Đa phương tiện trong dạy học vật lý
1. Mô phỏng
Số lượng khổng lồ các phần mềm mô phỏng cho thấy rằng nhiều nhà vật lý thích viết các chương trình của riêng họ và nghĩ rằng chương trình của họ có thể có ích cho người khác. Hệ quả là có nhiều phần mềm mô phỏng về cùng một chủ đề, thể hiện nội dung tương tự. Rất khó khăn và tốn nhiều thời gian để một người sử dụng có thể lựa ra được các phần mềm mô phỏng tuyệt với từ rất nhiều các phần mềm tầm thường. Tình trạng được cải thiện khi các tập hợp các phần mềm mô phỏng được công bố. Chẳng hạn, công việc tiên phong đã được thực hiện bởi F.K. Hwang (3). Nhưng trong nhiều trường hợp công việc này được thực hiện bởi các nhóm nhà vật lý hoặc thậm chí các trường đại học, thường được tài trợ bởi các quỹ quốc gia. Có thể chỉ ra một số ví dụ ở Mỹ: MUPPET/CUPLE/CUPS (4), CPU (5), PhET (6).
Việc sử dụng mô phỏng trong giảng dạy vật lý ở tất cả các cấp được đẩy mạnh đáng kể nhờ sự phát minh ra các ứng dụng kí sinh (applet) Java có dung lượng bé, linh hoạt. Trong lĩnh vực vật lý các chương trình và phần mềm mô phỏng nhỏ này có tên gọi đặc biệt là Physlets”, từ đóng góp ban đầu của W. Christian và cộng sự (7). Chúng ta đã thấy rằng các nhà vật lý thích viết các chương trình của riêng họ, song việc viết chương trình cũng có ý nghĩa giáo dục đối với sinh viên. Trong cả hai trường hợp, trung tâm của sự chú ý phải là vấn đề vật lý còn việc lập trình đồ hoạ hoặc yếu tố tương tác là một gánh nặng không mong muốn. Nhằm giúp những người không phải là chuyên gia xây dựng các phần mềm mô phỏng trong Java, F. Esquembre đã tạo ra một công cụ có bản quyền gọi là Easy Java Simulations (EJS) (8). Với EJS, người dùng có thể tập trung vào việc viết và cải tiến các kỹ thuật toán cho mô hình vật lý mà họ quan tâm chứ không phải dành nhiều thời gian cho kỹ thuật lập trình tiên tiến.
Mỗi phần mềm mô phỏng quá trình vật lý đều dựa trên một mô hình cụ thể. Việc mô hình hoá trong vật lý có truyền thống lâu dài, cả trong nghiên cứu và giáo dục. Nhưng trong khi các mô hình là công cụ hữu ích cho các chuyên gia thì những người mới bắt đầu lại thường khó nhận ra những giới hạn của các mô hình cũng như các ưu điểm của chúng. Bởi vậy phần mềm mô phỏng sẽ hữu ích trong việc giúp sinh viên nhận thức các tính chất của một mô hình. Điều này có thể được thực hiện bằng cách đưa ra các mô hình khác nhau cho cùng một nội dung (9).
2. Thí nghiệm
Các công cụ đa phương tiện trở nên không thể thiếu trong các thí nghiệm ở các phòng thí nghiệm của các trường đại học cũng như phổ thông. Chúng giúp thu nhận dữ liệu từ các sensor, các phần mềm chuyên dụng phân tích dữ liệu và trực quan hoá các kết quả. Bởi vậy, các thí nghiệm mà chỉ một ít năm trước chỉ có thể được tiến hành trong các phòng thí nghiệm được trang bị hiện đại giờ đây đã trở nên phổ biến trong các phòng thí nghiệm đại cương. Có thể chỉ ra một ví dụ trong phần âm học. Chỉ cần một máy vi tính là có thể phân tích tức thời các âm thanh phức tạp như giọng nói con người. Các phần mềm tương ứng thì có sẵn, miễn phí và thân thiện với người dùng, bởi vậy ngay cả các học sinh phổ thông cũng có thể sử dụng được (10).
Trong các phòng thí nghiệm ở trường đại học cũng như trường phổ thông, các thí nghiệm thường chỉ được tiến hành một lần. Nhưng sẽ là hữu ích nếu ta có thể lặp lại thí nghiệm nhằm thay đổi các tham số, xem như một bài tập hoặc để chuẩn bị cho một kỳ thi. Ngoài ra, sinh viên không bao giờ được tiến hành một số thí nghiệm do các thí nghiệm đó quá nguy hiểm, quá phức tạp hoặc quá tốn kém. Interactive Screen Experiment (ISE) là một nỗ lực để khắc phục tình trạng này (11). Các video thí nghiệm được chuẩn bị sẵn với một tập các tham số xác định được rút ra từ cơ sở dữ liệu. Người sử dụng có thể chọn trong số các tham số này và quan sát thí nghiệm tương ứng với kết quả của nó.
Có một giải pháp công phu hơn, được gọi là Các phòng thí nghiệm điều khiển từ xa (Romotely Controlled Labs – RCL). Thí nghiệm được bố trí trong phòng thí nghiệm. Người dùng, ngồi trước máy vi tính được đặt cách xa vị trí bố trí thí nghiệm, có thể điều chỉnh các thông số ban đầu và khởi động thí nghiệm. Video ghi lại thí nghiệm và người dùng có ngay phản hổi bằng cách quan sát video cũng như có được kết quả thí nghiệm được chuyển vào máy vi tính.
Một khía cạnh khác của đa phương tiện là chúng ta có thể tiến hành các thí nghiệm dưới dạng mạng lưới toàn cầu. Có thể chỉ ra một ví dụ: H-J. Jodl và các cộng sự ở Kaiserslautern bố trí một số con lắc dao động tại Aden, Naples, Kaiserslautern, Hermannsburg và Riga (12). Bằng cách so sánh sự phụ thuộc của chu kỳ vào thời gian, có thể rút ra sự phụ thuộc của gia tốc trọng trường vào vị trí địa lý.
Chúng ta có thể thấy rằng hạn chế của ISE và RCL là thiếu vắng hoàn toàn phần thực hành của thí nghiệm.
3. Đánh giá
Như đã nói ở trên, một số lượng lớn tài liệu đa phương tiện có sẵn trên thị trường. Chúng ta không thể hy vọng rằng từng người dùng có đủ thời gian và nỗ lực để tìm kiếm và đánh giá một cách có hiệu quả các tài nguyên này. Bởi vậy một cách tiếp cận kết hợp và có hệ thống là cần thiết. Cần phải thu thập các tài liệu có sẵn, thiếp lập các tiêu chí đánh giá, các tài liệu phải trải qua một sự đánh giá dựa theo các tiêu chí này và các tài liệu có chất lượng cần phải được giới thiệu và phổ biến.
Trong những năm qua, công việc nói trên đã được thực hiện bởi một nỗ lực chung của hai nhóm. Trong khuôn khổ mạng lưới giảng dạy vật lý châu Âu, một nhóm có tên gọi “Đa phương tiện trong dạy và học Vật lý” (MPTL) đã được hình thành khoảng 15 năm trước (1). Trong các hội thảo hàng năm, nhóm này đã khuyến khích việc sản xuất, giới thiệu và phổ biến các sản phẩm đa phương tiện. “Tài nguyên giáo dục đa phương tiện cho học và dạy trực tuyến” (MERLOT) là một consortium và các trường đại học Mỹ và Canađa có mục tiêu nâng cao hiệu quả của việc dạy và học thông qua việc tăng số lượng và chất lượng của các tài liệu học tập trực tuyến đã được phản biện (13).
Các nhóm MPTL và MERLOT đã thiết lập các bộ tiêu chí khác nhau để đánh giá các sản phẩm phần mềm. Các nhóm tiêu chí chung bao gồm: Mục đích, nội dung và phương pháp (MPTL). Chất lượng của nội dung, hiệu quả tiềm tàng cho dạy và học, sự dễ sử dụng (MERLOT). Mỗi nhóm tiêu chí được xác định bởi 4 hoặc 5 câu hỏi được đánh giá từ 1 đến 5 điểm. Do số lượng phần mềm có sẵn rất lớn nên MPTL và MERLOT đã quyết định hợp tác trong một quá trình đánh giá sơ bộ các sản phẩm từ danh mục do nhóm thiết lập để lựa chọn những sản phẩm được đưa vào đánh giá đầy đủ. Kết quả đánh giá sơ bộ của 2 nhóm được kết hợp thành một danh sách chung gồm các sản phẩm được đưa vào đánh giá cuối cùng. Danh sách kết hợp này được phân chia thành các chủ đề. Mỗi sản phẩm được đánh giá bởi một thành viên của mỗi nhóm, cả MPTL và MERLOT. Những sự đánh giá này được tiến hành độc lập nhằm đảm bảo sự khách quan và chính xác của quá trình đánh giá.
Mặc dầu danh mục các tiêu chí khác nhau song có sự phù hợp rất tốt về kết quả của 2 quá trình đánh giá. Nếu có sự không thống nhất thì đó chỉ là những sai khác nhỏ về việc xếp hạng trong trường hợp một sản phẩm được đánh giá là tuyệt vời hoặc “chỉ là” rất tốt. Kết quả của quá trình đánh giá được công bố thường xuyên như là giới thiệu về các sản phẩm phần mềm trong các lĩnh vực khác nhau của vật lý (14). Kết quả đánh giá cho thấy:
- Hầu hết các website có thể được truy cập dễ dàng.
- Nhiều website tập hợp tài liệu từ các nguồn khác.
- 80 – 90% tài liệu về các bài tập chuẩn. Các ví dụ chuẩn này có thể được tìm thấy nhiều lần.
- Hầu hết tài liệu có chất lượng bình thường; một số ít website rất kém song số website thực sự tốt cũng không nhiều.
- Nhiều website dành cho một số vấn đề vật lý cụ thể, ngắn gọn; chỉ một số ít website tập hợp nhiều tài liệu.
- Chỉ khoảng một nửa số chương trình mô phỏng chứa đựng thông tin về kiến thức vật lý cơ bản.
- Đề xuất về cách sử dụng tài liệu trong giảng dạy / học tập là rất hiếm.
- Hầu hết sản phẩm không đề cập đến phương pháp giảng dạy.
4. Kết luận
Chất lượng của các tài liệu đa phương tiện trợ giúp cho việc giảng dạy vật lý đã được cải thiện đáng kể trong những năm qua cả về hình thức và nội dung. Trong nhiều trường hợp, việc kiểm nghiệm thực tế ở phạm vi rộng đã được tiến hành trước khi phát hành các chương trình mới. Việc đánh giá và giới thiệu bởi các nhóm độc lập làm cho việc tìm kiếm và lựa chọn một sản phẩm mong muốn trở nên thuận tiện. Điểm yếu đang tồn tại đó là mối liên hệ với các vấn đề sư phạm và phương pháp. Cần có thêm nhiều nỗ lực trong việc khảo sát tương tác của sinh viên với các công cụ đa phương tiện cụ thể, đặc biệt là những yếu tố giúp cho sinh viên hiểu bài tốt hơn.
Tài liệu tham khảo
2. http://web.phys.ksu.edu/ICPE/
3. http://www.phys.hawaii.edu/~teb/java/ntnujava/index.html
4. http://www.physisc.umd.edu/ripe/muppet/muppet.html
5. http://cpuproject.sdsu.edu/default.html
6. http://phet.colorado.edu/index.php ;
7. http://webphysics.davidson.edu/Applets.html
10. http://www.visualizationsoftware.com/gram.htmt
11. http://www.berlinnairobi.org/ises/ises.pdf
12. http://rel.physik.uni-kl-de/
