XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM GHÉP NỐI VỚI MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO VẬT LÍ 10

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được đề tài nghiên cứu khoa học này không chỉ có công sức của riêng tôi mà trong suốt quá trình thực hiện tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè, người thân. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm và các thầy cô khoa Vật lí, trường Đại học Sư phạm Hà Nội, các thầy cô trong tổ chuyên môn của khoa đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và triển khai nghiên cứu luận văn. Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo hướng dẫn TS.Nguyễn Anh Thuấn, người đã tận tình hướng dẫn, đóng góp những ý kiến quí báu, người luôn tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm của ban giám hiệu, sự hỗ trợ của các thầy cô trong tổ Vật lí cùng các em HS lớp 10A1 trường THPT Hoàng Văn Thụ - Tỉnh Nam Định, nơi tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm. Cuối cùng tác giả xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã động viên giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và triển khai nghiên cứu đề tài. Hà Nội, tháng 9 năm 2014 Học viên Nguyễn Thị Kim Loan MỤC LỤC 2 DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT CNTT Công nghệ thông tin GV Giáo viên HS Học sinh MVT MVT SGK Sách giáo khoa SLLT Suy luận lí thuyết TBTN Thiết bị thí nghiệm TN Thí nghiệm THPT Trung học phổ thông MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài. Chúng ta đang sống trong thế kỉ XXI, thế kỉ của những thành tựu vượt bậc về khoa học và công nghệ. Do đó, sự nghiệp giáo dục ở mỗi quốc gia đòi hỏi phải tạo ra nguồn nhân lực có đủ trình độ, năng lực trí tuệ sáng tạo và phẩm chất đạo đức tốt để làm chủ đất nước. Đất nước ta đang tiến hành sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa từ một xuất phát điểm thấp. Muốn theo kịp xu thế chung của thời đại thì chúng ta không thể lặp lại tất cả những giai đoạn mà nhân loại đã trải qua. Thực tế đòi hỏi chúng ta phải lựa chọn cho mình một hướng đi thích hợp. Để làm 3 được điều này, xã hội tin tưởng và giao trọng trách cho ngành giáo dục: “Giáo dục và đào tạo, khoa học và công nghệ là quốc sách hàng đầu”. Nhận thức được xu thế của thời đại, Đảng và Nhà nước ta kịp thời đề ra những chủ trương đúng đắn nhằm điều chỉnh và lãnh đạo sự phát triển của nền giáo dục. Nghị quyết của Đảng đã chỉ rõ: “Cần ưu tiên hàng đầu cho việc nâng cao chất lượng dạy và học, đổi mới chương trình, nội dung và phương pháp dạy học”. Luật giáo dục 2005 cũng quy định: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của HS phù hợp với đặc điểm từng môn…”. Trong những năm gần đây, thực hiện sự chỉ đạo của Đảng và Nhà nước, ngành giáo dục đã không ngừng đổi mới, cải cách nội dung chương trình, SGK, đưa ra những phương pháp dạy học theo lí luận hiện đại nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo và nâng cao năng lực tích lũy, tự chủ tìm tòi xây dựng và chiếm lĩnh tri thức cho HS, bước đầu đã đạt được những thành tựu đáng kể. Tuy nhiên kết quả vẫn chưa được như mong muốn, thực tế vẫn còn tồn tại nhiều bất cập, chưa đáp ứng được yêu cầu đổi mới trong dạy học. Vật lí học là một bộ môn khoa học thực nghiệm, do đó việc sử dụng các TBTN trong dạy học là rất quan trọng. Nó đòi hỏi người GV không những biết hướng dẫn HS thiết lập phương án, lắp ráp và tiến hành các TN mà đòi hỏi họ phải biết chế tạo các TBTN không có sẵn. Mặt khác, chưa hẳn các phương án TN được đưa ra đã là những phương án tối ưu, đôi khi rất cồng kềnh, đắt tiền mà độ chính xác lại không cao. Về mặt nhận thức, GV và các nhà quản lí giáo dục còn lúng túng trong vận dụng lí luận về đổi mới phương pháp dạy học. GV phần lớn chỉ chú trọng việc truyền thụ kiến thức, HS tiếp nhận một cách thụ động. Sau đó GV ra rất nhiều dạng bài tập khác nhau cho HS vận dụng nhằm luyện thi tốt nghiệp và thi đại học. 4 Đặc biệt, trong quá trình dạy học GV lại rất ngại khai thác và sử dụng TN. Hơn nữa các bộ TN được sử dụng trong dạy học vật lí còn rất nghèo nàn. Đây cũng là một trong những nguyên nhân cơ bản làm cho khó áp dụng kiểu dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học môn vật lí. Do đó chất lượng nắm vững kiến thức của HS chưa thực sự được cải thiện. HS chưa cảm thấy hứng thú khi học và do đó chưa phát huy được tính tích cực, chủ động, sáng tạo của HS. Để tạo hứng thú cho HS khi học, phát huy tính tích cực, sáng tạo của HS không chỉ phải đổi mới phương pháp dạy và học mà còn phải đổi mới trang thiết bị dạy học. Một giải pháp mà hiện nay nước ta đang sử dụng để đổi mới phương pháp dạy học là ứng dụng CNTT với các phương tiện truyền thống, cụ thể là sử dụng TBTN kết nối với MVT. Trong chương trình vật lí phổ thông ,kiến thức liên quan tới chuyển động rơi tự do là phần kiến thức cơ bản của cơ học. Hiện nay, ở trường phổ thông, được cung cấp hai TBTN để dạy học kiến thức chuyển động rơi tự do đó là: TBTN cần rung điện và TBTN máng CT10 –1 và đồng hồ hiện số MC – 964. Tuy nhiên mỗi TBTN này lại có những nhược điểm riêng. TBTN cần rung điện có ma sát lớn giữa ngòi bút và băng giấy nên khi tính toán gia tốc của chuyển động rơi tự do sẽ thiếu chính xác. TBTN máng CT 10 – 1 và đồng hồ hiện số MC – 964 tuy khắc phục được nhược điểm ma sát lớn của TBTN cần rung điện nhưng lại phải tiến hành đo quãng đường và thời gian của những lần rơi khác nhau để rút ra quy luật chuyển động của một lần rơi, khâu xử lí số liệu mất rất nhiều thời gian. Nhờ TBTN kết nối với MVT có thể giúp ta giải quyết những khó khăn trên. Với những lí do trên nên tôi chọn đề tài: Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm ghép nối với máy vi tính trong dạy học "Chuyển động rơi tự do - Vật lí 10.” 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài 5 Xây dựng (thiết kế, chế tạo) TBTN ghép nối MVT để dạy học kiến thức về chuyển động rơi tự do – Vật lí 10. Thiết kế tiến trình dạy học có sử dụng TBTN đã chế tạo trong dạy học kiến thức về chuyển động rơi tự do nhằm phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS. 3. Giả thuyết khoa học của đề tài Nếu vận dụng lí luận dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề để xây dựng và sử dụng TBTN ghép nối với MVT trong dạy học kiến thức về chuyển động rơi tự do – Vật lí 10 thì có thể phát huy được tính tích cực và phát triển được năng lực sáng tạo của HS. 4. Đối tượng nghiên cứu của đề tài TBTN ghép nối MVT được sử dụng trong dạy học kiến thức về chuyển động rơi tự do – Vật lí 10. Hoạt động dạy và học kiến thức về chuyển động rơi tự do – Vật lí 10. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài Để đạt được mục đích của đề tài tôi đã xác định những nhiệm vụ chính sau đây: Nghiên cứu lí luận về việc phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của HS trong dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề và việc xây dựng và sử dụng TBTN trong dạy học giải quyết vấn đề. Nghiên cứu vai trò của TN vật lí trong tổ chức hoạt động nhận thức của HS. Nghiên cứu chương trình vật lí, SGK, các tài liệu có liên quan đến kiến thức về chuyển động rơi tự do để xác định nội dung, mục tiêu và từ đó xác định được các TN cần tiến hành trong dạy học nội dung chuyển động rơi tự do. 6 Thiết kế, chế tạo TBTN ghép nối với MVT khi dạy học nội dung chuyển động rơi tự do sử dụng cảm biến và phần mềm thu thập dữ liệu bằng ngôn ngữ lập trình LabView. Thiết kế tiến trình dạy học kiến thức về chuyển động rơi tự do – Vật lí 10 theo định hướng phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS trong học tập. Thực nghiệm sư phạm ở các trường THPT nhằm đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học và sơ bộ đánh giá tính khả thi của TBTN đã chế tạo, qua đó tiến hành bổ sung, sửa chữa các tiến trình đã soạn thảo và TBTN đã thiết kế, chế tạo. 6. Phương pháp nghiên cứu của đề tài Phương pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu lí luận dạy học về phát huy tính tích cực trong hoạt động nhận thức của HS, về năng lực của HS – năng lực giải quyết vấn đề, năng lực thực nghiệm. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Điều tra thực tiễn dạy và học kiến thức về chuyển động rơi tự do ở trường phổ thông, trao đổi với GV về giáo án. Phương pháp thực nghiệm sư phạm. Phương pháp thống kê toán học trong nghiên cứu khoa học giáo dục: dùng để xử lí định lượng các kết quả thu được trong thực nghiệm sư phạm. 7. Đóng góp của đề tài Xây dựng được một TBTN ghép nối với MVT để sử dụng trong dạy học kiến thức về chuyển động rơi tự do – Vật lí 10. Xây dựng được tiến trình dạy học có sử dụng TBTN đã chế tạo theo tiến trình dạy học và giải quyết vấn đề theo hướng phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS. 8. Cấu trúc của luận văn. 7 Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo, luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận về việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm ghép nối với máy vi tính trong dạy học vật lí Chương 2: Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm ghép nối với máy vi tính trong dạy học kiến thức về chuyển động rơi tự do – Vật lí 10. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 8 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM GHÉP NỐI VỚI MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1. Phát huy tính tích cực của học sinh trong học tập 1.1.1 Khái niệm tính tích cực của học sinh trong học tập Tính tích cực là một phẩm chất của con người trong đời sống xã hội. Hình thành và phát triển tính tích cực xã hội là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của giáo dục, nhằm đào tạo những con người năng động, thích ứng và góp phần phát triển cộng đồng. Tính tích cực là điều kiện, đồng thời là kết quả của sự phát triển nhân cách trong quá trình đào tạo giáo dục. Hơn nữa tính tích cực của con người biểu hiện trong hoạt động, nhất là trong những hoạt động chủ động của chủ thể [11]. Trong Giáo dục ta quan tâm đến tính “tích cực học tập”: đó là những gì diễn ra bên trong người học. Quá trình học tập tích cực nói đến những hoạt động chủ động của chủ thể - về thực chất là tích cực nhận thức, đặc trưng ở khát vọng hiểu biết, nỗ lực trí tuệ và nghị lực cao trong quá trình chiếm lĩnh tri thức. HS sẽ thông hiểu, ghi nhớ những gì đã nắm được qua hoạt động chủ động nỗ lực của chính mình, khi lên tới một trình độ nhất định thì sự học tập tích cực sẽ mang tính tự giác. 1.1.2. Các biểu hiện của tính tích cực của học sinh trong học tập Tính tích cực của con người biểu hiện trong hoạt động, đặc biệt trong những hoạt động của chủ thể. Aristôva cho rằng tính tích cực học tập đươc thể hiện ở hai dạng: Tích cực học tập bên trong và tích cực học tập bên ngoài. - Tích cực học tập bên trong được thể hiện ở sự căng thẳng về trí lực, những hành động và thao tác nhận thức từ cảm giác, tri giác đến tư duy, tưởng tượng. Đồng thời còn thể hiện nhu cầu bền vững đối với đối tượng nhận thức, ở thái độ hứng thú say mê, độc lập đưa ra quyết định trong những tình huống có vấn đề, luôn tìm kiếm con đường, phương tiện để giải quyết vấn đề. 9 - Tính tính cực của HS có mặt tự phát và mặt tự giác: + Mặt tự phát của tính tính cực là những yếu tố tiềm ẩn, bẩm sinh thể hiện ở tính tò mò hiếu kì, hiếu động, linh hoạt và sôi nổi trong hành vi mà người học đều có ở các mức độ khác nhau. Cần coi trọng những yếu tố tự phát này, nuôi dưỡng, phát triển chúng trong dạy học. + Mặt tự giác của tính tích cực là trạng thái tâm lí có mục đích và đối tượng rõ rệt, do đó có hoạt động để chiếm lĩnh đối tượng đó. Tính tích cực tự giác thể hiện ở óc quan sát, tính phê phán trong tư duy, trí tò mò khoa học, - Tích cực học tập bên ngoài được thể hiện ở đặc điểm hành vi của người học như: Chú ý học tập,hăng hái trả lời các câu hỏi của GV, bổ sung các câu trả lời của bạn, thích phát biểu ý kiến của mình trước vấn đề nêu ra; hay nêu thắc mắc, đòi hỏi giải thích cặn kẽ những vấn đề chưa đủ rõ; chủ động vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học để nhận thức vấn đề mới; tập trung chú ý vào vấn đề đang học; kiên trì hoàn thành các bài tập nhiệm vụ được giao, có khả năng trình bày lại nội dung bài học theo ngôn ngữ riêng, không nản trước những tình huống khó khăn, có sáng tạo trong quá trình học tập, biết vận dụng kiến thức đã học vào giải quyết những vấn đề thực tiễn … Thông qua những dấu hiệu trên GV phát hiện được HS có tính tích cực học tập. Việc biểu hiện tính tích cực mà HS biểu hiện dù ở mặt nào cũng cần GV chú trọng, bồi dưỡng cho người học. 1.1.3. Các biện pháp phát huy tính tích cực của học sinh trong học tập Để phát huy tính tích cực của HS thì ta nên áp dụng “phương pháp dạy và học tích cực”: Đây là phương pháp giáo dục - dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động sáng tạo của người học. Dạy học tích cực hướng tới việc hoạt động hóa, tích cực hóa hoạt động của người học nghĩa là GV trở thành người thiết kế, định hướng, tổ chức các 10 [...]... nú trựng khớt (trong phm vi sai s) vi th thc nghim b) Nhng yờu cu v mt k thut s phm i vi vic s dng TN ghộp ni vi MVT trong dy hc vt lớ TN phỏt huy y cỏc chc nng ca nú trong dy hc vt lớ thỡ vic s dng TN phi tuõn theo mt s yờu cu chung v mt k thut v v mt s phm + Xỏc nh rừ lụgic ca tin trỡnh dy hc, trong ú vic s dng TN phi l mt b phn hu c ca quỏ trỡnh dy hc, nhm gii quyt mt nhim v c th trong tin trỡnh... hiu qu Nguyờn nhõn l do cht lng ca TBTN cha m bo, cha cú nh hng dy hc cú s dng cỏc TBTN ny mt cỏch c th nhm t c hiu qu ti u trong dy v hc 2.3 Xõy dng thit b thớ nghim ghộp ni vi mỏy vi tớnh s dng trong dy hc kin thc v chuyn ng ri t do 2.3.1 S cn thit ch to thit b thớ nghim ghộp ni vi mỏy vi tớnh s dng trong dy hc kin thc v chuyn ng ri t do Trong dy hc kin thc v chuyn ng ri t do, TBTN c cung cp theo... TBTN kt ni vi MVT h tr dy hc TN nhm nõng cao cht lng dy hc vt lớ trng ph thụng 31 CHNG 2: XY DNG V S DNG THIT B TH NGHIM GHẫP NI VI MY VI TNH TRONG DY HC "CHUYN NG RI T DO" VT L 10 2.1 Ni dung kin thc, k nng v chuyn ng ri t do, cỏc thớ nghim cn tin hnh 2.1.1 V kin thc - HS ch ra c nguyờn nhõn gõy ra s ri nhanh chm khỏc nhau ca cỏc vt trong khụng khớ - nh ngha c s ri t do - Nờu c vớ d trong thc t... nhanh chúng v d dng Nh ó nờu trờn, cựng vi cỏc thit b thi nghim truyn thng, vic s dng cỏc phng tin dy hc nh MVT trong dy hc vt lớ l ht sc cn thit, nht l trong giai on hin nay, khi khoa hc k thut phỏt trin thỡ vic tng cng s dng cỏc phng tin hin i vo quỏ trỡnh dy hc vt lớ l mt hng i ỳng n nhm nõng cao cht lng dy v hc trng ph thụng Vic s dng cỏc TBTN ghộp ni vi MVT trong dy hc vt lớ l cn thit, nhm to iu... thc mi 24 Trong dy hc gii quyt vn , TN vt lớ l mt b phn hu c ca hot ng dy hc, cú vai trũ ln trong vic phỏt huy tớnh tớch cc v phỏt trin nng lcsỏng to ca HS Sau õy l mt s vn v lớ lun ca vic s dng TN trong dy hc vt lớ 1.4 Vai trũ ca thớ nghim trong dy hc vt lớ 1.4.1 Vai trũ ca thớ truyn thng Cỏc hin tng xy ra trong t nhiờn l vụ cựng phong phỳ v phc tp, khụng th phõn bit c nh hng ca tớnh cht ny vi tớnh... chuyn ng ri t do - Gii c mt s bi tp v s ri t do 2.1.3 Cỏc thớ nghim cn tin hnh Trong dy hc kin thc v chuyn ng ri t do, cn thc hin cỏc TN sau: - TN kho sỏt nguyờn nhõn lm cỏc vt ri nhanh chm khỏc nhau l do sc cn khụng khớ 32 - TN kho sỏt c im phng ca chuyn ng ri t do l phng thng ng - TN kho sỏt quy lut ca chuyn ng ri t do l chuyn ng thng nhanh dn u 2.2 Thc trng dy v hc ni dung v ri t do trng ph thụng... giỏo c ri chộp, rt him khi HS dt cõu hi vi GV v vn ó hc ngay c khi nhng vn ú HS cha hiu rừ Trong quỏ trỡnh hc kin thc v chuyn ng ri t do, HS thng gp khú khn v mc cỏc li sau: Cho rng vt nng ri nhanh hn vt nh Lỳng tỳng trong vic a ra h qu: Khi loi b sc cn khụng khớ thỡ cỏc vt ri nhanh nh nhau Cha phõn bit c chuyn ng nhanh dn v nhanh dn u Do ú cũn lỳng tỳng trong vic a ra cỏc du hiu nhn bit chuyn ng nhanh... giỏ ln nhau, s kt hp ỏnh giỏ ca thy v ỏnh giỏ ca trũ ỏnh giỏ trong dy v hc tớch cc cũn l s kt hp ca ỏnh giỏ v vic hc (ỏnh giỏ kt qu), ỏnh giỏ vỡ vic hc (ỏnh giỏ quỏ trỡnh) vi t ỏnh giỏ Vi s giỳp ca cỏc thit b k thut, vic kim tra ỏnh giỏ s khụng cũn l mt cụng vic nng nhc i vi GV Mc ớch ca vic ỏnh giỏ khụng ch dng yờu cu ghi nh tỏi hin kin thc, lp li cỏc k nng ó hc m phi phỏt trin ngi hc t duy logic,... lớ thuyt v thc nghim Vic s dng TN trong quỏ trỡnh dy hc vt lớ (trong giai on 4 v 5) th hin vai trũ to ln, m bo mi liờn h bin chng gia hnh ng lớ thuyt v hnh ng TN, gia suy din v quy np trong quỏ trỡnh xõy dng tri thc khoa hc 1.3.4.Tin trỡnh khoa hc xõy dng mt kin thc vt lớ c th Trong dy hc, vic thit lp c s mụ phng tin trỡnh khoa hc gii quyt vn s l nn tng c s khoa hc cn thit cho vi c suy nghĩ cách tổ... trỡnh khoa hc gii quyt vn s l nn tng c s khoa hc cn thit cho vi c suy nghĩ cách tổ chức, định hớng hoạt động học đề xuất, giải quyết vấn đề của HS trong quá trình dạy học kiến thức đó Trong dy hc vt lớ, v c bn, cỏc kin thc vt lớ li c xõy dng bng hai con ng: Kho sỏt thc nghim hoc suy lun lớ thuyt Vi mi con ng tin trỡnh dy hc GQV li c c th húa nh sau: - Tin trỡnh xõy dng kin thc theo con ng lớ thuyt . những khó khăn trên. Với những lí do trên nên tôi chọn đề tài: Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm ghép nối với máy vi tính trong dạy học " ;Chuyển động rơi tự do - Vật lí 10. ” 2. Mục đích. dụng thiết bị thí nghiệm ghép nối với máy vi tính trong dạy học kiến thức về chuyển động rơi tự do – Vật lí 10. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 8 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ VI C XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT. lục và tài liệu tham khảo, luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận về vi c xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm ghép nối với máy vi tính trong dạy học vật lí Chương 2: Xây dựng và sử dụng