Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm vật lí ảo hỗ trợ thực hành vật lí chương Dòng điện không đổi – Vật lí 11 cơ bản Trung học phổ thông Trần Tố Chinh Trường Đại học Giáo dục. Đại học Quốc gia Hà Nội Luận văn ThS. Lý luận và phương pháp dạy học (Bộ môn Vật lý) Người hướng dẫn : TS. Phạm Kim Chung Năm bảo vệ: 2013 108 tr . Abstract. Nghiên cứu cơ sở lý luận về vai trò của thí nghiệm Vật lí trong việc tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh ở các trường trunghọc phổ thông (THPT). Nghiên cứu cơ sở lý luận về thí nghiệm ảo, yêu cầu đối với thí nghiệm ảo. Ứng dụng CNTT để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo trong chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT) đáp ứng các yêu cầu cơ bản của thí nghiệm thực hành vật lý hiện nay (đòi hỏi nâng cao tính tích cực, tự lực của học sinh trong khi chuẩn bị, tiến hành và sử dụng các thí nghiệm vật lí phổ thông). Nghiên cứu việc sử dụng hiệu quả các thí nghiệm vật lí ảo đã xây dựng được trong quá trình dạy bài thực hành chương Dòng điện không đổi. Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo và các tiến trình dạy học đã xây dựng. Keywords.Vật lí ảo; Dòng điện không đổi; Thí nghiệm ảo; Vật lý Content. 1. Lý do chọn đề tài Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, muốn quá trình dạy học Vật lí diễn ra vừa khoa học, vừa phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh thì bài học không thể thiếu các bài thí nghiệm. Việc nắm được mục đích từng thí nghiệm Vật lí, nền tảng lí thuyết liên quan đến các thí nghiệm, kĩ năng lắp ráp, đặc biệt là sử dụng thí nghiệm trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực và tự lực của học sinh là hết sức quan trọng trong dạy học vật lí ở trường phổ thông. Ngoài ra thí nghiệm còn tạo được hứng thú học tập của học sinh, tạo cho học sinh niềm tin khoa học bằng những kiến thức đã được thu nhận. Hiện nay, mặc dù các phòng thí nghiệm ở các trường phổ thông đã được trang bị một cách đầy đủ về số lượng trong các năm gần đây, nhưng vẫn còn những khó khăn mà mỗi tiết dạy đang phải khắc phục, nhiều dụng cụ thí nghiệm chưa đạt yêu cầu, nhân viên quản lý thí nghiệm thì không chuyên nên việc chuẩn bị thí nghiệm cho một tiết học trên lớp là rất khó khăn vì ra chơi chỉ có 5 đến 10 phút. Đồng thời, khi sử dụng các thí nghiệm dạy học trên lớp còn gặp trở ngại cho cả thầy và học trò vì mỗi tiết học ở trường phổ thông chỉ diễn ra trong thời gian 45 phút, một thời gian rất ngắn đối với bài thực hành Vật lí. Trong mỗi bài thực hành Vật lí, việc giới thiệu và lắp ráp thiết bị mất nhiều thời gian, thời gian thực tế để tiến hành thí nghiệm rất ít. Như vậy giáo viên phải mất rất nhiều thời gian cho việc chuẩn bị trước một giờ lên lớp. Hơn nữa số tiết dạy liền nhau ở các lớp khác nhau và điều này chỉ có thể thực hiện được bằng cách: một là, học sinh phải đi đến phòng chức năng thí nghiệm riêng biệt; hai là, các thầy cô phải di chuyển hệ thống dụng cụ thí nghiệm tới các lớp học của học sinh. Cả hai phương án này đều gây ra rất nhiều khó khăn vì không phải trường phổ thông nào cũng có đủ các phòng chức năng riêng cho các bộ môn hay phòng chức năng đủ điều kiện làm thí nghiệm. Thiết bị thí nghiệm có thể bị hỏng hóc do vận chuyển, chất lượng dạy và học bị hạn chế. Nhiều khi có đủ điều kiện tiến hành thí nghiệm, có phòng chức năng nhưng việc đăng ký giờ dạy vẫn không thực hiện được vì đồng loạt nhiều lớp đăng ký, nhiều bộ môn đăng ký nên khi đến lượt làm thí nghiệm thì chương trình học đã đi qua rất lâu không có hiệu quả giảng dạy nữa. Hơn nữa, bài thực hành thường được chia làm 2 tiết, tiết 1 dạy cơ sở lý thuyết, giới thiệu dụng cụ, các phương án, các bước thực hành; tiết 2 sẽ cho học sinh thực hành, thu thập số liệu, xử lý số liệu. Nếu tiết 1 chỉ có giới thiệu dụng cụ thí nghiệm, và học sinh chỉ quan sát thí nghiệm thì không thể tự bản thân học sinh có thể hiểu phương án thí nghiệm và cũng như đưa ra phương án và các bước tiến hành thí nghiệm. Cũng như vậy, khi làm thí nghiệm cũng có những nhóm thu được số liệu xa rời thực tế, hay vẽ đồ thị từ kết quả thu được cũng là khó với học sinh. Ngày nay, việc nghiên cứu các ứng dụng CNTT là một giải pháp tốt giúp khắc phục những khó khăn cho giáo viên khi lên lớp, tạo hứng thú cho học sinh khi học bài thực hành, giảm áp lực cho cả giáo viên và học sinh khi có tiết thực hành, góp phần làm phong phú thêm các bài thí nghiệm thực hành, thí nghiệm biểu diễn, tạo điều kiện cho học sinh tiếp cận với công nghệ hiện đại, với các loại hình thí nghiệm, loại hình kiểm tra trực tiếp trên máy tính nhằm mục đích nâng cao chất lượng giảng dạy của giáo viên cũng như việc học tập của học sinh. Phần mềm Flash MX có khả năng lập trình đa phương tiện, có khả năng chạy tốt trên cả các máy tính và mạng Interet đang rất được quan tâm trong việc phát triển các phần mềm dạy học. Có thể dùng phần mềm Flash MX lập trình thí nghiệm ảo dựa trên các bộ thí nghiệm thực sẽ góp phần giải quyết các khó khăn và nâng cao được chất lượng dạy học vật lí hiện nay. Chính vì vậy mà một số đề tài nghiên cứu gần đây đã sử dụng tính năng này của phần mềm Flash MX để tạo ra các phần mềm hỗ trợ rất nhiều trong giảng dạy như đề tài “Sử dụng phần mềm flash MX trong dạy học thí nghiệm các bài động học và định luật Newton (Chương trình sách giáo khoa Vật lí 10 Trung học phổ thông)” của Trần Trọng Nghía – Đại học Giáo dục ĐHQGHN, năm 2009; “Ứng dụng công nghệ thông tin hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh phần Cơ học -Vật lý lớp 10 trung học phổ thông” của Nguyễn Văn Hải - Đại học Giáo dục ĐHQGHN, năm 2012; … Nhưng các đề tài mới chỉ đưa ra được cách xây dựng phần mềm, còn việc sử dụng nó như thế nào sao cho đúng mục đích, đúng vai trò của một phần mềm ảo thì chưa được đề cập cụ thể, phần mềm ảo không thể thay thế hoàn toàn thí nghiệm thật, nó chỉ mang tính chất hỗ trợ, hơn nữa cách xây dựng phần mềm cũng rất khó đối với các giáo viên vật lí có ít kiến thức tin học. Vậy nên, dựa trên những vấn đề còn chưa làm được của các đề tài đi trước cùng với những khó khăn của học sinh và giáo viên trong dạy và học ở tiết thực hành, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương “Dòng điện không đổi” – Vật lí 11 cơ bản Trung học phổ thông” nhằm đưa ra giải pháp hỗ trợ giáo viên một cách dễ nhất trong việc xây dựng phần mềm và sử dụng phần mềm hợp lí trong giảng dạy để rèn luyện kĩ năng thực hành vật lí cho học sinh phổ thông. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ dạy học Vật lí nhằm rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học các bài thí nghiệm thực hành chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 cơ bản THPT). 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận về vai trò của thí nghiệm Vật lí trong việc tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh ở các trường THPT. - Nghiên cứu cơ sở lý luận về thí nghiệm ảo, yêu cầu đối với thí nghiệm ảo. - Ứng dụng CNTT để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo trong chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT) đáp ứng các yêu cầu cơ bản của TNTHVL hiện nay (đòi hỏi nâng cao tính tích cực, tự lực của học sinh trong khi chuẩn bị, tiến hành và sử dụng các thí nghiệm vật lí phổ thông). - Nghiên cứu việc sử dụng hiệu quả các thí nghiệm vật lí ảo đã xây dựng được trong quá trình dạy bài thực hành chương Dòng điện không đổi. - Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo và các tiến trình dạy học đã xây dựng. 4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu Khách thể: - Quá trình dạy và học thực hành có sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo trong các bài của chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT) của giáo viên và học sinh lớp 11 trường THPT Nguyễn Trung Ngạn – Ân Thi – Hưng Yên. Đối tượng: - Bài thí nghiệm thực hành chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT) - Quá trình nhận thức, kĩ năng thí nghiệm của học sinh khi được tổ chức học thực hành thí nghiệm có sử dụng phối hợp các thiết bị thí nghiệm thật và thí nghiệm ảo. 5. Vấn đề nghiên cứu Đề tài tập trung vào nghiên cứu hai vấn đề cơ bản sau: - Ứng dụng CNTT để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo trong chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT) như thế nào để đáp ứng các yêu cầu cơ bản của TNTHVL hiện nay? - Việc sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ trong quá trình dạy bài thực thành thí nghiệm Vật lí trong chương Dòng điện không đổi như thế nào để có hiệu quả và đúng mục đích? 6. Giả thuyết khoa học Xây dựng các phần mềm thí nghiệm vật lí ảo tương tự như thí nghiệm thật cả vể hình ảnh, quy trình, thao tác thí nghiệm và thiết kế tiến trình dạy học kết hợp thí nghiệm Vật lí ảo và thí nghiệm thật hướng tới các mục tiêu về kiến thức, kĩ năng thí nghiệm cần hình thành ở học sinh từ đó nâng cao trình độ kiến thức, kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí. 7. Giới hạn phạm vi nghiên cứu Về nội dung nghiên cứu: - Sử dụng phần mềm Flash MX để xây dựng thí nghiệm ảo trong bài thí nghiệm thực hành của chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT). - Sử dụng thí nghiệm ảo trong tiết dạy thực hành thí nghiệm Vật lí chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT). 8. Đóng góp mới của đề tài - Về lý luận. Đề tài phát triển lí luận về rèn luyện kĩ năng thí nghiệm Vật lí cho học sinh THPT. - Về ý nghĩa thực tiễn. Kết quả nghiên cứu có thể được vận dụng vào việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh THPT môn Vật lí. 9. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu lý luận về thí nghiệm trong dạy và học Vật lí ở trường THPT; lý luận về thí nghiệm ảo, các yêu cầu đối với thí nghiệm ảo. - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn (điều tra, quan sát, chuyên gia ): + Nghiên cứu thực tiễn việc dạy và học thí nghiệm thực hành trong chương Dòng điện không đổi. + Tham khảo các ý kiến của các chuyên gia giáo dục, chuyên gia tin học về xây dựng và sử dụng thí nghiệm thực hành Vật lí ảo. - Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành dạy song song lớp thực nghiệm và lớp đối chứng. Một lớp sử dụng các thiết bị thí nghiệm thật của phòng thí nghiệm và một lớp sử dụng bài TNTHVL ảo kết hợp với thiết bị thí nghiệm thật. - Phương pháp thống kê toán học: nhằm phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm. 10. Cấu trúc của luận văn Luận văn gồm ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục tài kiệu tham khảo, bản Luận văn được chia thành ba chương: Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài. Chương 2. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dòng điện không đổi – Vật lí 11 Cơ bản THPT. Chương 3. Thực nghiệm sư phạm. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Allan C. Ornstein, Thomas J.Lasley (1990). Các chiến lược để dạy học có hiệu quả (Bản gốc Strategies for Effective teaching, New York; Bản Tiếng Việt do ĐHQG HN dịch và lưu hành nội bộ) 2. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2006). Chương trình giáo dục phổ thông, môn Vật lí. NXB Giáo dục, Hà Nội. 3. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2007). Tài liệu Bồi dưỡng Giáo viên thực hiện chương trình, sách giáo khoa lớp 10 THPT. 4. Phạm Xuân Quế (2004), “Xây dựng và sử dụng phần mềm dạy học”, Tạp chí Giáo dục, (83). 5. Vũ Trọng Rỹ (2005), “Các yêu cầu sư phạm đối với thí nghiệm ảo – sản phẩm multimedia”, Tạp chí Giáo dục, số 107. 6. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2003). Phương pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông. NXB ĐHSP Hà Nội. 7. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng(2001). Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, Nxb ĐHQGHN, Hà Nội. 8. Phạm Hữu Tòng (2001). Lý luận dạy học vật lý ở trường trung học. NXB GD, Hà Nội. 9. Mai Văn Trinh (2001). “Nâng cao hiệu quả dạy học Vật lý ở trường Trung học Phổ thông nhờ việc sử dụng máy vi tính và các phương tiện dạy học hiện đại”. Luận án tiến sỹ Giáo dục. 10. Viện hàn lâm khoa học Liên Xô, Viện Hàn lâm khoa học Sư phạm CHDC Đức (1983), Phương pháp giảng dạy vật lý trong các trường phổ thông Liên Xô và Cộng hoà dân chủ Đức, NXB Giáo dục, Hà Nội. 11. Viện Vật lí kỹ thuật (2006). Tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị Vật lí 10. Tiếng Anh 12. A.V. Brioukhanov (1967). India physics secondary shool science teaching project new delhi. Unesco, Pari, January 1967. 13. Carl J. Wenning (2004). Contrasting Cookbook with Inquiry - Oriented Labs. Physics Teacher Education Program, Illinois State University. http://www.phy.ilstu.edu/ 14. Dimitris Psillos, Hans Niedderer (2002).Teaching and learning in the science laboratory. Springer. 15. Avi Hofstein, Vincent N. Lunetta (2003). The laboratory in Science Eduaction: Foundation for the twenty-Fisrt Century. Wiley Periodicals, Inc. USA. . nghiên cứu: Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dòng điện không đổi – Vật lí 11 cơ bản Trung học phổ thông nhằm đưa ra giải pháp hỗ trợ giáo viên. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm vật lí ảo hỗ trợ thực hành vật lí chương Dòng điện không đổi – Vật lí 11 cơ bản Trung học phổ thông Trần Tố Chinh Trường Đại học Giáo. Sử dụng phần mềm Flash MX để xây dựng thí nghiệm ảo trong bài thí nghiệm thực hành của chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT). - Sử dụng thí nghiệm ảo trong tiết dạy thực hành thí