Máy Vi Tính Hỗ Trợ Trong Việc Mô Phỏng Các Hiện Tượng Vật Lí - VOER

Đặc điểm của các hiện tượng, quá trình vật lí cần được minh hoạ nhờ máy vi tính

Không phải các quá trình nào xảy ra trong tự nhiên cũng dễ quan sát. Đối với chuyển động của chiếc thuyền, đoàn tàu thì việc quan sát để xác định vị trí của chúng ứng với từng thời điểm hay quãng đường đi ứng với từng khoảng thời gian trôi qua là không khó khăn. nhưng cũng có những quá trình trong tự nhiên không thể quan sát bằng mắt thường để để xác định được các đại lượng cần thiết được vì diễn biến của quá trình xảy ra quá nhanh, hay quá chậm. Điều đó gây khó khăn trong việc nghiên cứu tìm ra qui luật của chúng. Các quá trình như vậy được nghiên cứu trong chương trình vật lí phổ thông có thể kể ra ở đây như: chuyển động rơi, chuyển động ném ngang của một vật, chuyển động của khối tâm và của các điểm của vật rắn, quá trình phân rã hạt nhân, phóng xạ...Một trong các giải phá

Khả năng mô phỏng, minh hoạ các hiện tượng, quá trình vật lí bằng máy vi tính một cách chính xác và trực quan

Với các chức năng ưu việt của nó, máy vi tính có khả năng mô phỏng trực quan và chính xác bằng các mô hình kí hiệu các hiện tượng hay quá trình vật lí trong tự nhiên. Tuy nhiên việc mô phỏng chính xác đến đâu còn phụ thuộc vào hai yếu tố:

- Trước hết là phụ thuộc vào mức độ nhận thức của người nghiên cứu về qui luật phản ánh hiện tượng, quá trình vật lí. Các qui luật này thường được mô tả bằng các phương trình, hệ phương trình toán-lý.

- Sau đó phụ thuộc vào khả năng của người lập trình, sử dụng ngôn ngữ máy tính để phản ánh lại các qui luật đó chính xác đến chừng nào.

Điều quan trọng trong việc sử dụng máy vi tính trong dạy học vật lí, trong việc mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lí là các nhà lí luận dạy học, các giáo viên phải có được ý tưởng rõ rệt của việc sử dụng máy vi tính để giải quyết vấn đề gì, mà thiếu nó thì không thể có hiệu quả hay sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong dạy học. p có thể hỗ trợ cho việc nghiên cứu các quá trình đó có hiệu quả hơn, là sử dụng máy vi tính để mô phỏng các quá trình đó.

Ví dụ như, khi nghiên cứu hiện tượng cảm ứng điện từ (trong SGK lớp 11 hiện hành), nếu chỉ quan sát thí nghiệm về chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây hay thí nghiệm thay đổi cường độ ḍng điện ở ống dây lồng trong cuộn dây có nối với điện kế th́ học sinh rất khó có thể đưa ra dự đoán đúng về nguyên nhân xuất hiện dòng điện cảm ứng. Để hỗ trợ cho việc đưa ra dự đoán đúng, có thể mô phỏng quá trì́nh diễn ra trong thí nghiệm, trong đó vẽ các đường cảm ứng từ của các nam châm (vĩnh cửu hay điện) như Hì́nh 2.1 dưới đây. Đối với học sinh yếu kém, ta có thể mô phỏng thêm cả số lượng đường cảm ứng từ xuyên qua mặt cắt ống dây ứng với từng thời điểm trong thí nghiệm.

Mô phỏng sự thay đổi của số đường cảm ứng từ gửi qua ống dây nhờ máy vi tính

Hiện tượng sóng dừng trên dây trong trường hợp sóng phản xạ ngược pha với sóng tới (tại đầu dây cố định) hoặc sóng phản xạ cùng pha với sóng tới (tại đầu dây tự do) rất khó h́nh dung. Nhờ phần mềm mô phỏng ta có thể giúp học sinh “quan sát” rơ quá tŕnh sóng tới truyền đến đầu dây đó và quá tŕnh tạo ra sóng phản xạ.

Mô phỏng sóng dừng được tạo bởi sóng tới và sóng phản xạ trong trường hợp hai đầu dây cố định

So sánh việc mô phỏng, minh hoạ các hiện tượng, quá trì́nh vật lí bằng máy vi tính và bằng máy chiếu phim dương bản (MCPDB), phim hoạt hì́nh

Để có thể minh hoạ các hiện tượng, quá trình vật lí khó quan sát (diễn ra cực nhanh hay cực chậm) người ta có thể sử dụng phương pháp chiếu phim dương bản, phim hoạt hình. Phim hoạt hình cũng như máy vi tính đều có thể “giãn” hay “co” các quá trình này lại tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu các quá trình đó. Tuy nhiên, trong phim hoạt hình thì mức độ co, giãn như thế nào đã được hãng sản xuất phim chế tạo định trước. Giáo viên hay học sinh khi dùng phim đó trong tình huống dạy học cụ thể của mình có muốn thay đôỉ lại cũng không thể được. Song ở máy vi tính thì điều đó lại hoàn toàn khác. Do những phần mềm (software) được cài đặt trong máy, ngay tức khắc, ta có thể dễ dàng thay đổi mức độ co, giãn của quá trình đang nghiên cứu một cách tuỳ ý.

Mô phỏng bằng máy vi tính còn có nhiều ưu điểm khác. Khi mô phỏng bằng máy vi tính giáo viên và học sinh có thể dừng quá trình lại tại thời điểm bất kì để nghiên cứu, xác định bất kì các đại lượng nào của vật (ví dụ: toạ độ, vận tốc, gia tốc, quãng đường... của chuyển động được mô phỏng). Về mặt trang thiết bị, để mô phỏng bằng máy vi tính chỉ cần có một máy vi tính như nhiều trường phổ thông đang có. Ngoài ra, cần có đĩa mềm (disk) loại 1,44 MB hay thẻ nhớ (dung lượng từ hàng chục MB cho tới vài GB) để lưu trữ các chương trình mô phỏng (nếu không muốn lưu trữ trong ổ cứng của MVT). Việc sao chép, nhân bản các chương trình này có thể tự làm rất dễ dàng và hoàn toàn không tốn kém kinh phí và thời gian. Còn đối với máy chiếu phim hoạt hình thì công việc này rất phức tạp, tốn kém và phải do người có chuyên môn làm tại xưởng.