Kinh Tế - Quản Lý - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Cơ khí - Vật liệu i UBND TỈNH QUẢNG NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ - HÓA – SINH ----- ----- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO VỀ SÓNG DỪNG TRÊN DÂY TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÝ 12 THPT Sinh viên thực hiện NGUYỄN THỊ HOA MSSV: 2113010213 CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÝ KHÓA 2013 – 2017 Cán bộ hướng dẫn ThS. VÕ HOÀNG TRÂN CHÂU MSCB: ……………. Quảng Nam, tháng 5 năm 2017 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa được công bố trong bất kì một công trình nào khác. Người thực hiện Nguyễn Thị Hoa iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến cô giáo ThS.Võ Hoàng Trân Châu – người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn chỉnh khóa luận này. Tôi xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu nhà trường cùng quý thầy cô giáo tổ Vật lý khoa Lý – Hóa – Sinh trường Đại học Quảng Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt bài khóa luận này cũng như đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập. Tôi xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu nhà trường cùng quý thầy cô giáo trường Lê Quý Đôn – Tam Kỳ đã nhiệt tình giúp đỡ, trao đổi và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình tiến hành khảo sát thực tế và thực nghiệm sư phạm của đề tài này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Một lần nữa tôi xin chân thành cám ơn Người thực hiện Nguyễn Thị Hoa iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ 1 SGK Sách giáo khoa 2 SBT Sách bài tập 3 SGV Sách giáo viên 4 THPT Trung học phổ thông 5 TNg Thực nghiệm 6 ĐC Đối chứng 7 TNTT Thí nghiệm tự tạo 8 DHVL Dạy học vật lí 9 QTDH Quá trình dạy học 10 TNTT Thí nghiệm tự tạo 11 TN Thí nghiệm 2 HĐDH Hoạt động dạy học 13 DH Dạy học 14 TTC Tính tích cực 15 PPDH Phương pháp dạy học 16 KN Kỹ năng 17 VL Vật lí 18 TBTN Thiết bị thí nghiệm v DANH MỤC HÌNH, BẢNG, SƠ ĐỒ 1. Danh mục các hình Stt Tên hình Trang 1 Hình 2.1: Sóng dừng đối với dây có hai đầu cố định 15 2 Hình 2.2: Bộ dao động 16 3 Hình 2.3: Bộ thay đổi tần số 17 2. Danh mục các bảng Stt Tên bảng Trang 1 Bảng 3.1 Mẫu thực nghiệm 30 2 Bảng 3.2 Bảng phân phối tần số (fn) cho các điểm số (Xi) của bài kiểm tra sau TNg 33 3 Bảng 3.3 Bảng phân phối tần suất của 2 nhóm ĐC và TNg 34 4 Bảng 3.4 Bảng phân phối tần suất tích lũy của 2 nhóm ĐC và TNg 35 5 Bảng 3.5 Bảng phân loại học lực học sinh 36 6 Bảng 3.6 Các tham số thống kê 37 vi 3. Danh mục các sơ đồ, biểu đồ Stt Tên hình Trang 1 Sơ đồ 1: Quy trình thiết kế tiến trình DH với sự hỗ trợ của TNTT 9 2 Sơ đồ 2: Cấu trúc logic chương “sóng cơ” 13 3 Sơ đồ 3: Sơ đồ logic về “Sóng dừng” 14 4 Biểu đồ 3.1: Biểu đồ phân phối điểm của 2 nhóm TNg và ĐC 34 5 Biểu đồ 3.2: Phân loại học lực học sinh 37 6 Đồ thị 3.1: Đồ thi phân phối tần suất của hai nhóm ĐC và TNg 35 7 Đồ thị 3.2: Đồ thị phân phối tần suất tích lũy 36 1 Phần 1. MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Với các môn khoa học thực nghiệm nói chung và vật lý nói riêng, việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học ở trường THPT không chỉ là công cụ bắt buộc theo hướng đổi mới của phương pháp dạy học, mà nó còn là một trong những biện pháp quan trọng giúp nâng cao chất lượng dạy học, góp phần tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. Các thí nghiệm vật lý không chỉ là nguồn cung cấp thông tin chính xác, dễ hiểu về các sự thật và hiện tượng, là phương tiện tốt để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức, mà còn là phương tiện rèn luyện sự khéo léo, kỹ năng thực hành cho học sinh, góp phần đánh giá năng lực và phát triển khả năng tư duy, giúp cho học sinh củng cố niềm tin khoa học, tạo ra sự hứng thú, tích cực, tự lập trong học tập của học sinh. Sử dụng thí nghiệm và các phương tiện dạy học hiện đại trong việc dạy học vật lý là một việc làm không thể thiếu trong công cuộc đổi mới phương pháp dạy học hiện nay. Tuy nhiên, trong các trường THPT hiện nay, thí nghiệm vật lý vẫn chưa có một vị trí xứng đáng, các thiết bị hiện đại được sử dụng chưa nhiều và có phần kém hiệu quả. Nguyên nhân một phần là do sự thiếu thốn về cơ sở vật chất, hoặc là do thiết bị thí nghiệm được cung cấp nhiều nhưng không đồng bộ, các thiết bị thí nghiệm chất lượng kém, bị hư hỏng trong khi vận chuyển, bảo quản, bên cạnh đó không có thiết bị dự trữ để thay thế nên khi tiến hành thí nghiệm thường cho kết quả không chính xác. Chính vì vậy, bên cạnh sự cần thiết phải trang bị những thiết bị thí nghiệm hiện đại, việc chế tạo các thí nghiệm tự tạo để sử dụng trong dạy học vật lý luôn là vấn đề được các nhà lý luận dạy học và các bộ ngành có liên quan quan tâm. Ở nước ta, hàng năm các sở giáo dục đào tạo và các trường có tổ chức các cuộc thi “Tự làm đồ dùng dạy học” để tạo ra nhiều thí nghiệm vật lý mới góp phần nâng cao hiệu quả và chất lượng giảng dạy vật lý trong các trường phổ thông. Là một sinh viên sư phạm vật lý sắp ra trường, tôi cũng mong muốn góp một phần nhỏ bé của mình vào sự nghiệp phát triển chung của đất 2 nước nên đã tìm tòi, nghiên cứu thiết kế và chế tạo những dụng cụ thí nghiệm trong việc học tập môn vật lý mà có thể sử dụng trong quá trình dạy học vật lý ở trường THPT sau này, góp phần tích cực hóa hoạt động nhận thức cho học sinh. Sóng dừng là một vấn đề hay trong chương trình vật lí phổ thông. Mặc dù chỉ ở mức độ sơ cấp nhưng không vì thế mà nó mất đi sự thú vị và hấp dẫn. Trong quá trình ôn luyện và tham gia một số diễn đàn, tôi thấy rằng nhiều bạn học sinh vẫn có những hiểu biết rất hời hợt, qua loa về sóng dừng. Mặc dù trong đề thi Đại học năm nay các bài tập về sóng dừng không khó tuy nhiên vẫn phải nghiên cứu kĩ lưỡng vấn đề này. Bởi vậy tôi xin đề cập đến một số vấn đề về sóng dừng mà bản thân cho là cần thiết. Xuất phát từ những lí do trên, tôi chọn đề tài “Chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo về sóng dừng trên dây trong dạy học chương “Sóng cơ” vật lý 12 THPT” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình. 2. Mục tiêu của đề tài - Hệ thống cơ sở lý luận về tổ chức hoạt động dạy học sử dụng thí nghiệm tự tạo. - Chế tạo bộ thí nghiệm về sóng dừng trên dây đàn hồi. 3. Giả thuyết khoa học Nếu chế tạo được thí nghiệm và sử dụng được thí nghiệm vào tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí chương “Sóng cơ” thì sẽ phát huy được tính tích cực nhận thức của học sinh trong học tập, qua đó nâng cao hiệu quả dạy học vật lí ở trường phổ thông. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Thí nghiệm gắn với các kiến thức của bài “Sóng dừng” chương “Sóng cơ” trong chương trình vật lý 12 THPT. Hoạt động dạy và học của giáo viên và học sinh trong bài “Sóng dừng” chương “Sóng cơ” 5. Phương pháp nghiên cứu + Phương pháp nghiên cứu lí thuyết 3 - Nghiên cứu các các tạp chí khoa học, luận án, luận văn về thí nghiệm tự tạo ở các cấp học, bậc học mà cụ thể ở cấp THPT. - Nghiên cứu nội dung, chương trình SGK vật lí lớp 12 bài “Sóng dừng” chương “Sóng cơ”. + Phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Điều tra GV ở trường THPT để nắm bắt được thực trạng về thiết bị thí nghiệm và việc tự tạo thí nghiệm trong dạy học chương “Sóng cơ” - Điều tra HS ở trường THPT để tìm hiểu việc tổ chức hoạt động dạy học bộ môn vật lí được GV giảng dạy vật lí thực hiện như thế nào? + Phương pháp thực nghiệm sư phạm Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở các trường THPT có đối chứng để kiểm tra tính khả thi của đề tài, cụ thể là xem xét việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS với sự hỗ trợ của thí nghiệm tự tạo có góp phần tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS trong dạy học hay không? 6. Cấu trúc đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo khóa luận gồm có 3 chương: Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo về trong dạy học vật lý Chương 2: Thiết kế, sử dụng thí nghiệm tự tạo và tiến trình dạy học các nội dung kiến thức về “Sóng dừng” trên dây vật lý 12 cơ bản Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 4 Phần 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÝ 12 THPT 1.1. Cơ sở lí luận về chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo 1.1.1. Khái niệm về thí nghiệm tự tạo Trong quá trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo (TNTT) trong dạy học vật lý (DHVL) các tác giả đã đưa ra những định nghĩa khác nhau về TNTT. Theo tác giả Hans-Joachim Wilke “Thí nghiệm tự tạo là những thí nghiệm được dùng trong dạy học vật lí và được tự tạo ra với những vật liệu và dụng cụ phổ biến trong đời sống hằng ngày” 10. Tác giả Lê Cao Phan cho rằng: “Thí nghiệm tự làm là thí nghiệm do giáo viên hoặc học sinh thực hiện bằng các nguyên vật liệu dễ tìm kiếm, rẻ tiền, sẵn có ở địa phương, phù hợp với hoàn cảnh của nhà trường và học sinh” 4. Còn tác giả Đồng Thị Diện thì cho rằng: “Thí nghiệm đơn giản là thí nghiệm mà việc chế tạo dụng cụ thí nghiệm đòi hỏi ít vật liệu, dễ chế tạo dụng cụ thí nghiệm và gia công các vật liệu, dễ bố trí, thao tác và không tốn nhiều thời gian” 1. Các định nghĩa trên tuy có nội hàm và cách diễn đạt ít, nhiều khác nhau nhưng đều có những điểm chung là: Yếu tố quan trọng nhất của TNTT là làm bằng tay, bàn tay là phương tiện chủ yếu để tạo ra TN. Vật liệu dùng để thiết kế, chế tạo TN là những vật dụng phổ biến và dễ tìm kiếm trong đời sống hàng ngày 5. Theo thời gian và cùng với sự phát triển của khoa học thì nội hàm của khái niệm TNTT được phát triển và mở rộng. Hiện nay, TNTT không chỉ là những TN đơn giản, rẻ tiền mà nó là những TNTT phức tạp và có tính hiện đại. Do đó, chúng ta có thể hiểu: TNTT là những thí nghiệm từ đơn giản đến phức tạp được tạo ra chủ yếu bằng tay từ những nguyên vật liệu, thiết bị, linh kiện phổ biến trong đời sống hằng ngày và được sử dụng trong quá trình dạy học (QTDH) 5. 5 1.1.2. Phân loại thí nghiệm tự tạo 1.1.2.1. Thí nghiệm tự tạo đơn giản TNTT đơn giản là những TN được tạo ra từ những vật liệu, dụng cụ thông dụng dễ kiếm như: vỏ lon, vỏ chai, ống nhựa, giấy, gỗ... TNTT đơn giản thường là những TN định tính. 1.1.2.2. Thí nghiệm tự tạo phức tạp TNTT phức tạp là những TN được tạo ra từ những dụng cụ thông dụng nhưng quá trình gia công, lắp ráp tạo nên chúng đòi hỏi nhiều thao tác tương đối phức tạp, công phu, mất nhiều thời gian hoặc có thể cần đến sự hỗ trợ của thợ lành nghề cùng máy móc cơ khí hiện đại. 1.1.2.3. Thí nghiệm tự tạo hiện đại TNTT hiện đại là những TN được tạo ra trong đó có sử dụng các thiết bị và linh kiện điện tử hiện đại như: vi điều khiển, mạch điện tử, bo mạch, led 7 đoạn, pin mặt trời... Những TN này thường là những thiết bị tự động. 1.1.3. Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm tự tạo Ưu điểm - Đối với TNTT đơn giản, những vật liệu, dụng cụ dùng để chế tạo TN là những dụng cụ đơn giản, dễ kiếm, phương tiện dùng để gia công đơn giản nên GV và HS đều có thể chế tạo được. - Dễ thao tác: lắp ráp, tháo rời các bộ phận của dụng cụ TN. - Dễ vận chuyển, bảo quản và an toàn trong chế tạo cũng như trong quá trình tiến hành TN. - Thí nghiệm có hình thức gọn nhẹ, đơn giản, dễ lắp ráp, dễ sử dụng nên có thể thực hiện mọi lúc, mọi nơi. - Góp phần làm phong phú thêm các phương tiện trực quan, qua đó trực quan hóa được nhiều hiện tượng và quá trình vật lí. - Việc bố trí và tiến hành TN đơn giản, không tốn nhiều thời gian. - Kết quả TN: rõ ràng, dễ quan sát, có sức hấp dẫn và kích thích hứng thú học tập của HS. Gần gũi với những hiện tượng trong đời sống hằng ngày. 6 - Phát huy tính tích cực và rèn luyện kỹ năng thực hành cho HS. Hạn chế - TNTT chưa có tính thẩm mỹ và độ bền cao, dễ hư hỏng. - Cần đầu tư thời gian, sức lực và trí tuệ để tự chế tạo ra được thí nghiệm đạt yêu cầu, có sức thuyết phục và phù hợp với nội dung bài học. - Hầu hết các TNTT đều là những TN định tính, ít có thí nghiệm định lượng. 1.1.4. Vai trò của việc tự tạo thí nghiệm trong dạy học vật lý Việc tự tạo TN đóng vai trò quan trọng trong DHVL ở trường phổ thông hiện nay. Cụ thể là: - Phát huy TTC, tự lực và chủ động trong hoạt động NT của HS. Tự tạo TN trong DHVL thường hướng đến việc sử dụng vào hỗ trợ tổ chức HĐDH thông qua các phương pháp dạy học (PPDH) tích cực nhằm tích cực hóa HĐNT của HS. - Góp phần làm phong phú TN được sử dụng trong dạy học (DH), giúp GV thuận tiện cho việc lựa chọn và sử dụng TN vào tổ chức hoạt động NT và rèn luyện KN, kỹ xảo cho HS trong DH ở lớp cũng như tổ chức tự học ở nhà. - Phối hợp với TN giáo khoa trong việc trực quan hóa hiện tượng, quá trình vật lí (VL) trong DH. Do đó, tự tạo TN có vai trò tích cực trong việc hỗ trợ cho hoạt động NT của HS nói chung và trong tự học nói riêng. - Hỗ trợ HĐDH ở nhiều khâu và nhiều hình thức khác nhau như: mở đầu, nêu vấn đề vào bài, hình thành kiến thức mới, ôn tập, củng cố vận dụng, vận dụng kiến thức, kiểm tra đánh giá..., hỗ trợ trong nhiều hình thức DH như: nghiên cứu kiến thức mới, thực hành TN, tự học ở nhà... - Rèn luyện KN thực hành TN và phát triển tư duy sáng tạo cho cả GV và HS. - Tạo ra phương tiện hỗ trợ quan trọng cho tổ chức HĐDH theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của HS. Tóm lại, tự tạo TN có vai trò quan trọng trong DHVL, đặc biệt nó còn có 7 vai trò trong việc vừa tạo ra phương tiện hỗ trợ, vừa là một hoạt động quan trọng để tổ chức HĐDH nhằm tích cực hóa hoạt động NT của HS trong DHVL ở trường phổ thông hiện nay. 1.1.5. Các yêu cầu đối với việc chế tạo và sử dụng thí nghiệm 1.1.5.1. Các yêu cầu đối với việc chế tạo thí nghiệm Các TNTT được xây dựng và sử dụng trong DHVL phải đảm bảo được 4 yêu cầu: về mặt khoa học, sư phạm, thẩm mĩ và kinh tế. Về mặt khoa học - Các TNTT được xây dựng phải đảm bảo khi tiến hành TN phải thành công, tạo ra hiện tượng rõ ràng, đúng với bản chất vật lí. - Có cấu tạo gọn nhẹ, thuận tiện trong quá trình sử dụng (tháo lắp, bố trí và tiến hành TN). Đảm bảo an toàn trong sử dụng, dễ sửa chữa, bảo quản và vận chuyển. Về mặt sư phạm - TNTT có thể được sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của QTDH như: sử dụng trong đề xuất vấn đề nghiên cứu, sử dụng trong hình thành kiến thức mới, và sử dụng trong củng cố, vận dụng kiến thức. - Kết quả của TNTT phải gắn liền với nội dung bài học, xuất hiện đúng lúc trong tiến trình DH, đồng thời kết quả TN phải được sử dụng cho mục đích DH một cách hợp lí, logic và không gượng ép. TN phải ngắn gọn, hợp lí và cho kết quả ngay nhằm đảm bảo về mặt thời gian của tiết học. - Tạo điều kiện cho HS phát huy TTC nhận thức trong và ngoài giờ học thông qua việc đề xuất và lựa chọn phương án TN, thiết kế và chế tạo dụng cụ TN nhằm kiểm chứng hoặc minh họa lại kiến thức đã thu nhận. Về mặt thẩm mĩ Các dụng cụ TNTT phải có kích thước đủ lớn, đảm bảo cho cả lớp quan sát nhằm giúp cho HS dễ theo dõi diễn biến của TN để có thể rút ra được những kết luận cần thiết. TN phải có màu sắc thích hợp và hình dáng đẹp đẽ lôi cuốn sự chú ý của HS, đặc biệt là cần làm nổi bật bộ phận cần quan sát. 8 Về mặt kinh tế - Các TNTT được xây dựng phải đảm bảo giá thành không cao nhờ sử dụng các nguyên vật liệu, dụng cụ và linh kiện có sẵn và dễ tìm trong cuộc sống hằng ngày. - Các TNTT phải có kết cấu và độ bền hợp lí để sử dụng được nhiều lần. 1.1.5.2. Các yêu cầu khi sử dụng thí nghiệm tự tạo Để việc sử dụng các TNTT trong quá trình DHVL phát huy được hiệu quả, cần tuân thủ các yêu cầu sau: - Xác định rõ các dụng cụ TN cần sử dụng, sơ đồ lắp ráp, các bước tiến hành TN. - Cần phải kiểm tra sự hoạt động của các dụng cụ TN trước giờ học một cách kỹ lưỡng, tiến hành thử TN nhiều lần để đảm bảo khi tiến hành TN phải thành công. - Khi sử dụng các TN vào tổ chức hoạt động DH phải tuân theo các quy tắc an toàn, tránh cảm giác lo sợ đối với HS mỗi khi tiến hành TN. - Xác định rõ logic của tiến trình DH, trong đó việc sử dụng TN phải là một bộ phận của QTDH, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức. Trước khi tiến hành TN cần phải xác định được mục đích của TN là dùng để đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức mới hay củng cố và vận dụng kiến thức. - Trước khi tiến hành TN, GV cần định hướng HS vào những hiện tượng cần quan sát. Xác định các nhiệm vụ của HS trong việc quan sát hoặc tiến hành TN. Đối với TN định lượng, HS phải lập bảng giá trị đo trước khi tiến hành TN, xử lí kết quả TN và rút ra kết luận về các dấu hiệu, mối liên hệ của bản chất hiện tượng. Đối với TN định tính, HS phát biểu các kết quả đã quan sát và vận dụng kiến thức mới vào giải thích hiện tượng. 1.1.6. Quy trình tổ chức hoạt động dạy học có sử dụng thí nghiệm tự tạo Chuẩn bị cơ sở vật chất và việc soạn thảo tiến trình tổ chức DH là khâu chuẩn bị quan trọng cho quá trình tổ chức DH trên lớp hoặc hướng dẫn HS tự học 9 ở nhà. Quy trình tổ chức HĐDH với sự hỗ trợ của TNTT gồm 5 bước, được thực hiện như sau 9: Sơ đồ 1: Quy trình thiết kế tiến trình DH với sự hỗ trợ của TNTT Bước 1: Xác định mục tiêu DH. Việc xác định mục tiêu DH giúp GV chọn lựa và định hướng đúng quá trình thiết kế tiến trình DH với sự hỗ trợ của TNTT trong từng bài học cụ thể. Bước 2: Nghiên cứu nội dung kiến thức để chỉ ra những kiến thức phù hợp để tổ chức HĐDH và sử dụng TNTT. Bước 3: Xác định các mức độ hỗ trợ của TNTT vào tổ chức HĐDH. Dựa vào nội dung kiến thức cụ thể, hình thức tổ chức và mức độ có thể phát huy tính tích cực, chủ động của HS trong hoạt động NT để xác định mức độ hỗ trợ của TNTT vào tổ chức HĐDH. Bước 3: Xác định các mức độ hỗ trợ của TNTT vào tổ chức HĐDH Bước 4: Thiết kế, chế tạo TN. Bước 5: Soạn thảo tiến trình DH (giáo án). Tổ chức hoạt động dạy học theo tiến trình đã Bước 1: Xác định mục tiêu dạy học. Bước 2: Nghiên cứu nội dung kiến thức để chỉ ra những kiến thức phù hợp để tổ chức HĐDH và sử dụng TNTT. 10 Bước 4: Thiết kế, chế tạo TN theo phương án lựa chọn. Dựa vào các phương án TNTT được lựa chọn, GV tiến hành tự tạo TN đáp ứng yêu cầu tổ chức HĐDH. Đối với các thiết bị TN đơn giản, có thể hướng dẫn HS chuẩn bị vật liệu, thiết bị ở nhà Bước 5: Soạn thảo tiến trình DH (giáo án). Dựa vào quy trình tổ chức DH với sự hỗ trợ của TNTT trong DH kiến thức mới, thực hành TN hoặc tự học ở nhà cho HS để thiết kế tiến trình DH và soạn giáo án lên lớp phù hợp theo hướng phát huy tính tích cực, tự lực và chủ động trong HĐNT của HS. 1.2. Cơ sở thực tiễn 1.2.1. Thực trạng việc chế tạo và sử dụng TNTT trong dạy học tại trường THPT Qua tổng hợp kết quả điều tra GV vật lý dạy lớp 12 trong trường THPT Lê Quý Đôn về tình hình dạy và học chương “Sóng cơ” tôi nhận thấy rằng: - Phương pháp dạy chủ yếu là thuyết trình, đàm thoại, nêu và giải quyết vấn đề. - Đa số giáo viên được hỏi đều có làm TN trên lớp nhưng phần lớn là những thí nghiệm đơn giản, ít mất thời gian và ít tốn thời gian chuẩn bị. - Ngoài ra, các GV giảng dạy vật lí còn cho rằng việc sử dụng TN trong DHVL là rất cần thiết, góp phần vào việc tích cực hóa HĐNT của HS và đổi mới PPDH ở trường phổ thông hiện nay. Kết quả điều tra cho thấy có gần 75 GV cho rằng việc sử dụng TN trong DHVL là rất cần thiết, có hơn 25 GV cho rằng cần thiết và không GV nào cho rằng không cần thiết. Như vậy, hầu hết các GV đều ý thức được vai trò quan trọng của TN trong DHVL. - Đối với HS, khi được hỏi trong giờ học vật lí có sử dụng TNTT thì mức độ học tập của các em như thế nào? Thì có gần 90 HS cho rằng rất hứng thú, có hơn 10 cho rằng hứng thú. Trong giờ học vật lí, các em HS còn cho rằng việc GV sử dụng TNTT để minh họa kiến thức đã thu nhận là rất cần thiết. - HS vẫn chưa được tiếp xúc nhiều với TNVL và việc sử dụng TNTT trong học tập đối với nhiều em là vấn đề còn xa lạ. 1.2.2. Nguyên nhân thực trạng 11 Thực trạng trên do nhiều nguyên nhân khác nhau, tuy nhiên có thể bắt nguồn từ những nguyên nhân cơ bản sau: - Cơ sở vật chất, trang thiết bị ở các trường THPT còn nghèo nàn, thiếu đồng bộ, chóng hư hỏng, lạc hậu, thiếu tính đa dạng nên thường gây nhàm chán cho cả GV và HS. - GV rất ngại sử dụng TN để DH, một phần không bị bắt buộc, một phần do việc sử dụng TN đòi hỏi đầu tư trí tuệ, thời gian, công sức. - Do một phần áp lực của sự quá tải nội dung chương trình, thời gian dành cho bài giảng không đủ để tiến hành một số TNVL, số lượng HS trong lớp lại đông, sự chuẩn bị của GV phải mất nhiều thời gian, tốn kém nên nhiều GV nhận thấy không phù hợp với điều kiện DH hiện nay. 1.2.3. Biện pháp khắc phục Có nhiều biện pháp để khắc phục hạn chế trên, ngoài việc đẩy mạnh đổi mới PPDH thì cần tập trung giải quyết những vấn đề cụ thể sau: tăng cường khai thác, sử dụng TNTT vào DHVL, tổ chức hiệu quả HĐDH, trong đó chú trọng HĐDH với sự hỗ trợ của TNTT trong các hình thức DH như hình thành kiến thức mới, thực hành TN hoặc tổ chức tự học ở nhà theo hướng phát huy tính tích cực, tự lực, chủ động nhằm tích cực hóa hoạt động NT của HS, đồng thời tăng cường rèn luyện các kĩ năng hợp tác, thực hành TN, tự học... cho HS. 12 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Qua nghiên cứu cơ sở lí luận, chúng tôi đã làm rõ hơn nội hàm của khái niệm TNTT và phân TNTT ra làm 3 loại, đó là: TNTT đơn giản, TNTT phức tạp và TNTT hiện đại. Để việc sử dụng TNTT trong tổ chức HĐDH cho HS trong DHVL đạt hiệu quả, phát huy được TTC nhận thức của HS thì đòi hỏi việc tự tạo TN và sử dụng TN trong QTDH phải tuân theo một số yêu cầu nhất định. Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về TNTT, chúng tôi đã đề xuất được một số quy trình tự tạo TN và quy trình sử dụng TNTT tổ chức HĐDH cho HS trong DHVL. Việc sử dụng TNTT trong tổ chức HĐDH cho HS trong DHVL tùy thuộc vào nội dung bài học mà TNTT có thể sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của QTDH như: sử dụng trong đề xuất vấn đề nghiên cứu, sử dụng trong giải quyết vấn đề và sử dụng trong củng cố, vận dụng kiến thức. Các nghiên cứu này sẽ được vận dụng vào việc tự tạo TN và sử dụng vào tổ chức HĐDH cho HS trong DH và được trình bày trong chương 2. Những nghiên cứu về TNTT cùng với kết quả điều tra tình hình DHVL ở trường THPT Lê Quý Đôn là một căn cứ quan trọng để chúng tôi thiết kế, chế tạo và sử dụng TNTT trong tổ chức HĐDH chương “Sóng cơ” vật lý 12 THPT. 13 Chương 2: CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC BÀI “SÓNG DỪNG” CHƯƠNG SÓNG CƠ VẬT LÍ 12 THPT. 2.1. Cấu trúc nội dung kiến thức chương “Sóng cơ” Sơ đồ 2: Cấu trúc logic chương “sóng cơ” Sóng cơ. Phươg trình sóng Hiện tượng sóng Những đại lượng đặc trưng của chuyển động sóng Phươg trình sóng Thí nghiệm Hiệu ứng Đốp‐le Hộp cộng hưởng Sóng âm. Nguồn nhạc âm Những đặc trưng của âm Nhạc âm và tạp âm Phươg pháp khảo sát thực nghiệm những tính chất của âm Nguồn gốc của âm và cảm giác về âm Nguồn nhạc âm Sự nhiễu xạ của Ứng dụng Điều kiện để có hiên tượng cộng hưởng giao thoa Sự giao thoa của hai ó Giao thoa sóng Sóng dừng Sự phản xạ sóng Phản xạ sóng. Sóng Giải thích hiện tượng Sóng cơ 14 2.1.1. Nội dung, kiến thức về “Sóng dừng” 2.1.1.1. Sơ đồ logic về sóng dừng Sơ đồ 3: Sơ đồ logic về “Sóng dừng” 2.1.1.2. Đặc điểm của sóng dừng - Sóng dừng không truyền trong không gian - Khoảng cách giữa 2 bụng sóng hay 2 nút sóng liên tiếp là ߣ 2. - Khoảng cách giữa bụng sóng và nút sóng liên tiếp là λ4. - Tại vị trí vật cản cố định, sóng tới và sóng phản xạ ngược pha nhau - Biên độ dao động tại mỗi điểm không đổi theo thời gian. 15 Sóng dừng đối với sợi dây có hai đầu cố định Hình 2.1: Sóng dừng đối với dây có hai đầu cố định 2.1.1.3. Điều kiện có sóng dừng - Điều kiện có sóng dừng đối với sợi dây có hai đầu cố định Điều kiện để có sóng dừng đối với sợi dây có hai đầu cố định thì chiều dài của dây phải bằng số nguyên lần nửa bước sóng. L = k ࣅ (k = 1, 2, 3, ...) => ࣅ ࢞ࢇ = 2ℓ Trong đó: L: chiều dài dây λ: bước sóng k = số bụng sóng = số nút sóng – 1 - Vị trí các điểm bụng cách đầu P của sợi dây là: d = (k + ) ࣅ - Vị trí các điểm nút cách đầu P của sợi dây là: d=k ࣅ (k = 1, 2, 3...) - số bụng sóng: ࡺࢍụ࢈= k; số bó sóng: ࡺó࢈= k ; số nút sóng: ࡺ࢚ú = k + 1 Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp = khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp = ࣅ Khoảng cách giữa nút sóng và bụng sóng liên tiếp = ࣅ - Vị trí các điểm bụng cách đầu Q của sợi dây là: d=k ࣅ (k = 1, 2, 3...) - Vị trí các điểm nút cách đầu Q của sợi dây là: d = (k + ) ࣅ 16 số bụng sóng: ࡺࢍụ࢈= k + 1; số bó sóng: ࡺó࢈= k ; số nút sóng: ࡺ࢚ú = k + 1 2.2. Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm tự tạo về “Sóng dừng” trên dây đàn hồi Bộ thí nghiệm tự tạo về sóng dừng trên dây đàn hồi gồm 2 bộ phận chính: bộ dao động và bộ thay đổi tần số. 2.2.1. Bộ dao động a. Chức năng Tạo dao động để hình thành sóng dừng b. Chuẩn bị 1m dây cao su đen; 2 bìa cứng, 1 bìa tròn đường kính 1,8cm và 1 bìa cứng dài 4cm, rộng 3cm; bộ nguồn 1 chiều 12V, 2 cây đinh 2, 2 miếng gỗ dài 8cm, rộng 5cm, c. Chế tạo Ta chuẩn bị một miếng gỗ dài 70cm, rộng 25cm làm giá đỡ có 2 trụ cố định. +Với bìa cứng thứ nhất ta dùng đinh 2 đóng chặt vào cách tâm 0,5cm, và tâm của bìa cứng gắn vào trục của động cơ 1 chiều 12V, bìa cứng thứ 2 ta khoét một đường dài 2cm,rộng 0,3cm sau đó dùng đinh 2 đóng chặt vào bìa cứng dưới chỗ khoét, cách lỗ khoét 0,5cm. + Ta dùng dây đàn hồi, một đầu cố định gắn vào trụ của giá đỡ, một đầu gắn vào đầu đinh của bìa cứng thứ 2. Hình 2.2: Bộ dao động 17 d. Nguyên tắc hoạt động Đầu rung ở đây là bộ nguồn 12V, ta chuyển động tròn đều của bộ nguồn thành chuyển động tịnh tiến. Khi nguồn dao động rung lên, nhờ dây là đàn hồi trên dây xuất hiện sóng tới được lan truyền. Đến phần giới hạn sóng truyền trở về, trên dây tồn tại 2 sóng tới và sóng phản xạ. + Khi đã ổn định, ta quan sát thấy có những điểm cố định luôn đứng yên (nút dao động), có những điểm chuyển động luôn luôn dao động với biên độ cực đại (bụng dao động). Hiện tượng quan sát được là hiện tượng sóng dừng. 2.2.2. Bộ thay đổi tần số a. Chức năng Thay đổi tần số dao động b. Chuẩn bị Máy biến áp 1A, tụ điện 1000μF và tụ điện 470μ F, transistor C1815 và H1061, điện trở 1KΩ và 1,5KΩ, biến trở 50KΩ, dây điện, băng keo cách điện, chì hàn. Hình 2.3: Bộ thay đổi tần số 18 2.2.3. Kết quả Bộ thí nghiệm về sóng dừng trên dây mang đến cho chúng ta hình ảnh thực về các bụng sóng và nút sóng, các điểm dao động và các điểm đứng yên sẽ được hiển thị rõ trên thí nghiệm giúp chúng ta dễ phân biệt và không nhầm lẫn giữa các bụng và nút. Khi sợi dây có chiều dài l = 60cm thì có 2 bụng sóng, khi rút ngắn l = 30 cm thì có 1 bụng sóng. Khi thay đổi tần số tăng thì số bụng sóng tăng lên và ngược lại giảm tần số thiof số bụng giảm. 2.3. Thiết kế giáo án có sử dụng thí nghiệm tự tạo Vận dụng quy trình tổ chức HĐDH có sử dụng TNTT đã xây dựng, chúng tôi soạn thảo tiến trình DH một số nội dung kiến thức bài “Sóng dừng” chương “Sóng cơ” vật lí 12 THPT. 2.4. Gián án bài 9 “Sóng dừng” Bước 1. Xác định mục tiêu dạy học a. Mục tiêu về kiến thức - Giải thích được hiện tượng sóng dừng. - Nêu được điều kiện để có sóng dừng trên dây đàn hồi. - Viết được công thức xác định vị trí các nút và các bụng trên một sợi dây trong trường hợp dây có hai đầu cố định và dây có một đầu cố định, một đầu tự do. - Nêu được điều kiện để có sóng dừng trong hai trường hợp trên. b. Mục tiêu về kỹ năng - Bố trí được thí nghiệm để tạo ra sóng dừng trên dây. - Quan sát giáo viên tiến hành thí nghiệm, từ đó rút ra kết luận về bụng sóng, nút sóng. - Nhận biết được hiện tượng sóng dừng. - Giải được một số bài tập đơn giản về sóng dừng. c. Mục tiêu thái độ - Trung thực, khách quan, tính kiên trì. - Tinh thần hợp tác, tương trợ trong nhóm. 19 - Hứng thú học môn Vật lí, yêu quý môn học. Bước 2. Xác định những kiến thức phù hợp để tổ chức HĐDH và sử dụng TNTT - Định nghĩa sóng dừng, công thức xác định bước sóng. Bước 3. Xác định mức độ hỗ trợ của TNTT vào tổ chức HĐDH Việc sử dụng TNTT về hiện tượng cảm ứng điện từ sẽ giúp HS phát huy TTC trong việc chỉ ra mối liên hệ giữa tần số và bước sóng, giữa chiều dài dây và bước sóng và cách xác định bụng sóng thông qua nút sóng đối vói 2 đầu cố định. Bước 4. Thiết kế, chế tạo TN Thiết kế, chế tạo TN về sóng dừng như mục 2.2. Bước 5. Soạn thảo tiến trình DH (giáo án) Bài 23: SÓNG DỪNG I. MỤC TIÊU (Như bước 1) II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên - Chuẩn bị TNTT về sóng dừng và bộ thí nghiệm về sự phản xạ của sóng đã có sẵn ở phòng thí nghiệm. - Phiếu học tập 2. Học sinh Ôn lại kiến thức về phương trình sóng. III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 1. Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ (7 phút) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Yêu cầu cán bộ lớp báo cáo tình hình lớp. - Nêu câu hỏi: Hãy nêu các định nghĩa về hai nguồn kết hợp, hai sóng kết hợp, hiện tượng giao thoa, cực đại và cực tiểu giao thoa. - Cán bộ lớp báo cáo tình hình lớp. - Lắng nghe câu hỏi của giáo viên, suy nghĩ. - Trình bày câu trả lời: Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao 20 động cùng phương cùng chu kỳ (hay tần số) và có hiệu số pha không đổi theo thời gian. Hai nguồn kết hợp cùng pha là hai nguồn đồng bộ. Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra là hai sóng kết hợp. Hiện tượng giao thoa là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm ở đó chúng luôn luôn tăng cường lẫn nhau; có những điểm ở đó chúng luôn luôn triệt tiêu nhau. Cực đại giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nguyên lần bước sóng: 2 1d d k ; 0, 1, 2,...k . Cực tiểu giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nửa nguyên lần bước sóng: 2 1 1 ; 0, 1, 2,... 2 d d k k . 2. Đặt vấn đề vào bài mới (3 phút) Vào một đêm tĩnh mịch, ta đi vào một con hẻm có nhà bao quanh thì ta sẽ nghe có có tiếng bước chân mình vọng lại hoặc khi ta nói to về phía tòa nhà cao tầng cách ta vài chục mét hay nói to về phía vách núi thì ta sẽ nghe được tiếng của ta vọng lại, người ta nói đó là do hiện tượng sóng âm bị phản xạ khi gặp vật cản và ta gọi đó là hiện tượng phản xạ của sóng. Vậy thì vấn đề đặt ra là khi một sóng phản xạ và một sóng tới gặp nhau thì sẽ có hiện tượng gì xảy ra, ta sẽ tìm hiểu qua bài hôm nay “Bài 9: Sóng dừng” 21 3. Triển khai bài mới Hoạt động 1 (10 phút): Sự phản xạ của sóng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng - Bố trí sẵn thí nghiệm về sự phản xạ của sóng, kiểm tra kỹ trước khi tiến hành thí nghiệm. - Mô tả thí nghiệm, làm thí nghiệm với dây nhỏ, mềm, dài một đầu cố định kết hợp với hình vẽ 9.1 - Vật cản ở đây là gì? - Nếu cho S dao động điều hoà thì sẽ có sóng hình sin lan truyền từ A P đó là sóng tới. Sóng bị phản xạ từ P đó là sóng phản xạ. Ta có nhận xét gì về pha của sóng tới và sóng phản xạ? - Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C1. - Quan sát giáo viên trình bày dụng cụ và cách tiến hành làm thí nghiệm. - Học sinh ghi nhận, quan sát và nêu nhận xét: + Sóng truyền đi trên dây sau khi gặp vật cản (bức tường) thì bị phản xạ. + Sau khi phản xạ ở P biến dạng bị đổi chiều. - Là đầu dây gắn vào tường. - Luôn luôn ngược pha với sóng tới tại điểm đó. - Học sinh trả lời câu hỏi: C1: Vật cản ở đây là đầu dây gắn cố định. Bài 9: SÓNG DỪNG I.Sự phản xạ của sóng : 1. Phản xạ của sóng trên vật cản cố định. - Sóng truyền trong một môi trường, mà gặp một vật cản thì bị phản xạ. - Khi phản xạ trên vật cản cố định, biến dạng bị đổi chiều. - Vậy, khi phản xạ trên vật cản cố định, sóng phản xạ luôn luôn ngược pha với sóng tới ở điểm phản xạ. 2. Phản xạ của sóng trên vật cản tự do: - Khi phản xạ trên vật cản tự do, biến dạng không bị đổi chiều. - Vậy, khi phản xạ trên vật cản tự do, sóng phản xạ luôn luôn cùng pha với sóng tới ở điểm phản xạ. A P A P 22 - Mô tả thí nghiệm, làm thí nghiệm với dây nhỏ, mềm, dài buông thỏng xuống một cách tự nhiên, kết hợp với hình vẽ 9.2. - Vật cản ở đây là gì? - Tương tự nếu cho S dao động điều hoà thì có sóng hình sin lan truyền từ trên dây Ta có nhận xét gì về pha của sóng tới và sóng phản xạ lúc này? - Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C2. - Quan sát và nhận xét. - Học sinh ghi nhận, quan sát và nêu nhận xét: + Khi gặp vật cản tự do sóng cũng bị phản xạ. + Sau khi phản xạ ở P biến dạng không bị đổi chiều. - Là đầu dây tự do. - Luôn luôn cùng pha với sóng tới ở điểm phản xạ. - Học sinh trả lời câu hỏi C2: Vật cản ở đây là đầu dây tự do. A P A P 23 Hoạt động 2 (15 phút): Tìm hiểu về sóng dừng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng - GV trình bày thí nghiệm tự tạo đã làm sẵn để tạo ra sóng dừng. - Ta biết sóng tới và sóng phản xạ thoả mãn điều kiện sóng kết hợp Nếu cho đầu A của dây dao động liên tục giao thoa. Khi này hiện tượng sẽ như thế nào? - Trình bày các khái niệm nút dao động, bụng dao động và sóng dừng. Điểm nút là những điểm luôn luôn đứng yên. Điểm bụng là những điểm luôn luôn dao động với biên độ cực đại. Sóng truyền trên sợi dây trong trường hợp xuất hiện các nút và các bụng gọi là sóng dừng. Như vậy, sóng dừ...
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÝ 12 THPT
Cơ sở lí luận về chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo
1.1.1 Khái niệm về thí nghiệm tự tạo
Trong quá trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo (TNTT) trong dạy học vật lý (DHVL) các tác giả đã đưa ra những định nghĩa khác nhau về TNTT
Theo tác giả Hans-Joachim Wilke “Thí nghiệm tự tạo là những thí nghiệm được dùng trong dạy học vật lí và được tự tạo ra với những vật liệu và dụng cụ phổ biến trong đời sống hằng ngày” [10] Tác giả Lê Cao Phan cho rằng: “Thí nghiệm tự làm là thí nghiệm do giáo viên hoặc học sinh thực hiện bằng các nguyên vật liệu dễ tìm kiếm, rẻ tiền, sẵn có ở địa phương, phù hợp với hoàn cảnh của nhà trường và học sinh” [4] Còn tác giả Đồng Thị Diện thì cho rằng: “Thí nghiệm đơn giản là thí nghiệm mà việc chế tạo dụng cụ thí nghiệm đòi hỏi ít vật liệu, dễ chế tạo dụng cụ thí nghiệm và gia công các vật liệu, dễ bố trí, thao tác và không tốn nhiều thời gian” [1]
Các định nghĩa trên tuy có nội hàm và cách diễn đạt ít, nhiều khác nhau nhưng đều có những điểm chung là: Yếu tố quan trọng nhất của TNTT là làm bằng tay, bàn tay là phương tiện chủ yếu để tạo ra TN Vật liệu dùng để thiết kế, chế tạo TN là những vật dụng phổ biến và dễ tìm kiếm trong đời sống hàng ngày
Theo thời gian và cùng với sự phát triển của khoa học thì nội hàm của khái niệm TNTT được phát triển và mở rộng Hiện nay, TNTT không chỉ là những
TN đơn giản, rẻ tiền mà nó là những TNTT phức tạp và có tính hiện đại Do đó, chúng ta có thể hiểu: TNTT là những thí nghiệm từ đơn giản đến phức tạp được tạo ra chủ yếu bằng tay từ những nguyên vật liệu, thiết bị, linh kiện phổ biến trong đời sống hằng ngày và được sử dụng trong quá trình dạy học (QTDH) [5]
1.1.2 Phân loại thí nghiệm tự tạo
TNTT đơn giản là những TN được tạo ra từ những vật liệu, dụng cụ thông dụng dễ kiếm như: vỏ lon, vỏ chai, ống nhựa, giấy, gỗ TNTT đơn giản thường là những TN định tính
TNTT phức tạp là những TN được tạo ra từ những dụng cụ thông dụng nhưng quá trình gia công, lắp ráp tạo nên chúng đòi hỏi nhiều thao tác tương đối phức tạp, công phu, mất nhiều thời gian hoặc có thể cần đến sự hỗ trợ của thợ lành nghề cùng máy móc cơ khí hiện đại
1.1.2.3 Thí nghiệm tự tạo hiện đại
TNTT hiện đại là những TN được tạo ra trong đó có sử dụng các thiết bị và linh kiện điện tử hiện đại như: vi điều khiển, mạch điện tử, bo mạch, led 7 đoạn, pin mặt trời Những TN này thường là những thiết bị tự động
1.1.3 Ư u điểm và hạn chế của thí nghiệm tự tạo
- Đối với TNTT đơn giản, những vật liệu, dụng cụ dùng để chế tạo TN là những dụng cụ đơn giản, dễ kiếm, phương tiện dùng để gia công đơn giản nên
GV và HS đều có thể chế tạo được
- Dễ thao tác: lắp ráp, tháo rời các bộ phận của dụng cụ TN
- Dễ vận chuyển, bảo quản và an toàn trong chế tạo cũng như trong quá trình tiến hành TN
- Thí nghiệm có hình thức gọn nhẹ, đơn giản, dễ lắp ráp, dễ sử dụng nên có thể thực hiện mọi lúc, mọi nơi
- Góp phần làm phong phú thêm các phương tiện trực quan, qua đó trực quan hóa được nhiều hiện tượng và quá trình vật lí
- Việc bố trí và tiến hành TN đơn giản, không tốn nhiều thời gian
- Kết quả TN: rõ ràng, dễ quan sát, có sức hấp dẫn và kích thích hứng thú học tập của HS Gần gũi với những hiện tượng trong đời sống hằng ngày
- Phát huy tính tích cực và rèn luyện kỹ năng thực hành cho HS
- TNTT chưa có tính thẩm mỹ và độ bền cao, dễ hư hỏng
- Cần đầu tư thời gian, sức lực và trí tuệ để tự chế tạo ra được thí nghiệm đạt yêu cầu, có sức thuyết phục và phù hợp với nội dung bài học
- Hầu hết các TNTT đều là những TN định tính, ít có thí nghiệm định lượng
1.1.4 Vai trò của việc tự tạo thí nghiệm trong dạy học vật lý
Việc tự tạo TN đóng vai trò quan trọng trong DHVL ở trường phổ thông hiện nay
- Phát huy TTC, tự lực và chủ động trong hoạt động NT của HS Tự tạo TN trong DHVL thường hướng đến việc sử dụng vào hỗ trợ tổ chức HĐDH thông qua các phương pháp dạy học (PPDH) tích cực nhằm tích cực hóa HĐNT của
- Góp phần làm phong phú TN được sử dụng trong dạy học (DH), giúp GV thuận tiện cho việc lựa chọn và sử dụng TN vào tổ chức hoạt động NT và rèn luyện KN, kỹ xảo cho HS trong DH ở lớp cũng như tổ chức tự học ở nhà
- Phối hợp với TN giáo khoa trong việc trực quan hóa hiện tượng, quá trình vật lí (VL) trong DH Do đó, tự tạo TN có vai trò tích cực trong việc hỗ trợ cho hoạt động NT của HS nói chung và trong tự học nói riêng
- Hỗ trợ HĐDH ở nhiều khâu và nhiều hình thức khác nhau như: mở đầu, nêu vấn đề vào bài, hình thành kiến thức mới, ôn tập, củng cố vận dụng, vận dụng kiến thức, kiểm tra đánh giá , hỗ trợ trong nhiều hình thức DH như: nghiên cứu kiến thức mới, thực hành TN, tự học ở nhà
- Rèn luyện KN thực hành TN và phát triển tư duy sáng tạo cho cả GV và
- Tạo ra phương tiện hỗ trợ quan trọng cho tổ chức HĐDH theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của HS
Cơ sở thực tiễn
1.2.1 Thực trạng việc chế tạo và sử dụng TNTT trong dạy học tại trường
Qua tổng hợp kết quả điều tra GV vật lý dạy lớp 12 trong trường THPT Lê Quý Đôn về tình hình dạy và học chương “Sóng cơ” tôi nhận thấy rằng:
- Phương pháp dạy chủ yếu là thuyết trình, đàm thoại, nêu và giải quyết vấn đề
- Đa số giáo viên được hỏi đều có làm TN trên lớp nhưng phần lớn là những thí nghiệm đơn giản, ít mất thời gian và ít tốn thời gian chuẩn bị
- Ngoài ra, các GV giảng dạy vật lí còn cho rằng việc sử dụng TN trong DHVL là rất cần thiết, góp phần vào việc tích cực hóa HĐNT của HS và đổi mới PPDH ở trường phổ thông hiện nay Kết quả điều tra cho thấy có gần 75% GV cho rằng việc sử dụng TN trong DHVL là rất cần thiết, có hơn 25% GV cho rằng cần thiết và không GV nào cho rằng không cần thiết Như vậy, hầu hết các GV đều ý thức được vai trò quan trọng của TN trong DHVL
- Đối với HS, khi được hỏi trong giờ học vật lí có sử dụng TNTT thì mức độ học tập của các em như thế nào? Thì có gần 90% HS cho rằng rất hứng thú, có hơn 10% cho rằng hứng thú Trong giờ học vật lí, các em HS còn cho rằng việc
GV sử dụng TNTT để minh họa kiến thức đã thu nhận là rất cần thiết
- HS vẫn chưa được tiếp xúc nhiều với TNVL và việc sử dụng TNTT trong học tập đối với nhiều em là vấn đề còn xa lạ
Thực trạng trên do nhiều nguyên nhân khác nhau, tuy nhiên có thể bắt nguồn từ những nguyên nhân cơ bản sau:
- Cơ sở vật chất, trang thiết bị ở các trường THPT còn nghèo nàn, thiếu đồng bộ, chóng hư hỏng, lạc hậu, thiếu tính đa dạng nên thường gây nhàm chán cho cả GV và HS
- GV rất ngại sử dụng TN để DH, một phần không bị bắt buộc, một phần do việc sử dụng TN đòi hỏi đầu tư trí tuệ, thời gian, công sức
- Do một phần áp lực của sự quá tải nội dung chương trình, thời gian dành cho bài giảng không đủ để tiến hành một số TNVL, số lượng HS trong lớp lại đông, sự chuẩn bị của GV phải mất nhiều thời gian, tốn kém nên nhiều GV nhận thấy không phù hợp với điều kiện DH hiện nay
Có nhiều biện pháp để khắc phục hạn chế trên, ngoài việc đẩy mạnh đổi mới PPDH thì cần tập trung giải quyết những vấn đề cụ thể sau: tăng cường khai thác, sử dụng TNTT vào DHVL, tổ chức hiệu quả HĐDH, trong đó chú trọng HĐDH với sự hỗ trợ của TNTT trong các hình thức DH như hình thành kiến thức mới, thực hành TN hoặc tổ chức tự học ở nhà theo hướng phát huy tính tích cực, tự lực, chủ động nhằm tích cực hóa hoạt động NT của HS, đồng thời tăng cường rèn luyện các kĩ năng hợp tác, thực hành TN, tự học cho HS
Qua nghiên cứu cơ sở lí luận, chúng tôi đã làm rõ hơn nội hàm của khái niệm TNTT và phân TNTT ra làm 3 loại, đó là: TNTT đơn giản, TNTT phức tạp và TNTT hiện đại Để việc sử dụng TNTT trong tổ chức HĐDH cho HS trong DHVL đạt hiệu quả, phát huy được TTC nhận thức của HS thì đòi hỏi việc tự tạo TN và sử dụng TN trong QTDH phải tuân theo một số yêu cầu nhất định Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về TNTT, chúng tôi đã đề xuất được một số quy trình tự tạo
TN và quy trình sử dụng TNTT tổ chức HĐDH cho HS trong DHVL Việc sử dụng TNTT trong tổ chức HĐDH cho HS trong DHVL tùy thuộc vào nội dung bài học mà TNTT có thể sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của QTDH như: sử dụng trong đề xuất vấn đề nghiên cứu, sử dụng trong giải quyết vấn đề và sử dụng trong củng cố, vận dụng kiến thức Các nghiên cứu này sẽ được vận dụng vào việc tự tạo TN và sử dụng vào tổ chức HĐDH cho HS trong DH và được trình bày trong chương 2
Những nghiên cứu về TNTT cùng với kết quả điều tra tình hình DHVL ở trường THPT Lê Quý Đôn là một căn cứ quan trọng để chúng tôi thiết kế, chế tạo và sử dụng TNTT trong tổ chức HĐDH chương “Sóng cơ” vật lý 12 THPT.
CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC BÀI “SÓNG DỪNG” CHƯƠNG SÓNG CƠ VẬT LÍ 12 THPT
Cấu trúc nội dung kiến thức chương “Sóng cơ”
Sơ đồ 2: Cấu trúc logic chương “sóng cơ”
Những đại lượng đặc trưng của chuyển động sóng
Những đặc trưng của âm
Nhạc âm và tạp âm
Phươg pháp khảo sát thực nghiệm những tính chất của âm
Nguồn gốc của âm và cảm giác về âm
Sự nhiễu xạ của Ứng dụng Điều kiện để có hiên tượng cộng hưởng giao thoa
Sự giao thoa của hai ó
Giải thích hiện tượng Sóng cơ
2.1.1 Nội dung, kiến thức về “Sóng dừng”
Sơ đồ 3: Sơ đồ logic về “Sóng dừng”
- Sóng dừng không truyền trong không gian
- Khoảng cách giữa 2 bụng sóng hay 2 nút sóng liên tiếp là /2
- Khoảng cách giữa bụng sóng và nút sóng liên tiếp là λ/4
- Tại vị trí vật cản cố định, sóng tới và sóng phản xạ ngược pha nhau
- Biên độ dao động tại mỗi điểm không đổi theo thời gian
Sóng dừng đối với sợi dây có hai đầu cố định
Hình 2.1: Sóng dừng đối với dây có hai đầu cố định
- Điều kiện có sóng dừng đối với sợi dây có hai đầu cố định
Điều kiện để có sóng dừng đối với sợi dây có hai đầu cố định thì chiều dài của dây phải bằng số nguyên lần nửa bước sóng
k = số bụng sóng = số nút sóng – 1
- Vị trí các điểm bụng cách đầu P của sợi dây là: d = (k + )
- Vị trí các điểm nút cách đầu P của sợi dây là: d=k (k = 1, 2, 3 )
- số bụng sóng: ụ = k; s ố bó sóng: ó = k ; s ố nút sóng: ú = k + 1
Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp = khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp Khoảng cách giữa nút sóng và bụng sóng liên tiếp - Vị trí các điểm bụng cách đầu Q của sợi dây là: d=k (k = 1, 2, 3 )
- Vị trí các điểm nút cách đầu Q của sợi dây là: d = (k + ) số bụng sóng: ụ = k + 1; s ố bó sóng: ó = k ; s ố nút sóng: ú = k + 1
Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm tự tạo về “Sóng dừng” trên dây đàn hồi 16 1 Bộ dao động
Bộ thí nghiệm tự tạo về sóng dừng trên dây đàn hồi gồm 2 bộ phận chính: bộ dao động và bộ thay đổi tần số
2.2.1 Bộ dao động a Chức năng
Tạo dao động để hình thành sóng dừng b Chuẩn bị
1m dây cao su đen; 2 bìa cứng, 1 bìa tròn đường kính 1,8cm và 1 bìa cứng dài 4cm, rộng 3cm; bộ nguồn 1 chiều 12V, 2 cây đinh 2, 2 miếng gỗ dài 8cm, rộng 5cm, c Chế tạo
Ta chuẩn bị một miếng gỗ dài 70cm, rộng 25cm làm giá đỡ có 2 trụ cố định
+Với bìa cứng thứ nhất ta dùng đinh 2 đóng chặt vào cách tâm 0,5cm, và tâm của bìa cứng gắn vào trục của động cơ 1 chiều 12V, bìa cứng thứ 2 ta khoét một đường dài 2cm,rộng 0,3cm sau đó dùng đinh 2 đóng chặt vào bìa cứng dưới chỗ khoét, cách lỗ khoét 0,5cm
+ Ta dùng dây đàn hồi, một đầu cố định gắn vào trụ của giá đỡ, một đầu gắn vào đầu đinh của bìa cứng thứ 2
Hình 2.2: Bộ dao động d Nguyên tắc hoạt động Đầu rung ở đây là bộ nguồn 12V, ta chuyển động tròn đều của bộ nguồn thành chuyển động tịnh tiến Khi nguồn dao động rung lên, nhờ dây là đàn hồi trên dây xuất hiện sóng tới được lan truyền Đến phần giới hạn sóng truyền trở về, trên dây tồn tại 2 sóng tới và sóng phản xạ
+ Khi đã ổn định, ta quan sát thấy có những điểm cố định luôn đứng yên (nút dao động), có những điểm chuyển động luôn luôn dao động với biên độ cực đại (bụng dao động) Hiện tượng quan sát được là hiện tượng sóng dừng
2.2.2 Bộ thay đổi tần số a Chức năng
Thay đổi tần số dao động b Chuẩn bị
Máy biến áp 1A, tụ điện 1000μF và tụ điện 470μF, transistor C1815 và H1061, điện trở 1KΩ và 1,5KΩ, biến trở 50KΩ, dây điện, băng keo cách điện, chì hàn
Hình 2.3: Bộ thay đổi tần số
Bộ thí nghiệm về sóng dừng trên dây mang đến cho chúng ta hình ảnh thực về các bụng sóng và nút sóng, các điểm dao động và các điểm đứng yên sẽ được hiển thị rõ trên thí nghiệm giúp chúng ta dễ phân biệt và không nhầm lẫn giữa các bụng và nút
Khi sợi dây có chiều dài l = 60cm thì có 2 bụng sóng, khi rút ngắn l = 30 cm thì có 1 bụng sóng
Khi thay đổi tần số tăng thì số bụng sóng tăng lên và ngược lại giảm tần số thiof số bụng giảm.
Thiết kế giáo án có sử dụng thí nghiệm tự tạo
Vận dụng quy trình tổ chức HĐDH có sử dụng TNTT đã xây dựng, chúng tôi soạn thảo tiến trình DH một số nội dung kiến thức bài “Sóng dừng” chương
“Sóng cơ” vật lí 12 THPT.
Gián án bài 9 “Sóng dừng”
Bước 1 Xác định mục tiêu dạy học a Mục tiêu về kiến thức
- Giải thích được hiện tượng sóng dừng
- Nêu được điều kiện để có sóng dừng trên dây đàn hồi
- Viết được công thức xác định vị trí các nút và các bụng trên một sợi dây trong trường hợp dây có hai đầu cố định và dây có một đầu cố định, một đầu tự do
- Nêu được điều kiện để có sóng dừng trong hai trường hợp trên b Mục tiêu về kỹ năng
- Bố trí được thí nghiệm để tạo ra sóng dừng trên dây
- Quan sát giáo viên tiến hành thí nghiệm, từ đó rút ra kết luận về bụng sóng, nút sóng
- Nhận biết được hiện tượng sóng dừng
- Giải được một số bài tập đơn giản về sóng dừng c Mục tiêu thái độ
- Trung thực, khách quan, tính kiên trì
- Tinh thần hợp tác, tương trợ trong nhóm
- Hứng thú học môn Vật lí, yêu quý môn học
Bước 2 Xác định những kiến thức phù hợp để tổ chức HĐDH và sử dụng TNTT
- Định nghĩa sóng dừng, công thức xác định bước sóng
Bước 3 Xác định mức độ hỗ trợ của TNTT vào tổ chức HĐDH
Việc sử dụng TNTT về hiện tượng cảm ứng điện từ sẽ giúp HS phát huy TTC trong việc chỉ ra mối liên hệ giữa tần số và bước sóng, giữa chiều dài dây và bước sóng và cách xác định bụng sóng thông qua nút sóng đối vói 2 đầu cố định
Bước 4 Thiết kế, chế tạo TN
Thiết kế, chế tạo TN về sóng dừng như mục 2.2
Bước 5 Soạn thảo tiến trình DH (giáo án)
- Chuẩn bị TNTT về sóng dừng và bộ thí nghiệm về sự phản xạ của sóng đã có sẵn ở phòng thí nghiệm
2 Học sinh Ôn lại kiến thức về phương trình sóng
III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
1 Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ (7 phút)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Yêu cầu cán bộ lớp báo cáo tình hình lớp
- Nêu câu hỏi: Hãy nêu các định nghĩa về hai nguồn kết hợp, hai sóng kết hợp, hiện tượng giao thoa, cực đại và cực tiểu giao thoa
- Cán bộ lớp báo cáo tình hình lớp
- Lắng nghe câu hỏi của giáo viên, suy nghĩ
- Trình bày câu trả lời:
Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng phương cùng chu kỳ (hay tần số) và có hiệu số pha không đổi theo thời gian Hai nguồn kết hợp cùng pha là hai nguồn đồng bộ
Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra là hai sóng kết hợp
Hiện tượng giao thoa là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm ở đó chúng luôn luôn tăng cường lẫn nhau; có những điểm ở đó chúng luôn luôn triệt tiêu nhau
Cực đại giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nguyên lần bước sóng:
2 1 d d k ; k 0, 1, 2, Cực tiểu giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nửa nguyên lần bước sóng:
2 Đặt vấn đề vào bài mới (3 phút)
Vào một đêm tĩnh mịch, ta đi vào một con hẻm có nhà bao quanh thì ta sẽ nghe có có tiếng bước chân mình vọng lại hoặc khi ta nói to về phía tòa nhà cao tầng cách ta vài chục mét hay nói to về phía vách núi thì ta sẽ nghe được tiếng của ta vọng lại, người ta nói đó là do hiện tượng sóng âm bị phản xạ khi gặp vật cản và ta gọi đó là hiện tượng phản xạ của sóng Vậy thì vấn đề đặt ra là khi một sóng phản xạ và một sóng tới gặp nhau thì sẽ có hiện tượng gì xảy ra, ta sẽ tìm hiểu qua bài hôm nay “Bài 9: Sóng dừng”
* Ho ạ t độ ng 1 (10 phút): Sự phản xạ của sóng
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng
- Bố trí sẵn thí nghiệm về sự phản xạ của sóng, kiểm tra kỹ trước khi tiến hành thí nghiệm
- Mô tả thí nghiệm, làm thí nghiệm với dây nhỏ, mềm, dài một đầu cố định kết hợp với hình vẽ 9.1
- Vật cản ở đây là gì?
- Nếu cho S dao động điều hoà thì sẽ có sóng hình sin lan truyền từ A
P đó là sóng tới Sóng bị phản xạ từ P đó là sóng phản xạ Ta có nhận xét gì về pha của sóng tới và sóng phản xạ?
- Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C1
- Quan sát giáo viên trình bày dụng cụ và cách tiến hành làm thí nghiệm
- Học sinh ghi nhận, quan sát và nêu nhận xét:
+ Sóng truyền đi trên dây sau khi gặp vật cản (bức tường) thì bị phản xạ
+ Sau khi phản xạ ở P biến dạng bị đổi chiều
- Là đầu dây gắn vào tường
- Luôn luôn ngược pha với sóng tới tại điểm đó
- Học sinh trả lời câu hỏi:
C1: Vật cản ở đây là đầu dây gắn cố định
I.Sự phản xạ của sóng:
1 Phản xạ của sóng trên vật cản cố định
- Sóng truyền trong một môi trường, mà gặp một vật cản thì bị phản xạ
- Khi phản xạ trên vật cản cố định, biến dạng bị đổi chiều
- Vậy, khi phản xạ trên vật cản cố định, sóng phản xạ luôn luôn ngược pha với sóng tới ở điểm phản xạ
2 Phản xạ của sóng trên vật cản tự do:
- Khi phản xạ trên vật cản tự do, biến dạng không bị đổi chiều
- Vậy, khi phản xạ trên vật cản tự do, sóng phản xạ luôn luôn cùng pha với sóng tới ở điểm phản xạ
- Mô tả thí nghiệm, làm thí nghiệm với dây nhỏ, mềm, dài buông thỏng xuống một cách tự nhiên, kết hợp với hình vẽ 9.2
- Vật cản ở đây là gì?
- Tương tự nếu cho S dao động điều hoà thì có sóng hình sin lan truyền từ trên dây Ta có nhận xét gì về pha của sóng tới và sóng phản xạ lúc này?
- Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C2
- Quan sát và nhận xét
- Học sinh ghi nhận, quan sát và nêu nhận xét:
+ Khi gặp vật cản tự do sóng cũng bị phản xạ
+ Sau khi phản xạ ở P biến dạng không bị đổi chiều
- Là đầu dây tự do
- Luôn luôn cùng pha với sóng tới ở điểm phản xạ
- Học sinh trả lời câu hỏi C2: Vật cản ở đây là đầu dây tự do
* Ho ạ t độ ng 2 (15 phút): Tìm hiểu về sóng dừng
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- GV trình bày thí nghiệm tự tạo đã làm sẵn để tạo ra sóng dừng
- Ta biết sóng tới và sóng phản xạ thoả mãn điều kiện sóng kết hợp Nếu cho đầu
A của dây dao động liên tục
Khi này hiện tượng sẽ như thế nào?
- Trình bày các khái niệm nút dao động, bụng dao động và sóng dừng
Điểm nút là những điểm luôn luôn đứng yên
Điểm bụng là những điểm luôn luôn dao động với biên độ cực đại
Sóng truyền trên sợi dây trong trường hợp xuất hiện các nút và các bụng gọi là sóng dừng Như vậy, sóng dừng được tạo thành do sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ
Trên sợi dây xuất hiện những điểm luôn luôn đứng yên và những điểm luôn luôn dao động với biên độ lớn nhất
- HS ghi nhận các khái niệm và định nghĩa sóng dừng
- Sóng tới và sóng phản xạ, nếu truyền theo cùng một phương, thì có thể giao thoa với nhau, và tạo thành một hệ sóng dừng + Những điểm luôn luôn đứng yên là những nút dao động + Những điểm luôn luôn dao động với biên độ lớn nhất là những bụng dao động
Sóng dừng là sóng truyền trên dây có nút và bụng cố định (đó là kết quả giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ)
1 Sóng dừng trên sợi dây có hai đầu cố định a Hai đầu A và P là hai nút dao động b Vị trí các nút:
- Trong trường hợp này, hai đầu A và P sẽ là nút hay bụng dao động?
- Dựa trên hình vẽ, vị trí các nút liên hệ như thế nào với ?
- Khoảng cách hai nút liên tiếp cách nhau khoảng bao nhiêu?
- Vị trí các bụng cách A và P những khoảng bằng bao nhiêu?
- Hai bụng liên tiếp cách nhau khoảng bao nhiêu?
- Số nút và số bụng liên hệ với nhau như thế nào?
- Vì A và P là hai điểm cố định là hai nút dao động
- HS dựa trên hình vẽ để xác định:
Các nút nằm cách đầu
A và đầu P những khoảng bằng số nguyên lần nửa bước sóng: d k 2 ; với k = 1, 2, 3
Hai nút liên tiếp cách nhau khoảng
- Các bụng nằm cách hai đầu cố định những khoảng bằng một số lẻ lần 4
- Hai bụng liên tiếp cách nhau khoảng
- Các nút nằm cách đầu A và đầu
P những khoảng bằng số nguyên lần nửa bước sóng: d k 2 ; với k = 1, 2, 3
- Hai nút liên tiếp cách nhau khoảng
- Các bụng nằm cách hai đầu cố định những khoảng bằng một số lẻ lần 4
- Hai bụng liên tiếp cách nhau khoảng
Điều kiện để có sóng dừng trên dây đàn hồi có 2 đầu cố đi ̣nh : l k 2 , với k = 1, 2, 3
2 Sóng dừng trên một sợi dây có một đầu cố định, một đầu tự do a Đầu A cố định là nút, đầu P tự do là bụng dao động b Hai nút liên tiếp hoặc hai bụng
Điều kiện để có sóng dừng là gì?
- Đầu cố định sẽ là một nút và đầu tự do là một bụng sóng
- Từ hình vẽ, số nút và số bụng trong trường hợp này liên hệ với nhau như thế nào?
Điều kiện để có sóng dừng trên dây đàn hồi có 2 đầu cố đi ̣nh là chiều dài của sợi dây phải bằng một số nguyên lần nửa bước sóng: l k 2 , với k = 1, 2, 3
Hai nút liên tiếp hoặc hai bụng liên tiếp cách nhau khoảng
Điều kiện để có sóng dừng:
(2 1) l k 4 Với k là số nút đếm được trên dây liên tiếp cách nhau khoảng
c Điều kiện để có sóng dừng:
Với k là số nút đếm được trên dây d Ứng dụng(thêm)
Đo vận tốc truyền sóng trên dây.
* Ho ạ t độ ng 3 (5 phút): Củng cố, vận dụng
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Yêu cầu HS đọc nội dung phần ghi nhớ
- Trả lời một số câu hỏi trong SGK
- Yêu cầu HS hoàn thành yêu cầu ở phiếu học tập
- Nhận xét, bổ sung câu trả lời của HS
- Đọc nội dung phần ghi nhớ
- Hoàn thành phiếu học tập
* Ho ạ t độ ng 4 (5 phút) Bài tập về nhà
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Nêu câu hỏi và bài tập về nhà
- Yêu cầu HS chuẩn bị bài mới
- Ghi câu hỏi và bài tập về nhà
- Ghi những chuẩn bị cho bài mới
II.RÚT KINH NGHIỆM BỔ SUNG
Ngày …… tháng … năm 2017 Ngày …… tháng … Năm 2017
1 Điều nào sau đây là sai khi nói về sóng dừng ?
A Sóng dừng là tập hợp những nút sóng và bụng sóng cố định trong không gian
B Khoảng cách giữa 2 nút sóng hoặc 2 bụng sóng kế tiếp nhau bằng bước sóng
C Sóng dừng là một trường hợp riêng của hiện tượng giao thoa
D Điều kiện để có sóng dừng trên dây có hai đầu cố định là chiều dài của dây phải bằng một số nguyên lần của nửa bước sóng
2 Chọn phát biểu sai khi nói về giao thoa và sóng dừng ?
A Hiện tượng giao thoa chỉ xảy ra với các sóng kết hợp
B Sóng dừng là một trường hợp riêng của hiện tượng giao thoa
C Dựa vào sóng dừng ta có thể xác định tốc độ truyền sóng trên dây
D Sóng dừng có các nút và bụng di chuyển trong không gian
3 Một dây đàn dài 0,6 m, hai đầu cố định dao động với tần số 50 Hz, có một bụng ở giữa dây Tính bước sóng và tốc độ truyền sóng?
4 Một sợi dây đàn hồi chiều dài AB = l = 1,6m, đầu B bị kẹp chặt, đầu A buộc vào một nguồn rung với tần số 500Hz tạo ra sóng dừng có 4 bụng và tại A và B là hai nút Xác định vận tốc truyền sóng trên dây?
Trên cơ sở lí luận và thực tiễn đã trình bày ở chương 1 cùng với việc nghiên cứu quy trình thiết kế, chế tạo thí nghiệm tự tạo, chúng tôi đã đi sâu nghiên cứu tìm hiểu đặc điểm của Sóng dừng chương sóng cơ từ vi mô đến vĩ và đã vận dụng thiết kế chế tạo thí nghiệm về Sóng dừng vật lý lớp 12
Chúng tôi xây dựng quy trình thiết kế tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm tự tạo nhằm tích cực hoạt động nhận thức của học sinh Dựa trên cơ sở đó, chúng tôi tiến hành xây dựng các tiến trình dạy học có sử dụng các thí nghiệm tự tạo được theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong chương trình vật lý lớp 12 cơ bản
Chúng tôi tin tưởng rằng kết quả dạy học có sử dụng các thí nghiệm tự tạo được trong chương này sẽ có những kết quả khả quan, tích cực hóa được hoạt động nhận thức của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học ở các trường THPT.
THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm
3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm
Mục đích của thực nghiệm sự phạm nhằm kiểm nghiệm tác dụng của việc khai thác và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học bài “Sóng dừng” chương Sóng cơ vật lý 12 thông qua các tiến trình dạy học đã xây dựng Cụ thể mục đích của thực nghiệm sư phạm phải trả lời các câu hỏi sau:
1 Sử dụng thí nghiệm tự tạo có nâng cao hứng thú học tập, có tăng cường hoạt động học tập tích cực chủ động của học sinh không?
2 Chất lượng học tập của học sinh trong quá trình dạy hoc có sử dụng thí nghiệm tự tạo có cao hơn so với quá trình dạy học thông thường hay không?
3 Cần có sự bổ sung, chỉnh lý như thế nào đối với các phương án sử dụng thí nghiệm và tiến trình dạy học đã đề xuất?
3.1.2 Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm
- Tiến hành dạy bài “Sóng dừng” trong chương Sóng cơ vật lý lớp 12 cơ bản có sử dụng thí nghiệm tự tạo đã chế tạo để đánh giá hiệu quả của việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng thí nghiệm theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lý lớp 12 cơ bản
- Kiểm tra, thu thập số liệu
- Xử lý kết quả thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết khoa học đề tài đã đặt ra.
Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm
- Đối tượng thực nghiệm sư phạm là học sinh lớp 12 cơ bản trường THPT Lê Quý Đôn, Tam Kỳ, Quảng Nam
- Nội dung thực nghiệm sư phạm là tiến hành soạn và dạy bài “Sóng dừng” có sử dụng thí nghiệm tự tạo thuộc chương trình phần Sóng cơ vật lý lớp 12 cơ bản theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh.
Phương pháp thực nghiệm sư phạm
3.3.1 Chọn mẫu thực nghiệm sư phạm
Việc chọn mẫu thực nghiệm có ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả thí nghiệm sư phạm Do đó, để chọn được hai nhóm ĐC và TNg tương đương nhau nhằm thỏa mãn yêu cầu TNg tôi đã sử dụng các biện pháp sau:
- Trao đổi với giáo viên vật lý phụ trách dạy khối 12 để biết tình hình học tập môn vật lý của các lớp
- Xem xét kết quả học tập của học sinh các lớp 12
Từ đó, chúng tôi đã lựa chọn được mẫu thực nghiệm gồm những lớp thực nghiệm và đối chứng như sau:
THPT Lê Quý Đôn ĐC 12/8 38 học sinh 12/5 37 học sinh
TNg 12/7 37 học sinh 12/4 38 học sinh
3.3.2 Tiến hành thực nghiệm sư phạm
Việc quan sát và ghi chép các hoạt động của giáo viên và học sinh theo các nội dung sau:
- Tính tích cực của học sinh thông qua không khí lớp học, sự hứng thú trong học tập, tinh thần, thái độ tham gia xây dựng bài, chất lượng các câu trả lời của học sinh
- Mức độ đạt mục tiêu bài học của giáo viên, sự phân bố thời gian của giáo viên trong các hoạt động
- Các thao tác hướng dẫn và tiến hành thí nghiệm của giáo viên, cách thức xử lý tình huống của giáo viên đối với học sinh
- Mức độ hiểu bài của học sinh thông qua hoạt động củng cố, vận dụng và thông qua các câu hỏi kiểm tra
Sau khi tiến hành thực nghiệm sư phạm, hiệu quả của tiết dạy của giáo viên, kết quả học tập của học sinh được đánh giá bằng các bài kiểm tra nhằm:
- Đánh giá về mức độ lĩnh hội các kiến thức cơ bản như các khái niệm, định luật, các tính chất của hiện tượng vật lý, kỹ năng thực hành
- Khả năng vận dụng kiến thức đã học để giải các bài toán cụ thể cũng như vận dụng kiến thức vào thực tiễn cuộc sống
Trên cơ sở đó cũng kiểm tra giả thuyết khoa học đã đưa ra ban đầu
3.3.2.3 Trao đổ i v ớ i giáo viên và h ọ c sinh
Sau mỗi bài dạy học ở các lớp thực nghiệm, đều có trao đổi với giáo viên và học sinh, lắng nghe ý kiến để rút kinh nghiệm cho các bài dạy học tiếp theo cũng như cho đề tài nghiên cứu
3.3.2.4 Đ i ề u tra và th ă m dò Đối với học sinh thông qua phiếu thăm dò để kiểm chứng lại hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm tự tạo đồng thời tạo điều kiện cho các em nêu lên ý kiến cá nhân, giúp giáo viên điều chỉnh nhằm đem lại hiệu quả cao trong việc sử dụng các thí nghiệm tự tạo.
Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
Qua quá trình quan sát, theo dõi giờ học ở các lớp TNg và ĐC, tôi có một số nhận xét như sau: Đối với các lớp ĐC:
- Trong quá trình tổ chức hoạt động dạy học cho học sinh, giáo viên chỉ dừng lại ở mức độ thông báo lý thuyết và vẽ hình minh họa Học sinh chủ yếu quan sát, lắng nghe và ghi chép
- Nhiều học sinh chỉ trả lời câu hỏi khi được giáo viên chỉ định, chưa tích cực chủ động tham gia xây dựng bài, chất lượng các câu trả lời còn thấp Các em phụ thuộc quá nhiều vào sách vở, khả năng liên hệ thực tiễn chưa cao Đối với các lớp TNg:
- Giáo viên đã sử dụng tốt các thí nghiệm tự tạo vào quá trình dạy học, tạo động cơ hứng thú học tập cho học sinh, các hoạt động của học sinh diễn ra thực sự chủ động, linh hoạt và tích cực hơn
- Học sinh tích cực tham gia xây dựng bài, chất lượng các câu trả lời khá tốt
- Số lượng thí nghiệm trong giờ học tăng lên nhưng vẫn đảm bảo thời gian theo quy định
- Tinh thần hợp tác giữa các học sinh tốt, việc lĩnh hội kiến thức nhanh chóng, chính xác
3.4.2 Đánh giá định lượng Để đánh giá một cách định lượng hiệu quả của các thí nghiệm tự tạo cũng như hiệu quả của việc sử dụng các thí nghiệm tự tạo vào dạy học giữa hai nhóm ĐC và TNg, tôi đã sử dụng điểm số trung bình của các bài kiểm tra và tiến hành dưới các hình thức sau:
- Lập bảng phân phối: bảng phân phối tần số,bảng phân phối tần suất và bảng phân phối tần suất lũy tích
- Biểu diễn bằng các đồ thị: từ các bảng phân phối tần số, bảng phân hối tần suất và bảng phân phối tần suất lũy tích, vẽ các đồ thị phân phối tần số, đồ thị phân phối tần suất, đồ thị phân phối tần suất lũy tích tương ứng
- Tính các tham số đặc trưng: số trung bình cộng, phương sai và độ lệch chuẩn + Giá trị trung bình cộng: là tham số đặc trưng cho sự tập trung của số liệu, được tính theo công thức:
∑Trong đó f i là số học sinh đạt điểm X i , n là số học sinh dự kiểm tra
+ Phương sai: dùng để chỉ độ lệch bình phương trung bình của các giá trị thu được trong mẫu, được tính theo công thức:
1 + Độ lệch chuẩn S cho biết độ phân tán quanh giá trị được tính theo công thức:
S càng nhỏ tức số liệu càng ít phân tán
+ Hệ số biến thiên: cho phép so sánh mức độ phân tán của các số liệu:
Sau khi tiến hành kiểm tra có được kết quả phân phối tần số (f n ) cho các điểm số
(X i ) của bài kiểm tra sau TNg như sau :
Bảng 3.2 Bảng phân phối tần số (f n ) cho các điểm số (X i ) của bài kiểm tra sau TNg
Nhóm Số học sinh Điểm số (X i )
Biểu đồ 3.1 Biểu đồ phân phối điểm của 2 nhóm TNg và ĐC
Dựa trên cơ sở phân tích kết quả phân phối tần số số (f n ) cho các điểm số
(X i ) của bài kiểm tra ta có bảng phân phối tần suất như sau :
Bảng 3.3 Bảng phân phối tần suất của 2 nhóm ĐC và TNg
Nhóm Số học sinh Điểm số (X i )
Số b ài kiểm tra đạt đi ểm X i Điểm số Xi
TNgDC Đồ thị 3.1 Đồ thi phân phối tần suất của hai nhóm ĐC và TNg
Qua phân tích ta được kết quả phân phối tần suất tích lũy như sau :
Bảng 3.4 Bảng phân phối tần suất tích lũy của 2 nhóm ĐC và TNg
Nhóm Số học sinh Điểm số (X i )
S ố % b à i k iể m t ra đạt điểm số Xi Điểm số Xi
TNgDC Đồ thị 3.2 Đồ thị phân phối tần suất tích lũy
Căn cứ vào điểm các bài kiểm tra của học sinh, ta có kết quả phân loại theo học lực của học sinh như sau :
Bảng 3.5 Bảng phân loại học lực học sinh
Số % học sinh Kém (0-2) Yếu (3-4) Trung Bình
Số % học sinh đạt mức điểm Xi trở xuốn g Điểm số Xi
Biểu đồ 3.2 Phân loại học lực học sinh Bảng 3.6 Các tham số thống kê
3.4.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
Qua tính toán các tham số thống kê theo công thức đã đưa ra ở trên, từ bảng phân loại theo học lực (bảng 3.5), bảng các tham số thống kê và đồ thị phân phối tần suất, đồ thị phân phối tần suất tích lũy, tôi rút ra được nhận xét sau : + Điểm trung bình kiểm tra của nhóm TNg cao hơn so với nhóm ĐC
+ Đường tích lũy ứng với nhóm TNg nằm ở bên phải và về phía dưới đường tích lũy ứng với nhóm ĐC
+ Độ lệch chuẩn S khá bé (STNg=1,46 và SDC = 1,63) chứng tỏ mức độ phân bố của điểm số quanh giá trị nhỏ, do đó trị trung bình có độ tin cậy cao
+ Tỷ lệ học sinh đạt loại yếu, kém của nhóm TNg giảm rất nhiều so với các nhóm ĐC Ngược lại, tỉ lệ học sinh đạt loại khá, giỏi của nhóm TNg cao hơn nhóm ĐC
Từ đó cho ta đi đến kết luận : Kết quả học tập của nhóm TNg cao hơn kết quả học tập của nhóm ĐC Việc thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm trong dạy học
TNgDC lớp 12 theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh đã tích cực hóa được hoạt động nhận thức của học sinh và qua đó góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lý ở trường THPT
Trong chương này, tôi đã tiến hành nội dung thực nghệm sư phạm của đề tài, tiến hành kiểm tra, đánh giá, thu thập số liệu và xử lý các kết quả thu được để khẳng định về tính khả thi của đề tài, tính đúng đắn của giả thuyết khoa học mà tôi đề ra
Qua kết quả thí nghiệm có thể khẳng định rằng việc thiết kế, chế tạo và sử dụng một số thí nghiệm trong dạy học Vật lý phần ‘‘Sóng dừng’’ lớp 12 cơ bản theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh có tác dụng phát huy được hoạt động nhận thức tự chủ, tích cực của học sinh, giúp cho học sinh chiếm lĩnh được các kiến thức khoa học sâu sắc, vững chắc, vận dụng được, đồng thời đảm bảo được sự phát triển trí tuệ, phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong quá trình học tập ; giờ học khá sinh động và không nặng nề, cường độ làm việc và chất lượng các câu trả lời của học sinh được nâng cao
Như vậy, việc thiết kết thiết kế, chế tạo và sử dụng một số thí nghiệm trong dạy học Vật lý phần ‘‘Sóng dừng’’ lớp 12 cơ bản theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh mà tôi đề xuất phù hợp với thực tế đổi mới phương pháp dạy học ở các trường THPT, đồng thời đảm bảo được các yêu cầu về mặt sư phạm và mục tiêu dạy học Vật lý hiện nay.