Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học một số kiến thức cơ học và nhiệt học trung học phổ thông

Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học một số kiến thức cơ học và nhiệt học trung học phổ thông

1 Mở Đầu 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay trên phạm vi toàn thế giới cũng nh trong từng khu vực, từng quốc gia, giáo dục đang chịu sự tác động của các xu thế mới nh: toàn cầu hóa, dân chủ hóa, sự tiến bộ của khoa học và công nghệ Trong sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ thông tin, việc đổi mới nội dung, phơng pháp, hình thức và phơng tiện dạy học để chuẩn bị cho thế hệ trẻ có đủ khả năng làm chủ đợc nền khoa học công nghệ hiện đại để thực hiện thành công sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc mau chóng hội nhập đợc với các nớc trong khu vực và quốc tế là vấn đề cấp thiết. Thí nghiệm là một phơng tiện dạy học tạo trực quan sinh động, tạo niềm tin ý chí, phát triển t duy của học sinh, góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp Nhng trong thực tế việc dạy học vật lý vẫn còn tình trạng dạy chay, dạy suông. Trong đó, có lý do dụng cụ thí nghiệm ở trờng phổ thông còn thiếu, kết quả thí nghiệm thu đợc có độ chính xác cha cao. Vì vậy, việc sử dụng các phơng tiện hiện đại với sự tham gia của các phần mềm ứng dụng, các thiết bị đi kèm nh bộ cảm biến (sensor), cổng quang, máy đếm hạt không những giúp các nhà nghiên cứu thu lại kết quả cao mà còn hỗ trợ đắc lực cho các thí nghiệm đợc tiến hành một cách nhanh gọn hơn. Trong Vật lý nói chung và phần cơ - nhiệt THPT nói riêng, các khái niệm và định luật vật lý luôn đóng một vai trò rất quan trọng. Tuy nhiên, các khái niệm, định luật đó đều xây dựng trong điều kiện 2 lý tởng (không ma sát, khí lý tởng ). Với việc sử dụng các bộ thí nghiệm có sự hỗ trợ của máy vi tính và phần mềm sẽ giúp cho việc thu thập số liệu, tính toán các đại lợng trung gian và vẽ các đồ thị thực nghiệm một cách nhanh chóng, từ đó tạo điều kiện để học sinh căn cứ vào dữ liệu thực nghiệm đa ra các dự đoán, giả thiết Vì những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: "Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học một số kiến thức Cơ học và Nhiệt học trung học phổ thông". 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng và sử dụng các TN vật lý có sự hỗ trợ của máy vi tính và đề xuất tiến trình dạy học một số khái niệm, định luật vật lý phần cơ học và nhiệt học nhằm tổ chức cho HS hoạt động tự chủ xây dựng kiến thức, góp phần nâng cao chất lợng chiếm lĩnh kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS. 3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tợng nghiên cứu - Lý luận dạy học vật lý - Các thiết bị TN, MVT và các phần mềm hỗ trợ - Phơng pháp dạy học một số kiến thức phần cơ, nhiệt THPT 3.2. Phạm vi nghiên cứu Nội dung kiến thức phần cơ - nhiệt ở THPT với việc sử dụng TN có sự hỗ trợ của MVT và các phần mềm tơng thích. 4. Giả thuyết khoa học Nếu sử dụng các TN vật lý có sự hỗ trợ của máy vi tính vào dạy học theo quan điểm của lý luận dạy học hiện đại thì có thể nâng cao hiệu quả hoạt động tự chủ chiếm lĩnh kiến thức, góp phần nâng cao chất lợng học tập của HS. 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu -Nghiên cứu lý luận dạy học hiện đại về việc tổ chức hoạt động nhận thức của HS trong dạy học vật lý. -Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc sử dụng TN vật lý trong việc tổ chức hoạt động nhận thức và sử dụng MVT cùng các phần mềm hỗ trợ TN dạy học vật lý ở trờng phổ thông. -Nghiên cứu thực trạng sử dụng TN trong dạy học vật lý ở trờng phổ thông, tìm hiểu những khó khăn, nguyên nhân của nó trong việc tổ chức hoạt động nhận thức của HS trong dạy học. -Nghiên cứu nội dung phần cơ nhiệt trong chơng trình sách giáo khoa vật lý THPT. -Xây dựng các TN có sự hỗ trợ của MVT trong phần cơ - nhiệt Vật lý THPT. -Xây dựng tiến trình dạy học một số định luật cơ học và nhiệt học dựa trên các TN có sự hỗ trợ của MVT theo quan điểm lý luận dạy học hiện đại. -Thực nghiệm s phạm nhằm đánh giá tính khả thi, hiệu quả của quá trình sử dụng các TN có sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học. 6. Phơng pháp nghiên cứu - Phơng pháp nghiên cứu lý luận - Phơng pháp nghiên cứu thực tiễn - Phơng pháp thực nghiệm s phạm - Phơng pháp thống kê toán học 7. Những đóng góp mới của luận án - Về mặt lý luận: + Bổ sung cơ sở lý luận của việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ thí nghiệm vật lý theo các hình thức hỗ trợ TN thực, xây dựng TN ảo, TN mô phỏng và trực quan hóa các TN. 4 + Xây dựng các khái niệm TN ảo, TN mô phỏng và đa ra khả năng sử dụng các TN đó trong DHVL. - Về mặt thực tiễn: + Xây dựng một số TN thực ghép nối với MVT, một số TN ảo và TN mô phỏng để hỗ trợ cho việc giảng dạy phần cơ học và nhiệt học ở trờng THPT. + Thiết kế tiến trình dạy học cụ thể một số bài học phần cơ học, nhiệt học có sử dụng các TN Vật lý xây dựng đợc với sự hỗ trợ của máy vi tính trong việc tổ chức hoạt động nhận thức của HS theo tiến trình đó. 8. Cấu trúc của luận án Luận án gồm 128 trang, trong đó có , trong đó có 61 hình vẽ, sơ đồ, biểu bảng và biểu đồ. Chơng I: Cơ sở lý luận của việc sử dụng MVT hỗ trợ TN vật lý (25 trang) Chơng II: Xây dựng TN có sự hỗ trợ của MVT và thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức trong phần cơ học vật lý THPT (71 trang) Chơng III: Thực nghiệm s phạm (22 trang) Phần kết luận: (02 trang) Luận án có sử dụng 89 tài liệu tham khảo, trong đó 64 bằng tiếng Việt, 8 bằng tiếng Anh hoặc bằng tiếng Đức và một số địa chỉ Website trên mạng Internet. Phần phụ lục của luận án có 22 trang. 5 CHƯƠNG I CƠ Sở Lý Luận Của Việc sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong Dạy học 1.1. Tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học vật lý Để quá trình đổi mới phơng pháp dạy và học đạt hiệu quả cao, các nhà giáo dục phải trên cơ sở nghiên cứu tâm lý học để từ đó xây dựng tiến trình dạy học phù hợp. Việc học tập của học sinh có bản chất hoạt động, thông qua hoạt động của bản thân mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành và phát triển năng lực trí tuệ cũng nh quan điểm, đạo đức, thái độ. Vì vậy, trong quá trình dạy học, giáo viên cần tổ chức, kiểm tra, định hớng hoạt động học tập của HS theo một chiến lợc hợp lý sao cho học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức. *Cơ sở khoa học của việc tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lý Việc xây dựng tri thức khoa học không phải là công việc chỉ của riêng một nhà khoa học mà là một quá trình mang tính xã hội. Nhận thức của mỗi cá nhân, thành viên xã hội, tiến triển trong sự tơng tác xã hội và xung đột xã hội - nhận thức. Kết quả nghiên cứu của mỗi cá nhân nhà khoa học có sự hỗ trợ của ngời khác. Kết quả đó đợc thông báo và trải qua sự tranh luận phản bác, bảo vệ trong cộng đồng các nhà khoa học. Nhờ đó kết quả nghiên cứu đợc chỉnh lý, bổ sung, hoàn thiện và đợc cộng đồng khoa học chấp nhận. Nh vậy, trong quá trình DH vật lý ở trờng phổ thông, GV cần phải biết vận dụng các quan điểm của lý luận DH hiện đại theo chiến lợc dạy học giải quyết vấn đề để vận dụng vào DH và nghiên cứu bộ môn vật lý. 6 * Vai trò của thí nghiệm trong việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS Theo Từ điển tiếng Việt, TN là gây ra một hiện tợng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu, kiểm tra hay chứng minh''. Trong vật lý học, TN là phơng pháp, là cách thức mà bằng cách nào đó con ngời tác động một cách có ý thức, hệ thống lên các sự vật, các hiện tợng xảy ra trong những điều kiện nhất định. Sự phân tích về mặt lý thuyết các điều kiện và quá trình xảy ra trong đó đóng vai trò hết sức quan trọng. Sự tác động đó có thể là trực tiếp hay gián tiếp thông qua các thiết bị máy móc gọi là công cụ TN. Theo các quan điểm của lý luận dạy học, TNVL có vai trò rất quan trọng. Trong QTDH Vật lý, ở giai đoạn định hớng mục tiêu nghiên cứu thì việc sử dụng TN để đề xuất vấn đề nghiên cứu, làm cho tiến trình giảng dạy trở nên đơn giản để HS tiếp cận mục tiêu nghiên cứu. Đặc biệt, việc sử dụng TN để tạo tình huống có vấn đề rất quan trọng đối với HS vì kết quả TN làm nảy sinh mâu thuẫn giữa kiến thức mới với các quan niệm sẵn có của HS một cách nhanh nhất và hiệu quả nhất. Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, TNVL cung cấp các số liệu thực nghiệm và đó là cơ sở vững chắc nhất để khái quát hóa, quy nạp, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả logic để hình thành kiến thức mới. Trong giai đoạn củng cố kiến thức, kỹ năng của HS; TNVL có vai trò không những kiểm tra kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo mà còn đánh giá đợc khả năng tự lực, sáng tạo của HS trong quá trình TN. 7 Theo quan điểm của lý luận nhận thức, TN là phơng tiện của việc thu nhận tri thức, là phơng tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức, và là phơng tiện để vận dụng tri thức thu đợc vào thực tiễn. TNVL là phơng tiện cho phép tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau nhằm bồi dỡng cho HS thói quen hợp tác trong lao động, trong nghiên cứu khoa học và trung thực khi nhận thức một sự vật hiện tợng. Hiện tợng Vật lý xảy ra trong tự nhiên chằng chịt, đan xen nhau giữa các quá trình. Do đó, để nghiên cứu một hiện tợng, một quá trình nào đó. Phơng tiện có thể phản ánh đúng bản chất của sự vật hiện tợng một cách chính xác, trung thực và đơn giản là các TNVL vì chúng diễn tả các hiện tợng một cách đơn giản và kiểm soát đợc các quá trình, giúp cho HS có các thông tin chân thật về hiện tợng Vật lý. TN là phơng tiện đơn giản hóa các hiện tợng quá trình vật lý làm bộc lộ những nét đặc trng của sự vật, hiện tợng nghiên cứu, đặc biệt đối với những đối tợng không tri giác trực tiếp bằng các giác quan của con ngời tạo trực quan sinh động hỗ trợ cho cho quá trình t duy trừu tợng của HS. 1.2. Sử dụng MVT hỗ trợ thí nghiệm vật lý Tùy thuộc vào mục tiêu, nội dung dạy học cụ thể, phơng pháp và hình thức tổ chức dạy học của giáo viên mà MVT có thể đợc sử dụng để hỗ trợ các TNVL theo 4 hình thức sau: Hỗ trợ thí nghiệm thực, xây dựng thí nghiệm ảo, xây dựng thí nghiệm mô phỏng và hỗ trợ trực quan hóa thí nghiệm. Luận án đã tiến hành phân tích các thuật ngữ mô phỏng, thuật ngữ ảo và từ đó xây dựng nên các khái niệm TN mô phỏng và TN ảo. 8 TN mô phỏng là kết quả của một mô hình TNVL khi đối tợng đợc hoạt hình hóa. Và khi tiến hành làm việc với TN này, học sinh sẽ dễ dàng nhận ra bản chất của vấn đề cần nghiên cứu vì những mặt không chủ yếu của hiện tợng đợc gạt bỏ. Ví dụ: Khi nghiên cứu cơ chế quang phổ vạch của nguyên tử Hyđrô TN mô phỏng quang phổ vạch của nguyên tử Hyđrô Với TN mô phỏng này, HS có thể quan sát quan sát mô hình cấu tạo nguyên tử Hyđrô. HS có thể kích vào số thứ tự của quỹ đạo bằng cách nhấn chuột vào các số thứ tự của Orbit. Mỗi lần muốn nhảy lên một quỹ đạo bất kỳ cao hơn, electron sẽ nhận thêm 1 foton ứng với mức năng lợng nhất định và khi trở về quỹ đạo thấp hơn sẽ phát ra một vạch quang phổ. HS có thể thao tác rất nhiều lần để nhận đợc kết quả khác nhau. Từ đó, khái quát hiện tợng để rút ra kết luận cần thiết. Thí nghiệm ảo là thí nghiệm vật lý tồn tại thực trong môi trờng ảo do máy vi tính tạo ra. Ví dụ nh TN về cặp nhiệt điện: Muốn thay đối các loại cặp nhiệt điện, HS chỉ cần click chuột vào mục "Chọn số liệu". Khi cần đốt đèn cồn, HS click chuột vào mục "Châm lửa", muốn tắt đèn cồn, click vào mục "Tắt lửa" HS quan sát và có thể ghi lại số 9 liệu quan sát đợc trên thí nghiệm lên giấy các giá trị nh nhiệt độ, hiệu điện thế TN ảo nghiên cứu về cặp nhiệt điện Về phơng diện nào đó, có thể đồng nhất hai khái niệm thí nghiệm mô phỏng với thí nghiệm ảo là một, bởi chúng đều là sản phẩm của các phần mềm trên MVT và cùng chung mục đích là mô phỏng các thí nghiệm thực xảy ra trong thế giới tự nhiên. Suy cho cùng, các đối tợng hay hệ thống đối tợng đó đều mô phỏng các đối tợng thực trong thế giới tự nhiên. Tuy nhiên, hình thức mô phỏng hoàn toàn khác nhau. Các đối tợng trong thí nghiệm mô phỏng chỉ là ký hiệu, mô hình khác xa với đối tợng thực. Các đối tợng đó chỉ tạo ra đợc một "vi thế giới" chứ cha đủ sức để tạo ra một thế giới ảo. Ngợc lại, các đối tợng, các thiết bị, các dụng cụ đợc sử dụng trong thí nghiệm ảo rất giống hoặc gần giống với các đối tợng dụng cụ trong thực tế. Chính vì vậy, sự phân biệt hai khái niệm: thí nghiệm mô phỏng, thí nghiệm ảo vẫn là cần thiết trong dạy học. Thí nghiệm ảo rất cần cho học sinh tiểu học và trung học cơ sở khi mà trình độ t duy của HS cha thật cao. TN ảo và TN mô phỏng về nguyên tắc không thể thay thế đợc TN thực trong quá trình dạy học. Tuy nhiên đây là một trong các giải 10 pháp ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học vật lý rất hiệu quả đợc nhiều nớc đang sử dụng. Trớc hết, TN ảo và TN mô phỏng giúp GV và HS tiến hành các thí nghiệm một cách chủ động và rất tiện lợi trong quá trình tự học của HS vì không phải vào phòng thí nghiệm. Các TN đó có thể thực hiện ngay trên lớp học, trong giờ ngoại khóa hoặc ở th viện, ở nhà Để thực hiện TN, GV và HS không mất nhiều thời gian chuẩn bị nh khi thực hiện các TN thực ở phòng thí nghiệm. Tất cả các TN đều bảo đảm thành công ngay. Tính thân thiện của các TN ảo và TN mô phỏng đợc thiết kế ngày càng phù hợp với ngời sử dụng. Việc sử dụng TN ảo và TN mô phỏng tỏ ra rất có hiệu quả trong các điều kiện thiếu trang thiết bị thí nghiệm; các thiết bị thí nghiệm đắt tiền, dễ hỏng, các thiết bị nguy hiểm nh cháy nổ, điện cao thế, phóng xạ ; các thí nghiệm mà thời gian quan sát quá dài hoặc quá ngắn; các thí nghiệm mà rất khó thực hiện thành công Đối với GV, TN ảo và TN mô phỏng có thể đợc sử dụng trong các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học. Trong đó, TN mô phỏng có tác dụng tạo ra các tình huống có vấn đề. Đối với HS, TN mô phỏng tạo đợc hứng thú trong quá trình học tập. Qua TN, HS đợc quan sát đợc các hiện tợng vật lý thỏa mãn nhu cầu tìm hiểu của họ. TN mô phỏng, TN ảo góp phần giúp HS phát triển t duy sáng tạo. Một số TN ảo giúp HS có thể tự lắp ráp theo ý tởng của mình, đề ra các phơng án khác nhau hoặc tiến hành nhiều lần với cùng một TN. Từ đó HS có thể rút ra đợc những kết quả cần thiết, hoàn thiện t duy, điều chỉnh đợc các quan niệm sai lệch của họ. Ngoài chức năng hỗ trợ để tạo ra các TN ảo, TN mô phỏng và tiến hành hỗ trợ TN thực, MVT còn đợc sử dụng để trực quan hóa các 11 TN vật lý. Đối với các TN không thể quan sát đợc trong thực tế, hoặc các TN nhỏ khó quan sát, MVT có thể kết hợp với các phơng tiện khác nh camera, máy chiếu đa chức năng (projector)để từ đó làm cho HS quan sát các đối tợng TN một cách rõ ràng hơn. 1.3. Kết luận chơng I Trong chơng 1, xuất phát từ một số quan điểm của lý luận dạy học trong việc tổ chức hoạt động nhận thức của HS, chúng tôi nghiên cứu việc tổ chức hoạt động nhận thức của HS thông qua việc tạo tình huống học tập và tổ chức hoạt động giải quyết vấn đề nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS. Trong DH giải quyết vấn đề đòi hỏi phải có sự tham gia của các phơng tiện dạy học phù hợp, đặc biệt là các TN vật lý. Vì vai trò của TN trong dạy học vật lý là rất quan trọng. Tuy nhiên, một số hiện tợng vật lý diễn ra quá nhanh hoặc quá chậm, hoặc diễn ra trong các điều kiện lý tởng thì các dụng cụ TN bình thờng khó thực hiện thành công. Trong những trờng hợp nh thế, cần có sự hỗ trợ của MVT. TNVL có thể đợc sử dụng ở mọi giai đoạn khác nhau của quá trình DH giải quyết vấn đề, từ đề xuất vấn đề nghiên cứu, tham gia quá trình hớng dẫn HS giải quyết vấn đề hình thành tri thức mới, hệ thống hóa kiến thức, kiểm tra đánh giá kiến thức của HS. MVT có thể hỗ trợ TN thực trong việc thu thập, xử lý, lu trữ và trình bày kết quả TN. Các TN nh vậy, tạo điều kiện tốt hơn cho GV trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong giờ lên lớp. Nhờ các phần mềm dạy học chuyên dụng mà MVT có thể tạo ra các thí nghiệm ảo hoặc thí nghiệm mô phỏng. Việc sử dụng TN mô phỏng, TN ảo trong dạy học vật lý là một trong những giải pháp ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học vật lý rất có hiệu quả. 12 TN mô phỏng đợc hiểu là các TN đợc xây dựng từ các dụng cụ và đối tợng mô phỏng trên cơ sở các đối tợng thực. Khi tiến hành thí nghiệm trên các đối tợng mô phỏng đó sẽ thu đợc kết quả nh trong các TN thực. Do vậy, khi tiến hành TN này, HS sẽ dễ dàng khám phá đợc những thuộc tính, hay các mối quan hệ giữa các đối tợng. TN ảo đợc hiểu đó là các dụng cụ thí nghiệm ảo, các đối tợng ảo nh thực đợc tạo ra trong môi trờng ảo của MVT. Khi tiến hành làm thí nghiệm trên các đối tợng ảo đó sẽ thu đợc kết quả nh trong các TN thực. TN ảo là thí nghiệm vật lý tồn tại thực trong môi trờng ảo do máy vi tính tạo ra. Việc sử dụng TN ảo và TN mô phỏng tỏ ra có hiệu quả trong các điều kiện thiếu trang thiết bị thí nghiệm; các thiết bị thí nghiệm đắt tiền, dễ hỏng, các thiết bị nguy hiểm nh cháy nổ, điện cao thế, phóng xạ ; các thí nghiệm mà thời gian quan sát quá dài hoặc quá ngắn; các thí nghiệm mà rất khó thực hiện thành công Đối với GV, TN ảo và TN mô phỏng có thể đợc sử dụng trong các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học. Đối với HS, TN mô phỏng và TN ảo tạo đợc hứng thú trong quá trình học tập. Qua TN, HS đợc quan sát đợc các hiện tợng vật lý thỏa mãn nhu cầu tìm hiểu của họ, tiến hành nhận xét và đề xuất các kết luận cần thiết, giúp cho HS chiếm lĩnh kiến thức bền vững hơn. Ngoài ra, sự kết hợp giữa camera với MVT cùng máy chiếu đa năng, GV có thể cho HS quan sát các TN quá nhỏ bé, các TN khó thực hiện hoặc các hiện tợng vật lý xảy ra trong tự nhiên thông qua các Video Clips. 13 CHơNG 2 XâY Dựng Thí nghiệm Có Sự hỗ Trợ Của Máy VI Tính V Thiết Kế Tiến Trình Dạy học một số Kiến thức Phần Cơ Nhiệt CHơNG Trình Vật Lý THPT 2.1. Thực trạng của việc sử dụng thí nghiệm và thực trạng dạy học phần cơ nhiệt ở trờng THPT Sau khi phân tích nội dung phần cơ nhiệt trong chơng trình sách giáo khoa hiện hành. Chúng tôi đã tiến hành phát phiếu điều tra lấy ý kiến của 74 GV viên dạy Vật lý ở 6 trờng THPT trên địa bàn thành phố và vùng ven thành phố Huế. Từ đó phân tích đợc các thuận lợi và khó khăn của quá trình dạy học vật lý hiện nay tạo cơ sở xây dựng các TN hỗ trợ một cách hợp lý. 2.2. Xây dựng các thí nghiệm cơ nhiệt với sự hỗ trợ của MVT * Xây dựng thí nghiệm thực với sự hỗ trợ của máy vi tính + Giới thiệu về phần mềm Datastudio Qui trình xây dựng các thí nghiệm - Bớc 1: Xác định mục tiêu của thí nghiệm - Bớc 2: Chọn các thiết bị để phục vụ cho thí nghiệm và xây dựng phơng án thí nghiệm - Bớc 3: Kết nối thiết bị với bộ giao tiếp loại 750 của Pasco. - Bớc 4: Thực hiện thí nghiệm. - Bớc 5: Lu giữ và xử lý số liệu. + Một số TN xây dựng đợc Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã thiết kế đợc 7 TN với sự hỗ trợ của MVT. Với mỗi TN xây dựng đợc, chúng tôi tiến hành xác định mục đích TN, dụng cụ nghiên cứu, tiến hành TN, phân tích kết quả, u điểm và phơng án sử dụng TN vào giảng dạy. 14 Ví dụ : TN định luật III Niutơn Mục tiêu TN Qua TN, HS quan sát đồ thị và xác định đợc gia tốc của hai vật thu đợc ngay sau khi tơng tác từ đó hình thành nội dung định luật III Niutơn Bố trí TN nh hình vẽ - Bố trí xe trợt A và B có khối lợng m 1 và m 2 , trên xe B gắn lò xo để tạo lực tác dụng. Cho hai xe tơng tác với nhau bằng cách buộc dây để nén lò xo lại. Khi đốt dây cho lò xo bật ra, ta thấy hai xe cùng thu gia tốc và chuyển động ngợc chiều. Tiến hành TN Kết nối thiết bị với bộ giao tiếp loại 750 và khởi động chơng trình DataStudio. Chọn Create Experiment. Chọn Motion Cảm biến ở cửa sổ Experiment Setup và kết nối Cảm biến với bộ giao tiếp. Nhấp đúp chuột vào biểu tợng bộ cảm biến trên cửa sổ Experiment Setup (phụ lục 1) chọn Measurement và xác định đơn vị đo của cảm biến. Sau đó tiến hành đặt tên cho các cảm biến bằng Bơm khôn g kh í Bộ giao tiếp Xe trợt Đệm không khí Má y tính sensor g ia tốc 15 cách nhấp chuột đúp chuột vào biểu tợng của nó trên cửa sổ Data (phụ lục 1) và chọn đo gia tốc bằng cách đánh dấu vào ô trống trớc gia tốc. ở bảng Displays (phụ lục 1) chọn mục bảng số liệu (Table). Bật công tắc cho đệm không khí hoạt động nhấp chuột vào nút Start trên thanh công cụ để tiến hành đo số liệu. Đốt dây nối cho lò xo bật ra sau đó nhấp chuột vào nút Stop để ngừng đo số liệu. Kết quả TN Khi tiến hành TN với hai xe có khối lợng khác nhau. Cụ thể m 1 = 357g và m 2 =257g. Qua TN, chúng tôi thu đợc kết quả Gia tốc của hai xe khi tơng tác Qua TN, chúng ta thu đợc bảng số liệu của gia tốc hai xe. Sau đó tổ chức cho HS tính toán và có thể suy ra đợc hai lực tơng tác giữa hai xe bằng nhau về độ lớn nhng ngợc chiều nhau. u điểm và phơng án sử dụng TN vào giảng dạy Vì thời gian tơng tác xảy ra rất ngắn nên các TN trớc đây về định luật III Niutơn thờng gặp khó khăn khi xác định lực hoặc gia tốc sau khi tơng tác. TN trên đệm không khí với sự hỗ trợ của MVT đã góp phần khắc phục những khó khăn trên. 16 Qua TN, HS có thể dựa vào đồ thị và số liệu thu đợc để đa ra các dự đoán và có thể sử dụng TN để kiểm tra các dự đoán đó. Luận án đã tiến hành thành công các thí nghiệm: TN về chuyển động thẳng đều TN về chuyển động thẳng biến đổi đều TN về chuyển động rơi tự do TN về định luật III Niutơn TN dao động điều hòa của con lắc lò xo TN định luật bảo toàn động lợng TN về định luật Bôilơ - Mariôt 2.3. Xây dựng TN mô phỏng Sau khi phân tích các nguyên tắc xây dựng, chúng tôi đã xây dựng đợc 4 TN mô phỏng và phơng án sử dụng các TN mô phỏng vào dạy học bao gồm: TN chuyển động thẳng biến đổi đều ; TN rơi tự do ; TN định luật bảo toàn động lợng ; TN định luật bảo toàn cơ năng ; TN định luật Bôilơ - Mariôt. Sau khi xây dựng các TN thực và TN mô phỏng, luận án tiến hành thiết kế các tiến trình dạy học có sử dụng các TN đó. 17 Thí nghiệm định luật bảo toàn cơ năng 2.4. Thiết kế tiến trình dạy học một số bài trong phần cơ nhiệt Vật lý lớp 10 THPT * Quy trình thiết kế tiến trình dạy học Xác định mục tiêu bài học Lựa chọn kiến thức cơ bản và trọng tâm của bài dạy, xác định logic hình thành kiến thức - Bớc 1: Phân tích nội dung bài dạy giúp GV dự kiến những PTDH cần thiết, PPDH thích hợp. - Bớc 2: Sắp xếp các trình tự các nội dung một cách hợp lý và dự kiến trình tự giảng dạy các nội dung và xây dựng cấu trúc hình thành các nội dung đó. - Bớc 3: Chọn lựa logic hình thành kiến thức một cách tối u nhất căn cứ trên PPDH phù hợp với trình độ HS và PTDH hiện có trong nhà trờng. Thông thờng, một nội dung nào đó trong dạy học có thể đợc hình thành bằng nhiều con đờng khác nhau và trong dạy học không có PPDH nào là vạn năng. Để phù hợp với xu hớng đổi mới PPDH hiện nay mỗi GV khi lựa chọn PPDH cần chú ý phát huy những u điểm và hạn chế những nhợc điểm của từng phơng pháp nhằm thu đợc kết quả khả quan nhất trong dạy học. * Tiến trình DH một số kiến thức trong phần cơ nhiệt, Vật lý THPT Trên cơ sở của quy trình xây dựng, chúng tôi đã thiết kế 5 giáo án thuộc chơng trình sách giáo khoa lớp 10 THPT cải cách giáo dục. Các tiến trình dạy học xây dựng đợc gồm: Bài 1 Chuyển động thẳng đều, Vận tốc; Bài 2 Phơng trình và đồ thị của chuyển động thẳng đều. Bài tập; Bài 3 Đờng đi trong chuyển động thẳng biến đổi đều; Bài 4 Sự rơi tự do của các vật; Bài 5 Định luật III Niutơn. 18 2.5. Kết luận chơng 2 Kết quả nghiên cứu đợc trình bày trong chơng 2, trớc hết là tiến hành xác định cấu trúc phần cơ - nhiệt trong chơng trình vật lý THPT. Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã tiến hành điều tra để xác định đợc những thuận lợi và khó khăn của việc giảng dạy phần cơ nhiệt ở THPT. Sau đó, chúng tôi tiến hành phân tích các hạn chế của các bộ TN hiện có và các thế mạnh của TN có sự hỗ trợ của MVT trong việc tổ chức hoạt động nhận thức khi dạy học các kiến thức phần cơ nhiệt THPT. Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã nghiên cứu, xây dựng đợc 7 TN vật lý với sự hỗ trợ của MVT thông qua bộ cảm biến cùng phần mềm datastudio. Chúng tôi cũng tiến hành xây dựng các phơng án sử dụng các TN đó vào quá trình dạy học phần cơ nhiệt ở trờng THPT. Bên cạnh đó, chúng tôi đã xây dựng đ ợc 4 TN mô phỏng trên MVT nhằm hỗ trợ cho quá trình dạy học. Để sử dụng các TN đã xây dựng một cách hiệu quả, chúng tôi tiến hành thiết kế các tiến trình dạy học cụ thể cho 5 bài thuộc phần cơ nhiệt thuộc chơng trình Vật lý THPT theo hớng phát triển hoạt động tích cực, tự lực và sáng tạo của HS. Chơng 3 Thực nghiệm s phạm 3.1. Mục đích của thực nghiệm s phạm Mục đích của thực nghiệm s phạm nhằm: Kiểm nghiệm tác dụng của việc sử dụng TN có sự hỗ trợ của MVT trong dạy học phần cơ học và nhiệt học ở chơng trình Vật lý 10 THPT thông qua các tiến trình dạy học đã xây dựng. Đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học và các TN xây dựng đợc. 19 3.2 Tiến trình thực nghiệm s phạm Sau khi xác định đối tợng thực nghiệm s phạm là HS lớp 10 THPT, chúng tôi tiến hành thực nghiệm s phạm trong đó: Nhóm Thực nghiệm sử dụng bài giảng có sử dụng TN với sự hỗ trợ của MVT, nhóm ĐC tiến hành giảng dạy bình thờng theo điều kiện hiện có của nhà trờng. Tất cả các tiết học ở các lớp thực nghiệm đều đợc quan sát và ghi chép về các hoạt động của GV và HS theo các nội dung sau: - Tiến trình lên lớp của GV và hoạt động của HS trong tiết học. - Thao tác TN và sử dụng các PTDH của GV. - Tính tích cực của HS (qua HĐ xây dựng bài của HS). - Khả năng lĩnh hội kiến thức của HS (qua kết quả của các bài kiểm tra). Sau tiết dạy trao đổi với GV và HS để rút kinh nghiệm cho các tiết dạy tiếp theo. 3.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm s phạm * Thực nghiệm s phạm lần I (Năm học 2004 - 2005) Mục đích thực nghiệm s phạm lần 1 là kiểm nghiệm tính khả thi của TN và tiến trình dạy học có sử dụng TNVL. Từ đó có cơ sở điều chỉnh các TN và hoàn thiện các tiến trình dạy học xây dựng có sử dụng các TN đó. * Thực nghiệm s phạm lần 2 (Học kỳ I năm 2005 - 2006) Mục đích: Kiểm nghiệm tính hiệu quả của tiến trình dạy học có sử dụng các TN với sự hỗ trợ của MVT trong việc tổ chức hoạt động nhận thức HS. Sau khi tiến hành đánh giá định tính, chúng tôi tiến hành đánh giá định lợng thực nghiệm s phạm lần 2. Chúng tôi đã tiến hành tính toán điểm trung bình, độ lệch chuẩn của mỗi bài kiểm tra từ đó khẳng 20 định hiệu quả của tiến trình dạy học và tác dụng của các TN đã xây dựng. Trên cơ sở thống kê các điểm số của các bài kiểm tra, chúng tôi tiến hành xây dựng biểu đồ và bảng phân phối tần suất lũy tích 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 S HC SINH 12345678910 IM S .C T.N Biểu đồ phân bố điểm của 2 nhóm đối chứng và thực nghiệm Bảng phân phối tần suất lũy tích Số % HS đạt điểm Xi trở xuống Nhóm TS Bài KT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ĐC 507 1.6 8.9 17.2 26.8 39.3 53.8 70.2 84.2 93.7 100 TN 507 0 0 4.3 10.5 22.3 39.1 56.2 71.2 87.8 100 [...]... gian để làm vi c trực tiếp với các nhóm HS, - Sử dụng MVT hỗ trợ các TN thực trong vi c tiến hành TN và tổ chức hoạt động nhận thức góp phần tăng cờng hoạt động nhận thức nhằm nâng cao chất lợng - Sử dụng TN ảo trong dạy học vật lý học tập môn Vật lý của HS ở trờng THPT - Sử dụng TN mô phỏng trong dạy học vật lý Tuy nhiên, bên cạnh những kết quả thu đợc, vi c sử dụng các TN với sự hỗ trợ của MVT hiện... Sử dụng MVT hỗ trợ TN đo chu kỳ dao động của con lắc lò xo, Tạp chí GD số 52 LLDH hiện đại quý 1/2003, trang 29 - 30 6 Thực nghiệm s phạm đã khẳng định tính khả thi của vi c đa TN có sự hỗ trợ của MVT vào vi c tổ chức hoạt động nhận thức cho 3 Trần Huy Hoàng (2003), Một số kết quả bớc đầu của vi c sử HS Kết quả thực nghiệm s phạm cho thấy tính hợp lý của tiến trình dụng MVT hỗ trợ TN và trình bày kiến. .. giảng dạy với phơng tiện và phơng dựng đợc 7 TN vật lý với sự hỗ trợ của MVT thông qua bộ cảm pháp mới biến cùng phần mềm datastudio 4 Nhờ các phần mềm dạy học chuyên dụng mà MVT có thể tạo ra các thí nghiệm ảo hoặc thí nghiệm mô phỏng Vi c sử dụng TN mô 25 26 phỏng, TN ảo trong dạy học vật lý là một trong những giải pháp ứng Danh mục các công trình đ công bố của tác giả dụng công nghệ thông tin vào dạy. .. trờng phổ thông hiện nay vẫn cha có kinh phí để trang bị MVT và các bộ TN hiện đại Ngoài ra, GV vẫn - Sử dụng MVT trực quan hóa các TNVT truyền thống, khó quan sát Đề tài đã đi sâu phân tích và làm rõ cơ sở lý luận của vi c sử dụng MVT hỗ trợ thí nghiệm tơng ứng với 4 hình thức trên cha đợc trang bị kỹ năng sử dụng MVT và các phơng tiện hiện đại 3 Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã nghiên cứu, ... bày kiến thức trong dạy học tại dạy học và khẳng định tính đúng đắn của giả thuyết khoa học Khoa Vật lý ĐHSP Huế, Kỷ yếu hội thảo đổi mới phơng pháp giảng dạy và đào tạo GV Vật lý, Trờng ĐH Vinh, tháng Các kết quả bớc đầu đã cho thấy hiệu quả của vi c sử dụng 4 năm 2003, trang 134 - 137 MVT hỗ trợ các TNVL trong DH Tuy nhiên, trong tơng lai cần phải tiến hành nghiên cứu hoàn thiện các TN và mở rộng... rộng rãi trong tơng lai không xa Khi đó 5 Trần Huy Hoàng (2005), Sử dụng MVT hỗ trợ TN kiểm chứng vi c sử dụng MVT hỗ trợ các TNVL sẽ thật sự mang lại hiệu quả lớn định luật III Niutơn, Tạp chí GD số 106 tháng 1/2005, trang hơn 31 - 32 Để vi c ứng dụng phơng tiện hiện đại và CNTT trong dạy học 6 Trần Huy Hoàng (2005), Sử dụng MVT hỗ trợ TN Định luật đạt đợc kết quả cao hơn, cần có sự đầu t về cơ sở vật... trình dạy học có sử dụng TN với sự hỗ trợ của MVT đạt hiệu quả cao hơn dạy học bình thờng 3.4 Kết luận chơng 3 Sau khi xác định đợc mục đích, đối tợng, phơng pháp thực nghiệm s phạm, chúng tôi tiến hành thực nghiệm s phạm, với các kết quả thu đợc và các số liệu đợc xử lý từ phơng pháp thống kê đã có cơ sở để khẳng định: Đối chiếu với mục đích nghiên cứu và các nhiệm vụ đặt ra của đề tài, qua quá trình nghiên. .. ứng dụng CNTT vào đổi mới phơng cho những phần kiến thức khác của Vật lý Trong xu thế hội nhập pháp giảng dạy Vật lý, Kỷ yếu hội thảo Khoa học Đổi mới quốc tế hiện nay, vi c sử dụng các phơng tiện hiện đại, đặc biệt là PPDH với sự tham gia của thiết bị kỹ thuật, ĐHSP, ĐH Huế, MVT vào quá trình dạy học ở trờng phổ thông là thực sự cần thiết và tháng 4 năm 2004, trang 113 -117 chắc chắn sẽ đợc sử dụng. .. quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã đạt đợc những kết quả sau đây: 1 Về mặt lý luận, kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trên giờ lên lớp, đòi hỏi Tiến trình dạy học có sử dụng TN với sự hỗ trợ của MVT làm cho phải có sự tham gia của các phơng tiện dạy học phù hợp, đặc biệt là hoạt động dạy và học trở nên sinh động, HS tiếp thu kiến thức cách dễ các... trợ của MVT Qua các bài học có sử dụng TN với sự hỗ trợ của MVT, HS đã 2 Tùy thuộc vào mục tiêu, nội dung dạy học cụ thể, phơng pháp đợc rèn luyện kỹ năng đọc và vẽ đồ thị, giúp HS có thể nhanh chóng và hình thức tổ chức dạy học của giáo vi n mà MVT có thể đợc sử nắm vững kiến thức cơ bản Hơn nữa những nội dung phức tạp GV dụng để hỗ trợ các TNVL theo 4 hình thức sau: trình bày dữ liệu trên MVT, sẽ tiết . tính trong dạy học một số kiến thức Cơ học và Nhiệt học trung học phổ thông& quot;. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng và sử dụng các TN vật lý có sự hỗ trợ của máy vi tính và đề xuất. Phạm vi nghiên cứu Nội dung kiến thức phần cơ - nhiệt ở THPT với vi c sử dụng TN có sự hỗ trợ của MVT và các phần mềm tơng thích. 4. Giả thuyết khoa học Nếu sử dụng các TN vật lý có sự hỗ trợ. tạo cơ sở xây dựng các TN hỗ trợ một cách hợp lý. 2.2. Xây dựng các thí nghiệm cơ nhiệt với sự hỗ trợ của MVT * Xây dựng thí nghiệm thực với sự hỗ trợ của máy vi tính + Giới thiệu về phần