ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN VÀ XÂY DỰNG
THÍ NGHIỆM TỰ TẠO HỖ TRỢ DẠY HỌC VẬT LÝ
Nguyễn Quang Trung - LL&PPDH Vật lý K18
Vật lý là khoa học thực nghiệm Việc giảng dạy vật lý có dùng thí
nghiệm ở nhà trường phố thông là một điều hết sức cần thiết Ở các nước
tiên tiễn, mỗi trường trung học có hệ thống thí nghiệm riêng cho các môn do các giáo viên (GV) trung học tự soạn thảo, thông qua duyệt của hội
đồng khoa học và ban giám hiệu nhà trường và áp dụng vào giảng dạy Vì
vậy, hiệu quả giảng đạy ở mỗi trường khác nhau dẫn đến uy tín của mỗi
trường cũng khác nhau trở thành niềm tự hào của mỗi giáo viên của trường
đó Ở nước ta hiện nay, việc giảng dạy vật lý bằng thực nghiệm ở các trường phơ thơng cịn rất hạn chế vì nhiều ngun nhân:
« Nhiều thí nghiệm trong sách giáo khoa không thực hiện được do
thiếu phương tiện
» Phương tiện thí nghiệm được trang bị thiếu thốn, lạc hậu và kém chính xác Khơng được cập nhật thường xuyên Đây là tỉnh trạng chung của các trường phô thông trung học, nhất là các trường ở xa thành phơ
« Nhiều bài thí nghiệm khơng đủ thời gian thực hiện trong tiết dạy qui định đo các yêu tô phụ như giới thiệu dụng cụ, đo đạc, xử lý kết quả
‹ Học sinh (HS) chưa được quan tâm đúng mức về vấn đề học tập,
rèn luyện nhằm hoàn thiện và nâng cao khả năng tổ chức dạy vật lý bằng
thí nghiệm
* Cac thí nghiệm vật lý mà sinh viên được học tập, rèn luyện (nếu có) ở trường đại học chưa thật sự xác đáng với vấn đề cần truyền đạt, nhiều thí nghiệm cịn xa vời, mơ hồ
« Đầu tư kinh phí cho phương diện này ở các trường phố thơng cịn
Trang 2Từ các nhận định trên, ta thấy cần phải từng bước khắc phục các nguyên nhân trên đề việc giảng dạy có hiệu quả hơn Loại trừ các nguyên nhân khách quan, các vẫn đề mang tính chủ quan và đặc thù chun mơn cần được phân tích và đề nghị các hướng khắc phục
Song song đó, trong xu thế chung hiện nay thể hiện qua hai kỳ thi tốt nghiệp và đại học những năm gần đây, yêu cầu sự hiểu biết chính xác và ứng dụng hiệu quả các kiến thức được học của học sinh là thiết yếu Vì vậy, việc nâng cao hiệu quả giảng dạy với thí nghiệm đối với giáo viên vật
lý trường phố thông và các sinh viên sắp tốt nghiệp là vấn đề đang đặt
trước nhà trường đại học sư phạm
Theo kinh nghiệm, hầu hết các sinh viên tốt nghiệp đại học ngành sư phạm vật lý còn rất hạn chế trong việc sử dụng các phương pháp dạy học
thực nghiệm và nhất là kỹ năng giảng dạy với dụng cụ thí nghiệm Do đó,
mục đích của đề tài này là thiết kế một số dụng cụ thí nghiệm, dùng cho các giáo sinh tập sử dụng thành thạo để giảng dạy tốt hơn sau khi tốt nghiệp và hơn nữa gợi mở khả năng sáng tạo để có thê tự tái tạo lại các dụng cụ khi cần và tự thiết kế các dụng cụ mới
Dựa trên chương trình vật lý phô thông trung học kết hợp với lý luận
day hoc và tam ly giao duc các dụng cụ thí nghiệm phương pháp giảng dạy
vật lý phô thông cần phải đạt được các yêu cầu sau: - Lột tả được tri thức cần truyền đạt
- Sát thực với chương trình đào tạo vật lý phố thơng
- Có tính truyền thống về hình thức nhưng hiện đại về phương tiện
tiễn hành
- Không quá phức tạp để người dạy dễ tiếp cận và sử dụng giảng dạy có hiệu quả
Xuất phát từ đó, nghiên cứu “Đề xuất phương án và xây dựng thí nghiệm tự tạo hỗ trợ dạy học vật lý” là vấn đề cần quan tâm nghiên cứu
Trang 3
-2-NỘI DUNG
I Xu hướng nghiên cứu, khai thác và sử dụng thí nghiệm tự tạo (thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền)
Thí nghiệm tự tạo là những thí nghiệm duoc GV và Hồ tạo ra với những dụng cụ đơn giản, dễ kiếm trong đời sống hằng ngày hoặc mua
nhưng không đắt tiền
Thí nghiệm tự tạo có thê phân ba loại Đó là những thí nghiệm tự tạo
lại theo mẫu trong SGK, hoặc là những thí nghiệm được cải tiến từ các thiết bị máy móc, hoặc là những thí nghiệm tự tạo theo ý tưởng, sáng kiến moi
* Những wu điểm và hạn chế của thí nghiệm tự tạo
s* Uu điểm
- Dụng cụ cho thí nghiệm là những dụng cụ đơn giản, dễ kiếm nên GV và HS có thể tự chế tạo
- Thí nghiệm có hình thức gọn nhẹ, đơn giản, dễ lắp ráp, dễ sử dụng
nên có thê thực hiện mọi lúc mọi nơi
- Cùng một thí nghiệm có thê có nhiều phương án
- Thí nghiệm dễ thành công, cho kết quả rõ ràng thuyết phục nhưng lại ít tốn thời gian
- Thao tác tiên hành thí nghiệm khơng địi hỏi phải có những kỹ năng đặc biệt nên giáo viên nào cũng có thé lam duoc
- Khơng địi hỏi khắc khe về cơ sở vật chât nên ở đâu cũng tiên hành thí nghiệm được
- Thí nghiệm phù hợp, bám sát với nội dung cần dạy nên rất thuận lợi
trong dạy học
s* Nhược diễm
Bên cạnh những ưu điểm trên, TNTT cịn có những hạn chế sau:
Trang 4
-3 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
- Thí nghiệm tự tạo hầu hết là những thí nghiệm định tính, rất ít thí
nghiệm định lượng
- Các dụng cụ dùng cho thí nghiệm ít bền, đễ hư hỏng Đồng thời có sự hạn chế về mặt thâm mỹ
* Yêu cầu của thí nghiệm đơn giản rẻ tiền
Khi khai thác và sử dụng TNTT phải chú ý đảm bảo các yêu câu sau: - Tính khoa học thê hiện ở những kết quả thí nghiệm phải chính xác, rõ ràng, thuyết phục được HS
- Các thí nghiệm khi được tiến hành không phản giáo dục, dụng cụ dùng cho không độc hại, không nguy hiểm, địi hỏi phải có tính sư phạm
- Những dụng cụ thí nghiệm tận dụng, tự kiếm nên phải được gia
công chu đáo, cân thận để làm tăng tính thâm mỹ Đây là một yếu tố đặc biệt coi trọng và đặt lên hàng đầu
- Thí nghiệm phải đám bảo tính khả thi nghĩa là thí nghiệm dễ thao tác,
dễ tiến hành, dé tiến hành và điều quan trọng phải cho kết quả thuyết phục IL Dé xuất phương án thí nghiệm tự tạo đơn gián rẻ tiền hỗ trợ dạy học vật lý
2.1 Thí nghiệm I: Điện phỗ
Sử dụng trong các bài “Điện trường” để minh họa hình dạng các đường sức điện
2.1.1 Dung cu
- 2 vo lon bia
- Một ít tóc dai khoang 15 cm (dén cac tiém cat téc xin vé) - Một ít keo dán; Hai đoạn dây dẫn
Trang 5
-4-2.1.2 Gia công đụng cụ
Đánh dấu các điểm trên thân lon thành những dãy hàng ngang và hàng dọc (theo trục của vỏ lon) đều nhau
2.1.3 Cách lắp ráp
Dùng keo gắn từng sợi tóc lên các điểm đã đánh dấu 2.1.4 Mục tiêu thi nghiệm
Xác định hình dạng điện phô của một vật nhiễm điện; hình dạng điện phơ giữa hai vật tích điện cùng dau va giữa hai vật tích điện trái dấu
2.1.5 Tiến hành thí nghiệm và kết quả
* Điện phổ của vật nhiễm điện dương (hoặc âm): Dùng dây dẫn
nối vỏ lon với may phat tinh dién để cho vỏ lon nhiễm điện dương (hoặc âm) Quan sát sự chuyên động của các sợi tóc và hình dạng ơn định của chúng sau vài phút Ta sẽ thấy các sợi tóc đần dần chuyên động tạo thành hình dạng như hình dạng điện phơ của một vật nhiễm điện dương (hoặc
âm) có dạng như sau:
Ve NL
mu (b)
Trang 6trái dâu (tại khu vực giữa hai lon sô lượng các sợi tóc nhiêu hơn các khu
NAV
i
IGN
* Dién phố của hai vật nhiễm điện cùng dấu: Đặt hai vỏ lon gần vực khác) có dạng như sau:
nhau; đùng dây dẫn nối vỏ lon với mấy phát tĩnh điện đê cho hai vỏ lon
nhiễm điện cùng dấu (hai dây dẫn nối hai vỏ lon đến cùng một cực của
máy phát tĩnh điện) Quan sát sự chuyển động của các sợi tóc và hình đạng ơn định của chúng sau vài phút Ta sẽ thấy các sợi tóc đần dần chuyên động tạo thành hình dạng như hình dạng điện phô của hai vật nhiễm điện cùng dấu (tại khu vực giữa hai lon số lượng các sợi tóc ít hơn các khu vực
khác) có dạng như sau:
Chu y: Khi nhìn dọc theo trục của vỏ lon, ta có thể xem đó là điện phơ của các điện tích dương (hoặc âm) đặt tại từng trục
2.2 Thí nghiệm 2: Từ phỗ
Sử dụng trong các bài “Từ trường” và “Từ trường của một số dịng
điện có dạng đơn giản” đê minh họa hình đạng các đường sức từ
Trang 7- 2 tấm bảng nhựa (mica) trong suốt, mỏng kích cỡ tờ giấy A4 - Một ít bột sắt (đến chỗ cắt, hàn, rèn cửa kính nhơm, sắt) - 1 thanh keo sáp; Một đoạn dây dẫn
- 1 nam cham thang, 1 nam châm chữ U (sử dụng có sẵn trong phịng bộ mơn)
- Nguôn điện một chiều 6V (sẵn trong phịng bộ mơn) 2.2.2 Gia công đụng cụ
Mỗi tấm mica ta khoan 2 dãy chữ I (khoảng 6-8) lỗ, khoảng cách
giữa 2 dãy chữ I phù hợp với nam châm chữ U ta có trong phịng thí nghiệm ©OOOOOC ©OOOOOO 2.2.3 Cách lắp ráp
Chỗồng 2 tâm mica lên nhau, điều chỉnh để khoảng cách giữa hai tam
khoảng 5mm, sau đó dùng keo sáp đán đường viền của 2 tắm sau khi đã cho bột sắt vào Chú ý cần trát kín khe hở giữa hai tắm ở các lỗ khoan 2.2.4 Mục tiêu thi nghiệm
Xác định hình dạng từ phơ của nam châm chữ thắng, nam châm chữ U, dòng điện chạy trong dây dẫn thăng, đòng điện chạy trong dẫy dẫn uốn thành vòng tròn và dòng điện chạy trong ông dây
2.2.5 Tiến hành thí nghiệm và kết quả
* Từ phổ của nam châm thắng: Đặt nam châm thăng lên mặt mica
(đặt dọc theo lỗ khoan), sau đó dùng tay gõ nhẹ lên bảng mica Quan sát sự chuyên động của các hạt mạt sắt và hình dang ơn định của nó sau vài phút gỡ nhẹ Từ đó ta sẽ thu được từ phô của nam châm thắng có dạng như sau
Trang 8
* Từ phổ của nam châm chữ U: Đặt nam châm chữ U lên mặt mica
(đặt sao cho nam châm che khuất lỗ khoan), sau đó dùng tay gõ nhẹ lên
bảng mica Quan sát sự chuyên động của các hạt mạt sắt và hình dang én định của nó sau vài phút gõ nhẹ Từ đó ta sẽ thu được từ phố của nam châm chữ U có dạng như sau
* Từ phổ của dòng điện chạy trong dây dẫn thắng: Xuyên dây dẫn vào một trong các lỗ khoan Nối hai đầu dây với nguồn, sau đó dùng tay gõ nhẹ lên bảng mica Quan sát sự chuyên động của các hạt mạt sắt và hình đạng ồn định của nó sau vài phút gõ nhẹ Từ đó ta sẽ thu được từ phơ của địng điện chạy trong đây dẫn thăng có dạng như sau
* Từ phổ của dòng điện chạy trong dẫy dẫn uốn thành vòng tròn: Uốn cong dây dẫn trong thí nghiệm trên rồi xuyên qua lỗ khoan đối
Trang 9
-8-diện Nối hai đầu dây với nguồn, sau đó dùng tay gõ nhẹ lên bảng mica Quan sát sự chuyên động của các hạt mạt sắt và hình dang ơn định của nó sau vài phút gõ nhẹ Từ đó ta sẽ thu được từ phố của dòng điện chạy trong dẫy dẫn uốn thành vòng trịn có dạng như sau
* Từ phổ của dòng điện chạy trong ống dây: Uốn cong dây dẫn thành ống dây rồi xuyên qua lỗ khoan đối diện Nối hai đầu dây với nguồn, sau đó dùng tay gõ nhẹ lên bảng mica Quan sát sự chuyên động của các hạt mạt sắt và hình dang ôn định của nó sau vải phút gõ nhẹ Từ đó ta sẽ thu được từ phơ của dịng điện chạy trong ống dây có đạng như sau
2.3 Thí nghiệm 3: Xác định chiều dòng điện tự cắm
Sử dụng trong bài “Hiện tượng tự cảm” để xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch khi ngắt mạch, từ đó để kiểm chứng lại định luật Len-xơ
2.3.1 Dung cu
- I tấm bảng nhựa kích cỡ tờ giấy A4
- 3 điệt (đèn Led); 2 điện trở 1 kQ
- Ì cuộn dây (máy biên áp ở các radio cñ)
Trang 10
-9 2 lỗ cắm ngn, 1 khóa K, các dây nối
- Nguôn điện một chiều DC 6V (có sẵn trong phịng bộ môn) 2.3.2 Gia công đụng cụ
- Kiểm tra cuộn dây, chỉ sử dụng cuộn sơ cấp nối ra 2 đầu - Vẽ lên bảng nhựa sơ đô mạch điện như sau:
2.3.3 Cách lắp ráp
Lắp các dụng cụ lên bảng nhựa như hình vẽ
2.3.4 Mục tiêu thi nghiệm
Xác định chiều dòng điện tự cảm trong trường hợp ngắt mạch 2.3.5 Tiến hành thí nghiệm và kết quả
Sau khi sử dụng bộ thí nghiệm về nghiên cứu hiện tượng tự cảm, ta tiếp tục dùng thí nghiệm này để xác định chiều dòng điện tự cảm trong trường hợp ngắt mạch nhằm kiêm chứng lại định luật Len-xơ
Tiến hành thí nghiệm: yêu cầu học sinh quan sát ánh sáng từ hai đèn
Led khi đóng mạch, sau đó ngắt mach Cu thé:
- Lúc đóng mạch đèn D; sáng, đèn D; không sáng (do tính chất chỉ
cho địng điện đi qua theo một chiều của di-6t), chứng tỏ có địng điện chạy qua Dị Từ đó xác định được chiều dòng điện chạy trong mạch lúc
này (Hình a)
Trang 11
Hình a Hình b - Ngắt khóa K, đèn D; tắt, đèn D; chớp sáng rồi tắt Ð Chứng tỏ có dòng điện chạy qua đèn D; (thời gian rất nhanh) Dòng điện này do cuộn dây sinh ra: dòng điện tự cảm mà học sinh vừa được biết Nghiệm chứng
lại bằng định luật Len-xơ ta thấy hoàn toàn phù hợp: khi đóng K, từ thơng
qua cuộn đây giảm, để chống lại sự giảm đó thì cuộn dây sinh ra một từ thông cảm ứng cùng chiều với từ thông qua cuộn đây đo dòng điện 7' chạy qua cuộn dây tạo ra; nghĩa là dòng điện tự cảm 7e cùng chiều với 7' (Hình
b)
Sau đây là hình ảnh sản phâm đã hoàn thành:
Trang 12
-11-KẾT LUẬN
Hiện nay chúng ta đang thực hiện việc đổi mới rất mạnh mẽ về nội
dung và phương pháp dạy học ở bậc trung học phô thông Đối với các môn
khoa học thực nghiệm nói chung và mơn Vật lí nói riêng thì việc đổi mới
đó gắn liền với việc phải tăng cường sử dụng thí nghiệm trong quá trình
dạy — học Đây là một nhiệm vụ đặc biệt khó khăn vi nhiều nguyên nhân: thiết bị thí nghiệm cịn thiếu thốn và chưa đồng bộ: việc lắp rap va tién hành các thí nghiệm địi hỏi nhiều thời gian trong khi thời gian nghỉ
chuyên giữa hai tiết chỉ có từ 5 phút đến 10 phút; thí nghiệm khơng đảm
bảo thành cơng nhanh
Bên cạnh đó thì có một ngun nhân rất quan trọng là năng lực thí
nghiệm của giáo viên trên thực tế còn nhiều hạn chế Sự hạn chế đó thê
hiện cá ở mặt kĩ thuật lắp ráp và tiến hành các thí nghiệm lẫn phương pháp
sử dụng các thí nghiệm đó trong giờ học sao cho tăng cường được hoạt động nhận thức tự chủ, sáng tạo của học sinh
Vì vậy, nghiên cứu thí nghiệm tự tạo đơn giản hỗ trợ dạy học vật lý giúp cho giáo viên có thê tự học cách làm thí nghiệm cũng như tự học
phương pháp sử dụng các thí nghiệm trong dạy học là vẫn đề cần quan tâm
Do điều kiện thời gian và khả năng tiếp thu của bản thân về vấn đề
cần nghiên cứu chưa nhiều, chưa sâu nên chắc chắn cịn có nhiều thiếu sót
Rất mong được nhận thêm sự góp ý của các bạn đọc
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Nguyễn Thế Khôi (Tổng chú biên) (2007), V4t lí 11 nâng cao, NXB Giáo dục 2.PGS.TS Lê Văn Giáo (2005), Thí nghiệm và phương tiện trực quan trong dạy
học vật lý ở trường phổ thông, NXB Giáo dục
3 Vụ giáo dục trung học (2007), Tài liệu bồi dưỡng giáo viên lớp 11 môn Vat li,
NNXB giao duc