KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG – uPhysic TRÊN MÁY TÍNH BẢNG ANDROID

[Type text]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
KHOA MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG
------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHÒNG THÍ
NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG – uPhysic TRÊN
MÁY TÍNH BẢNG ANDROID

Giảng viên hướng dẫn :

TS. NGUYỄN ANH TUẤN

Sinh viên thực hiện

HOÀNG MẠNH HƯNG - 08520165

:

NGUYỄN VŨ AN
Lớp

:

MMT03

Khóa

:

2008 – 2012

TP. Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2013

- 08520517


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

TÓM TẮT
-----Ngày nay, khi công nghệ thông tin càng phát triển thì việc phải ứng dụng công
nghệ thông tin vào tất cả các lĩnh vực là một điều tất yếu. Trong lĩnh vực giáo dục đào
tạo, CNTT bước đầu đã được ứng dụng trong công tác quản lý, một số nơi đã đưa tin
học vào giảng dạy, học tập. Bộ giáo dục và đào tạo cũng yêu cầu “đẩy mạnh ứng dụng
CNTT trong giáo dục đào tạo ở tất cả các cấp học, bậc học, ngành học theo hướng dẫn
học CNTT như là một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất cho đổi mới phương pháp dạy học ở
các môn”1. Tuy nhiên, so với nhu cầu thực tiễn hiện nay, việc ứng dụng CNTT trong
giáo dục ở các trường nước ta còn rất hạn chế. Sức mạnh công nghệ thông tin chưa
được vận dụng một cách triệt để, hiệu quả do nó mang lại chưa cao.
Interactive Learning2 - học tập tương tác là một giải pháp dạy và học hoàn
chỉnh, tích hợp phần mềm và phần cứng. Dạy học tương tác là xu hướng mới của giáo
dục hiện nay. Hình thức dạy học này mang đến cho người học một môi trường lý tưởng
để kiến tạo và tự chiếm lĩnh kiến thức thông qua các họat động được thiết kế bởi người
dạy. Người học có điều kiện phát triển mạnh mẽ tính chủ động, tư duy sáng tạo và các

kỹ năng sử dụng những công cụ hiện đại của khoa học công nghệ, đáp ứng nhu cầu của
thực tiễn đối với sản phẩm đào tạo. Tuy nhiên ở nước ta, hình thức học tập này chưa
được phổ biến rộng rãi, đồng thời các phần mềm hỗ trợ cho hình thức giảng dạy này
vẫn chưa được phát triển nhiều. Từ những vấn đề thực tế trên nhóm tác giả đã đưa ra ý
tưởng, phát triển một phần mềm hỗ trợ cho việc dạy học tương tác, cụ thể phần mềm
được phát triển để phục vụ cho việc dạy Vật lý ở cấp Trung học phổ thông. Dựa trên
khả năng mô phỏng các hiện tượng vật lý trong chương trình, cũng như khả năng tương

1
2

Theo Chỉ thị 29/2001/CT-BGDĐT
Interactive Learning: />

GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

tác giữa giáo viên và học sinh, nhóm tác giả tin tưởng rằng phần mềm này sẽ giúp ích
cho nền giáo dục hiện nay của nước ta.


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

LỜI CẢM ƠN
-----Để hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này, ngoài sự cố gắng của nhóm tác giả, còn
có sự hỗ trợ, giúp đỡ của các thầy cô, các anh chị, bạn bè và gia đình. Nhóm chúng tôi
xin bày tỏ lòng biết ơn đến:

Thầy cô trường Đại học Công Nghệ Thông Tin – ĐHQG Tp.HCM, đặc biệt là
quý thầy cô khoa Mạng Máy Tính & Truyền Thông đã trang bị những kiến thức
chuyên môn, nền tảng vững chắc.
Thầy Phan Hoàng Chương – giáo viên bộ môn Toán Lý trường Đại học Công
Nghệ Thông Tin, vì những góp ý liên quan đến bộ môn trong lúc thực hiện đề tài.
Đặc biệt nhóm chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Anh Tuấn,
người Thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cho chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện
đề tài.
Cuối cùng, chúng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến gia đình, người
thân và bạn bè, đã tạo điều kiện thuận lợi, cũng như khích lệ, động viên chúng tôi hoàn
thành đề tài này!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 02 năm 2013
Nhóm tác giả


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

LỜI CAM ĐOAN
-----Chúng tôi, Nguyễn Vũ An, Hoàng Mạnh Hưng xác nhận nội dung trình bày
trong báo cáo này dựa trên những tổng hợp lý thuyết và hiểu biết thực tế của nhóm tác
giả. Mọi thông tin trích dẫn đều được chú thích và liệt kê rõ ràng thành các tài liệu
tham khảo.
Chúng tôi xác nhận đề tài nghiên cứu này là công trình của chúng tôi dưới sự
hướng dẫn của TS. Nguyễn Anh Tuấn và sự giúp đỡ của những người khác đã được
ghi nhận trong báo cáo.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 02 năm 2013
Nhóm tác giả

GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

LỜI NHẬN XÉT
CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
-----……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

LỜI NHẬN XÉT
CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

-----……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

MỤC LỤC
MỤC LỤC

vii

DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................. x
DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................xii
CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ................................................................. 1

1.1. Tên đề tài ............................................................................................................ 1
1.2. Từ khóa ............................................................................................................... 1
1.3. Mục tiêu của đề tài.............................................................................................. 1
1.4. Ý nghĩa của đề tài ............................................................................................... 1
1.5. Đối tượng,phạm vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài ................................ 2
1.6. Cấu trúc đề tài ..................................................................................................... 3
CHƯƠNG 2.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU – KIẾN THỨC NỀN TẢNG ............ 5

2.1. Một vài phần mềm giúp đỡ học Vật lý ............................................................... 5
2.1.1.

Interactive Physics .................................................................................... 5

a.

Mô tả ............................................................................................................ 5

b.

Cách thức hoạt động .................................................................................... 6

2.1.2.

Physion ..................................................................................................... 7

a.

Mô tả ............................................................................................................ 7

b.

Cách thức hoạt động .................................................................................... 7

2.1.3.

..................................................................... 8

a.

Mô tả ............................................................................................................ 8

b.

Cách thức hoạt động .................................................................................... 9

2.2. Mô hình Interactive Learning và ưu điểm của nó ............................................ 10
2.3. Android và kĩ thuật lập trình Animation trên Android 3.0 ............................... 11
2.3.1.

Hệ điều hành mở Android ...................................................................... 12

2.3.2.

Kĩ thuật lập trình Animation trên Android 3.0 ....................................... 13

a.

Frame Animation ....................................................................................... 14

b.

Tween and Animator ................................................................................. 16


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

c.

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

Surface - based Animation......................................................................... 17

2.4. JSON-JavaScript Object Notation .................................................................... 19
2.5. Kết chương ....................................................................................................... 21
CHƯƠNG 3.

ĐẶC TẢ HỆ THỐNG uPhysic ........................................................ 22

3.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................... 22
3.2. Thiết kế các thí nghiệm mô phỏng trong chương trình .................................... 23
3.2.1.

Định nghĩa các đại lượng vật lý trong môi trường ảo: ........................... 23

3.2.2.

Tính toán chuyển động của các đối tượng trong thí nghiệm mô phỏng . 26

a.

Chuyển động của vật bị ném xiên – ném ngang ........................................ 26

b.

Va chạm giữa 2 viên bi .............................................................................. 27

c.

Dao động điều hòa của con lắc đơn – con lắc lò xo .................................. 28

3.2.3.

Thiết kế sơ đồ xử lý mô phỏng ............................................................... 31

3.2.4.

Xử lý chồng chéo va chạm trong thí nghiệm va chạm giữa 2 viên bi .... 33

3.3. Thiết kế tính năng bài tập kiểm tra ................................................................... 34
3.3.1.

Thiết kế sơ đồ giao tiếp giữa giáo viên và học sinh ............................... 34

3.3.2.

Sử dụng JSON trong việc truyền tải dữ liệu bài kiểm tra ...................... 36

3.4. Kết chương ....................................................................................................... 37
CHƯƠNG 4.

HIỆN THỰC HỆ THỐNG uPhysic ................................................ 38

4.1. Hiện thực tính năng mô phỏng thí nghiệm ....................................................... 38
4.1.1.

Cấu trúc ứng dụng .................................................................................. 38

4.1.2.

Hiện thực sơ đồ thiết kế giao diện .......................................................... 40

4.1.3.

Xây dựng vòng lặp DrawLoop ............................................................... 41

4.2. Hiện thực tính năng tương tác giữa giáo viên và học sinh(bài tập kiểm tra) ... 42
4.2.1.

Cấu trúc một thông điệp giữa giáo viên và học sinh .............................. 42

4.2.2.

Cấu trúc ứng dụng .................................................................................. 44

4.2.3.

Hiện thực sơ đồ xử lý ............................................................................. 46

a.

Mô hình xử lý trên máy Server .................................................................. 46

b.

Mô hình xử lý trên máy Client................................................................... 49

GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

CHƯƠNG 5.

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ....................................... 50

5.1. Kết luận ............................................................................................................. 50
5.2. Khó khăn và hạn chế ........................................................................................ 51
5.3. Hướng phát triển ............................................................................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 53


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ tóm tắt mục tiêu và đối tượng nghiên cứu trong đề tài. ...................... 3
Hình 2.1. Mô phỏng thí nghiệm con lắc đơn với Interactive Physics ........................... 6
Hình 2.2. Mô phỏng thí nghiệm con lắc đơn với Physion. ........................................... 7
Hình 2.3. Mô phỏng thí nghiệm con lắc đơn ................................................................ 9
Hình 2.4. Lịch sử hình thành Android ........................................................................ 13
Hình 2.5. Hoạt động Frame Animation ....................................................................... 14
Hình 2.6. Cách thức vẽ Animation lên Surface .......................................................... 18
Hình 2.7. Hoạt động vòng lặp DrawLoop ................................................................... 19
Hình 2.8. Sơ đồ cấu trúc lưu trữ đối tượng của JSON ................................................ 20
Hình 2.9. Sơ đồ cấu trúc lưu trữ mảng của JSON ....................................................... 21

Hình 3.1. Mô hình chức năng tổng quát của chương trình ......................................... 23
Hình 3.2. Hệ trục toạ độ Android và hệ trục toạ độ tự định nghĩa.............................. 24
Hình 3.3. Biểu diễn Vector trong môi trường ảo ........................................................ 25
Hình 3.4. Phân tích chuyển động của một vật bị ném ................................................ 27
Hình 3.5. Phân tích quá trình va chạm của 2 viên bi .................................................. 28
Hình 3.6. Phân tích chuyển động của con lắc đơn ...................................................... 29
Hình 3.7. Phân tích chuyển động của con lắc lò xo .................................................... 31
Hình 3.8. Sơ đồ thiết kế mô phỏng thí nghiệm ........................................................... 32
Hình 3.9. Ví dụ va chạm giữa 2 viên bi ...................................................................... 33
Hình 3.10. Sơ đồ giao tiếp giữa giáo viên học sinh .................................................... 36
Hình 4.1. Cấu trúc ứng dụng phần tính năng mô phỏng thí nghiệm........................... 38
Hình 4.2. Các class trong LogicPacket ....................................................................... 39
Hình 4.3. Các class trong DrawerPacket ..................................................................... 39
Hình 4.4. Các class trong ViewPacket ........................................................................ 39
Hình 4.5. Sơ đồ thiết kế giao diện tính năng mô phỏng thí nghiệm ........................... 40
Hình 4.6. Cấu trúc một message ................................................................................. 43


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

Hình 4.7. Sơ đồ cấu trúc ứng dụng trên máy Server/Client ........................................ 44
Hình 4.8. Các class trong LogicPacket trên máy Server - Client ............................... 45
Hình 4.9. Các class trong ViewPacket trên máy Server-Client .................................. 45
Hình 4.10. Các class trong ActionPacket trên máy Server-Client .............................. 46
Hình 4.11. Sơ đồ xử lý phía Server ............................................................................. 48
Hình 4.12. Mô hình xử lý trên Client .......................................................................... 49

GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Quy đổi giữa đơn vị thực tế và đơn vị trong môi trường ảo ........................... 26
Bảng 2. Các loại Message Prefix ................................................................................. 43
Bảng 3 . Các đối tượng trên Server .............................................................................. 46
Bảng 4. Kế hoạch thực hiện đề tài ............................................................................... 56


Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1.

Tên đề tài
Nghiên cứu phát triển phòng thí nghiệm vật lý đại cương-uPhysic trên máy tính

bảng Android.
1.2.

Từ khóa
Hệ điều hành dành cho thiết bị di động - Android, Interactive Learning - phương

pháp dạy học tương tác, Animation - hình ảnh động, JSON - JavaScript Object

Notation 3.
1.3.

Mục tiêu của đề tài
Nhóm tác giả thực hiện đề tài với hai mục tiêu chính:
-

Mô phỏng thành công các thí nghiệm vật lý trong chương trình trung học
phổ thông, giúp cho tiết học trở nên phong phú sinh động có sức lôi cuốn
với học sinh.

1.4.

Khả năng ứng dụng vào thực tiễn giảng dạy.

Ý nghĩa của đề tài
Với những mục tiêu cụ thể được đặt ra như trên,nhóm tác giả tin tưởng rằng sẽ

xây dựng thành công một ứng dụng hoàn chỉnh có khả năng áp dụng thực tế vào việc
giảng dạy ở cấp trung học phổ thông. Ứng dụng sẽ bao gồm:

3

Json: />
1


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

-

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

Khả năng mô phỏng một vài dạng bài tập điển hình(trong tương lai sẽ phát
triển hoàn chỉnh, bao gồm tất cả các dạng bài tập vật lý) trong chương trình
vật lý cấp trung học phổ thông, cho phép học sinh tùy chỉnh tham số đầu
vào - đề bài để kiểm tra đối chiếu với những kiến thức đã được tiếp thu.

-

Nâng cao khả năng tương tác trong lớp học : xây dựng chế độ kiểm tra chất
lượng học tập, giáo viên có thể kiểm tra trình độ học sinh thông qua các câu
hỏi trắc nghiệm, khả năng ghi chú để giải thích cho học sinh những vấn đề
còn khúc mắc.

1.5.

Đối tượng,phạm vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu:
-

Tìm hiểu kỹ thuật lập trình trên thiết bị di động nền tảng Android.

-

Tìm hiểu kỹ thuật lập trình Animation trên nền tảng Android 3.0 trở lên.

-

Interactive Learning + truyền thông Server-Client.

Phạm vi nghiên cứu:do thời gian nghiên cứu có hạn nên nhóm tác giả giới hạn
phạm vi nghiên cứu như sau:
-

Tập trung vào kỹ thuật lập trình Animation để mô phỏng một số dạng bài
tập vật lý phần cơ học như : con lắc đơn,con lắc lò xo,vật va chạm…

-

Phát triển tính năng hỗ trợ vấn đề tương tác giữa giáo viên và học sinh.

Phương pháp nghiên cứu: Đề tài được thực hiện dựa trên phương pháp khảo
sát, phân tích và ứng dụng các đối tượng nghiên cứu để xây dựng hệ thống.
Thời gian nghiên cứu:
-

Thời gian bắt đầu :15/10/2012.

-

Thời gian kết thúc :15/02/2013.

2


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

Hình 1.1. Sơ đồ tóm tắt mục tiêu và đối tượng nghiên cứu trong đề tài.
Khi bắt tay vào xây dựng chương trình, câu hỏi đầu tiên và quan trọng nhất mà
nhóm tác giả đặt ra là:làm thế nào để chương trình có thể thu hút, lôi cuốn học sinh,
cũng như có khả năng áp dụng vào thực tế giảng dạy ở nước ta. Chương tiếp theo sẽ
đề cập về những kiến thức nền tảng đã giúp cho nhóm tác giả giải quyết câu hỏi được
đặt ra và hoàn thành chương trình uPhysic.
1.6.

Cấu trúc đề tài
Cấu trúc bài báo cáo được chia làm 5 chương trong đó


Chương 1: Trình bày lý do nhóm tác giả chọn đề tài, mục tiêu ý nghĩa
của đề tài, đối tượng và phương pháp nghiên cứu.



Chương 2: Những kiến thức nền tảng phục vụ cho việc xây dựng đề tài,
khảo sát về tình hình nghiên cứu trong nước.



Chương 3: Đặc tả về hệ thống, phân tích yêu cầu, thiết kế hệ thống.



Chương 4 : Triển khai ứng dụng.

3

GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn



Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

Chương 5 : Tổng kết các kết quả đạt được, nêu ra những khó khăn, hạn
chế trong việc thực hiện đề tài, các hướng phát triển trong giai đoạn tiếp
theo.

4


Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

CHƯƠNG 2.
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU – KIẾN THỨC NỀN TẢNG

Trong những năm gần đây, ngoài đổi mới chương trình, đổi mới giáo án thì việc
ứng dụng CNTT vào trong giáo dục cũng ngày càng phổ biến, đã có nhiều phần mềm
được phát triển để hỗ trợ cho vấn đề dạy và học. Trong chương này chúng ta sẽ đi vào
khảo sát một vài phần mềm được phát triển và đang được sử dụng với mục đích hỗ trợ
cho việc học Vật lý cấp Trung học phổ thông ở nước ta.
2.1.

Một vài phần mềm giúp đỡ học Vật lý

2.1.1. Interactive Physics
a.

Mô tả
Interactive Physic là phần mềm được phát triển bởi Design Simulation

Technologies (), từng đạt giải thưởng phần mềm
giáo dục trong vấn đề mô phỏng vật lý và được sử dụng tại hơn 120004 trường trên thế
giới. Interactive Physic cho phép người dùng mô phỏng và khám phá một loạt các sự
kiện vật lý như :
 Tạo ra các đối tượng vật lý như : hình tròn , khối , đa giác.
 Đo vận tốc, gia tốc, lực, năng lượng theo các đơn vị vật lý.
 Mô phỏng va chạm, ma sát.
 Thay đổi sức cản không khí, trọng lực, hoặc các đại lượng trạng thái của
vật.
 Đo lường, vẽ biểu đồ các giá trị để kiểm tra so sánh.

4

Theo thống kê trên trang

5


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

Hình 2.1. Mô phỏng thí nghiệm con lắc đơn với Interactive Physics
b.

Cách thức hoạt động
Phần mềm Interactive Physics(0) cho phép người dùng tùy chọn các đối tượng
vật lý tham gia thí nghiệm mô phỏng với nhiều hình dạng khác nhau, khả năng tùy
chỉnh các giá trị đầu vào, cũng như khả năng hiển thị các giá trị trạng thái của đối
tượng vật lý, dễ dàng cho việc kiểm tra, đối chiếu giữa kết quả thực nghiệm và kết quả
được tính toán theo các kiến thức đã được học.
Ngoài ra Interactive Physics còn cung cấp một thư viện các thí nghiệm mô
phỏng được xây dựng phù hợp với chương trình giáo dục hiện tại. Tuy nhiên muốn sử
dụng các thí nghiệm mô phỏng này bạn bắt buộc phải mua bản quyền của phần mềm.
Phiên bản dùng thử chỉ có thể xem được một vài thí nghiệm miễn phí.

6


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

2.1.2. Physion
a.
Mô tả
Physion(Hình

2.2) là phần mềm được phát triển bởi lập trình viên

Dimitris Xanthopoulos vào năm 2010. Physion là phần mềm mô phòng thí nghiệm vật
lý 2D, dễ dàng tạo ra một loạt các mô phỏng thí nghiệm vật lý đặc biệt là các thí
nghiệm về mặt cơ học.
Người dùng có thể sử dụng các công cụ của Physion để tạo ra các đối tượng vật
lý với các hình dạng khác nhau (tròn, đa giác, v.vv..) tuân theo các định luật vật lý.

Bằng cách đó, người dùng có thể thử nghiệm các định luật vật lý đã được biết. Physion
cũng cung cấp khả năng cho người dùng tùy chỉnh kịch bản riêng bằng JavaScript. Đặc
biệt Physion là phần mềm miễn phí hoàn toàn có thể download tại />
Hình 2.2. Mô phỏng thí nghiệm con lắc đơn với Physion.
b.
Cách thức hoạt động
Phần mềm Physion được phát triển trên hệ điều hành Window và Unix cho phép
người dùng có thể dễ dàng kéo thả các đối tượng vật lý với các hình dạng khác nhau và

7


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

thêm các yếu tố khác như trục quay, lò xo… từ thanh công cụ để mô phỏng các hiện
tượng vật lý. Ngoài ra, Physion còn cung cấp một thư viện bao gồm nhiều kịch bản thí
nghiệm đã được xây dựng sẵn, hoặc cho phép người dùng chia sẻ kịch bản thí nghiệm
của mình với những người dùng khác.
Ưu điểm Physion là thân thiện, dễ sử dụng. Mô phỏng tốt về các hiện tượng như
chuyển động rơi, va chạm.. Bên cạnh những ưu điểm nổi trội của mình Physion cũng
tồn tại một số lỗi, điển hình là chương trình đôi khi có thể bị ngừng đột ngột hay các
vật thể đôi khi nằm lẫn lộn lên nhau khiến việc thao tác với chúng khá khó khăn, hoặc
phần mềm không cho phép người dùng tùy chỉnh một số tham số đầu vào quan trọng
như vận tốc, gia tốc v.v.. và không hiển thị cho người dùng xem trạng thái của vật tại
một thời điểm bất kì, khó khăn trong việc kiểm tra giá trị tính toán. Đồng thời, các kịch
bản có sẵn từ Physion không được sát với chương trình vật lý đang được áp dụng trong
giáo dục tại nước ta.
2.1.3. />a.

Mô tả
Trang web walter-fendt.de được tạo ra bởi chính Walter Fendt - một cựu giáo
viên người Đức vì vậy số lượng thí nghiệm mô phỏng trên trang web rất lớn và hầu
như các thí nghiệm đều bám sát theo chương trình giáo dục hiện nay. Trang web đã
được dịch ra nhiều thứ tiếng, phiên bản tiếng việt của trang web có thể truy cập theo
địa chỉ .

8


Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Hình 2.3. Mô phỏng thí nghiệm con lắc đơn
theo trang
b.
Cách thức hoạt động
Trang web được thiết kế, xây dựng bởi cựu giáo viên nên bao gồm nhiều thí
nghiệm bám sát với chương trình vật lý. Các thí nghiệm được xây dựng sẵn,người
dùng chỉ cần chọn thí nghiệm cần mô phỏng sau đó nhập các giá trị đầu vào theo ý
mình. Tuy nhiên để hiển thị trang web thì yêu cầu máy tính phải cài đặt JavaRuntime
version 1.4 trở lên và đặc biệt máy phải kết nối Internet thì mới truy cập để thực hiện
các thí nghiệm mô phỏng.
Qua việc khảo sát các phần mềm trên, có thể nhận thấy : số lượng phần mềm
tiếng Việt được phát triển cho việc hỗ trợ học Vật lý cấp Trung học phổ thông chưa
nhiều, cũng như khả năng áp dụng thực tế của các phần mềm được phát triển này chưa
cao. Rút kinh nghiệm từ đó để tăng thêm tính thực tế cho chương trình uPhysic, nhóm
tác giả đã quyết định nghiên cứu về mô hình Interactive Learning (một mô hình dạy

9


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

học mới, đã được kiểm định và đang phổ biến gần đây ở nước ta 5 ) với mục đích sẽ áp
dụng mô hình này vào chương trình .
2.2.

Mô hình Interactive Learning và ưu điểm của nó
Interactive Learning – dạy học tương tác là hình thức học tập mà trong đó học

sinh xây dựng kiến thức thông qua quá trình tương tác dựa trên yêu cầu hợp tác với các
học sinh khác,trong mô hình này giáo viên đồng thời đóng vai trò của một học sinh
đồng thời đưa ra các hoạt động hỗ trợ cho học sinh [1].
Dạy học tương tác là hình thức dạy học mới với nhiều ưu điểm đang được phổ
biến hiện nay, được nhà nước khuyến khích áp dụng để nâng cao chất lượng giáo dục
[2]. Hình thức dạy học này mang đến cho người học một môi trường lý tưởng để kiến
tạo và tự chiếm lĩnh kiến thức thông qua các họat động được thiết kế bởi người dạy.
Người học có điều kiện phát triển mạnh mẽ tính chủ động, tư duy sáng tạo và các kỹ
năng sử dụng những công cụ hiện đại của khoa học công nghệ, đáp ứng nhu cầu của
thực tiễn đối với sản phẩm đào tạo [3].
Ưu điểm của dạy học tương tác:
Dạy học tương tác khuyến khích tranh luận lành mạnh giữa giáo viên và học
sinh. Mặc dù nghe có vẻ đơn giản, tuy nhiên rất khó để thực sự tạo ra được môi trường
học tập mà trong đó học sinh có thể tự do, thoải mái phát biểu ý kiến của mình mà
không phải e ngại bị trêu chọc,xấu hổ [4].
Khi một học sinh có thể bày tỏ ý kiến của mình trong lớp học, học sinh đó sẽ có

thêm cơ hội nói chuyện trước mặt bạn bè và giáo viên, giúp học sinh thêm tự tin. Môi
trường học tập tương tác tốt sẽ giúp cho học sinh có thể thể hiện bản thân mình với
người khác, điều này giúp học sinh tự tin hơn về bản thân. Ngoài ra nó còn giúp cho

5

/>
1965417/

10


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

học sinh có thể cải thiện kĩ năng giao tiếp với mọi người. Vì vậy, học sinh sẽ thêm chủ
động trong lớp học [4].
Thảo luận là một trong những yếu tố chính trong quá trình giảng dạy của hình
thức dạy học tương tác. Khi giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận về một chủ đề cụ thể
trong lớp học, điều này sẽ thúc đẩy học sinh hướng tới việc nghiên cứu thêm nữa về
chủ đề đó, giúp phát triển khả năng tư duy của học sinh.
Môi trường tương tác trong lớp học giúp cho học sinh hiểu được thế nào là làm
việc trong một nhóm, đồng thời nó giúp cho các buổi học trở nên thú vị hơn, và học
sinh sẽ có ý định học những điều mới [4]. Sinh viên đôi khi tiếp thu kiến thức tốt hơn
từ chính bạn của mình. Việc khuyến khích tương tác giữa các học sinh thông qua các
bài tập nhóm sẽ làm cho môi trường học tập trở nên thoải mái. Học sinh có thể nhớ
được nhiều kiến thức hơn và áp dụng nó vào môi trường bên ngoài.
Đặc biệt với hình thức dạy học tương tác, giáo viên có thể tận dụng được các
nguồn tài nguyên trong lớp học, việc đánh giá mức độ tiếp thu kiến thức của học sinh

sẽ trở nên dễ dàng. Thực tiễn giáo dục cho thấy một khi hoạt động đánh giá được tổ
chức đều đặn và thích hợp thì chất lượng học tập không ngừng được nâng cao. Đánh
giá được xem như một chất xúc tác giúp cho “phản ứng học tập” được diễn ra thuận lợi
hơn, hiệu quả hơn. Trong tâm lý học, cho điểm hay xếp loại học tập có thể được xếp
vào loại hoạt động khích lệ (incentive). Hoạt động này đóng vai trò như là nhân tố thúc
đẩy bên ngoài (external motivational factor). Nếu nó được kết hợp cùng với lòng mong
muốn (drive), cả hai sẽ tạo ra động lực (motive) cho các hoạt động của con người [5].
Tuy nhiên, nếu quá đề cao hoặc áp dụng thái quá các biện pháp khích lệ thì có thể dẫn
đến kết quả làm cho người được khuyến khích điều chỉnh mục đích hoạt động của họ
[6].
2.3.

Android và kĩ thuật lập trình Animation trên Android 3.0

11


GVHD:TS. Nguyễn Anh Tuấn

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Vũ An,Hoàng Mạnh Hưng

Việc mô phỏng các thí nghiệm vật lý với các dữ liệu đầu vào có sẵn(do người
dùng nhập vào) thực chất là công việc tạo ra một hình ảnh động chuyển động tuân theo
định luật vật lý trong thí nghiệm. Vì vậy, để mô phỏng các thí nghiệm này nhóm tác
giả quyết định sử dụng kĩ thuật lập trình Animation – một kĩ thuật lập trình nhằm tạo ra
các hình ảnh động. Trong đó Android là hệ điều hành mã nguồn mở hỗ trợ nhiều kiểu
Animation, hơn nữa diện tích màn hình phải lớn để mô phỏng chính xác các thí
nghiệm. Do đó, nhóm tác giả đã quyết định phát triển chương trình trên máy tính bảng
nền tảng Android.
2.3.1. Hệ điều hành mở Android

Nền tảng Android là:
Một nền tảng phát triển ứng dụng: được phát triển dựa trên nền nhân Linux
2.6.x, được giới hạn/mở rộng các thư viện hỗ trợ cho thiết bị di động, chứa các thư viện
mã nguồn mở cho Web, SQL Lite, OpenGL,…
Phần mềm trung gian: dựa trên các thư viện C/C++ từ nhân Linux, hoàn toàn hỗ
trợ giao diện lập trình với ngôn ngữ java, tối ưu và linh động trong định nghĩa thiết kế
giao diện bằng XML.
Tổ hợp những phần mềm tiện ích cho thiết bị di động: rất nhiều những ứng dụng
cho phép quản lý/giải trí cá nhân trên thiết bị di động dộng (Contacts, Calendar, Phone,
SMS Manager, Browser, Player, ..)
Hỗ trợ các chuẩn đa phương tiện phổ biến, thoại trên nền GSM, Bluetooth
EDGE, 3G và Wifi, camera, GPS, la bàn, máy đo gia tốc,…
Được phát triển bởi tập đoàn Google từ năm 2005 và cùng với OHA (Open
Handset Alliance) công bố HĐH Android với công cụ phát triển ứng dụng đầu tiên
năm 2008. Quá trình phát triển của Android thể hiện qua Hình 2.4:

12