.3.5 Dạy học thí nghiệm vật lý phần Cơ học Vật lý 10 thông qua sử dụng

phần mềm Vật lý ảo

Để hỗ trợ cho quá trình dạy học thí nghiệm Cơ học một giải pháp đặt ra

là giáo viên và học sinh có thể dựa trên đà phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ thông tin, sử dụng các phần mềm thí nghiệm Vật lý ảo để thay cho việc tiến hành thí nghiệm thật Việc làm này một mặt giúp giáo viên và học sinh tiết kiệm được thời gian chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm, lắp ráp và tiến hành thí,

đó là chưa kể đến những rủi ro như sai số, dụng cụ hỏng,… một mặt giúp giáo viên và học sinh nâng cao được trình độ bản thân, tiếp cận với công nghệ thông tin hòa nhập với sự phát triển của xã hội thời công nghệ mà hiệu quả lại như nhau có khi còn đạt cao hơn Vì khi học sinh đã thành thạo phần mềm thì học sinh có thể tự học ở nhà, tự thiết kế các thí nghiệm khác, khám phá và mở rộng kiến thức bài học Đồng thời cũng giúp học sinh làm bài tập dễ dàng hơn

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CÁC THÍ NGHIỆM PHẦN

CƠ HỌC –CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 VỚI PHẦN MỀM

CROCODILE PHYSICS 2.1 Tìm hiểu tình hình dạy học phần cơ học ở trường trung học phổ

thông

2.1.1 Nội dung tìm hiểu

- Thực trạng thiết bị, cơ sở vật chất và phong trào chung của trường trong việc sử dụng thiết bị thí nghiệm, phòng thí nghiệm và phòng máy tính

- Tình hình dạy phần Cơ học

- Tình hình học tập của học sinh kiến thức phần Cơ học

- Tìm hiểu thực trạng của việc ứng dụng tin học vào dạy

- Tìm hiểu khả năng sử dụng máy tính, máy chiếu, truy cập internet của giáo viên và học sinh trong trường

2.1.2 Phương pháp điều tra tìm hiểu

- Gặp gỡ lãnh đạo nhà trường, tham quan phòng thí nghiệm, phòng máy tính của nhà trường

- Dự giờ, gặp và trao đổi với tổ bộ môn và giáo viên bộ môn

- Quan sát học sinh trên lớp và gặp gỡ, trao đổi với một số học sinh

- Tổng kết, phân tích số liệu trong sổ đăng kí dạy học bằng máy chiếu, thiết bị dạy học

2.1.3 Kết quả điều tra tìm hiểu

2.2 Phân tích kiến thức phần Cơ học chương trình Vật lý 10 THPT

2.2.1 Vị trí phần Cơ học trong chương trình Vật lý THPT

Kiến thức của phần Cơ học theo chương trình Vật lý 10 được áp dụng cho các phần kiến thức sau:

- Chương 1: Động học chất điểm→ Chuyển động cơ→ Các loại chuyển

động cơ → Chuyển động thẳng (thẳng đều, thẳng biến đổi đều→ sự rơi

tự do) và chuyển động tròn đều

- Chương 2: Động lực học chất điểm → Lực → Ba định luật Niu-ton→

Các loại lực và các định luật (lực hấp dẫn - định luật vạn vật hấp dẫn, lực đàn hồi-định luật Húc, lực ma sát, lực hướng tâm) → Vận dụng định luật II Niu-ton cho bài toán chuyển động ném ngang

- Chương 3: Cân bằng và chuyển động của vật rắn

- Chương 4: Các định luật bảo toàn → Định luật bảo toàn động lượng

và định luật bảo toàn cơ năng