Xây dựng và khai thác thí nghiệm trong dạy học vật lí lớp 10 định hướng phát triển năng lực vật lí của học sinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG KHOA VẬT LÍ VÕ THỊ NGUYÊN XÂY DỰNG VÀ KHAI THÁC THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ LỚP 10 ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬT LÍ CỦA HỌC SINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, 2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG KHOA VẬT LÍ VÕ THỊ NGUYÊN XÂY DỰNG VÀ KHAI THÁC THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ LỚP 10 ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬT LÍ CỦA HỌC SINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư phạm Vật Lí Khóa học :2018-2022 Người hướng dẫn: TS Phùng Việt Hải Đà Nẵng, 2022 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô, bạn bè Khoa Vật Lý - Đại học sư phạm Đà Nẵng giúp đỡ tận tình để em hồn thành khóa luận tốt nghiệp Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Phùng Việt Hải – người hướng dẫn – cung cấp tài liệu nghiên cứu, tận tình hướng dẫn, động viên từ lúc hình thành ý tưởng đến lúc nghiên cứu xong khóa luận tốt nghiệp Do kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên nghiên cứu em không tránh khỏi sai sót q trình nghiên cứu thực Vì vậy, em mong thơng cảm, góp ý đánh giá chân thành quý thầy cô bạn bè để đề tài em có giá trị mặt lý luận thực tiễn Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng năm 2022 Sinh viên thực Võ Thị Nguyên MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Tổng quan vấn đề nghiên cứu NỘI DUNG CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ VIỆC XÂY DỰNG VÀ KHAI THÁC THÍ NGHIỆM VẬT LÍ TRONG DẠY HỌC MƠN VẬT LÍ HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬT LÍ 1.1 Năng lực vật lí học sinh 1.1.1 Khái niệm lực .9 1.1.2 Khái niệm lực vật lí .9 1.1.3 Cấu trúc lực vật lí học sinh 10 1.1.4 Biện pháp phát triển lực vật lí học sinh 14 1.2 Sử dụng thí nghiệm Vật lí hướng phát triển NL Vật lí học sinh 16 1.2.1 Khái niệm đặc điểm thí nghiệm Vật lí 16 1.2.2 Vai trị thí nghiệm dạy học Vật lí .18 1.2.3 Các chức thí nghiệm dạy học Vật lí THPT .22 1.2.4 Phân loại thí nghiệm vật lí trường phổ thông .25 1.2.5 Yêu cầu việc cải tiến, chế tạo thiết bị thí nghiệm 26 1.2.6 Các yêu cầu sử dụng thí nghiệm vật lí dạy học .27 1.2.7 Xâu dựng khai thác thí nghiệm Vật lí hướng phát triển NL Vật lí học sinh chương trình GDPT 2018 29 1.2.8 Quy trình xây dựng thí nghiệm theo hướng phát triển lực Vật lí cho học sinh 30 CHƯƠNG XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM CHỦ ĐỀ “ĐỘNG HỌC” VÀ “ĐỘNG LỰC HỌC” – CHƯƠNG TRÌNH GDPT MƠN VẬT LÍ LỚP 10 (2018) .32 2.1 Tổng quan chương trình GDPT mơn Vật lí lớp 10 (2018) 32 2.2 Các thí nghiệm cần thực chương Động học Động lực học chương trình mơn Vật lí lớp 10 (2018) 34 2.3 Xây dựng thí nghiệm cụ thể .38 2.3.1 Thí nghiệm 1: Thí nghiệm xác định độ dịch chuyển – thời gian chuyển động thẳng .38 2.3.2 Thí nghiệm 2: Thí nghiệm khảo sát vận tốc tức thời - thời gian chuyển động viên bi máng nghiêng 44 2.3.3 Thí nghiệm 3: Thí nghiệm thực hành đo gia tốc g vật rơi tự 52 2.3.4 Thí nghiệm 4: Thí nghiệm kiểm chứng/nghiên cứu lực cản khơng khí phụ thuộc vào hình dạng bề vật 61 2.3.5 Thí nghiệm 5: TN khảo sát lực ma sát trượt, TN minh họa lực ma sát lăn nhỏ ma sát trượt 68 2.3.6 Thí nghiệm 6: TN minh họa lực nâng cánh máy bay bay 80 2.3.7 Thí nghiệm 7: TN kiểm nghiệm phương trình thủy tĩnh học: Δp = ρgΔh .86 2.4 Xây dựng kế hoạch dạy có sử dụng số thí nghiệm xây dựng nhằm phát triển lực vật lí học sinh 93 CHƯƠNG KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .109 3.1 Mục đích khảo sát 109 3.2 Phương pháp khảo sát 109 3.3 Phạm vi, đối tượng thời gian khảo sát .113 3.4 Kết khảo sát đánh giá 114 KẾT LUẬN 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 PHỤ LỤC 126 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT GV Giáo viên HS Học sinh NL Năng lực NLVL Năng lực Vật lí THPT Trung học Phổ thơng TN SGK ĐG Thí nghiệm Sách giáo khoa Đánh giá DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Các số lực vật lí theo thơng tư 32/2018 CTGDPTTT 10 Bảng Bảng yêu cầu cần đạt thí nghiệm chương Động học Động lực học 34 Bảng 2 Dụng cụ vật tư thí nghiệm xác định độ dịch chuyển – thời gian chuyển động thẳng 38 Bảng Kết thí nghiệm xác định độ dịch chuyển – thời gian chuyển động thẳng 41 Bảng Bảng kết thí nghiệm xác định độ dịch chuyển – thời gian chuyển động thẳng 41 Bảng Bảng dụng cụ vật tư thí nghiệm khảo sát vận tốc tức thời - thời gian chuyển động viên bi máng nghiêng 45 Bảng Bảng số liệu khảo sát vận tốc – thời gian viên bi chuyển động thẳng nhanh dần 46 Bảng Kết thí nghiệm khảo sát vận tốc tức thời - thời gian chuyển động viên bi máng nghiêng 47 Bảng Bảng dụng cụ, vật tư thí nghiệm đo gia tốc g vật rơi tự 52 Bảng Kết thí nghiệm đo gia tốc g vật rơi tự 54 Bảng 10 Hình ảnh kết thí nghiệm đo gia tốc g vật rơi tự 55 Bảng 11 Kết thí nghiệm đo gia tốc g vật rơi tự 57 Bảng 12 Bảng dụng cụ vật tư thí nghiệm kiểm chứng/nghiên cứu lực cản khơng khí phụ thuộc vào hình dạng bề ngồi vật 61 Bảng 13 Các hình dạng vật cần khảo sát 63 Bảng 14 Kết thí nghiệm kiểm chứng/nghiên cứu lực cản khơng khí phụ thuộc vào hình dạng bề vật 64 Bảng 15 Bảng dụng cụ vật tư thí nghiệm khảo sát lực ma sát trượt, TN minh họa lực ma sát lăn nhỏ ma sát trượt 68 Bảng 16 Kết thí nghiệm so sánh lực ma sát trượt lực ma sát lăn 74 Bảng 17 Kết thí nghiệm khảo sát phụ thuộc lực ma sát trượt vào bề mặt tiếp xúc 74 Bảng 18 Kết thí nghiệm khảo sát phụ thuộc lực ma sát vào áp lực (khi diện tích tiếp xúc bề mặt tiếp xúc không đổi) 75 Bảng 19 Bảng dụng cụ vật tư thí nghiệm minh họa lực nâng cánh máy bay bay 80 Bảng 20 Kết thí nghiệm minh họa lực nâng cánh máy bay bay 83 Bảng 21 Bảng dụng cụ vật tư thí nghiệm kiểm nghiệm phương trình thủy tĩnh học: Δp = ρgΔh 86 Bảng 22 kết thí nghiệm kiểm nghiệm phương trình thủy tĩnh học: Δp = ρgΔh 89 Bảng Tiêu chí đánh giá thiết bị thí nghiệm xây dựng 110 Bảng Bảng đánh giá thiết bị thí nghiệm xây dựng 111 Bảng 3 kết trung bình khảo sát từ chuyên gia 114 DANH MỤC HÌNH Hình 1 Cấu trúc lực Vật lí 10 Hình Quy trình xây dựng thí nghiệm theo định hướng phát triển lực vật lí cho học sinh 30 Hình 1: Thước đo góc dây rọi 39 Hình 2: Xử lí video Kinemaster chuyển động thẳng 40 Hình Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian chuyển động thẳng viên bi 42 Hình 4: Thí nghiệm khảo sát vận tốc – thời gian 46 Hình Đồ thị vận tốc – thời gian chuyển động thẳng nhanh dần viên bi 48 Hình Các nặng 50g 62 Hình sơ đồ thiết kế xe gỗ miếng gỗ khảo sát 70 Hình hình ảnh xe gỗ khảo sát 71 Hình hình ảnh xe gỗ khảo sát lật ngược lại 72 Hình 10 hình ảnh xe gỗ khảo sát lật ngược lại 72 Hình 11 hình ảnh xe gỗ khảo sát lật ngược lại 72 Hình 12 hình ảnh xe gỗ khảo sát lật ngược lại thêm gia trọng 73 Hình 13 hình ảnh xe gỗ khảo sát lật ngược lại không thêm gia trọng 73 Hình Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm 117 Hình Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm 117 Hình 3 Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm 118 Hình Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm 119 Hình Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm 120 Hình Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm 121 Hình Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm 121 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vật lí ngành khoa học thực nghiệm nên thí nghiệm đóng vai trị quan trọng q trình dạy học Thí nghiệm (TN) cầu nối lý thuyết thực tiễn, tiêu chuẩn đánh giá tính chân thực giả thuyết, hỗ trợ đắc lực cho tư sáng tạo phương tiện tích cực giúp hình thành học sinh kỹ thực hành, tư kỹ thuật TN kích thích quan tâm, tạo hứng thú học tập cho học sinh Vì việc sử dụng TN trình dạy học Vật lí trường phổ thơng ngày trọng phổ biến Do tác dụng nhiều mặt TN nên việc tăng cường sử dụng phương pháp dạy học thực nghiệm nội dung quan trọng việc đổi chương trình, nội dung phương pháp dạy học Vật lý trường phổ thơng Hiện nay, việc đổi Chương trình Vật lí phổ thơng 2018 quy định nhiều u cầu TN dạy học, từ đặt nhiều vấn đề cần giải Đó là: - TN Vật lí chương trình 2018 chủ yếu TN thực theo nhóm nên cần có nhiều cho TN (khoảng bộ/lớp) - Trong chương trình Vật lí 2018 có số TN ghép nối cảm biến (TN khảo sát định luật Newton) nên khó khăn cho trường năm đầu chưa mua sắm đủ Và TN hư hỏng (sẽ có nhiều nguy cơ) gây khó khăn cho GV triển khai - Có nhiều sách giáo khoa lại có phương án TN khác - Nhiều học khai thác TN hành, cần khai thác, sử dụng theo hướng phát triển NL Vật lí học sinh - Bên cạnh TN Vật lí Bộ Giáo dục Đào tạo trang bị (nằm danh mục thiết bị thí nghiệm tối thiểu), số học giáo viên tự chế tạo từ thiết bị, nguyên liệu thân thiện, gắn kết sống hàng ngày học sinh 113 Các bước chế tạo TC5 Tiến hành thí nghiệm TC6 Kết thí nghiệm TC7 Ý tưởng sử dụng thí nghiệm dạy học để phát triển lực vật lí 3.3 Phạm vi, đối tượng thời gian khảo sát ❖ Phạm vi khảo sát: Khảo sát ý kiến chuyên gia ❖ Đối tượng khảo sát: Những người có am hiểu chun mơn sâu lĩnh vực đề tài, bao gồm: 114 - Giảng viên từ trường đại học sư phạm toàn quốc: Đại học sư phạm – Đại học Huế, Trường ĐHSP TP Hồ Chí Minh - Các giáo viên phổ thông khu vực Miền Trung – Tây Nguyên (Đà Nẵng, Quảng Nam, Kon Tum) (Danh sách chuyên gia thể qua phụ lục số 1) ❖ Thời gian khảo sát: Từ ngày 18/5-21/5/2022 3.4 Kết khảo sát đánh giá 3.4.1 Kết khảo sát Quá trình khảo sát thu phiếu đánh giá chuyên gia Kết tổng hợp cụ thể tiêu chí thể bảng 3.3 Chú thích Mức độ thể hiện: – Mức – Mức – Mức Bảng 3 kết trung bình khảo sát từ chuyên gia Đánh giá TN1 Xác định độ dịch chuyển Tiêu – thời chí gian TC1 Mục TN2 Khảo sát vận tốc tức thời thời gian chuyển động TN3 TN4 Thực Kiểm hành chứng lực đo gia cản tốc g khơng khí vật phụ thuộc rơi tự vào hình TN5 TN6 Minh TN7 Khảo sát lực ma sát trượt, TN minh họa lực nâng cánh máy bay bay Kiểm nghiệm phương trình thủy tĩnh chuyển động thẳng viên bi máng nghiêng dạng bề vật họa lực ma sát lăn nhỏ ma sát trượt 3 3 học: Δp = ρgΔh 2,71 115 tiêu thí nghi ệm TC2 3 2.85 2,85 3 3 3 2,85 3 2,85 2,85 2,85 3 3 3 2,85 3 Phươ ng án thí nghi ệm TC3 Mức độ phù hợp dụng cụ vật tư TC4 Các bước chế tạo TC5 Tiến hành thí nghi 116 ệm TC6 3 3 2,29 3 2,85 2,57 2,85 2,71 Kết thí nghi ệm TC7 Ý tưởn g sử dụng thí nghi ệm dạy học để phát triển lực vật lí 117 3.4.2 Phân tích kết khảo sát THÍ NGHIỆM 3.5 3 3 3 TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6 TC7 2.5 1.5 0.5 Điểm trung bình Hình Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm Ở thí nghiệm 1: Tất TC đánh giá mức mức cao nhất, có tính khả thi cao vận dụng vào dạy học chương trình Vật Lí 2018, phát triển lực Vật Lí cho học sinh THÍ NGHIỆM 3.05 3 3 3 2.95 2.9 2.85 2.85 2.8 2.75 TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6 Điểm trung bình Hình Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm Ở thí nghiệm 2: TC7 118 Các TC1-TC6 đạt mức 3, điều cho thấy quy trình xây dựng thí nghiệm với yêu cầu cần đạt đặt chương trình Vật Lí 2018 kết thí nghiệm đáp ứng mục tiêu đặt Riêng TC7( ý tưởng dạy học) đạt mức 2,85 cho thấy ý tưởng dạy học chưa hồn chỉnh THÍ NGHIỆM 3.05 3 3 3 TC5 TC6 TC7 2.95 2.9 2.85 2.85 2.8 2.75 TC1 TC2 TC3 TC4 Điểm trung bình Hình 3 Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm Ở thí nghiệm 3: Các TC1-TC3 TC5-TC7 đạt mức 3, điều cho thấy thí nghiệm tương đối đạt tính khả thi cao áp dụng vào chương trình Vật lí 2018 Riêng TC4( bước chế tạo) đạt mức 2,85 cho thấy bước chế tạo chưa đầy đủ chi tiết 119 THÍ NGHIỆM 3.1 3 3 3 2.85 2.9 2.8 2.7 2.57 2.6 2.5 2.4 2.3 TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6 TC7 Điểm trung bình Hình Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm Ở thí nghiệm 4: Các TC1-TC3 TC5-TC6 đạt mức 3, điều cho thấy thí nghiệm tương đối đạt tính khả thi cao áp dụng vào chương trình Vật lí 2018 TC4( bước chế tạo) đạt mức 2,85 cho thấy bước chế tạo chưa đầy đủ chi tiết TC7 ( Ý tưởng dạy học) đạt mức 2,57, điều dễ hiểu trình để học sinh chế tạo vật gây khó khăn cho học sinh u cầu vật phải có khối lượng vật liệu yêu cầu phải chắn đề tiến hành nhiều lần 120 THÍ NGHIỆM 3.5 3 2.85 2.85 2.85 2.29 2.5 1.5 0.5 TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6 TC7 Điểm trung bình Hình Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm Ở thí nghiệm 5: Các TC1 TC3 TC7 đạt mức 3, cho thấy mục tiêu đặt ý tưởng dạy học phù hợp với yêu cầu cần đạt chương trình Vật Lí 2018 TC2, TC4 TC5 đạt mức 2,85 Điều dễ hiểu thí nghiệm bao gồm nhiều thí nghiệm nhỏ, bước chế tạo bước tiến hành chưa đầy đủ chi tiết TC6 (Kết thí nghiệm) đạt mức 2,29 , điều cho thấy thí nghiệm có xáy sai số chưa đạt mục tiêu đặt 121 THÍ NGHIỆM 3.05 2.95 2.9 2.85 2.8 2.75 2.7 2.65 2.6 2.55 3 3 2.85 2.85 2.71 TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6 TC7 Điểm trung bình Hình Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm Ở thí nghiệm 6: Các TC2 TC4 - TC6 đạt mức 3, cho thấy tính phù hợp thí nghiệm bước chế tạo, tiến hành kết đạt với yêu cầu cần đạt chương trình Vật Lí 2018 TC3, TC7 đạt mức 2,85 Ta thấy ý tưởng day học xây dựng tốt, cần chi tiết để đạt mức cao TC1 đạt mức 2,71 cho thấy mục tiêu đặt tốt, xây dựng mức cao để phát triển nhiều NLVL THÍ NGHIỆM 3.1 3 3 3 2.9 2.8 2.71 2.7 2.6 2.5 TC1 TC2 TC3 TC4 TC5 TC6 Điểm trung bình Hình Số liệu khảo sát đánh giá thí nghiệm TC7 122 Ở thí nghiệm 7: Các TC1-TC6 đạt mức 3, điều cho thấy quy trình xây dựng thí nghiệm với yêu cầu cần đạt đặt chương trình Vật Lí 2018 kết thí nghiệm đáp ứng mục tiêu đặt Riêng TC7( ý tưởng dạy học) đạt mức 2,85 cho thấy ý tưởng dạy học chưa chi tiết hoạt động GV HS  Tóm lại, nhìn chung thí nghiệm xây dựng đánh giá mức cao nhiều mặt, phát triển nhiều NLVL cho HS, có tính khả thi cao vận dụng vào dạy học chương trình VL 2018 123 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu bắt tay vào thực đề tài đề tài “Xây dựng khai thác thí nghiệm dạy học Vật lí lớp 10 định hướng phát triển lực Vật lí học sinh” hoàn thành, đạt mục tiêu đề với kết cụ thể: - Trình bày sở lí luận lực vật lí việc xây dựng, sử dụng thí nghiệm dạy học vật lí hướng phát triển lực học sinh, đề xuất quy trình xây dựng thí nghiệm hướng phát triển lực học sinh gồm bước - Trên sở phân tích yêu cầu cần đạt phần Động học Động lực học – chương trình vật lí 10 (2018), định thí nghiệm cần xây dựng, khai thác; từ xây dựng thành cơng thí nghiệm theo quy trình đề xuất đáp ứng yêu cầu cần đạt chương trình Xây dựng tiến trình dạy học minh họa việc sử dụng thí nghiệm xây dựng để phát triển NL học sinh - Tiến hành khảo sát chất lượng thí nghiệm xây dựng theo phương pháp chuyên gia Kết thu cho thấy, chuyên gia đánh giá cao thí nghiệm xây dựng để sử dụng dạy học hướng phát triển NL học sinh Do khóa luận thực thời gian dịch bệnh Covid 19 nên thời gian có hạn, lực thực hành thân cịn nhiều hạn chế nên khơng khỏi thiếu sót q trình thực thí nghiệm trình bày khóa luận Các kết thu từ khóa luận nguồn tài liệu tham khảo hữu ích cho giáo viên vật lí cấp THPT việc khai thác xây dựng thí nghiệm vật lí 10 (2018) dạy học phát triển lực học sinh 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hoàng Anh , Luận án tiến sĩ giáo dục học “Xây dựng sử dụng thí nghiệm tự tạo theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh dạy học vật lý 12 nâng cao phần Cơ Học” (Năm 2015) Trần Nguyễn Nam Bình (2013) Cải tiến số thí nghiệm thực hành chương trình vật lí trung học phổ thơng, Luận án thạc sĩ giáo dục học, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2003) Phương pháp dạy học vật lý trường phổ thông, Nhà xuất Đại học Sư phạm Đỗ Hương Trà (2019), Dạy học phát triển lực mơn vật lí THPT, NXB Đại học Sư phạm Tài liệu tìm hiểu chương trình mơn vật lí (Trong chương trình Giáo dục phổ thơng 2018) Tài liệu tập huấn hướng dẫn thực chương trình Vật Lí chương trình giáo dục phổ thơng 2018 (Hà Nội, 2019) Bộ Giáo dục Đào tạo (2019), Đổi kiểm tra đánh giá theo định hướng tiếp cận lực học sinh, trang , (truy cập 14/04/2022) Bộ Giáo dục Đào tạo (2018), Chương trình Giáo dục phổ thơng mơn Vật lí, trang , (truy cập 14/04/2022) Xác định lực chung cốt lõi chun biệt mơn Vật lí cấp THPT, trang