SKKN Thiết kế và chế tạo một số thiết bị thí nghiệm kết nối với điện thoại thông minh được sử dụng trong dạy học vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh
ĐIỀU KIỆN HOÀN CẢNH TẠO RA SÁNG KIẾN
Đổi mới giáo dục đã và đang là một trong những nhiệm vụ quan trọng
và vô cùng cấp thiết của ngành Giáo dục nhằm thực hiện mục tiêu tạo ra nguồn nhân lực
đáp ứng yêu cầu phát triển xã hội. Nghị quyết hội nghị Trung ương 8 khóa XI của
BCHTW đã nhấn mạnh: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng
hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của
người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy
cách học, cách nghĩ, khuyến khich tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới
tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực. Chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hình
thức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa,nghiên cứu khoa học…”
Như vậy, chương trình giáo dục của nước ta cần phải đổi mới cả về nội dung, phương
pháp và phương tiện dạy học từ giáo dục định hướng nội dung sang giáo dục định hướng
phát triển năng lực.
Chương “Dao động cơ” là một chương nằm ở đầu chương trình vật lí lớp 12 ở
trường THPT. Để HS hiểu rõ hơn về quá trình nghiên cứu quy luật dao động của các loại
con lắc, ngoài việc sử dụng phương trình động lực học và các phương trình tổng hợp lực
để thiết lập tìm ra dạng đồ thị của li độ theo thời gian, HS cần được quan sát hoặc tiến
hành các TN để khảo sát trực tiếp dạng đồ thị này, tính toán định lượng một số đại lượng
cơ bản như biên độ, tần số… Các kiến thức này có đặc điểm là có thể xây dựng theo kiểu
dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề theo con đường SLLT nhằm bồi dưỡng năng lực
thực nghiệm của học sinh. Để dạy học các kiến thức về dao động của các loại con lắc một
cách hiệu quả, ngoài việc cần nghiên cứu một cách cụ thể tiến trình dạy học giải quyết
vấn đề cho các nội dung kiến thức này còn cần có TBTN đảm bảo được các yêu cầu về
mặt kĩ thuật, tiện dụng, đảm bảo tính chính xác và thẩm mĩ. Đặc biệt, nếu TBTN được
tiến hành dưới dạng TN thực tập của HS sẽ giúp tăng cường hoạt động thực nghiệm của
HS trong giờ học, nhờ đó có thể phát triển toàn diện cả về kiến thức, kĩ năng cũng như có
thể dễ dàng chiếm lĩnh các nội dung kiến thức mới.
2
Đối với nội dung dạy và học phần “Dao động” trong chương trình Vật Lý lớp 11-
chương trình GDPT, đây là phần nội dung mang tính thực tiễn cao nghiên cứu về các dao
động cơ học trong cuộc sống, nguyên nhân của các chuyển động và quy luật của các
chuyển động đó. Trong đó có dao động của con lắc lò xo, dao động của con lắc đơn, đao
động của con lắc vát lý,… Nhìn chung, các bộ thí nghiệm sử dụng trong phần dao động
còn chịu ảnh hưởng của lực cản, chưa đo được các giá trị cụ thể của tọa độ theo thời gian.
Một trong những cách để cải thiện chất lượng các phòng thí nghiệm đó là sử
dụng công nghệ máy tính hiện đại hoặc điện thoại thông minh trong các thí nghiệm biểu
diễn và thực hành của học sinh. Điện thoại thông minh, công nghệ thông tin và truyền
thông hiện đại là một phần thiết yếu trong cuộc sóng hàng ngày của chúng ta. Do đó
việc ứng dụng công nghệ thông tin vào trong dạy học Vật lí là một điều tất yếu.
Để giải quyết vấn đề này tôi đã sử dụng cảm biến và Arduino. Vì, cảm biến có thể
đo được trực tiếp các đại lượng vật lý trên, ngoài ra cảm biến và Arduino có cấu tạo nhỏ
gọn, chi phí thấp nhưng có thể tương tác giữa môi trường và các thiết bị điện tử để đo
đạc, điều khiển góp phần giải quyết một số vấn đề đang gặp phải của thí nghiệm phổ
thông như: vấn đề về giá thành, vấn đề về kích thước và vấn đề dụng cụ đo đạc chưa đo
được trực tiếp một số đại lượng vật lý,… Ngoài ra, arduino dễ sử dụng, lập trình đơn giản
và có thể học một cách nhanh chóng.
Các số liệu thu thập được từ cảm biến và arduino sẽ hiển thị lên màn hình điện
thoại thông minh thông qua kết nối bluetooth. Vì hiện nay với sự phát triển của khoa học
kỹ thuật thì điện thoại thông minh được sử dụng phổ biến, giá cả thấp, hầu như mỗi
người đều sử dụng và phần lớn các học sinh đều sở hữu chiếc điện thoại thông minh có
thể kết nối bluetooth.
Với các lí do trên, chúng tôi đã lựa chọn và nghiên cứu giải pháp: “Thiết kế và chế
tạo thiết bị thí nghiệm kết nối với điện thoại thông minh được sử dụng trong dạy học
vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh.”
II. MÔ TẢ GIẢI PHÁP
1. Thực trạng dạy học các kiến thức về dao động của con lắc đơn và con lắc lò
xo ở trường THPT
1.1. Thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm
3
Thực trạng về thiết bị thí nghiệm
– Các trường phổ thông ở các tỉnh thường kết hợp phòng thiết bị của các môn lại chung
trong một phòng, chưa có phòng thực hành bộ môn riêng; chỉ có các trường thành phố mới
được trang bị phòng thực hành bộ môn riêng, tuy nhiên các phòng học này vẫn chưa được sử
dụng hiệu quả.
– Các TBTN đã có không đảm bảo (hỏng hóc, mất mát chi tiết) dẫn đến TN cho kết quả
không chính xác.
– TBTN đã có chưa đáp ứng được các yêu cầu về dạy học theo hướng phát huy tính tích
cực và phát triển năng lực thực nghiệm của HS.
Thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm
Nhìn chung, các TBTN được cung cấp không được sử dụng hoặc có sử dụng nhưng
không hiệu quả. Nguyên nhân là do chất lượng của thiết bị chưa đảm bảo, chưa có định
hướng dạy học phát triển năng lực có sử dụng các thiết bị này một cách cụ thể nhằm đạt
được hiệu quả tối ưu trong hoạt động dạy và học.
1.2. Các sai lầm của học sinh thường gặp trong tiến hành thí nghiệm
– Cho rằng chu kì dao động của các con lắc phụ thuộc vào ban đầu kéo vật ra khỏi vị trí cân
bằng một đoạn bao nhiêu và tác dụng lực mạnh hay yếu vào vật ngay trước lúc buông tay.
– Cho rằng chu kì dao động của con lắc lò xo thẳng đứng phụ thuộc vào gia tốc trọng trường
g và khối lượng vật nặng do ở vị trí cân bằng, dưới tác dụng của vật nặng, lò xo dãn ra một
đoạn xác định.
– Cho rằng chu kì dao động của con lắc đơn phụ thuộc vào khối lượng vật nặng, vật càng
nặng thì chu kì dao động càng tăng.
– Cho rằng biểu thức tính chu kì dao động của con lắc đơn và con lắc vật lí là như nhau (cùng
phụ thuộc vào các đại lượng như nhau).
1.3. Những ưu điểm, nhược điểm của các thiết bị thí nghiệm đã biết được sử
dụng trong dạy học các kiến thức về dao động
Trong danh mục các TBTN để dạy học các kiến thức về dao động của các loại con
lắc chỉ có các thiết bị khảo sát chu kì dao động của con lắc đơn và con lắc lò xo thẳng
đứng; thiết bị ghi đồ thị li độ dao động của con lắc đơn. Ngoài ra còn có TN ảo với phần
mềm Crocodile dành cho con lắc lò xo thẳng đứng, một số thí nghiệm sử dụng cảm biến
lực và bộ chuyển đổi Elab được nối với máy tính sử dụng phần mềm Coach 7 trên máy
tính
4
| Hình 1:Thiết bị khảo sát dao động của các loại con lắc. |
1.3.1. Ưu điểm
– TBTN khảo sát chu kì dao động của con lắc đơn, con lắc lò xo thẳng đứng tương đối đơn
giản và dễ tiến hành.
– TBTN ghi đồ thị li độ dao động của con lắc đơn: có thể THTN biểu diễn hoặc TN thực
hành (trong giờ thực hành cuối chương) để HS quan sát trực quan dạng đồ thị li độ dao động.
– TN ảo đối với con lắc lò xo thẳng đứng sử dụng phần mềm Crocodile thì dễ tiến hành, cho
số liệu TN chính xác.
– Bộ thí nghiệm sử dụng cảm biến lực và bộ chuyển đổi Elab được nối với máy tính
sử dụng phần mềm Coach 7 trên máy tính sẽ tự động thu thập số liệu và vẽ đồ thị dao
động của vật, dùng khớp hàm để tìm hàm dao động của lò xo.
– TBTN kết nối với máy vi tính cho kết quả chính xác, tin cậy.
– Thiết bị ghi lại hình chiếu của li độ dao động lên một bản phẳng chuyển động đều có sử
dụng bút từ ghi đã hạn chế được tác hại của lực ma sát nên kết quả thu được đáng tin cậy.
Việc tiến hành lại TN cũng thuận lợi hơn do không phải mất công lau rửa bản ghi như đối
với việc ghi bằng bút lông.
1.3.2. Nhược điểm
– TBTN khảo sát chu kì dao động của con lắc đơn, con lắc lò xo thẳng đứng đều dưới dạng
TN biểu diễn của GV, chỉ xác định được chu kì mà không nghiên cứu được quy luật dao
động. Việc xác định chu kì thông qua việc đo thời gian giữa một số lần vật đi qua vị trí cân
bằng/vị trí biên không được chính xác, do việc đếm khi nào vật đến vị trí cân bằng/vị trí biên
chỉ là tương đối, chủ quan.
5
– TBTN ghi đồ thị li độ dao động của con lắc đơn: TN này khó tiến hành, ma sát giữa bút
lông và mặt bảng làm dao động tắt dần nhanh, do sử dụng bút lông và bản ghi nên phải tẩy
xóa, lau rửa bản ghi mỗi lần muốn tiến hành lại TN gây bẩn tay và mất thời gian.
– TN ảo đối với con lắc lò xo thẳng đứng sử dụng phần mềm Crocodile: TN này có điểm hạn
chế là không phải TN thực nên mức độ tin cậy đối với HS chưa được cao.
– TBTN kết nối với máy vi tính của nước ngoài thì đắt tiền, giao diện tiếng nước ngoài khó
sử dụng trong dạy học ở phổ thông ở Việt Nam.
– TBTN kết nối với máy vi tính trong nước vẫn có sơ đồ kết nối phức tạp và chi phí tuy có
giảm nhưng vẫn khá cao.
– TBTN ghi đồ thị li độ dao động bằng bút từ có hệ thống tương đối cồng kềnh do có nhiều
chi tiết, việc phân tích kết quả thu được từ thí nghiệm gồm nhiều công đoạn (chụp ảnh đồ thị
thu được, phân tích bằng máy tính…) phần mềm Coach 7 để hiển thị và xử lí số liệu tự động
cần mua bản quyền với giá cao.
– Cho rằng nếu đem con lắc lò xo ngang cho dao động thẳng đứng thì chu kì sẽ thay đổi.
Như vậy, các TBTN khảo sát về dao động của các loại con lắc đã có ở trường phổ thông hiện
nay chưa đáp ứng được yêu cầu của việc dạy và học, chưa đảm bảo tính chính xác và tiện
dụng cho quá trình nghiên cứu, chưa có TBTN dưới dạng thực tập hỗ trợ hoạt động học tập
của HS ngay trong quá trình tìm hiểu kiến thức mới.
2. MÔ TẢ GIẢI PHÁP
2.1. Vấn đề cần giải quyết.
Sử dụng điện thoại thông minh có thể kết nối với thí nghiệm Vật lí để hiển thị các thông tin,
số liệu thu thập được từ tiến hành thí nghiệm, vẽ đồ thị li độ – thời gian. TBTN kết nối với
điện thoại thông minh có sơ đồ kết nối đơn giản và chi phí rẻ hơn những thiết bị thí nghiệm
kết nối với máy tính.
2.2. Những đặc tính mới, sự khác biệt của TBTN kết nối với điện thoại thông
minh.
a. Sử dụng điện thoại thông minh trong dạy học vật lí
Hiện nay, trong bối cảnh xã hội chuyển biến mạnh mẽ, hướng đến chuyển đổi số
trong giáo dục, ngành giáo dục đang hướng dẫn và khuyến khích giáo viên, học sinh sử
dụng và ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học. Khi đã dạy học qua internet thì
| Tính mới |
6
phải có phương tiện cho học sinh truy cập vào các nguồn học liệu như máy tính, điện
thoại di động và các công cụ khác,… Điện thoại thông minh thiết bị có thể thay thế một
phần máy tính
Điện thoại thông minh hay smartphone là một loại điện thoại di động cầm tay được
tích hợp nhiều chức năng như một chiếc laptop: chụp ảnh, quay phim, chơi game, văn
phòng, đồ họa, video call, định vị toàn cầu,…Một số hãng sản xuất điện thoại thông minh
như: Samsung, Apple, Oppo, Vivo, Xiaomi,…với các hệ điều hành như Android, iOS,
Window,… Trong đó, có tới 80% điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android.
Ngày nay, bởi sự tiện dụng cũng như giá cả phải chăng mà điện thoại thông minh
được sử dụng phổ biến thậm chí trong cả học sinh, sinh viên. Chính vì vậy, việc sử dụng
điện thoại thông minh trong dạy học là một thuận lợi, không chỉ thế điện thoại thông
minh với vai trò như một chiếc máy tính nhỏ gọn nó thay thế được một phần của máy
tính trong dạy học nói chung cũng như dạy học Vật Lý nói riêng.
Thứ nhất, trình chiếu các nội dung học tập: các nhiệm vụ học tập, các powerpoint,
các video về thí nghiệm mô phỏng hay các mô hình chuyển động, tranh ảnh… từ điện
thoại lên máy chiếu. Ví dụ một chiếc điện thoại thông minh hệ điều hành Android như
Samsung S7 có thể kết nối với các máy chiếu của Espon hay Panasonic bằng các ứng
dụng không dây như wifi, bluetooth,…
Thứ hai, điện thoại thông minh có thể kết nối mạn internet để là một môi trường
trao đổi học tập giữa giáo viên với học sinh, giữa học sinh với học sinh. Ngoài ra điện
thoại thông minh kết nối internet cũng là nguồn tài liệu học tập phong phú cho giáo viên
và học sinh.
b. Thiết bị thí nghiệm kết nối với điện thoại thông minh
Để hỗ trợ các TN vật lí thì điện thoại thông minh cần được kết nối với các TBTN.
Sơ đồ hệ thống TN ghép nối với điện thoại thông minh về mặt nguyên lí:
Arduino Uno
R3 xử lý và
ghi nhận số
liệu
Nguồn DC 5
V
Khối cảm
biến
Module
bluetooth
Điện
thoại
thông
minh
Sơ đồ 1: Hệ thống thí nghiệm ghép nối với điện thoại thông minh
7
Theo sơ đồ này, việc thu thập các số liệu đo về đối tượng nghiên cứu được đảm
nhm bởi bộ phận có tên là bộ “cảm biến”. nguyên tắc làm việc của bộ cảm biến như sau:
trong bộ cảm biến, các tương tác của đối tượng đo lên bộ cảm biến dưới các dạng khác
nhau như cơ, nhiệt, điện, quang, từ… đều được chuyển thành tín hiệu điện. Mỗi một bộ
cảm biến nói chung chỉ có một chức năng hoặc chuyển tín hiệu cơ sang tín hiệu điện,
hoặc chuyển tín hiệu quang sang tín hiệu điện.
Sau khi tín hiệu điện được hình thành tại bộ cảm biến, nó sẽ được chuyển qua mạch
điều khiển Arduino, và được hiển thị trên điện thoại thông minh thông qua Bluetooth.
Như vậy, các tín hiệu được coi là cơ sở dữ liệu và có thể lưu trữ lâu dài điện thoại thông
minh.
Các ưu điểm cơ bản của TN được hỗ trợ bằng điện thoại thông minh:
– Có tính trực quan cao hơn trong việc trình bày số liệu đo, hiển thị kết quả.
– Tiết kiệm rất nhiều thời gian do thu thập cũng như xử lí số liệu hoàn toàn tự động.
– Cho phép thu thập nhiều bộ dữ liệu thực nghiệm trong thời gian rất ngắn.
– Độ chính xác cao do sử dụng các thiết bị và phương pháp tính hiện đại.
– Tiết kiệm thời gian lắp đặt TN.
– Không đòi hỏi ở người sử dụng những hiểu biết nhiều về những chức năng của
điện thoại thông minh, hay ngôn ngữ lập trình, cac app trên điện thoại.
Hiện nay ở Việt Nam, thiết bị TN kết nối với điện thoại thông minh vẫn còn mới
mẻ, chưa có nhiều nghiên cứu về lí luận cũng như thực tiễn về vấn đề này để khai thác
những ưu điểm của điện thoại thông minh trong dạy học.
2.3. Nội dung giải pháp
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN
1.1.Năng lực thực nghiệm
1.1.1. Khái niệm năng lực thực nghiệm
8
Năng lực thực nghiệm là một trong những năng lực thuộc nhóm năng lực chuyên biệt của
các môn khoa học nói chung và môn Vật lí nói riêng, là năng lực quan trọng cần bồi dưỡng và
phát triển cho HS trong dạy học Vật lí.
Theo Phạm Thị Bích Đào và Đặng Thị Oanh [2]: “NLTN là khả năng vận dụng các kiến
thức, kĩ năng thực nghiệm cùng với thái độ tích cực và hứng thú để giải quyết các vấn đề đặt ra
trong thực tiễn một cách phù hợp và hiệu quả. NLTN của HS phố thông là khả năng vận dụng
các kiến thức, kĩ năng thực nghiệm cùng với thái độ tích cực và hứng thú để giải quyết các
nhiệm vụ đặt ra trong quá trình học tập và vấn đề đặt ra liên quan đến thực tiễn một cách phù
hợp, hiệu quả của NLTN được thể hiện thông qua hoạt động thực hiện thành công thí nghiệm,
chế tạo các dụng cụ thí nghiệm hoạt động dựa trên nguyên tắc, định luât liên quan đến khoa học
tự nhiên để phục vụ cuộc sống. Như vậy, NLTN gắn liền với khả năng hành động, đòi hỏi học
sinh phải giải thích được, làm được, vận dụng được những kiến thức lý thuyết vào thực tiễn”.
Như vậy, theo nghĩa rộng, NLTN là khả năng HS vận dụng nhữn kinh nghiệm, tri thức, kĩ
năng của bản thân một cách hợp lí, khoa học để thực hiện thành công một nhiệm vụ thực nghiệm
trong quá trình học tập, nghiên cứu.
Theo nghĩa hẹp, NLTN là khả năng thực hiện thành công việc phát hiện vấn đề cần giải
quyết bằng phương pháp thực nghiệm; đề xuất được các dự đoán, giả thuyết; thiết kế và tiến
hành được các phương án thí nghiêm, nhật xét được kết quả và rút ra được kết luận về kiến thức.
1.1.2. Cấu trúc năng lực thực nghiệm
Theo Schreiber, N.,Theyssen, H Schecker, H [16], cấu trúc của NLTN bao gồm 4 thành
tố và 16 chỉ số hành vi được thể hiện bằng sơ đồ dưới đây.
9
| NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM |
| Xác định vấn đề và đề xuấtphương | Thiết kế phương án thí nghiệm | Tiến hành thí nghiệm | Xử lí, phân tích, báo cáo, kết luận. |
| Xác định câu hỏi, mục đích TN | Xác định phương án TN | Lựa chọn các dụng cụ, thiết bị TN | Xử lí kết quả TN |
| Đề xuất các dự đoán | Xác địnhdụng cu, thiết bi TN | Sử dụng dụng cụ, thiết bị | Phân tích kết quả |
| Đề xuất các hệ quả rút ra từ dự đoán/ giả thuyết có thể kiểm tra bằng TN | Mô tả thiết kế TN | Thực hiện quy trình TN | Báo cáo kết quả |
| Đề xuất phương án TN | Xác định quy trình TN | Thu thập thông tin về kết quả TN | Rút ra kết luận về kiến thức |
án
Sơ đồ 1.1 : Cấu trúc năng lực thực nghiệm
10
1.1.3. Các mức độ biểu hiện của năng lực thực nghiệm của HS trong học tập
Dựa vào luận án Tiến sĩ của XAYPASEUTHVYLAYCHI do PGS. TS. Nguyễn Văn Biên
và TS. Nguyễn Anh Thuấn hướng dẫn [16], mức độ biểu hiện của năng lực thực nghiệm của HS
được xây dựng :
a) Xác định được mục đích thí nghiệm và đưa ra được các dự đoán.
| Chỉ số hành vi | Tiêu chí chất lượng | |||
| Mức 1 | Mức 2 | Mức 3 | Mức 4 | |
| 1.1.Thực hiện các suy luận lôgic để tìm được hệ quả cần kiểm nghiệm | HS mô tả được các suy luận lôgic để tìm được một số hệ quả cần kiểm nghiệm đơn giản với sự hướng dẫn của giáo viên. | HS thực hiện được các suy luận lôgic để tìm được hệ quả cần kiểm nghiệm với sự hướng dẫn của giáo viên. | HS thực hiện được các suy luận lôgic để tìm được hệ quả cần kiểm nghiệm, đầy đủ và chính xác với sự hướng dẫn của giáo viên. | HS tự thực hiện được các suy luận lôgic để tự tìm được hệ quả cần kiểm nghiệm, đầy đủ và chính xác. |
| 1.2.Xác định được kết luận cần rút ra từ thí nghiệm | HS mô tả được kết luận cần rút ra từ thí nghiệm đơn giản. | HS mô tả được kết luận cần rút ra đầy đủ nhưng có sự hỗ trợ của giáo viên. | HS tự xác định được kết luận cần rút ra đầy đủ. | HS tự xác định được kết luận cần rút ra đầy đủ và phân tích được cơ sở của mục đích thí nghiệm. |
| 1.3 Đề xuất được các dự đoán | HS nêu được môt phần dự đoán quy luật chuyển động. | HS đưa ra được các phương án thí nghiệm đầy đủ và chính xác. | HS tự nêu được nhiều dự đoán quy luật chuyển động | HS tự nêu được nhiều dự đoán quy luật chuyển động có thể kiểm nghiệm bằng thực nghiệm |
b) Thiết kế phương án thí nghiệm
| Chỉ số hành vi | Tiêu chí chất lượng | |||
| Mức 1 | Mức 2 | Mức 3 | Mức 4 | |
| 2.1. Xác định | HS mô tả được | HS xác định | HS xác định | HS tự xác định |
11
| được các dụng cụ thí nghiệm cần sử dụng | các dụng cụ thí nghiệm từ thiết kế đã có. | được các dụng cụ thí nghiệm đầy đủ từ thiết kế đã có dưới sự hướng dẫn của giáo viên. | được dụng cụ thí nghiệm đầy đủ và chính xác dưới sự hướng dẫn của giáo viên. | được các dụng cụ thí nghiệm đầy đủ và chính xác. |
| 2.2. Xác định được cách bố trí thí nghiệm | HS mô tả được cách bố trí thí nghiệm chính từ thiết kế đã có dưới sự hướng dẫn của giáo viên. | HS mô tả được đầy đủ cách bố trí thí nghiệm chínhtừ thiết kế đã có. | HS mô tả được đầy đủ và chính xác cách bố trí thí nghiệm chính dưới sự hỗ trợ của giáo viên. | HS tự mô tả được đầy đủ và chính xác cách bố trí thí nghiệm chính. |
| 2.3. Dự kiến thu thập số liệu | HS mô tả được việc thu thập số liệu từ thiết kế đã có. | HS môtả được đầy đủ việc thu thập số liệutừ thiết kế đã có. | HS dự kiến được đầy đủ và chính xác việc thu thập số liệu dưới sự hướng dẫn của giáo viên. | HS tự dự kiến được đầy đủ và chính xác việc thu thập số liệu |
| 2.4. Dự kiến xử lí số liệu | HS mô tả được cách xử lí số liệu từ thiết kế đã có. | HS dự kiến được cách xử lí số liệu hợp lí từ thiết kế đã có. | HS dự kiến được cách xử lí số liệu hợp lí và đầy đủ dưới sự hướng dẫn của giáo viên. | HS tự dự kiến được cách xử lí số liệu hợp lí và đầy đủ. |
c) Tiến hành thí nghiệm theo các phương án đã thiết kế
| Chỉ số hành vi | Tiêu chí chất lượng | |||
| Mức 1 | Mức 2 | Mức 3 | Mức 4 | |
| 3.1.Tìm hiểu được các bộ phận của thiết bị thực tương ứng | HS mô tả được các bộ phận thiết bị sẵn có với sự hướng dẫn của giáo viên. | HS mô tả được các bộ phận thiết bị sẵn có đầy đủ. | HS tìm hiểu được các bộ phận thiết bị sẵn có đầy đủ và chính xác dưới sự hướng dẫn của giáo | HS tự lắp ráp, tự bố trí và tự tiến hành thí nghiệm mới đầy đủ và chính xác. |
12
| với phương ánđã xây dựng | viên. | |||
| 3.2.Thực hiện thí nghiệm theo kế hoạch với thiết bị thực | HS tham gia tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch với thiết bị sẵn có. | HS tham gia tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch với thiết bị sẵn có đầy đủ. | HS tự thực hiện thí nghiệm theo kế hoạch với thiết bị mới đầy đủ và chính xác dưới sự hướng dẫn của giáo viên. | HS tự thực hiện thí nghiệm theo kế hoạch với thiết bị mới đầy đủ và chính xác. |
d) Phân tích và đánh giá kết quả, rút ra kết luận
| Chỉ số hành vi | Tiêu chí chất lượng | |||
| Mức 1 | Mức 2 | Mức 3 | Mức 4 | |
| 4.1. Xử lí số liệuthực tương ứng | HS ghi chép cách xử lí được số liệu. | HS xử lí được các số liệu đơn giản. | HS xử lí được số liệu chính xác dưới sự hướng dẫn của giáo viên. | HS tự xử lí được số liệu chính xác. |
| 4.2. Rút ra kết luận | HS trình bày được các kết luận rút ra từ thí nghiệm. | HS trình bày được các kết luận rút ra từ thí nghiệm đơn giản. | HS trình bày được các kết luận rút ra từ thí nghiệm, hợp lí và chính xác dưới sự hướng dẫn của giáo viên. | HS trình bày được các kết luận rút ra từ thí nghiệm, hợp lí và chính xác. |
1.1.4.Các biện pháp bồi dưỡng và phát triển năng lực thực nghiệm của học
sinh
a. Để phát triển năng lực thực nghiệm của HS, cần chú ý đến các biện pháp sau:
– Tổ chức hoạt động bồi dưỡng năng lực thực nghiệm gắn liền với quá trình xây dựng kiến
thức mới: Kiến thức vật lí trong trường phổ thông là những kiến thức đã được loài người
13
khẳng định; tuy vậy, chúng luôn luôn là mới mẻ đối với HS. Việc nghiên cứu kiến thức mới
sẽ thường xuyên tạo ra những tình huống đòi hỏi HS phải đưa ra những ý kiến mới, giải pháp
mới phải giải quyết bằng thực hành TBTN.
– Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết: Như đã biết, dự đoán có vai trò rất
quan trọng trên con đường tìm ra các quy luật tự nhiên. Dự đoán dựa chủ yếu vào trực giác,
TN giúp học sinh đưa ra dự đoán một cách trực quan. Có thể có các cách dự đoán sau đây
trong giai đoạn đầu của hoạt động nhận thức vật lí của HS:
+ Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có.
+ Dựa vào TBTN mở đầu.
+ Dựa trên sự tương tự: dựa trên một dấu hiện bên ngoài giống nhau mà dự đoán sự giống
nhau về bản chất; dựa trên sự giống nhau về cấu tạo mà dự đoán sự giống nhau về tính chất;
dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có quan hệ nhân
quả; dựa trên nhận xét thấy: hai hiện tượng luôn luôn biến đổi đồng thời, cùng tăng hoặc
cùng giảm mà dự đoán về quan hệ nhân quả giữa chúng; dựa trên sự thuận nghịch thường
thấy của nhiều quá trình; dựa trên sự mở rộng phạm vi ứng dụng của một kiến thức đã biết
sang một lĩnh vực khác; dự đoán về mối quan hệ định lượng
– Luyện tập đề xuất phương án kiểm tra dự đoán:Trong nghiên cứu vật lí, một dự đoán, một
giả thuyết thường là một sự khái quát các sự kiện thực nghiệm nên nó có tính chất trừu
tượng, tính chất chung, không thể kiểm tra trực tiếp được. Muốn kiểm tra xem dự đoán, giả
thuyết có phù hợp với thực tế không, ta phải xem điều dự đoán đó biểu hiện trong thực tế
như thế nào, có những dấu hiệu nào có thể quan sát được. Điều đó có nghĩa là: từ một dự
đoán, giả thuyết, ta phải suy ra được một hệ quả có thể quan sát được trong thực tế, sau đó
THTN để xem hệ quả rút ra bằng suy luận đó có phù hợp với kết qủa TN không. Hệ quả suy
ra được phải khác với những sự kiện ban đầu dùng làm cơ sở cho dự đoán thì mới có ý
nghĩa.Vì vậy thiết kế được nhiều phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán cho số hệ quả
phù hợp với thực tế càng nhiều thì dự đoán càng trở thành chắc chắn, sát với chân lí hơn, vì
vậy cần có nhiều bộ thí nghiệm dể kiểm tra cùng một hệ quả rút ra từ SLLT thì dự đoán
càng có ý nghĩa. Qua đó năng lực thực nghiệm của học sinh cũng được phát triển.
1.2. Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề
Có nhiều kiểu dạy học nhằm bồi dưỡng và phát triển năng lực thực nghiệm của HS trong học
tập, trong đó kiểu dạy học hiệu quả nhất đã được áp dụng trong dạy học là kiểu dạy học phát
hiện và giải quyết vấn đề.
14
1.2.1. Khái niệm “Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề”
Theo V.Ôkôn, quan điểm dạy học PH & GQVĐ được trích dẫn bởi các
tài liệu[3], [10] “DH PH&GQVEĐ dưới dạng chung nhất là toàn bộ các hành động như tổ chức
các tình huống có vấn đề, biểu đạt (nêu ra) các VĐ (tập choHS quen dần để tự làm lấy công việc
này), chú ý giúp đỡ cho HS những điều cần thiết để GQVĐ, kiểm tra các cách giải quyết đó và
cuối cùng lãnh đạo quá trình hệ thống hóa và củng cố các kiến thức đã tiếp thu được”.
1.2.2. Các giai đoạn của tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề
Theo tác giả Nguyễn Ngọc Hưng [3]: “Tiến trình xây dựng kiến thứctheo kiểu dạy học
phát hiện và giải quyết vấn đề bao gồm 4 giai đoạn đượcthể hiện qua sơ đồ dưới đây:
| 1. Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát: từ kiến thức cũ, kinh nghiệm, TN, bài tập, truyện kể lịch sử… |
| 3. Giải quyết vấn đề 3.1. Suy đoán giải pháp GQVĐ: nhờ con đường lí thuyết hoặc con đường thực nghiệm. 3.2.Thực hiện giải pháp đã suy đoán. |
Sơ đồ 1.2: Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DHPH&GQVĐ
Diễn giải sơ đồ:
Giai đoạn 1: Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết
GV giao cho HS một nhiệm vụ có tiềm ẩn VĐ. Từ cách đã biết và nhiệm vụ cần giải
quyết, nảy sinh nhu cầu về cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn nhưng hi vọng
có thể tìm tòi, xây dựng được.
Giai đoạn 2: Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)
Dưới sự hướng dẫn của GV, HS phát biểu VĐ cần giải quyết (nêu câu hỏi cần trả lời, mà
câu trả lời cho câu hỏi nêu ra chính là nội dung kiến thức mới cần xây dựng).
Giai đoạn 3: Giải quyết vấn đề
Suy đoán giải pháp GQVĐ: Với sự định hướng của GV, HS trao đôi,thảo luận suy đoán
giải pháp GQVĐ: lựa chọn hoặc đề xuất mô hình (kiến thức đã biết, giả thuyết) có thể vận hành
được để đi tới cái cần tìm.Thực hiện giải pháp đã suy đoán:nhờ con đường lí thuyết hoặc con
đường thực nghiệm: HS vận hành mô hình (kiến thức đã biết, giả thuyết), rút ra kết luận logic về
| 2. Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời) |
| 4. Rút ra kết luận (Kiến thức mới) |
15
cái cần tìm, thiết kế phương án TN, tiến hành TN, thuthập và xử lí kết quả TN, rút ra kết luận về
cái cần tìm.
Giai đoạn 4: Rút ra kết luận:
Dưới sự hướng dẫn của GV, HS xem xétsự phù hợp giữa kết luận có được nhờ SLLT (mô
hình hệ quả logic) với kết luận có được từ các dữ liệu thực nghiệm (mô hình xác nhận).Khi có sự
phù hợp giữa hai kết luận này thì quy nạp chấp nhận kết quả tìm được. Kết luận đã tìm được trở
thành kiến thức mới.Khi không có sự phù hợp giữa hai kết luận này thì:
– Xem lại quá trình thực thi TN đã đảm bảo các điều kiện của TN chưa?
– Nếu quá trình thực thi TN đã đảm bảo các điều kiện, xem lại quá trình vận hành mô hình xuất
phát. Nếu quá trình vận hành mô hình không mắc phải sai lầm thì sẽ phải bổ sung, sửa đổi mô
hình xuất phát, thậm chí phải xây dựng mô hình mới. Mô hình mới thường khái quát hơn mô
hình trước, xem mô hình trước như là trường hợp riêng, trường hợp giới hạn của nó. Điều này
cũng có nghĩa là chỉ ra phạm vi áp dụng của mô hình xuất phát lúc đầu.GV chính xác hóa, bổ
sung, thể chế hóa kiến thức mới.Trên cơ sở vận dụng kiến thức mới đã thu hoạch được để giải
thích, tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, lại đi tớiphạm
vi áp dụng của kiến thức đã xây dựng được và dẫn tới xây dựng những mô hình mới, các kiến
thức mới”. Cuối cùng quá trình hệ thống hóa và củng cố các kiến thức đã tiếp thu được.
Giai đoạn 5; Vận dụng kiến thức mới
Trên cơ sở vận dụng kiến thức mới đã thu được để giải thích, tiên đoán các sự kiện và xem
xét sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, lại đi tới chỉ ra phạm vi áp dụng của kiến thức
đã xây dựng được và dẫn tới xây dựng những mô hình mới (các kiến thức mới).Như vậy:
-TN trong quá trình xây dựng kiến thức như đã nêu thể hiện mối liên hệ biện chứng giữa
hành động lí thuyết và hành động thực nghiệm, giữa suy diễn và quy nạp, giữa tư duy logic
và tư duy trực giác.
– Trong dạy học, việc thiết lập được sơ đồ khái quát hóa tiến trình xây dựng kiến thức theo
kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề là cần thiết cho việc xác định mục tiêu dạy học
và soạn thảo tiến trình hoạt động dạy học cụ thể kiến thức mới (thiết kế việc tổ chức, kiểm
tra, định hướng hành động của HS đối với kiến thức cần dạy).
Tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết cấn đề diễn ra theo
một trong hai con đường: con đường lí thuyết và con đường thực nghiệm. Vì kiến thức về
dao động của các loại con lắc có thể xây dựng theo con đường SLLT nên ở đây chúng tôi chỉ
đề cập đến kiểu dạy học giải quyết vấn đề theo con đường lí thuyết.
1.2.3. Tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết của kiểu dạy
học phát hiện và giải quyết vấn đề
Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết của kiểu dạy học phát
hiện và giải quyết vấn đề được biểu diễn như sau:
16
17
1.3. Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề nhằm bồi dưỡng năng lực thực
nghiệm của học sinh
| 3. Giải quyết vấn đề 3.2 Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được bằng SLLT nhờ TN: – Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ TN: + Phân tích xem có thể kiểm nghiệm trực tiếp nhờ TN kết quả thu được từ SLLT hay không + Nếu không được, suy luận logic từ kết quả này ra hệ quả kiểm nghiệm được nhờ TN. – Thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu được từ SLLT hoặc hệ quả của nó: cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, THTN như thế nào, thu thập những dữ liệu định tính và định lượng nào, xử lí các dữ liệu TN này như thế nào? – Thực hiện TN: Lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và THTN, thu thập và xử lí các dữ liệu TN để đi tới kết quả. quả đã tìm được từ SLLT? |
| 2. Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời) |
| 4. Rút ra kết luận Đối chiếu KQTN với kết quả đã rút ra từ SLLT. Có 2 khả năng xảy ra: – Nếu KQTN phù hợp với kết quả đã tìm được từ SLLT thì kết quả này trở thành kiến thức mới. – Nếu KQTN không phù hợp với kết quả tìm được từ SLLT thì cần kiểm tra lại quá trình TN và quá trình suy luận từ các kiến thức đã biết. Nếu quá trình TN đã đảm bảo điều kiện mà TN cần tuân thủ và quá trình suy luận không mắc sai lầm thì KQTN đòi hỏi phải đề xuất giả thuyết mới. Quá trình kiểm trình kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết này sau đó sẽ dẫn tới kiến thức mới bổ sung, sửa đổi những kiến thức đã vận dụng lúc đầu tiên tàm tiên đề cho SLLT. Những kiến thức vận dụng lúc đầu này nhiều khi là trường hợp riêng, trường hợp giới hạn của kiến thức mới. Qua đó, phạm vi áp dụng các kiến thức đã vận dụng lúc đầu được chỉ ra. |
Sơ đồ 1.3: Tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường SLLT
1. Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát: từ kiến thức
cũ, kinh nghiệm, TN, bài tập, truyện kể lịch sử…
3.1 Giải quyết vấn đề nhờ SLLT, trong đó có suy luận toán học
– Suy đoán giải pháp giải quyết vấn đề:
+ Xác định các kiến thức đã biết cần vận dụng
+ Xác định cách vận dụng các kiến thức này để đi đến câu trả lời
– Thực hiện giải pháp đã suy đoán để tìm được kết quả
Làm thế nào để kiểm nghiệm nhờ TN kết
18
1.3.1. Vị trí, chức năng và vai trò của thí nghiệm trong dạy học phát hiện và
giải quyết vấn đề theo con đường lí thuyết
a) Vị trí của thí nghiệm
– So sánh với các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết của
kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề nhận thấy rằng: trong tiến trình này, các TN có
thể được sử dụng trong giai đoạn làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu và giai đoạn kiểm tra
kết quả thu được từ SLLT. Tuy nhiên, việc sử dụng TN trong cả hai giai đoạn này ở các mức
độ khác nhau, cụ thể là:
– Trong giai đoạn làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu: Giai đoạn này có thể sử dụng các TN
đơn giản (thường là các TN định tính) dẫn đến nảy sinh câu hỏi đề xuất vấn đề. TN trong giai
đoạn này là không bắt buộc, có thể có hoặc không tùy thuộc vấn đề cần nghiên cứu.
– Trong giai đoạn giải quyết vấn đề, TN được sử dụng để kiểm tra các kết quả tìm ra được từ
SLLT. Đối với giai đoạn này, việc sử dụng TN là bắt buộc, thường là các TN định lượng,
dùng TN để kiểm tra sự tương đồng giữa kết quả thu được từ lí thuyết và từ thực nghiệm.
b) Chức năng và vai trò của thí nghiệm
Theo các tác giả Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng[3][10]: “Thí nghiệm Vật lí có
các chức năng và vai trò chủ yếu sau:
– TBTN được sử dụng để tiến hành các TN trong các giai đoạn khác
nhau của tiến trình DH và có các chức năng sau: làm nảy sinh vấn để cân giải
quyết, GQVĐ (TN hỗ trợ đề xuất giả thuyết, TN kiểm tra tính đúng đắn của
giả thuyết hoặc hệ quả suy luận logic từ giả thuyết, TN kiểm nghiệm kết quả từ SLLT hoặc
hệ quả của nó). Ngoài ra, TBTN còn được sử dụng để tiến hành các TN minh họa nguyên tắc
cấu tạo và ƯDKT của vật lí.
– Vai trò của TBTN trong việc phát triển toàn diện nhân cách của HS:
Thông qua việc tiến hành TN với các TBTN, HS hiểu được bản chất của cáchiện tượng, định
luật,, quá trình vật lí, các UDKT của vật lí…, kiến thức màHS thu được sau khi học sẽ đảm bảo
được tính chính xác, tính khái quát, tínhhệ thống, tính bền vững và tính vận dụng được. Trong
quá trình tiến hành cácTN với các TBTN, HS phải tiến hành một loạt các hoạt động trí tuệ-thực
tiễn:thiết kế phương án TN (cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, tiến hànhTN như thế
nào, thu thập những dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử lí các dữ liệu TN như thế nào),
tiến hành TN (lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và tiến hành TN, thu thập và xử lí các dữ liệu TN
để đi tới kết quả). Qua việc tiến hành TN, HS có cơ hội rèn luyện kĩ năng TN.Thông qua các
hoạt động này, tính tích cực nhận thức và năng lực sáng tạo của HS được phát triển.Ngoài ra,
19
việc tiến hành các TN, đòi hỏi HS phải có sự phân công, phối hợpvới những công việc của nhóm
học tập. Vì vậy, trong quá trìnhTN đã diễn ramột quá trình bồi dưỡng phẩm chất đạo đức, xây
dựng các chuẩn mực hành động tập thể.
– TBTN là phương tiện đơn giản hóa và trực quan trong DH vật lí:
Trong tự nhiên và trong kĩ thuật, các hiện tượng, quá trình vật lí xảy ra rất phức tạp. Nhờ
TBTN, HS có thể nghiên cứu các hiện tượng, quá trình trong những điều kiện có thể khống chế
được, thay đổi được, có thể quan sát đo đạc đơn giản hơn, dễ dàng hơn để đi tới nhận thức được
nguyên nhân của mỗi hiệtượng và mỗi quan hệ có tính quy luật giữa chúng với nhau. Đặc biệt,
trong nghiên cứu các lĩnh vực vật lí mà ở đó, đối tượng nghiên cứu không thể tri giác trực tiếp
bằng các giác quan của con người thì việc sử dụng các TN mô hình để trực quan hóa các hiện
tượng, quá trình vật lí là không thể thiếu được”.
1.3.2. Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm tại từng giai đoạn trong day học phát
hiện và giải quyết vấn đề
Giai đoạn 1: Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết
Trong giai đoạn này GV phải mô tả hoàn toàn cụ thể để cho học sinh có thể cảm nhận
được, bằng kinh nghiệm thực tế trong cuộc sống hằng ngày, làm thí nghiệm biểu diễn cho học
sinh xem hoặc thí nghiệm đơn giản nhưng gắn liền với cuộc sống hằng ngày để làm xuất hiện
hiện tượng cần nghiên cứu.
GV yêu cầu học sinh mô tả hoặc giải thích các hiện tượng như bằng lời nói theo ngôn ngữ
vật lí hoặc GV yêu cầu học sinh dự đoán sơ bộ hiện tượng xẩy ra trong hoàn cảnh đã mô tả hay
giải thích hiện tượng quan sát dựa trên kiến thức học và phương pháp mà học sinh đã biết trước.
GV giúp học sinh phát hiện những nội dung chưa đầy đủ trong các kiến thức, trong cách
giải quyết vấn đề (như: câu hỏi, gợi ý giúp học sinh và nêu rõ những điều kiện đã cho và yêu cầu
cần đạt được ).
Giai đoạn 2: Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)
Trong vai trò này, dựa trên cơ sở các kiến thức, kinh nghiệm trong thực tiễn của học sinh
thì GV yêu cầu học sinh đề xuất giả thuyết, dự đoán dựa chủ yếu vào trực giác, kế hợp với kinh
nghiệm phong phú kiến thức sâu sắc về mỗi lĩnh vực ( Ví dụ: sử dung phương pháp suy luận
lôgic đề xuất giả thuyết về năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu trong cuộc sống hằng ngày, cho học
sinh xác định được bằng kinh nghiệm trong thực tế, hoặc đề xuất giả thuyết có thể hỗ trợ bằng
cách tiến hành thí nghiệm để cung cấp thêm cho học sinh có mối liên hệ giữa các đại lượng trong
hiện tượng đang nghiên cứu.
Giai đoạn 3: Giải quyết vấn đề
3.1 Giải quyết vấn đề nhờ SLLT, trong đó có suy luận toán học
20
– Suy đoán giải pháp giải quyết vấn đề:
+ Xác định các kiến thức đã biết cần vận dụng
+ Xác định cách vận dụng các kiến thức này để đi đến câu trả lời
– Thực hiện giải pháp đã suy đoán để tìm được kết quả
3.2. Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được bằng SLLT nhờ TN:
– Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ TN:
+ Phân tích xem có thể kiểm nghiệm trực tiếp nhờ TN kết quả thu được từ SLLT hay
không
+ Nếu không được, suy luận logic từ kết quả này ra hệ quả kiểm nghiệm được nhờ TN.
– Thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu được từ SLLT hoặc hệ quả của nó:
cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, THTN như thế nào, thu thập những dữ liệu định tính và
định lượng nào, xử lí các dữ liệu TN này như thế nào?
– Thực hiện TN: Lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và THTN, thu thập và xử lí các dữ liệu
TN để đi tới kết quả.
Giai đoạn 4: Rút ra kết luận:
Đối chiếu KQTN với kết quả đã rút ra từ SLLT. Có 2 khả năng xảy ra:
– Nếu KQTN không phù hợp với kết quả tìm được từ SLLT thì cần kiểm tra lại quá trình
TN và quá trình suy luận từ các kiến thức đã biết. Nếu quá trình TN đã đảm bảo điều kiện mà
TN cần tuân thủ và quá trình suy luận không mắc sai lầm thì KQTN đòi hỏi phải đề xuất giả
thuyết mới. Quá trình kiểm trình kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết này sau đó sẽ dẫn tới kiến
thức mới bổ sung, sửa đổi những kiến thức đã vận dụng lúc đầu tiên tàm tiên đề cho SLLT.
Những kiến thức vận dụng lúc đầu này nhiều khi là trường hợp riêng, trường hợp giới hạn của
kiến thức mới. Qua đó, phạm vi áp dụng các kiến thức đã vận dụng lúc đầu được chỉ ra.
– Nếu KQTN phù hợp với kết quả đã tìm được từ SLLT thì kết quả này trở thành kiến thức
mới.
Giai đoạn 5: Vận dụng kiến thức mới
Trong vai trò này, để học sinh sử dụng được các kiến thức có kinh nghiệm và khoa học,
làm cho kiến thức của học sinh trở nên sâu sắc bền vững, giáo viên yêu cầu học sinh giải các bài
tập trong sách giáo khoa, trong sách bài tập vật lí. Đặc biệt quan trọng là tổ chức cho học sinh
nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của kiến thức đã học, bằng cách khuyên khích cho học sinh
làm bài tập thí nghiệm, bài tập về nhà theo hình dạng câu hỏi thí nghiệm hoặc bài tập dự án để đề
ra các ứng dụng cụ thể gần gũi trong đời sống và kĩ thuật, tập luyện cho học sinh tiến hành thí
nghiệm, thu thập số liệu và xử lí số liệu. Ví dụ: Cho học sinh tiến hành thí nghiệm để đo năng
suất tỏa nhiệt của gỗ, cũi, tấm nhựa và đề xuất các phương án thí nghiệm cần tiến hành hoặc bài
21
tập dự án để học sinh lí giải được các nguyên tắc hoạt động của nó và các tác dụng của nó trong
cuộc sống hằng ngày.
1.4. Những yêu cầu đối với thí nghiệm trực diện trong dạy học vật lí
TN thực tập là TN do HS tự tiến hành trên lớp (trong phòng TN), ngoài lớp, ngoài nhà
trường hoặc ở nhà với các mức độ tự lực khác nhau. Có thể chia TN thực tập ra làm 3 loại:
TN trực diện (TN do HS tiến hành trên lớp chủ yếu khi nghiên cứu kiến thức mới, nhưng
cũng có thể khi ôn tập trong tiết học bài mới hoặc trong tiết củng cố), TN thực hành (TN do
HS thực hiện trên lớp hoặc trong phòng TN sau mỗi chương, mỗi phần của chương trình vật
lí nhằm củng cố kiến thức đã học và chủ yếu để rèn luyện kĩ năng TN), TN và quan sát vật lí
ở nhà (TN và quan sát do HS hoàn toàn tự lực thực hiện ở nhà theo nhiệm vụ mà GV đã
giao).
Trong nội dung sáng kiến chúng tôi sử dụng các thiết bị thí nghiệm kết nối với điện thoại
thông minh để tiến hành thí nghiệm trực diện áp dụng kiểu dạy học phát hiện và giải quyết
vấn đề.
* Các yêu cầu đối với thiết bị TN :
– TBTN cần được chế tạo thành bộ, trong đó, ngoài các bộ phận cơ bản, các bộ phận chính
cần có nhiều loại để tiến hành nhiều phép đo với cùng một mục đích TN hoặc thực hiện
nhiều TN khác nhau trong cùng một thời gian. Cùng với một bộ TBTN có thể cho phép tiến
hành nhiều TN, ít nhất thuộc phạm vi của một chương hoặc một phần chương trình vật lí phổ
thông.
– TBTN có thể tạo điều kiện để đo được các số liệu ở nhiều giá trị khác nhau.
– TBTN có thể cho phép thực hiện một số phương án bố trí và THTN khác nhau nhưng vẫn
đạt được một mục đích.
– TBTN cần đáp ứng được yêu cầu cao nhất về an toàn cho người sử dụng.
– TBTN cần có số lượng các chi tiết cơ bản không nhiều nhưng nhiều tác dụng, dễ tháo lắp,
mất thời gian lắp ráp ngắn để đổi chỗ khi cần thiết.
– Được chế tạo để thời gian bố trí và thực hiện các TN không quá dài, nhằm tạo điều kiện
thuận lợi cho việc tổ chức dạy học.
* Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm sử dụng trong dạy học vật lí
Để đáp ứng được các yêu cầu đã nêu, có thể tiến hành xây dựng các TBTN theo quy trình
sau:
– Căn cứ vào mục tiêu dạy học từng nội dung kiến thức để xác định TN cần tiến hành
22
– Dựa vào thực trạng các TBTN ở trường phổ thông:
+ Nếu chưa có TBTN thì phải chế tạo mới đáp ứng các yêu cầu của TBTN.
+ Nếu đã có TN biểu diễn thì xem xét xem có thể tìm cách cải tiến để tạo ra TBTN được
không.
– Chế tạo mẫu, tiến hành thử nghiệm nhiều lần với mẫu để điều chỉnh mẫu cho phù hợp.
– Thực nghiệm sư phạm đánh giá tính khả thi của mẫu và chế tạo TBTN
hoàn thiện.
– Viết hướng dẫn sử dụng cho TBTN.
Kết luận chương 1
Trên cơ sở nghiên cứu về năng lực thực nghiệm của học sinh trong học tập, các biểu hiện của
chúng và biện pháp nhằm bồi dưỡng và phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh kết hợp
với nghiên cứu lí luận dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, nghiên cứu vai trò của TBTN
trong dạy học, nghiên cứu về các tiện ích của TN có TBTN kết nối với điện thoại thông minh
và các hạn chế cần khắc phục đã cho thấy được sự cần thiết phải xây dựng công nghệ kết nối
TBTN với điện thoại thông minh, chế tạo TBTN để sử dụng trong dạy học các nội dung
kiến thức đã lựa chọn. Sau đó, cần sử dụng các TBTN trong dạy học theo kiểu dạy học phát
hiện và giải quyết vấn đề, cụ thể trong nội dung kiến thức mà chúng tôi đã lựa chọn sẽ áp
dụng kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề bằng con đường lí thuyết nhằm bồi dưỡng
và phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh.
CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO MỘT SỐ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM KẾT NỐI VỚI
ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN
THỨC PHẦN “DAO ĐỘNG CƠ” NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC
NGHIỆM CỦA HỌC SINH
2.1. Nội dung kiến thức về dao động trong chương trình Vật lí 12 hiện hành,
và chương trình vât lí 11 phổ thông mới
23
| STT | Lớp | Tên bài | Tổng quát | Nội dung |
| 1 | 12 | Bài 1: Dao động điều hòa | Trình bày về các khái niệm, kiến thức cơ bản liên quan tới dao động điều hòa. | Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ là một hàm cosin (sin)Của thời gian. PT của dao động điều hòa: x = Acos( Chu kỳ T là thời gian vật thực hiện được một dao động toàn phần. T = Đồ thị dao động điều hòa là một đường hình Sin. |
| 2 | 12 | Bài 2: Dao động con lắc lò xo | Trình bày về quy luật và chu kỳ dao động của con lắc đơn | Dao động con lắc lò xo là một hệ dao động điều hòa. Chu kỳ: T = |
| 3 | 12 | Bài 3: Dao động con lắc đơn | Trình bày về quy luật và chu kỳ dao động của con lắc đơn | Dao động con lắc đơn ( góc là dao động điều hòa Chu kỳ: T = 2 |
| 4 | 12 | Bài 6:Thực hành khảo sát thực nghiệm các định luật của dao động con lắc đơn | Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới chu kỳ dao động của con lắc và rút ra công thức tính chu kỳ dao động của con lắc đơn. | Tiến hành khảo sát thu được các số liệu và rút ra công thức tính chu kỳ dao động con lắc đơn và xác định gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm |
| 5 | 12 (Nâng cao) | Bài 13: Thực hành: xác | Trình bày cách thực hành xác | Tiến hành thí nghiệm, thu nhận kết quả và rút ra kết luận |
24
| STT | Lớp | Tên bài | Tổng quát | Nội dung |
| định chu kỳ dao động của con lắc đơn hoặc con lắc lò xo và gia tốc trọng trường. | định chu kỳ của con lắc đơn và con lắc lò xo. | với mỗi trường hợp. |
Trong chương trình 11 VLPT đổi mới
| Chủ đề | Yêu cầu chuẩn kiến thức – kĩ năng cần đạt |
| Dao động điều hoà | – tạo ra được dao động bằng cách thực hiện thí nghiệm đơn giản và mô tả được một số ví dụ đơn giản về dao động tự do. – phân tích đồ thị li độ – thời gian có dạng hình sin (tạo ra bằng thí nghiệm, hoặc hình vẽ cho trước), rút ra được quy luật chuyển động của vật dao động nêu được định nghĩa: biên độ, chu kì, tần số, tần số góc, độ lệch pha. – Mô tả dao động điều hoà vận dụng được các khái niệm: biên độ, chu kì, tần số, tần số góc, độ lệch pha . – Sử dụng đồ thị, phân tích và thực hiện phép tính cần thiết để xác định được: độ dịch chuyển, vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà. – Vận dụng được các phương trình về li độ và vận tốc, gia tốc của dao động điều hoà. |
Nhận xét: Trong chương trình giáo dục phổ thông mới đã nâng cao tính thực tiễ
Xem bản đầy đủ trên google drive: TẠI ĐÂY
Các thầy cô cần file liên hệ với chúng tôi tại fanpage facebook O2 Education
Hoặc xem nhiều SKKN hơn tại: Tổng hợp SKKN luận văn luận án O2 Education
