- XÂY DỰNG BÀI GIẢNG ĐIỀN TỬ HỖ TRỢ DẠY HỌCC CÁC MÔN THUỘC KHỐI NGHIỆP VỤ SƯ PHẠM CỦA CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KĨ NĂNG SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG. - CHO SINH VIÊN SƯ PHẠM VẬT LÍ. - Phạm Kim Chung Trường Đại học Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà Nội Tóm tắt Xây dựng phần mềm thí nghiệm vật lí ảo trên máy tính và sử dụng kết hợp các thí nghiệm thật và thí nghiệm ảo hỗ trợ việc rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học cho sinh viên sư phạm vật lí là cần thiết. - Khắc phục khó khăn về thiết bị thí nghiệm, tạo điều kiện cho sinh viên tự học ở nhà và tiết kiệm thời gian trong phòng thí nghiệm để rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học. - Bằng các phần mềm với video tương tác đảm bảo tính khách quan của số liệu thu được, chúng tôi đã xây dựng được một số phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ có hiệu quả cho việc rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm cho sinh viên ngành sư phạm vật lí tại trường Đại học Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà Nội. - Đặt vấn đề Để đáp ứng việc giảng dạy tốt chương trình vật lí ở phổ thông, các sinh viên sư phạm vật lí cần được rèn luyện kĩ năng sử dụng các thí nghiệm trong dạy học ở trường phổ thông. - Do các hạn chế về thiết bị thí nghiệm, sinh viên không có điều kiện tự nghiên cứu ở nhà trước khi tiến hành thí nghiệm thật. - Khi thực hành ở phòng thí nghiệm, sinh viên mất nhiều thời gian làm quen với các dụng cụ, tiến hành thí nghiệm, ít có thời gian rèn luyện kĩ năng sử dụng các bộ thí nghiệm đó trong dạy học.. - Nhiều trường đại học trên thế giới và Việt Nam đã nghiên cứu kết hợp việc sử dụng thí nghiệm ảo hỗ trợ quá trình thực hành với các thí nghiệm thật. - Tuy nhiên, các phần mềm hiện nay tập trung đến mô phỏng các thí nghiệm mà chưa chú trọng đến việc rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học. - Nghiên cứu xây dựng phần mềm thí nghiệm vật lí ảo trên máy tính và sử dụng kết hợp các thí nghiệm thật và thí nghiệm ảo, tạo điều kiện cho sinh viên tiết kiệm thời gian trong phòng thí nghiệm để thảo luận, thực hành sử dụng thí nghiệm trong dạy học sẽ có tác dụng phát triển kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học cho sinh viên sư phạm vật lí. - Vấn đề xây dựng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ thực hành thí nghiệm vật lí. - Việc nghiên cứu xây dựng phần mềm hỗ trợ dạy học với các thí nghiệm khởi đầu từ những phần mềm đơn lẻ, riêng biệt và thường tập trung vào các phần mềm mô phỏng các hiện tượng như phần mềm Crocodile physics… Với sự phát triển của mạng Internet, những xu hướng lập trình các ứng dụng có thể chạy trên mạng Internet đã và đang được quan tâm. - Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các phần mềm mô phỏng, minh họa các thí nghiệm còn nhiều hạn chế trong việc hỗ trợ sinh viên tiếp cận và sử dụng các thí nghí nghiệm thật.. - Xu hướng nghiên cứu xây dựng và sử dụng các phần mềm hỗ trợ thực hành thí nghiệm vật lí (TNVL) trên thế giới tập trung vào hai vấn đề: Nghiên cứu xây dựng phần mềm thí nghiệm ảo đảm bảo tính khách quan của các số liệu thực nghiệm thu được từ thí nghiệm, tạo điều kiện cho sinh viên nhanh chóng tiếp cận với thí nghiệm thật. - Nghiên cứu tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm với sự hỗ trợ của phần mềm thí nghiệm ảo nhằm làm tăng hiệu quả của hoạt động thực hành thí nghiệm. - Năm 1999, giáo sư Rudof Rass tại trường đại học Tổng hợp kĩ thuật Berlin- Đức cùng các cộng sự đã đưa ra ý tưởng sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình (Interactive Screen Experiment- hay còn được gọi là video tương tác - interactive video) hỗ trợ việc thực hành các TNVL. - Bằng các video quay các thí nghiệm thực và lập trình thao tác trên các đối tượng giúp cho sinh viên nhanh chóng tiếp cận với các dụng cụ thí nghiệm, đồng thời các số liệu thực nghiệm được thu thập đảm bảo tính khách quan.[2]. - Việc sử dụng video tương tác không chỉ giúp sinh viên thao tác với các dụng cụ thí nghiệm, nắm bắt quy trình tiến hành thí nghiệm, đồng thời đòi hỏi sinh viên đánh giá các kết quả đó, nhận biết các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của số liệu.. - đã và đang xây dựng và sử dụng thí nghiệm tương tác trên màn hình trong dạy và học vật lí.. - Xây dựng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí cho sinh viên sư phạm. - Nghiên cứu quy trình và kĩ thuật xây dựng phần mềm thí nghiệm ảo với video tương tác, bằng các video quay thí nghiệm thật và lập trình bằng phần mềm Flash (đây là phần mềm lập trình đa phương tiện, tạo các chương trình có dung lượng nhỏ và có thể chạy trên Internet. - chúng tôi đưa xây dựng phần mềm hỗ trợ rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học cho sinh viên sư phạm vật lí gồm các chức năng sau. - Hỗ trợ kiểm tra kiến thức, kĩ năng trước khi tiến hành thí nghiệm. - Để tiến hành thí nghiệm đòi hỏi sinh viên cần có kiến thức và kĩ năng thí nghiệm nhất định như kĩ năng sử dụng các dụng cụ đo, kĩ năng thu thập và xử lí số liệu. - Bằng các phần mềm trắc nghiệm khách quan dựa trên các tình huống, có tác dụng kiểm tra, củng cố kiến thức, định hướng quá trình nghiên cứu của sinh viên.. - Ví dụ: Để kiểm tra, củng cố kĩ năng tính sai số của thí nghiệm, phần mềm đưa ra bảng số liệu, yêu cầu sinh viên tính sai số, gõ kết quả vào ô để trống và máy tính sẽ kiểm tra kết quả này (Hình 1). - Trong phần này có thể có các tài liệu kĩ thuật số cung cấp thêm cho sinh viên, sinh viên có thể nhấn vào các liên kết để mở nhanh tài liệu, tiết kiệm thời gian tìm kiếm tư liệu cho sinh viên. - Hỗ trợ xây dựng phương án và quy trình tiến hành thí nghiệm Để xây dựng phương án và quy trình thao tác tiến hành thí nghiệm, sinh viên cần biết các dụng cụ thí nghiệm, bố trí thí nghiệm và lên phương án tiến hành thí nghiệm. - Với các video quay thí nghiệm thật và lập trình trên máy tính theo quy trình thao tác tiến hành thí nghiệm, cho phép sinh viên tương tác với các đối tượng hình ảnh trên màn hình như thao tác thực hiện đối với thí nghiệm thật. - Sinh viên nghiên cứu một số phương án thí nghiệm, phát hiện những khó khăn, yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của thí nghiệm từ đó giúp sinh viên cải tiến thí nghiệm hoặc tự xây dựng phương án thí nghiệm của riêng mình.. - Những chức năng của phần mềm cụ thể như sau:. - Hỗ trợ xây dựng phương án thí nghiệm: Để xây dựng phương án thí nghiệm, sinh viên cần lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm, bố trí thí nghiệm. - Phần mềm đưa ra các dụng cụ yêu cầu sinh viên lựa chọn, nếu lựa chọn phù hợp, thực hiện tiếp bước lắp ráp thí nghiệm (hình 2), sinh viên sẽ kéo các dụng cụ thí nghiệm vào màn hình bố trí thí nghiệm sao cho hợp lí nhất.. - Câu hỏi kiếm tra kĩ năng bố trí thí nghiệm với chức năng kéo-thả. - Tiến hành thí nghiệm trên phần mềm:. - Để thực hiện thí nghiệm trên màn hình, sinh viên có thể thao tác với các đối tượng trên màn hình (hình ảnh dụng cụ thí nghiệm) như đối với thí nghiệm. - Sinh viên phải thực hiện đúng quy trình thao tác, ghi nhận các kết quả thực nghiệm, nhập vào bảng số liệu trên phần mềm.. - Ví dụ: Thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng với bộ rung đo thời gian (hình 3). - Sinh viên phải thực hiện đúng quy trình thao tác tiến hành thí nghiệm, đọc kết quả và. - Hình ảnh kết quả thực hiện thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng đều bằng bộ thí nghiệm với bộ rung đo thời gian.. - Đồ thị thực nghiệm khảo sát chuyển động thẳng đều bằng bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng với bộ rung đo thời gian... - Hỗ trợ lập kế hoạch sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông Để lập kế hoạch sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí, sinh viên cần thử nghiệm các phương án thí nghiệm với mục đích đề ra, rút kinh nghiệm từ đó lập kế hoạch sử dụng thí nghiệm trong dạy học. - Bằng các câu hỏi tự luận ngắn, yêu cầu đánh giá ưu, nhược điểm của các phương án thí nghiệm, dự đoán khó khăn khi sử dụng thí nghiệm trong dạy học và đề xuất giải pháp giải quyết khó khăn đó. - Những câu hỏi này như những gợi ý cho sinh viên lập kế hoạch sử dụng thí nghiệm trong dạy học. - Sinh viên trả lời câu hỏi bằng cách gõ nội dung vào các ô văn bản để trống và ghi lại vào máy tính như những ghi chép rút kinh nghiệm của cá nhân khi tiến hành thí nghiệm, khi cần có thể mở lại để tham khảo (các nội dung này có thể in ra trong báo cáo chuẩn bị của sinh viên).. - Câu hỏi gợi ý xây dựng ý tưởng sử dụng thí nghiệm trong dạy học. - Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học cho sinh viên sư phạm vật lí. - Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí có thể sử dụng theo các cách sau. - Sử dụng kết hợp thí nghiệm thật và thí nghiệm ảo trong rèn luyện kĩ năng dạy học thực nghiệm cho sinh viên sư phạm vật lí. - Phần mềm được sử dụng như nguồn tư liệu phong phú, sinh động, nghiên cứu các thí nghiệm, lập kế hoạch tiến hành thí nghiệm để chuẩn bị sử dụng thí nghiệm trong dạy học. - Nhờ các phần mềm thí nghiệm được xây dựng bằng cách quay video thí nghiệm thật và lập trình trên máy tính, nên các phần mềm này hoàn toàn giống như thao tác với thí nghiệm thật, vì vậy, khi thực hành TNVL với thí nghiệm thật, sinh viên có thể nhanh chóng nhận biết các dụng cụ thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm và xử lí số liệu, giúp tiết kiệm thời gian tiến hành thí nghiệm, tập trung thảo luận việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học. - Trong quá trình sinh viên xây dựng hồ sơ bài dạy cho một bài học ở nhà, cụ thể như: Lập kế hoạch dạy học (giáo án). - xây dựng phiếu học tập cho học sinh, xây dựng phiếu ghi chép của giáo viên về thí nghiệm. - xây dựng các công cụ kiểm tra- đánh giá. - Sinh viên có thể sử dụng phần mềm để tham khảo, nghiên cứu lại các phương án thí nghiệm đã tiến hành, kết hợp với kết quả và những ghi chép trong quá trình tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, sinh viên xây dựng hồ sơ bài dạy hiệu quả hơn. - Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ quá trình tự học, tự nghiên cứu của sinh viên về thí nghiệm. - Trong điều kiện việc trang bị thiết bị thí nghiệm hạn chế, sinh viên không có điều kiện thực hành với thí nghiệm thật, do phần mềm thí nghiệm ảo hoàn toàn giống thí nghiệm thật cả về hình ảnh và quy trình tiến hành thí nghiệm nên phần mềm thí nghiệm ảo có thể sử dụng như một phương tiện thay thế để sinh viên chuẩn bị dạy học với các thí nghiệm (lưu ý phần mềm không thể thay thế thí nghiệm thật được). - Khi thực hành giảng dạy hoặc thực tập ở trường phổ thông sinh viên có thể nhanh chóng tiếp cận với các thí nghiệm thật.. - Việc xây dựng và triển khai phần mềm hỗ trợ rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học cho sinh viên sư phạm vật lí sẽ tạo môi trường học tập mới, phát huy vai trò, vị trí của người dạy và người học, tạo điều kiện đổi mới phương pháp và hình thức tổ chức dạy-học. - Qua nghiên cứu, chúng tôi đã xây dựng được một số phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ thực hành thí nghiệm vật lí ở trường phổ thông cho sinh viên ngành sư phạm Vật lí của trường Đại học giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội. - Những phần mềm chúng tôi xây dựng và sử dụng bước đầu đã đem lại hiệu quả trong việc rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm cho sinh viên sư phạm vật lí.. - Mô phỏng thí nghiệm trên máy tính để sử dụng phối hợp với thí nghiệm thật trong dạy học vật lí ở trong nhà trường phổ thông