thiết kế và sử dụng một số thí nghiệm đơn giản trong dạy học phần động lực học vật lý 10

Xuất phát từ thực tế trên và điều kiện nghiên cứu, giảng dạy của bản thân, tác giả chọn đề tài: “Thiết kế và sử dụng một số thí nghiệm đơn giản trong dạy học phần "Động lực học" Vật lý 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ANH

THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM ĐƠN GIẢN TRONG DẠY HỌC PHẦN "ĐỘNG LỰC HỌC" VẬT LÍ 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ

HÀ NỘI – 2023

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ANH

THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM ĐƠN GIẢN TRONG DẠY HỌC PHẦN "ĐỘNG LỰC HỌC" VẬT LÍ 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

BỘ MÔN VẬT LÍ Mã số: 8140211.01 Người hướng dẫn khoa học: TS Bùi Hồng Vân

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô giáo và các em học sinh Trường THPT Tân Lập – Đan Phượng – Hà Nội đã tạo điều kiện và hỗ trợ tôi trong quá trình thực nghiệm sư phạm tại trường

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn những lời động viên, cổ vũ và tình cảm từ người thân, bạn bè, đồng nghiệp, đã tiếp thêm động lực để tôi hoàn thành luận văn

này

Hà Nội, tháng 6 năm 2023

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Phương Anh

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BIỂU ĐỒ

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu 2

5 Vấn đề nghiên cứu 2

6 Giả thuyết khoa học 2

7 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 2

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

9 Phương pháp nghiên cứu 3

10 Cấu trúc của luận văn 3

CHƯƠNG 1 4

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 4

1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 4

1.2 Những nghiên cứu về tự tạo thí nghiệm và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lý 4

1.2.1 Những nghiên cứu ngoài nước 4

1.2.2 Những nghiên cứu trong nước 6

1.3 Sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lý 7

1.3.1 Đặc điểm của thí nghiệm Vật lý 7

1.3.2 Vai trò của thí nghiệm Vật lý 8

1.3.3 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học Vật lý 9

1.3.4 Các loại thí nghiệm được sử dụng trong dạy học Vật lý 13

1.4 Các vấn đề đặt ra cần giải quyết 16

CHƯƠNG 2 18

THIẾT KẾ MỘT SỐ BỘ THÍ NGHIỆM ĐƠN GIẢN CHO PHẦN “ĐỘNG LỰC HỌC” VẬT LÝ LỚP 10 18

2.1 Đánh giá việc dạy học các kiến thức của phần “Động lực học” cấp THPT 18

2.1.1 Mục tiêu, yêu cầu cần đạt của phần “Động lực học” theo chương trình giáo dục phổ thông Vật lý THPT ban hành năm 2018 18

2.1.2 Thực trạng dạy - học nội dung động lực học ở trường THPT 20

2.1.3 Một số khó khăn của học sinh và giáo viên khi triển khai hoạt động dạy - học nội dung động lực học 25

2.2 Thiết kế một số bộ thí nghiệm trong giảng dạy nội dung động lực học 25

2.2.1 Bộ thí nghiệm Tổng hợp lực 25

2.2.2 Bộ thí nghiệm định luật II Newton 28

2.2.3 Bộ thí nghiệm lực cản của không khí 31

2.3.2.1 Tiến trình xây dựng kiến thức: 43

2.3.2.2 Tiến trình dạy học kiến thức: 44

2.3.3 Bộ thí nghiệm lực cản của không khí 48

2.3.3.1 Tiến trình xây dựng kiến thức: 48

2.3.3.2 Tiến trình dạy học kiến thức: 49

2.3.4 Bộ thí nghiệm moment lực 53

2.3.4.1 Tiến trình xây dựng kiến thức: 53

2.3.4.2 Tiến trình dạy học kiến thức: 54

2.3.5 Bộ thí nghiệm lực ma sát 57

2.3.5.1 Tiến trình xây dựng kiến thức: 57

2.3.5.2 Tiến trình dạy học kiến thức: 59

CHƯƠNG 3 65

THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 65

3.1 Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm 65

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 65

3.1.2 Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm 65

3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 66

3.3 Kết quả thực nghiệm sư phạm 67

DANH MỤC BẢNG

Bảng: 2.1 Yêu cầu cần đạt của nội dung “Động lực học” 18

Bảng: 2.2 Dụng cụ bộ thí nghiệm Tổng hợp lực 25

Bảng: 2.3 Dụng cụ bộ thí nghiệm định luật II Newton 28

Bảng: 2.4 Dụng cụ bộ thí nghiệm lực cản của không khí 32

Bảng: 2.5 Dụng cụ bộ thí nghiệm moment lực 35

Bảng: 2.6 Dụng cụ bộ thí nghiệm lực ma sát 37

Bảng: 3.1 Ma trận đề kiểm tra chất lượng 72

Bảng: 3.2 Thống kê tỉ lệ đúng sai của bài kiểm tra chất lượng 73

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình: 2.1 Tiến hành thí nghiệm quy tắc tổng hợp lực 27 Hình: 2.2 Tiến hành thí nghiệm sử dụng quy tắc tổng hợp lực để tính khối lượng một vật 28 Hình: 2.3 Tiến hành thí nghiệm gia tốc của vật tăng khi lực tác dụng vào vật tăng 30 Hình 2.4 Tiến hành thí nghiệm gia tốc của vật giảm khi khối lượng tăng 31 Hình: 2.5 Tiến hành thí nghiệm lực cản của không khí phụ thuộc vào tốc độ vật 34 Hình: 2.6 Tiến hành thí nghiệm biểu diễn quy tắc moment lực 36 Hình: 2.7 Tiến hành thí nghiệm cân bằng vật 36 Hình: 2.8 Tiến hành thí nghiệm quy tắc tổng hợp lực 38

Biểu đồ: 2.3 Khảo sát mức độ sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí 22

Biểu đồ: 2.4 Khảo sát việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí 22

Biểu đồ: 2.5 Khảo sát nguyên nhân việc không thường xuyên sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí 23

Biểu đồ: 2.6 Khoả sát việc tự tạo thí nghiệm đơn giản để dạy học 24

Biểu đồ: 2.7 Khảo sát những khó khăn gặp phải trong quá trình tự tạo thí nghiệm đơn giản 24

Biểu đồ: 3.1 Khảo sát mức độ hứng thú của HS 69 Biểu đồ: 3.2 Khảo sát mức độ hứng thú của HS 70

Biểu đồ: 3.3 Khảo sát mức độ hứng thú của HS 70

Biểu đồ: 3.4 Khảo sát mức độ hứng thú của HS 70

Biểu đồ: 3.5 Khảo sát mức độ hứng thú của HS 71

Biểu đồ: 3.6 Khảo sát mức độ hứng thú của HS 71

Biểu đồ: 3.7 Khảo sát mức độ hứng thú của HS 72

Biểu đồ: 3.8 Thống kê điểm bài kiểm tra chất lượng 73

MỞ ĐẦU 1 Lí do chọn đề tài

Để có thể tồn tại và phát triển, đòi hỏi chúng ta phải tạo ra nguồn nhân lực không những phải có đầy đủ kiến thức, mà còn phải có năng lực hoạt động thực nghiệm Vật lý học là một lĩnh vực nghiên cứu thực nghiệm, trong đó học sinh không chỉ được trang bị kiến thức mà còn được trang bị phương pháp làm việc và kỹ năng thực hiện thí nghiệm Thông qua thí nghiệm, học sinh có thể hiểu được bản chất của các hiện tượng Vật lý và quá trình chúng diễn ra trong tự nhiên Học sinh có cơ hội nghiên cứu và từ đó, ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tế Thực tế đã chứng minh rằng, trong dạy học môn Vật lý khi sử dụng các hoạt động thí nghiệm, học sinh có khả năng nắm bắt kiến thức một cách rộng hơn và nhanh chóng hơn Học sinh được phát triển khả năng quan sát và đưa ra dự đoán, ý tưởng mới, từ đó tạo điều kiện cho hoạt động nhận thức tích cực và phát triển tư duy

Trong Chương trình giáo dục phổ thông ban hành năm 2018, môn Vật lý có rất nhiều sự thay đổi Trong đó việc phát triển năng lực thông qua thực hành, khả năng đề xuất các phương án thí nghiệm và các kỹ năng thực hành của học sinh rất được coi trọng và đánh giá cao

Đối với dạy và học phần “Động lực học” trong chương trình Vật lý 10, với dung mang tính thực tiễn cao, gắn liền với nhiều hiện tượng thường gặp trong đời sống Đồng thời, sách Vật lý 10 của chương trình Giáo dục phổ thông 2018 mới được phát hành và bắt đầu đưa vào sử dụng từ năm học 2022-2023 nên chưa có nhiều nguồn tài liệu, công cụ tham khảo để hỗ trợ các thầy cô trong quá trình giảng dạy

Xuất phát từ thực tế trên và điều kiện nghiên cứu, giảng dạy của bản thân, tác giả chọn đề tài: “Thiết kế và sử dụng một số thí nghiệm đơn giản trong dạy học phần

"Động lực học" Vật lý 10” 2 Mục đích nghiên cứu

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Thứ nhất: Hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn về việc sử dụng thí nghiệm

trong dạy học bộ môn Vật lý

Thứ hai: Đánh giá thực trạng và phân tích các yếu tố khó khăn trong việc dạy

học nội dung Động lực học Vật lý 10 chương trình Giáo dục phổ thông ban hành năm

2018 Qua đó thiết kế một số thiết bị thí nghiệm đơn giản, dễ chế tạo và áp dụng trong

dạy học các kiến thức phần Động lực học

Thứ ba: Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của các bộ

thí nghiệm đơn giản và tiến trình dạy học đã thiết kế

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

Khách thể nghiên cứu: việc sử dụng thí nghiệm trong dạy và học môn Vật lý

ở trường THPT

dạy học môn Vật lý ở trường THPT

5 Vấn đề nghiên cứu

Đề tài tập trung vào nghiên cứu hai vấn đề cơ bản sau: - Thiết kế một số thiết bị thí nghiệm đơn giản cho các kiến thức của phần “Động lực học” Vật lý 10;

- Soạn thảo tiến trình sử dụng các thiết bị thí nghiệm đã chế tạo vào dạy học các kiến thức của phần “Động lực học” Vật lý 10, nhằm nâng cao tính tích cực, chủ động, rèn luyện năng lực hoạt động thực nghiệm cho học sinh

6 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng được các thiết bị thí nghiệm và soạn thảo được tiến trình sử dụng trong dạy học các kiến thức của phần “Động lực học” Vật lý 10 đáp ứng được các yêu cầu đổi mới dạy học, thì chúng ta sẽ đạt kết quả cao trong việc rèn luyện năng lực hoạt động thực nghiệm của học sinh

7 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

Luận văn chỉ tiến hành xây dựng và sử dụng một số thiết bị thí nghiệm dễ chế tạo từ các vật liệu đơn giản để dùng trong dạy học các kiến thức các kiến thức của phần “Động lực học” Vật lý 10 ở trường THPT Tân Lập, Hà Nội

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học của đề tài: Xây dựng các bộ thí nghiệm đơn giản sử dụng trong dạy học các kiến thức của phần “Động lực học” Vật lý 10

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Có thể áp dụng cho giáo viên, học sinh sử dụng trong

việc dạy và học môn Vật lý 10 ở các trường THPT, đáp ứng được yêu cầu đổi mới và

nâng cao chất lượng dạy học theo hướng tích cực 9 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau: - Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận: sưu tầm tài liệu, đọc tài liệu, nghiên cứu các văn bản về lý luận dạy học hiện đại, đặc biệt là việc sử dụng TN và giải quyết vấn đề dạy học trong việc dạy học vật lý;

- Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Quan sát/khảo sát/đặt câu hỏi thông qua bảng câu hỏi, tổng hợp kinh nghiệm, tư vấn từ chuyên gia;

- Nhóm phương pháp xử lý thông tin: định lượng, định tính, thống kê và phân tích thống kê

10 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm các phần: mở đầu, kết luận và khuyến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục và dự kiến được trình bày 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài Chương 2: Thiết kế một số bộ thí nghiệm đơn giản cho phần “Động lực học” Vật lý 10

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Vật lý là một bộ môn khoa học thực nghiệm, trong đó các kiến thức Vật lý được xác định thông qua phương pháp thực nghiệm Ngay cả khi những kiến thức được suy luận từ lý thuyết, chúng chỉ trở thành kiến thức Vật lý khi được kiểm chứng bằng thực nghiệm Do đó, thí nghiệm là một yếu tố không thể thiếu trong giáo dục Vật lý Việc nghiên cứu, đóng góp xây dựng các thí nghiệm làm phong phú các bài DHVL là rất quan trọng

Trong nghiên cứu này sẽ tìm hiểu những vấn đề sau:

1.2.1 Những nghiên cứu ngoài nước

Hiện nay có ba xu hướng chính trong việc sử dụng thí nghiệm và phương tiện trực quan trong giáo dục vật lý trên toàn thế giới, đó là: xu hướng hiện đại hóa; Xu hướng đa phương tiện và nghiên cứu, khai thác và sử dụng thí nghiệm tự tạo [5]

Xu hướng hiện đại hóa nhằm tăng cường tính hiện đại của các thiết bị và công cụ thí nghiệm, đồng thời nâng cao mức độ chính xác Với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, con người đã tạo ra nhiều công cụ và thiết bị thí nghiệm tiên tiến với độ chính xác ngày càng cao Sử dụng thí nghiệm theo hướng hiện đại là thực hiện các thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính Đây là hình thức được áp dụng rộng rãi

trong hầu hết các nước phát triển trên thế giới Thí nghiệm kết hợp với máy vi tính thường được sử dụng để mô phỏng và minh họa các quá trình Vật lý diễn ra quá nhanh hoặc quá chậm, những quá trình khó quan sát trực tiếp và chỉ có thể khắc phục thông qua mô phỏng bằng máy vi tính

Xu hướng thứ hai trong giáo dục Vật lý là xu hướng khai thác đa phương tiện, nhằm tác động đến người học thông qua nhiều kênh thông tin khác nhau, bao gồm kênh chữ, hình ảnh, và âm thanh…

Xu hướng thứ ba là khai thác, chế tạo và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lý Do những ưu điểm nổi trội của thí nghiệm tự tạo và hiệu quả của nó trong giảng dạy, việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các thiết bị và sử dụng thí nghiệm tự tạo là một lĩnh vực đang được quan tâm rất nhiều, cả trong nước và trên thế giới Các xu hướng này tồn tại độc lập và có tác dụng bổ sung cho nhau, tạo nên một môi trường dạy học Vật lý trực quan và đa phương tiện

Việc nghiên cứu, thiết kế và sử dụng thí nghiệm tự tạo đã thu hút sự quan tâm từ rất sớm của cộng đồng nghiên cứu dạy học Vật lý, do tính kinh tế và hiệu quả mà nó mang lại trong giáo dục Đầu tiên, loại thiết bị này được các nhà giáo dục ở Canada quan tâm, trong đó tổ chức "Les petis desbrouillads" làm điều kiện tiên quyết, sau đó phát triển đến nhiều quốc gia khác như Đức, Pháp, Mỹ, Trung Quốc và Romania Mục tiêu của nghiên cứu là tạo ra và sử dụng các thí nghiệm thông qua việc tăng cường tính trực quan trong quá trình đào tạo Vật lý và phát triển kỹ năng thực hành thí nghiệm cho học sinh thông qua việc tạo ra các thiết bị thí nghiệm từ những vật liệu dễ tìm thấy trong cuộc sống hàng ngày Ngoài ra, các nhà nghiên cứu như Michael Vollmer, Klaus Peter Möllmann từ Đại học Cao đẳng Brandenburg, Đức, Hans-Jörg Jodl và Bodo Eckert từ Đại học Kaiserslautern, Đức cũng quan tâm và nghiên cứu về thí nghiệm tự tạo do những ưu điểm và vai trò của chúng trong giáo dục Vật lý [5]

Ở Đức, đã có nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và tiến hành nghiên cứu về thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lý, ví dụ như Hans-Joachim Wilke, D.K Nachtigall và G Tronicke Hans-Joachim Wilke và G Tronicke đã xuất bản các công trình như

J Dieckhufer và G Peters cũng đã đóng góp vào lĩnh vực này với công trình "Qualitative experimente mit einfachen Mitteln, Uneversität Dortmund" (1996) [5]

Trong các công trình nghiên cứu này, các tác giả đã tạo ra và hướng dẫn cách sử dụng nhiều thiết bị thí nghiệm trong các lĩnh vực khác nhau như cơ, nhiệt, điện, quang Hầu hết các thiết bị thí nghiệm này đều được làm từ các vật liệu dễ tìm như lon nước ngọt, chai nước khoáng

1.2.2 Những nghiên cứu trong nước

Những năm gần đây, các nhà giáo dục, nhà nghiên cứu trong lĩnh vực giáo dục và khoa học ở Việt Nam đã tích cực nghiên cứu các thiết bị thí nghiệm tự chế tạo Các tác giả như Nguyễn Thượng Trung, Phạm Đình Cường, Nguyễn Hùng Lưu, Lê Văn Giáo, Hà Văn Hùng - Lê Cao Phấn, Nguyễn Ngọc Hùng, Đông Thị Điền đã tiến hành nghiên cứu và phát triển các thiết bị thí nghiệm tự tạo, áp dụng chúng vào nhiều mục đích khác nhau trong quá trình dạy và học Các mục đích bao gồm sử dụng thí nghiệm tự tạo như một công cụ tăng cường tính tương tác trong hoạt động học tập của học sinh, giúp phát hiện và khắc phục các quan điểm sai lệch của học sinh, hỗ trợ tổ chức các hoạt động dạy học kiến tạo, dạy học nhóm, dạy học dự án [5]

Ngoài ra, việc nghiên cứu và sử dụng các thiết bị thí nghiệm tự tạo trong giáo dục còn được hỗ trợ bởi các luận văn thạc sĩ của các tác giả như Mai Khắc Dung, Trương Công Phi, Nguyễn Thị Hòn Lê, Trần Thị Luận án tiến sĩ của Thanh Thư, Trần Ngọc Oanh, Trần Thị Ngọc Anh , Ngô Quang Sơn, Lê Văn Giáo, Đông Thị Điền, Lê Cao Phan Các nghiên cứu này đã tạo ra nhiều thiết bị thí nghiệm tự tạo và sử dụng chúng trong quá trình dạy học một cách hiệu quả, góp phần tích cực vào sự đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông

Trong thời gian gần đây, việc đổi mới phương pháp dạy học nói chung và đổi mới dạy học Vật lý nói riêng đã được triển khai rộng rãi tại các trường phổ thông Một trong những mục tiêu quan trọng của giáo dục phổ thông là phát triển kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tế cho học sinh Mục đích của việc đổi mới phương pháp dạy học là nâng cao chất dạy học Vật lý ở trường phổ thông, đặc biệt là giúp học sinh tiếp thu kiến thức tốt hơn, nắm vững kiến thức hơn và áp dụng hiệu quả vào thực tế; đồng thời hình thành và phát triển các kỹ năng thực hành và trí tuệ ngày một cao hơn

Một trong những biện pháp để đổi mới phương pháp dạy học hiện nay ở trường phổ thông là tăng cường sử dụng các phương tiện trực quan trong quá trình giảng dạy, trong đó bao gồm việc tự tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm tự tạo Theo hướng dẫn của Bộ Giáo dục và Đào tạo, việc tích cực hóa hoạt động học tập nhằm khai thác sự chủ động và sáng tạo của học sinh là cốt lõi của đổi mới phương pháp dạy học, và tư tưởng này đã được thể hiện cụ thể trong nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả khác nhau

Với đề tài khoa học cấp bộ “Nghiên cứu tự tạo, khai thác và sử dụng TN đơn giản, rẻ tiền nhằm góp phần đổi mới PPDH Vật lý ở trường phổ thông theo hướng tích cực hóa HĐNT của HS” của tác giả Lê Văn Giáo - Nguyễn Thị An Vinh, đã tập trung nghiên cứu cơ sở lí luận về vấn đề đổi mới PPDH theo hướng tích cực hóa HĐNT của HS; trong đó đã xây dựng được 30 bài TN với 53 phương án khác nhau của các phần: Cơ học, Nhiệt học, Điện học, Quang học thuộc chương trình Vật lý phổ thông Tác giả đã sử dụng các TNTT đó vào thiết kế tiến trình DH một số kiến thức trong các phần: Cơ học, Nhiệt học, Điện học, Quang học trong chương trình Vật lý phổ thông theo hướng tích cực hóa HĐNT của HS trong DHVL Kết quả thu được của đề tài cho phép khẳng định, việc khai thác và sử dụng các TNTT đơn giản trong DHVL ở các trường phổ thông là khả thi và có tính thực tiễn, GV và HS hoàn toàn có khả năng tự tạo các TN nhằm phục vụ cho việc dạy và học Vật lý Việc sử dụng TNTT đơn giản trong DHVL đã góp phần tăng cường tính trực quan, kích thích hứng thú học tập, phát huy TTC, tự lực và sáng tạo của HS, qua đó góp phần nâng cao hiệu quả DHVL ở trường phổ thông

1.3 Sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lý

1.3.1 Đặc điểm của thí nghiệm Vật lý

- Các điều kiện thí nghiệm cụ thể phải được lựa chọn và thiết lập để trả lời các câu hỏi được đặt ra, kiểm tra các giả thuyết và xác nhận kết quả rút ra từ các giả thuyết Bất kỳ thử nghiệm nào cũng bao gồm ba yếu tố chính phải được xác định rõ ràng Nó là đối tượng nghiên cứu, là cách tiếp cận đối tượng, là phương pháp

- Các điều kiện thí nghiệm có thể được thay đổi để nghiên cứu mối quan hệ phụ thuộc giữa hai biến số, trong khi giữ các biến số khác không thay đổi;

- Điều kiện thí nghiệm cần được kiểm soát theo kế hoạch, sử dụng thiết bị thí nghiệm có độ chính xác hợp lý, phân tích thường xuyên các yếu tố liên quan đến đối tượng nghiên cứu để giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố gây nhiễu;

- Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là khả năng quan sát được sự biến đổi của một đại lượng do sự biến đổi của các đại lượng khác Điều này được đạt được nhờ sự hiểu biết của giác quan con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc;

- Thí nghiệm cần được lặp lại Điều này có nghĩa là, với cùng các thiết bị thí nghiệm và các điều kiện thí nghiệm giống nhau, khi cấu trúc lại hệ thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm lần nữa, hiện tượng và quá trình Vật lý phải diễn ra trong thí nghiệm giống như các lần thí nghiệm trước đó [8]

1.3.2 Vai trò của thí nghiệm Vật lý

- Thí nghiệm là công cụ quan trọng trong hoạt động nhận thức của dạy học Vật lý;

- Thí nghiệm có ảnh hưởng mạnh mẽ đến các giác quan của học sinh; - Thí nghiệm góp phần phát triển khả năng tư duy của học sinh; - Thí nghiệm Vật lý giúp học sinh làm quen với các phương pháp nghiên cứu Vật lý, đồng thời góp phần hình thành tư duy Vật lý và phát triển khả năng tư duy, sự sáng tạo của học sinh;

- Thí nghiệm góp phần hình thành các kĩ năng (quan sát, thu thập thông tin, phân tích dữ liệu, tính trung thực, tính chính xác, cẩn thận, tỉ mỉ, kiên trì, nhẫn lại), tôn trọng các diễn biến và quy luật phát triển của các hiện tượng Vật lý trong quá trình thí nghiệm;

- Thí nghiệm giúp củng cố, hệ thống kiến thức một cách vững chắc, thấy được mối liên hệ giữa những kiến thức trước đây và hiện nay, thấy được mối liên hệ giữa Vật lý và những ngành khoa học khác;

- Thí nghiệm giúp cho học sinh gắn liền với cuộc sống thực tiễn, rèn luyện tính thích ứng cho học sinh [8]

1.3.3 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học Vật lý

v Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau trong quá trình dạy học

v Thí nghiệm hỗ trợ việc phát triển toàn diện học sinh

Sử dụng thí nghiệm trong dạy học đóng góp một vai trò quan trọng trong việc phát triển các phẩm chất và năng lực của học sinh, mang lại sự phát triển toàn diện cho người học Thông qua thí nghiệm, học sinh được cung cấp kiến thức nhằm nâng cao chất lượng kiến thức và có cơ hội rèn luyện kỹ năng và kỹ xảo trong lĩnh vực Vật lý Thí nghiệm giúp học sinh hiểu sâu hơn về bản chất của các hiện tượng, định luật và quá trình được nghiên cứu Điều này giúp học sinh có khả năng vận dụng kiến thức vào thực tế một cách linh hoạt và hiệu quả

Một trong những nhiệm vụ quan trọng của hoạt động dạy học là hướng dẫn cho học sinh kiến thức cơ bản về các môn học phổ thông Để đạt được mục tiêu này, giáo viên cần nhận thức rõ rằng việc xây dựng tiềm lực và bản lĩnh cho học sinh là điều quan trọng, thể hiện qua cách suy nghĩ, thao tác tư duy và làm việc của học sinh trong việc tiếp cận và giải quyết các vấn đề thực tiễn Thông qua thí nghiệm, học sinh được khuyến khích để phát triển tư duy cao hơn để khám phá những điều cần nghiên cứu Có thực tế chứng minh rằng trong quá trình giảng dạy Vật lý, khi sử dụng thí nghiệm, học sinh có khả năng tiếp thu kiến thức một cách rộng hơn và nhanh chóng hơn Họ có thể quan sát và đưa ra dự đoán, ý tưởng mới, từ đó hoạt động nhận thức của học sinh được kích thích một cách tích cực và tư duy của họ được phát triển tốt hơn

v Thí nghiệm là công cụ quan trọng hỗ trợ giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh

Thông qua việc thực hiện thí nghiệm, học sinh có cơ hội rèn luyện kỹ năng và kỹ xảo trong việc thực hành Điều này đóng góp quan trọng vào việc giáo dục kỹ

xét từ khía cạnh kỹ thuật, chúng ta không thể bỏ qua vai trò của thí nghiệm trong việc rèn luyện khả năng khéo léo của học sinh

Hoạt động dạy học không chỉ giới hạn trong việc truyền thụ kiến thức cơ bản cho học sinh mà còn quan trọng là tạo điều kiện để họ tiếp cận với hoạt động thực tiễn thông qua thao tác của riêng mình Trong dạy học Vật lý, khi sử dụng thí nghiệm, giáo viên cần định hướng học sinh tự thực hiện các thí nghiệm để kiến thức họ thu nhận được được củng cố một cách vững chắc hơn Đồng thời, việc này cũng giúp rèn luyện cho học sinh sự khéo léo và tay nghề, khả năng quan sát tỉ mỉ và chính xác Khi có những kỹ năng này, khả năng hoạt động thực tiễn của học sinh sẽ được nâng cao v Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú trong học tập của học sinh

Thí nghiệm là phương tiện kích thích trí tò mò của học sinh trong quá trình học tập Bằng cách tiến hành các thí nghiệm, học sinh trở nên năng động và sáng tạo hơn trong quá trình nhận thức TN cung cấp cho học sinh cơ hội tự tay thực hiện các thí nghiệm, giúp họ trở nên thành thạo trong việc thực hiện các thao tác thí nghiệm Điều này khơi dậy sự say sưa và tò mò trong học sinh, khám phá những điều mới và những điều bí ẩn từ các thí nghiệm Hơn nữa, TN cũng giúp hình thành ý tưởng mới cho các thí nghiệm khác Tất cả những tác động này đóng góp vào quá trình hoạt động nhận thức của học sinh, làm cho nó trở nên tích cực hơn

Thí nghiệm cho phép học sinh tập trung chú ý và quan sát các sự vật, hiện tượng một cách cụ thể, từ đó tạo ra sự ham thích trong việc tìm hiểu đặc tính và quy luật diễn biến của hiện tượng được quan sát Khi giác quan của học sinh được kích thích mạnh mẽ thông qua TN, họ phải tư duy ở mức cao, chú ý và quan sát kỹ TN để đưa ra các kết luận và nhận xét phù hợp

v Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức hoạt động của học sinh

Qua TN, học sinh được yêu cầu làm việc một mình hoặc hợp tác nhóm, từ đó phát huy vai trò cá nhân và tinh thần trách nhiệm cộng đồng trong công việc của mình v Thí nghiệm Vật lý giúp đơn giản hoá các hiện tượng và quá trình Vật lý

Thí nghiệm Vật lý có vai trò quan trọng trong việc đơn giản hóa hiện tượng và tạo ra một hình ảnh sinh động, nhằm hỗ trợ cho tư duy trừu tượng của học sinh TNVL giúp học sinh tư duy dựa trên các đối tượng cụ thể, hiện tượng và quá trình đang diễn ra

trước mắt Trong tự nhiên, các hiện tượng diễn ra rất phức tạp và có mối quan hệ phức tạp với nhau Vì vậy, không thể cùng một lúc nhận biết các tính chất đặc trưng của từng hiện tượng riêng lẻ, cũng như không thể cùng lúc nhận biết được ảnh hưởng của một tính chất lên tính chất khác Chính thông qua TNVL, các hiện tượng được đơn giản hóa, các khía cạnh cần nghiên cứu được làm nổi bật, giúp học sinh dễ dàng quan sát, theo dõi và tiếp thu kiến thức

Thí nghiệm Vật lý có vai trò quan trọng trong việc đơn giản hóa các hiện tượng và tạo ra những hình ảnh sống động hỗ trợ tư duy trừu tượng của học sinh Các hiện tượng trong thế giới tự nhiên thường phức tạp và liên quan với nhau đến mức không thể phân biệt và nhận biết cùng một lúc những tính chất đặc trưng của từng hiện tượng cũng như tác động của từng hiện tượng lên các hiện tượng khác Thông qua thí nghiệm vật lý, đơn giản hóa các hiện tượng và nhấn mạnh khía cạnh nghiên cứu của từng hiện tượng, quá trình vật lý, giúp học sinh dễ dàng quan sát, theo dõi và tiếp thu kiến thức hơn TNVL tạo ra một môi trường trực quan và thực tế cho học sinh, giúp họ tư duy trên những đối tượng cụ thể, hiện tượng và quá trình đang diễn ra trước mắt, từ đó khám phá và hiểu sâu hơn về các khía cạnh và quy luật Vật lý

v Thí nghiệm biểu diễn và những yêu cầu cơ bản khi sử dụng trong dạy học:

Có hai loại thí nghiệm khi dựa vào hoạt động của giáo viên và học sinh: TN biểu diễn và TN học sinh Đối với TN biểu diễn, chúng ta có thể phân thành các loại sau đây, tùy theo mục đích sử dụng:

- TN mở đầu: Đây là những TN được sử dụng để đặt vấn đề và định hướng cho bài học TN mở đầu phải ngắn gọn và mang lại kết quả ngay lập tức;

- TN nghiên cứu hiện tượng mới: Loại TN này được tiến hành trong quá trình nghiên cứu các khía cạnh mới trong bài học TN nghiên cứu hiện tượng mới có thể là TN khảo sát hoặc TN kiểm chứng;

- TN củng cố: Đây là những TN được sử dụng để củng cố kiến thức trong bài học Tương tự như TN mở đầu, TN củng cố cũng phải ngắn gọn và mang lại kết quả

Ø Để tận dụng tối đa vai trò của TN biểu diễn trong dạy học Vật lý, giáo viên cần tuân thủ các yêu cầu sau đây:

o Gắn liền hữu cơ với bài giảng: TN biểu diễn phải được liên kết mật thiết với nội dung bài giảng Nó là một phần quan trọng trong quá trình dạy học và cần được tích hợp một cách hợp lý Nếu TN không được gắn liền hữu cơ với bài giảng, vai trò của nó sẽ không thể được phát huy Để đảm bảo việc gắn kết hữu cơ này, TN phải được thực hiện đúng thời điểm trong quá trình dạy học, và kết quả của nó phải được sử dụng một cách logic, hợp lí và không ép buộc;

o Ngắn gọn và hợp lí: Do thời gian mỗi tiết học chỉ có 45 phút, và TN chỉ là một phần trong quá trình dạy học, nên nó cần được thiết kế ngắn gọn và hợp lí Nếu kéo dài quá lâu, nó sẽ ảnh hưởng đến các phần khác trong quá trình dạy học Vì vậy, giáo viên cần căn cứ vào từng TN cụ thể để quyết định thời lượng phù hợp cho nó;

o TN biểu diễn cần mang tính thuyết phục Đầu tiên, TN phải đạt thành công ngay từ đầu để học sinh có niềm tin và TN có thể thuyết phục học sinh Ngoài ra, cần chú ý rằng, từ kết quả của TN, luận điểm phải có tính logic và tự nhiên, không được ép buộc và gượng ép, không đòi hỏi học sinh phải chấp nhận mà cần giải thích cho học sinh về nguyên nhân khách quan và chủ quan của các sai số trong kết quả TN;

o TN biểu diễn phải đảm bảo sự quan sát của cả lớp Cần sắp xếp TN sao cho tất cả học sinh trong lớp có thể quan sát và tập trung vào các chi tiết quan trọng Giáo viên cần lựa chọn và bố trí dụng cụ TN một cách hợp lý để đạt được điều này Nếu cần, có thể sử dụng các phương tiện kỹ thuật như camera, đèn chiếu, máy chiếu qua máy tính để hỗ trợ;

o TN biểu diễn phải đảm bảo an toàn Trong quá trình thực hiện TN, cần đảm bảo rằng nó không ảnh hưởng đến sức khỏe của học sinh TN phải được thực hiện một cách an toàn, tránh tạo ra lo lắng cho học sinh trong quá trình thực hiện

Ø Để thực hiện các TN một cách hiệu quả, cần lưu ý các kỹ thuật biểu diễn TN cơ bản sau:

o Bố trí thiết bị: Các thiết bị thí nghiệm phải được đặt và sắp xếp sao cho thu hút được sự chú ý của học sinh và cả lớp có thể quan sát được Để làm được điều này, bạn cần chọn các công cụ TN có kích thước vừa đủ và đặt chúng trong cùng một mặt

phẳng thẳng đứng mà không chồng chéo lên nhau Những công cụ quan trọng nên được đặt ở trên cùng, những công cụ phụ trợ ở dưới cùng, những công cụ không cần thiết phải được che đi để học sinh nhìn thấy;

o Sử dụng vật chỉ thị: Để tăng cường tính trực quan của các TN, ta có thể sử dụng các vật chỉ thị như màu pha vào nước, khói trong các TN truyền thẳng ánh sáng hoặc trong các TN về đối lưu của không khí;

o Sử dụng các phương tiện hỗ trợ: Có thể sử dụng các phương tiện hỗ trợ như đèn chiếu, gương phẳng, máy quay video để tăng cường hiệu quả của TN [11]

1.3.4 Các loại thí nghiệm được sử dụng trong dạy học Vật lý

Có nhiều cách phân loại TN trong DH Vật lý, tuỳ vào từng tiêu chí khác nhau, sẽ có các kết quả phân loại khác nhau Ví dụ: căn cứ vào đối tượng sử dụng, TN Vật lý ở trường phổ thông có thể chia thành hai loại: TN biểu diễn (TN do GV tiến hành là chính, tuy có thể có sự hỗ trợ của HS) và TN thực tập (TN do HS tự tiến hành dưới sự hướng dẫn của GV) Căn cứ vào môi trường trình diễn TN, TN Vật lý có thể phân loại thành TN thực và TN trên máy vi tính [11]

Thí nghiệm thường được sử dụng nhất trong DHVL ở trường phổ thông là thí nghiệm thực, tập trung vào hai loại hình chính: thí nghiệm được trang cấp ở trường phổ thông (gọi tắt là TN) và thí nghiệm tự tạo

v Thí nghiệm được trang cấp:

Khái niệm: Dựa vào các khái niệm TN Vật lý đã trình bày ở trên, TN được

trang cấp được định nghĩa là những TN Vật lý được trang bị đồng loạt, đồng bộ giữa các trường phổ thông, theo phân phối, quy định phần lớn thuộc danh mục thiết bị DH tối thiểu 43 của Bộ GD&ĐT ban hành Đây là những TN Vật lý được trang bị sẵn cho GV và HS sử dụng, thường được cất giữ tại các phòng TN Vật lý ở trường phổ thông Những TN này được sử dụng trong các giờ học Vật lý tại lớp học hoặc các giờ thực hành tại phòng học bộ môn

Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm được trang cấp trong dạy học Vật lý:

- Ưu điểm:

và bảo quản các dụng cụ chặt chẽ, số lượng dụng cụ của mỗi bộ TN được cung cấp tương đối đầy đủ;

• Tính chính xác của những bộ TN này tương đối cao, do đó tạo điều kiện thuận lợi và cơ sở khoa học cho GV trong các giờ học Vật lý;

• Những TN này đã được kiểm định chặt chẽ trước khi tiến hành sản xuất hàng loạt, do đó phần lớn có tính thẩm mĩ và được thiết kế phù hợp

- Hạn chế: • Vì nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan mà một số dụng cụ TN có chất lượng không cao, dễ hỏng hóc trong quá trình sử dụng Một số khác lại thiếu chính xác, sai số nhiều trong các phép đo, do đó chưa mang lại hiệu quả như mong muốn của GV trong QTDH;

• Một số TN thường cồng kềnh, không thuận tiện trong việc di chuyển từ phòng TN đến các phòng học, gây trở ngại cho GV khi dạy các bài có TN tại lớp học;

• Để sử dụng hiệu quả các TN này đòi hỏi GV cần có kĩ năng thực hành nhất định Đặc biệt, một số TN phức tạp có thể mất rất nhiều thời gian để chuẩn bị và thao tác thuần thục trên dụng cụ, do đó khiến một số GV ngần ngại khi sử dụng TN trong QTDH

v Thí nghiệm tự tạo:

Khái niệm: TN tự tạo là một trong những PTDH hiệu quả, góp phần nâng cao

chất lượng DH Vật lý ở trường phổ thông Trên cơ sở tập hợp các nghiên cứu trong và ngoài nước, khái niệm TN tự tạo đã được phân tích kĩ trong luận án tiến sĩ của các tác giả Nguyễn Hoàng Anh, Nguyễn Viết Thanh Minh

TN tự tạo là những TN định tính, hoặc định lượng, do GV hoặc HS tự thiết kế, chế tạo một cách đơn giản hoặc phức tạp, sử dụng trong QTDH ngay tại lớp học, hoặc ngoài không gian lớp học, bằng những dụng cụ đơn giản, phổ biến trong cuộc sống

Ưu điểm, hạn chế của thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lý Trong DH Vật lý ở trường phổ thông

- Ưu điểm: Ngoài các ưu điểm về mặt tư duy của TN Vật lý, TN tự tạo còn có những ưu điểm mang tính đặc trưng riêng:

• Về vật liệu, linh kiện: dễ kiếm, dễ mua với giá thành thấp, thường phổ biến trong đời sống hàng ngày, có thể tận dụng được những vật liệu tái chế…

• Về gia công và lắp ráp TN: Việc gia công đơn giản, không yêu cầu nhiều kỹ năng phức tạp, do đó giáo viên và học sinh đều có thể tự tạo TN một cách dễ dàng;

• Về khả năng sử dụng TN: TN tự tạo thuận tiện để sử dụng trong quá trình dạy học, dễ thành công và ít ảnh hưởng đến tiến trình dạy học chung Điều này giúp giáo viên dễ dàng và thuận lợi hơn trong việc áp dụng TN tự tạo vào quá trình dạy học

Vì thế, TN tự tạo còn được sử dụng trong nhiều giai đoạn của QTDH như: TN mở đầu, TN nghiên cứu kiến thức mới, TN củng cố, vận dụng hoặc TN luyện tập, thực hành ở lớp và ở nhà

Hiện nay, TN tự tạo được xem là một trong những phương tiện hỗ trợ hiệu quả cho các PPDH tích cực trong DH Vật lý như: phương pháp thực nghiệm, phương pháp dạy học theo nhóm, phương pháp dạy học dự án, phương pháp bàn tay nặn bột bởi vì trong các PPDH tích cực đó, HS không những được đề xuất các phương án TN mà còn trực tiếp lắp ráp, tiến hành TN để chủ động tìm ra kiến thức Vật lý cần nghiên cứu

- Hạn chế: thường được gia công bằng tay, với các dụng cụ đơn giản nên độ bền và tính thẩm mỹ không cao

Một số yêu cầu đối với thí nghiệm tự tạo

Ngoài những yêu cầu chung của TN trong DH, khi chế tạo TN tự tạo cần đặc biệt chú ý đến các yêu cầu sau Ngoài những yêu cầu chung của TN trong DH, khi chế tạo TN tự tạo cần đặc biệt chú ý đến các yêu cầu sau:

- Đảm bảo tính khoa học: Kết quả của TN tự tạo phải tuân thủ bản chất Vật lý của sự vật, hiện tượng và đảm bảo tính đúng đắn, khoa học, không xa rời thực tế Do đó, TN tự tạo cần tập trung vào trọng tâm của hiện tượng cần nghiên cứu, tránh sự rườm rà và khó quan sát, không gây nhiễu cho học sinh trong việc rút ra kết luận về hiện tượng Vật lý Dù TN tự tạo có đơn giản và cho kết quả nhanh chóng, những kết

hiểm gây tổn hại đến học sinh như súng, đạn, thuốc nổ và những vật liệu nguy hiểm khác;

- Đảm bảo tính thẩm mĩ: TN có tác động đến giác quan của người học, đặc biệt là thị giác Quan sát TN giúp học sinh rút ra những kết luận về sự vật, hiện tượng liên quan Do đó, dụng cụ TN tự tạo cần được gia công cẩn thận Chú ý đến các chi tiết được làm nổi bật trong dụng cụ TN, tránh quá nhiều chi tiết phụ gây hoang mang và làm mất đi sự xác định của đối tượng quan sát;

- Phải đảm bảo tính khả thi: TN tự tạo không nên quá phức tạp và yêu cầu quá cao đối với người sử dụng TN cần dễ thao tác, cho kết quả nhanh chóng, dễ quan sát và rõ ràng để có tính khả thi cao và ứng dụng rộng rãi trong quá dạy học

1.4 Các vấn đề đặt ra cần giải quyết

Theo thời gian và sự phát triển của khoa học, khái niệm TNTT đã trải qua quá trình phát triển và mở rộng Hiện nay, TNTT không chỉ giới hạn trong những thiết bị đơn giản và giá rẻ, mà còn bao gồm các thiết bị phức tạp và tiên tiến Để hiểu rõ hơn về loại thiết bị này trong dạy học Vật lý và khai thác, sử dụng chúng một cách hiệu quả trong quá trình đào tạo và học tập, nghiên cứu về TNTT cần làm rõ hơn về nội dung và phân loại của khái niệm này

Trên cơ sở quy trình đã đề xuất, vận dụng quy trình đó vào tự tạo một số TN trong phần “Động lực học” Vật lý 10 và sử dụng vào tổ chức DH cho HS Phần “Động lực học” Vật lý 10 là phần nội dung kiến thức trừu tượng so với khả năng nhận thức của học sinh nên phải được hình dung thông qua thí nghiệm Vì vậy, việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học phần này là hết sức cần

thiết và khả thi Chính vì lí do, tôi đã lựa chọn nghiên cứu đề tài Thiết kế và sử dụng

một số thí nghiệm đơn giản trong dạy học phần "Động lực học" Vật lý 10

Qua những nghiên cứu về TNTT trong và ngoài nước cho thấy TNTT rất được quan tâm và được nghiên cứu rộng rãi Việc sử dụng TNTT phù hợp với xu hướng đổi mới PPDH ở nước ta hiện nay

Tìm hiểu đặc điểm, vai trò và các chức năng và các loại TNTT để xác định các vấn đề đặt ra cần giải quyết

+ Thiết kế 05 bộ thí nghiệm đơn giản trong dạy học phần "Động lực học" Vật lý 10;

+ Đề xuất quy trình sử dụng thí nghiệm đơn giản, tổ chức HĐNT cho HS trong DHVL, vận dụng quy trình đó vào thiết kế tiến trình DH một số kiến thức phần "Động lực học" Vật lý 10

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MỘT SỐ BỘ THÍ NGHIỆM ĐƠN GIẢN CHO PHẦN “ĐỘNG

LỰC HỌC” VẬT LÝ LỚP 10 2.1 Đánh giá việc dạy học các kiến thức của phần “Động lực học” cấp THPT

2.1.1 Mục tiêu, yêu cầu cần đạt của phần “Động lực học” theo chương trình giáo dục phổ thông Vật lý THPT ban hành năm 2018

v Theo Chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lý (Ban hành kèm theo Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26 tháng 12 năm 2018 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo), phần “Động lực học” bao gồm những phần kiến thức và yêu cầu cần đạt tương ứng sau:

Bảng: 2.1 Yêu cầu cần đạt của nội dung “Động lực học”

Ba định luật Newton về chuyển động

– Thực hiện thí nghiệm, hoặc sử dụng số liệu cho trước để rút ra được a ~ F, a ~ 1/m, từ đó rút ra được biểu thức a = F/m hoặc F = ma (định luật 2 Newton)

– Từ kết quả đã có (lấy từ thí nghiệm hay sử dụng số liệu cho trước), hoặc lập luận dựa vào a = F/m, nêu được khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật

– Phát biểu định luật 1 Newton, nêu ví dụ cụ thể – Vận dụng được mối liên hệ đơn vị dẫn xuất với 7 đơn vị cơ bản của hệ SI

– Phát biểu được: Lực hấp dẫn tác dụng lên một vật là lực hấp dẫn giữa Trái đất và vật; trọng tâm của một vật là điểm mà tại đó trọng lực tác dụng lên vật Trọng lượng của một vật được tính bằng tích của khối lượng của vật và gia tốc rơi tự do – Nêu được các ví dụ về lực bằng nhau, không bằng nhau trong thực tế

– Mô tả được một cách định tính chuyển động rơi trong rơi trong trường hấp dẫn đều khi có sức cản của không khí

– Hiện thực hóa các dự án và đề tài nghiên cứu tăng giảm hoặc lực cản không khí tùy theo hình dạng của vật thể

– Phát biểu định luật thứ ba của Newton bằng một ví dụ cụ thể Áp dụng định luật III Newton cho một số trường hợp đơn giản Một số lực trong thực

tiễn

–Trọng lực; Lực ma sát; Lực cản khi một vật chuyển động trong nước (hoặc trong không khí); Lực nâng (đẩy lên trên) của nước; Lực căng dây… được mô tả bằng ví dụ thực tế, biểu diễn trên hình vẽ

– Giải thích được lực nâng tác dụng lên một vật ở trong trong nước (hoặc trong không khí)

Cân bằng lực, moment lực

– Sử dụng hình vẽ, tổng hợp được các lực trên một mặt phẳng – Phân tích được một lực thành các lực thành phần vuông góc bằng hình vẽ

– Thảo luận để thiết kế phương án hoặc lựa chọn phương án và thực hiện phương án, tổng hợp được hai lực đồng quy bằng dụng cụ thực hành

– Nêu được các khái niệm sau: moment lực, moment ngẫu lực; tác dụng của ngẫu lực lên một vật chỉ làm quay vật

– Phát biểu và vận dụng được quy tắc moment cho một số trường hợp đơn giản trong thực tế

– Thảo luận về các điều kiện để vật ở trạng thái cân bằng, tổng hợp lực tác dụng lên vật bằng 0, và tổng mô men của các lực tác dụng lên vật (đối với bất kỳ điểm nào) bằng không – Thảo luận để thiết kế phương án hoặc lựa chọn phương án và thực hiện phương án, tổng hợp được hai lực song song bằng dụng cụ thực hành

v Phân tích nội dung kiến thức phần “Động lực học”:

và phương pháp động lực học Bằng tư duy trực giác, người học ở cấp Trung học cơ sở đã có thể nhận biết được các đặc điểm định tính của lực như: tác dụng của lực gây biến dạng và biến đổi chuyển động; hai lực cân bằng khi cùng phương, ngược chiều nhau,… Sau quá trình tư duy trực giác, Định luật II Newton đã hỗ trợ tư duy logic giúp củng cố kiến thức định tính về lực (F=ma) cho người học Điều này cũng đúng khi hình thành tư duy cho người học về lực hấp dẫn, lực đàn hồi, lực ma sát,… thông qua tư duy trực giác trước, sau đó mới bổ sung tư duy logic thông qua các Định luật vạn vật hấp dẫn, Định luật Hook,…Định luật vạn vật hấp dẫn cùng với ba định luật Newton làm thành cơ sở cho môn động lực học Nhờ đó người ta có thể giải thích và tiên đoán được các trạng thái chuyển động và sự biến đổi của nó theo thời gian, trong không gian

Tuy nhiên, vì sử dụng nhiều tư duy trực giác nên khi hỗ trợ người học tiếp thu kiến thức, sẽ khiến người học khó hình dung và đôi lúc chưa thuyết phục Ba định luật Newton được coi như là nền tảng cơ bản của cơ học, chúng vừa độc lập tương đối, lại vừa bổ sung cho nhau nhưng chúng lại được suy ra dưới dạng tiên đề, khiến người học khá khó khăn trong việc chấp nhận tính đúng đắn của các định luật đó

Vì vậy, trong quá trình giảng dạy giáo viên nên thực hiện các thí nghiệm đơn giản để cho những cảm nhận trực giác trở nên sinh động hơn và do đó có điều kiện khắc sâu tri thức về các loại lực cho học sinh

2.1.2 Thực trạng dạy - học nội dung động lực học ở trường THPT

Chúng tôi đã tiến hành thăm dò ý kiến của học sinh và giáo viên vật lý ở trường THPT (chủ yếu trên địa bàn huyện Đan Phượng, thành phố Hà Nội) Sau quá trình khảo sát (mẫu thăm dò ý kiến giáo viên ở phụ lục 1), đã thu được một số thông tin hữu ích Kết quả như sau:

Câu 1 Điều kiện cơ sở vật chất, phòng thí nghiệm tại trường THPT thầy cô đang công tác:

Dựa trên việc khảo sát các phòng TN ở một số trường THPT trên địa bàn huyện Đan Phượng (THPT Tân Lập, THPT Hồng Thái, THPT Đan Phượng…), trao đổi trực tiếp với GV giảng dạy bộ môn vật lý, cán bộ quản lí phòng thiết bị tại trường và tiến hành khảo sát bằng phiếu điều tra, kết quả cho thấy:

Hơn 50% GV cho biết thiết bị TN không đầy đủ, thiếu do hỏng trong quá trình sử dụng

Biểu đồ: 2.1 Khảo sát điều kiện cơ sở vật chất, phòng thí nghiệm tại trường THPT Câu 2 Ở trường Thầy (cô) đang công tác, các thiết bị thí nghiệm phần “Động lực học” vật lí 10 được trang bị như thế nào so với danh mục thiết bị dạy học tối thiểu của BộGiáo dục:

Các thiết bị thí nghiệm dành cho phần “Động lực học” vật lí lớp 10 đã được cung cấp tương đối đầy đủ so với các thiết bị trong danh mục tối thiểu theo quy định của Bộ Giáo dục

Biểu đồ: 2.2 Khảo sát điều kiện trang bị thiết bị thí nghiệm phần “Động lực học”

vật lý 10 Câu 3 Trong dạy học vật lí Thầy (Cô) sử dụng thí nghiệm ở mức độ nào?

Kết quả cho thấy: 46,7% giáo viên không thường xuyên sử dụng và 40%

Biểu đồ: 2.3 Khảo sát mức độ sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí Câu 4 Theo Thầy (Cô) việc sử dụng thí nghiệm giản trong dạy học vật lí là?

Biểu đồ: 2.4 Khảo sát việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí

Hơn 80 % GV được hỏi cho rằng việc sử dụng TN trong dạy học Vật lý là rất cần thiết Nhưng các thầy cô cũng chia sẻ một số khó khăn ảnh hưởng đến mức độ sử dung TN trong dạy học

Câu 5 Nguyên nhân việc không thường xuyên sử dụng thí nghiệm trong dạy

học vật lí, theo quí Thầy (Cô) là do:

Biểu đồ: 2.5 Khảo sát nguyên nhân việc không thường xuyên sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí

Một số nguyên nhân: - 93,3% GV cho biết do khó khăn trong việc di chuyển; - 86,7% GV cho biết do thiết bị TN bị hỏng;

- 53,3% GV cho biết việc chuẩn bị TN mất nhiều thời gian; - 40% GV cho biết thiết bị TN không đồng bộ…

Kết quả cho thấy khó khăn lớn nhất đó là việc di chuyển tới phòng TN Thực tế cho thấy mỗi trường THPT chỉ có duy nhất một phòng TN sử dụng chung cho khoảng hơn 30 lớp học trở lên Điều đó dẫn tới nhiều khó khăn trong việc sử dung phòng học cũng như các thiết bị TN Ngoài ra còn một số nguyên nhân như: TN thiếu thiết bị do hỏng hóc hay việc chuẩn bị thiết bị TN mất khá nhiều thời gian so với thời gian chuyển tiết 5 phút của mỗi GV Theo tôi, những khó khăn nêu trên chính là nguyên nhân khiến việc sử dụng TN trong dạy học không được tiến hành hàng ngày, mà chỉ được sử dụng ở mức độ không thường xuyên

Với thực trạng trên, việc sử dụng thiết bị thí nghiệm đơn giản, tự chế tạo trong dạy học Vật lý là rất cần thiết Tuy nhiên, khi được hỏi thì các GV cho biết mức độ tự tạo thí nghiệm trong dạy học như sau:

Câu 6 Thầy (Cô) thường tự tạo thí nghiệm đơn giản để dạy học trong trường hợp nào?

Biểu đồ: 2.6 Khoả sát việc tự tạo thí nghiệm đơn giản để dạy học

Kết quả cho thấy việc tự tạo thí nghiệm chỉ được thực hiện khi có các cuộc thi làm đồ dùng dạy học hoặc thỉnh thoảng được sử dụng khi thi giáo viên gỏi, thao giảng Một số nguyên nhân được tìm hiểu như sau:

Câu 7 Những khó khăn mà Thầy (Cô) gặp phải trong quá trình tự tạo thí nghiệm đơn giản là:

Biểu đồ: 2.7 Khảo sát những khó khăn gặp phải trong quá trình tự tạo thí nghiệm

2.1.3 Một số khó khăn của học sinh và giáo viên khi triển khai hoạt động dạy - học nội dung động lực học

Nội dung “Động lực học” bao gồm: Ba định luận Newton, một số lực trong thực tiễn, cân bằng lực, moment lực là những kiến thức cần sử dụng nhiều tư duy trực giác để tiếp thu kiến thức Chính vì vậy mà HS sẽ khó hình dung và đôi lúc sẽ thấy không thuyết phục

- Các hình thức tổ chức hoạt động dạy học trong các giờ học chưa đa dạng, phong phú và linh hoạt

- Một bộ phận GV chậm đổi mới, vẫn sử dụng chủ yếu PPDH cũ, truyền thụ kiến thức một chiều, đọc chép… do đó chưa tạo được nhiều hứng thú cho HS

- Trong hoạt động vận dụng bài học, GV thường dùng theo kiểu thông báo, tái hiện kiến thức cho HS là chủ yếu, hoặc giao bài tập, ít tổ chức tình huống học tập nhằm kích

Quan điểm “thi gì – học nấy” còn khá phổ biển ở nhiều GV và HS, chính vì kỹ năng thực hành TN của HS còn rất yếu kém và bị xem nhẹ Điều đó chưa đáp ứng được nhu cầu đổi mới giáo dục theo quan điểm của chương trình THPT hiện hành

2.2 Thiết kế một số bộ thí nghiệm trong giảng dạy nội dung động lực học

7 Một dụng cụ học tập bất kì (có thể là túi đựng bút, hộp phấn, maý tính bỏ túi…)

01

- Thí nghiệm biểu diễn quy tắc tổng hợp lực

Hình: 2.1 Tiến hành thí nghiệm quy tắc tổng hợp lực

- Thí nghiệm cân một dụng cụ học tập bằng quy tắc tổng hợp lực

Hình: 2.2 Tiến hành thí nghiệm sử dụng quy tắc tổng hợp lực để tính khối lượng

một vật

2.2.2 Bộ thí nghiệm định luật II Newton

Bảng: 2.3 Dụng cụ bộ thí nghiệm định luật II Newton

2 Cuộn băng dính 01

4 Quả bóng nhỏ hoặc 1 vật nặng bất kì

01

- Thí nghiệm gia tốc của vật tăng khi lực tác dụng vào vật tăng

Hình: 2.3 Tiến hành thí nghiệm gia tốc của vật tăng khi lực tác dụng vào vật tăng

- Thí nghiệm gia tốc của vật giảm khi khối lượng tăng

Hình 2.4 Tiến hành thí nghiệm gia tốc của vật giảm khi khối lượng tăng

2.2.3 Bộ thí nghiệm lực cản của không khí