Thí nghiệm vật lý phổ thông

Thí nghiệm vật lý phổ thông Biên tập bởi: Nguyễn Xuân Thành Thí nghiệm vật lý phổ thông Biên tập bởi: Nguyễn Xuân Thành Các tác giả: PGS.T.S Nguyễn Ngọc Hưng Phiên bản trực tuyến: http://voer.edu.vn/c/8315ab62 MỤC LỤC 1. Vai trò của phương tiện dạy học 2. Vai trò của máy vi tính trong dạy học 3. Vai trò của máy vi tính trong dạy học vật lý 4. Vai trò của phần mềm mô phỏng 5. Máy vi tính hỗ trợ các thí nghiệm vật lí 6. Máy tính hỗ trợ phân tích video 7. Bộ thí nghiệm trên đệm không khí 8. Cách sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số 9. Thí nghiệm: quy luật đường đi của chuyển động nhanh dần đếu với bộ máng và đồng hồ hiện số 10. Thí nghiệm: sự rơi tự do của các vật bộ máng và đồng hồ hiện số 11. Thí nghiệm: quy luật đường đi của chuyển động thẳng đếu với bộ đệm khí trung quốc 12. Thí nghiệm: đo vận tốc trung bình của chuyển động nhanh dần đều với bộ đệm khí trung quốc 13. Thí nghiệm: đo vận tốc tức thời của chuyển động nhanh dần đều với bộ đệm khí trung quốc 14. Thí nghiệm: quy luật đường đi của chuyển động nhanh dần đếu với bộ đệm khí trung quốc 15. Tài liệu tham khảo Tham gia đóng góp 1/40 Vai trò của phương tiện dạy học "Phương tiện dạy học là các phương tiện sư phạm đối tượng - vật chất do giáo viên hoặc (và) học sinh sử dụng dưới sự chỉ đạo của giáo viên trong quá trình dạy học, tạo những điều kiện cần thiết nhằm đạt được mục đích dạy học". Chức năng chủ yếu của phương tiện dạy học là tạo điều kiện cho học sinh nắm vững chính xác, sâu sắc kiến thức, phát triển năng lực nhận thức và hình thành nhân cách của học sinh. Trong quá trình dạy học nói chung và dạy học vật lý nói riêng, phương tiện dạy học đã chứng tỏ vai trò to lớn của mình ở tất cả các khâu: tạo động cơ, hứng thú học tập của học sinh; cung cấp các cứ liệu thực nghiệm nhằm khái quát hoá hoặc kiểm chứng các kiến thức về các khái niệm, định luật vật lý, mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lý vi mô, đề cập các ứng dụng của các kiến thức vật lý trong đời sống và kỹ thuật; sử dụng trong việc ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hoá kiến thức, kỹ năng của học sinh; hỗ trợ việc kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng Theo lý luận dạy học hiện đại, phương tiện dạy học hỗ trợ hoạt động của giáo viên và học sinh ở tất cả các pha của tiến trình giải quyết nhiệm vụ nhận thức. Ở pha chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hóa tri thức, phát biểu vấn đề, phương tiện dạy học trước hết là công cụ hỗ trợ cho giáo viên xây dựng tình huống vấn đề, tạo hứng thú nhận thức và động cơ hoạt động của học sinh. Khi đã nhận nhiệm vụ, phương tiện dạy học lại là công cụ để học sinh hoạt động giải quyết nhiệm vụ được giao. Trong quá trình giải quyết nhiệm vụ, nếu học sinh gặp trở ngại thì chính phương tiện dạy học lại có tác dụng hỗ trợ để học sinh ý thức được vấn đề cần giải quyết. Chẳng hạn, giáo viên có thể sử dụng các thiết bị quen thuộc giao cho học sinh tiến hành các thí nghiệm đơn giản, có tính nghịch lý chỉ ra các hiện tượng, quá trình vật lý mới mẻ mà học sinh không thấy trong cuộc sống hàng ngày để kích thích tính tò mò tự nhiên của học sinh. Các vật thật, mô hình vật chất, tranh ảnh, các thí nghiệm định tính mở đầu mô tả một quá trình vật lý, một hiện tượng vật lý nào đó trái với quan niệm ban đầu của học sinh có thể được giáo viên thiết kế thành một nhiệm vụ nhận thức giao cho học sinh tiến hành nhằm tạo ra cho học sinh nhu cầu tìm hiểu, giải thích Sau khi học sinh đã ý thức được vấn đề, trong pha hành động độc lập, tự chủ, phương tiện dạy học đóng vai trò quyết định đến sự thành công của học sinh trong hoạt động tìm tòi giải quyết vấn đề đó. Trong quá trình hoạt động, học sinh sử dụng các phương tiện truyền thống để lập phương án thí nghiệm, lựa chọn dụng cụ và bố trí thí nghiệm, tiến hành đo đạc, thu thập, xử lý số liệu thực nghiệm nhằm xây dựng và kiểm tra giả thuyết. Thông qua việc quan sát học sinh hoạt động tự chủ với các phương tiện dạy học, giáo viên có thể phát hiện được những khó khăn trở ngại mà học sinh gặp phải để động viên kịp thời và đưa ra những định hướng cần thiết giúp học sinh vượt qua. Khi 2/40 cần thiết, các phương tiện dạy học có tác dụng hỗ trợ để giáo viên đưa ra những định hướng có hiệu quả cao. Đối với việc xây dựng những kiến thức không thể tiến hành thí nghiệm thực, mô hình vật chất có vai trò rất quan trọng trong hoạt động nhận thức của học sinh. Trong dạy học, giáo viên tổ chức cho học sinh xây dựng mô hình, thao tác với mô hình để xây dựng và kiểm tra giả thuyết nhằm hình thành kiến thức mới. Trong pha tranh luận, thể chế hóa và vận dụng tri thức mới, phương tiện dạy học là công cụ để học sinh trình bày, tranh luận và bảo vệ kết quả hoạt động của mình hoặc của nhóm. Đặc biệt là ở khâu vận dụng tri thức mới, phương tiện dạy học đóng một vai trò quan trọng như trong các bài tập thí nghiệm, các bài thí nghiệm thực hành Cũng trong quá trình vận dụng tri thức mới vừa xây dựng được với việc sử dụng các phương tiện thực nghiệm sẽ tiếp tục làm nảy sinh vấn đề mới và đi đến một nhiệm vụ nhận thức tiếp theo của tiến trình dạy học. Tóm lại, ở tất cả các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, các phương tiện dạy học truyền thống đều đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ hoạt động nhận thức của học sinh cũng như hoạt động của giáo viên. Tuy nhiên, theo lý luận dạy học hiện đại về tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh thì các phương tiện truyền thống bộc lộ nhiều nhược điểm: Khi cần tái hiện lại một hiện tượng, quá trình vật lý phức tạp hoặc có diễn biến nhanh thì các phương tiện truyền thống không thực hiện được. Ví dụ như khi nghiên cứu các dạng chuyển động nhanh trong cơ học, chỉ bằng một thí nghiệm đơn giản về chuyển động rất nhanh của một vật (như chuyển động rơi tự do, chuyển động ném ngang, ném xiên, va chạm, sóng ) thì bằng mắt thường học sinh khó có thể quan sát được những biến đổi tọa độ theo thời gian của chuyển động đó, vì vậy mà cũng không thể tạo được một động cơ thích hợp cho hoạt động của học sinh. Để giúp học sinh trong việc quan sát các quá trình có diễn biến nhanh như trên, các phương tiện nghe nhìn hiện đại như phim video có một vai trò lớn. Nhờ các đoạn phim quay chậm quá trình rơi tự do của một vật, học sinh có thể sơ bộ nhận thấy được sự chuyển động nhanh dần của nó, qua đó mới tạo cho học sinh nhu cầu muốn nghiên cứu cụ thể quy luật chuyển động của nó, xem đó có phải là chuyển động nhanh dần đều hay không. Cũng nhờ phim video quay chậm lại sự va chạm giữa hai vật mà học sinh có thể thấy được sự biến đổi chuyển động của chúng sau va chạm, nảy sinh động cơ nghiên cứu quy luật của sự biến đổi ấy Tuy nhiên, tác dụng của đoạn phim quay chậm còn rất hạn chế và không có khả năng hỗ trợ để học sinh hoạt động tự chủ khám phá quy luật đó. - Với những quá trình cơ học biến đổi nhanh thì việc thiết kế và tiến hành thí nghiệm với các dụng cụ truyền thống gặp nhiều khó khăn, nhiều khi không thực hiện được. Đối với các quá trình có thể tiến hành thí nghiệm thì lại đòi hỏi nhiều thời gian thu thập số liệu, tính toán, vẽ đồ thị và thời gian kiểm tra sự đúng đắn của các giả thuyết. Trong thời gian của tiết học, học sinh không có đủ thời gian để tiến hành các hoạt động tư duy như dự đoán, đề xuất giả thuyết Giải pháp sử dụng phim video quay chậm thì 3/40 học sinh chỉ chủ yếu được quan sát lại quá trình một cách định tính mà không được tham gia vào quá trình hoạt động xây dựng kiến thức. Nhằm giải quyết những khó khăn đó, hiện nay trong dạy học người ta đã sử dụng ngày càng nhiều hơn sự hỗ trợ của máy vi tính và các phần mềm. 4/40 Vai trò của máy vi tính trong dạy học Vai trò của máy vi tính trong dạy học Do có những tính năng mới và ưu việt nên trong khoảng ba, bốn mươi năm gần đây, máy vi tính đã được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của xã hội như: kinh tế, quốc phòng, nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực giáo dục, người ta cũng đã và đang nghiên cứu sử dụng máy vi tính trong dạy học. Nhờ chức năng có thể tạo nên, lưu trữ và hiển thị lại một khối lượng thông tin vô cùng lớn dưới dạng văn bản, hình ảnh và âm thanh nên máy vi tính được sử dụng để hỗ trợ giáo viên trong việc minh hoạ các hiện tượng, quá trình tự nhiên cần nghiên cứu. Tất cả các văn bản, hình ảnh hay âm thanh cần minh hoạ cho bài học đều có thể được chọn lọc, sắp xếp trong máy vi tính và được trình bày nhanh chóng với chất lượng cao theo một trình tự bất kỳ trong giờ học (không mất thời gian chép, vẽ lại). Máy vi tính thể hiện tính ưu việt của nó hơn hẳn các phương tiện dạy học khác còn ở chỗ: Ngay tức khắc, theo ý muốn của giáo viên, nó có thể phóng to, thu nhỏ, làm chậm, làm nhanh, dừng lại quá trình đang xảy ra hay chuyển sang nghiên cứu quá trình khác. Nhiều chương trình (phần mềm) đã xây dựng nhằm hỗ trợ cho việc tự học, tự ôn tập của học sinh, trong đó các yếu tố kích thích hứng thú, phát huy tính tích cực, tự lực cũng như trí lực của học sinh được hết sức chú trọng. Việc kiểm tra, đánh giá với sự hỗ trợ của máy vi tính cũng đã và đang được thử nghiệm trong lĩnh vực dạy học, để đảm bảo được tính khách quan, chính xác cao của công việc kiểm tra, đánh giá. Nhiều chương trình (phần mềm) tự kiểm tra, đánh giá đã đảm bảo thực hiện các mối liên hệ ngược trong quá trình dạy học. Bên cạnh đó, máy vi tính còn sử dụng trong việc mô phỏng, mô hình hoá các hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu. Nhờ các phần mềm về đồ họa (như Turbo Pascal ) hay phần mềm thiết kế ( trong Computer Aided Design, viết tắt là CAD) , ta có thể mô phỏng các hiện tượng, quá trình nghiên cứu thông qua các dấu hiệu, mối quan hệ có tính bản chất nhất của đối tượng đó để tạo điều kiện thuận lợi cho qúa trình nhận thức của học sinh. Tương tự như thế, nhờ máy vi tính ta có thể xây dựng mô hình về các đối tượng nghiên cứu, giúp cho việc nhận thức đối tượng đó thuận lợi hơn. Đặc biệt là nhờ máy vi tính và các phần mềm, ta có thể xây dựng và quan sát mô hình tĩnh hay mô hình động ở các góc độ khác nhau, trong không gian 1, 2 hay 3 chiều, với đủ loại màu sắc khác nhau có trong tự nhiên Do có khả năng tạo nên, lưu trữ, hiển thị, truy nhập cũng như trao đổi các nội dung bất kỳ với khối lượng thông tin khổng lồ dưới dạng văn bản, hình ảnh và âm thanh nên máy 5/40 vi tính ngày nay được kết nối với mạng Internet và được sử dụng như một trong các phương tiện dạy học trên mạng Internet. 6/40 Vai trò của máy vi tính trong dạy học vật lý Vai trò của máy vi tính trong dạy học vật lí Bên cạnh các ứng dụng thường thấy trong các môn học khác như: học, ôn tập bằng máy, kiểm tra, đánh giá bằng máy, xử lí và tính toán các kết quả bằng máy v v thì máy vi tính còn có thể được ứng dụng chủ yếu trong dạy học vật lí ở các lĩnh vực quan trọng sau: - Mô phỏng các đối tượng vật lí cần nghiên cứu. - Hỗ trợ các thí nghiệm vật lí. - Hỗ trợ cho việc phân tích phim video ghi các quá trình vật lí thực. Do máy vi tính là thiết bị đa phương tiện có thể ghép nối với các thiết bị hiện đại khác trong nghiên cứu vật lí và có tính năng hết sức ưu việt trong việc thu thập dữ liệu, xử lí dữ liệu cũng như trình bày các kết quả xử lí một cách tự động và cực kì nhanh chóng, chính xác và đẹp đẽ nên nó đã được sử dụng rất thành công trong các lĩnh vực nêu trên, góp phần giải quyết các khó khăn mà các phương tiện dạy học trước nó chưa giải quyết được trọn vẹn. Với những tính năng đó, máy vi tính là phương tiện hỗ trợ rất có hiệu quả trong việc tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lý. Sau đây, chúng tôi chỉ đi sâu phân tích vai trò của máy vi tính về phương diện này. 7/40 Vai trò của phần mềm mô phỏng Vai trò của phần mềm mô phỏng Với các hiện tượng, quá trình vật lý vi mô, để tạo điều kiện cho học sinh có thể tham gia vào hoạt động tự chủ chiếm lĩnh kiến thức thì không thể thiếu được sự hỗ trợ của các phần mềm mô phỏng. Tùy vào mục đích sư phạm mà người ta có thể viết phần mềm mô phỏng cho phù hợp với từng giai đoạn hoạt động của học sinh. Ở giai đoạn đầu, phần mềm có thể cho chạy tự động để minh họa hiện tượng, tạo tình huống có vấn đề nhằm chuyển giao nhiệm vụ cho học sinh. Với các quá trình có diễn biến nhanh và phức tạp như các chuyển động cong, dao động, phần mềm mô phỏng giúp học sinh có được cái nhìn sơ bộ về sự biến đổi của từng đại lượng để từ đó định hướng được cho những hành động tiếp theo nhằm giải quyết vấn đề. Ví dụ trong chuyển động ném ngang, ném xiên, để học sinh có thể tự xây dựng và vận dụng phương pháp tọa độ để giải quyết bài toán thì phần mềm mô phỏng chuyển động này góp phần quan trọng trong việc tạo động cơ hứng thú ban đầu. Sau khi học sinh đã ý thức được vấn đề, ở pha hoạt động tự chủ, tìm tòi giải quyết vấn đề, phần mềm mô phỏng có thể được xây dựng để học sinh nghiên cứu tương tự như tiến hành thí nghiệm thực và qua đó giúp học sinh đưa ra giả thuyết. Các phần mềm mô phỏng như thế đồng thời cũng có tác dụng hỗ trợ học sinh trong việc thiết kế các thí nghiệm trong thực tế nhằm kiểm tra giả thuyết. 8/40 [...]...Máy vi tính hỗ trợ các thí nghiệm vật lí Máy vi tính hỗ trợ các thí nghiệm vật lí Trong quá trình nhận thức vật lý, thí nghiệm vật lý là một khâu quan trọng không thể thiếu được Khi tiến hành thí nghiệm nhằm nghiên cứu một định luật, quá trình vật lý nào đó thì đồ thị thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng trong định luật, quá trình... hành thí nghiệm này? Trình bày cách bố trí thí nghiệm Hãy trình bày các bước tiến hành thí nghiệm và lập bảng ghi số liệu nếu cần Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm này được sử dụng trong bài học nào? Hãy soạn thảo tiến trình dạy học bài có sử dụng thí nghiệm này Trả lời : Mục đích thí nghiệm: - Nghiệm lại quy luật đường đi của chuyển động thẳng đều: - Đo vận tốc của chuyển động thẳng đều Dụng cụ thí nghiệm: ... quốc Mục đích của thí nghiệm trong bài là gì? Với bộ đệm khí thì cần sử dụng những dụng cụ gì để tiến hành thí nghiệm này? Trình bày cách bố trí thí nghiệm Hãy trình bày các bước tiến hành thí nghiệm và lập bảng ghi số liệu nếu cần Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm này được sử dụng trong bài học nào? Hãy soạn thảo tiến trình dạy học bài có sử dụng thí nghiệm này Trả lời : Mục đích thí nghiệm: - Đo vận... trình nhận thức vật lý, thí nghiệm vật lý là một khâu quan trọng không thể thiếu được Khi tiến hành thí nghiệm nhằm nghiên cứu một định luật, quá trình vật lý nào đó thì đồ thị thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng trong định luật, quá trình đó có vai trò hết sức quan trọng Dựa vào đồ thị chúng ta không chỉ có thể giải thích được diễn biến của hiện tượng, quá trình vật lý mà điều quan... Với bộ đệm khí thì cần sử dụng những dụng cụ gì để tiến hành thí nghiệm này? Trình bày cách bố trí thí nghiệm Hãy trình bày các bước tiến hành thí nghiệm và lập bảng ghi số liệu nếu cần Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm này được sử dụng trong bài học nào? Hãy soạn thảo tiến trình dạy học bài có sử dụng thí nghiệm này Trả lời : Mục đích thí nghiệm: - Nghiên cứu quy luật của chuyển động rơi tự do bằng... dần đều với bộ đệm khí trung quốc Thí nghiệm: đo vận tốc tức thời của chuyển động nhanh dần đều với bộ đệm khí trung quốc Mục đíchcủa thí nghiệm trong bài là gì? Với bộ đệm khí thì cần sử dụng những dụng cụ gì để tiến hành thí nghiệm này? Trình bày cách bố trí thí nghiệm Hãy trình bày các bước tiến hành thí nghiệm và lập bảng ghi số liệu nếu cần Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm này được sử dụng trong bài... đó sẽ sáng 15/40 Thí nghiệm: quy luật đường đi của chuyển động nhanh dần đếu với bộ máng và đồng hồ hiện số Thí nghiệm: quy luật đường đi của chuyển động nhanh dần đếu với bộ máng và đồng hồ hiện số Mục đích của thí nghiệm trong bài là gì? Với bộ đệm khí thì cần sử dụng những dụng cụ gì để tiến hành thí nghiệm này? Trình bày cách bố trí thí nghiệm Hãy trình bày các bước tiến hành thí nghiệm và lập bảng... Lặp lại thí nghiệm để đo vận tốc tức thời tại các vị trí khác nhau 31/40 32/40 Thí nghiệm: quy luật đường đi của chuyển động nhanh dần đếu với bộ đệm khí trung quốc Thí nghiệm: quy luật đường đi của chuyển động nhanh dần đếu với bộ đệm khí trung quốc Mục đích của thí nghiệm trong bài là gì? Với bộ đệm khí thì cần sử dụng những dụng cụ gì để tiến hành thí nghiệm này? Trình bày cách bố trí thí nghiệm. .. tiến hành thí nghiệm và lập bảng ghi số liệu nếu cần Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm này được sử dụng trong bài học nào? Hãy soạn thảo tiến trình dạy học bài có sử dụng thí nghiệm này Trả lời : Mục đích thí nghiệm: - Đo vận tốc trung bình của chuyển động nhanh dần đều trên các quãng đường khác nhau - So sánh vận tốc trung bình của một chuyển động trên các quãng đường khác nhau Dụng cụ thí nghiệm: -... ghi số liệu nếu cần Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm này được sử dụng trong bài học nào? Hãy soạn thảo tiến trình dạy học bài có sử dụng thí nghiệm này Trả lời : Mục đích thí nghiệm: - Nghiệm lại quy luật đường đi của chuyển động nhanh dần đều: + Khi vận tốc ban đầu v0 = 0, công thức đường đi là S = at2/2, nghiệm lại quy luật đường đi là S ~ t2 + Khi vận tốc ban đầu v0 ≠ 0, nghiệm lại quy luật DS = l2 . trợ các thí nghiệm vật lí Máy vi tính hỗ trợ các thí nghiệm vật lí Trong quá trình nhận thức vật lý, thí nghiệm vật lý là một khâu quan trọng không thể thiếu được. Khi tiến hành thí nghiệm nhằm. Thí nghiệm vật lý phổ thông Biên tập bởi: Nguyễn Xuân Thành Thí nghiệm vật lý phổ thông Biên tập bởi: Nguyễn Xuân Thành Các tác giả: PGS.T.S. trình nhận thức vật lý, thí nghiệm vật lý là một khâu quan trọng không thể thiếu được. Khi tiến hành thí nghiệm nhằm nghiên cứu một định luật, quá trình vật lý nào đó thì đồ thị thực nghiệm biểu