Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ (vật lí lớp 12) theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh

1. Lí do chọn đề tài Giáo dục phổ thông (GDPT) ở Việt Nam đang diễn ra sự thay đổi. Thay vì chủ yếu theo tiếp cận nội dung, Chương trình GDPT được thực hiện từ năm 2018 có mục tiêu là hình thành, phát triển những phẩm chất và các năng lực cần thiết để học sinh (HS) trở thành người lao động thích nghi được với hoàn cảnh sống, học tập và làm việc luôn biến đổi [1]. Trong bộ môn vật lí nói riêng và các môn khoa học khác nói chung, khi tổ chức các hoạt động (HĐ) dạy học (DH), người giáo viên (GV) phải chú trọng việc bồi dưỡng cho HS các năng lực (NL) đặc thù của bộ môn, đặc biệt là năng lực thực nghiệm (NLThN). HS có NLThN thì sẽ có khả năng để thực hiện thành công nhiệm vụ thực nghiệm (ThN) trong quá trình học tập hay lao động sau này. Để có thể bồi dưỡng NLThN của HS, đồng thời nâng cao hiệu quả DH kiến thức thì một trong những biện pháp hữu hiệu là sử dụng các thí nghiệm (TN) và lựa chọn các phương pháp DH thích hợp trong quá trình tổ chức các HĐ nhận thức. Bên cạnh đó, để hình thành và phát triển tất cả các thành tố của NLThN, không chỉ tổ chức cho HS tiến hành các TN với các TBTN có sẵn, mà cần tổ chức, hướng dẫn cho HS nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng các TBTN khi xây dựng và vận dụng kiến thức. Trong chương trình vật lí THPT ở nước ta, các kiến thức về cơ học, điện từ học, nhiệt học và quang học… đã được kiểm nghiệm và minh họa bằng TN rất trực quan. Danh mục các TN tối thiểu trong chương trình vật lí lớp 12 có các bộ thiết bị thí nghiệm (TBTN) dao động cơ học; đo vận tốc truyền âm, sóng cơ, giao thoa sóng, sóng dừng; bộ TBTN mạch điện xoay chiều, máy biến áp, máy phát điên ba pha; bộ TBTN quang phổ, giao thoa ánh sáng; bộ TBTN về hiện tượng quang điện ngoài [2]… Tuy nhiên không có TN nào được sử dụng trong dạy học các kiến thức liên quan đến phóng xạ HN. Phương pháp DH phần này chủ yếu là thông báo – tiếp nhận [3]. GV thông báo, giảng dạy các nội dung kiến thức, HS tiếp nhận và sau đó vận dụng các kiến thức này vào việc giải bài tập. Theo chúng tôi, HS cần phải có các TN để học khoa học, vì trong dạy học, các kiến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI LÊ ANH ĐỨC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHĨNG XẠ (VẬT LÍ LỚP 12) THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH Chuyên ngành: Lí luận phương pháp dạy học mơn Vật lí Mã số: 9.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN NGỌC HƯNG TS TRẦN NGỌC CHẤT HÀ NỘI – 2022 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ .xii MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Các nhiệm vụ nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu Những đóng góp đề tài Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các nghiên cứu về năng lực 1.1.1 Định nghĩa lực 1.1.2 Qui trình xây dựng khung cấu trúc lực 1.1.3 Dạy học bồi dưỡng, phát triển đánh giá lực 1.2 Các nghiên cứu về năng lực thực nghiệm 1.2.1 Định nghĩa cấu trúc lực thực nghiệm 1.2.2 Một số nghiên cứu xây dựng sử dụng thiết bị thí nghiệm dạy học, số nghiên cứu dạy học bồi dưỡng đánh giá lực thực nghiệm 12 1.3 Thiết bị thí nghiệm phóng xạ - nghiên cứu xây dựng sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ Thế giới 16 iv 1.3.1 Các thiết bị thí nghiệm phóng xạ từ hãng sản xuất thiết bị thí nghiệm lớn Thế giới 16 1.3.2 Các nghiên cứu việc xây dựng sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ dạy học số nước Thế giới 18 1.4 Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 19 CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHÓNG XẠ TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH 20 2.1 Năng lực thực nghiệm 20 2.1.1 Định nghĩa lực thực nghiệm 20 2.1.2 Cấu trúc lực thực nghiệm 20 2.1.3 Các mức độ số hành vi lực thực nghiệm 24 2.2 Thực trạng dạy học số kiến thức phóng xạ trường THPT quan niệm phóng xạ HS, SV Việt Nam 25 2.2.1 Phương pháp dạy học thực trạng thiết bị thí nghiệm để dạy học số kiến thức phóng xạ trường THPT Việt Nam 25 2.2.2 Quan niệm sai phóng xạ HS, SV Việt Nam 27 2.3 Xây dựng sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập dạy học vật lí 29 2.3.1 Vai trị cần thiết thí nghiệm 29 2.3.2 Chức hiệu giáo dục TBTN thực tập DH vật lí 30 2.3.3 Các yêu cầu thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí 31 2.3.4 Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí 32 2.3.5 Quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí 33 2.3.6 Các kiểu hướng dẫn HS trình xây dựng sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập 34 2.4 Xây dựng sử dụng TBTN thực tập tiến trình dạy học GQVĐ 35 2.4.1 Tiến trình xây dựng kiến thức vật lí theo tiến trình GQVĐ 35 v 2.4.2 Tiến trình nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật vật lí theo triến trình GQVĐ 38 2.5 Các biện pháp bồi dưỡng lực thực nghiệm HS dạy học vật lí 39 KẾT LUẬN CHƯƠNG 41 CHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ 42 3.1 Phân tích mục tiêu dạy học kiến thức về phóng xạ, vật lí lớp 12 42 3.2 Nội dung kiến thức về phóng xạ thí nghiệm về phóng xạ cần tiến hành dạy học chương trình vật lí lớp 12 43 3.2.1 Nội dung kiến thức phóng xạ 43 3.2.2 Đặc điểm kiến thức phóng xạ thí nghiệm phóng xạ cần tiến hành 45 3.3 Xây dựng thiết bị thí nghiệm về phóng xạ 45 3.3.1 Sự cần thiết phải xây dựng TBTN phóng xạ 45 3.3.2 Nguồn phóng xạ mức độ an tồn 46 3.3.3 Buồng sương sử dụng đá khô 48 3.3.4 Buồng sương sử dụng chip Peltier 51 3.3.5 TBTN phát tia phóng xạ alpha, beta nhờ tia lửa điện 54 3.3.6 Đầu dị sử dụng ống đếm khí Geiger- Müller 58 3.3.7 Hệ đầu dò điều khiển tự động từ xa qua Wifi 72 KẾT LUẬN CHƯƠNG 74 CHƯƠNG THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH LỚP 12 75 4.1 Mục tiêu bồi dưỡng năng lực thự nghiệm HS qua tiến trình dạy học phóng xạ 75 4.2 Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ” 78 4.2.1 Tiến trình xây dựng kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ” 78 vi 4.2.2 Tiến trình dạy học cụ thể kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ” 82 4.3 Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức “Định luật phóng xạ” 91 4.3.1 Tiến trình xây dựng kiến thức “Định luật phóng xạ” 91 4.3.2 Tiến trình dạy học cụ thể kiến thức “Định luật phóng xạ” 94 4.4 Soạn thảo tiến trình dạy học ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát khuyết tật vật liệu” 98 4.4.1 Tiến trình nghiên cứu ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát khuyết tật vật liệu” 99 4.4.2 Tiến trình dạy học cụ thể ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát khuyết tật vật liệu” 102 KẾT LUẬN CHƯƠNG 105 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 107 5.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 107 5.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 107 5.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 107 5.2 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 107 5.2.1 Chọn đối tượng, địa bàn thực nghiệm sư phạm 107 5.2.2 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 109 5.2.3 Phương pháp thu thập xử lí số liệu thực nghiệm 111 5.3 Đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 111 5.3.1 Phân tích định tính 111 5.3.2 Đánh giá định lượng 130 5.3.3 Đánh giá tính khả thi thiết bị thí nghiệm phóng xạ 135 KẾT LUẬN CHƯƠNG 136 KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT 137 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO 140 PHỤ LỤC 1.PL vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ viết đầy đủ DH Dạy học GQVĐ Giải vấn đề GV Giáo viên HS Học sinh SV Sinh viên NL Năng lực ThN Thực nghiệm NLThN Năng lực thực nghiệm CSHV Chỉ số hành vi 10 TN Thí nghiệm 11 TBTN Thiết bị thí nghiệm 12 Tp.HCM Thành phố Hồ Chí Minh 13 ThNSP Thực nghiệm sư phạm 14 THPT Trung học phổ thông 15 ƯDKT Ứng dụng kĩ thuật 16 HN Hạt nhân 17 PX Phóng xạ 18 HĐ Hoạt động 19 SGK Sách giáo khoa 20 TBKT Thiết bị kĩ thuật 21 NTHĐ Nguyên tắc hoạt động 22 G-M Geiger- Müller 23 GDPT Giáo dục phổ thông Thứ tự viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Cấu trúc lực thực nghiệm 21 Bảng 3.1 Các yêu cầu cần đạt nội dung kiến thức phần Vật lí HN phóng xạ 42 Bảng 3.2 Phân loại đặc điểm loại tia PX 44 Bảng 3.3 Các thiết bị cần thiết để chế tạo đầu dò sử dụng ống đếm G-M .59 Bảng 4.1 Bồi dưỡng NLThN qua việc dạy học nội dung kiến thức phóng xạ 75 Bảng 5.1 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm .109 ix DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc khung lực [9], [12] Hình 1.2 Qui trình dạy học TN mở để bồi dưỡng NLThN [35] 14 Hình 1.3 Nguồn PX alpha-beta, gamma [43] có hoạt độ thấp .17 Hình 1.4 Đá tự nhiên có PX alpha-beta (Uranium Ore), bán trang thương mại điện tử eBay, Amazon 17 Hình 2.1 Các thành tố NLThN .20 Hình 2.2 Kết khảo sát HS phương tiện hình thức dạy học kiến thức PX trường THPT mà GV sử dụng 26 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn suy giảm số hạt nhân PX 43 Hình 3.2 Bộ nguồn PX gamma Phịng thí nghiệm Hạt nhân, trường Đại học Sư phạm Tp.HCM 47 Hình 3.3 Nguyên lý tạo thành vệt sương tia PX α, β buồng sương 48 Hình 3.4 Hình vẽ buồng sương (a) hình vẽ mặt cắt dọc thiết kế buồng sương sử dụng đá khô (b) 49 Hình 3.5 Buồng sương hồn chỉnh vệt tia PX buồng sương 50 Hình 3.6 Sị nóng lạnh – chip Peltier 51 Hình 3.7 Sơ đồ/ (hình vẽ mặt cắt dọc) buồng sương sử dụng chip Peltier 51 Hình 3.8 Một số bước gia công, chế tạo buồng sương sử dụng chip Peltier 52 Hình 3.9 Thí nghiệm với buồng sương sử dụng chip Peltier .53 Hình 3.10 Bố trí TN để kiểm nghiệm tính đâm xuyên tia  54 Hình 3.11 Hiệu ứng thác lũ điện tử 55 Hình 3.12 TBTN cao áp đánh lửa hồn chỉnh 55 Hình 3.13 Sơ đồ kết nối phận cao áp đánh lửa 56 Hình 3.14 Thí nghiệm kiểm nghiệm tính đâm xuyên hạt  57 Hình 3.15 Sơ đồ cấu tạo ống đếm G-M 58 Hình 3.16 Các phận đầu dị sử dụng ống đếm G-M 59 Hình 3.17 Sơ đồ kết nối đầu dị sử dụng ống đếm G-M .61 x Hình 3.18 Mặt trước mặt sau đầu dị sử dụng ống đếm G-M 62 Hình 3.19 Bố trí TN kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên PX 63 Hình 3.20 Đồ thị số lượng xung mà ống đếm G-M ghi nhận khoảng thời gian dt có khác biệt 63 Hình 3.21 Các vật liệu (chì, nhơm, nhựa) mỏng 64 Hình 3.22 Sơ đồ bố trí tiến hành TN kiểm nghiệm khả đâm xuyên tia β 64 Hình 3.23 Bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm khả đâm xuyên tia γ 66 Hình 3.24 Đồ thị suy giảm cường độ PX theo bề dày vật liệu che chắn (vật liệu chì) 67 Hình 3.25 Đồ thị suy giảm cường độ PX theo bề dày vật liệu che chắn 67 Hình 3.26 Đồ thị hoạt độ PX H suy giảm theo thời gian nguồn Tc-99m 69 Hình 3.27 Các sắt có khuyết tật bên trong, ống có tắc nghẽn bên .71 Hình 3.28 Bố trí TN sử dụng tia γ phát khuyết tật vật liệu 71 Hình 3.29 Hệ thống đầu dị điều khiển từ xa sử dụng ống đếm G-M 73 Hình 4.1 Tấm phim ghi lại hình ảnh đồng bị tia PX Uranium chiếu vào; từ trái sang phải nhà vật lí Henri Becquerel, Marie Curie, Pierre Curie .81 Hình 4.2 Thiết kế minh hoạ NTHĐ TBKT phát vị trí khuyết tật bên vật liệu 100 Hình 4.3 Hình ảnh khuyết tật bên vật liệu đúc hình ảnh báo có đề cập đến ống dầu bị tắc nghẽn phải tháo để tìm vị trí tắc nghẽn .101 Hình 5.1 Các buồng sương gia cơng lắp ráp theo thiết kế khơng xác nên khơng quan sát vệt tia PX .113 Hình 5.2 HS gia cơng, lắp ráp theo thiết kế chỉnh sửa chế tạo thành công buồng sương 114 Hình 5.3 HS tiến hành TN, chiếu đèn quan sát vệt tia PX buồng sương 115 Hình 5.4 HS tìm hiểu dùng thước kẹp để đo bề dày vật liệu 118 xi Hình 5.5 HS đặt đầu dị nguồn PX giấy có ly để xác định cố định khoảng cách nguồn PX đầu dị 119 Hình 5.6 Các thao tác thay đổi bề dày vật liệu che chắn tia PX γ cách thêm vật liệu vào .119 Hình 5.7 HS vẽ đồ thị suy giảm số đếm theo bề dày vật liệu giấy .121 Hình 5.8 HS làm theo hướng dẫn GV để vẽ đồ thị khớp hàm để tìm định luật PX 125 Hình 5.9 HS dùng sách/ sắt khác để làm vật kê, cho tia PX γ truyền qua ống nhựa/ sắt tới đầu dị 128 Hình 5.10 HS phân vùng đánh dấu vị trí có khuyết tật sắt, vị trí tắc nghẽn ống 129 20.PL , EN-, EN + mạch TB6560 Mã cho kết nối trang web giám sát bao gồm tệp sau: https://ducla1988.blogspot.com/2020/09/codes-for-system-of-remotecontrolled.html b) Website điều khiển hệ thống Khi nhập khoảng cách khoảng thời gian đo vào bảng điều khiển website, thơng tin mã hóa chuyển từ website xuống mạch Arduino thông qua mạch thu phát wifi, mạch Arduino nhận thông tin điều khiển động bước để di chuyển nguồn phóng xạ, đồng thời kết hợp với cảm biến khoảng cách khoảng cách mong muốn Sau đo khoảng cách xong, mạch nhận tín hiệu từ ống đếm G-M để đếm số tia Tổng số đếm theo thời gian truyền đến website hiển thị đồng Để điểu khiển hệ thống thiết kế website có đường link: 192.168.1.109 Chỉ cần cho điện thoại máy tính kết nối wifi hệ thống sau truy cập vào đường link trên trình duyệt web xuất giao diện hình bên Với website chúng tơi điểu khiền thời gian đo, tùy chọn khoảng cách từ nguồn phóng xạ đến đầu dị ghi nhận kết đo Giao diện Website điều khiển hệ thống c) Các thao tác trên website để điểu khiển hệ thống, tiến hành thí nghiệm • Nút nhấn thoát trang đo “Log out”, trang web cho phép người điều khiển 21.PL thời điểm, tự động liên kết để xem trang đăng xuất Sau đó, người dùng khác đăng nhập để tiến hành đo • Nhập thời gian đo khoảng cách sau nhấp nút “Submit”, hệ thống tiến hành đo đạc khoảng cách cài đặt thời gian đo • Sau thiết lập xong, hệ thống truyền lệnh để ống đếm bắt đầu đếm, thời gian số xung đếm bảng Sau đo hết thời gian, hệ thống tự động dừng hiển thị kết cuối bảng 22.PL Phụ lục 5: Mục tiêu bồi dưỡng Rubric đánh giá NLThN HS trình chế tạo thực TN với buồng sương sử dụng đá khô để kiểm nghiệm số tính chất tia PX α, β Sơ đồ tiến trình DH GQVĐ: “Hiện tượng phóng xạ - Các loại tia phóng xạ - Kiểm nghiệm số đặc điểm tia phóng xạ α” nhằm bồi dưỡng NLThN HS 23.PL Chỉ số hành vi Mức NLThN1.1 Nêu lại mục đích TN NLThN2.2 Nêu lại số TBTN PX Nêu lại chức buồng NLThN2.3 sương quan sát vết tia PX α, β Nêu lại số phận NLThN2.4 buồng sương theo thiết kế GV cung cấp Chuẩn bị NLThN2.5 số vật liệu chưa phù hợp Lặp lại NLThN2.6 thao tác gia công, NLThN2.7 lắp ráp phận buồng sương Cho buồng sương hoạt động điều NLThN2.8 chỉnh lỗi nhờ hướng dẫn GV Tiêu chí chất lượng Mức Mức Xác định đầy đủ xác mục đích TN là: Kiểm Nêu xác nghiệm tính chất ion hóa, số mục đích TN qng đường khả đâm xuyên tia PX α, β Tìm hiểu nêu Xác định đầy đủ TBTN phù hợp xác TBTN cần thiết phù với TN chưa lí hợp cho TN như: buồng sương, giải lại chọn đầu dị dụng cụ Tìm hiểu chức Tìm hiểu chức năng buồng buồng sương quan sát vết sương chưa tia PX α, β; nguyên tắc giải thích hoạt động dựa tượng nguyên tắc hoạt động ion hóa Vẽ phác sơ đồ TBTN chưa đầy đủ phận, Vẽ xác sơ đồ chưa giải thích TBTN có bố trí phận, cách bố trí giải thích cách bố trí phận, tác dụng phận sơ đồ phận sơ đồ Chuẩn bị số Chuẩn bị vật liệu nguyên vật liệu phù cần thiết như: Hộp thuỷ tinh, hợp chưa đầy mút xốp, bao ni lông đen, keo đủ dán, cồn… Gia công, lắp ráp đầy Gia công, lắp ráp đủ dụng cụ TN dán chưa mút xốp xung quanh thành hộp, thục, cịn dán nilơng đen đáy, dùng số sai sót, chưa đầy màng bọc thực phẩm làm nắp đủ đậy… sơ đồ thiết kế Cho buồng sương Cho buồng sương hoạt động, hoạt động, xác định xác định lỗi mắc phải khắc phục hoàn toàn, lỗi gặp phải đưa phương án cải tiến buồng sương khơng buồng sương đậy kín, đáy 24.PL buồng sương chưa đủ tương phản… chưa đầy đủ chưa khắc phục hồn tồn Nêu cách bố trí Trình bày lại tiến hành TN NLThN2.9 cách bố trí tiến chưa rõ ràng, hành TN hồn thiện Tiến hành thành Tiến hành cơng TN thao NLThN3.1 TN hướng tác lúng túng, NLThN3.2 dẫn GV tượng chưa rõ để quan sát Trình bày lại Nêu số kết NLThN4.3 kết luận luận xác TN chưa đầy đủ Nêu ý kiến Đề xuất ý cải tiến theo NLThN4.4 kiến cải tiến hợp lý hướng dẫn chưa đầy đủ GV Nêu bước bố trí, tiến hành TN: + Cho buồng sương hoạt động để quan sát vệt tia phóng xạ + Đặt tờ giấy giá đỡ vào buồng sương để quan sát khả đâm xuyên tia PX Tiến hành TN theo thiết kế: chế tạo giá đỡ, đặt tờ giấy/bìa vào buồng sương để kiểm tra tính đâm xuyên tia α Rút kết luận xác đầy đủ dựa kết TN: Tia PX α ( β) có khả ion hố, vài cm mơi trường có khả đâm xuyên kém Đề xuất lí giải phương án cải tiến TN: + Sử dụng hộp có kích cỡ, có nắp đậy phù hợp + Sử dụng sị nóng lạnh làm buồng sương để khắc phục nhược điểm đá khô Rubric đánh giá NLThN HS trình chế tạo thực TN với buồng sương sử dụng đá khô để kiểm nghiệm số tính chất tia PX α, β 25.PL Phụ lục 6: Mục tiêu bồi dưỡng Rubric đánh giá NLThN HS trình thực TN kiểm nghiệm tính chất đâm xuyên tia gamma Sơ đồ tiến trình DH GQVĐ: “Kiểm nghiệm khả đâm xuyên tia ” nhằm bồi dưỡng NLThN HS 26.PL Tiêu chí chất lượng Mức Mức Mức Xác định xác, đầy đủ mục đích TN là: Nêu mục đích Nêu lại + Kiểm nghiệm khả đâm NLThN1.1 TN chưa đầy mục đích TN xuyên tia γ đủ + Tìm vật liệu ngăn cản tia γ tốt Chỉ số hành vi Nêu TBTN dụng cụ NLThN2.2 khác hướng dẫn GV Xác định TBTN dụng cụ phù hợp với TN chưa đầy đủ (sai tên TBTN, thiếu giá đỡ…) Xác định xác đầy đủ TBTN dụng cụ cần thiết cho TN như: + đầu dò, ống đếm… + nguồn PX γ + vật liệu che chắn chì, nhơm, nhựa, giấy + giá đỡ Vẽ phác sơ đồ Vẽ xác đầy đủ thông Vẽ phác lại TN chưa đủ tin sơ đồ TN có bố trí dụng sơ đồ TN thơng tin sơ đồ cụ TN Trình bày, phân tích đầy đủ bước TN: Mơ tả + Đặt nguồn PX đối diện với chưa đầy đủ bước ống đếm Trình bày lại dự tiến hành TN (thiếu + Đặt vật liệu vào NLThN2.5 kiến bước tiến việc thay đổi bề dày nguồn PX đầu dò; ghi số hành TN vật liệu đếm theo bề dày thay đổi loại vật + Thay đổi loại vật liệu liệu để so sánh ) khác nhau, ghi số đếm theo bề dày vật liệu khác Xác định đầy đủ có lí giải cho việc: + Đo/ thu thập số đếm tia PX Xác định phát tới đầu dị khơng có liệu cần thu thập, Nêu lại vật liệu chắn chưa đầy đủ, NLThN2.6 liệu TN + Đo/ thu thập số đếm tia PX chưa lí giải cần thu thập phát tới đầu dị có vật phải thu thập liệu chắn với bề dày khác số liệu + Đo/ thu thập số đếm tia PX phát tới đầu dò theo loại vật liệu khác NLThN2.4 27.PL Bố trí TN chưa Bố trí TBTN thục, cịn mắc sai sót: dụng cụ nguồn chưa đặt NLThN3.1 hướng dẫn đối diện với đầu dò, GV khoảng cách nguồn đầu dò xa Tiến hành TN chưa Tiến hành thục, thao tác cho TN hướng NLThN3.2 vật liệu vào dẫn giai đoạn làm xê dịch khoảng GV cách nguồn đầu dò Xác định lỗi gặp phải chỉnh NLThN3.3 sửa theo hướng dẫn GV Phát số lỗi đề xuất phương án sửa chữa chưa đầy đủ Hiểu thu thập loại liệu Thu thập chưa đầy đủ, NLThN3.4 liệu theo bảng mà thiếu mà GV cung cấp số liệu cần thiết Bố trí thục, xác TN: + Đặt nguồn PX đầu dò vào giá đỡ, cho nguồn đầu dò gần nhau, đối diện đường thẳng song song với mặt bàn + Đặt vật liệu che chắn vào nguồn PX đầu dò Tiến hành TN thục xác theo bước: Đo số đếm phông PX môi trường N0 Đặt nguồn cách ống đếm khoảng cách vài cm, ghi lại số đếm N1 Cố định vị trí nguồn ống đếm, đặt vật liệu vào tiến hành đo Ghi lại số đếm N2, N3, N4…tương ứng với bề dày Thay đổi loại vật liệu che chắn, tiếp tục làm TN nhiều lần để thu thập đủ số liệu cần thiết Phát khắc phục lỗi mắc phải: + Làm xê dịch, thay đổi vị trí đầu dị nguồn PX + Các vật liệu không đặt sát nhau, nguồn PX đầu dị khơng đặt trục thẳng giá đỡ + Khi tăng bề dày vật liệu che chắn mà số đếm lại tăng thêm phải tiến hành đo lại phép đo Thu thập đầy đủ liệu: + số đếm phông PX môi trường N0 + số đếm nguồn PX khơng có vật liệu che chắn + số đếm nguồn thay đổi theo bề dày vật liệu loại vật liệu 28.PL NLThN4.1 Xử lý liệu theo hướng dẫn GV Vẽ đồ thị NLThN4.2 theo hướng dẫn GV NLThN4.3 Xử lí liệu chưa biết loại bỏ số liệu bất thường Vẽ đồ thị chưa hoàn thiện (thiếu tên đồ thị, đơn vị ) Nêu vài kết Nêu lại luận xác kết luận TN chưa đầy đủ Nêu Nêu lại phương án cải tiến NLThN4.4 phương án cải tiến hợp lí chưa TN đầy đủ, chưa lí giải phương án Xử lí liệu xác: + Loại bỏ số liệu bất thường + Tính số đếm trung bình Nhập liệu vẽ đồ thị phần mềm, đồ thị có đầy đủ thơng tin, đơn vị Trình bày xác đầy đủ kết luận: + Tia γ có khả đâm xuyên tốt, đâm xuyên qua lớp kim loại nhơm, chì, nhựa… + Khi tăng bề dày vật liệu cường độ tia γ bị suy giảm (số đếm giảm) + Chì vật liệu cản trở đâm xuyên tia γ tốt Đề xuất lí giải phương án cải tiến TN: + Sử dụng ống chuẩn trực để tạo chùm tia PX γ song song + Sử dụng giá đỡ (cả nguồn đầu dị) để giảm sai sót trình tiến hành TN Rubric đánh giá NLThN HS trình thực TN kiểm nghiệm tính chất đâm xuyên tia gamma 29.PL Phụ lục 7: Mục tiêu bồi dưỡng Rubric đánh giá NLThN HS trình thực TN kiểm nghiệm kiến thức “Định luật phóng xạ” Sơ đồ tiến trình DH GQVĐ: Kiểm nghiệm “Định luật phóng xạ” nhằm bồi dưỡng NLThN HS 30.PL Chỉ số hành vi Mức Tiêu chí chất lượng Mức Mức Xác định xác, Nêu mục đích TN rõ ràng mục đích TN: Nêu lại mục NLThN1.1 chưa rõ ràng, đủ Kiểm nghiệm định luật đích TN ý phóng xạ qua biểu thức độ PX H mẫu chất PX Nêu TBTN dụng cụ phù hợp Nêu lại TBTN với TN chưa NLThN2.2 dụng cụ TN đầy đủ, chưa xác định cần thiết nguồn PX sử dụng TN phải có chu kì bán rã ngắn Xác định đầy đủ xác TBTN dụng cụ cần thiết cho TN như: đầu dò/ ống đếm, nguồn PX, giá đỡ lí giải nguồn PX TN phải có chu kì bán rã ngắn Vẽ sơ đồ TN có bố trí dụng cụ (Nguồn PX đặt đối diện trước NLThN2.4 ống đếm cho hai nằm đường thẳng song song với mặt bàn) Dự kiến việc phải tiến hành đo nhiều thời điểm để thu thập số NLThN2.5 đếm nguồn PX/trong đơn vị thời gian dt theo thời điểm khác lí giải điều Thu thập số đếm mà đầu dò ghi khoảng thời gian dt (30s) NLThN2.6 thời điểm khác nhau, cách khoảng t (h) NLThN4.1 Tính độ PX H thời điểm theo bảng số liệu mà GV cung cấp Vẽ đồ thị Vẽ đồ thị Vẽ đồ thị phần khớp hàm để rút chưa biết cách khớp mềm Excel, phần NLThN4.2 định luật PX hàm để rút mềm khác, khớp hàm để rút theo bước định luật PX định luật PX hướng dẫn GV Trình bày kết luận: Số hạt nhân phóng xạ giảm dần theo thời gian theo NLThN4.3 quy luật hàm số mũ: N=N0.e- λt Tìm tài liệu nguồn PX Tc-99m (giá trị λ, T nguồn PX) internet NLThN4.4 để đối chiếu với kết TN Rubric đánh giá NLThN HS trình thực TN kiểm nghiệm kiến thức “Định luật phóng xạ” 31.PL Phụ lục 8: Mục tiêu bồi dưỡng Rubric đánh giá NLThN HS trình thực TN minh hoạ ƯDKT “TBKT sử dụng tia γ để phát khuyết tật bên vật liệu” Sơ đồ tiến trình DH GQVĐ minh hoạ ƯDKT “TBKT sử dụng tia γ để phát khuyết tật bên vật liệu” nhằm bồi dưỡng NLThN HS 32.PL Chỉ số hành vi NLThN1.1 Tiêu chí chất lượng Mức Mức Mức Xác định vị trí bị khuyết tật bên vật liệu, vị trí tắc nghẽn bên đường ống Nêu lí giải biện Nêu số pháp có sử dụng kiến thức biện pháp hợp lí có liên quan đến VĐ cần GQ: sử dụng kiến thức + dùng máy chụp X-quang liên quan đến VĐ cần + dùng máy dò siêu âm cần GQ chưa GQ chưa đầy + ứng dụng phóng xạ phù hợp đủ Nêu số biện pháp có sử dụng kiến thức NLThN2.1 liên quan đến VĐ Xác định lí giải đầy Nêu dụng đủ dụng cụ cần thiết cho Nêu lại cụ cần thiết cho TBKT: NLThN2.2 dụng cụ TN cần TBKT chưa + Nguồn phóng xạ  thiết cho TBKT đầy đủ lí giải + Đầu dị/ ống đếm chức + Giá đỡ + Thước đo Vẽ phác sơ đồ Vẽ phác lại sơ minh hoạ nguyên tắc đồ minh hoạ nguyên NLThN2.4 hoạt động TBKT tắc hoạt động chưa đầy đủ TBKT thơng tin hình Vẽ xác sơ đồ minh hoạ nguyên tắc hoạt động TBKT đầy đủ dụng cụ, thơng tin giải thích cách bố trí dụng cụ sơ đồ Trình bày đầy đủ xác việc đặt TBTN Trình bày dự sơ đồ thiết kế: cố định Nêu lại kiến bước tiến nguồn PX đầu dò, di NLThN2.5 bước tiến hành TN hành TN chưa chuyển vật cần đo cho đầy đủ, chưa rõ ràng đầu dị ln ghi nhận tia  phát từ nguồn PX xuyên qua vật tới đầu dò Xác định Xác định việc thu thập Nêu lại NLThN2.6 liệu cần thu thập số liệu TN cần thu thập số lượng xung từ nguồn PX  đếm tia phóng xạ 33.PL xun qua vị trí vật chưa đề cập đến việc chia/ đánh dấu vật liệu thành nhiều phần thu thập số lượng xung xuyên qua vị trí vật Bố trí dụng cụ TN NLThN3.1 chưa hồn chỉnh, cần có hướng dẫn GV xuyên qua vị trí vật liệu khoảng thời gian lí giải điều Bố trí dụng cụ chưa thục, số sai sót (khoảng cách Bố trí dụng cụ canh nguồn PX, vật chỉnh xác: nguồn PX, liệu cần đo đầu dị vị trí cần kiểm tra vật liệu xa; nguồn ống đếm nằm PX, vị trí cần kiểm đường thẳng song song tra vật liệu với mặt bàn; khoảng cách ống đếm không nằm nguồn PX, vật liệu đường thẳng đầu dò phải gần song song với mặt bàn) dẫn đến kết TN chưa tốt Tiến hành TN thục xác: + Chia/ đánh dấu sắt hộp, ống nhựa thành nhiều đoạn nhỏ bút lơng + Cố định vị trí nguồn phóng xạ đầu dị, di chuyển sắt/ ống nhựa Tiến hành TN thao tác chưa Tiến hành TN thục, sai NLThN3.2 hướng dẫn sót, q trình GV tiến hành TN làm xê cần đo dọc theo đường dịch TBTN thẳng (trục đối xứng sắt/ ống nhựa) để thay đổi vị trí chiếu tia  qua sắt/ ống nhựa 34.PL Phát Xác định lỗi số lỗi thao tác đề gặp phải chỉnh NLThN3.3 xuất phương án sửa sửa theo yêu cầu chữa chưa đầy GV đủ Phát khắc phục lỗi thao tác xuất như: nguồn không đặt đối diện đồng tâm đường đẳng trục với đầu dò, khoảng cách nguồn đầu dò, hay vật liệu cần đo bị xê dịch Lập bảng ghi Ghi lại liệu Ghi liệu xác, đầy đủ liệu: NLThN3.4 vào bảng cần thiết chưa Số đếm đầu dò ghi nhận hướng dẫn GV đầy đủ cho vị trí theo vị trí ống/vật theo vị trí NLThN4.1 NLThN4.3 Xác định vị trí khuyết tật bên vật liệu, vị trí tắc nghẽn bên đường ống dựa vào bảng số liệu Có thể xác định xác vị trí khuyết tật/ tắc nghẽn bên vật liệu/ ống nhựa nhờ ứng dụng khả đâm xuyên tia  Phát chỗ hạn chế TN minh Nêu lại hoạ, đưa NLThN4.4 phương án cải tiến phương án cải tiến TN TN giá đỡ chưa cụ thể Đề xuất phương án cải tiến TN minh hoạ như: Chế tạo hệ thống giá đỡ đầu dò, nguồn vật liệu cần đo Giá đỡ có kết cấu cho nguồn đầu dị phải đẳng trục, vị trí phải cố định khơng xê dịch q trình đo, di chuyển đồng thời nguồn PX đầu dò khơng dịch chuyển vị trí vật liệu cần đo Rubric đánh giá NLThN HS trình thực TN minh hoạ ƯDKT “TBKT sử dụng tia γ để phát khuyết tật bên vật liệu” ... thức phóng xạ theo hướng bồi dưỡng lực thực nghiệm học sinh Chương 3: Xây dựng sử dụng thiết bị thí nghiệm dạy học kiến thức phóng xạ Chương 4: Thiết kế tiến trình dạy học GQVĐ số kiến thức phóng. .. CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHĨNG XẠ TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH 20 2.1 Năng lực thực nghiệm ... VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHĨNG XẠ TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH 2.1 Năng lực thực nghiệm 2.1.1 Định nghĩa lực thực nghiệm