Mô phỏng các quá trình Vật lý trên máy vi tính bằng XNA

Bài viết Mô phỏng các quá trình Vật lý trên máy vi tính bằng XNA trình bày: Dạy học với sự hỗ trợ của máy vi tính là vấn đề đang được nhiều giáo viên quan tâm nghiên cứu. Một trong những ứng dụng của máy vi tính trong dạy học vật lý là mô phỏng các hiện tượng vật lý,... Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô phỏng các quá trình Vật lý trên máy vi tính bằng XNAMÔ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH VẬT LÝ TRÊN MÁY VI TÍNH BẰNG XNANGUYỄN THANH VŨSở Giáo dục và Đào tạo Tây NinhTóm tắt: Dạy học với sự hỗ trợ của máy vi tính là vấn đề đang được nhiềugiáo viên quan tâm nghiên cứu. Một trong những ứng dụng của máy vi tínhtrong dạy học vật lý là mô phỏng các hiện tượng vật lý. Thông qua các môphỏng đó, học sinh lĩnh hội được kiến thức vật lý dễ dàng và nhanh chónghơn. Có rất nhiều phương pháp và công cụ tạo ra các mô phỏng. Bài báo nàygiới thiệu phương pháp mô phỏng các quá trình vật lý trên máy vi tính bằngXNA, một công cụ phát triển game miễn phí của hãng Microsoft.1. ĐẶT VẤN ĐỀTheo Lê Công Triêm, một trong những ứng dụng quan trọng của máy vi tính trong dạyhọc vật lý là mô phỏng các quá trình vật lý. Mô phỏng các quá trình vật lý thường đượctiến hành song song với việc xây dựng mô hình. Có thể nói mô phỏng là quá trình thựchiện các mô hình đã được xây dựng. [1]Để thực hiện được việc mô phỏng các quá trình, hiện tượng vật lý, người ta thường sửdụng các phần mềm mô phỏng như Crocodile Physics, Working Model... Thường thìcác phần mềm này tạo ra một môi trường mà người sử dụng có thể tạo ra một hệ thốngvật chất có cấu tạo từ đơn giản đến phức tạp và sau đó cho hệ thống hoạt động. Các hệthống vật chất này thuộc về nhiều lĩnh vực khác nhau như cơ học, điện học, từ học hayquang học. Hiện nay, có rất nhiều phần mềm hỗ trợ cho việc tạo ra các hệ thống nóitrên. Mặc dù vậy, các phần mềm này không thể tạo ra mọi sự mô phỏng mà giáo viênmong muốn. Ví dụ, khi nghiên cứu chuyển động của vật bị ném xiên, một số giáo viênthích mô phỏng chuyển động của trái bóng rổ, trong khi một số giáo viên khác lại thíchmô phỏng chuyển động của một quả đạn đại bác. Cùng một hiện tượng, một quá trình,nhưng thời điểm sử dụng khác nhau, mục tiêu khác nhau cũng đưa đến những yêu cầuvề sự mô phỏng khác nhau. Ví dụ như cùng khảo sát chuyển động ném xiên của quả đạibác, nếu sử dụng sự mô phỏng để hỗ trợ xây dựng phương pháp tọa độ thì cần phải thểhiện hệ trục tọa độ và hình chiếu của quả đạn trên các trục, nhưng nếu sử dụng với mụcđích củng cố kiến thức cuối bài học, thì chỉ cần có cơ chế thay đổi tốc độ và góc ném,đồng thời có một yêu cầu bắn trúng một mục tiêu nào đó, để học sinh tinh toán vận tốcđầu và góc nghiêng tương ứng với tầm ném xa cho trước. Rõ ràng là các nhà thiết kếcủa các hãng phần mềm khó mà đáp ứng hết được những yêu cầu đa dạng như vậy. Dođó, có thể nói, việc tự mô phỏng các quá trình, hiện tượng vật lý trên máy vi tinh phùhợp với yêu cầu dạy học là một nhu cầu khi dạy học với sự trợ giúp của máy tính. Vấnđề đặt ra ở đây là: làm thế nào để mô phỏng trên máy vi tính các quá trình vật lý hoặccác hiện tượng vật lý phù hợp với yêu cầu dạy học cụ thể?Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm HuếISSN 1859-1612, Số 01(13)/2010: tr. 101-108102NGUYỄN THANH VŨ2. PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG TRÊN MÁY VI TÍNH CÁC HIỆN TƯỢNG, QUÁTRÌNH VẬT LÝ HỖ TRỢ DẠY HỌCPhương pháp tạo ra một ứng dụng mô phỏng trên máy vi tính cũng tương tự nhưphương pháp tạo ra một ứng dụng tin học, nhìn chung gồm các bước sau: phân tích,thiết kế, viết mã, chạy thử và đóng gói.Phân tíchCông việc đầu tiên là giáo viên phải xác định được nội dung của mô phỏng. Có nghĩa làgiáo viên phải xác định máy vi tính mô phỏng quá trình hay hiện tượng vật lý gì. Máy vitính chỉ mô phỏng các hiện tượng hay quá trình trên thông qua một trong các mô hìnhcủa chúng, để sự mô phỏng có hiệu quả trong dạy học, giáo viên cần phải xác định sửdụng mô hình nào trong sự mô phỏng này. Xác định được mô hình cần sử dụng khi môphỏng, có nghĩa là giáo viên xác định được một hệ thống các đối tượng trên máy vi tínhvà các quy luật vận động của chúng khi ứng dụng mô phỏng được thực thi.Kết quả của quá trình phân tích là giáo viên phải chỉ ra được:- Hệ thống các đối tượng vật chất ảo (trên máy vi tính) và quy luật hoạt động củachúng nhằm mô phỏng tốt các quá trình hay hiện tượng vật lý xác định.- Hệ thống các tác động từ người sử dụng lên các đối tượng nói trên và cách màchúng đáp trả từng tác động.- Hệ thống các cách đưa các tác động nói trên vào máy vi tính.Thiết kếThiết kế là quá trình lên kế hoạch lập trình nhằm tối ưu hóa quá trình viết mã và đảmbảo yêu cầu về mục tiêu của ứng dụng. Thiết kế được thực hiện dựa trên kết quả củaquá trình phân tích. Thiết kế cần tuân theo trình tự sau:- Thiết kế giao diện sử dụng: quyết định xây dựng bao nhiêu màn hình. Ví dụ: mànhình khởi động, màn hình giúp đỡ, màn hình tùy chọn, màn hình vận hành, hệthống menu… Tuy nhiên, đối với các mô hình đơn giản, không quá nhiều tươngtác, ta có thể chỉ thiết kế duy nhất một màn hình vận hành và có thể không cầnthiết kế menu.- Thiết kế sự tương tác với ứng dụng: khi ứng dụng thực thi, ta tương tác với nó nhưthế nào? Dùng chuột hoặc bàn phím? Nếu dùng bàn phím thì phải xác định rõchức năng của từng phím. Khi mô hình được thiết kế trên mộ ...