Tiểu luận Ứng dụng công nghệ thông tin trong biểu diễn các thí nghiệm Vật lý

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRONG BIỂU DIỄN CÁC THÍ NGHIỆM VẬT LÝ
	Học viên: Thái Thị Thuận
	Lớp: Lí luận và phương pháp dạy học Vật lí K38
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN (CNTT) TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 
Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm, để học sinh có thể hiểu rõ hơn về bản chất các hiện tượng về Vật lý sau những giờ học lý thuyết đã được đề cập là một yêu cầu hết sức cần thiết. Do đó việc kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm trong dạy học Vật lí là một phương pháp quan trọng. Điều này không những mang lại hiệu quả trong việc dạy học, cũng như góp phần tích cực trong hoạt động nhận thức của học sinh.
Một vấn đề hiện đang khó khăn ở các trường phổ thông hiện nay là tình trạng thiếu thốn về cơ sở vật chất. Không phải trường phổ thông nào cũng thuận lợi được trang bị phòng thí nghiệm và dụng cụ thí nghiệm đầy đủ và hiện đại. Trường THPT Hòa Bình hiện nay vẫn chưa được trang bị đầy đủ các dụng cụ thí nghiệm hiện đại đặc biệt đối với một số thí nghiệm Vật lý nên rất khó khăn cho việc truyền đạt các thí nghiệm trực quan sinh động cho học sinh nhất là với các thí nghiệm phức tạp trong chương trình học. Điều này dẫn đến một kết quả học sinh chưa thể hiểu được hết bản chất các hiện tượng Vật lý chỉ mô tả qua lý thuyết. Một phương án có thể giúp cho học sinh có thể quan sát trực quan được các hiện tượng vật lý thông qua mô phỏng lại các thí nghiệm ảo bằng cách ứng dụng một số phần mềm CNTT như Crocodile Physics 605, Flash, Optics Mar.03 kết hợp với dạy học lý thuyết. Đây là một giải pháp có lợi ích quan trọng trong việc giảng dạy của giáo viên, đồng thời giúp học sinh có hứng thú trong học tập và tiếp thu kiến thức nhanh chóng, sâu sắc. 
II. CƠ SỞ LÝ LUẬN
1. Các chỉ thị, quyết định
Theo chỉ thị số 29/2001/CT – BGD & ĐT ngày 30/7/2001 của bộ trưởng Bộ Giáo Dục Đào Tạo về việc tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học: “Đẩy mạnh ứng dụng CNTT ở tất cả các cấp học, ngành học theo hướng sử dụng CNTT như công cụ hỗ trợ đắc lực nhất cho việc đổi mới phương pháp giảng dạy, học tập ở tất cả các môn học” .
Theo Quyết định số 698/QĐ-TTg ngày 01/6/2009 của Thủ tướng Chính phủ “Đẩy mạnh việc ứng dụng CNTT trong trường phổ thông nhằm đổi mới phương pháp dạy và học theo hướng giáo viên tự tích hợp CNTT vào từng môn học thay vì học trong môn tin học. Giáo viên các bộ môn chủ động tự soạn và tự chọn tài liệu và phần mềm (mã nguồn mở) để giảng dạy ứng dụng CNTT” .
2. Vai trò của ứng dụng CNTT trong biểu diễn thí nghiệm Vật lý 
Dạy học ở nước ta hiện nay còn mang nặng tính “thông báo, tái hiện”, các phương tiện dạy học hiện đại chưa được chú ý khai thác, sử dụng đúng mức. Tuy nhiên mỗi môn học đều có những tính chất và đặc thù riêng do đó việc ứng dụng công nghệ thông tin cũng phải phù hợp với các tính chất và đặc thù tương ứng. Hiện nay hầu hết các giao viên đang sử dụng phương tiện công nghệ thông tin trong dạy học là soạn giáo án giảng dạy điện tử bằng phần mềm tin học Microsoft office PowerPoint đã khắc phục được nhiều bất cập trong quá trình giảng dạy của giáo viên. Có thể đưa vào nhiều thông tin liên quan đến bài giảng kết hợp giữa chèn vào một số hình ảnh, màu sắc, âm thanh, video thực tế phù hợp với môn học tạo nên sự đa dạng và phong phú trong bài giảng của giáo viên, kích thích sự tiếp nhận bài giảng và tư duy tích cực của học sinh.
Riêng đối với các nội dung kiến thức Vật lí là chuyên ngành khoa học thực nghiệm với nhiều nội dung khá trừu tượng học sinh rất khó khăn trong việc tiếp nhận kiến thức, cũng như là giáo viên khó diễn tả hết được hiện tượng Vật lý chỉ bằng các suy luận lý thuyết. Nên rất cần có sự quan sát, phân tích hiện tượng một cách trực quan thông qua thí nghiệm thực tiễn. Do đó ta phải tìm cách làm sao có sự kết hợp hài hòa giữa quan sát thí nghiệm và suy luận lý thuyết. Trên thực tế nếu chỉ thông qua phần mềm Microsoft office PowerPoint để trình chiếu các slide nội dung bài giảng và chèn thêm tranh ảnh, các đoạn phim về thí nghiệm minh họa thì cũng chưa đủ. Ta còn có thể sử dụng các phần mềm khác để tạo ra các thí nghiệm ảo mà trên thực tế nó khó thực hiện trong phòng thí nghiệm thực, hoặc có nhưng chưa phân tích được hết quá trình xảy ra bên trong hiện tượng. Nếu sử dụng được các thí nghiệm ảo này tích hợp vào các giáo án điện tử phục vụ cho việc giảng dạy môn Vật lý sẽ đem lại hiệu quả cao hơn.
III. BIỆN PHÁP ỨNG DỤNG CNTT TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 
Liên kết các thí nghiệm ảo vào bài dạy để biểu diễn
Thí nghiệm ảo Vật lí được thiết kế trên các phần mềm Crocodile Physics 605, Working model, Flash, Optics Mar.03dựa trên các quá trình mà thí nghiệm thực xảy ra.
Đưa các thí nghiệm ảo liên kết vào bài dạy được xem là một giải pháp trong việc hỗ trợ cho việc nhân thức của học sinh phát hiện ra các vấn đề mà giáo viên muốn dẫn dắt.
Ví dụ như trong phần dòng điện trong các môi trường (Vật lí 11). Bài Dòng điện trong kim loại 
Kết luận được: Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường
Tuy nhiên về phương diện lý thuyết hay tiến hành một thí nghiệm thực tế chúng ta không thể thấy được bằng mắt quỹ đạo chuyển động của các electron như thế nào? Thông qua thí nghiệm ảo thì việc quan sát trực quan các quỹ đạo chuyển động của electron trên hệ thống thí nghiệm đã được mô phỏng bằng phần mềm thông qua hệ thống máy tính như Hình 1 sẽ giúp học sinh hình dung ra được cơ chế chuyển động của electron dưới tác dụng của điện trường, làm rõ được thuyết electron về tính dẫn điện trong kim loại, sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ. Kết quả sau khi quan sát học sinh sẽ tiếp thu bài giảng với hiệu suất cao hơn. 
Hình 1. Mô phỏng thí nghiệm ảo dòng điện trong kim loại
2. Liên kết các video thí nghiệm thực vào bài dạy để biểu diễn
Video thí nghiệm Vật lí được đưa vào bài giảng là một số đoạn video các thao tác thí nghiệm đã được thực hiện bởi một số chuyên viên, giáo viên phòng thí nghiệm trọng điểm ở các thành phố lớn đã được trang bị đầy đủ thiết bị thí nghiệm hiện đại. Ta có thể lấy được các video thí nghiệm từ các trang Web trên mạng như Youtube, Violet, Thư viện Vật lý
Khi quan sát đoạn video các thao tác thí nghiệm thực tế học sinh sẽ quan sát rõ được trước hết là các thao tác thực hiện thí nghiệm, tiếp đến là các kết quả của hiện tượng Vật lý xãy ra trong quá trình tiến hành thí nghiệm như sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ một cách trực quan nhất như được thể hiện ở Hình 2 dưới đây.
Hình 2. Đoạn cắt từ Video thực hiện thí nghiệm bài Dòng điện trong kim loại
Đưa các đoạn Video thí nghiệm thực không có điều kiện tiến hành ở phòng thực hành nhà trường vào bài giảng cũng khá hay. Tuy nhiên để thiết kế các thí nghiệm có hiệu quả, phù hợp với nội dung bài học thì cần phải nghiên cứu nắm rõ các kiến thức bài dạy. Nghiên cứu, lựa chọn các video thí nghiệm thực sao cho phù hợp.
Các thí nghiệm do bản thân mỗi giáo viên tự thiết kế hay tìm kiếm trên các phần mềm nên sẽ phù hợp với mục đích, phương pháp giảng dạy của mỗi giáo viên và trình độ của học sinh.
Thực tế nếu kết hợp được cả hai cách biểu diễn cả thí nghiệm ảo và các đoạn video vào trong một bài giảng thì hiệu quả của bài giảng sẽ có chất lượng nhiều hơn. Cả hai cách biểu diễn này có mối liên hệ mật thiết và bổ sung cho nhau.Thí nghiệm thực có thể cho ta quan sát thao tác và hiện tượng vật lý trực quan nhất, còn thí nghiệm ảo sẽ quan sát được cơ chế bản chất hiện tượng nên góp phần làm rõ hơn những nguyên nhân của hiện tượng Vật lý đã xãy ra.
Còn khi sử dụng thí nghiệm ảo ta thấy rõ được ảnh của vật trong các trường hợp vật nằm trong tiêu điểm, ngoài tiêu điểm hay tại tiêu điểm và cách vẽ ảnh qua thấu kính.
Hình 3. Thí nghiệm ảo của vật qua thấu kính
Tóm lại, với điều kiện không đáp ứng được các tiết học thực hành cho học sinh thì các thí nghiệm thực được biểu diễn thông qua các đoạn video để học sinh quan sát, cũng như là kiểm chứng lại các cơ chế hiện tượng bằng các thí nghiệm ảo là tương đối đơn giản. Cả hai đều có thể tích hợp vào bài giảng thông qua máy vi tính. Tuy nhiên để khai thác thiết kế các thí nghiệm một cách hiệu quả, phù hợp với nội dung bài học thì cần phải nghiên cứu nắm rõ các kiến thức bài dạy. Lựa chọn các phần mềm thí nghiệm ảo, các video thực sao cho phù hợp
3. Sử dụng máy chiếu để làm rõ các thí nghiệm biểu diễn của giáo viên
Trong điều kiện thiếu phòng thực hành Vật lí trường, học sinh không thực hiện được thí nghiệm tiến hành. Dùng máy chiếu để trình chiếu các đoạn video tiến hành thí nghiệm hay thí nghiệm ảo được thực hiện trên một màn chiếu lớn nên tất cả học sinh trong lớp học có thể theo dõi tất cả những gì thực hiện trên đó, đồng thời giáo viên có thể chỉnh kích cỡ của dụng cụ đủ lớn để cả lớp đều có thể quan sát rõ ràng toàn diện hơn.
4. Dùng các phần mềmWorking model tạo các thí nghiệm mô phỏng hướng dẫn học sinh cách tiến hành thí nghiệm trước khi nó được lắp đặt để thực hiện trong thực tế.
IV. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
1. Kết luận 
- Việc sử dụng kết hợp thí nghiệm ảo và video thí nghiệm thực trong dạy học Vật lí đã làm nổi bật yếu tố đặc trưng của môn học (tính thực nghiệm), giúp học sinh nhanh chóng nắm vững kiến thức, tạo hứng thú học tập cho học sinh, sự linh động cho việc truyền đạt kiến thức, đem lại hiệu quả sư phạm cao hơn.
- Các phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ tương đối đầy đủ nên có thể thiết kế và mô phỏng tương đối đầy đủ các thí nghiệm theo chương trình của bộ giáo dục quy định.
- Nói chung, thí nghiệm và thực nghiệm đòi hỏi học sinh phải thực hiện được thật sự bằng tay và kỹ năng quan sát, ghi chép, phân tích Vì thế không nên lạm dụng quá các trình diễn trên máy tính và quên mất thực tế các thí nghiệm. 
2. Khuyến nghị
- Trong điều kiện cho phép của nhà trường tăng thêm một số phòng chức năng để dạy CNTT hay trang bị nhiều máy chiếu.
- Trang bị phòng thực hành với các thí nghiệm thực tế tốt nhất phục vụ cho quá trình dạy và học.