(LUẬN văn THẠC sĩ) xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức chương “sóng cơ” – vật lí 12 theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI CAO TIẾN KHOA XÂY DỰNG, HOÀN THIỆN VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SĨNG CƠ” -VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC VÀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH Chuyên ngành: Lí luận Phương pháp dạy học mơn Vật lí Mã số: 62.14.01.11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIỂN SĨ GIÁO DỤC HỌC Hà Nội - 2014 download by : skknchat@gmail.com Công trình hồn thành tại: Trường đại học sư phạm Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Xuân Quế PGS.TS Nguyễn Văn Khải Phản biện 1: PGS.TS Hà Văn Hùng – Trường Đại học Vinh Phản biện 2: PGS.TS Lục Huy Hoàng – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Phản biện 3: TS Trần Đức Vượng – Viện Khoa học giáo dục Việt Nam Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại: Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Vào hồi … … ngày… tháng … năm 2014 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Việt Nam Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Thư viện Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên Trung tâm học liệu - Đại học Thái Nguyên download by : skknchat@gmail.com MỞ ĐẦU LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Mục đích, nhiệm vụ giáo dục thời kì cơng nghiệp hóa, đại hóa nước ta nhằm đào tạo người phát triển toàn diện, động sáng tạo Muốn thực mục đích, nhiệm vụ đó, cần phải giải cách đồng hàng loạt vấn đề, phương pháp giáo dục đào tạo vấn đề có vị trí đặc biệt quan trọng Thực tế dạy học Vật lí nâng cao chất lượng học tập phát triển lực giải vấn đề học sinh phương pháp, biện pháp khác Lý luận dạy học đại cho rằng, dạy học đạt hiệu cao học sinh chủ thể tích cực q trình nhận thức Lí luận dạy học đại rằng: Để đáp ứng mục tiêu đề phát triển lực hoạt động (đặc biệt lực sáng tạo) thông qua dạy học, thường dạy học, học sinh (HS) phải chủ thể tích cực q trình nhận thức, chủ động chiếm lĩnh kiến thức theo trình nhận thức nhà nghiên cứu Vật lí học khoa học thực nghiệm nên hoạt động học HS cần có phương tiện dạy học (PTDH) đặc biệt thiết bị thí nghiệm (TBTN) để tạo điều kiện cho việc dạy học đạt hiệu cao Vì việc nghiên cứu xây dựng mới, hồn thiện sử dụng có hiệu PTDH (mà cụ thể TBTN) cần thiết nhằm hỗ trợ việc dạy học phát huy tính tích cực nhận thức HS trình học tập Qua tìm hiếu thực tế dạy học mơn vật lí trường nay, nhận thấy việc sử dụng thí nghiệm dạy học kiến thức Sóng (Vật lí 12) cịn có nhược điểm như: thiếu thiết bị thí nghiệm để tiến hành thí nghiệm định lượng cần thiết; chưa khai thác vai trị thí nghiệm mơ q trình hình thành số kiến thức liên quan đến q trình vi mơ Các nhược điểm dẫn đến hạn chế tổ chức dạy học theo hướng phát huy tính tích cực lực sáng tạo HS, ví dụ: cịn có áp đặt q trình tổ chức hoạt động nhận thức; có nội dung kiến thức hình thành chưa mang tính khoa học cao Từ lí trên, chúng tơi chọn vấn đề “Xây dựng, hồn thiện sử dụng thí nghiệm dạy học số kiến thức chương “Sóng cơ” – Vật lí 12 theo hướng phát huy tính tích cực phát triển lực sáng tạo học sinh” làm đề tài nghiên cứu luận án MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Xây dựng, hoàn thiện sử dụng TN tiến trình dạy học phát giải vấn đề theo đường nghiên cứu vật lí số kiến thức Sóng - vật lí 12, theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo góp phần nâng cao kết học tập HS KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Khách thể nghiên cứu: trình dạy học (QTDH) số kiến thức Sóng - Vật lí 12 download by : skknchat@gmail.com - Đối tượng nghiên cứu: Các TN việc xây dựng, sử dụng chúng trình tổ chức dạy học phát giải vấn đề (PH&GQVĐ) số kiến thức Sóng vật lí 12 theo đường nghiên cứu vật lí (NCVL) GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Nếu tổ chức trình dạy học PH&GQVĐ theo đường nghiên cứu vật lí số kiến thức chương “Sóng cơ” - Vật lí 12 xây dựng, hồn thiện, sử dụng TN đáp ứng yêu cầu việc tổ chức phát huy tính tích cực, sáng tạo nâng cao kết học tập HS NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý luận việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo HS dạy học PH&GQVĐ theo đường NCVL vị trí TN vật lí tiến trình dạy học PH&GQVĐ - Nghiên cứu mục tiêu dạy học, nội dung số kiến thức chương “Sóng cơ” - Vật lí 12 từ xác định TN cần xây dựng sử dụng dạy học PH&GQVĐ theo đường NCVL - Nghiên cứu thực trạng: Phương pháp dạy học, thực trạng TN việc sử dụng chúng nhằm xác định khó khăn mà giáo viên (GV) HS gặp phải trình dạy học PH&GQVĐ - Xây dựng hoàn thiện TN cần sử dụng dạy học số kiến thức chương “Sóng cơ” đáp ứng yêu cầu việc tổ chức trình dạy học PH&GQVD theo đường NCVL Soạn thảo tiến trình dạy học PH&GQVĐ có sử dụng TN xây dựng hoàn thiện, theo đường NCVL số kiến thức sóng theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo nâng cao kết học tập HS - Thực nghiệm sư phạm đánh giá tính khả thi tiến trình dạy học soạn thảo nói chung TN xây dựng nói riêng, từ đó, sửa đổi, bổ sung hồn thiện tiến trình dạy học TN Kết TNSP dùng làm sở để bước đầu đánh giá hiệu tiến trình dạy học nói chung TN nói riêng việc phát triển tính tích cực lực sáng tạo HS sơ đánh giá kết học tập HS PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp nghiên cứu lí thuyết * Nghiên cứu tài liệu công bố ngồi nước để làm sở lí luận việc vận dụng phương pháp dạy học PH&GQVĐ, vai trò vị trí TN phương pháp dạy học * Nghiên cứu tài liệu, SGK, SGV, SBT, sách tham khảo dao động sóng TN sóng - Phương pháp điều tra khảo sát thực tế - Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia - Thực nghiệm phòng TN download by : skknchat@gmail.com - Thực nghiệm sư phạm (TNSP) trường phổ thông - Phương pháp thống kê tốn học KẾT QUẢ VÀ ĐĨNG GĨP CỦA LUẬN ÁN - Làm rõ nội hàm khái niệm “Dạy học PH&GQVĐ theo đường NCVL”, sở đó, xây dựng TBTN để đáp ứng yêu cầu dạy học PH&GQVĐ theo đường NCVL - Chế tạo TBTN gồm: Máy phát tần số kép, nguồn dao động độc lập; đèn hoạt nghiệm có điều khiển thời gian sáng tắt; Bộ TBTN ghép nối với máy tính, khảo sát tượng Đốpple sóng âm; nhờ đó, xây dựng phương án sử dụng chúng dạy học PH&GQVĐ theo đường NCVL số kiến thức sóng lớp 12 Trong đó, TBTN máy phát tần số kép nguồn dao động độc lập, chế tạo dựa phương án - Triển khai nghiên cứu số đặc điểm quan trọng dạy học vật lí theo đường NCVL nêu thơng qua việc đề xuất tiến trình khoa học, xây dựng kiến thức Sóng - Vật lí 12 Trong tiến trình khoa học xây dựng kiến thức cần phải sử dụng TN từ TBTN chế tạo sử dụng TN mơ Các tiến trình học xây dựng kiến thức TBTN TNSP khẳng định tính khả thi hiệu chúng việc phát triển hoạt động học tích cực sáng tạo, góp phần nâng cao kết học tập HS CẤU TRÚC LUẬN ÁN Luận án gồm chương, 136 trang nội dung, có 10 hình vẽ ảnh, 14 bảng biểu đồ thị Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 CÁC NGHIÊN CỨU Ở NƯỚC NGOÀI 1.1.1 Các nghiên cứu vấn đề phát triển tính tích cực, sáng tạo HS Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu để phát triển tính tích cực, tự lực sáng tạo HS QTDH nghiên cứu J.Comenxki (1592 – 1670), J.J Rousseau (1712 – 1778) đặc biệt kỉ 20, nghiên cứu J.P Martin với phương pháp giảng dạy "Lernen durch Lehren LDL" (learning by teaching - học tập cách giảng dạy), phương pháp để HS học tập cách giảng dạy bạn Dewey (1859 – 1952) người đề xướng “phương pháp dạy học lấy HS làm trung tâm” Về sở tâm lý học QTDH, có nghiên cứu thực nghiệm ba tác giả lớn W.M Wundt (Anh) (xây dựng khoa tâm lý học mang tính thực chứng, mang tính giải phóng người); E.L Thorndike (Mỹ) đặc biệt nghiên cứu J Piaget Phát triển lực sáng tạo HS dạy học nghiên cứu thực nghiệm nhà sư phạm sở tâm lí học dạy học, theo chế tâm lí xếp theo định hướng phát triển từ thuyết phản xạ có điều kiện Pavlov, thuyết hành vi (Behavorism), với người đặt móng xây dựng Watson (Mỹ), với phát triển E.L Thorndike (1864 – 1949), B.F Skinner (1904 – 1990) nhiều tác giả khác… Thuyết nhận thức download by : skknchat@gmail.com (thuyết tri nhận – Congnitivism) đời nửa đầu kỉ 20 phát triển mạnh nửa sau kỉ 20 với đại diện lớn thuyết nhà tâm lí học người Áo J Piaget nhà tâm lý học xô viết L.S Vưgôtxki, A.N Leontev… Thuyết kiến tạo (Construcktivism) - học tập tự tạo tri thức, phát triển từ khoảng năm 60 kỉ 20 với đại diện tiên phong J Piaget L.S Vưgơtxki Muốn phát huy tính tích cực, lực sáng tạo HS dạy học, nhiều nghiên cứu ra, dạy học cần tổ chức cho HS hoạt động nhận thức theo đường sáng tạo nhà khoa học môn Với mơn vật lí, việc áp dụng chu trình sáng tạo nghiên cứu vật lí, áp dụng phương pháp thực nghiệm dạy học trọng, điển hình nghiên cứu V.G Razumôpxki 1.1.2 Các nghiên cứu TBTN vật lí dành cho dạy học sóng Sử dụng cách nghiên cứu qua catalog hãng sản xuất TBTN lớn nước ngồi, chúng tơi thu kết nghiên cứu TBTN dành cho phần sóng cụ thể hãng Phywe (Đức),hãng Pasco (Mỹ) Điểm chung TBTN sử dụng cho phần sóng hãng nước sản xuất nguyên tắc hoạt động, tích hợp nhiều chức thực nhiều TN, chủ yếu TN nghiên cứu khảo sát, cần thực với thời gian đủ dài phòng TN Một điểm chung TBTN giá thành cao, khó trang bị rộng rãi cho trường PT Việt Nam 1.2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC 1.2.1 Các nghiên cứu vấn đề phát triển tính tích cực sáng tạo HS Trong năm gần đây, nước ta có nhiều cơng trình nghiên cứu nhà giáo dục học, lí luận dạy học đề cập tới vấn đề phát triển tính tích cực nhận thức HS Hà Thế Ngữ, Đặng Vũ Hoạt, Thái Duy Tuyên, Hồ Ngọc Đại, … Trong dạy học môn Vật lí, nghiên cứu phát triển tính tích cực tự lực sáng tạo HS đề cập đầy đủ cụ thể qua cơng trình tác giả: Phạm Hữu Tòng, Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế… Các luận án nghiên cứu sinh cao học triển khai cụ thể nội dung kiến thức phổ thông Đào Công Nghinh (1995), Trần Văn Nguyệt (1997), Đỗ Hương Trà (1997), Phạm Thị Ngọc Thắng (2002), Huỳnh Trọng Dương (2007), Nguyễn Anh Thuấn (2007), Dương Xn Q (2011) Trong cơng trình nêu trên, cơng trình tác giả Nguyễn Anh Thuấn: nghiên cứu số TN dạy học phần sóng theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo HS Tuy nhiên theo yêu cầu dạy học phát triển lực khoa học, sáng tạo cho HS cần phải tiếp tục nghiên cứu xây dựng, hồn thiện sử dụng TN thuộc phần Sóng theo tư tưởng dạy học theo đường NCVL với tính định lượng, xác cao, đáp ứng yêu cầu đa dạng trình dạy học Từ phân tích chúng tơi định hướng nghiên cứu luận án tổ chức trình dạy học PH&GQVD theo đường NCVL, nội dung cụ thể chúng tơi trình bày mục 2.2.2.2 download by : skknchat@gmail.com 1.2.2 Các nghiên cứu TBTN vật lí dạy học sóng Trong lĩnh vực nghiên cứu PTDH, có nhiều cơng trình tác giả nước: Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Đào Cơng Nghinh, Nguyễn Anh Thuấn, Nguyễn Dỗn Quới [55] [45] [32] [59] … Các tác giả Nguyễn Đức Thâm, Đào Công Nghinh chế tạo thiết bị cần rung điện từ để tiến hành thí nghiệm tượng giao thoa sóng mặt nước thí nghiệm sóng dừng dây đàn hồi Các tác giả Nguyễn Đức Thâm, Ngô Quang Sơn chế tạo số thiết bị thí nghiệm đơn giản: cần rung đơn giản, mơ hình sóng ngang Tác giả Nguyễn Anh Thuấn sâu nghiên cứu quy trình vận dụng qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm, xây dựng thiết bị thí nghiệm (kênh sóng nước, mơ hình sóng, thiết bị thí nghiệm tượng sóng vật đàn hồi, khay sóng nước, nguồn âm dùng mạch IC) cho phép tiến hành thí nghiệm cần thiết tiến trình dạy học học chương sóng học Tuy nhiên theo yêu cầu dạy học phát triển lực khoa học, sáng tạo cho HS cần phải tiếp tục nghiên cứu xây dựng, hoàn thiện sử dụng TN thuộc phần Sóng theo tư tưởng dạy học theo đường NCVL Khi dạy học phần giao thoa sóng, TBTN trang bị trường phổ thông tất TBTN hãng sản xuất thiết bị dạy học lớn giới Phywe, Leybold (Đức), Pasco (Mỹ) [89] [90] sở sản xuất thiết bị nước dựa nguyên tắc cho sẵn hai nguồn sóng tách từ nguồn (để hai nguồn pha, tần số) tạo hai sóng kết hợp mặt nước, sau cho HS quan sát hình ảnh chiếu qua phản xạ thu Nhược điểm lớn nguyên tắc từ đầu đưa cách áp đặt nguồn có tần số (thậm chí cịn biên độ v v ), vơ hình áp đặt điều kiện giao thoa sóng tần số (2 sóng kết hợp) Các cải tiến thiết bị dừng lại cách chế tạo nguồn kết hợp (chú trọng mặt kĩ thuật) mà không ý tới việc cần tránh áp đặt nêu trên, chưa đáp ứng yêu cầu QTDH theo đường NCVL Khi tiến hành TN sóng (sóng nước, sóng dây) TBTN có có hạn chế trình dao động diễn nhanh nên hình ảnh sóng HS quan sát hình ảnh lưu võng mạc mà HS khơng nhận dao động phần tử môi trường sóng truyền qua Hạn chế dẫn đến việc xây dựng thiếu xác khái niệm sóng, nảy sinh mâu thuẫn kết trực quan mà TBTN mang lại với kết lí thuyết tính tốn Điều mâu thuẫn thường khơng giải triệt để, gây khó khăn cho QTDH nghiên cứu vật lí Với kiến thức hiệu ứng Đốpple âm học, có hãng sản xuất thiết bị Phywe, Pasco [89] chế tạo TBTN giá thành cao, không phù hợp với điều kiện download by : skknchat@gmail.com có trường phổ thơng Với tiến trình xây dựng kiến thức thực theo SGK, vài TN đề xuất mang nặng tính hàn lâm, đưa GV mà không dựa cách tiếp cận kiến thức từ tượng xuất phát từ tự nhiên, vấn đề xuất với HS thân tượng TN mang lại làm xuất phát điểm ban đầu cho HS tìm tịi, mà lại có TN GV (theo SGK) trình bày Kết TN đề xuất chưa làm rõ dấu hiệu chất nên mang đến ngộ nhận sai lầm tượng Ví dụ TN quay cịi, đề xuất HS nghe tiếng cịi để rút có hiệu ứng Đốpple tìm câu trả lời giải thích tượng Với quan điểm tổ chức dạy học cho HS học vật lí theo đường NCVL điều kiện trường phổ thông, hạn chế nêu TBTN truyền thống, đề nhiệm vụ với nội dung sau: + Nghiên cứu chế tạo sử dụng TN để tổ chức QTDH kiến thức giao thoa sóng, sóng dừng, hiệu ứng Đốpple theo đường NCVL + Vận dụng tổ chức dạy học PH&GQVĐ theo đường NCVL việc đề xuất tiến trình khoa học xây dựng kiến thức thiết kế tiến trình dạy học cụ thể sóng cho HS lớp 12 theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo HS Chương CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2.1 PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, NĂNG LỰC SÁNG TẠO 2.1.1 Phát huy tính tích cực HS 2.1.1.1 Tính tích cựcTính tích cực nhận thức 2.1.1.2 Những biểu tính tích cựccủa HS học tập Các biểu tính tích cực xét khía cạnh tiếp nhận vấn đề nghiên cứu, thực nhiệm vụ, giải vấn đề tổng kết, trình bày kết quả, vận dụng kiến thức nêu, sử dụng để đánh giá hiệu tiến trình dạy học số kiến thức chương “sóng cơ” việc phát triển tính tích cực HS học tập 2.1.1.3 Những tiêu chí đánh giá tính tích cực nhận thức HS học 1- Kết học tập (Sau học, trình học) 2- Mức độ hoạt động HS học: 3- Sự tập trung ý HS tiến trình học 4- Hứng thú nhận thức HS 5- Lượng thời gian trì trạng thái tích cực HS lớp: 2.1.1.4 Các biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức Theo mục tiêu nghiên cứu, tập trung cho biện pháp trình bày chi tiết luận án 2.1.2 Phát triển lực sáng tạo HS download by : skknchat@gmail.com 2.1.2.1 Khái niệm lực sáng tạo Năng lực sáng tạo hiểu khả tạo giá trị vật chất tinh thần, tìm mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành cơng hiểu biết có vào hồn cảnh 2.1.2.2 Các biểu lực sáng tạo 2.1.2.3 Tiêu chí đánh giá lực sáng tạo 2.1.2.4 Các biện pháp hình thành phát triển lực sáng tạo HS Từ vấn đề lý luận nêu, xây dựng lộ trình tổng quát phương pháp dạy học tích cực là: “Làm cho người học tiếp cận tài liệu học tập trạng thái vận động theo hệ thống phê phán” 2.2 TỔ CHỨC DẠY HỌC VẬT LÍ PHỎNG THEO CON ĐƯỜNG NCVL 2.2.1 Q trình nhận thức vật lí khoa học vật lí dạy học vật lí Q trình sáng tạo khoa học khái qt theo dạng chu trình mà V.G Razumốpxki nghiên cứu Xuất phát từ tư tưởng “Dạy HS học vật lí NCVL QTDH, để việc tổ chức hoạt động nhận thức HS theo hoạt động nhà khoa học thành công cần ý: - Lôgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức (trong đặc biệt tránh thông báo áp đặt v v ): theo qui luật nhận thức nghiên cứu vật lí - Phương pháp nghiên cứu: phương pháp lí thuyết phương pháp thực nghiệm phương pháp mô nhờ máy vi tính v v - Phương tiện nghiên cứu: hệ thống thiết bị nghiên cứu đầy đủ, mang tính xác, khoa học cao, hệ thống tư liệu tham khảo đại phù hợp trình độ học sinh, điều kiện trường phổ thơng tốt - Hình thức tổ chức nghiên cứu: cá nhân, hợp tác nhóm (thảo luận, tự đánh giá, đánh giá v v ) Ngồi ra, việc dạy học vật lí nghiên cứu vật lí cịn ý đến niềm say mê, tính tích cực, tự lực sáng tạo cao độ người học Có khác biệt trình hoạt động học sinh học tập trình sáng tạo nhà khoa học Sự khác biệt bao gồm vấn đề: Về nội dung kiến thức; Về thời gian nghiên cứu; Về phương tiện nghiên cứu đặc điểm học sinh điều kiện làm việc họ 2.2.2 Tổ chức DHVL theo đường NCVL 2.2.2.1 Cơ sở tâm lí học việc tổ chức q trình nhận thức vật lí 2.2.2.1.1 Lý thuyết phát triển nhận thức J Piaget (Jean Piaget – 1896 – 1980, nhà tâm lí học, giáo dục học, triết học lơgic học người Thụy Sĩ) download by : skknchat@gmail.com 2.2.2.1.2 Lý thuyết phát triển nhận thức Lev Semyonovich Vygotsky (L.S Vygotsky – Nhà tâm lí học người Nga): 2.2.2.2 Tổ chức dạy học PH&GQVĐ theo đường NCVL Căn vào hai lý thuyết tâm lý học bổ sung hỗ trợ lẫn Piaget Vygotsky, việc tổ chức q trình nhận thức vật lí cách khoa học cần phải tổ chức theo kiểu dạy học phát giải vấn đề với ý quan trọng sau: 1) Tổ chức tình học tập làm xuất mâu thuẫn mặt nhận thức 2) Điều khiển, dẫn dắt học sinh tự lực giải mâu thuẫn nhận thức cách sáng tạo 3) Dạy học PH&GQVĐ theo đường NCVL Với dạy học phát giải vấn đề, việc phát vấn đề quan trọng thực tốt HS Thiết kế thực tiến trình dạy học PH&GQVĐ theo đường NCVL: 1) Tổ chức hoạt động học tập HS theo đường, phương pháp nhận thức vật lí, PH&GQVĐ (phát huy tính hứng thú, tự lực sáng tạo HS) 2) Logic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức mang tính khoa học -Tránh áp đặt, công nhận - Xây dựng sử dụng TN có tính khoa học, định lượng, xác - Sau xây dựng phương trình vật lí tốn mơ tả q trình, tượng vật lí cách tổng qt sử dụng mơ để trực quan hóa q trình tượng vật lí điều kiện cụ thể để rõ dấu hiệu chất tượng (có thể bị giới hạn việc quan sát thực tế) làm sở cho việc kiểm chứng tính đắn qui luật mơ tả phương trình thực nghiệm 3) Sử dụng phối hợp TN pha trình nhận thức - Phối hợp trình xây dựng/ hình thành đơn vị kiến thức (trong giai đoạn/ pha dạy học khác nhau) phối hợp để khai thác sử dụng ưu điểm loại TN - Sử dụng TN truyền thống pha nêu vấn đề (tạo tình có vấn đề) vận dụng kiến thức thực tiễn - Sử dụng thích hợp loại TN pha giải vấn đề (trong giải pháp suy luận lí thuyết sử dụng phương pháp: phương pháp giải tích phương pháp mơ phỏng/TN mơ phỏng; sử dụng TN ghép nối với máy vi tính TN truyền thống không đáp ứng) - Sử dụng TN kĩ thuật số việc trình bày kiến thức mang tính khái quát khoa học giai đoạn vận dụng 2.3 VAI TRỊ CỦA THÍ NGHIỆM TRONG VIỆC TỔ CHỨC Q TRÌNH NHẬN THỨC VẬT LÍ download by : skknchat@gmail.com 11 + Tiến hành TN theo kế hoạch đề + Mô tả đặc điểm lan truyền sóng, đặc điểm q trình truyền lượng tượng sóng - Mức độ vận dụng linh hoạt tình khơng quen thuộc: + Sử dụng phương pháp đại số để tổng hợp hai dao động phương, tần số, biên độ + Lập kế hoạch thực TN có TBTN + Tìm cơng thức tổng qt liên hệ vị trí phần tử sóng độ lệch pha hai sóng tới điểm xét tượng giao thoa sóng dừng + Rút yếu tố cần kiểm nghiệm từ kết suy luận lí thuyết - Mức độ sáng tạo + Xây dựng phương án TN kiểm nghiệm kết từ suy luận lí thuyết + Đề xuất cách thức bố trí, tiến hành TN hiệu + Đề kế hoạch giải tốn lí thuyết cách thức kiểm nghiệm kết + Bổ sung, điều chỉnh kế hoạch thực nhiệm vụ đề + Đề xuất việc cải tiến số chi tiết TBTN cách thức thực TN - Ngồi mục tiêu kiến thức, kĩ việc dạy học sóng cần đạt mục tiêu cho lĩnh vực tình cảm, thái độ: + Quan tâm, hứng thú vấn đề sóng cơ: tò mò, hỏi trao đổi vấn đề liên quan đến sóng đời sống kĩ thuật + Tự đề kế hoạch thực nghiên cứu để tìm đặc điểm, quy luật tượng liên quan tới sóng cơ, sóng âm tác động với người Những mục tiêu lấy làm để đánh giá thực tế dạy học chương “Sóng cơ” mà tiến hành điều tra Chúng để xây dựng sử dụng TBTN tiến trình dạy học TNSP 2.4.2 Khảo sát thực tiễn dạy học vật lí chương “sóng cơ” trường THPT 2.4.2.1 Mục đích khảo sát: Khảo sát thực tế dạy học vật lí phần “sóng cơ” nhằm phục vụ mục đích nghiên cứu luận án 2.4.2.2 Nội dung khảo sát: - Tìm hiểu thực trạng thiết bị thí nghiệm trường THPT có đáp ứng yêu cầu dạy học vật lí nghiên cứu vật lí, phát huy cao độ tính tích cực, tự lực sáng tạo HS, sở xác định thiết bị cần cải tiến hoàn thiện chế tạo - Các khó khăn giáo viên học sinh dạy học kiến thức phần sóng cơ, từ làm sở xây dựng tiến trình dạy học theo hướng tích cực hoạt động nhận thức học sinh 2.4.2.3 Phương pháp điều tra khảo sát: - Điều tra qua phiếu điều tra download by : skknchat@gmail.com 12 - Trao đổi trực tiếp với giáo viên, học sinh - Dự giờ, khảo sát thiết bị thí nghiệm phịng thí nghiệm vật lí nhà trường Chúng tơi tìm hiểu tình hình dạy học chương sóng trường THPT tỉnh: Tỉnh Thái Nguyên: THPT Gang Thép Thái Nguyên, THPT Khánh Hòa; THPT Đại Từ; THPT Chuyên Thái Nguyên; Tỉnh Cao Bằng: THPT Dân tộc nội trú tỉnh Cao Bằng; Tỉnh Quảng Ninh: THPT Móng Cái; Tỉnh Tuyên Quang: THPT Kim Xuyên – Sơn Dương; THPT Sơn Dương Thời gian thực điều tra: Vòng 1: Năm 2008; Vòng 2: Năm học 2011 – 2012 2.4.2.4 Kết điều tra: * Về phương pháp dạy học giáo viên Với kết điều tra nhất, hầu hết giáo viên điều tra thường xuyên sử dụng phương pháp đàm thoại gợi mở cho học sinh tham gia xây dựng phần, kết hợp thuyết trình (25/27 giáo viên chiếm 93% số hỏi) * Về thực trạng sử dụng thí nghiệm dạy học phần sóng: Như hầu hết giáo viên ý thức vai trị quan trọng thí nghiệm vật lí dạy học thực tế triển khai thường sử dụng thí nghiệm biểu diễn, loại thí nghiệm khác chưa thực đầy đủ + Trang thiết bị có: Các phương tiện kĩ thuật số máy vi tính, máy phát âm tần… hầu hết trường có, sở cho việc sử dụng phối hợp phương tiện dạy học truyền thống đại thực * Kết luận: Với kết điều tra, để phát huy tính tích cực tự lực sáng tạo học sinh trình dạy học, cần có số biện pháp bản: - Thay đổi lơgic hình thành kiến thức chương, cần có tiến trình dạy học phù hợp với u cầu - Chế tạo, hồn thiện thiết bị thí nghiệm để tiến hành thí nghiệm theo trình dạy học yêu cầu - Sử dụng thí nghiệm với thiết bị thí nghiệm chế tạo tiến trình dạy học giải vấn đề cho kích thích hứng thú, phát triển tính tích cực, tự lực, sáng tạo học sinh download by : skknchat@gmail.com 13 Chương XÂY DỰNG, HOÀN THIỆN CÁC TN, THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “SĨNG CƠ” VẬT LÍ 12 NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC SÁNG TẠO CỦA HS Trong chương chúng tơi trình bày vấn đề: xây dựng hồn thiện TBTN thiết kế tiến trình dạy học số kiến thức Sóng - Vật lí 12 với việc sử dụng TBTN xây dựng, nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo góp phần nâng cao kết học tập HS 3.1 QUY TRÌNH XÂY DỰNG VÀ HỒN THIỆN TBTN TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 3.1.1 Các yêu cầu chung TBTN phần sóng 3.1.1.1 Yêu cầu mặt khoa học kĩ thuật 3.1.1.2 Yêu cầu mặt sư phạm 3.1.1.3 Yêu cầu kinh tế 3.1.1.4 Yêu cầu thẩm mĩ 3.1.1.5 Các yêu cầu TBTN biểu diễn thực tập TBTN cần chế tạo thành bộ, phận quan trọng sử dụng với nhiều phép đo với mục đích TN thực nhiều TN khác thời gian TBTN cần đáp ứng yêu cầu đa dạng HS với vai trò người nghiên cứu, thực phương án TN với giá trị đo dải rộng mà hoạt động ổn định VÍ dụ máy phát tần số kép điều chỉnh độ lệch pha hai nguồn với giá trị từ tới 360o, tần số thay đổi từ 1-200Hz, khoảng cách nguồn sóng điều chỉnh định lượng để thay đổi số vân giao thoa miền giao thoa Nguồn âm TBTN khảo sát tượng Đốp-ple thay đổi tần số khảo sát trường hợp khác nhau… TBTN cần chế tạo đơn giản, vật liệu có độ bền cao để sử dụng tần suất lớn sử dụng với vai trò TBTN thực tập TBTN cần đáp ứng yêu cầu cao an toàn cho người sử dụng Ví dụng với TBTN khảo sát tượng Đốp-ple, xe chạy với tốc độ cao cần chạy giá có kích thước khơng q lớn, thiết kế chắn, đai truyền gọn gàng TBTN cần có lắp ghép cần chế tạo dễ dạng lắp ráp, dễ dạng thu thập số liệu Với TBTN ghép nối máy tính cần cài đặt phần mềm, ghép nối phần cứng nhanh chóng tiện lợi Ví dụ phần ghép nối máy tính thí nghiệm khảo sát sóng cơ, khảo sát tượng Đốp-ple ghép nối qua cổng USB 3.1.2 Quy trình xây dựng TBTN dạy học vật lí Quy trình tiến hành theo giai đoạn sau: - Xác định mục tiêu dạy học (học sinh cần đạt kiến thức, kĩ phát triển tư gì, trình chiếm lĩnh kiến thức) - Xác định lơgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức download by : skknchat@gmail.com 14 - Xác định yêu cầu khoa học, kĩ thuật, sư phạm, kinh tế mĩ thuật thiết bị thí nghiệm đáp ứng hỗ trợ tổ chức hoạt động nhận thức học sinh theo lôgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức chức cần có thí nghiệm - Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm thử nghiệm, kiểm tra thực nghiệm sư phạm 3.2 XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN CÁC TBTN TRUYỀN THỐNG VÀ KĨ THUẬT SỐ NHẰM HỖ TRỢ DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC TRONG CHƯƠNG “ SĨNG CƠ ” VẬT LÍ 12 3.2.1 Xây dựng hồn thiện TBTN giao thoa sóng nước Để khắc phục hạn chế TN có trường THPT, đồng thời đáp ứng yêu cầu hỗ trợ HS nghiên cứu tượng giao thoa nhà vật lí, chúng tơi xây dựng TBTN giao thoa sóng nước gồm TBTN thành phần sau: - TBTN nguồn dao động - TBTN máy phát tần số kép - TBTN đèn hoạt nghiệm Chúng mô tả TBTN thành phần theo cấu trúc: Sự cần thiết phải chế tạo TBTN, Cấu tạo nguyên tắc hoạt động TBTN, Kết thử nghiệm đánh giá TBTN, Đề xuất sử dụng TBTN 3.2.1.1 TBTN nguồn dao động a) Sự cần thiết phải chế tạo TBTN nguồn dao động Trên giới, TBTN giao thoa sóng nước hãng Pasco, Phywe; số nước khu vực Inđơnêxia có kết cấu phức tạp, cồng kềnh Trên nguyên tắc tạo dao động trục cam tác động lên hai cần rung sử dụng khơng khí bị nén giãn, sử dụng nước nhỏ giọt… Điểm chung TN giá thành cao, không phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam sử dụng Việt Nam Thực tế phổ thông, hầu hết trang bị TN giao thoa sóng nước với nguồn cần rung sử dụng quay lệch tâm động điện chiều, quay với tốc độ n (vòng/giây) tương ứng tạo dao động cưỡng với tần số f = n tác động lên cần rung tạo sóng lan truyền mặt nước khay nước TN Tất TBTN giao thoa sóng nước có giới Việt Nam tạo hai nguồn kết hợp cách tách từ nguồn Như vậy, hai nguồn sóng hai nguồn kết hợp (cùng tần số, độ lệch pha không đổi, biên độ) Khi sử dụng thiết bị để khảo sát tượng giao thoa sóng nước, người học nhận thấy tượng giao thoa sóng nước trường hợp đặc biệt, đơn giản nhất: hai nguồn tần số, biên độ, pha ban đầu Với thiết bị thí nghiệm vậy, vơ hình chung, có áp đặt từ ban đầu việc tạo tượng giao thoa điều kiện đặc biệt Dạy học theo đường NCVL, khơng thể từ đầu trình bày trước HS trình đặc biệt tạo hai nguồn tất tần số, biên độ pha, nghĩa từ đầu định hướng HS phải quan sát vào trình đặc biệt (mà thực tế không người gặp tự nhiên ) Để tránh áp đặt sử dụng thí nghiệm mở đầu vậy, đưa ý tưởng thiết kế hai nguồn sóng độc lập, sở tạo tượng giao thoa sóng gần download by : skknchat@gmail.com 15 với tự nhiên, với tần số f1 f2 hai nguồn điều chỉnh khác Chỉ điều chỉnh f1 thay đổi cho f1=f2 quan sát thấy tượng đặc biệt (giao thoa) nghĩa có hai nguồn kết hợp Bộ TN tạo điều kiện cho GV, HS chủ động, linh hoạt khảo sát tượng, đáp ứng yêu cầu khác QTDH Qua nghiên cứu thử nghiệm nhiều lần, đưa thực tế dạy học phổ thơng, chúng tơi hồn thiện nguồn dao động đáp ứng yêu cầu dạy học TBTN Các yêu cầu nguồn dao động - Dao động ổn định theo phương thẳng đứng (Nhằm khắc phục nhược điểm nguồn sóng có trường THPT) - Tần số xác định với độ xác tới 1Hz - Cần có hai nguồn điều chỉnh tần số, biên độ cách độc lập điều chỉnh đồng thời (Hai nguồn sóng kết hợp) - Tạo sóng nước ổn định nhờ tiếp xúc đầu cần rung mặt nước Đầu cần rung cần có hình dạng khối lượng thích hợp - Có thể dễ dàng chế tạo hàng loạt với giá thành thấp, hoạt động bền bỉ, dễ sửa chữa b) Cấu tạo nguyên tắc hoạt động TBTN nguồn dao động TBTN nguồn dao động tạo hai nguồn dao động (nguồn sóng) mặt nước Hai nguồn sóng thay đổi tần số nguồn cách độc lập TBTN nguồn dao động có cấu tạo: - Mỗi nguồn sóng sử dụng cuộn dây có lõi thép kĩ thuật Cần rung làm vật liệu sắt từ phần gần đầu cuộn dây Phần nối dài có chiều dài 15mm Cuối cần rung có gắn khối bán cầu nhỏ Khối bán cầu tiếp xúc với mặt nước, cần rung dao động, khối bán cầu tạo mặt nước sóng trịn - Hai nguồn sóng giống hệt nhau, Hình 3.1 Nguồn sóng sử dụng nguồn gắn tương ứng TN giao thoa sóng nước kim loại Cách điều chỉnh: - Khoảng cách hai nguồn sóng điều chỉnh nhờ điều chỉnh góc lệch kim loại khoảng từ 10 tới 100mm - Tần số hai nguồn sóng điều chỉnh xác từ 1Hz đến 200Hz nhờ TBTN máy phát tần số kép (Sẽ mô tả phần 3.2.1.3) c) Kết thử nghiệm đánh giá - Ưu điểm: + Khử bỏ tượng dao động ngang hoạt động + Có thể điều chỉnh xác tần số dao động nhờ điều chỉnh tần số dòng điện xoay chiều cung cấp máy phát tần số sẵn có phịng TN + Có thể điều chỉnh tần số nguồn + Có thể thay đổi đo khoảng cách nguồn download by : skknchat@gmail.com 16 + Có thể thay đổi độ lệch pha dao động nguồn (khi tần số) sử dụng với máy phát tần số kép + Đáp ứng yêu cầu nêu tổ chức dạy học theo logic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức theo đường học NCVL, phát huy tính tích cực sáng tạo HS + Chế tạo đơn giản, giá thành thấp Hoạt động ổn định, điều chỉnh dễ dàng - Nhược điểm: Chưa định lượng biên độ dao động (vì biên độ nhỏ) d) Đề xuất sử dụng - Sử dụng máy phát tần số có sẵn trường sử dụng với máy phát tần số kép (được nghiên cứu trình bày LA) để mở rộng phạm vi sử dụng Thay cho nguồn sóng nước hoạt động thiếu ổn định có - Cần sử dụng với khay nước với chiều dày lớp nước tối thiểu từ cm, thành khay nước cần đặt nghiêng (nhằm giảm tối đa nhiễu sóng phản xạ từ thành đáy khay nước lên mặt nước) - Sử dụng tiến trình dạy học đề xuất phần 3.2.1.2 TBTN máy phát tần số kép a) Sự cần thiết phải chế tạo TBTN máy phát tần số kép Chúng nghiên cứu chế tạo nguồn phát tần số kép (phần cứng) phần mềm điều khiển ghép nối thiết bị với máy vi tính để hiển thị rõ ràng điều khiển dễ dàng tần số nguồn dao động, độ Kết nối tín hiệu với máy tính Led hiển thị thanh, Cơng qua cổng USB lệch pha hai nguồn, đáp ứng tắc, Nút chỉnh yêu cầu TBTN hỗ trợ QTDH Vi mạch điều khiển trung tâm Các yêu cầu với máy phát tần số kép - Tạo hai tín hiệu điện áp xoay Mạch tạo nguồn ổn áp điều chỉnh vô cấp chiều (hai kênh riêng biệt) hình sin có ( có bảo vệ q dịng) thể điều chỉnh định lượng tần Tạo nguồn điện áp có biên độ, tần số góc pha điều chỉnh số, biên độ kênh cách độc lập đồng thời Kênh Kênh - Tín hiệu hiển thị tần số thiết bị Có đèn báo chớp sáng mơ tả Hình 3.2 Sơ đồ khối cấu tạo máy phát trực quan tín hiệu điện áp cung cấp tần số kép - Tạo hai tín hiệu điện áp xoay chiều tần số, có độ lệch pha điều chỉnh nhanh chóng (Cùng pha, vng pha, ngược pha) điều chỉnh giá trị theo độ - Tần số, độ lệch pha điều chỉnh, hiển thị hình qua phần ghép nối máy tính giúp lớp quan sát dễ dàng b) Cấu tạo máy phát tần số kép Hình 3.2 sơ đồ khối cấu tạo máy phát tần số kép Các thành phần cấu tạo nên máy phát tần số kép đóng gọn hộp nhựa chuyên dụng, đáp ứng quy chuẩn an tồn Các nút điểu chỉnh nhẹ, dễ dàng, có hướng dẫn tiếng việt rõ ràng mặt máy download by : skknchat@gmail.com 17 Để thuận lợi cho việc sử dụng GV, sở máy vi tính cài đặt hệ điều hành khác trường THPT, lựa chọn phương án ghép nối máy tính thơng qua cổng chuyển đổi COM/USB, tương thích với tất hệ điều hành Windows (Windows XP, Windows 7, Windows 8: 32 64bit) Giao diện hiển thị phần mềm ghép nối, điều khiển thiết kế hướng đến phục vụ tốt cho việc quan sát thu thập số liệu HS việc thiết kế tiến trình dạy học đa dạng (Cho nhiều nội dung, nhiều tình thực dạy) dành cho GV Phần mềm điều khiển thiết bị lập trình riêng biệt, thử nghiệm cải tiến liên tục đáp ứng yêu cầu dạy học (Hiện phiên 1.0.05) Phần mềm hướng dẫn đầy đủ tiếng Việt, thuận lợi cho GV cài đặt Hình 3.3 gồm hai phần: Máy phát tần số kép (bên trái) ghép nối truyền thơng với máy tính, hiển thị hình giao diện phần mềm điều khiển máy phát tần số kép c) Kết thử nghiệm đánh giá Máy phát tần số kép chế tạo có tính thiết kế: Tạo dao động điện tuần hoàn với tần số phát tùy ý nhảy bậc từ tới 200Hz, biên độ điện áp tối đa 24V, cường độ dòng điện hiệu dụng Hình 3.3 Hình ảnh máy phát tần số kép ghép tối đa đạt tới 1A Máy phát nối máy tính thiết kế phận bảo vệ tự động ngắt tải khôi phục lại dễ dàng Đầu có hai kênh điều chỉnh hồn tồn độc lập, hoạt động chế độ nguồn kết hợp, chế độ người sử dụng điều chỉnh tần số hai kênh, điều chỉnh độ lệch pha dao động hai kênh tùy ý từ 00 tới 3600 điều chỉnh nhanh mức pha, vuông pha, ngược pha Việc điều khiển hiển thị rõ ràng mặt máy phát đồng thời hiển thị rõ ràng hình máy tính ghép nối với máy phát d) Đề xuất sử dụng - Sử dụng TBTN nguồn dao động (3.2.1.1) - Sử dụng tiến trình dạy học đề xuất phần 3.2.1.3 TBTN đèn hoạt nghiệm a) Sự cần thiết phải chế tạo đèn hoạt nghiệm Trong QTDH kiến thức vật lí thuộc chương trình vật lí THPT, có nhiều trình diễn nhanh rơi tự do, q trình dao động tuần hồn, q trình lan truyền sóng, tượng giao thoa sóng cơ… Chúng trình bày sở quan sát, đo đạc thực nghiệm Tuy nhiên trình diễn nhanh nên ta khó hay quan sát được, việc lại cần thiết để từ sở giúp HS khám phá chất tượng, từ trực quan sinh động, Trong thực tế dạy học nay, việc sử dụng dụng cụ đo gián tiếp, phương án TN download by : skknchat@gmail.com 18 giúp phản ánh dấu hiệu chất tượng vật lí thực có nhiều tác động tích cực tới hiệu dạy học Trong QTDH chương sóng cơ, việc cho HS quan sát tượng giao thoa sóng, sóng dừng thực nghiệm thực hiện, nhiên với kết quan sát qua TN thực trường phổ thông dừng lại quan sát sơ tượng mà chưa cho HS thấy dấu hiệu chất tượng Một phương pháp nghiên cứu trình học diễn biến nhanh nói chung dao động tuần hồn có tần số lớn nói riêng sử dụng hiệu ứng hoạt nghiệm Các yêu cầu đèn hoạt nghiệm - Có cường độ sáng đủ lớn để hiệu ứng hoạt nghiệm quan sát - Điều chỉnh thời gian sáng tắt - Hoạt động ổn định, giá thành thấp b) Cấu tạo nguyên tắc hoạt động TBTN đèn hoạt nghiệm Chúng lựa chọn phương án sử dụng nguồn sáng đèn LED siêu sáng sẵn có thị trường, đèn hoạt động nhờ nguồn hoạt nghiệm sử dụng vi điều khiển (Tín hiệu cung cấp số hóa), điều chỉnh tần số, thời gian đèn sáng (Ts) thời gian hai chớp sáng liên tiếp (thời gian tắt sáng Tt ) Sử dụng đèn hoạt nghiệm dạy học Sóng Để sử dụng đèn hoạt nghiệm dạy học, bước cần cho HS nắm phương pháp hoạt nghiệm gì, ưu nhược điểm phương pháp hoạt nghiệm nghiên cứu q trình vật lí Phần hướng dẫn GV thơng qua số tập tính tốn chu kì biểu kiến dao động điều hịa quan sát Hình 3.5 Bộ TN đèn hoạt nghiệm chớp sáng hoạt nghiệm biết chu kì chớp sáng, chu kì dao động vật, qua HS làm quen với việc xác định kết chuyển động thực vật qua kết thu việc quan sát biểu kiến, đo chu kì biểu kiến 3.2.1.4 Các TN tiến hành với TBTN giao thoa sóng nước TBTN giao thoa sóng nước gồm TBTN thành phần (TBTN nguồn dao động, TBTN máy phát tần số kép, TBTN đèn hoạt nghiệm) sử dụng phối hợp để tiến hành TN: - Thí nghiệm 1: Khảo sát độ lệch pha dao động, ý nghĩa độ lệch pha với dao động khác - Thí nghiệm 2: Khảo sát đặc trưng vật lí sinh lí sóng âm: Độ cao, độ to - Thí nghiệm 3: Khảo sát giao thoa sóng nước - Thí nghiệm 4: Kiểm chứng hệ lí thuyết giải thích tượng giao thoa - Thí nghiệm 5: Khảo sát điều kiện để có tượng giao thoa download by : skknchat@gmail.com 19 - Thí nghiệm 6: Xác định bước sóng, tốc độ truyền sóng dựa tượng giao thoa sóng nước - Thí nghiệm 7: Khảo sát dao động phần tử mặt nước tượng giao thoa sóng nước - Thí nghiệm 8: Sử dụng máy phát tần số kép với chức nguồn phát đèn hoạt nghiệm khảo sát dao động phần tử dây có sóng dừng Chúng tơi mơ tả cụ thể TN theo cấu trúc: Mục đích TN, dụng cụ TN, bố trí dụng cụ TN, tiến hành TN, quan sát tượng, thu thập số liệu, phân tích xử lí thơng tin, số liệu rút kết luận 3.2.3 Chế tạo thiết bị khảo sát hiệu tượng Đốpple 3.2.3.1 Sự cần thiết phải chế tạo thiết bị khảo sát định lượng tượng Đốp-ple: Hiện nay, trường THPT khơng có TBTN khảo sát định lượng tượng Đốp-ple Khi dạy học “Hiệu ứng Đốp-ple” theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh, cần sử dụng TBTN - Thực khảo sát trường hợp: Nguồn âm chuyển động so với máy thu, máy thu chuyển động so với nguồn âm -Thu thập liệu thực nghiệm: Tốc độ dịch chuyển nguồn âm (hoặc máy thu) với độ xác cao; Tần số nguồn âm tần số âm thu máy thu - Thay đổi thông số: Tần số nguồn âm; Tốc độ dịch chuyển xe gắn nguồn âm máy thu - Số liệu thu thập phải HS (dưới hướng dẫn GV) xử lý, hiển thị cho kết luận rõ ràng tượng - Bộ thí nghiệm đáp ứng Hình 3.6 Bộ TN khảo sát tượng Đốpple với yêu cầu thí nghiệm biểu diễn, quan sát dễ dàng, thu thập số liệu nhanh chóng, đảm bảo thành cơng - Thiết kế gọn, mở rộng tác dụng đo cho nhiều đối tượng học sinh thực thí nghiệm thực tập Chúng tơi chế tạo TBTN ghép nối máy tính đáp ứng yêu cầu đặt Có thể sử dụng thiết bị TN sau: TN1: kiểm chứng thực nghiệm công thức hiệu ứng Đôp-ple (được rút suy luận lí thuyết) biết tốc độ truyền âm v theo cơng thức (1) SGK vật lí 12, dấu (+) (-) ứng với hai chiều chuyển động xe TN2: Khảo sát hiệu ứng Đốp-ple tổng quát, phát triển thành TN nghiên cứu cho học sinh chuyên lí THPT, sử dụng ôn luyện phần thực nghiệm download by : skknchat@gmail.com 20 3.3 THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG CÁC PTDH TRUYỀN THỐNG VÀ HIỆN ĐẠI ĐÃ ĐƯỢC XÂY DỰNG VÀ HỒN THIỆN Vận dụng lí luận dạy học giải vấn đề đường suy luận lí thuyết, sở TBTN thực tập chế tạo, chúng tơi tiến hành soạn thảo tiến trình dạy học nội dung kiến thức chương “Sóng cơ” Ví dụ Hình Sơ đồ lơgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức “Giao thoa sóng cơ” Làm nảy sinh vấn đề cần giải phát biểu vấn đề nghiên cứu Sử dụng TN + Khi tần số nguồn khác nhau: HS quan sát thấy mặt nước có gợn sóng có dạng đường cong dịch chuyển từ nguồn sang nguồn khác + Thay đổi tần số tới tần số hai nguồn nhau, mặt nước ổn định với gợn sóng có vị trí cố định Phát biểu vấn đề cần giải Để mặt nước có hình ảnh ổn định theo thời gian, sóng cần có điều kiện gì? Khi xảy tượng có hình ảnh ổn định, sóng mặt nước có đặc điểm gì? Giải vấn đề Đề xuất giải pháp: theo đường suy luận lí thuyết Giao thoa tổng hợp hai sóng mặt nước Sử dụng lí thuyết tổng hợp dao động phương trình sóng giải thích tổng hợp sóng Để có sóng ổn định (biên độ khơng đổi theo thời gian) hai sóng tới điểm xét phải tần số độ lệch pha khơng đổi - Viết phương trình sóng tới u1 nguồn truyền tới M, u2 B truyền tới M Viết phương trình sóng tổng hợp M uM = u1 + u2 từ suy đặc điểm biên độ dao động M Kết quả: - Tại điểm mặt nước, phần tử nước dao động tuần hoàn tần số với nguồn, có biên độ phụ thuộc vào vị trí điểm xét so với vị trí hai nguồn (1) - Quỹ tích điểm có biên độ xác định qua biểu thức: d  d1  K  - Có quỹ tích điểm sóng có biên độ cực đại ứng với K  k  0, 1, 2, (2) - Có quỹ tích điểm không dao động ứng với K  ( k  0, 5) (3) Trực quan hóa: Dùng phần mềm mơ cho HS quan sát hình ảnh (ứng với vài điều kiện cụ thể) Làm kiểm nghiệm thực nghiệm kết luận suy từ suy luận lí thuyết? Kiểm nghiệm kết tìm từ suy luận lí thuyết nhờ TN Nội dung kiểm nghiệm: - Điều kiện có giao thoa: Khi hai nguồn tần số, độ lệch pha hai nguồn khơng đổi, mơi trường trường truyền sóng ổn định mặt nước có giao thoa Khi khác tần số độ lệch pha nguồn thay đổi theo thời gian, tính chất mơi trường truyền thay đổi theo thời gian khơng xảy giao thoa - Đặc điểm tượng giao thoa: Biên độ dao động điểm không đổi, tần số dao động điểm tần số nguồn, vân giao thoa có dạng hypecbol Kiểm tra trực tiếp: Kiểm tra TN sử dụng đèn hoạt nghiệm Kiểm tra qua hệ quả: Sử dụng TN: Thiết kế phương án+ Thực TN 3, 4, 5, (mục 3.2.1.4) Hãy rút kết luận điều kiện xảy tượng giao thoa đặc điểm hình ảnh mặt nước có tượng giao thoa Kết luận - Điều kiện để có tượng giao thoa: Các sóng kết hợp phát từ nguồn tần số, có độ lệch pha khơng đổi - Vùng hai sóng kết hợp gặp nhau, mặt nước ổn định với vân cực đại, cực tiểu xen kẽ có dạng đường hypebol, tượng gọi tượng giao thoa download by : skknchat@gmail.com 21 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 4.1 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 4.1.1 Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm Việc tiến hành TNSP trường THPT nhằm mục đích: Kiểm nghiệm tính khả thi tiến trình dạy học soạn thảo nói chung TBTN nói riêng, để từ đó, bổ sung, chỉnh sửa tiến trình dạy học cải tiến, hoàn thiện tiếp TBTN chế tạo Bước đầu đánh giá hiệu tiến trình dạy học nói chung hệ thống TBTN nói riêng việc phát triển tính tích cực, tính tự lực lực sáng tạo HS Sơ đánh giá hiệu tiến trình dạy học soạn thảo nói chung TBTN nói riêng việc nâng cao chất lượng kiến thức HS TNSP có nhiệm vụ sau: - Đánh giá tính khả thi TBTN xây dựng tính khả thí thí nghiệm tiến hành với thiết bị thí nghiệm theo quan điểm dạy học vật lí nghiên cứu vật lí - Đánh giá tính khả thi tiến trình dạy học soạn thảo - Sơ đánh giá hiệu TBTN xây dựng tiến trình dạy học soạn thảo với việc phát huy tính tích cực, tự lực, phát triển lực sáng tạo (theo quan điểm dạy học vật lí nghiên cứu vật lí) góp phần nâng cao chất lượng kiến thức học sinh 4.1.2 Đối tượng phương pháp thực nghiệm sư phạm Đối tượng TNSP HS lớp 12 trường THPT tiến trình dạy học số kiến thức phần sóng Các phương pháp TNSP gồm: - Điều tra trước sau TNSP diện rộng HS - Theo dõi, quan sát trực tiếp GV HS dạy TNSP - Phân tích qua băng ghi hình dạy TNSP - Trình bày kết nghiên cứu tham vấn ý kiến giáo viên THPT có kinh nghiệm lâu năm dạy học, qua điều chỉnh TBTN tiến trình dạy học cho phù hợp với yêu cầu thực tế THPT - Phân tích định lượng phương pháp thống kê điểm số sau kiểm tra cuối chương 4.1.3 Thời gian, địa điểm công tác chuẩn bị thực nghiệm sư phạm Việc TNSP thực hai năm học: vòng năm học 2010- 2011, vòng năm học 2011-2012 TNSP tiến hành trường THPT Thành phố Thái Nguyên: THPT Giang Thép THPT Đại Từ Ở vịng TNSP trường, chúng tơi chọn cách thức thực nghiệm có lớp thực nghiệm dạy học theo phương án thiết kế lớp đối chứng dạy download by : skknchat@gmail.com 22 học theo cách thức bình thường Cách làm thực học chương “Sóng cơ" Việc chọn lớp HS dựa sở kết học tập HS hai năm học trước (lớp 10 lớp 11) mơn Tốn Vật lí, cho trình độ HS lớp gần tương đương Trong tiến hành tiết dạy, chúng tơi dự hai nhóm thực nghiệm đối chứng, ghi chép diễn biến học, chụp ảnh, quay phim tiến trình dạy học Cuối đợt thực nghiệm, tổ chức kiểm tra đề hai nhóm thực nghiệm đối chứng Trong q trình thực nghiệm, chúng tơi tiến hành vấn, trao đổi với giáo viên học sinh phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chức dạy học, thu thập góp ý, kiến nghị học sinh giáo viên để rút kinh nghiệm điều chỉnh kịp thời Sau thu thập đủ số liệu, xử lí, phân tích, đánh giá kết kiểm tra phương pháp thống kê mô tả phương pháp thống kê kiểm định 4.2 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 4.2.1 Xây dựng tiêu chí đánh giá kết thực nghiệm sư phạm Chúng xem xét yếu tố sau qua TNSP: Về tính khả thi TBTN xây dựng so với yêu cầu đề ra, đặc biệt hai khía cạnh khoa học- kĩ thuật sư phạm Thời gian trung bình để lắp ráp điều chỉnh TBTN Đây biểu để đánh giá khả đáp ứng yêu cầu mặt kĩ thuật TBTN dạy học lớp Tỉ lệ HS quan sát ghi nhận trình biến đổi đại lượng vật lí qua TN Đây biểu để xem xét khả đáp ứng yêu cầu sư phạm TBTN dạy học lớp Chúng quan sát đếm số HS không quan sát qua biểu phải hỏi bạn bè, di chuyển vị trí, vấn nhanh HS cuối lớp Tỉ lệ số HS đề xuất yêu cầu phương án đo sử dụng TBTN Đây dấu hiệu quan trọng giúp có để đánh giá việc hiệu việc phát huy tính tích cực hoạt động HS, đồng thời đánh giá tác dụng TBTN việc tạo điều kiện để HS bộc lộ ý tưởng sáng tạo, ý tưởng thay đổi cách thức hoạt động cũ Về tính khả thi tiến trình dạy học xây dựng, việc đánh giá yếu tố theo biểu hiện: Tỉ lệ HS tiếp nhận nhiệm vụ Đây dấu hiệu xem xét tính tích cực HS việc huy động họ tham gia vào học; quan tâm HS đến vấn đề đưa Tỉ lệ HS đề xuất giải pháp thực Đây dấu hiệu để đánh giá khả phát huy tính tích cực sáng tạo cá nhân HS: say mê, quan tâm đến vấn đề đặt ra, xoay trở tìm cách thực nhiệm vụ Dấu hiệu cho phép thấy phát triển lực sáng tạo HS thông qua việc bộc lộ ý tưởng sáng tạo việc giải vấn đề học tập Tỉ lệ HS thực xử lí số liệu Đây dấu hiệu giúp đánh giá tính tích cực HS việc tham gia hoạt động TN cách trọn vẹn từ việc tiếp nhận vấn đề giai download by : skknchat@gmail.com 23 đoạn xử lí số liệu để kết luận vấn đề (chứ không làm qua loa cho biết tượng) Qua để đánh giá mức độ hoàn thành trách nhiệm HS trước nhiệm vụ giao Tỉ lệ HS tranh luận, trao đổi Dấu hiệu để xem xét tính tích cực hoạt động tập thể HS học tập Các biểu tính tích cực nhận thức HS học thống kê theo tiêu chí: Mức độ hoạt động HS (4 mức độ); Sự tập trung ý HS (4 mức độ ), chúng tơi thống kê tính theo số lượng % làm sở để đánh giá Kết học tập HS Chúng sơ đánh giá kết học tập HS qua đợt TNSP thông qua việc đánh giá điểm số mà HS đạt thực kiểm tra cuối chương Bài kiểm tra thực 45 phút với 25 câu hỏi (đề kiểm tra phụ lục 2) Chúng tơi phân tích tiến trình dạy học cụ thể trình TNSP nhằm có kết đánh giá định tính TNSP Kết định lượng mức độ thu nhận kiến thức học sinh phản hồi qua kết kiểm tra cuối đợt TNSP, từ biết khả vận dụng kiến thức có vào giải tập, giải thích tượng thực tế Phân tích kết định lượng cho thấy việc tổ chức tiến trình dạy học chương “Sóng cơ” theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo học sinh đem lại hiệu bước đầu việc nâng cao kết học tập học sinh TNSP nhằm mục đích đánh giá tính khả thi tiến trình dạy học soạn thảo Việc đánh giá thực hai bình diện: Xem xét khả phát triển hoạt động tích cực, tự lực sáng tạo HS thông qua việc giải vấn đề lí thuyết vấn đề thực nghiệm; đánh giá chất lượng kiến thức HS TNSP giúp đánh giá tính khả thi TBTN chế tạo Kết hai vòng thực nghiệm sư phạm trường THPT hai năm học 2010 2011, 2011- 2012 cho thấy: Các tiến trình dạy học khả thi, đáp ứng việc thực mục tiêu dạy học phù hợp với tình hình dạy học tương lai gần mặt thời gian cách thức tố chức dạy học Các TBTN chế tạo đáp ứng yêu cầu mặt khoa học - kĩ thuật, sư phạm, kinh tế, thẩm mĩ sử dụng tạo nhiều liệu thực nghiệm phong phú, đem lại hiệu tốt việc phát triến tính tích cực, tự lực lực sáng tạo HS Các kết mặt điểm số, thơng qua phân tích thống kê, phần cho thấy ý nghĩa việc tác động theo phương pháp dạy học mục tiêu nâng cao kết học tập HS download by : skknchat@gmail.com 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đề tài nghiên cứu giải vấn đề sau đây: Trên sở nghiên cứu kiểu dạy học PH&GQVĐ tổ chức QTDH tiệm cận với tiến trình nghiên cứu nhà khoa học nhằm phát triển mức độ nâng cao tính tích cực nhận thức phát triển lực sáng tạo HS, tiến hành áp dụng vào việc dạy học số kiến thức vật lí, mà nội dung xây dựng theo tính hệ thống, để từ đề tiến trình dạy học PH&GQVĐ theo đường NCVL Tiến hành điều tra số trường THPT nhiều vùng khác tình hình dạy học phần Sóng cơ, chúng tơi thấy khó khăn, hạn chế việc dạy học kiến thức, từ xác định nguyên nhân thực trạng chưa có nghiên cứu cụ thể cho việc đổi dạy học kiến thức phần Sóng đặc biệt thực trạng thiếu TBTN chưa đáp ứng yêu cầu dạy học việc tổ chức dạy học phần Sóng trường THPT cho QTDH tiệm cận với q trình nghiên cứu nhà vật lí Vận dụng quy trình xây dựng TBTN bổ sung, chế tạo máy phát tần số kép, nguồn dao động độc lập; đèn hoạt nghiệm có điều khiển thời gian sáng tắt; Bộ TN khảo sát tượng Đốpple sóng âm ghép nối máy tính, nhờ xây dựng phương án sử dụng dạy học kiến thức Sóng - Vật lí 12 Các TBTN đáp ứng yêu cầu TBTN cần dùng dạy học vật lí trường phổ thông theo yêu cầu việc dạy học PH&GQVĐ theo đường NCVL Đặc biệt, TBTN máy phát tần số kép, nguồn dao động độc lập, đèn hoạt nghiệm có điều khiển, TN khảo sát tượng Đốpple chế tạo dựa phương án hoàn toàn mới, chưa sử dụng dạy học vật lí từ trước đến Vận dụng quan điểm dạy học vật lí theo đường NCVL, áp dụng nguyên tắc biện pháp sử dụng loại TN truyền thống kĩ thuật số TN xây dựng, soạn thảo tiến trình dạy học ứng với kiến thức Sóng - Vật lí 12 Các tiến trình dạy học nói chung TN nói riêng TNSP bước đầu khẳng định tính khả thi hiệu chúng việc phát triển hoạt động học tích cực, sáng tạo, góp phần nâng cao kết học tập HS Các kết khẳng định tính đắn giả thuyết khoa học đề tài: Nếu xây dựng, hoàn thiện sử dụng TN đáp ứng yêu cầu việc tổ chức trình dạy học PH&GQVĐ theo đường NCVL số kiến thức Sóng (vật lí 12 THPT) phát huy tính tích cực, sáng tạo nâng cao kết học tập HS Qua việc thực đề tài, đề xuất số kiến nghị sau: Đề nghị thực tiếp nghiên cứu để sản xuất TBTN mới, cung cấp cho trường THPT thời gian sớm Đề nghị tiếp tục thực nghiên cứu để bổ sung, tăng cường TBTN tương đối đồng bộ, đặc biệt TBTN biểu diễn, tương ứng với nội dung kiến thức vật lí khác trường phổ thông download by : skknchat@gmail.com DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Cao Tiến Khoa (2009) Ra đề thi kiểm tra môn vật lí phương pháp trắc nghiệm khách quan -TC Nghiên cứu giáo dục 158, tr 33-34 Nội dung tìm hiểu nêu giải pháp hỗ trợ GV áp dụng thành thạo PP TNKQ trường THPT Cao Tiến Khoa (2010) Chế tạo sử dụng TN giao thoa ánh sáng dạy học sóng ánh sáng (vật lí 12) - Tạp chí giáo dục - số đặc biệt 3/2010 Trang 62 Nội dung trình bày cách chế tạo khe Young nguồn sáng sử dụng cho TN giao thoa ánh sáng phục vụ dạy học 2010 Cao Tiến Khoa, Nguyễn Quang Ánh (2010) - Sử dụng TN hỗ trợ dạy học kiến thức “Sóng sóng âm” - Vật lí 12 - Tạp chí giáo dục, số 249 kì 11/2010 trang 40-41, 39 Thiết kế, sử dụng TN ghép nối máy tính dạy học kiến thức “Sóng sóng âm” Cao Tiến Khoa (2010) Xây dựng logic tiến trình dạy học kiến thức giao thoa sóng (vật lí 12 THPT) sở vận dụng chu trình sáng tạo Razumốpxki TBTN tự chế tạo - Kỉ yếu hội nghị giảng dạy vật lí toàn quốc - Hà nội 2010, trang 52 Báo cáo trình bày mục tiêu cần đạt yêu cầu TBTN cần sử dụng, sở để thiết kế chế tạo thiết bị, vận dụng chu trình sáng tạo Razumốpxki dạy học Phạm Xuân Quế, Cao Tiến Khoa (2011) Sử dụng phương pháp hoạt nghiệm dạy học Vật lí trường phổ thơng -Tạp chí giáo dục- Số 265 kì 1- 7/2011 – Trang 48, 49 Nội dung trình bày cách sử dụng phương pháp hoạt nghiệm dạy học Vật lí trường phổ thơng, cụ thể phần sóng - 12 Phạm Xuân Quế, Cao Tiến Khoa (2011) - Thiết kế, chế tạo thiết bị tạo dao động với tần số thích hợp để dạy “giao thoa sóng” Vật lí 12 (Nâng cao) - Tạp chí Thiết bị Giáo dục - Tháng 10 năm, số 2011 - Trang 48 Trình bày nghiên cứu chế tạo sử dụng thiết bị tạo dao động với tần số pha thay đổi theo yêu cầu QTDH phần “giao thoa sóng” lớp 12 Phạm Xuân Quế, Cao Tiến Khoa (2011) - Thiết kế, chế tạo TBTN hỗ trợ dạy học hiệu ứng Đốpple phần sóng cơ, Vật lí 12 (Nâng cao) - Tạp chí Giáo dục - Số đặc biệt cuối năm, số 2011 - Trang Trình bày nghiên cứu chế tạo sử dụng thiết bị kiểm chứng hiệu ứng Đốpple theo yêu cầu QTDH phần “sóng cơ” lớp 12 download by : skknchat@gmail.com ... TẾ DẠY HỌC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” Ở THPT 2.4.1 Mục tiêu cần đạt dạy học kiến thức chương “sóng cơ” Theo u cầu phát huy tính tích cực lực sáng tạo HS việc dạy học kiến thức chương “Sóng cơ” cần phải hướng. .. trình dạy học cụ thể sóng cho HS lớp 12 theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo HS Chương CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2.1 PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, NĂNG LỰC SÁNG TẠO 2.1.1 Phát huy tính. .. TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “SĨNG CƠ” VẬT LÍ 12 NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC SÁNG TẠO CỦA HS Trong chương chúng tơi trình bày vấn đề: xây dựng hoàn thiện TBTN thiết kế tiến trình dạy học số kiến