Mô phỏng thí nghiệm trên máy vi tính để sử dụng phối hợp với thí nghiệm thật trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Educational Sci., 2007,V.52, No 6, pp.3-7 MÆ PHÄNG TH NGHI›M TR–N MY VI TNH š SÛ DÖNG PHÈI HÑP VÎI TH NGHI›M THŠT TRONG D„Y HÅC VŠT LÞ Ð TR×ÍNG PHÊ THÆNG Nguy¹n Xu¥n Th nh Khoa Vªt lþ -Tr÷íng HSP H  Nëi 1. Mð ¦u Vªt lþ håc l  mët mæn khoa håc thüc nghi»m n¶n º n¥ng cao ÷ñc ch§t l÷ñng d¤y håc vªt lþ ð tr÷íng phê thæng th¼ tr÷îc h¸t ph£i n¥ng cao ch§t l÷ñng sû döng th½ nghi»m trong qu¡ tr¼nh d¤y håc. Trong nhúng n«m g¦n ¥y, song song vîi vi»c êi mîi ch÷ìng tr¼nh v  s¡ch gi¡o khoa, c¡c tr÷íng phê thæng ¢ ÷ñc trang bà çng bë c¡c thi¸t bà th½ nghi»m theo danh möc tèi thiºu cõa Bë Gi¡o döc v   o t¤o. Tuy nhi¶n, vi»c khai th¡c v  sû döng c¡c thi¸t bà th½ nghi»m â v o d¤y håc v¨n cán r§t h¤n ch¸. Theo chóng tæi, sü h¤n ch¸ n y do mët sè nguy¶n nh¥n sau: - M°c dò ¢ câ thi¸t bà th½ nghi»m nh÷ng do thíi gian tªp hu§n sû döng cho gi¡o vi¶n ng­n n¶n kÿ n«ng ti¸n h nh c¡c th½ nghi»m cõa gi¡o vi¶n cán h¤n ch¸, d¨n ¸n hå ng¤i sû döng th½ nghi»m trong d¤y håc. - Vi»c tªp hu§n sû döng th½ nghi»m cho gi¡o vi¶n nhi·u khi l¤i do c¡c cæng ty trüc ti¸p cung c§p thi¸t bà d¤y håc £m nhi»m n¶n ph¦n lîn nh¥n vi¶n c¡c cæng ty mîi ch¿ h÷îng d¨n l­p °t, vªn h nh v· m°t kÿ thuªt, ch÷a câ i·u ki»n i s¥u v o ph÷ìng ph¡p sû döng c¡c th½ nghi»m â trong d¤y håc. - C¡n bë phö tr¡ch pháng th½ nghi»m ð c¡c tr÷íng phê thæng hi»n nay cán thi¸u v  ch÷a mang t½nh chuy¶n nghi»p. Nhi·u ng÷íi l  gi¡o vi¶n bë mæn kh¡c l m ki¶m nhi»m n¶n khæng hiºu h¸t c¡c döng cö th½ nghi»m. V¼ vªy hå khæng câ kh£ n«ng chu©n bà óng nhúng döng cö th½ nghi»m do gi¡o vi¶n y¶u c¦u. Thõ töc m÷ñn, tr£ r÷ím r , m§t nhi·u thíi gian, d¨n ¸n vi»c gi¡o vi¶n ng¤i rçi quy¸t ành khæng sû döng núa. - Thíi khâa biºu ð c¡c tr÷íng phê thæng hi»n nay l  5 ti¸t/1 buêi v  6 buêi/1 tu¦n. Thíi gian chuyºn ti¸t l  5  10 phót. Giúa 2 ti¸t gi¡o vi¶n công c¦n ngh¿ ngìi n¶n thüc t¸ khæng câ thíi gian chu©n bà v  em döng cö th½ nghi»m l¶n lîp. Do nhúng trð ng¤i tr¶n n¶n n¸u nh  tr÷íng ch¿ chó trång ¸n vi»c trang bà ¦y õ c¡c thi¸t bà th¼ công ch÷a thº n¥ng cao ÷ñc hi»u qu£ sû döng chóng trong d¤y håc. T¼nh tr¤ng thi¸t bà mua v· nhi·u m  khæng ÷ñc sû döng v¨n cán kh¡ phê bi¸n. Trong b i b¡o n y, chóng tæi ÷a ra mët gi£i ph¡p l  mæ phäng c¡c th½ nghi»m thªt tr¶n m¡y vi t½nh º sû döng trong d¤y håc nh¬m gâp ph¦n kh­c phöc nhúng khâ kh«n â. 3 Nguy¹n Xu¥n Th nh 2. X¥y düng ph¦n m·m mæ phäng c¡c th½ nghi»m thªt Vîi möc ti¶u vøa l m t i li»u bçi d÷ïng gi¡o vi¶n v· sû döng th½ nghi»m trong d¤y håc vªt lþ vøa dòng l m ph÷ìng ti»n hé trñ trüc ti¸p ho¤t ëng d¤y håc d÷îi c¡c h¼nh thùc kh¡c nhau n¶n chóng tæi ti¸n h nh mæ phäng c¡c th½ nghi»m tr¶n m¡y t½nh sao cho chóng c ng gièng th½ nghi»m thªt c ng tèt. Tr÷îc h¸t l  v· h¼nh £nh cõa c¡c döng cö ph£i gièng nh÷ th½ nghi»m thªt c£ v· h¼nh d¤ng l¨n m u s­c º qua â gi¡o vi¶n v  håc sinh câ thº t¼m hiºu ÷ñc t½nh n«ng, t¡c döng cõa chóng. Vi»c l­p r¡p, bè tr½ th½ nghi»m v  °c bi»t l  c¡c b÷îc ti¸n h nh th½ nghi»m ph£i ÷ñc mæ phäng ho n to n nh÷ th½ nghi»m thªt º qua â, gi¡o vi¶n v  håc sinh câ thº n­m ÷ñc c¡ch l­p r¡p, bè tr½ v  ti¸n h nh th½ nghi»m vîi döng cö thªt sau khi ¢ thao t¡c tr¶n ph¦n m·m. V½ dö: Th½ nghi»m nghi¶n cùu v· quy t­c hñp lüc song song câ c¡c döng cö ÷ñc bè tr½ tr¶n b£ng th¯ng ùng nh÷ h¼nh 1. C¡c döng cö nh÷ b£ng tr­ng, lá xo, th÷îc chia ë, thanh kim lo¤i, c¡c gia trång ÷ñc v³ gièng nh÷ thüc t¸. Khi sû döng ph¦n m·m º ti¸n h nh th½ nghi»m, ta công ph£i thao t¡c nh÷ khi sû döng döng cö thªt. Cö thº nh÷ sau: - Dòng chuët º k²o c¡c gia trång l¶n, treo v o hai mâc tr¶n th÷îc chia ë º t¤o ra hai lüc t¡c döng l¶n h» l m c¡c lá xo bà gi¢n v  th÷îc dàch chuyºn xuèng ph½a d÷îi. - K²o thanh kim lo¤i ¸n °t song song v  s¡t vîi th÷îc chia ë º ¡nh d§u và tr½ n y cõa th÷îc chia ë. - K½ch v o nót Biºu di¹n lüc º v³ c¡c v²ctì lüc th nh ph¦n. - K½ch chuët v  c¡c gia trång º bä c¡c gia trång xuèng, lá xo co l¤i v  th÷îc chia ë dàch l¶n và tr½ lóc ¦u. - L¦n l÷ñt treo c¡c gia trång v o mët trong hai mâc tr¶n th÷îc chia ë, dàch chuyºn và tr½ cõa mâc º sao cho th÷îc chia ë dàch ¸n s¡t vîi thanh kim lo¤i ¡nh d§u và tr½ 4 Mæ phäng th½ nghi»m tr¶n m¡y t½nh º sû döng phèi hñp vîi th½ nghi»m thªt trong d¤y håc vªt lþ ð trong nh  tr÷íng phê thæng cõa nâ khi câ hai lüc t¡c döng. Khi â, lüc t¡c döng l¶n th÷îc l  hñp lüc cõa hai lüc th nh ph¦n. - C«n cù v o ë lîn cõa c¡c lüc v  kho£ng c¡ch giúa c¡c iºm °t ÷ñc ph¦n m·m ghi v o b£ng sè li»u, câ thº dü o¡n ÷ñc mèi li¶n h» giúa hñp lüc v  c¡c lüc th nh ph¦n: F = F1 + F2; d1 d2 = F2 F1 - L°p l¤i th½ nghi»m º kiºm nghi»m dü o¡n tr¶n v  ÷a ra quy t­c hñp lüc song song. Nh÷ vªy, khi sû döng ph¦n m·m, gi¡o vi¶n v  håc sinh ¢ t¼m hiºu ÷ñc döng cö th½ nghi»m, bi¸t c¡ch l­p r¡p v  bè tr½ th½ nghi»m, sau â câ thº tü l­p r¡p v  ti¸n h nh th½ nghi»m n y vîi bë döng cö thªt. Ngo i vi»c mæ phäng c¡c b÷îc ti¸n h nh th½ nghi»m º thu thªp sè li»u, chóng tæi cán chó trång vi»c h÷îng d¨n cho gi¡o vi¶n v  håc sinh xû lþ k¸t qu£ th½ nghi»m º rót ra k¸t luªn. V½ dö nh÷ èi vîi c¡c th½ nghi»m nghi¶n cùu v· chuyºn ëng, c¡c ph¦n m·m mæ phäng ·u câ chùc n«ng v³ ç thà thüc nghi»m, èi chi¸u d¤ng ç thà thüc nghi»m vîi ç thà h m chu©n º rót ra k¸t luªn. Tr¶n h¼nh 2 l  ç thà x  t cõa chuyºn ëng nhanh d¦n ·u. C¡c d§u ch§m l  c¡c sè li»u o ÷ñc trong th½ nghi»m, ÷íng li·n n²t l  ç thà chu©n d¤ng parabol cõa h m bªc 2. ç thà cho ph²p k¸t luªn tåa ë cõa vªt chuyºn ëng phö thuëc v o thíi gian theo h m bªc 2. â ch½nh l  ç thà tåa ë cõa chuyºn ëng nhanh d¦n ·u. N«m håc 2006  2007, chóng ta ¢ thüc hi»n ¤i tr  ch÷ìng tr¼nh v  s¡ch gi¡o khoa mîi ¸n lîp 10. Song song vîi vi»c thüc hi»n ¤i tr  ch÷ìng tr¼nh v  s¡ch gi¡o khoa mîi l  5 Nguy¹n Xu¥n Th nh vi»c ban h nh danh möc thi¸t bà th½ nghi»m tèi thiºu. Nh¬m ¡p ùng kàp thíi vi»c h÷îng d¨n v  sû döng c¡c bë th½ nghi»m n y trong d¤y håc sao cho câ hi»u qu£, chóng tæi ¢ tªp trung v o vi»c mæ phäng c¡c th½ nghi»m ÷ñc ti¸n h nh vîi c¡c bë th½ nghi»m ph¦n cì håc lîp 10 hi»n câ trong c¡c tr÷íng phê thæng tr¶n to n quèc. Hi»n nay, chóng tæi ang ti¸p töc mæ phäng c¡c th½ nghi»m vªt lþ lîp 11 theo danh möc thi¸t bà d¤y håc tèi thiºu cõa Bë Gi¡o döc v   o t¤o. 3. Sû döng phèi hñp th½ nghi»m mæ phämg v  th½ nghi»m thªt trong håc vªt lþ ð tr÷íng phê thæng º kh­c phöc c¡c khâ kh«n, h¤n ch¸ cõa gi¡o vi¶n v  håc sinh trong vi»c sû döng c¡c bë th½ nghi»m thªt ¢ n¶u ð tr¶n, chóng tæi xin ÷a ra gi£i ph¡p sû döng ph¦n m·m mæ phäng th½ nghi»m thªt trong d¤y håc vªt lþ ð tr÷íng phê thæng nh÷ sau: - Tr÷îc h¸t, c¡c ph¦n m·m mæ phäng th½ nghi»m ÷ñc sû döng nh÷ l  t i li»u h÷îng d¨n chi ti¸t, sinh ëng cho gi¡o vi¶n tü t¼m hiºu c¡ch khai th¡c v  sû döng c¡c bë th½ nghi»m thªt t÷ìng ùng. Thao t¡c tr¶n ph¦n m·m, gi¡o vi¶n s³ n­m ÷ñc t½nh n«ng t¡c döng cõa c¡c döng cö, c¡ch bè tr½ th½ nghi»m v  c¡c b÷îc ti¸n h nh th½ nghi»m. K¸t qu£ th½ nghi»m ÷ñc mæ phäng trong ph¦n m·m l  c¡c sè li»u ÷ñc l§y tø th½ nghi»m thüc t¸, câ t¡c döng ành h÷îng v  gióp cho gi¡. - C¡c ph¦n m·m mæ phäng th½ nghi»m thªt ÷ñc sû döng nh÷ l  mët t i li»u æn tªp, r±n luy»n kÿ n«ng cho håc sinh. Sau c¡c gií håc lþ thuy¸t tr¶n lîp, v¼ lþ do n o â khæng thº ti¸n h nh c¡c th½ nghi»m m  ch¿ æ t£ nh÷ trong s¡ch gi¡o khoa, gi¡o vi¶n câ thº giao cho håc sinh sû döng c¡c th½ nghi»m mæ phäng nh÷ l  mët c¡ch æn tªp, cõng cè ki¸n thùc. Sau â, gi¡o vi¶n câ thº tê chùc cho håc sinh quan s¡t l¤i c¡c th½ nghi»m biºu di¹n trong pháng thüc h nh bë mæn. Vi»c n y câ thº ÷ñc thüc hi»n sau méi ch÷ìng, k¸t hñp vîi c¡c buêi håc sinh l m th½ nghi»m thüc h nh theo ch÷ìng tr¼nh, s¡ch gi¡o khoa. - C¡c ph¦n m·m mæ phäng th½ nghi»m thªt ÷ñc sû döng nh÷ l  t i li»u h÷îng d¨n håc sinh chu©n bà câ hi»u qu£ cho c¡c buêi th½ nghi»m thüc h nh. Tr÷îc méi buêi l m th½ nghi»m thüc h nh, gi¡o vi¶n giao cho håc sinh sû döng ph¦n m·m mæ phäng º tü nghi¶n cùu v· döng cö th½ nghi»m, c¡ch bè tr½ v  c¡c b÷îc ti¸n h nh th½ nghi»m. i·u â gióp cho vi»c chu©n bà th½ nghi»m cõa håc sinh ¤t hi»u qu£ cao hìn. Ch§t l÷ñng cõa buêi thüc h nh ÷ñc n¥ng cao. - C¡c ph¦n m·m mæ phäng th½ nghi»m thªt ÷ñc sû döng nh÷ l  mët bë phªn húu cì cõa c¡c b i gi£ng i»n tû º håc sinh tü håc mët ph¦n nëi dung ki¸n thùc. Nhí vªy, g¡nh n°ng håc tr¶n lîp cõa håc sinh ÷ñc gi£m bît v  i·u quan trång hìn l  n¥ng cao ÷ñc n«ng lüc tü håc cõa håc sinh. Hi»n t¤i, cì sð vªt ch§t cõa c¡c tr÷íng cán nhi·u khâ kh«n. Vi»c x¥y düng õ pháng håc bë mæn cán l  mët chi¸n l÷ñc l¥u d i. Trong thíi gian tr÷îc m­t, chóng ta mîi ch¿ câ thº ¦u t÷ x¥y düng ÷ñc c¡c Pháng thüc h nh bë mæn. Sau khi nghi¶n cùu c¡c th½ nghi»m mæ phäng tr¶n m¡y vi t½nh, håc sinh ¸n pháng thüc h nh bë mæn s³ ÷ñc ti¸n h nh 2 lo¤i th½ nghi»m. â l  l m l¤i c¡c th½ nghi»m trong c¡c b i håc lþ thuy¸t v  l m c¡c b i th½ nghi»m thüc h nh theo ch÷ìng tr¼nh. 6 Mæ phäng th½ nghi»m tr¶n m¡y t½nh º sû döng phèi hñp vîi th½ nghi»m thªt trong d¤y håc vªt lþ ð trong nh  tr÷íng phê thæng 4. K¸t luªn Sû döng th½ nghi»m thªt trong d¤y håc vªt lþ trong måi tr÷íng hñp câ thº l  möc ti¶u ph§n §u cõa to n ng nh gi¡o döc. Nghi¶n cùu thi¸t k¸ v  s£n xu§t c¡c thi¸t bà th½ nghi»m sao cho ¡p ùng ÷ñc y¶u c¦u êi mîi v· ph÷ìng ph¡p d¤y håc luæn nhªn ÷ñc sü quan t¥m ¦u t÷ óng mùc cõa nh  n÷îc. Song song vîi â l  vi»c ¦u t÷ x¥y düng c¡c pháng håc bë mæn ð tr÷íng phê thæng vîi möc ½ch t«ng c÷íng sû döng th½ nghi»m trong d¤y håc, nh§t l  t«ng c÷íng th½ nghi»m cõa håc sinh khi nghi¶n cùu x¥y düng ki¸n thùc mîi. Tuy nhi¶n, do ho n c£nh §t n÷îc cán khâ kh«n, sè l÷ñng håc sinh æng, pháng håc v  kinh ph½ cán h¤n ch¸, sè ti¸t håc tr¶n lîp nhi·u n¶n vi»c tê chùc d¤y håc trong pháng håc bë mæn cán ch÷a thº thüc hi»n ÷ñc mët c¡ch ¤i tr . Gi£i ph¡p sû döng th½ nghi»m mæ phäng k¸t hñp vîi vi»c tê chùc cho håc sinh tü l m l¤i th½ nghi»m trong pháng thüc h nh bë mæn m  chóng tæi · xu§t l  ph÷ìng ¡n d¤y håc kh£ thi, câ thº l  gi£i ph¡p kh­c phöc t¼nh tr¤ng d¤y chay hi»n nay. T€I LI›U THAM KHƒO [1]. Ph¤m Xu¥n Qu¸ (2001), Nghi¶n cùu sû döng m¡y vi t½nh v  x¥y düng c¡c ph¦n m·m trong d¤y håc vªt lþ phê thæng. B¡o c¡o têng k¸t · t i nghi¶n cùu khoa håc c§p Bë, Tr÷íng HSP H  Nëi. [2]. Nguy¹n ùc Th¥m (chõ bi¶n), Nguy¹n Ngåc H÷ng, Ph¤m Xu¥n Qu¸ (2002), Ph÷ìng ph¡p d¤y håc vªt lþ ð tr÷íng phê thæng, Nxb ¤i håc S÷ ph¤m H  Nëi. [3]. Nguy¹n Xu¥n Th nh, Sû döng m¡y vi t½nh v  video trong d¤y håc c¡c d¤ng chuyºn ëng cì håc, T¤p ch½ Khoa håc S÷ ph¤m sè 3/2001, Tr÷íng HSP H  Nëi, tr26. ABSTRACT The modeling of experiments in computers together with real experiments to teach Physics at general Education Schools The use of experiments to teach Physics is a wide -spread objective in schools, going on a par with adequate investments from the Government to equip schools with labora- tories, especially in learning new concepts. However, conditions in our country are still difficult, learners are too numerous; in-class and at-school studies are still too numerous. So the modeling of experiments on computers is a good and feasible solution, to avoid the actual teaching - without- experiments today. 7