Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Điểm mới trong quan điểm xây dựng chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí
Năm 2018, việc tăng cường tính trực quan trong giảng dạy vật lý đã giảm bớt sự phụ thuộc vào toán học Trong nội dung “Dao động” của chương trình Vật lý 11, kiến thức về phương trình li độ biến thiên điều hòa được hình thành qua việc quan sát đồ thị từ thí nghiệm thực tế hoặc hình ảnh có sẵn Học sinh phân tích và so sánh vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa thông qua ba đại lượng li độ, vận tốc, gia tốc mà không cần giải bài toán động lực học hay áp dụng kiến thức về đạo hàm Việc xây dựng thí nghiệm cho phép học sinh biểu diễn đồng thời đồ thị của li độ, vận tốc và gia tốc theo thời gian sẽ giúp phát triển năng lực vật lý, đặc biệt là khả năng tìm hiểu tự nhiên từ góc độ vật lý.
Trong chương trình vật lý 2006, thí nghiệm minh họa đồ thị li độ theo thời gian của con lắc đơn được thực hiện nhưng chỉ ở dạng định tính và hình ảnh chưa thuyết phục do dao động tắt dần vì ma sát Các nghiên cứu trong nước gần đây, như của Dương Xuân Quý, Ngô Thị Thảo Sương và Nguyễn Hoàng Anh, đã cải thiện vấn đề này bằng cách vẽ trực tiếp đồ thị li độ theo thời gian cho con lắc đơn và con lắc lò xo.
Tác giả [13] đã sử dụng phần mềm Coach để phân tích video thí nghiệm thực, từ đó chứng minh rằng đồ thị của các đại lượng như li độ, vận tốc và gia tốc là các hàm điều hòa theo thời gian Bên cạnh đó, nghiên cứu còn khai thác các dụng cụ thí nghiệm để khảo sát hiện tượng cộng hưởng của con lắc đơn.
Trong chương trình Vật lí 11 (CTGDPT 2018), nội dung "Sóng" nhấn mạnh vai trò quan trọng của các thí nghiệm trong việc hình thành khái niệm về sóng cơ, sóng dừng, cũng như khảo sát sóng dọc và sóng ngang Bên cạnh đó, bài học còn đề xuất các phương án đo vận tốc truyền âm trong không khí bằng cách kết hợp thí nghiệm thực tế với phần mềm hỗ trợ đo trên điện thoại thông minh.
Nghiên cứu và xây dựng thí nghiệm về dao động và sóng theo hướng khai thác thí nghiệm hiện hành là rất quan trọng cho việc dạy học nội dung "Dao động" và "Sóng" trong chương trình vật lý 11 Việc tự tạo thí nghiệm kết hợp với số hóa thông qua các phần mềm miễn phí và thao tác đơn giản sẽ nâng cao hiệu quả giảng dạy và giúp học sinh hiểu sâu hơn về các khái niệm vật lý này.
Mục đích nghiên cứu đề tài
Đề xuất quy trình xây dựng và sử dụng thí nghiệm nhằm phát triển năng lực vật lý cho học sinh, từ đó áp dụng để thiết kế các thí nghiệm trong giảng dạy nội dung Quy trình này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn về các khái niệm vật lý mà còn khuyến khích khả năng tư duy phản biện và sáng tạo Việc áp dụng thí nghiệm vào giảng dạy sẽ tạo ra môi trường học tập tích cực, giúp học sinh phát triển kỹ năng thực hành và nâng cao sự hứng thú với môn học.
“Dao động” và “Sóng” – Vật lí 11 (CTGDPT 2018) nhằm phát triển năng lực vật lí của học sinh.
Giả thuyết khoa học
Đề xuất quy trình xây dựng và sử dụng thí nghiệm nhằm phát triển năng lực vật lý cho học sinh sẽ giúp tạo ra các thí nghiệm trong giảng dạy nội dung “Dao động” và “Sóng” – Vật lý 11 (CTGDPT 2018) Qua đó, quy trình này không chỉ nâng cao năng lực vật lý của học sinh mà còn cải thiện hiệu quả dạy học vật lý tại các trường phổ thông.
Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được mục đích nghiên cứu, tôi cần thực hiện những nhiệm vụ sau:
- Nghiên cứu cơ sở lí luận về sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương trình Vật lí
- Nghiên cứu nội dung kiến thức của nội dung “Dao động” và “Sóng” – chương trình Vật lí 11 (CTGDPT 2018)
Nghiên cứu các yêu cầu cần đạt liên quan đến thí nghiệm trong nội dung "Dao động" và "Sóng" là bước quan trọng để xác định các thí nghiệm cần thực hiện Các loại thí nghiệm này có thể bao gồm khảo sát, minh họa, mở đầu, củng cố hoặc thực hành, nhằm giúp người học hiểu rõ hơn về các khái niệm vật lý này.
Xây dựng thí nghiệm bao gồm việc xác định mục tiêu thí nghiệm, có thể trùng hoặc cao hơn yêu cầu của đề cương Cần thiết lập phương án thiết kế thí nghiệm, có thể là thiết kế mới hoặc khai thác từ các thí nghiệm hiện có Đồng thời, cần lựa chọn thiết bị, dụng cụ phù hợp, xác định cách thức chế tạo, thực hiện thử nghiệm và thu thập kết quả một cách hiệu quả.
- Thiết kế kế hoạch bài dạy có sử dụng các thí nghiệm đã xây dựng nhằm phát triển năng lực vật lí của học sinh
- Xây dựng bảng công cụ kiểm tra đánh giá năng lực vật lí của học sinh
- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá giả thuyết khoa học.
Phương pháp nghiên cứu
7.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận
- Nghiên cứu và nắm vững mục tiêu chung trong giáo dục, mục tiêu giáo dục của chương trình vật lí 11 (CTGDPT 2018)
Nghiên cứu tài liệu tâm lý học, lý luận dạy học phổ thông và hiện đại, cùng với các văn kiện đại hội Đảng về đổi mới giáo dục và các bài báo, tạp chí liên quan là cần thiết để nâng cao chất lượng giáo dục Những tài liệu này cung cấp nền tảng lý thuyết vững chắc và thông tin cập nhật, giúp giáo viên và nhà quản lý giáo dục phát triển phương pháp giảng dạy hiệu quả hơn Việc áp dụng những kiến thức từ các nguồn tài liệu này sẽ góp phần vào sự đổi mới và cải tiến trong hệ thống giáo dục hiện nay.
Nghiên cứu cơ sở lý luận về dạy học thí nghiệm vật lý ở trường phổ thông nhằm hình thành ý tưởng xây dựng một số thí nghiệm cho nội dung "Dao động" và "Sóng" trong chương trình Vật lý 11 theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018 Việc áp dụng thí nghiệm thực tiễn không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn về các khái niệm vật lý mà còn kích thích sự hứng thú và sáng tạo trong học tập.
Nghiên cứu chương trình và nội dung sách giáo khoa cùng các tài liệu liên quan là cần thiết để xác định kiến thức, kỹ năng và thái độ mà học sinh cần nắm vững Từ đó, chúng ta có thể định hướng phát triển năng lực vật lý cho học sinh một cách hiệu quả.
7.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
Phương pháp điều tra được áp dụng để khảo sát thực trạng sử dụng thí nghiệm trong giảng dạy vật lý tại các trường phổ thông hiện nay thông qua phiếu điều tra online.
Phương pháp quan sát là công cụ hữu hiệu để thu thập thông tin về sự tích cực và hứng thú tham gia của học sinh trong giờ học cũng như trong các hoạt động ngoại khóa Thông qua việc quan sát, giáo viên có thể đánh giá mức độ tham gia của học sinh, từ đó điều chỉnh phương pháp giảng dạy nhằm nâng cao hiệu quả học tập.
7.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm
Tổ chức thực nghiệm sư phạm ở trường THPT để kiểm tra tính khả thi của luận văn
7.4 Phương pháp thống kê toán học
Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lí kết quả thực nghiệm sư phạm và kết quả điều tra.
Những đóng góp của luận văn
Dựa trên các yêu cầu cần đạt trong việc xây dựng thí nghiệm (TN), tôi đã đề xuất quy trình thực hiện gồm 7 bước: xác định yêu cầu cần đạt của thí nghiệm; khảo sát thực trạng cơ sở vật chất và thiết bị thí nghiệm; đề xuất và lựa chọn phương án thí nghiệm; chuẩn bị vật tư và dụng cụ; gia công, chế tạo dụng cụ thí nghiệm; hoàn thiện thí nghiệm, xử lý kết quả và rút ra kết luận; cuối cùng là đề xuất ý tưởng sử dụng thí nghiệm trong dạy học nhằm phát triển năng lực vật lý của học sinh Quy trình này sẽ được áp dụng trong thiết kế và chế tạo một số thí nghiệm cho nội dung “Dao động” và “Sóng” trong chương trình Vật lý 11 (CTGDPT 2018).
Dựa trên quy trình xây dựng tài nguyên đã đề xuất trong chương 1, tôi đã thiết kế và khai thác thành công 10 tài nguyên giáo dục trong lĩnh vực "Dao động" và "Sóng" cho môn Vật lí 11 theo chương trình giáo dục phổ thông.
Bài viết năm 2018 trình bày các thí nghiệm vật lý như khảo sát dao động cơ và hiện tượng cộng hưởng, ghi đồ thị dao động điều hòa của con lắc đơn và con lắc lò xo, minh họa dao động điều hòa của nguồn sóng với chu kỳ và biên độ sóng Ngoài ra, bài viết cũng đề cập đến thí nghiệm sóng cơ và sóng dừng, sóng dọc và sóng ngang bằng lò xo, đo tần số sóng âm, và đo tốc độ truyền âm thông qua hiện tượng sóng dừng và phản xạ âm.
Dựa trên quy trình thí nghiệm trong dạy học vật lý đã được đề xuất và các thí nghiệm đã xây dựng, tôi đã phát triển các tiến trình dạy học cho nội dung "Dao động" và "Sóng" trong môn Vật lý.
Các tiến trình dạy học (DH) và thí nghiệm tại Trung tâm GDTX Số 1 đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả trong việc phát triển năng lực vật lý của học sinh, đồng thời kích thích hứng thú học tập.
Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, phần nội dung của luận văn gồm 3 chương:
Chương 1 trình bày cơ sở lý luận và thực tiễn về việc áp dụng thí nghiệm trong giảng dạy vật lý ở trường phổ thông, nhằm mục đích phát triển năng lực vật lý cho học sinh Việc sử dụng thí nghiệm không chỉ giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách trực quan mà còn kích thích tư duy phản biện và khả năng sáng tạo Thí nghiệm trong dạy học vật lý đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành kỹ năng thực hành và nâng cao sự hứng thú của học sinh đối với môn học Ngoài ra, chương này cũng đề cập đến các phương pháp và chiến lược tích cực để triển khai thí nghiệm hiệu quả trong lớp học.
Chương 2 trình bày cách xây dựng và áp dụng các thí nghiệm trong giảng dạy nội dung “Dao động” và “Sóng” thuộc chương trình Vật lí 11 (CTGDPT 2018) nhằm nâng cao năng lực vật lí cho học sinh Việc sử dụng thí nghiệm không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn về các khái niệm vật lý mà còn khuyến khích tư duy phản biện và khả năng giải quyết vấn đề Thông qua các hoạt động thực tiễn, học sinh sẽ phát triển kỹ năng quan sát, phân tích và tổng hợp thông tin, từ đó tạo nền tảng vững chắc cho việc học tập môn Vật lí.
Chương 3 Thực nghiệm sư phạm
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬT LÍ CỦA HỌC SINH
Năng lực vật lí
Năng lực bao gồm tất cả các kỹ năng, kiến thức, khả năng và hành vi của một cá nhân, giúp họ thực hiện công việc một cách hiệu quả hơn so với người khác Đây là yếu tố quan trọng để đạt được thành công trong bất kỳ lĩnh vực nào.
Các dạng của năng lực trong tâm lý học cũng được quan tâm, cụ thể chia làm hai dạng là năng lực chung và năng lực chuyên môn:[17]
Năng lực chung là khả năng hỗ trợ cho nhiều ngành nghề và lĩnh vực khác nhau, bao gồm năng lực tư tưởng, khả năng khái quát hóa, và năng lực nhận xét trong tư duy lao động.
Năng lực chuyên môn là loại năng lực đặc trưng thiết yếu trong các lĩnh vực cụ thể, chẳng hạn như năng lực toán học, hội họa hay kinh doanh.
Năng lực chuyên môn và năng lực chung có mối quan hệ tương hỗ, trong đó năng lực chung là nền tảng hỗ trợ cho việc phát triển năng lực chuyên môn Ngược lại, năng lực chuyên môn trong những điều kiện thuận lợi sẽ thúc đẩy sự hình thành và phát triển của năng lực chung Những đặc điểm cơ bản của năng lực cụ thể bao gồm sự kết hợp giữa kiến thức, kỹ năng và thái độ.
– Năng lực là sự khác biệt về tâm lý cá nhân của người này với người khác
– Năng lực thể hiện qua hiệu quả của công việc nào đó
– Năng lực cơ bản không được hình thành từ sẵn mà phải được hình thành qua quá trình học hỏi, rèn luyện từ môi trường xung quanh
– Năng lực chịu tác động chi phối từ nhiều yếu tố ví dụ như con người, công việc, môi trường giáo dục, …
– Năng lực của mỗi con người phụ thuộc vào từng người về sự tiếp thu, hiểu biết về các lĩnh vực cụ thể, vốn sống của chính họ
Năng lực là một trong những yếu tố quan trọng đối với con người cụ thể như sau:
– Năng lực giúp chúng ta góp phần giải quyết, hoàn thành những vấn đề phát sinh nhanh chóng, hiệu quả và dễ dàng hơn
Năng lực cho phép chúng ta tiếp thu kiến thức và áp dụng linh hoạt vào công việc, đồng thời phát triển kỹ năng và mở rộng vốn hiểu biết.
Chương trình Giáo dục phổ thông tổng thể (2018) định nghĩa năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành và phát triển thông qua tố chất sẵn có cùng quá trình học tập và rèn luyện Năng lực cho phép con người kết hợp kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, và ý chí để thực hiện thành công các hoạt động nhất định, đạt được kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể.
Năng lực là khái niệm rộng, được hiểu khác nhau tùy theo từng lĩnh vực, nhưng nhìn chung, nó được định nghĩa là khả năng áp dụng kiến thức, kỹ năng và thái độ để giải quyết các tình huống thực tiễn Qua quá trình học tập và rèn luyện, năng lực sẽ ngày càng được phát triển và hoàn thiện, giúp cá nhân đạt hiệu quả cao trong lĩnh vực chuyên môn của mình.
Năng lực của học sinh phổ thông được hiểu là khả năng áp dụng và kết hợp kiến thức, kỹ năng cùng với thái độ để hoàn thành tốt các nhiệm vụ học tập và giải quyết hiệu quả những vấn đề thực tiễn trong cuộc sống.
1.1.2 Khái niệm năng lực vật lí Định hướng của chương trình môn vật lí là nhằm giúp học sinh phát triển năng lực thông qua thực hành và có tính hướng nghiệp với sự điều chỉnh, tính toán đến yếu tố các đối tượng và khu vực khác nhau Môn Vật lí góp phần thực hiện các yêu cầu cần đạt về phẩm chất chủ yếu và năng lực chung theo các mức độ phù hợp với môn học, cấp học đã được quy định trong Chương trình tổng thể
Theo OECD, năng lực khoa học là khả năng sử dụng kiến thức khoa học để xác định câu hỏi và rút ra kết luận dựa trên bằng chứng, từ đó hiểu và đưa ra quyết định về thế giới tự nhiên và những thay đổi do hoạt động của con người Năng lực này bao gồm hiểu biết về kiến thức khoa học, khả năng nghiên cứu theo quy trình khoa học và áp dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề tự nhiên và thực tiễn Tác giả Nguyễn Văn Biên bổ sung rằng năng lực Vật lí là khả năng tìm ra quy luật và vận dụng các quy luật về sự vận động, tương tác và bảo toàn trong thế giới tự nhiên để giải quyết các vấn đề trong khoa học và đời sống.
1.1.3 Cấu trúc năng lực vật lí của học sinh
Theo CT giáo dục phổ thông môn Vật lí 2018 [3], cấu trúc và những biểu hiện cụ thể của NLVL được thể hiện qua Bảng 1.1
Bảng 1.1 Cấu trúc và biểu hiện cụ thể của các thành tố NLVL [3]
Mô tả thành phần năng lực Biểu hiện cụ thể (chỉ số hành vi)
Nhận thức được kiến thức, kĩ năng phổ thông cốt lõi về:
- mô hình hệ vật lí;
1.1 Nhận biết và nêu được các đối tượng, khái niệm, hiện tượng, quy luật, quá trình vật lí
1.2 Trình bày được các hiện tượng, quá trình vật lí; đặc điểm, vai trò của các hiện tượng, quá trình vật lí bằng các hình thức biểu đạt: nói, viết, đo, tính, vẽ, lập sơ đồ, biểu đồ.
1.3 Tìm được từ khoá, sử dụng được thuật ngữ khoa học, kết nối được thông tin theo logic có ý nghĩa, lập được dàn ý khi đọc và trình bày các văn bản khoa học
10 một số ngành, nghề liên quan đến vật lí
1.4 So sánh, lựa chọn, phân loại, phân tích được các hiện tượng, quá trình vật lí theo các tiêu chí khác nhau
1.5 Giải thích được mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tượng, quá trình
1.6 Nhận ra điểm sai và chỉnh sửa được nhận thức hoặc lời giải thích; đưa ra được những nhận định phê phán có liên quan đến chủ đề thảo luận 1.7 Nhận ra được một số ngành nghề phù hợp với thiên hướng của bản thân
2 Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí
Khám phá các hiện tượng và quá trình vật lý đơn giản trong đời sống và thiên nhiên, đồng thời áp dụng chứng cứ khoa học để kiểm tra dự đoán, giải thích các bằng chứng và rút ra kết luận.
2.1 Đề xuất vấn đề liên quan đến vật lí: Nhận ra và đặt được câu hỏi liên quan đến vấn đề; phân tích được bối cảnh để đề xuất được vấn đề nhờ kết nối tri thức, kinh nghiệm đã có và dùng ngôn ngữ của mình để biểu đạt vấn đề đã đề xuất 2.2 Đưa ra phán đoán và xây dựng giả thuyết: Phân tích vấn đề để nêu được phán đoán; xây dựng và phát biểu được giả thuyết cần tìm hiểu 2.3 Lập kế hoạch thực hiện: Xây dựng được khung logic nội dung tìm hiểu; lựa chọn được phương pháp thích hợp (quan sát, thực nghiệm, điều tra, phỏng vấn, tra cứu tư liệu); lập được kế hoạch triển khai tìm hiểu
Thí nghiệm vật lí
1.2.1 Khái niệm thí nghiệm vật lí
Tác giả Nguyễn Đức Thâm định nghĩa thí nghiệm vật lý là sự can thiệp có chủ đích và có hệ thống của con người vào các đối tượng trong thực tế Bằng cách phân tích các điều kiện và kết quả của sự can thiệp này, chúng ta có thể thu nhận tri thức mới.
- Theo tác giả Nguyễn Đăng Thuấn, TN vật lí có một số đặc điểm sau [14]:
Các điều kiện thí nghiệm cần được lựa chọn và thiết lập một cách có chủ định nhằm trả lời câu hỏi nghiên cứu và kiểm tra giả thuyết Mỗi thí nghiệm bao gồm ba yếu tố chính: đối tượng nghiên cứu, phương tiện tác động lên đối tượng, và phương tiện quan sát để thu thập kết quả.
Các điều kiện của thí nghiệm có thể được điều chỉnh để nghiên cứu mối quan hệ giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác được giữ cố định.
Để đảm bảo tính chính xác trong thí nghiệm, các điều kiện cần được kiểm soát chặt chẽ thông qua việc sử dụng thiết bị thí nghiệm có độ chính xác cao Việc phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng nghiên cứu cũng rất quan trọng, nhằm giảm thiểu tối đa ảnh hưởng của các nhiễu và loại bỏ những điều kiện không liên quan, từ đó giúp làm nổi bật các tính chất và mối quan hệ chính mà nghiên cứu hướng tới.
Thí nghiệm nổi bật với khả năng quan sát sự biến đổi của các đại lượng do ảnh hưởng từ những yếu tố khác Điều này được thực hiện thông qua các giác quan của con người cùng với sự hỗ trợ từ các thiết bị quan sát và đo đạc.
Thí nghiệm có thể được lặp lại, nghĩa là khi sử dụng cùng một thiết bị và điều kiện thí nghiệm giống nhau, việc bố trí lại hệ thống thí nghiệm và thực hiện lại sẽ cho ra hiện tượng và quá trình vật lý tương tự như các lần thí nghiệm trước.
1.2.2 Phân loại thí nghiệm vật lí trong dạy học
Theo giáo trình thí nghiệm trong dạy học vật lý, mỗi thí nghiệm trong tiết học được phân loại thành hai dạng chính: thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm thực hành Thí nghiệm biểu diễn thường được sử dụng để minh họa các nguyên lý vật lý một cách trực quan, trong khi thí nghiệm thực hành cho phép học sinh tham gia trực tiếp và trải nghiệm quy trình thí nghiệm Việc áp dụng cả hai dạng thí nghiệm này giúp tăng cường hiệu quả giảng dạy và khuyến khích sự hứng thú của học sinh đối với môn học.
Là thí nghiệm do giáo viên trình bày ở lớp Căn cứ vào mục đích, có thể chia thí nghiệm biểu diễn thành 3 loại:
Thí nghiệm này nhằm khơi dậy vấn đề nghiên cứu, tạo ra tình huống có vấn đề để nâng cao hiệu quả dạy học.
Thí nghiệm giải quyết vấn đề được thực hiện để đáp ứng các vấn đề đã nêu, bao gồm hai loại thí nghiệm khác nhau.
Thí nghiệm khảo sát là phương pháp nghiên cứu nhằm khám phá vấn đề đã đặt ra, trong đó giáo viên hướng dẫn học sinh tiếp cận và hiểu rõ các khái niệm cần thiết.
• Thí nghiệm kiểm chứng: là thí nghiệm dùng đề kiểm tra lại những kết luận được suy ra từ lí thuyết
Thí nghiệm củng cố là loại thí nghiệm giúp khẳng định và làm sâu sắc thêm kiến thức đã được nghiên cứu, đồng thời thể hiện ứng dụng của vật lý trong đời sống và kỹ thuật Việc thực hiện thí nghiệm thực hành vật lý không chỉ giúp người học hiểu rõ hơn về lý thuyết mà còn rèn luyện kỹ năng thực tế, từ đó nâng cao khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn.
Thí nghiệm do học sinh thực hiện dưới sự hướng dẫn của giáo viên có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào tiêu chí phân loại.
- Căn cứ vào nội dung có thể chia thí nghiệm thực hành thành hai loại:
+ Thí nghiệm thực hành định tính: loại thí nghiệm này có ưu điểm nêu bật bản chất hiện tượng
Thí nghiệm thực hành định lượng mang lại lợi ích lớn cho học sinh, giúp họ hiểu rõ mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý một cách chính xác và rõ ràng.
- Căn cứ vào tính chất có thể chia thí nghiệm thành hai loại:
Thí nghiệm thực hành khảo sát là loại thí nghiệm mà học sinh chưa biết kết quả trước khi tiến hành, và thông qua quá trình thí nghiệm, các em sẽ rút ra những kết luận cần thiết Loại thí nghiệm này thường được thực hiện trong quá trình nghiên cứu kiến thức mới.
Thí nghiệm kiểm nghiệm là quá trình tái kiểm tra các kết luận đã được xác nhận qua lý thuyết và thực nghiệm, nhằm làm rõ và đào sâu thêm các vấn đề liên quan.
- Căn cứ vào hình thức tổ chức thí nghiệm, có thể chia thí nghiệm thực hành thành ba loại:
Thực tiễn về vấn đề sử dụng thí nghiệm trong dạy học môn Vật lí theo hướng phát triển năng lực vật lí của học sinh
Để đánh giá thực trạng giảng dạy nội dung "Dao động" và "Sóng" trong chương trình Vật lí 11 (theo CTGDPT 2018) tại các trường phổ thông ở Đà Nẵng, tôi đã tiến hành khảo sát giáo viên và học sinh tại một số trường Số liệu điều tra về giáo viên và học sinh đã được tổng hợp và trình bày trong bảng 1.3.
Bảng 1.3 Bảng thống kê các trường, GV và HS tham gia điều tra
THPT Chuyên Lê Quý Đôn, Trần Phú, Thái
Phiên, Nguyễn Khuyến, TTGDTX số 1…
- Tìm hiểu các PPDH chủ yếu của GV khi tổ chức DH nội dung “Dao động” và
“Sóng” – Vật lí 11 (CTGDPT 2018) và tình hình các TBTN ở các trường phổ thông;
- Tìm hiểu việc thiết kế, chế tạo TN phục vụ cho việc DHVL;
- Tìm hiểu những thuận lợi và khó khăn khi sử dụng TN tổ chức hoạt động DH;
Nghiên cứu hiệu quả của việc sử dụng công nghệ thông tin (TN) trong dạy học vận dụng lý thuyết (DHVL) cho thấy rằng nó có tác động tích cực đến hoạt động học tập của học sinh Việc áp dụng TN không chỉ tăng cường hứng thú mà còn khuyến khích học sinh tích cực tham gia vào quá trình xây dựng bài học, từ đó nâng cao chất lượng giáo dục và cải thiện kết quả học tập.
1.3.2 Phương pháp điều tra Để thu thập các thông tin cần thiết, tôi sử dụng phương pháp điều tra sau: Điều tra GV và HS ở một số trường phổ thông qua phiếu điều tra online (google form) (Xem tại phụ lục 2)
▪ Về tình hình cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm
Dựa trên khảo sát các phòng thí nghiệm ở một số trường phổ thông và thông qua trao đổi trực tiếp với giáo viên giảng dạy môn vật lý, cùng với phiếu điều tra, tôi nhận thấy rằng có nhiều vấn đề cần cải thiện trong việc tổ chức và sử dụng các phòng thí nghiệm này.
Các TBTN dành cho nội dung “Dao động” và “Sóng” trong chương trình Vật lí 11 (CTGDPT 2018) hiện chưa được cung cấp đầy đủ so với các thiết bị trong danh sách.
Theo quy định của Bộ, có 22 mục tối thiểu cần tuân thủ Mặc dù có thể tận dụng một số bộ thí nghiệm cũ cho chương trình mới, nhưng các thiết bị thí nghiệm này chỉ được sử dụng không thường xuyên trong giảng dạy ở một số lớp Nguyên nhân chính cho sự không thường xuyên này là do các dụng cụ thí nghiệm bị hỏng và thiếu tính đồng bộ.
▪ Về phương pháp dạy học và sử dụng thí nghiệm trong dạy học
Qua khảo sát tại một số trường phổ thông, tôi nhận thấy rằng giáo viên đã có sự thay đổi tích cực trong phương pháp dạy học Họ thường xuyên áp dụng các phương pháp dạy học tích cực như dạy học theo trạm, giải quyết vấn đề, và lớp học đảo ngược Mặc dù phương pháp thuyết trình vẫn giữ vai trò quan trọng, nhưng không còn là phương pháp chính yếu, giúp kích thích hứng thú học tập của học sinh và làm cho giờ học trở nên sinh động hơn Kết quả khảo sát cho thấy sự đa dạng trong phương pháp dạy học của giáo viên đối với nội dung “Dao động” và “Sóng” trong chương trình Vật lý 11 (CTGDPT 2018).
Việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lý được các giáo viên đánh giá là rất quan trọng, không chỉ giúp phát triển năng lực vật lý cho học sinh mà còn đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông Theo kết quả điều tra, gần 61,5% giáo viên nhận định rằng việc áp dụng thiết bị thí nghiệm là cần thiết trong quá trình giảng dạy.
Tài nguyên (TN) trong dạy học và giáo dục là yếu tố rất quan trọng, với hơn 38,5% giáo viên (GV) cho rằng chúng có vai trò thiết yếu, và không có GV nào cho rằng TN là không cần thiết Điều này cho thấy hầu hết các GV đều nhận thức rõ ràng về tầm quan trọng của TN trong quá trình dạy học Thêm vào đó, kết quả khảo sát về mức độ sử dụng TN trong dạy học cũng cho thấy sự quan tâm đáng kể từ phía giáo viên.
GV còn được chúng tôi tổng hợp trong bảng 1.4
Bảng 1.4 Tần suất sử dụng TN của GV trong dạy học vật lí
Các mức độ sử dụng TN Tỷ lệ (%)
Chưa bao giờ sử dụng 0
Với tình trạng thiết bị thí nghiệm không đồng bộ và hỏng hóc, việc nghiên cứu và tự tạo thiết bị thí nghiệm, kết hợp với khai thác các thí nghiệm hiện có và sử dụng phần mềm trong dạy học là rất cần thiết Tuy nhiên, nhiều giáo viên cho rằng họ chỉ tự tạo thiết bị thí nghiệm hoặc khai thác thí nghiệm hiện có khi tham gia thi đồ dùng dạy học hoặc thi giáo viên giỏi, trong khi ít người coi trọng việc tự tạo thiết bị thí nghiệm cho các buổi thao giảng và càng ít giáo viên sử dụng chúng trong giảng dạy.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tổng hợp kết quả điều tra về những khó khăn mà giáo viên gặp phải khi sử dụng thí nghiệm trong dạy học Các giáo viên được lựa chọn nhiều phương án để phản ánh thực trạng này, và thông tin chi tiết đã được trình bày trong bảng 1.5.
Bảng 1.5 Những khó khăn khi sử dụng thí nghiệm trong DH
Những khó khăn khi sử dụng TN trong dạy học Tỷ lệ (%)
Số lượng và chất lượng thí nghiệm còn hạn chế 69,2 Thời gian quy định của bài học quá ngắn 69,2
Kĩ năng sử dụng thí nghiệm theo hướng phát triển
Cách thức tổ chức hoạt động học tập có sử dụng thí nghiệm hướng phát triển NL học sinh
Trong một khảo sát về việc sử dụng thí nghiệm thật trong giờ học vật lý, có gần 31% học sinh cho rằng điều này rất quan trọng, hơn 55,2% cho rằng quan trọng, trong khi gần 10,3% cho rằng bình thường và 3,4% không coi trọng Việc áp dụng thí nghiệm thực tế trong giờ học giúp học sinh tự tin hơn trong việc phát biểu ý kiến và tham gia tích cực vào quá trình xây dựng bài học, như được thể hiện trong bảng 1.6.
Bảng 1.6 Các mức độ sử dụng TN thật tạo hứng thú trong DHVL
Các mức độ sử dụng TN để minh họa kiến thức Tỷ lệ (%)
▪ Kết quả điều tra về thực trạng DH nội dung “Dao động” và “Sóng” – Vật lí 11 (CTGDPT 2018) ở trên cho thấy:
Các TBTN nội dung “Dao động” và “Sóng” trong chương trình Vật lí 11 (CTGDPT 2018) chưa được trang bị đầy đủ theo quy định tối thiểu của Bộ, dẫn đến việc sử dụng bộ thí nghiệm cũ không đảm bảo chất lượng Điều này gây khó khăn trong quá trình giảng dạy.
Trong giảng dạy nội dung "Dao động" và "Sóng" của môn Vật lí 11 theo CTGDPT 2018, giáo viên chủ yếu áp dụng phương pháp thuyết trình, đồng thời kết hợp hiệu quả các phương pháp dạy học tích cực như dạy học theo trạm, dạy học giải quyết vấn đề và lớp học đảo ngược Nhờ đó, học sinh thể hiện sự năng nổ và hứng thú hơn trong quá trình học tập.
Hình thức tổ chức hoạt động dạy học cho học sinh hiện nay còn hạn chế và thiếu sự linh hoạt, dẫn đến việc chưa tạo ra được môi trường học tập sinh động, sôi nổi và hấp dẫn.
XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC NỘI DUNG “DAO ĐỘNG” VÀ “SÓNG” – VẬT LÍ 11 (CTGDPT 2018) NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬT LÍ CỦA HỌC SINH
Cấu trúc nội dung “Dao động” và “Sóng” (CTGDPT 2018)
2.2 Các thí nghiệm cần xây dựng và yêu cần cần đạt trong dạy học nội dung “Dao động” và “Sóng” trong vật lí
2.3 Dụng cụ và vật tư thí nghiệm khảo sát định tính dao động của con lắc đơn
2.4 Dụng cụ và vật tư thí nghiệm vẽ đồ thị con lắc đơn, con lắc lò xo
2.5 Dụng cụ và vật tư thí nghiệm khảo sát hiện tượng cộng hưởng
2.6 Dụng cụ và vật tư thí nghiệm xác định độ dịch chuyển
– khoảng cách của sóng cơ học
2.7 Dụng cụ và vật tư thí nghiệm minh họa dao động điều hòa của nguồn sóng với chu kì, biên độ sóng
2.8 Dụng cụ và vật tư thí nghiệm khảo sát sóng dọc và sóng ngang
2.9 Dụng cụ và vật tư thí nghiệm đo tần số sóng âm 55
2.10 Tần số của bộ âm thoa 56
2.11 Tần số âm cơ bản và họa âm của một số nốt nhạc 56 2.12 Dụng cụ và vật tư thí nghiệm giao thoa sóng nước 58 2.13 Dụng cụ và vật tư thí nghiệm khảo sát sóng dừng 61 2.14 Dụng cụ và vật tư thí nghiệm đo tốc độ truyền âm 67 2.15 Đo vận tốc truyền âm bằng bộ thí nghiệm hiện hành 68
2.16 Đo vận tốc truyền âm khai thác bộ thí nghiệm hiện hành kết hợp app phát tần số
2.17 So sánh vận tốc truyền âm đo được bằng phương án 1 &
2.18 Đo vận tốc truyền âm bằng hiện tượng phản xạ âm 71
2.21 So sánh giữa sóng cơ, sóng biển và sóng thần 83
3.1 Điểm đánh giá 4 chỉ số hành vi của HS Hồ Trần Trúc
110 3.2 Điểm đánh giá NLVL của các HS ở 3 bài tương ứng 111
Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang
2.1 Khảo sát dao động của con lắc đơn 33
2.3 Giao diện website tải phần mềm Tracker Video
2.4 Khảo sát hiện tượng cộng hưởng 46,47
2.5 Bộ thí nghiệm giao thoa sóng nước 58
2.6 Hình ảnh giao thoa sóng nước hiện trên màn đứng khi bị chiếu sáng
2.7 Bộ thí nghiệm đo vận tốc truyền âm 68
2.8 HS khảo sát sóng ngang bằng lò xo 76
2.9 HS khảo sát sóng dọc bằng lò xo 76
2.10 HS khảo sát sóng dừng của âm thanh 88,89
DANH MỤC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ
Số hiệu biểu đồ/ đồ thị Tên biểu đồ/ đồ thị Trang
2.1 Đồ thị li độ - thời gian (x-t) con lắc đơn 42 2.2 Đồ thị li độ, vận tốc, gia tốc theo thời gian trong dao động của con lắc lò xo
1 Lí do chọn đề tài
Chương trình giáo dục nhằm phát triển phẩm chất và năng lực cần thiết cho học sinh thông qua kiến thức và kỹ năng hiện đại, chú trọng thực hành và ứng dụng vào thực tế Môn Vật lí không chỉ phát triển năng lực chung mà còn tập trung vào năng lực vật lí thông qua các hoạt động thực hành và thí nghiệm, giúp học sinh nắm vững tri thức và hình thành kỹ năng thực nghiệm khoa học Việc gia tăng hoạt động thí nghiệm trong chương trình Vật lí phổ thông mới nhằm gắn liền môn học với thực tiễn, đảm bảo mục tiêu phát triển toàn diện cho người học.
Vật lý học là một môn khoa học tự nhiên, đòi hỏi phương pháp dạy học đặc thù Trong thời gian hạn chế của tiết học, giáo viên gặp khó khăn trong việc liên hệ thực tế và thực hiện thí nghiệm do lượng kiến thức lớn và cơ sở vật chất thiếu thốn Học sinh ít có cơ hội tiếp xúc với thực hành, dẫn đến khó khăn trong việc hiểu các hiện tượng vật lý Nhiều giáo viên chưa quan tâm đúng mức đến đối tượng giáo dục và thường sử dụng phương pháp dạy giống nhau cho nhiều lớp, khiến việc giảng dạy trở nên khô khan Hiện nay, phần lớn thí nghiệm là biểu diễn, học sinh chỉ tham gia quan sát, thiếu sự tương tác thực tế Để cải thiện tình hình, giáo viên cần trở thành người thiết kế và tổ chức hoạt động học tập, khuyến khích học sinh tham gia trực tiếp vào thí nghiệm và thực hành.
Trong chương trình Vật lí 2018, tôi nhận thấy rằng có thể tận dụng các thiết bị thí nghiệm có sẵn hoặc thiết kế bộ thí nghiệm đơn giản từ những dụng cụ quen thuộc trong đời sống Bằng cách kết hợp với các ứng dụng và phần mềm hiện có, chúng ta có thể xây dựng các thí nghiệm đáp ứng mục tiêu chương trình mà không cần đầu tư vào thiết bị thí nghiệm hiện đại, đắt tiền như xe đo kỹ thuật số hay cảm biến ghép nối Hơn nữa, việc thực hiện thí nghiệm yêu cầu học sinh làm việc tự lực hoặc phối hợp nhóm, từ đó phát huy vai trò cá nhân và tinh thần trách nhiệm cộng đồng trong công việc của các em.
“Dao động” và “Sóng” là hai chủ đề quan trọng trong chương trình dạy học vật lí lớp 11, nơi giáo viên có thể tận dụng các thiết bị thí nghiệm có sẵn hoặc thiết kế thí nghiệm tự tạo Việc tổ chức cho học sinh trải nghiệm và khám phá kiến thức qua các thí nghiệm không chỉ giúp các em hiểu sâu hơn về lý thuyết mà còn đảm bảo đạt được các yêu cầu học tập cần thiết Vì lý do này, tôi quyết định chọn đề tài này để phát triển hơn nữa trong quá trình giảng dạy.
“Xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học nội dung “Dao động” và “Sóng”
– Vật lí 11 (CTGDPT 2018) nhằm phát triển năng lực vật lí của học sinh” làm đề tài nghiên cứu
2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Điểm mới trong quan điểm xây dựng chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí
Năm 2018, giáo dục vật lý đã chú trọng vào việc nâng cao tính trực quan và giảm thiểu sự phụ thuộc vào toán học Trong chương trình "Dao động" của Vật lý 11, kiến thức về phương trình li độ biến thiên điều hòa được hình thành thông qua việc quan sát đồ thị từ thí nghiệm thực tế hoặc hình ảnh có sẵn Học sinh sẽ phân tích và so sánh vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa dựa trên đồ thị ba đại lượng li độ, vận tốc và gia tốc mà không cần phải giải bài toán động lực học phức tạp Việc xây dựng thí nghiệm cho phép học sinh biểu diễn đồng thời đồ thị của li độ, vận tốc và gia tốc theo thời gian sẽ giúp phát triển năng lực vật lý, đặc biệt là khả năng tìm hiểu tự nhiên từ góc độ vật lý.
Trong chương trình vật lý 2006, thí nghiệm minh họa đồ thị li độ theo thời gian của con lắc đơn được thực hiện nhưng chỉ ở dạng định tính và chưa thật sự thuyết phục do ảnh hưởng của ma sát Các nghiên cứu trong nước gần đây, như của Dương Xuân Quý, Ngô Thị Thảo Sương và Nguyễn Hoàng Anh, đã có những đóng góp quan trọng Cụ thể, các tác giả đã thành công trong việc vẽ trực tiếp đồ thị li độ theo thời gian cho con lắc đơn và con lắc lò xo.
Tác giả [13] đã sử dụng phần mềm Coach để phân tích video thí nghiệm thực, từ đó chứng minh rằng đồ thị của các đại lượng li độ, vận tốc và gia tốc là các hàm điều hòa theo thời gian Đồng thời, nghiên cứu cũng khai thác các dụng cụ thí nghiệm để khảo sát hiện tượng cộng hưởng của con lắc đơn.
Trong chương trình Vật lí 11 (CTGDPT 2018), nội dung “Sóng” nhấn mạnh tầm quan trọng của các thí nghiệm trong việc hình thành khái niệm về sóng cơ, sóng dừng, cũng như khảo sát sóng dọc và sóng ngang Bài học cũng đề xuất các phương pháp đo vận tốc truyền âm trong không khí, kết hợp thí nghiệm thực tế với phần mềm hỗ trợ đo trên điện thoại thông minh.
Nghiên cứu và xây dựng thí nghiệm về dao động và sóng theo hướng khai thác thí nghiệm hiện hành, kết hợp số hóa thông qua các phần mềm miễn phí và thao tác đơn giản, là rất quan trọng trong bối cảnh dạy học nội dung “Dao động” và “Sóng” trong chương trình vật lý 11 sắp tới.
3 Mục đích nghiên cứu đề tài Đề xuất quy trình xây dựng và sử dụng thí nghiệm theo hướng phát triển năng lực vật lí của học sinh, từ đó vận dụng để xây dựng các thí nghiệm trong dạy học nội dung
“Dao động” và “Sóng” – Vật lí 11 (CTGDPT 2018) nhằm phát triển năng lực vật lí của học sinh
Đề xuất quy trình xây dựng và sử dụng thí nghiệm nhằm phát triển năng lực vật lý của học sinh sẽ giúp nâng cao hiệu quả dạy học môn Vật lý, đặc biệt trong các nội dung “Dao động” và “Sóng” của chương trình Vật lý 11 (CTGDPT 2018) Việc áp dụng các thí nghiệm này không chỉ phát triển kỹ năng thực hành mà còn tăng cường sự hiểu biết lý thuyết cho học sinh.
5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Hoạt động của GV và HS trong quá trình dạy học nội dung “Dao động” và “Sóng” – Vật lí 11 (CTGDPT 2018)
Cách thức tổ chức hoạt động dạy học có sử dụng thí nghiệm trong nội dung “Dao động” và “Sóng” – Vật lí 11 (CTGDPT 2018)
6 Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt được mục đích nghiên cứu, tôi cần thực hiện những nhiệm vụ sau:
- Nghiên cứu cơ sở lí luận về sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương trình Vật lí
- Nghiên cứu nội dung kiến thức của nội dung “Dao động” và “Sóng” – chương trình Vật lí 11 (CTGDPT 2018)
Nghiên cứu các yêu cầu đạt được trong thí nghiệm liên quan đến nội dung “Dao động” và “Sóng” giúp xác định các thí nghiệm cần thực hiện Các loại thí nghiệm bao gồm khảo sát, minh họa, mở đầu, củng cố và thực hành, nhằm đảm bảo hiểu biết sâu sắc về các khái niệm này.
Xây dựng thí nghiệm bao gồm xác định mục tiêu thí nghiệm, có thể trùng hoặc cao hơn yêu cầu cơ bản Cần thiết kế phương án thí nghiệm mới hoặc khai thác từ các thí nghiệm hiện có, lựa chọn thiết bị và dụng cụ phù hợp, đồng thời xác định cách thức chế tạo, thực hiện thử nghiệm và thu thập kết quả một cách hiệu quả.
- Thiết kế kế hoạch bài dạy có sử dụng các thí nghiệm đã xây dựng nhằm phát triển năng lực vật lí của học sinh
- Xây dựng bảng công cụ kiểm tra đánh giá năng lực vật lí của học sinh
- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá giả thuyết khoa học
7.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận
- Nghiên cứu và nắm vững mục tiêu chung trong giáo dục, mục tiêu giáo dục của chương trình vật lí 11 (CTGDPT 2018)
Nghiên cứu tài liệu về tâm lý học và lý luận dạy học phổ thông, hiện đại, cùng các văn kiện đại hội Đảng liên quan đến đổi mới giáo dục, cũng như các bài báo và tạp chí chuyên ngành, là cần thiết để nâng cao chất lượng giáo dục.
Các thí nghiệm cần thực hiện trong dạy học nội dung dao động và sóng – chương trình Vật lí 11 (2018)
Dựa trên nghiên cứu nội dung Dao động và Sóng trong chương trình Vật lí 11 (2018) và ba định hướng xây dựng phương án thí nghiệm (khai thác thí nghiệm có sẵn theo chương trình 2006, tự tạo thí nghiệm, kết nối thí nghiệm thực với phần mềm qua máy tính hoặc điện thoại di động), bài viết xác định các thí nghiệm cần thiết để triển khai trong dạy học cho học sinh, được thể hiện cụ thể qua bảng 2.2.
Bảng 2.2 Các thí nghiệm cần xây dựng và yêu cần cần đạt trong dạy học nội dung “Dao động” và “Sóng” trong vật lí 11 (2018)
YCCĐ Tên thí nghiệm Ý tưởng xây dựng thí nghiệm
Mục tiêu của thí nghiệm Dao động
Thực hiện thí nghiệm đơn giản tạo ra được dao động và mô tả được một số ví dụ đơn giản về dao động tự do
1 Thí nghiệm về dao động của con lắc đơn
Thí nghiệm dựa trên các thiết bị thí nghiệm có sẵn (sử dụng quả nặng treo vào dây gắn vào giá cố định)
- [2.3] Lựa chọn phương án, thiết kế và lập kế hoạch thực hiện phương án khảo sát dao động của con lắc
- [2.4] Thực hiện được thí nghiệm khảo sát định tính dao động của con lắc
Dùng đồ thị li độ
- thời gian có dạng hình sin
(tạo ra bằng thí nghiệm, hoặc hình vẽ cho trước), nêu được định nghĩa: biên đô, chu kì, tần số, tần số góc, độ lệch pha
2 Thí nghiệm vẽ đồ thị dao động của con lắc đơn, con lắc lò xo
Thí nghiệm kết nối thiết bị hiện hành với phần mềm cho con lắc đơn và con lắc lò xo dao động, cho phép quay lại video Sử dụng phần mềm Tracker để phân tích video thí nghiệm, từ đó xác định dạng đồ thị và biểu thức các đại lượng của dao động điều hòa.
[2.5] Chứng tỏ đồ thị li độ dao động của con lắc đơn, con lắc lò xo là hàm điều hòa theo thời gian
Đồ thị vận tốc và gia tốc của con lắc lò xo là hàm điều hòa theo thời gian, có chu kỳ giống với chu kỳ của li độ Điều này cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa các đại lượng vật lý trong chuyển động của con lắc lò xo.
[2.5] Chứng tỏ được vận tốc nhanh pha hơn li độ một góc
, gia tốc nhanh pha hơn vận tốc một góc
Nêu được ví dụ thực tế về dao động tắt dần, dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng
3 Thí nghiệm minh họa dao động hiện tượng cộng hưởng
Thí nghiệm dựa trên các thiết bị thí nghiệm có sẵn (thí nghiệm minh họa dao động tắt dần, hiện tượng cộng hưởng)
Trong phần 2.3, chúng ta cần lựa chọn phương án và thiết kế kế hoạch thực hiện khảo sát hiện tượng cộng hưởng Tiếp theo, ở phần 2.4, việc thực hiện thí nghiệm sẽ giúp chúng ta rút ra những kết luận quan trọng.
Từ đồ thị độ dịch chuyển – khoảng cách (tạo ra bằng thí nghiệm hoặc hình vẽ cho
4 Thí nghiệm khảo sát độ dịch chuyển – khoảng cách của sóng trên
Thí nghiệm tự tạo (vòng lò xo)
[2.4] Thực hiện được kế hoạch triển khai tìm hiểu các khái niệm bước sóng, biên độ, chu kì, tần số
30 trước), mô tả được sóng qua các khái niệm bước sóng, biên độ, tần số, tốc độ và cường độ sóng lò xo
Thực hiện thí nghiệm hoặc sử dụng tài liệu đa phương tiện để thảo luận về mối liên hệ giữa các đại lượng đặc trưng của sóng và các đại lượng đặc trưng cho dao động của phần tử môi trường.
5 Thí nghiệm minh họa dao động điều hòa của nguồn sóng với chu kì, biên độ sóng
Thí nghiệm ảo dùng phần mềm Crocodile physics
[2.2] Minh họa dao động điều hòa của nguồn sóng với chu kì, biên độ sóng
Quan sát hình ảnh (hoặc tài liệu đa phương tiện) về chuyển động của phần tử môi trường, thảo luận để so sánh được sóng dọc và sóng ngang
6 Thí nghiệm về sóng dọc và sóng ngang
Thí nghiệm tự tạo (vòng lò xo)
[2.2] đưa ra phán đoán được đặc điểm về phương của sóng dọc và sóng ngang
[2.4] Thực hiện được thí nghiệm khảo sát đặc điểm về phương dao động và phương truyền sóng của sóng ngang và sóng dọc và rút ra kết luận
Thảo luận để thiết kế phương
7 Thí nghiệm đo tần số của
Thí nghiệm kết nối giữa thiết bị hiện
[2.1] Đề xuất được phương án đo tần số
Đo tần số sóng âm có thể thực hiện thông qua việc lựa chọn phương án và áp dụng phương pháp phù hợp, sử dụng dao động ký hoặc các dụng cụ thực hành Việc này có thể được hỗ trợ bằng phần mềm chuyên dụng để đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo lường.
(đo tần số của sóng âm bằng app Sound Analyzer Basic trên điện thoại thông minh (hệ điều hành Android, âm thoa) sóng âm
[2.4] Thực hiện được thí nghiệm và thu thập được số liệu và rút ra kết luận
Thực hiện (hoặc mô tả) được thí nghiệm chứng minh sự giao thoa hai sóng kết hợp bằng dụng cụ thực hành sử dụng sóng nước
8 Thí nghiệm giao thoa sóng nước
Thí nghiệm dựa trên các thiết bị thí nghiệm có sẵn
- Thực hiện thí nghiệm tạo sóng dừng và giải thích được sự hình thành sóng dừng
-Sử dụng hình ảnh (tạo ra bằng thí nghiệm hoặc hình vẽ cho trước) xác định được nút và bụng của sóng dừng
9 Thí nghiệm khảo sát sóng dừng
Thí nghiệm tự tạo (lắp ráp khung đỡ, tạo bộ rung dao động bằng giấy formex, ruột bút bi, motor)
[2.5] Chứng tỏ được số bụng sóng, nút sóng phụ thuộc vào chiều dài của sợi dây, cột khí
[2.5] Viết, trình bày báo cáo và thảo luận [2.6] Ra quyết định và đề xuất ý kiến, giải pháp mới và sáng tạo
Thảo luân để 10 Thí nghiệm Thí nghiệm kết nối [2.4] Thực hiện kế
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày về việc thiết kế và lựa chọn phương án thực hiện để đo tốc độ truyền âm bằng dụng cụ thực hành Việc đo tốc độ truyền âm giữa thiết bị hiện hành và phần mềm là một bước quan trọng trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ âm thanh.
- Phương án 1: Xử dụng thí nghiệm hiện hành, đo tốc độ truyền âm qua hiện tượng sóng dừng
- Phương án 2: Kết hợp một số thiết bị thí nghiệm hiện hành và app phát tần số Frequency
Generator, đo tốc độ truyền âm qua hiện tượng sóng dừng
Phương án 3 đề xuất kết hợp các thiết bị thí nghiệm hiện có với ứng dụng Phyphox để đo tốc độ truyền âm qua hiện tượng phản xạ âm Quá trình này sẽ bao gồm việc tiến hành đo tốc độ truyền âm, từ đó thu thập số liệu và rút ra những kết luận cần thiết.
[2.5] Viết, trình bày báo cáo và thảo luận.
Xây dựng các thí nghiệm cụ thể
2.3.1 Thí nghiệm về dao động của con lắc đơn a) Mục tiêu
- [2.3] Lựa chọn phương án, thiết kế và lập kế hoạch thực hiện phương án khảo sát dao động của con lắc
- [2.4] Thực hiện được thí nghiệm khảo sát định tính dao động của con lắc b) Vật tư, dụng cụ
Bảng 2.3 Dụng cụ và vật tư thí nghiệm khảo sát định tính dao động của con lắc đơn
Vật tư, dụng cụ Hình ảnh
Sử dụng bộ thí nghiệm hiện hành
- Quả nặng Đế 3 chân Dây dù 2 trụ ɸ10
Gia trọng 50g Khớp nối c) Tiến hành thí nghiệm
Bước 1: Lắp trụ sắt vào chân đế, vặn chặt.
Bước 2: Dùng khớp nối ngang giữa 2 trục ɸ10
Bước 3: Mắc dây dù vào quả nặng
Bước 4: Đẩy nhẹ cho quả nặng dao động
Hình 2.1 Khảo sát dao động của con lắc đơn d) Kết quả thí nghiệm, xử lí kết quả và kết luận
Nhận xét: Minh họa được dao động (VD: Dao động của con lắc đơn, là dao động tắt dần)
Kết luận: Dao động là sự lặp đi lặp lại nhiều lần một trạng thái của một vật nào đó
Trong cơ học, dao động được định nghĩa là chuyển động lặp đi lặp lại trong không gian, xung quanh một vị trí cân bằng Dao động cơ học thể hiện sự biến thiên liên tục giữa động năng và thế năng.
Một ví dụ điển hình về dao động cơ học là con lắc đồng hồ, trong đó vị trí cân bằng được xác định khi con lắc đứng yên Ý tưởng áp dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy nhằm phát triển năng lực vật lý cho học sinh là một phương pháp hiệu quả.
- Các biều hiện của NL vật lí có thể phát triển
- [2.3] Lựa chọn phương án, thiết kế và lập kế hoạch thực hiện phương án khảo sát dao động của con lắc
- [2.4] Thực hiện được thí nghiệm khảo sát định tính dao động của con lắc
Chuyển giao NV + GV cho một vài HS lên thực hiện kéo thả cho quả nặng dao động
+ GV yêu cầu HS thảo luận nhóm 2 người cùng bàn lấy các ví dụ về dao động tự do
Nhiệm vụ của học sinh trong việc thực hiện các thí nghiệm vật lý bao gồm quan sát dao động của con lắc đồng hồ, sự nhấp nhô của chiếc thuyền khi neo tại chỗ, và sự rung động của dây đàn guitar Những hiện tượng này giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm vật lý liên quan đến chuyển động và sóng.
Báo Cáo, trình bày, kết luận
+ GV gọi các nhóm trình bày, các nhóm khác nhận xét
+ GV nhận xét phần trình bày của các nhóm
Chốt KT GV chốt kiến thức về dao động cơ
2.3.2 Thí nghiệm vẽ đồ thị dao động của con lắc đơn, con lắc lò xo a) Mục tiêu
- [2.5] Chứng tỏ đồ thị li độ dao động của con lắc đơn, con lắc lò xo là hàm điều hòa theo thời gian
Đồ thị vận tốc và gia tốc của con lắc lò xo cho thấy chúng là hàm điều hòa theo thời gian, có cùng chu kỳ với li độ Điều này chứng minh mối quan hệ chặt chẽ giữa các đại lượng vật lý trong chuyển động của con lắc lò xo, với chu kỳ không đổi trong các quá trình dao động.
- [2.5] Chứng tỏ được vận tốc nhanh pha hơn li độ một góc
, gia tốc nhanh pha hơn vận tốc một góc
và v max = ; A a max = 2 A b) Vật tư, dụng cụ
Bảng 2.4 Dụng cụ và vật tư thí nghiệm vẽ đồ thị con lắc đơn, con lắc lò xo
Vật tư, dụng cụ Hình ảnh
Sử dụng bộ thí nghiệm hiện hành:
- 1 lò xo Đức (dài 6 cm)
- Laptop Đế 3 chân Dây dù 2 trụ ɸ10
Quả nặng 210g Gia trọng 50g 2 khớp nối
Phần mềm Tracker c) Tiến hành thí nghiệm
* Giới thiệu sơ lược phần mềm và cách cài đặt
Tracker là công cụ miễn phí cho mô hình hóa và phân tích video, phát triển trên nền tảng Java của Open Source Physics (OSP) Dự án này được tài trợ bởi Quỹ Khoa học quốc gia và Đại học Davidson (Mỹ), nhằm hỗ trợ giảng dạy vật lý, bao gồm việc vẽ đồ thị và giải phương trình vi phân.
Ta có thể thể tải phần mềm Tracker Video Analysis và lựa chọn nhiều phiên bản từ trang web: https://physlets.org/tracker/ [18]
Phiên bản Tracker Video Analysis 6.1.2 không yêu cầu cài đặt Java, trong khi các phiên bản trước 4.9 cần có Java để hoạt động.
Sau khi đã tải xong phần mềm thì chúng ta bắt đầu tiến hành cài đặt vào máy tính theo các bước như sau: [10]
Bước 1: Chạy cài đặt chương trình Tracker và sẽ xuất hiện cửa sổ như hình:
Bước 2: Rồi ta chọn Next => I accept the agreement:
Bước 3: Ta chọn Next và sau đó chọn nơi cài đặt và bấm Next:
Bước 4: Sau khi chọn nơi cài đặt và chọn Next thì tích chọn Video and
Bước 5: Chọn Install để chương trình cài đặt và sau khi cài đặt xong bấm Finish
* Thí nghiệm vẽ đồ thị con lắc đơn
Bước đầu tiên trong việc tạo giá thí nghiệm là lắp trụ ɸ10 vào đế 3 chân và vặn vít chặt Sau đó, sử dụng khớp nối để lắp thêm một trụ ɸ10 Tiếp theo, dùng dây dù để vắt qua trụ ɸ10 mới lắp và đồng thời vắt qua vít của khớp nối thứ hai để tạo ra một gốc ổn định.
Bước 2 Gắn gia trọng vào dây dù và tiến hành kéo lệch một góc so với vị trí cân bằng rồi thả và dùng điện thoại quay lại
Bước 3 Mở phần mềm Tracker Video Analysis, vào và chọn file video đã có về dao động của con lắc đơn
Bước 4 Điều chỉnh kích thước đoạn video mà ta cần phân tích (vào Clip setting) Bắt đầu từ frame 0 hoặc tùy chọn
Bước 5: Đưa thang đo vào video bằng cách chọn "Calibtation Stick", giữ nút Shift và nhấp chuột vào hai điểm bất kỳ để thiết lập thước đo quãng đường Dấu thang đo sẽ xuất hiện, và bạn có thể điều chỉnh kích thước thang đo bằng cách nhấp vào số chỉ trên thang đo và thay đổi theo thước đo thực tế Cuối cùng, đưa hệ quy chiếu vào video và điều chỉnh gốc tọa độ cho phù hợp.
Bước 6 Chọn dấu hiệu trên thanh công cụ và sau đó chúng ta chọn Point
Mass đối với các vật chuyển động
Sau khi chọn Point Mass, nhấn giữ nút Shift và sử dụng chuột để tick vào các vị trí khác nhau của vật đang chuyển động trong quá trình phân tích quãng đường Lưu ý điều chỉnh khối lượng m về giá trị thực (ví dụ, trong hình m = 0.05 kg).
Ta có thể thay đổi các đại lượng khác theo các trục trên đồ thị bằng cách tick chuột vào điểm “x(m)” và “t(s)” trên đồ thị
Để phân tích đồ thị li độ-thời gian (x-t), bạn hãy nhấp chuột phải vào đồ thị và chọn Analyze Tiếp theo, trong menu Analyze, chọn Curve Fitter để khớp hàm với dạng đồ thị tương ứng là Sinusoid (Dạng Sin) Lưu ý rằng nếu hàm chuẩn không khớp với hàm thực tế, bạn cần bôi đen hai cột x-t và y-t tương ứng.
*Thí nghiệm vẽ đồ thị con lắc lò xo
Để lắp đặt hệ thống tương tự như con lắc đơn, cần chú ý đến việc xác định tâm hệ trục tọa độ tại trung điểm của quãng đường mà quả nặng di chuyển.
Bước 1 Lắp các thiết bị tạo thành con lắc đơn như hình 2
Kéo quả nặng xuống dưới khoảng 3 cm so với vị trí cân bằng và thả để vật dao động Sử dụng điện thoại để quay lại quá trình dao động của vật.
Bước 3 Mở phần mềm Tracker Video Analysis, chọn file video đã có về dao động của con lắc lò xo
Bước 4 Điều chỉnh kích thước đoạn video mà ta cần phân tích (nhấn Clip setting) Bắt đầu từ frame 0 hoặc tùy chọn
Bước 5: Thêm thang đo và hệ tọa độ vào video bằng cách chọn công cụ Calibration Stick Sử dụng chuột để kéo hai đầu của thước đến điểm biên của vật dao động trong video Sau đó, nhấp chuột trái vào ô giá trị chiều dài trên thước để nhập giá trị thực tế, bằng hai lần giá trị biên.
Đưa hệ tọa độ vào video bằng cách chọn công cụ trên thanh công cụ, sau đó sử dụng chuột để di chuyển gốc tọa độ O đến vị trí cân bằng của vật nặng.
Bước 7 Chọn dấu hiệu trên thanh công cụ, sau đó chọn Point Mass đối với các vật chuyển động
Bước 8: Để chọn các đại lượng cần khảo sát và vẽ đồ thị, bạn hãy nhấn vào nút Columns để lựa chọn các đại lượng như li độ theo phương thẳng đứng (y), vận tốc theo phương thẳng đứng (vy) và gia tốc theo phương thẳng đứng (ay) Sau đó, nhấn vào nút Plot để chọn số đồ thị cần hiển thị, ví dụ như 3.
Xây dựng kế hoạch bài dạy có sử dụng một số thí nghiệm đã xây dựng nhằm phát triển năng lực vật lí của học sinh
2.4.1 Kế hoạch bài dạy bài Sóng cơ và sự truyền của sóng cơ
TÊN BÀI DẠY: SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ Môn học: CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ; lớp: 11
Thời gian thực hiện: (2 tiết)
- Năng lực tự chủ và tự học:
+ Tìm hiểu thông tin, đọc sách giáo khoa, quan sát tranh ảnh, video
+ Xác định được nhiệm vụ học tập dựa trên kết quả đã đạt được
- Năng lực giao tiếp và hợp tác:
+ Xác định trách nhiệm và hoạt động của bản thân
+ Biết chủ động trong giao tiếp: tự tin, chủ động trong báo cáo, trình bày sản phẩm trước lớp
- Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo:
+ Phát hiện và nêu tình hống có vấn đề trong học tập, trong cuộc sống
+ [1.2] Nêu được định nghĩa về sóng dọc và sóng ngang
+ [1.4] Phân biệt được sóng dọc và sóng ngang
Sóng dọc và sóng ngang có những đặc điểm phương khác nhau Thí nghiệm khảo sát cho thấy phương dao động của sóng ngang vuông góc với phương truyền sóng, trong khi sóng dọc có phương dao động cùng chiều với phương truyền sóng Kết quả này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tính chất của hai loại sóng này.
Nhân ái: Hợp tác giữa các thành viên trong nhóm
Chăm chỉ là phẩm chất quan trọng, thể hiện sự kiên trì, tỉ mỉ và cẩn thận trong việc quan sát, thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm Điều này cũng bao gồm ý chí mạnh mẽ để vượt qua khó khăn trong quá trình thực hiện các nhiệm vụ học tập và ứng dụng kiến thức.
Trung thực: Khách quan, trung thực trong thu thập và xử lý số liệu, viết và nói đúng với kết quả thu thập
II Thiết bị dạy học và học liệu
Thiết bị 8 vòng lò xo trẻ em kích thước 9cm*8,7cm - Điện thoại thông minh
Học liệu Các công cụ đánh giá: Phiếu học tập, rubric đánh giá, các video thí nghiệm (minh họa sóng nước, sóng trên dây…), trò chơi
III Tiến trình dạy học
1 Chuỗi các hoạt động dạy học và thời gian dự kiến
Gồm chuỗi các hoạt động: Xác định vấn đề học tập (khởi động), hình thành kiến thức, luyện tập, vận dụng
Tên hoạt động cụ thể (thời gian)
Phương pháp, kĩ thuật, hình thức tổ chức (kể tên)
Phương án đánh giá (tên công cụ /kiểu đánh giá) Hoạt động 1: Khởi động (10 phút)
Tạo tình huống xuất phát
Vấn đáp, tìm tòi sáng tạo, tổng hợp
Thái độ tập trung của HS
Hoạt động 2: Hình thành kiến thức Hoạt động 2.1: Tìm hiểu sự hình thành sóng, sóng dọc và sóng ngang
Sự hình thành sóng, khái niệm sóng dọc và sóng ngang
Chia lớp thành 8 nhóm thực hiện yêu cầu trong phiếu học tập
Sản phẩm học tập (trả lời trong các phiếu học tập)
Hoạt động 2.2: Tìm hiểu về các đặc trưng của sóng hình sin
Khái niệm bước sóng, biên độ, chu kì, tần số sóng
Vấn đáp, tìm tòi sáng tạo, tổng hợp
Hoạt động 3: Luyện tập (20 phút)
Có 4 đội, mỗi đội là 1 tổ trả lời các câu hỏi
Giải thích hiện tượng đặt ra ở đầu bài và vẽ sơ đồ tư duy
Chia lớp thành 8 nhóm thực hiện yêu cầu trong phiếu học tập
Sản phẩm học tập (Câu trả lời của HS, giấy A4)
2 Các hoạt động dạy học cụ thể
Hoạt động 1: Khởi động (10 phút) nhằm tạo hứng thú cho học sinh trong quá trình học tập Giáo viên sẽ xây dựng tình huống để học sinh thảo luận và trả lời câu hỏi liên quan Dự kiến, sản phẩm của hoạt động này là những câu trả lời từ học sinh, thể hiện sự sáng tạo và tư duy phản biện Cách thức tổ chức sẽ được thực hiện một cách linh hoạt để khuyến khích sự tham gia tích cực của học sinh.
Chuyển giao nhiệm vụ học tập
- Cho HS xem video sóng nước, sóng thần… https://www.youtube.com/watch?v=Cxr-Ty4eTMc
Sóng cơ, sóng biển và sóng thần là những loại sóng khác nhau với những đặc điểm riêng biệt Trong bài học hôm nay, chúng ta sẽ cùng khám phá sự khác biệt và đặc điểm của từng loại sóng này Hãy cùng nhau tìm hiểu để hiểu rõ hơn về hiện tượng sóng trong tự nhiên.
Học sinh cần chú ý xem video và lắng nghe những gợi ý từ giáo viên Dự kiến, cách thức đánh giá sẽ bao gồm việc giáo viên hỏi và đáp, cùng với việc quan sát quá trình hoạt động cá nhân của học sinh.
❖ Hoạt động 2: Hình thành kiến thức
Hoạt động 2.1: Tìm hiểu sự hình thành sóng, sóng dọc và sóng ngang (30 phút) a Mục tiêu hoạt động:
- HS mô tả được sự hình thành sóng
- Nêu được khái niệm và đặc điểm của sóng dọc và sóng ngang b Nội dung hoạt động:
- Hoạt động cá nhân, nhóm: Nghiên cứu tài liệu
- Hoạt động cả lớp: Tìm hiểu sự hình thành sóng, sóng dọc và sóng ngang c Dự kiến sản phẩm:
- Các câu hỏi SGK và phiếu học tập
Hình 2.8 HS khảo sát sóng ngang trên lò xo
Hình 2.9 HS khảo sát sóng dọc trên lò xo d Cách thức tổ chức:
Chuyển giao nhiệm vụ học tập
- Cho HS xem video dao động của phần tử sóng https://www.youtube.com/watch?v=3HsCUi5QmUU
- Phát vòng lò xo cho các nhóm
- Hoàn thành phiếu học tập
- HS xem video và thực hiện nhiệm vụ theo nhóm từ vòng lò xo được phát để hoàn thành phiếu học tập
Thực hiện nhiệm vụ theo nhóm
- Quan sát quá trình hoạt động của các nhóm và hỗ trợ kiến thức
-Các nhóm thực hiện yêu cầu, nhiệm vụ của giáo viên
Báo cáo kết quả và thảo luận
- Quan sát các câu trả lời của các nhóm
- Hình thành kiến thức mới
- Gọi đại diện nhóm trình bày về câu trả lời của nhóm mình
- Các nhóm còn lại bổ sung và đánh giá nhóm kết quả nhóm trình bày Đánh giá, chốt kiến thức:
Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh
- Đánh giá câu trả lời của học sinh
+ Khi lan truyền, chỉ có trạng thái dao động và năng lượng truyền đi từ phân tử này sang phân tử khác, còn chúng vẫn dao động tại chỗ
+ Từ thí nghiệm thấy rằng, sóng ngang là sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng
Sóng dọc có phương dao dộng trùng với phương truyền sóng
Lắng nghe và ghi chép
Câu 1: Quan sát video và cho biết các phần tử môi trường dao động tại chỗ hay truyền đi theo sóng?
Câu 2: Từ dụng cụ được cho là lò xo, hãy thiết kế phương án và tiến hành làm thí nghiệm khảo sát sóng ngang, sóng dọc
e Dự kiến cách thức đánh giá: GV có thể sử dụng phiếu đánh giá qua Rubric các biểu hiện thực hiện thí nghiệm như bảng 2.18
Bảng 2.19 Rubric đánh giá phiếu học tập của HS
Câu hỏi Biểu hiện hành vi Mức độ Tiêu chí chất lượng
1 1.2 Trình bày được các kiến thức vật lí phổ thông bằng các hình thức biểu đạt: nói, viết, vẽ, lập sơ đồ, biểu đồ
1 Chưa trình bày được hoặc trình bày sai
2 Trình bày được kiến thức, nhưng chưa đầy đủ
3 Trình bày được kiến thức với sự trợ giúp của nhóm khác
4 Tự nhóm trình bày được kiến thức đầy đủ, chính xác
1 Tiến hành thí nghiệm hoàn toàn theo sự hướng dẫn của GV
2 Tham gia tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch với sự trợ giúp từ GV
3 Tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch không cần sự hướng dẫn của GV
Tự tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch một cách nhanh chóng, thuần thục và chính xác
2.4 Thu thập kết quả định tính
1 Ghi chép được một vài dấu hiệu
2 Ghi chép được đầy đủ dấu hiệu với sự hướng dẫn của GV
3 Tự thu thập được đầy đủ dấu hiệu một cách
4 Tự thu thập được dấu hiệu nhanh chóng, đầy đủ và chính xác
Trong hoạt động 2.2, học sinh sẽ tìm hiểu về các đặc trưng của sóng hình sin trong 20 phút Mục tiêu của hoạt động là giúp học sinh nắm vững các khái niệm về bước sóng, biên độ, chu kỳ và tần số sóng Nội dung hoạt động bao gồm việc thực hiện nghiên cứu tài liệu và quan sát thí nghiệm, cả cá nhân lẫn nhóm Dự kiến sản phẩm của hoạt động này sẽ là những hiểu biết sâu sắc về các đặc trưng của sóng hình sin.
Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng, nơi dao động tại hai điểm đó cùng pha Nó được định nghĩa là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ T.
Biên độ sóng là độ lệch tối đa của một phần tử trong môi trường mà sóng di chuyển qua so với vị trí cân bằng của nó.
- Tần số f là nghịch đảo của chu kì sóng d Cách thức tổ chức:
Chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV giảng giải cho HS về khái niệm biên độ, bước sóng, chu kì, tần số
Thưc hiện nhiệm vụ học tập
- Quan sát thái độ tập trung của HS - Cả lớp chú ý theo dõi Đánh giá, chốt kiến thức:
Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh
GV chốt kiến thức: Từ đồ thị độ dịch chuyển – khoảng cách của sóng trên lò xo:
Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng, nơi dao động tại hai điểm đó diễn ra đồng pha Nó đại diện cho quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ T.
Biên độ sóng là độ lệch tối đa của một phần tử trong môi trường mà sóng truyền qua, thể hiện biên độ dao động của phần tử đó so với vị trí cân bằng.
- Tần số f là nghịch đảo của chu kì sóng
- Lắng nghe, phản hồi và ghi chép e) Dự kiến cách thức đánh giá: GV đánh giá thông qua thái độ tập trung của HS
Hoạt động 3: Luyện tập (20 phút) nhằm củng cố nội dung đã học thông qua trò chơi “Hộp quà bí mật” Trong trò chơi, có 8 câu hỏi dành cho 4 nhóm, mỗi nhóm sẽ được 10 điểm cho mỗi câu trả lời đúng Nếu nhóm nào trả lời sai, các nhóm khác sẽ có cơ hội trả lời Cuối cùng, tổng kết điểm số để xác định nhóm đạt điểm cao nhất và khen thưởng những thành viên tích cực phát biểu Mục tiêu là các nhóm có thể trả lời đúng các câu hỏi.
Chiếu slide ppt trò chơi “Hộp quà bí mật”
Tiếp nhận và thực hiện
TRÒ CHƠI “HỘP QUÀ BÍ MẬT”
Câu 1: Sóng ngang (cơ học) truyền được trong các môi trường:
A chất rắn và bề mặt chất lỏng
B chất khí và trong lòng chất rắn
C chất rắn và trong lòng chất lỏng
D chất khí và bề mặt chất rắn
Một sóng trên mặt biển có bước sóng 2 m Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng dao động cùng pha là 1 m.
Câu 3: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về sóng cơ học
A Sóng âm truyền được trong chân không
B Sóng dọc là sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng
C Sóng dọc là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng
D Sóng ngang là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng
Câu 4: Khi nói về sóng cơ, phát biểu nào sau đây sai?
A Sóng cơ lan truyền không mang năng lượng
B Sóng cơ lan truyền được trong chất rắn
C Sóng cơ lan truyền được trong chất khí
D Sóng cơ lan truyền được trong chất lỏng
Câu 5: Một sóng cơ truyền dọc theo trục Ox có phương trình u = Acos(20πt – πx)
(cm), với t tính bằng s Tần số của sóng này bằng:
Câu 6: Sóng cơ học truyền trong môi trường vật chất đồng nhất qua điểm A rồi đến điểm B thì:
A chu kì dao động tại A khác chu kì dao động tại B
B dao động tại A trễ pha hơn tại B
C biên độ dao động tại A lớn hơn tại B
D tốc độ truyền sóng tại A lớn hơn tại B
Câu 7: Một sóng ngang tần số 50 Hz truyền theo phương Ox, với tốc độ truyền sóng là 4 m/s Bước sóng của sóng trên là:
Câu 1 2 3 4 5 6 7 Đáp án A B C A B C C e) Dự kiến cách thức đánh giá: GV đánh giá thông qua Rubric
Biểu hiện hành vi Mức độ Tiêu chí chất lượng
1.2 Giải được các bài tập vật lí (lí tưởng) liên quan
1 Chưa giải được bài tập
Thực hiện được một phần lời giải (vận dụng được công thức nhưng sai đáp số hoặc vận dụng sai công thức)
3 Giải được bài tập với sự trợ giúp của người khác
4 Tự giải được bài tập theo đúng các bước, đúng kết quả
Hoạt động 4: Vận dụng (10 phút) nhằm giải quyết vấn đề đã đề ra ở đầu bài và tạo sơ đồ tư duy để tổng kết nội dung bài học Mục tiêu của hoạt động này là giúp học sinh củng cố kiến thức và hình dung rõ ràng hơn về bài học thông qua việc tổ chức thông tin một cách trực quan.
Hoạt động nhóm: Nghiên cứu tài liệu, tự thiết kế và thực hiện phương án c Dự kiến sản phẩm:
- Trả lời được câu hỏi mở đầu bài học:
Bảng 2.21 So sánh giữa sóng cơ, sóng biển và sóng thần [30]
Sóng cơ Sóng biển Sóng thần
Giống: Đều có nguồn phát, biên độ sóng, bước sóng, năng lượng sóng, chu kì sóng, vận tốc truyền sóng
- Một tác động dịch chuyển gây ra rung động và tạo sóng
- Các phần tử môi trường chỉ đao động tại chỗ
- Năng lượng chuyển dời theo sóng
+ Sóng dọc: Phương dao động trùng phương truyền sóng
+ Sóng ngang: Phương dao động vuông góc phương truyền sóng
- Được tạo ra do tác dụng của gió là chính
- Các phân tử môi trường xoay vòng tại chỗ, ít chuyển động tịnh tiến theo hướng lan truyền của sóng
- Năng lượng chuyển dời theo sóng
+ Sóng hỗn hợp hình thành tại vị trí có xảy ra bão; hướng sóng, chiều cao sóng và chu kì sóng có dạng không đồng nhất
Sóng lừng được hình thành từ nguồn phát sinh sóng, như bão, và có thể lan truyền đến vị trí đang được xem xét Đặc điểm của sóng lừng bao gồm chiều dài sóng, chiều cao và chu kỳ tương đối đồng đều.
- Nguồn phát (tâm chấn) như động đất, hoạt động phun trào núi lửa…
- Các phần tử môi trường dao động quá lớn gây phá hủy liên kết
- Năng lượng cực lớn, lan truyền với tốc độ cao (khoảng 500 dặm/h)
- Biên độ sóng ngoài khơi nhỏ, bước sóng rất lớn (hàng trăm km); khi vào bờ biên độ sóng lớn (không ổn định)
- Ở vùng nước rộng có chu kì rất dài (nhiều phút tới nhiều giờ, tùy thuộc vào điều kiện địa lý)
- Sơ đồ tư duy d Cách thức tổ chức:
Chuyển giao nhiệm vụ học tập
- GV nhắc lại câu hỏi đã đặt ra ở phần mở đầu bài học cho HS thảo luận nhóm
- Chia lớp thành 4 nhóm vẽ sơ đồ tư duy chốt lại nội dung bài học
- HS tiếp nhận và thực hiện
Thưc hiện nhiệm vụ cá nhân
- Gợi ý cho HS - Cá nhân thực hiện yêu cầu, nhiệm vụ của giáo viên
Báo cáo kết quả và thảo luận
+ GV gọi và nhận xét câu trả lời của HS HS trả lời câu hỏi Đánh giá, chốt kiến thức:
Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh Đánh giá câu trả lời của các nhóm và chốt lại nội dung bài học
Lắng nghe và ghi chép e) Dự kiến cách thức đánh giá:
Câu hỏi Biểu hiện hành vi Mức độ Tiêu chí chất lượng
3.1 Giải thích được các hiện tượng tự nhiên
2 Giải thích được một phần hiện tượng
3 Giải thích được với sự hỗ trợ của các nhóm khác
4 Tự giải thích được một cách chính xác, rõ ràng
2 1.2 Trình bày được các kiến thức vật lí phổ thông bằng các hình thức biểu đạt: nói, viết, vẽ, lập sơ đồ, biểu đồ
1 Chưa vẽ sơ đồ tư duy được hoặc vẽ sai kiến thức
2 Trình bày được kiến thức, nhưng chưa đầy đủ, chưa đẹp
3 Trình bày đầy đủ kiến thức, gọn gàng
4 Trình bày đẹp, đầy đủ, sáng tạo
IV ĐIỀU CHỈNH, THAY ĐỔI, BỔ SUNG (NẾU CÓ)
2.4.2 Kế hoạch bài dạy bài Sóng dừng
TÊN BÀI DẠY: SÓNG DỪNG Môn học: CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ; lớp: 11
Thời gian thực hiện: (2 tiết)
- Năng lực tự chủ và tự học:
+ Tìm hiểu thông tin, đọc sách giáo khoa, quan sát tranh ảnh, video
+ Xác định được nhiệm vụ học tập dựa trên kết quả đã đạt được
- Năng lực giao tiếp và hợp tác:
+ Xác định trách nhiệm và hoạt động của bản thân
+ Biết chủ động trong giao tiếp: tự tin, chủ động trong báo cáo, trình bày sản phẩm trước lớp
- Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo:
+ Phát hiện và nêu tình hống có vấn đề trong học tập, trong cuộc sống
- [1.2], [1.3] Phát biểu và giải thích được hiện tượng sóng dừng, xác định được vị trí nút và bụng của sóng dừng
- [2.4] Thực hiện được thí nghiệm tạo sóng dừng, chỉ ra được điểm nút, bụng sóng,
- [2.5] Chứng tỏ được số bụng sóng, nút sóng phụ thuộc vào chiều dài của sợi dây, cột khí
- [2.5] Viết, trình bày báo cáo và thảo luận
- [2.6] Ra quyết định và đề xuất ý kiến, giải pháp mới và sáng tạo
Nhân ái: Hợp tác giữa các thành viên trong nhóm
Chăm chỉ là sự kiên trì, tỉ mỉ và cẩn thận trong việc quan sát, thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm Điều này cũng thể hiện ý chí vượt qua khó khăn khi thực hiện các nhiệm vụ học tập, áp dụng và mở rộng kiến thức.
Trung thực: Khách quan, trung thực trong thu thập và xử lý số liệu, viết và nói đúng với kết quả thu thập
II Thiết bị dạy học và học liệu
Thiết bị - 4 bộ thí nghiệm đo vận tốc truyền âm
- Tạo giá đỡ từ các dụng cụ sau: 4 ống nhựa 15 cm, 2 ống 5 cm, 1 ống 65 cm, 4 khớp nối chữ T, 2 ống 17 cm
- Giấy formex dày 3mm, ruột bút bi, motor 9-12V
THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
Mục đích thực nghiệm
Mục đích của TNSP là kiểm tra tính chính xác của giả thuyết khoa học trong luận văn, đồng thời đánh giá tính khả thi và hiệu quả của quy trình xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học nội dung “Dao động” và “Sóng” – Vật lí 11 (theo CTGDPT 2018), nhằm phát triển năng lực vật lí của học sinh.
Nhiệm vụ của thực nghiệm
Để đạt được mục đích nghiên cứu, tôi cần thực hiện những nhiệm vụ sau:
- Nghiên cứu cơ sở lí luận về sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương trình Vật lí
- Nghiên cứu nội dung kiến thức của “Dao động” và “Sóng” – Vật lí 11 (CTGDPT
Nghiên cứu yêu cầu thí nghiệm trong nội dung "Dao động" và "Sóng" giúp xác định các thí nghiệm cần thực hiện Các loại thí nghiệm bao gồm khảo sát, minh họa, mở đầu, củng cố và thực hành, nhằm đảm bảo đạt được mục tiêu học tập hiệu quả.
Xây dựng các thí nghiệm bao gồm việc xác định mục tiêu thí nghiệm, có thể trùng hoặc cao hơn yêu cầu cần đạt Cần thiết lập phương án thiết kế thí nghiệm, có thể là mới hoặc khai thác từ các thí nghiệm hiện có Ngoài ra, cần chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, và xác định cách thức chế tạo, thử nghiệm cũng như thu thập kết quả một cách hiệu quả.
- Thiết kế kế hoạch bài dạy có sử dụng các thí nghiệm đã xây dựng nhằm phát triển năng lực vật lí của học sinh
- Xây dựng bảng công cụ kiểm tra đánh giá năng lực Vật lí của học sinh
- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá giả thuyết khoa học.
Đối tượng thực nghiệm sư phạm
- Hoạt động của GV và HS trong quá trình dạy học nội dung “Dao động” và “Sóng” – Vật lí 11 (CTGDPT 2018)
- Cách thức tổ chức hoạt động dạy học có sử dụng thí nghiệm trong nội dung “Dao động” và “Sóng” – Vật lí 11 (CTGDPT 2018)
- Nơi tổ chức TNSP: Trung tâm GDTX Số 1 TP Đà Nẵng, số HS được chọn TNSP là 35 HS lớp 12/1.
Phạm vi thực nghiệm sư phạm
- Nội dung kiến thức “Dao động” và “Sóng” – Vật lí 11 (CTGDPT 2018).
- Thời gian: Từ tháng 10/2022 đến tháng 11/2022.
- Không gian: học sinh lớp 12 ở TTGDTX Số 1 TP Đà Nẵng.
Phương pháp thực nghiệm sư phạm
Quá trình TNSP gồm các bài sau: Bài 7 Sóng cơ và sự truyền sóng cơ, bài 9 Sóng dừng và bài 10 Đặc trưng vật lí của âm
Trong quá trình thực hiện TNSP, sau mỗi tiết dạy, tôi đã rút ra kinh nghiệm và trao đổi với học sinh để hiểu rõ hơn về mức độ tiếp nhận của các em trong quá trình học tập Tôi đã tiến hành đánh giá học sinh dựa trên Rurbic với mục đích cải thiện chất lượng giảng dạy và nâng cao hiệu quả học tập của học sinh.
- Đánh giá mức độ tiếp thu bài học, khả năng hiểu các khái niệm, các định luật và các tính chất của sự vật hiện tượng
Đánh giá khả năng áp dụng kiến thức vật lý vào việc giải thích các hiện tượng trong cuộc sống thực tế và khả năng giải quyết các bài tập vật lý là rất quan trọng Việc này không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về lý thuyết mà còn phát triển kỹ năng tư duy phản biện Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành sẽ nâng cao khả năng vận dụng kiến thức trong các tình huống cụ thể Thông qua việc giải quyết bài tập, học sinh có thể củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng phân tích, từ đó chuẩn bị tốt hơn cho các thách thức trong tương lai.
• Các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
Đánh giá định tính về năng lực vật lý của học sinh được thực hiện thông qua ba thành tố chính: nhận thức vật lý, khám phá thế giới tự nhiên từ góc độ vật lý và khả năng áp dụng kiến thức cùng kỹ năng đã học Việc này được thể hiện qua quan sát hành vi của học sinh và phân tích phiếu học tập của các em.
- Đánh giá định lượng: Thông qua đánh giá điểm số mức độ biểu hiện các HS của
NL giúp học sinh khám phá thế giới tự nhiên qua lăng kính vật lý, bao gồm các phiếu học tập, câu hỏi thảo luận và sản phẩm nhóm Các hoạt động này không chỉ khuyến khích sự tò mò mà còn phát triển kỹ năng phân tích và tư duy phản biện của học sinh.
• Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm
Nhà trường hỗ trợ tích cực cho tác giả trong việc hoàn thành TNSP, đồng thời học sinh chủ động hợp tác với giáo viên để thực hiện các yêu cầu đề ra.
Trường gặp khó khăn do không có phòng thực hành thí nghiệm và các dụng cụ thí nghiệm hư hỏng nặng Để khắc phục tình trạng này, nhà trường đã nhận được sự hỗ trợ mượn các bộ thí nghiệm từ trường ĐHSP Đà Nẵng.