phương pháp thí nghiệm vật lý

Sáng kiến kinh nghiệm GV: Lê Quang Cường PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Sơ lược lịch sử phát triển của thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền Các hiện tượng và quá trình Vật lý được đề cập trong sách giáo khoa Vật lý phổ thông thường rất gần gũi với chúng ta và luôn xảy ra trong đời sống hàng ngày quanh chúng ta. Vì thế, để tái tạo lại hoặc để kiểm chứng lại chúng, không đòi hỏi cần có những dụng cụ phức tạp, tinh vi. Trái lại chúng cần những dụng cụ trong đời sống hàng ngày, chúng ta hoàn toàn có thể tạo ra những thí nghiệm có sức thuyết phục cao đối với học sinh. Những thí nghiệm như vậy được gọi là những thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền. Trên thế giới, mọi cuộc cách mạng về phương pháp dạy học ở trường phổ thông đều có xu hướng chung là tích cực hoá và cá thể hoá quá trình nhận thức của học sinh. Đối với môn Vật lý, xu hướng này thể hiện ở nhiều mặt, trong đó có việc tăng cường các hoạt động thực nghiệm của học sinh giờ học chính cũng như ngoại khoá, học ở nhà. Học sinh không những tiến hành các thí nghiệm có sẵn mà còn được giao nhiệm vụ thiết kế chế tạo dụng cụ thí nghiệm đơn giản. Với nhiệm vụ học tập này sẽ kích thích hứng thú học Vật lý, đặc biệt là phát triển năng lực hoạt động trí tuệ, độc lập sáng tạo của học sinh. Nước ta đang trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước đòi hỏi cần có một giới trẻ am hiểu kỹ thuật, việc tự chế tạo dụng cụ thí nghiệm của học sinh sẽ có tác dụng rất lớn trong việc bồi dưỡng năng lực kỹ thuật. Do vậy, thiết kế chế tạo dụng cụ thí nghiệm từ vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền để học sinh có thể tự chế tạo được luôn là một hướng nghiên cứu phổ biến các nhà lý luận dạy học Vật lý. Như vậy việc nghiên cứu thiết kế chế tạo dụng cụ thí nghiệm đơn giản để quan sát được hiện tượng rõ ràng từ các vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền để dạy học phần điện là một vấn đề rất cần thiết hiện nay trong dạy học Vật lý. 1 Sáng kiến kinh nghiệm GV: Lê Quang Cường Thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền đã có mặt trong dạy học Vật lý từ rất sớm. Hiện nay loại thí nghiệm này đang được nhiều nước quan tâm nghiên cứu. Năm 1987 hội nghị Quốc tế được tổ chức tại trường Đại học tổng hợp Cairô, Ai Cập bàn về chuyên đề “Thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền và sự minh hoạ trong dạy học vật lý”, đã có rất nhiều báo cáo đề cập đến vai trò và tiềm năng của thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền trong dạy học vật lý ở phổ thông. Hiện nay, ở các nước phát triển như Đức, Pháp, Mỹ … người ta đặc biệt quan tâm đến xu hướng nghiên cứu, khai thác và sử dụng thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền bởi tính kinh tế và tính hiệu quả của chúng trong dạy học. Nhờ những ưu điểm nổi trội nên các thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền thực sự phát huy tác dụng đối với những nơi, những vùng đang có khó khăn về cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm. 2. Khái niệm thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền Thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền là những thí nghiệm được tạo ra với những dụng cụ thí nghiệm đơn giản, dễ kiếm trong đời sống hàng ngày hoặc mua nhưng không đắt tiền. Như chúng ta đã biết thí nghiệm hiện đại luôn gắn với những thí nghiệm định lượng, đòi hỏi độ chính xác cao, trái lại đối với những thí nghiệm định tính thì thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền lại chiếm ưu thế. Hai loại thí nghệm cùng với hai xu hướng nghiên cứu và khai thác chúng có hai phạm vi phát huy tác dụng độc lập nhau, vì vậy chúng luôn bổ sung cho nhau và không bao giờ thay thế cho nhau được 3. Ưu điểm và hạn chế 3.1. Ưu điểm của thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền Do đặc điểm dụng cụ thí nghiệm đơn giản, dễ kiếm trong vào dạy học cuộc sống hàng ngày, thí nghiệm dễ làm với tính khả thi của loại thí nghiệm này nên rất tiện lợi cho việc vận dụng vào dạy học Vật lý nhằm tránh được 2 Sáng kiến kinh nghiệm GV: Lê Quang Cường tính giáo điều sẽ hình thành logic của một bài giảng một cách chặt chẽ sẽ phát huy được tính tự học cho học sinh. Trong quá trình tự tạo thí nghiệm, giáo viên đã nắm chắc được thí nghiệm nên khả năng thành công là rất cao. Thí nghiệm cho kết quả nhanh, ít mất thời gian. Không đòi hỏi những kỹ năng thực hành đặc biệt, giáo viên nào cũng có thể tiến hành được. Thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền không đòi hỏi khắt khe các điều kiện về cơ sở vật chất như phòng học bộ môn, các thiết bị hổ trợ khác…do đó có thể tiến hành thí nghiệm mọi lúc, mọi nơi. Thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền dễ làm nên học sinh có thể tự tay làm thí nghiệm, giúp học sinh nhớ lâu, hiểu sâu hơn hiện tượng và thông qua đó giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh. Gây ra hứng thú học tập cho học sinh, làm cho học sinh tích cực trong hoạt động nhận thức, kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của học sinh và thông qua đó cũng đưa học sinh vào các tình huống có vấn đề. Thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền là những thí nghiệm ngắn gọn, thường sử dụng trong khâu mở bài hoặc củng cố bài học. Thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền phù hợp với điều kiện kinh tế của nước ta và phù hợp với điều kiện kinh tế của giáo viên. Trong dạy học Vật lý bao giờ cũng cần làm rõ mặt định tính của các hiện tượng nên không loại thí nghiệm nào có thể thay thế được. 3.2. Vai trò của thí nghiệm tự tạo trong quá trình dạy học: 3.2.1. Vai trò của thí nghiệm tự tạo trong quá trình dạy học đối với giáo viên 3 Sáng kiến kinh nghiệm GV: Lê Quang Cường Trợ giúp giáo viên có đồ dùng học dạy học để xây dựng các mô hình dạy và học tích cực phù hợp với phương pháp dặc trưng của bộ môn là phương pháp thực nghiệm Chủ động tìm và lựa chọn các phương pháp dạy học thích hợp, với thiết bị do giáo viên và học sinh tự làm khác phục được khó khăn về cơ sở vật chất, hạn chế việc học chay, dạy chay Đa dạng hóa việc tổ chức giờ học vật lí bằng các phương pháp khác nhau 3.2.2. Vai trò của thí nghiệm tự tạo trong quá trình dạy học đối với giáo đối với học sinh Có khả năng rèn luyện cho học sinh tính tự kực, ham học, thích ứng với hoàn cảnh, tính sáng tạo, khát vọng cải tạo thiện nhiên. Giúp học sinh giải quayết được các vấn đề nảy sinh trong cuộc sống hàng ngày. Tăng cường mối quan hệ giữa lí thuyết và thực hành. Có thể tạo ra tình huống có vấn đề trong lớp học, thí nghiệm do học sinh tiến hành sẽ tạo cho học sinh có cơ hội, tình huống phải suy nghĩ những vấn đề cần giải quyết. Kích thích hứng thú cho học sinh. Giúp học sinh thu thập xử lí thông tin. Góp phần rèn luyện kĩ năng thực hành cho học sinh Đặc biệt, do những ưu điểm nổi trội của thí nghiệm tự tạo nên giáo viên có thể tổ chức cho hoc sinh tự tiến hành thí nghiệm qua đó các em được quan sát trực tiếp các hiện tượng và các quá trình Vật lí được đề cập trong bài, giúp các em tự nhận thấy sự vô lí về những quan niệm sai lệch của mình một cách thuyết phục 4 Sáng kiến kinh nghiệm GV: Lê Quang Cường Do đặc điẻm của thí nghiệm tự tạo liên quan đến hiện tượng, quá trình vật lí rất gần gũi với học sinh nên sau một quá trình học tập với thí nghiệm tự tạo,các em sẽ quan tâm hơn đến các hiện tượng vật lí xung quanh. Giúp học sinh thay đổi phương pháp suy nghĩ phương pháp học tập,học sinh bắt đầu rèn luyện thói quen thảo luận khoa học, bàn bạc, chấp nhận hay phản đối ý kiến… Qua việc chuẩn bị dụng cụ, thao tác các thí nghiệm học sinh được rèn kuyện nhiều kĩ năng đề xuất các giả thiết, dự đoán đính chính những khái niệm . 3.3. Hạn chế Bên cạnh rất nhiều ưu điểm, thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền tồn tại những hạn chế sau: Độ bền của dụng cụ thường không cao Thí nghiệm đơn giản rẻ tiền chủ yếu là những thí nghiệm định tính, ít có thí nghiệm định lượng. Tính thẩm mỹ của thí nghiệm thường không cao. 4. Những yêu cầu khi tự tạo các thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền Ngoài những yêu cầu đối với thiết bị, đồ dùng dạy học nói chung, các thí nghiệm tự tạo phải chú ý các yêu cầu sau: Đảm bảo tính thẩm mỹ: Do các dụng cụ thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền là những dụng cụ tận dụng, tự kiếm, tự tạo, vì vậy yếu tố thẩm mỹ phải được đặc biệt coi trọng và phải đặt lên hàng đầu. Cần phải được lựa chọn những dụng cụ thí nghiệm phù hợp để kích thích sự chú ý của học sinh.gia công chu đáo, cẩn thận để làm tăng tính thẩm mỹ của nó. 5 Sáng kiến kinh nghiệm GV: Lê Quang Cường Đảm bảo tính sư phạm: Kích thước lớn, để hở để học sinh quan sát được những chi tiết cơ bản. Các thí nghiệm không được phản giáo dục, chẳng hạn không nên làm những dụng cụ thí nghiệm có liên quan đến súng đạn, cung nỏ… Đảm bảo tính khoa học: Các thí nghiệm phải được bố trí hợp lý, khoa học, các dụng cụ thí nghiệm không được che lấp lẫn nhau. Thí nghiệm phải ngắn gọn và gắn liền với bài học. Kết quả phải rõ ràng, chính xác và thuyết phục Đảm bảo tính khả thi: Các thí nghiệm được sử dụng phải là những thí nghiệm dễ thao tác, dễ tiến hành và cho kết quả thuyết phục. 5. Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm tự tạo vào giảng dạy Hoạt động nhận thức của học sinh diễn ra trong suốt quá trình học tập vì vậy giáo viên cần phải tạo ra và duy trì tính tích cực hoạt động học tập đa dạng và thường xuyên biến đổi theo tình hình lớp học. Trong đó việc sử dụng thí nghiệm tự tạo để tích cực hoá các hoạt động nhận thức là biện pháp đơn giản, hữu hiệu và có tính khả thi cao. ở đây không chỉ là vấn đề sự thành công sẽ luôn thúc giục các em phải tích cực suy nghĩ tìm tòi và chỉ khi có lời giải thích đúng thì học sinh mới có thể dự đoán đúng. 5.1. Thí nghiệm tự tạo để gây hứng thú và khởi động tư duy Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, những kiến thức Vật lý liên quan chặt chẽ với các hiện tượng trong tự nhiên. Các hiện tượng trong tự nhiên rất phong phú và đa dạng, nhiều hiện tượng Vật lý liên quan đến bài học các em không thể nào tự mình giải thích được. Vì vậy, khi giáo viên sữ dụng những thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền tình bày những hiện tượng Vật lý đó sẽ làm cho học sinh hứng thú và khởi động tư duy cho các em. 6 Sáng kiến kinh nghiệm GV: Lê Quang Cường 5.1.1. Sử dụng thí nghiệm tự tạo để xây dựng tình huống nghịch lý Trước khi đến lớp các em đã có những hiểu biết nhất định về các hiện tượng Vật lý, các hiểu biết của các em có thể mắc những sai lầm. Vì vậy, để mở đầu bài học giáo viên thực hiện những thí nghiệm Vật lý mà những thí nghiệm này các em thường mác sai lầm và yêu cầu học sinh dự đoán kết quả. Kết quả các em dự đoán dựa trên những kinh nghiệm, hiểu biết của các em trái ngược với thực tế của kết quả thí nghiệm dẫn đến trong bản thân các em sẽ đưa các em vào tình huống có vấn đề,các mâu thuẩn cần giải quyết. Vì vậy, trong quá trình học các em sẽ tập trung chú ý vào bài học để giải thích hiện tượng, quá trình Vật lý đó. 5.1.2. Sử dụng thí nghiệm mở đầu để tạo ra tình huống tại sao Để làm xuất hiện “tình huống tại sao” trong DH, ban đầu GV làm 1 TN ngắn lôi cuốn HS vào trạng thái bankhoan”tại sao hiện tựong lại xảy ra như thế” và sau đó tổ chức cho hs đi tìm lời giải thích kết quả Sử dụng thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền để trình bày hiện tượng Vật lý nhưng hiện tượng vật lý xảy ra luôn lôi cuốn học sinh ngay từ ban đầu dẫn đến học sinh luôn phải đặt câu hỏi tại sao 5.2. Thí nghiệm tự tạo để tích cực hoá hoạt động tìm kiếm kiến thức Theo con đường quan sát kiến thức: Sau khi hướng dẫn học sinh cách làm thí nghiệm để thu thập những cứ liệu, Giáo viên chỉ cho học sinh nững ích lợi của việc tìm hiểu kiến thức thì học sinh tự mình tham gia vào thực nghiệm, thí nghiệm… tự kiểm tra và rút ra những quy luật biến đổi chung của các sư vật, hiện tượng. 7 Sáng kiến kinh nghiệm GV: Lê Quang Cường Theo con đường minh họa: Giáo viên hướng dẫ học sinh biết cách thu thập cứ liệu nhằm minh họa cho những kiến thức đã được xây dựng bằng con đường gián tiếp. 5.3. Thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền và việc củng cố kiến thức, kỹ năng Sau khi kết thúc bài học thì giáo viên sữ dụng những thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền vào việc cũng cố bài học. Học sinh sữ dụng những kiến thức đã học để giải thích những hiện tượng đó. Từ đó, giải thích các hiện tượng liên quan trong thực tế 5.4. Hướng dẫn học sinh tự làm thí nghiệm ở nhà Việc hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm ở nhà sẽ giúp học sinh hiểu rõ hơn về các hiện tượng Vật lý, yêu thích môn học hơn đồng thời hình thành cho các em các kĩ năng, kĩ xảo thực hành thí nghiệm. 5. Phối hợp thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền với phương tiện nghe nhìn khác trong dạy học Có những thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền mà học sinh khó có thể quan sát, giáo viên sữ dụng các thiết bị hỗ trợ khác như: camera, máy chiếu… để chiếu các hiện tượng đó lên màn chiếu giúp cả lớp có thể quan sát được dễ dàng. PHẦN II. ĐỀ XUẤT MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM ĐƠN GIẢN, RẺ TIỀN 1.Thí nghiệm tạo ảnh của thấu kính hội tụ: a. Dụng cụ - 1 cái bình trà thủy tinh (bình mới, có dạng hình cầu ), 8 Sáng kiến kinh nghiệm GV: Lê Quang Cường -1 ít nước - 1 cây nến - 1 tờ giấy cứng b. Tiến hành thí nghiệm Đổ nước vào bình trà, Châm ngọn lửa ngọn nến. Di chuyển ngọn nến từ xa đến gần bình trà. Dịch chuyển tờ giấy cứng phía sau bình để quan sát ảnh của ngọn nến. c. Kết quả Khi ngọn nến ở xa bình trà, ta thu được ảnh thật, ngược chiều (hứng được trên màn). Nếu tiến lại gần bình hơn, ảnh hứng được trên màn càng lớn và càng tiến xa bình. Đến một vị trí nào đó, ta không thấy được ảnh của ngọn nến, dịch ngọn nến lại gần bình hơn, ta thấy ảnh của ngọn nến xuất hiện trên bình trà, cùng chiều và lớn hơn vật. d. Đề xuất cách đưa vào bài Thí nghiệm dùng để làm thí nghiệm ở nhà của phần sự tạo ảnh bởi thấu kính hội tụ ở bài thấu kính mỏng (Vật lí cơ bản 11) 2. Thí nghiệm chứng tỏ sự phụ thuộc nhiệt độ sôi của chất lỏng vào áp suất khí quyển a. Dụng cụ thí nghiệm - 1 chai thủy tinh có nắp đậy, - 1 ít nước, - 1 ngọn đèn cồn, - 1 ít nước đá, - 1 nhiệt kế đo nhiệt độ - 1 giá đựng chai thủy tinh để nấu. 9 Sáng kiến kinh nghiệm GV: Lê Quang Cường b. Cách tiến hành Đặt chai thủy tinh lên giá, mở nắp chai thủy tinh ra. Đổ nước vào khoảng 2/3 chai thủy tinh. Dùng ngọn đèn cồn nấu nước trong chai thủy tinh đến khi nước sôi, dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước trong chai thủy tinh rồi đậy kín nắp chai lại. Sau đó, úp ngược chai lại rồi đổ nước đá vào đáy chai cho học sinh quan sát hiện tượng rồi lấy nhiệt kế đo nhiệt độ của chất lỏng. c. Kết quả Nước ở trong chai thủy tinh lại sôi, khi nhiệt độ đo được khoảng 70 0 C d. Giải thích hiện tượng Ban đầu khi nấu nước ở trong chai thủy tinh sôi và ta đo được nhiệt độ sôi là 100 0 C, khi đó không khí ở trong chai thủy tinh bay ra ngoài gần hết. Khi đậy nắp lại và úp ngược chai lại rồi đổ nước đá vào thì hơi nước ở trong chai thủy tinh ngưng tụ lại thành nước, lượng không khí trong chai thủy tinh còn rất ít nên áp suất khí quyển ở trong chai rất thấp nên nhiệt độ sôi của chất lỏng giảm xuống còn khoảng 70 0 C. PHẦN III: TỰ TẠO THÍ NGHIỆM ĐỂ ĐƯA VÀO BÀI SỰ ĐỐI LƯU 1. Dụng cụ - 1 Vỏ lon bia huda rỗng một đầu - 1 dao sắc - 1 cây kim dài (kim may bao) 10 [...]...Sáng kiến kinh nghiệm GV: Lê Quang Cường - 1 đầu nhọn của bóng đèn ớt - 1 giá đở, làm bằng tre - 2 đèn ớt có đuôi và dây, phích cắm 2 Tiến hành thí nghiệm - Trên đáy vỏ lon bia, ta dùng dao để cắt đáy tựa theo hình cánh quạt, - Găm đuôi kim vào giá đở rồi đặt lon bia vào đầu kim sao... cắm vào nguồn điện, khi đó lon bia sẽ quay tròn 3.Kết quả: Găm phích cắm vào nguồn điện, khi đó lon bia sẽ quay tròn 4 Giải thích: Hai bóng đèn sáng, không khí bên trong bóng đèn bị đốt nóng nên bay lên do sự đối lưu, làm cho lon bia quay 5 Đề xuất cách đưa vào bài học Làm thí nghiệm mở đầu và cũng cố bài “sự đối lưu” 11 . không cao Thí nghiệm đơn giản rẻ tiền chủ yếu là những thí nghiệm định tính, ít có thí nghiệm định lượng. Tính thẩm mỹ của thí nghiệm thường không cao. 4. Những yêu cầu khi tự tạo các thí nghiệm. thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền thực sự phát huy tác dụng đối với những nơi, những vùng đang có khó khăn về cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm. 2. Khái niệm thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền Thí nghiệm. thiết hiện nay trong dạy học Vật lý. 1 Sáng kiến kinh nghiệm GV: Lê Quang Cường Thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền đã có mặt trong dạy học Vật lý từ rất sớm. Hiện nay loại thí nghiệm này đang được nhiều