(Skkn 2023) hướng dẫn học sinh thiết kế, chế tạo một số phương án thí nghiệm có sử dụng cảm biến trên điện thoại thông minh áp dụng khi tổ chức dạy học môn vật lí

Tuynhiên các thí nghiệm này còn có các hạn chế sau:- Một số bộ thí nghiệm như bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động của con lắc đơn, sựrơi tự do của một vật, thí nghiệm kiểm chứng định luật

n

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

DỤNG KHI TỔ CHỨC DẠY HỌC MÔN VẬT LÍ

Tác giả: Nguyễn Thị Duyên Chức vụ: Giáo viên

Đồng tác giả:

Lê Đình Dương – chức vụ: Phó hiệu trưởng

Lê Anh Thái – chức vụ: Nhóm trưởng chuyên môn Nguyễn Thị Minh Chúc – chức vụ: Giáo viên

Mai Thị Hồng Vinh – chức vụ: Giáo viên

Ninh Bình, tháng 4 năm 2023

n

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN

Kính gửi: Hội đồng thẩm định sáng kiến Sở Giáo dục và Đào tạo Ninh Bình

Chúng tôi ghi tên dưới đây:

Số

TT Họ và tên

Ngày tháng năm sinh

Nơi công tác (hoặc nơi thường trú)

Chức danh

Trình độ chuyên môn

Tỷ lệ (%) đóng góp vào việc tạo

ra sáng kiến (ghi rõ đối với từng đồng tác giả (nếu có)

1 Nguyễn Thị Duyên 04/6/1985

THPT

2 Lê Anh Thái 31/07/1982

THPTTrần Hưng Đạo NTCM Cử nhân

20

3 Nguyễn Thị Minh Chúc 10/12/1987

THPTTrần Hưng Đạo GV Cử nhân

20

4 Mai Thị Hồng Vinh 16/07/1983

THPTTrần Hưng Đạo GV Cử nhân

20

5 Lê Đình Dương 29/04/1984

THPTTrần Hưng Đạo Phó HT Cử nhân

20

1 Tên sáng kiến, lĩnh vực áp dụng

Chúng tôi là nhóm tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến: “Hướng dẫn học

sinh thiết kế, chế tạo một số phương án thí nghiệm có sử dụng cảm biến trên điện

thoại thông minh áp dụng khi tổ chức dạy học Vật lí”

Lĩnh vực áp dụng: Giảng dạy.

n

Về trang thiết bị thí nghiệm sẵn có

Hiện nay trong phòng thí nghiệm của các trường phổ thông phục vụ cho dạy họccũng đã có sẵn một số thí nghiệm kiểm chứng và các bộ thí nghiệm thực hành Tuynhiên các thí nghiệm này còn có các hạn chế sau:

- Một số bộ thí nghiệm như bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động của con lắc đơn, sựrơi tự do của một vật, thí nghiệm kiểm chứng định luật II Newton dùng cổng quangđiện và đồng hồ đo thời gian để đếm chu kỳ và đo thời gian chuyển động khá cồngkềnh so với không gian lớp học, hay bị lỗi sau một thời gian sử dụng, giá thành 1 bộthí nghiệm còn cao, trong khi đó mỗi lớp học cần từ 4 đến 6 bộ

- Chưa có các bộ thí nghiệm kiểm chứng về chu kỳ tần số con lắc lò xo, dao động tắtdần, con lắc đơn, gia tốc hướng tâm của chuyển động tròn đều, chuyển động lăn trênmặt phẳng, đồ thị dao động của các âm do các nguồn khác nhau phát ra…

- Các thí nghiệm biểu diễn hầu hết còn chưa có, GV chủ yếu tự lấy các thí nghiệmsẵn có trên mạng về cho HS quan sát

chế tạo 6 phương án thí nghiệm có sử dụng ứng dụng Phyphox (Phụ lục 1) cài ở điện

thoại thông minh để đo đạc và xử lí số liệu, gồm:

1 Bộ thí nghiệm khảo sát sự rơi tự do – Đo gia tốc trọng trường

Giải pháp cũ: Bộ thí nghiệm khảo sát

chuyển động rơi tự do

Nhược điểm: Cổng quang điện và

đồng hồ đo thời gian hay bị lỗi, các bộ

+ 2 quả nặng 100gam/1 quả+ Điện thoại thông minh có cài phầnmềm Phyphox

- Nguyên lí hoạt động: Dựa vào công

thức sự rơi tự do của một vật S= 1/2gt2

Đo S bằng thước, đo thời gian nhờ cảmbiến âm thanh của điện thoại về tiếng vachạm của vật vào giá đỡ khi rơi Từ đótính g

- Ưu điểm: Đơn giản, dễ làm, gọn

nhẹ

- Tính mới: Sử dụng cảm biến âm

thanh trong điện thoại để đo thời gian

n

(Phụ lục 2)

2 Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật II Newton

Giải pháp cũ: Bộ thí nghiệm khảo sát định

luật II Newton

Nhược điểm: Cổng quang điện và đồng

hồ đo thời gian hay bị lỗi, các bộ thí

nghiệm còn khá nặng, cồng kềnh khó di

chuyển nếu GV giảng dạy trực tiếp tại lớp

học, giá thành 1 bộ thí nghiệm còn cao

Giải pháp mới: Bộ thí nghiệm khảo sát định luật II Newton kết hợp điện thoại thông minh

- Cấu tạo:

+ 1 xe lăn+ 1 máng đỡ có gắn 1 ròng rọc cốđịnh

+ Dây nối+ 4 quả nặng mỗi quả 10g

+ Móc treo quả nặng+ Điện thoại thông minh có cài phầnmềm Phyphox

- Hoạt động: Dựa vào định luật II

Newton F = ma Khảo sát sự phụthuộc gia tốc a theo m và F

- Ưu điểm: Vật liệu đơn giản, dễ

làm, phù hợp với nhiệm vụ giao cho

HS thiết kế, chế tạo

n

(Phụ lục 3)

3 Bộ thí nghiệm khảo sát gia tốc hướng tâm trong chuyển động tròn đều

Giải pháp cũ: HS tìm hiểu thông qua hình

ảnh, mô tả trong sách giáo khoa

Nhược điểm: Hiệu quả thấp, không gây

hứng thú

Giải pháp mới: Bộ thí nghiệm khảo sát gia tốc hướng tâm trong chuyển động tròn đều kết hợp điện thoại thông minh.

- Cấu tạo:

+ Bàn xoay có gắn mô tơ 12V+ Chiết áp điều chỉnh tốc độquay

+ Giá đỡ điện thoại+ Quả nặng giúp hệ cân bằng+ Điện thoại thông minh có càiphần mềm Phyphox và máy tính

- Hoạt động: Khảo sát sự phụ

thuộc độ lớn gia tốc hướng tâmtheo bán kính và tần số

- Ưu điểm: Vật liệu đơn giản, dễ

làm, phù hợp với nhiệm vụ giaocho HS thiết kế, chế tạo

n

(Phụ lục 4)

4 Bộ thí nghiệm khảo sát chu kỳ, tần số của con lắc đơn

Giải pháp cũ: HS tìm hiểu qua video thí

nghiệm có sẵn

Nhược điểm: Hiệu quả dạy học thấp,

không kích thích được sự tìm tòi sáng

tạo của HS

Giải pháp mới: Bộ thí nghiệm khảo sát chu kỳ, tần số của con lắc đơn kết hợp điện thoại thông minh.

- Cấu tạo:

+ 1 giá đỡ có gắn thanh thẳng đứng+ Sợi dây có thể thay đổi chiều dài+ Ống nhựa đỡ điện thoại

+ Máy tính kết nối điện thoại

- Hoạt động: Đo chu kỳ dao động của

con lắc đơn với các chiều dài dây khácnhau

- Ưu điểm: HS được thực hành những

kiến thức trong bài học qua trải nghiệmthực tế bằng những dụng cụ đơn giản, rẻtiền, dễ làm

(Phụ lục 5)

n

5 Bộ thí nghiệm khảo sát dao động điều hòa và dao động tắt dần của con lắc lò xo

Giải pháp cũ: GV đưa ra công thức, mô

tả hiện tượng, HS nghiên cứu trong sách

giáo khoa

Nhược điểm: Hiệu quả thấp, không

gây hứng thú

Giải pháp mới: Bộ thí nghiệm khảo sát

dao động điều hòa và dao động tắt dần của con lắc lò xo kết hợp điện thoại thông minh.

- Cấu tạo:

+ 1 giá đỡ có gắn thanh nhựa thẳngđứng

+ Lò xo đường kính 10mm, dài 10cm,20cm, 30cm

+ Ống nhựa đỡ điện thoại+ Quả nặng 100g

+ Cốc nước+ Máy tính kết nối điện thoại

- Hoạt động:

+ Điện thoại và quả nặng được gắnvào lò xo nhờ giá đỡ Sau đó kích thíchcho dao động, và ghi lại tần số dao độngcủa con lắc bằng phần mềm điện thoại.Thay đổi độ cứng lò xo và khối lượng đểkhảo sát sự thay đổi chu kỳ tần số conlắc

+ Sử dụng cốc nước để cho quả nặngdao động trong nước để khảo sát đồ thịdao động tắt dần

n

(Phụ lục 6)

6 Bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động lăn không trượt của khối trụ

Giải pháp cũ: HS tìm hiểu qua phần đọc

- Cấu tạo:

+ Ống nhựa đường kính 8,4 cm+ Điện thoại kết nối máy tính

- Hoạt động: Đặt điện thoại đã kết nốimáy tính và trong ống nhựa rồi lăn Máytính sẽ hiển thị cho chúng ta đồ thị sựphụ thuộc tốc độ dài, tốc độ góc và bánkính của ống

- Ưu điểm: Đơn giản, dễ làm, HS có

thể thấy ngay kết quả hiển thị trên máytính

(Phụ lục 7)

n

Nội dung các thí nghiệm mà chúng tôi đã thiết kế, chế tạo GV có thể sử dụng nótrong quá trình thiết kế bài học theo các cách khác nhau Có thể dạy học dự án, dạyhọc nêu vấn đề, …

2.2.2 Xây dựng kế hoạch

Chia lớp học thành các nhóm, mỗi nhóm nghiên cứu chế tạo một sản phẩm Mỗi sảnphẩm được thiết kế, chế tạo qua các giai đoạn:

+ Giai đoạn tìm kiếm thông tin

Trong giai đoạn này HS thảo luận thống nhất những từ khoá cần thiết cho việc tìmkiếm thông tin, dựa trên các từ khoá liên quan đến thông tin HS tìm kiếm những thôngtin cần thiết cho việc thiết kế, chế tạo mỗi sản phẩm

+ Giai đoạn xử lí thông tin

HS họp nhóm thống nhất thông tin mà mỗi cá nhân đã tìm kiếm để đi đến thống nhấtchung về nội dung kiến thức cần thiết Tổng hợp kết qủa dưới hình thức sơ đồ tư duytrên khổ giấy A3 Trong sơ đồ tư duy phải thể hiện được các bộ phận chính của mỗisản phẩm làm bằng vật liệu gì, nguyên lí hoạt động của chúng

+ Giai đoạn xây dựng ý tưởng cho các sản phẩm, thiết kế sản phẩm

Lựa chọn mô hình, bố cục cho từng sản phẩm

Tính toán thiết kế chi tiết cho mỗi sản phẩm

Tìm kiếm vật liệu chế tạo, chuẩn bị công cụ cần thiết, dự trù kinh phí

+ Giai đoạn thực hiện chế tạo và lắp ráp sản phẩm

HS tham gia chế tạo theo sự phân công điều hành của trưởng nhóm vận hành thử sảnphẩm Chỉ ra những nhược điểm và sự cố gặp phải khi vận hành, tìm cách khắc phục

để hoàn thiện sản phẩm GV giám sát, hỗ trợ khi cần

+ Giai đoạn hoàn thiện và trình bày báo cáo sản phẩm

2.2.3 Xây dựng tiêu chí và hình thức đánh giá kết quả làm việc của các nhóm

Xây dựng cách đánh giá bằng 2 hình thức: HS tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng vớinhau và GV đánh giá

HS đánh giá: Tổ chức, hướng dẫn HS đánh giá dựa vào các bảng tiêu chí cụ thể củatừng nội dung, vì đây là hình thức đánh giá mới nên chúng tôi có thể hỗ trợ giải thích

cụ thể các tiêu chí cho các em nếu các em còn thấy băn khoăn Sau đó tiến hành việcđánh giá, có thể trên lớp hoặc ở nhà theo bảng tiêu chí và các mẫu đánh giá

2.2.4 Quá trình thực hiện

Buổi 1: Gặp gỡ HS, giao nhiệm vụ cho HS

GV giao nhiệm vụ cho HS, phân chia nhóm HS các nhóm tiến hành họp phiên thứnhất để bầu nhóm trưởng, thư kí, lập kế hoạch sơ bộ cho các hoạt động

Thống nhất từ khóa và phân công tìm kiếm thông tin liên quan đến các sản phẩm

n

Buổi 2: Họp nhóm thống nhất thông tin và xử lí thông tin tìm kiếm được

GV hẹn gặp và làm việc cụ thể với từng nhóm

Buổi 3: Thống nhất ý tưởng cho các sản phẩm, thiết kế sản phẩm

Theo đúng lịch hẹn, GV tổ chức cho các nhóm họp bàn kế hoạch thống nhất ýtưởng lựa chọn hình thức, kiểu dáng, vât liệu, dự trù kinh phí…cho từng sản phẩmmột

Buổi 4: Các nhóm tham gia chế tạo sản phẩm

Các nhóm tập hợp mang theo dụng cụ, vật liệu… để bắt đầu chế tạo sản phẩm

n

Buổi 5: Tổ chức HS báo cáo sản phẩm

GV tổ chức cho HS được báo cáo sản phẩm trước lớp, mỗi nhóm cử 1 bạn đại diệnlên báo cáo, các nhóm còn lại sẽ bổ sung, phản biện, đặt câu hỏi liên quan đến sảnphẩm, GV sẽ chốt lại kết quả và nhận xét

Sau khi kết thức buổi cáo cáo yêu cầu các nhóm nộp bản nhận xét đánh giá sảnphẩm của các nhóm, yêu cầu HS về hoàn thiện các phiếu đánh giá cá nhân, các nhómhoàn thành phiếu đánh giá trong nhóm, chéo nhóm để tổng hợp kết quả cho mỗi thànhviên

2.2.5 Hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm trong giảng dạy môn Vật lí

Chúng tôi đã ứng dụng các thí nghiệm trên vào các bài học sau:

Vật lí 10: Bài 11: Thực hành: Đo gia tốc rơi tự do; Bài 15: Định luật II Newton, Bài

32: Gia tốc hướng tâm, lực hướng tâm.

Vật lí 12: Bài 1,2,3: Dao động điều hòa – Con lắc lò xo – Con lắc đơn; Bài 4: Dao

động tắt dần Dao động cưỡng bức

Trong quá trình dạy học ở các lớp (10B1, 10B2) và (12B1, 12B2) và chúng tôi đã sửdụng thí nghiệm cho các lớp 10B1 và 12B1 chúng tôi thực hiện phương pháp quan sát:Quan sát về các hoạt động của GV và HS trong quá trình diễn ra bài dạy học theo cáctiêu chí:

- Mức độ học và hiểu bài về nhà của HS qua các câu hỏi kiểm tra bài cũ

- Các bước lên lớp của GV, sự điều khiển và gợi ý cho các hoạt động của HS thôngqua các câu hỏi của GV

- Các thao tác và mức độ xử lí của GV trong khi sử dụng thiết bị thí nghiệm

- Thao tác thực hiện và cách nhận xét kết quả của HS đối với thiết bị thí nghiệm

- Tính tích cực của HS thông qua không khí lớp học, sự tập trung và nghiêm túc, sốlượng và chất lượng các câu trả lời cũng như phát biểu xây dựng bài của HS

- Mức độ đạt được các mục tiêu của bài dạy thông qua các câu hỏi của GV trong phầncủng cố vận dụng

Sau mỗi bài dạy học có trao đổi với GV dự giờ và HS, lắng nghe ý kiến để rútkinh nghiệm cho các bài dạy học khác cũng như cho sáng kiến

Qua quan sát giờ học ở các lớp thực nghiệm (10B1, 12B1) và đối chứng (10B2,12B2) được tiến hành theo tiến trình dạy học, đặc biệt là phần tiến trình dạy tự biênsoạn, chúng tôi rút ra được một số nhận xét sau:

- Đối với lớp (10B2, 12B2), không khí lớp học diễn ra bình thường Cách dạy tuy cóđổi mới nhưng chưa thấy có chuyển biến rõ rệt GV chủ yếu là truyền giảng, cho HSquan sát Video thí nghiệm có sẵn hoặc mô tả thí nghiệm trong SGK, HS tập trung lắngnghe và ghi chép Tuy HS có trả lời các câu hỏi của GV đặt ra nhưng chưa thể hiện rõ

n

sự hứng thú và tự giác, chủ yếu là đọc sách và trả lời Mau quên, không ấn tượng lắmnhững gì đã được học.

- Đối với lớp (10B1, 12B1), vì hầu hết các quá trình, hiện tượng vật lí nêu trong sáchgiáo khoa đều được thực hiện thông qua các thí nghiệm Hoạt động của GV và HSdiễn ra trong giờ học thực sự chủ động và tích cực Giờ học đã rút ngắn thời gian diễngiảng của GV và tăng cường hoạt động của HS Các vấn đề đặt ra, câu hỏi gợi ý, HSdựa trên kết quả thí nghiệm đã hứng thú và tự giác trong các hoạt động học tập HS rấttập trung theo dõi quá trình định hướng của GV, các em rất sôi nổi, nhiệt tình trongviệc lên tiến hành thí nghiệm dưới sự hướng dẫn của GV và hăng say phát biểu xâydựng bài Số lượng cũng như chất lượng các câu trả lời của HS đưa ra cao hơn hẳn sovới các lớp (10B2, 12B2), (vì các em biết dựa vào hiện tượng rõ ràng ở thí nghiệm vàgợi ý của GV, còn ở các lớp (10B2, 12B2), các em chủ yếu dựa vào sách giáo khoa).Trong quá trình kiểm tra bài cũ và củng cố vận dụng, nội dung kiến thức nhiều nhưnglại không làm mất nhiều thời gian của GV và HS rất hào hứng, tích cực trả lời

Để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng sáng kiến trong dạy học, sau khi hoànthành các bài thực nghiệm, chúng tôi tiến hành tổ chức cho mỗi lớp làm một bài kiểmtra 1 tiết, mục đích của bài kiểm tra nhằm đánh giá việc nắm kiến thức, kỹ năng màmục tiêu bài học yêu cầu Ngoài ra, còn tìm tòi những cá nhân tiêu biểu trong việcđánh giá khả năng vận dụng các kiến thức đã học để giải một số bài tập liên quan ởmực độ cao hơn

Bảng 1 Kết quả lớp thực nghiệm và lớp đối chứng

Giỏi Khá Trung Bình Yếu Kém 0

Biểu đồ so sánh kết quả thực nghiệm

Dựa vào kết quả chúng tôi xử lí theo toán học thống kê, dựa vào kết quả tổng hợp điểm kiểm tra, chúng tôi tính trung , bình độ lệch chuẩn (S), giá trị khảo sát (t) giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng.

t2 = (7,11 – 6,07) √1,25+1,5628+27 = 4,60

Bảng 2: Thống kê điểm số từ kết quả thực nghiệm sư phạm và các tham số từ

xử lí số liệu thống kê của các lớp.

Ngoài việc sử dụng công cụ toán học thống kê để phân tích kết quả thực nghiệm về mặt định lượng, trong quá trình thự nghiệm chúng tôi còn thu thập kết quả về mặt định tính thông qua quan sát cùng với thu thập ý kiến nhận xét của HS tham gia thực nghiệm Chúng tôi nhận thấy giờ học sôi nổi, nhiều HS rất tích cực phát biểu trong giờ học, các em tỏ ra thích thú khi được tự nghiên cứu, chế tạo các thí nghiệm của bài học.

3 Hiệu quả kinh tế, hiệu quả xã hội dự kiến đạt được

3.1 Hiệu quả kinh tế

Bộ thí nghiệm được thiết kế, chế tạo từ những nguyên liêu có sẵn, giá thành rẻ, vàđặc biệt HS hoàn toàn có thể sưu tầm, chế tạo thành công, đảm bảo tính thẩm mỹ,chính xác về mặt khoa học, hiệu quả về mặt giáo dục Qua đó cũng góp phần làm giảm

áp lực ngân sách để trang bị những thiết bị thí nghiệm đắt tiền

n

Năng lực thực nghiệm có vai trò rất quan trọng trong việc hình thành và phát triểnnhân cách của HS Ngoài việc củng cố, bổ sung vào hệ thống tri thức, kỹ năng, thái độđược HS lĩnh hội thông qua học ở trên lớp, còn tạo điều kiện cho HS vận dụng nhữngđiều đã học vào thực tiễn cuộc sống, rèn luyện các phẩm chất, nhân cách và học hỏithêm nhiều tri thức ngoài sách vở, luyện tập được nhiều kỹ năng, thói quen cần thiếtcho cuộc sống Quá trình tham gia chế tạo dụng cụ thí nghiệm làm tăng hứng thú đốivới môn học vật lí hơn, làm cho môn học vẫn được xem là khô khan đó trở nên hấpdẫn hơn, ý nghĩa hơn và thiết thực hơn Đó thực sự là những hiệu quả vô cùng to lớn

mà không thể tính bằng tiền

3.2 Hiệu quả xã hội

a Đối HS: Dễ tiếp thu bài và hiểu bài nhanh hơn, gây hứng thú học tập cho học

sinh Qua đó học sinh thêm yêu thích môn học, thích tìm hiểu, khám phá kiến thứckhoa học một cách tự nhiên và tự giác Khi học sinh được học với thiết bị thí nghiệm,được quan sát hiện tượng thực tế thì kiến thức nhớ lâu hơn

b Đối GV: Qua quá trình theo dõi, chúng tôi nhận thấy các thầy cô giáo sử dụng bộ

thí nghiệm để phục phục bài giảng của mình một cách chủ động Điều đó chứng tỏ sựcần thiết cũng như hiệu quả của bộ thí nghiệm mang lại Giúp tiết kiệm công sức mô

tả, thời gian trình bày, tránh hiện tượng dạy chay, góp phần đổi mới phương pháp dạyhọc

c Đối với phụ huynh và xã hội: Tạo được tâm lí tự tin cho phụ huynh và HS trước

mỗi kì thi quan trọng Gây dựng được dư luận tốt đẹp trong lòng nhân dân trong côngcuộc đổi mới phương pháp dạy học hiện nay Góp phần đưa nhà trường là địa chỉ giáodục tin cậy nhất của địa phương

4 Điều kiện và khả năng áp dụng

Sáng kiến được áp dụng ở tất các các trường THPT và cũng áp dụng được cho mọiđối tượng HS có thể theo quy mô lớp học, khối học hoặc toàn trường Thậm chí sángkiến còn là mô hình gợi mở cho GV để tổ chức dạy học phát triển năng lực thựcnghiệm cho HS các khối lớp thiết kế, chế tạo các sản phẩm nội dung như cơ học,quang học, nhiệt học… Nó còn là mô hình chung áp dụng cho các môn học thựcnghiệm khác như hóa học, sinh học, công nghệ…

Hiện nay hầu hết các trường THPT đều phân lớp theo năng lực của HS, ở các lớpkhá, có thể áp dụng luôn sáng kiến, còn với các lớp HS trung bình GV có thể linh độnggiảm bớt mức độ khó của một số yêu cầu trong các hoạt động, các em vẫn có thể tiếpcận và đạt được các mục tiêu như mong muốn

- Danh sách những người đã tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu (nếu có):

TT Họ và tên Ngày tháng

năm sinh Nơi công tác Chức danh

Trình độ chuyên môn

Nội dung công việc

hỗ trợ

n