Thí Nghiệmảo trong việc dạy
học Vật lý
Thí nghiệmảo là tập hợp các tài nguyên số đa phương
tiện dưới hình thứcđối tượng học tập nhằm mụcđích mô
phỏng các hiện tượng vật lý, hóa học, sinh học...xảy ra trong tự
nhiên hay trong phòng thí nghiệm, có đặcđiểm là có tính tương tác cao, giao
diện thân thiện với người sửdụng và có thểmô phỏng những quá trình, điều
kiện tới hạn khó xảy ra trong tựnhiên hay khó thu được trong phòng thí
nghiệm. Nó giúp giảm thiểu việc học chay hay dậy chay thường gặp do thiếu
phương tiện, điều kiện thí nghiệm giúp người học chủ động học tập phù hợp
với tinh thần người học là trung tâm của giáo dục hiệnđại
Điểm mạnh của thí nghiệmảo
- Dễdùng, trực quan sinh động
Giao diện thân thiện, dễdùng với âm thanh và hình ảnh trực quan sinh động, học
sinh không chỉ được nhìn, xem, còn có cơhội tham gia thực sựcác thí nghiệmảo
qua các thao tác đã được trực quan hóa với những thiết bị ảo, đây chính là một
điểm mạnh của phần mềm so với những bài giảng power point truyền thống. Tính
chủ động của học sinh, sinh viên tăng lên do có thểtựhọcởnhà trên đĩa CD hay
web trong khi giáo viên có thểsửdụng trên lớp nhưgiáo cụtrực quan minh họa
cho bài giảng, do đó khắc phụcđược phần nào vềtình trạng thiếu thiết bị, nguyên
vật liệu thí nghiệm nhưhiện nay.
- Tăng hứng thú và tính chủ động
Để hỗtrợtựhọc, một giáo viên ảo với giọng nói truyền cảm sẽgiúp sinh viên trong
khi học, giáo viên ảo có thểbầy tỏthái độ, khuyến khích hay chê trách giúp sinh
viên dễ định hướng kiến thức trong khi học.
Sựkết hợp hài hòa giữa câu hỏi trắc nghiệm truyền thống (lựa chọn, đúng sai,..)
với hình thức trắc nghiệm kỹnăng giàu tính tương tác thu hút chú ý và tăng tính
chủ động người học.
Giao diện học tậpđược tính toán yếu tốmầu sắc, tiện lợi và chiến lược giáo dục. Có
hai chế độ học: mod tuần tự(khi yêu cầu vềtính qui trình là quan trọng). Với mod
lựa chọn, có thểchọn một chủ đề học tập bất kỳ, tùy thuộc vào tiếnđộ, khảnăng
tiếp thu cá nhân, giáo viên dùng mod này khi giảng trên lớp.
- Hiệu quả đạtđược
Do kết hợp BÀI GIẢNG + tương tác THỰC HÀNH + TRẮC NGHIỆMđánh giá: Thí
nghiệm mô phỏng góp vai trò vào 2/3 yếu tốlàm tăng tính chủ động học tập. trực
quan, tương tác cao, cho phép đánh giá mứcđộ tiếp thu kiến thức của sinh viên là
những yếu tốkhông thểthiếuđối với một phần mềm giáo dục hiệnđại.
Tích hợpđa phương tiện
Việc tích hợp tính năng multimedia (đoạn phim, âm thanh,...) làm thí nghiệm sinh
động cùng với lập trình hành động tạođối tượng thí nghiệmảo dễdùng lại sẽtiết
kiệm công sức thiết kếphát triểnđối với những vòng đời sau của phần mềm.
Không chỉlập trình
Muốn phần mềm tốt cần kịch bản tốt, có tính sưphạm, chính xác, khoa học, kết cấu
chặt chẽ. Người viết kịch bản cần tham khảo nhiều tài liệu, ý kiến chuyên gia, giảng
viên và sinh viên vềmôn học. Sựtương đồng với kịch bản phim hoạt hình (phân
cảnh) giúp phần mềm sinh động mà vẫnđảm bảo các tiêu chí giáo dục cần thiết.
Việc xây dựng thưviệnđối tượng thí nghiệm, thiết bị ảo giúp tốiưu quá trình phát
triển phần mềm vì cho phép dùng lại khi xây dựng phần mềm tương đương. Thiết
bịthí nghiệmảo giúp sinh viên làm quen với thiết bị, nắmđược kiến thức và yêu
cầu thực nghiệm, làm tiềnđề khai thác thí nghiệm thực. Thiết bị ảođược xây dựng
qua nhiều bước: Thiết kếtrạng thái, hành vi, tính chất, chụp hình, bóc tách,... lập
trình, lồng ghép, đóng gói.
Khảnăng tiến hành các thí nghiệmảo, thửnghiệm các tình huống giả định, khó thu
được trong thực nghiệm, tiến hành nhiều lần giúp tiết kiệm thời gian, chi phí
nguyên vật liệu, giảm sai hỏng thiết bịdo thao tác sai. Đây là mộtưuđiểm của phần
mềm so với cách giảng bài kiểu cũ.
Mộtđiều tra đã cho thấy mứcđộ sinh động bài giảng thí nghiệmảo tăng lên 26%
so với bài giảng trên PowerPoint. Tính thân thiện tăng 19%, độ khó hiểu giảm 4%.
Nhưvậy áp dụng phần mềmđã thực sựtăng hiệu quả, chất lượng bài giảng.
Phân biệt thí nghiệmảo và bài giảng điện tử
Thếnào là thí nghiệmảo? Thếnào là bài giảng điện tử?
- Bài giảng điện tử:là một hình thức tổchức bài lên lớp mà ở đó toàn bộkếhoạch
hoạtđộng dạy họcđềuđược chương trình hoá do giáo viên điều khiển thông qua
môi trường multimedia do máy vi tính tạo ra. Cần lưu ý bài giảng điện tửkhông
phảiđơn thuần là các kiến thức mà học sinh ghi vào tập mà đó là toàn bộhoạt
động dạy và học tất cảcác tình huống sẽxãy ra trong quá trình truyềnđạt và tiếp
thu kiến thức của học sinh. Bài giàng điện tửcàng không phải là một công cụ để
thay thế“bảng đen phấn trắng” mà nó phảiđóng vai trò định hướng trong tất cả
các hoạtđộng trên lớp. Các đơn vịcủa bài họcđều phảiđược Mutimedia hoá.
Trong môi trường multimedia thông tin được truyền dưới các dạng: văn bản
(Text), đồ hoạ(graphics), hoạtảnh (animation), ảnh chụp (image), âm thanh
(audio) và phim video (videoclip). Giáo án điện tửlà bản thiết kếcụthểtoàn bộkế
hoạch hoạtđộng dạy học của giáo viên trên giờlên lớp, toàn bộhoạtđộng dạy học
đó đã được multimedia hoá một cách chi tiết, có cấu trúc chặt chẽvà logic được
quy định bởi cấu trúc của bài học. Giáo án điện tửlà một sản phẩm của hoạtđộng
thiết kếbài dạyđược thểhiện bằng vật chất trước khi bài dạy họcđược tiến hành.
Giáo án điện tửchính là bản thiết kếcủa bài giảng điện tử, chính vì vậy xây dựng
giáo án điện tửhay thiết kếbài giảng điện tửlà hai cách gọi khác nhau cho một
hoạtđộng cụthể để có được bài giảng điện tử.
- Thí nghiệmảo: Là tập hợp các tài nguyên số đa phương tiện dưới hình thứcđối
tượng học tập, nhằm mụcđích mô phỏng các hiện tượng vật lý, hóa học, sinh
học...xảy ra trong tựnhiện hay trong phòng thí nghiệm, có đặcđiểm là có tính năng
tượng tác cao, giao diện thân thiện với người sửdụng và có thểmô phỏng những
quá trình, điều kiện tới hạn khó xảy ra trong tưnhiện hay khó thu được trong
phòng thí nghiệm. Thí nghiệmảo giúp giảm thiểu việc học chay, dậy chay thường
gặp do thiếu phương tiện, điều kiện thí nghiệm giúp người học chủ động học tập
phù hợp với tinh thần người học là trung tâm của giáo dục hiệnđại.
Vậy:
- Thí nghiệmảo cũng giống với bài giảng điện tử, ngoài ra, mộtưuđiểm của thí
nghiệmảo trên máy tính là có thểgiảlập những tình huống, điều kiện tới hạn, khó
xảy ra trong thếgiới thực giúp người học nắmđược bản chất của vấnđề. Tuy
nhiên, thí nghiệmảo không thểthay thế được kinh nghiệm thực tiễn, hãy thử
tưởng tượng phi công lái máy bay hạcánh khi chỉtoàn thực tập trên mô hình ảo,
hay một bác sĩphẫu thuật mỗtim trong khi lại chỉtoàn kinh nghiệm với dao mổ ảo
trên máy tính.
- Thí nghiệmảo và bài giảng điện tửgắn bó chặt chẽvới nhau, không thểtách rời,
thí nghiệmảo giúp tăng hiệu quảgiáo dục, huấn luyện của bài giảng điện tửqua
tính năng tương tác cao với người tiến hành thí nghiệm, với hệthống trong khi bài
giảng điện tửgiúp xâu chuỗi các thí nghiệmảo theo một trình tựlogic, mang tính
giáo dục. Thí nghiệmảo cùng với bài giảng điện tửgiúp áp dụng được cả3 yếu tố
giáo dục hiệnđại trong phần mềm dạy học nhưHỌC + THỰC HÀNH + KIỂM TRA
ĐÁNH GIÁ, cần thiết hiệu quảhọc tậpđạtđược cao.
Cách xây dựng một thí nghiệmảo trong môi trường 3D?
1. Tạo các vật thể: Bước này được xây dựng dựa theo các dụng cụcủa kịch
bản, nhằm tạo ra các dụng cụthí nghiệm.
2. Tạo chất liệu, áp chất liệu vào vật thể: Bước này nhằm xây dựng chất liệu cấu tạo
vật thể, Ví dụnhư ống nghiệmđược làm bằng thủy tính, giá đỡ được làm bằng sắt
hay vật liệuđó là chẩt lỏng nhưnước, axit..
3. Ghép các dụng cụlại với nhau. Từcác dụng cụthí nghiệmđược thiết kếriêng lẻ
ghép các dụng cụlạiđể bắtđầu xây dựng cảnh cho thí nghiệm.
4. Mô phỏng lại các phảnứng, tương tác có thểxẩy ra của thí nghiệm.
5. Phân tích các tương tác từngười sửdụng. Bước này cho phép người sựdụng
tương tác với thí nghiệm thông qua giao diệnđồ họa. Người sựdụng có thếhiệu
chỉnh một sốthông sốnhưhiệu chỉnh góc nhìn, nhìn cận cảnh hay nhìn toàn bộthí
nghiệm, tương tác làm thay đổi thí nghiệm nhưtằng them nhiệtđộ, tăng nồng độ
chất ….
Để xây dựng được một thí nghiệmảo ta phải làm gỉ?
- Khảo sát : Nhằm xem xét nột dung thí nghiệm, xem xét bản chất của sựvật,
hiện tượng.
- Xây dựng kịch bản: Bước này là quan trọng nhất, cần có những tài liệu chính xác
và các chuyên gia, giáo viên nhiều kinh nghiệm xây dựng.
- Việc chuẩn bịtài liệu xây dựng thí nghiệm rất khác so với việc biên soạn tài liệu
truyền thống. Các kịch bản phảiđược thiết kếchuyên dụng, không đơn thuần như
các slide bài giảng.
- Xây dựng khung thí nghiệm: Bước này mô hình hóa kịch bản, phân tích các cảnh,
các công cụsửdụng trong kịch bản, xây dựng các mô hình, phân tích các tượng tác
của thí nghiệm.
- Xây dựng thí nghiệm: Sau khi đã xây dựng được khung thí nghiệm, kết hợp các
dụng cụ, tương tác, các cảnh trong kịch bản… lắp ghép các công cụlại thành 1 thí
nghiệm hoàn chỉnh.
- Hiểu chỉnh: Bước này nhằm tinh chỉnh, kiểm tra, xem xét lại toàn bộthí nghiệm
xem đã thểhiệnđúng bản chất của sựviệc hay chưa?... Tại bước này thí nghiệm
được kiểm tra cẩn trọng, tỷmỉnhằm phát hiện ra các phần còn thiếu sót của thì
nghiệm.