Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm kết nối với máy tính trong dạy học chương dòng điện xoay chiều vật lí 12 theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐAI HOC sư PHAM HÀ NÔI 2 NGUYỄN THỊ THU HẰNG XÂY DƯNG VÀ SỬ DUNG THIÉT BI THÍ NGHIÊM KÉT NÓI VỚI MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIÈU” VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH cực VÀ PHÁT TRIỂN NĂNG Lưc SÁNG TAO CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI – 2014 Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐAI HOC sư PHAM HÀ NÔI 2 NGUYỄN THỊ THU HẰNG XÂY DƯNG VÀ SỬ DỤNG TTTĨỂT BỊ THÍ NGHIỆM KÉT NÓI VỚI MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIÈU” VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH cưc VÀ PHÁT TRIỂN NĂNG Lưc SÁNG TAO • CỦA HỌC SINH • Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 60 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Anh ThuấnHÀ NÔI - 2014 Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng Sau đại học, cùng toàn thể quý thầy cô trong bộ môn phương pháp dạy học - khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 và Đại học Sư phạm Hà Nội 1 đã quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Anh Thuấn - giảng viên hướng dẫn trực tiếp - người đã tận tình giúp đỡ và chỉ dẫn, định hướng cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn chỉnh luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các giáo viên tổ Lí - Hóa và tập thể học sinh lớp 12A2 và 12A3 trường THPT Khoái Châu đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm sư phạm. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2014 Nguyễn Thị Thu Hằng Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2014 Nguyễn Thị Thu Hằng MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 PHỤ LỤC Chữ viết tắt Viết đầy đủ DĐKĐT Dao động kí điện tử ĐC Đối chứng GQVĐ Giải quyết vấn đề GV Giáo viên HS Học sinh MĐXC Mạch điện xoay chiều MVT Máy vi tính NLST Năng lực sáng tạo PT Phổ thông SGK Sách giáo khoa TBTN Thiết bị thí nghiệm ThN Thực nghiệm TN Thí nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm Hình 1.1. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VÃN PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Hiện nay, đất nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất 6 nước, thời kì mở cửa, hội nhập quốc tế. Để có thể tiến kịp và hòa nhập được với thế giới thì việc giáo dục và đổi mới giáo dục vẫn luôn là quốc sách hàng đầu mà Đảng và Nhà nước ta đã xác định. Trong thông báo kết luận của Bộ chính trị về tiếp tục thực hiện Nghị quyết TW II (khóa VIII), phương hướng phát triển giáo dục đến năm 2020, ngày 15 tháng 4 năm 2009 cũng đã chỉ rõ: “Tiếp tục đổi mới phương pháp dạy và học, khắc phục cơ bản lối truyền thụ một chiều. Phương pháp dạy học tích cực, sáng tạo, hợp tác, giảm thời gian giảng giải lý thuyết, tăng thời gian tự học, tự tìm hiểu cho học sinh, sinh viên; gắn bó chặt chẽ giữa học lý thuyết và thực hành, đào tạo gắn với nghiên cứu khoa học, sản xuất và đời sống.” Như vậy, nhiệm vụ quan trọng đặt ra cho các môn học trong trường PT là phải làm sao cho khi bắt tay tham gia vào lao động sản xuất hoặc lao động ở một ngành khoa học kĩ thuật nào đó, HS có thể nhanh chóng tiếp thu được cái mới, nhanh chóng thích nghi với trình độ hiện đại của khoa học và kĩ thuật. Do đó, trong giảng dạy các môn học ở nhà trường PT, việc áp dụng các phương pháp dạy học tích cực nhằm phát triển tư duy, NLST cho HS là vô cùng quan trọng. Để làm được điều đó không thể không kể đến vai trò của các thiết bị dạy học trực quan, các TBTN trong các tiết học thực hành. Trong dạy học vật lí, việc dạy thực hành trong nhà trường không chỉ giúp HS hiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trong chương trình mà còn phát triển tư duy, sáng tạo cho HS. Từ đó, giúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyết tốt những nhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiễn đã đặt ra. Chương “Dòng điện xoay chiều” là một chương dài và tương đối quan trọng trong chương trình Vật lí 12 vì các bài thi sử dụng nhiều kiến thức của chương này. Không những thế, nó còn cung cấp cho HS một số kiến thức thông dụng về lĩnh vực điện - một lĩnh vực rất gần gũi và cần thiết đối với cuộc sống. Có thể nói rằng chương “Dòng điện xoay chiều” có một vị trí trọng tâm và GV cần phải đầu tư để việc truyền đạt kiến thức cho HS được hiệu quả hơn. Nghiên cứu các vấn đề về dạy học tích cực, sáng tạo trong chương “Dòng điện xoay chiều” đã có các công trình nghiên cứu khoa học đề cập đến. Cụ thể như nghiên cứu dòng điện xoay chiều sử dụng dao động kí 7 điện tử kết hợp với thí nghiệm và mô hình của Hoàng Danh Tài [16], bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho học sinh trong giải bài tập chương “Dòng điện xoay chiều” của Nguyễn Mạnh Hòa [6]... Tuy nhiên, các luận văn chủ yếu đề cập đến những vấn đề khi dạy học lý thuyết và bài tập, chỉ có một số ít luận văn đề cập đến việc dạy học thực hành và cũng chỉ xoay quanh việc sử dụng DĐKĐT để tiến hành TN về hiện tượng cộng hưởng điện trong mạch RLC mắc nối tiếp, mà chưa chú ý quan tâm đên việc xây dựng một TBTN mới để phục vụ cho việc dạy học nội dung này. Thực tế cho thấy, việc ứng dụng các TBTN này vào dạy học vẫn chưa được mấy ai quan tâm, bởi DĐKĐT có giá thành rất cao, khó tiến hành TN, vẫn xảy ra sai số: sai số do dụng cụ, sai số trong quá trình tiến hành TN,... Bên cạnh đó, có một số lượng không nhỏ giáo viên phổ thông chưa biết cách sử dụng DĐKĐT như thế nào, có một số không biết DĐKĐT là gì. Như vậy, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong các phòng TN nói chung và ngành kĩ thuật điện nói riêng là hết sức cần thiết. Nó có thể giúp học sinh mô phỏng quá trình TN trên máy tính cá nhân của mình với những thông số đầu vào cho trước và phân tích kết quả đầu ra nhanh nhất, chính xác nhất. Từ tình hình nghiên cứu lý luận và thực tiễn trên, chúng tôi đã lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm kết nối với máy vi tính trong dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh”. 2. Mục đích nghiên cứu - Xây dựng (thiết kế, chế tạo) TBTN kết nối với MVT để tiến hành TN về hiện tượng cộng hưởng điện trong mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp. - Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng TBTN đã chế tạo trong dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 theo quan điểm dạy học GQVĐ. 3. Nhiệm yụ nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận về tổ chức dạy học theo cực, hướng phát huy tính tích phát triển NLST của HS, dạy học GQVĐ. -Điều tra thực trạng dạy và học chương “Dòng của GV và HS ở trường THPT. điệnxoay lí 8 chiều” Vật 12 -Xây dựng (thiết kế, chế tạo) TBTN kết nối với MVT trong dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12. -Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng TBTN đã chế tạo trong dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 theo quan điểm dạy học GQVĐ. -TNSP nhằm đánh giá tính tích cực và NLST của HS khi học tập chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đổi tượng nghiên cứu - Hoạt động dạy và học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12. -Các TBTN trong đó có TBTN kết nối với MVT được sử dụng trong dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12. 4.2. Phạm vi nghiên cứu Sử dụng các TBTN kết nối với MVT trong dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 theo quan điểm dạy học GQVĐ. 5. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được TBTN kết nối với MVT về dòng điện xoay chiều và sử dụng chúng trong dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 theo quan điểm dạy học GQVĐ thì có thể phát huy được tính tích cực, phát triển NLST của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy và học ở trường THPT. 6. Phương pháp nghiên cứu Đe thực hiện các nhiệm vụ trên, chúng tôi đã sử dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau: -Nghiên cứu lí luận + Nghiên cứu các tài liệu lí luận về dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, phát triển NLST của HS. + Nghiên cứu chương trình SGK, SBT, SGV và các tài liệu tham khảo để xác định mục tiêu dạy học và sơ đồ cấu trúc logic chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12. 9 -Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế về hoạt động dạy học thực hành ở trường PT nhằm thu thập thông tin, phân tích và tổng hợp để đánh giá các giải pháp mà GV đã sử dụng để dạy học cho HS và kết quả của nó. -TNSP nhằm kiểm tra giả thuyết của đề tài. -Dùng thống kê toán học để xử lí, đánh giá kết quả điều tra trong TNSP. NỘI DUNG Chương 1 Cơ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC sử DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 1.1. Dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo của học sinh 1.1.1. Phát huy tính tích cực của học sinh trong học tập Tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS là một nhiệm vụ chủ yếu của người thầy trong quá trình dạy học. Vì vậy nó luôn là trung tâm chú ý của lí luận và thực tiễn dạy học. Các nhà giáo dục học đã trao đổi, bàn luận nhiều về vấn đề này và đến nay đó vẫn là một trong những vấn đề quan trọng nhất của giáo dục hiện đại. 1.1.1.1. Khái niệm về tính tích cực trong học tập Tính tích cực học tập là một hiện tượng sư phạm biểu hiện sự cố gắng cao về nhiều mặt trong học tập. Học tập là một trường hợp riêng của nhận thức “một sự nhận thức đã được làm cho dễ dàng đi và được thực hiện dưới sự chỉ đạo của GV” (P. N Erdonniev, 1974). Nói tới tính tích cực học tập thực chất là nói tới tính tích cực nhận thức của HS đặc trưng ở khát vọng học tập, cố gắng trí tuệ và nghị lực cao trong quá trình nắm vững kiến thức [24]. 1.1.1.2. Biểu hiện của tính tích cực học tập Tính tích cực học tập của HS vừa biểu hiện ở những hoạt động trí tuệ vừa biểu hiện ở những hoạt động cơ bắp, hai hình thức biểu hiện này thường đi liền với nhau. Người học - đối tượng của hoạt động “dạy”, đồng thời là chủ thể của hoạt động “học” được cuốn hút vào các hoạt động học tập do GV tổ chức và chỉ đạo, thông qua đó tự lực khám phá những điều mình chưa rõ chứ không phải thụ động tiếp thu tri thức đã 1 được GV sắp đặt. Muốn tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, trước hết GV phải nắm được thực trạng của tính tích cực nhận thức nhờ dựa vào những dấu hiệu, những biểu hiện cụ thể. Có thể nhận biết tính tích cực học tập của HS bằng các dấu hiệu sau: a) Những dấu hiệu bên ngoài qua thải độ, hành vi và hứng thủ - Thích thú, chủ động tiếp xúc với đối tượng. Các em hay đặt câu hỏi và những thắc mắc đối với GV, đối với người lớn và yêu cầu giải thích cặn kẽ. Những thắc mắc đưa ra biểu hiện sự tích cực tìm kiếm, lòng ham hiểu biết, trí tò mò đang khuấy động các em. - Chú ý quan sát, chăm chú nghe và theo dõi những gì thầy cô làm. - Giơ tay phát biểu, nhiệt tình hưởng ứng, bổ sung ý kiến vào các câu trả lời của bạn và thích tham gia vào các hoạt động cũng là một biểu hiện của hứng thú. Thông qua quan sát, thầy cô giáo có thể xác định được những biểu hiện cảm xúc, hứng thú nhận thức như niềm vui sướng, sự hài lòng khi được người khác giải đáp những câu hỏi, những thắc mắc, khi tự mình tìm ra những câu trả lời đúng hay là những thành công trong hoạt động. Ngoài ra, sự bực mình, nỗi thất vọng nếu trí tò mò không được thỏa mãn hoặc khi không thành công trong hoạt động cũng là những biểu hiện của tích cực nhận thức. b. Những dấu hiệu bên trong như sự căng thẳng trí tuệ, sự nỗ lực hoạt động, sự phát triển của tư duy, ỷ chỉ và cảm xúc,.. Thực ra những dấu hiệu bên trong này cũng chỉ có thể phát hiện được qua những biểu hiện bên ngoài, nhưng phải tích lũy một lượng thông tin đủ lớn mới thấy được, cụ thể là: - Các em tích cực sử dụng các thao tác nhận thức, đặc biệt là các thao tác tư duy phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa... vào việc giải quyết các nhiệm vụ nhận thức. - Tích cực vận dụng kiến thức và kĩ năng đã tích lũy vào việc giải quyết các tình huống và các bài tập khác nhau, đặc biệt là vào việc xử lý các tình huống mới. - Phát hiện nhanh chóng, chính xác nội dung được quan sát. - Hiểu lời người khác và diễn đạt cho người khác hiểu ý mình. - Có những biểu hiện của tính độc lập, sáng tạo trong quá trình giải quyết các nhiệm vụ 1 nhận thức, tự tin khi trả lời các câu hỏi, có sáng kiến, tự tìm ra một vài cách giải quyết khác nhau cho các bài tập và tình huống, biết lựa chọn cách giải quyết hay nhất. - Có những biểu hiện của ý chí trong quá trình nhận thức, như sự nỗ lực, cố gắng vượt qua các tác động nhiễu bên ngoài và các khó khăn để thực hiện đến cùng các nhiệm vụ được giao, sự phản ứng khi có tín hiệu thông báo hết giờ. c. Ket quả học tập Kết quả học tập là một dấu hiệu quan trọng và có tính chất khái quát của tính tích cực nhận thức. Chỉ tích cực học tập một cách thường xuyên, liên tục, tự giác mới có kết quả học tập tốt [17]. 1.1.1.3. Các cấp độ của tính tích cực học tập Các cấp độ đạt được của tính tích cực theo G. I Sukina - Cấp 1: Bắt chước: HS tích cực bắt chước hoạt động của GV, của bạn bè. Trong hành động bắt chước cũng phải có sự gắng sức của thần kinh và cơ bắp. - Cấp 2: Tìm tòi: HS tìm cách độc lập giải quyết bài tập nêu ra, mò mẫm những cách giải khác nhau để tìm ra lời giải hợp lý nhất. - Cấp 3: Sáng tạo: HS nghĩ ra các cách giải mới độc đáo hoặc cấu tạo những bài tập mới, hoặc cố gắng lắp đặt những thí nghiệm mới để chứng minh bài học. Như vậy, đối với HS, tất cả những gì mà họ “tự nghĩ ra” khi GV chưa dạy, HS biết được nhờ trao đổi với bạn đều coi như mang tính “sáng tạo”[22]. 1.1.1.4. Các biện pháp phát huy tính tích cực của học sinh trong học tập Phát huy tính tích cực nhận thức không phải là vấn đề mới. Từ thời cổ đại, các nhà sư phạm tiền bối đã từng nói đến tầm quan trọng to lớn của việc phát huy tính tích cực, chủ động của HS và đã nêu lên nhiều biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức. Từ 26 thế kỉ trước, Khổng Tử (551 - 479 trước CN) đã nói: “Không giận vì muốn biết thì không gợi mở cho, không bực vì không rõ thì không bày vẽ cho. Vật có bốn góc, bảo cho biết một góc mà không suy ra được ba góc kia thì không dạy nữa”. 1 J. J. Ruxo cũng cho rằng phải hướng HS tích cực, tự giành lấy kiến thức bằng cách tìm hiểu, khám phá và sáng tạo. A. Distecvec thì cho rằng người GV tồi là người cung cấp cho HS chân lí, người GV giỏi là người dạy cho họ tìm ra chân lí. Trong thế kỉ XX, các nhà giáo dục phương Đông, phương Tây đều tìm kiếm con đường tích cực hóa hoạt động dạy học. Chúng ta thường kể đến tư tưởng của các nhà giáo dục nổi tiếng như I. I.Xamova (Liên Xô), Okon (Ba Lan), Skinne (Mỹ)...Ở Việt Nam, các nhà lí luận dạy học cũng đã viết nhiều về tính tích cực nhận thức như GS. Hà Thế Ngữ, GS. Nguyễn Ngọc Quang, GS. Đặng Vũ Hoạt,...Các nhà nghiên cứu đã tiếp cận vấn đề này dưới nhiều góc độ khác nhau: nhận thức luận, điều khiển học, xã hội học, tâm lí học,... Nhưng, các GV thì quan tâm nhất là vấn đề nâng cao tính tích cực nhận thức trong giờ học trên lớp. Vì vậy phần lớn các luận án tiến sĩ, luận văn thạc sĩ đều hướng đến vấn đề quan trọng này để giải quyết những vấn đề bức xúc của nhà trường. Các biện pháp nhằm nâng cao tính tích cực nhận thức của HS rất đa dạng, có thể tóm tắt như sau a) Dạy và học thông qua tổ chức các hoạt động của học sinh Đe kích thích hứng thú học tập của học sinh, GV cần tạo các tình huống để tập cho HS biết cách phát hiện vấn đề. Đặt HS vào những tình huống của đời sống thực tế, người học trực tiếp quan sát, thảo luận, làm TN, GQVĐ đặt ra theo cách suy nghĩ của mình, từ đó vừa nắm được kiến thức, kĩ năng mới, vừa nắm được phương pháp “làm ra” kiến thức, kĩ năng đó, không rập theo những khuôn mẫu có sẵn mà được bộc lộ và phát huy tiềm năng sáng tạo. Cụ thể, có thể kích thích hứng thú học tập của HS bằng các biện pháp. - Giác ngộ ý thức học tập, kích thích tinh thần trách nhiệm và hứng thú học tập của các em bằng cách nói lên ý nghĩa lí thuyết và thực tiễn, tầm quan trọng của vấn đề nghiên cứu. 1 - Kích thích hứng thú qua nội dung: Đây là biện pháp mà các thầy giáo hay sử dụng. Tùy thế mạnh từng môn học mà cách kích thích hứng thú sẽ khác nhau. - Kích thích hứng thú qua phương pháp dạy học: Để tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS phải phối hợp nhiều phương pháp với nhau, nhưng những phương pháp có tác dụng tốt nhất trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức là: dạy học nêu và GQVĐ, TN, thực hành, sử dụng các phương tiện dạy học hiện đại, thảo luận, tự học, trò chơi học tập,... - Sử dụng các phương tiện dạy học, đặc biệt là những phương tiện kĩ thuật dạy học hiện đại: Đây là biện pháp hết sức quan trọng nhằm nâng cao tính tích cực của HS và giúp nhà trường đưa chất lượng dạy học lên một tầm cao mới. - Sử dụng các hình thức tổ chức dạy học khác nhau: cá nhân, nhóm, tập thể lớp,...; làm việc trong vườn trường, xưởng trường, phòng thí nghiệm,..., tổ chức tham quan, các hoạt động nội khóa, ngoại khóa đa dạng. Ngoài ra, có thể tích cực hoạt động nhận thức của HS qua nhiều biện pháp: - Thầy giáo, bạn bè động viên, khen thưởng khi có thành tích học tập tốt. - Luyện tập dưới các hình thức khác nhau, vận dụng kiến thức vào thực tiễn và các tình huống mới. - Kích thích tính tích cực qua thái độ, cách ứng xử giữa thầy giáo và HS. - Phát triển kinh nghiệm sống của HS trong học tập. - Kiểm tra, đánh giá có tác dụng rất quan trọng đến việc phát huy tính tích cực học tập của HS. b) Chú trọng rèn luyện phương pháp tự học của HS Trong các phương pháp học thì cốt lõi là phương pháp tự học. Nếu rèn luyện cho người học có được phương pháp, kĩ năng, thói quen, ý chí học thì sẽ tạo cho họ lòng ham học, khơi dậy nội lực vốn có trong mỗi người. Tự học không có nghĩa là không cần sự trợ giúp của GV khi học sinh gặp khó khăn, không có sự trao đổi tranh luận của HS với nhau. Sự giúp đỡ của GV có thể là chia nhiệm vụ nhận thức thành những nhiệm vụ bộ phận vừa sức HS, đưa ra những nhận xét theo kiểu phản biện, nêu những câu hỏi định hướng quá trình làm việc của HS hoặc hướng dẫn HS xây dựng cơ sở định hướng khái quát các hoạt động khi làm 1 việc với nguồn thông tin cụ thể, cơ sở định hướng khái quát của quá trình xây dựng các loại kiến thức Vật lí khác nhau, cơ sở định hướng của việc giải một loại bài tập nào đó,.. c) Kết hợp đảnh giả của thầy với tự đảnh giả của trò Trong dạy học, việc đánh giá HS không chỉ nhằm nhận định thực trạng và điều chỉnh hoạt động học của trò mà còn đồng thời tạo điều kiện nhận định thực trạng và điều chỉnh hoạt động dạy của thầy. Trước đây GV giữ độc quyền đánh giá học sinh. Muốn phát huy được tính tích cực của HS, GV phải hướng dẫn HS phát triển năng lực tự đánh giá để điều chỉnh cách học. GV cần tạo điều kiện cho HS được tham gia đánh giá lẫn nhau. Tự đánh giá đúng và điều chỉnh kịp thời là năng lực rất cần cho sự thành đạt trong cuộc sống mà nhà trường phải trang bị cho HS. Đe phát huy được tính tích cực của HS thì trong quá trình dạy học, GV không còn đóng vai trò đơn thuần là người truyền đạt kiến thức. GV trở thành người thiết kế, tổ chức, hướng dẫn các hoạt động độc lập hoặc theo nhóm nhỏ để HS tự lực chiếm lĩnh nội dung học, chủ động đạt được các mục tiêu kiến thức, kĩ năng, thái độ theo yêu cầu của chương trình. GV với vai trò là người gợi mở, xúc tác, động viên, cố vấn, trọng tài trong các hoạt động tìm tòi hào hứng, tranh luận sôi nổi của HS [17]. 1.1.1.5. Các tiêu chí đánh giá tính tích cực của học sinh trong học tập - Trong quá trình học tập: tích cực, tự giác tham gia vào quá trình học tập, phát biểu ý kiến, trả lời câu hỏi,... - Luôn kiểm tra hướng tư duy của mình để điều chỉnh nhận thức. - Phải biết so sánh kiến thức mà mình hình thành với kiến thức của bạn bè và với kiến thức chuẩn. - Rèn luyện kĩ năng thực hành: tích cực tham gia tiến hành làm thí nghiệm. - Phát hiện, giải thích và ứng dụng kiến thức vật lí vào trong cuộc sống. - Tính tích cực còn được biểu hiện ở kết quả học tập [24]. 1.1.2. Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh Quá trình lĩnh hội kiến thức bắt đầu bằng sự thông hiểu, nghĩa là “gắn bó” những kiến thức mới vào những kiến thức sẵn có. Để hiểu được cái mới cần phải diễn 1 đạt nó bằng những thuật ngữ đã biết. Mức độ tiếp theo của việc lĩnh hội các tri thức là nhớ điều đã hiểu. Sự ghi nhớ phụ thuộc vào mức độ quan trọng về mặt ngữ nghĩa của thông tin mới và vào tính sử dụng được của nó. Sau đó là sự luyện tập kĩ năng và kĩ xảo: hình thành ở HS một trình tự hành động xác định, thống nhất, hợp lí nhất, dẫn đến mục đích một cách tối ưu. Sau đó rèn luyện khả năng áp dụng kiến thức ở những điều kiện mới, nghĩa là hoạt động sáng tạo. Như vậy, hình thành và phát triển NLST ở HS là một yêu cầu mới, rất khó khăn và phức tạp, đặc biệt là ở khâu đánh giá các biểu hiện của những phẩm chất đó như thế nào. 1.1.2.1. Khái niệm năng lực Trong tâm lí học, người ta coi “năng lực là những thuộc tính tâm lí riêng của cá nhân, nhờ những thuộc tính này mà con người hoàn thành tốt đẹp một loại hành động nào đó, mặc dù phải bỏ ra rất ít sức lao động nhưng vẫn đạt kết quả cao”[20]. Người có năng lực về một mặt nào đó thì không phải nỗ lực nhiều trong quá trình công tác mà vẫn khắc phục được những khó khăn một cách nhanh chóng và dễ dàng hơn những người khác hoặc có thể vượt qua được những khó khăn mới mà nhiều người khác không vượt qua được. Năng lực của mỗi người khác nhau, một phần dựa trên cơ sở tư chất, một phần chủ yếu được hình thành và phát triển trong quá trình hoạt động của cá nhân. Năng lực gắn liền với kĩ năng, kĩ xảo trong lĩnh vực hoạt động tương ứng. Kĩ năng, kĩ xảo liên quan đến việc thực hiện một loại hành động hẹp, chuyên biệt. Còn năng lực chứa đựng yếu tố mới mẻ, linh hoạt trong hành động, có thể giải quyết nhiệm vụ trong nhiều tình huống khác nhau, trong một lĩnh vực rộng hơn. 1.1.2.2. Sự hình thành và phát triển năng lực Nguồn gốc phát sinh và quá trình phát triển năng lực là một vấn đề phức tạp, tuân theo quy luật chung của sự phát triển nhân cách. Tâm lí học hiện đại cho rằng con người mới sinh ra chưa có năng lực, chưa có nhân cách. Chính trong quá trình sống, học tập, lao động, giao lưu con người đã hình thành và phát triển nhân cách, năng lực của mình. Sự hình thành và phát triển nhân cách, năng lực của con người chịu sự tác động của nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố sinh học, yếu tố hoạt động của 1 chủ thể và yếu tố giao lưu xã hội. a) Yếu tổ sinh học Di truyền tạo ra những điều kiện ban đầu để con người có thể hoạt động có kết quả trong lĩnh vực nhất định. Những đặc điểm sinh học mặc dù có ảnh hưởng đến quá trình hình thành tài năng, xúc cảm, sức khỏe, thể chất của con người, nhưng nó chỉ tạo nên tiền đề của sự phát triển năng lực. Mặt khác, những tư chất được di truyền chỉ đặc trưng cho những lĩnh vực hoạt động rất rộng mà không định hướng vào một lĩnh vào một lĩnh vực hoạt động hay sáng tạo cụ thể nào. Việc định hướng cụ thể này do các điều kiện xã hội cụ thể, do trình độ phát triển của những loại hình sản xuất, khoa học, nghệ thuật,... và nhất là do hoạt động sáng tạo của các cá nhân quyết định. b) Yếu tổ hoạt động của chủ thể Năng lực không có sẵn trong con người. Con người bằng hoạt động của chính mình mà chiếm lĩnh những kinh nghiệm hoạt động của các thế hệ đi trước, biến thành năng lực của chính mình. Tùy theo đặc điểm của loại hình hoạt động của con người mà các yếu tố bẩm sinh có thể phát triển mạnh theo hướng này hay hướng khác hoặc có thể bị thui chột đi. Như vậy, hoạt động của chủ thể có ý nghĩa quyết định đối với việc hình thành năng lực. c) Yếu tổ môi trưởng xã hội Mỗi con người đều hoạt động trong một môi trường xã hội nhất định. Môi trường góp phần tạo nên động cơ, mục đích, phương tiện hành động và đặc biệt là hoạt động giao lưu của mỗi cá nhân với xã hội mà nhờ đó, cá nhân thu được kinh nghiệm xã hội loài người, biến nó thành của mình. Cũng chính nhờ sự giao lưu với môi trường xã hội, con người mới biết được hoạt động của mình có ý nghĩa như thế nào, có ích lợi ra sao, có phù hợp với thực tế không,...; từ đó, mà điều chỉnh hoạt động của mình để mang lại hiệu quả ngày càng cao, năng lực ngày càng được phát triển. d) Vai trò của giảo dục trong việc hình thành các năng lực Giáo dục là một loại hoạt động chuyên môn của xã hội nhằm hình thành và phát triển nhân cách con người (trong đó có năng lực) theo những yêu cầu của xã hội trong những giai đoạn lịch sử nhất định. 1 Giáo dục (dạy học) có thể mang lại những hiệu quả, những tiến bộ của mỗi học sinh mà các yếu tố khác không thể có được. Đặc biệt là dạy học có thể đi trước sự phát triển, thúc đẩy sự phát triển [20]. 1.1.2.3. Khái niệm năng lực sáng tạo “Sáng tạo là một loại hoạt động mà kết quả của nó là một sản phẩm tinh thần hay vật chất có tính cách tân, có ý nghĩa xã hội, có giá trị giúp giải quyết một khó khăn, bế tắc nhất định” (Sáng tạo. Bách khoa toàn thư Liên Xô. Tập 42, trang 54) hay trong Từ điển bách khoa Việt Nam (tập 3): Sáng tạo là “ hoạt động tạo ra cái mới”. NLST có thể hiểu là khả năng tạo ra những giá trị mới về vật chất và tinh thần, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới vận dụng thành công những hiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới. NLST gắn liền với kĩ năng, kĩ xảo và vốn hiều biết của chủ thể. Trong bất cứ lĩnh vực hoạt động nào, càng thành thạo và có kiến thức sâu rộng thì càng nhạy bén trong dự đoán, đề ra được nhiều dự đoán, nhiều phương án để lựa chọn, càng tạo điều kiện cho trực giác phát triển. Bởi vậy, không thể rèn luyện NLST tách rời, độc lập với học tập kiến thức về một lĩnh vực nào đó[18,tr.30]. 1.1.2.4. Những biểu hiện của năng lực sáng tạo của học sinh trong học tập NLST trong quá trình học tập của HS trong nhà trường cũng như sau này trong cuộc sống là rất cần thiết, đáp ứng được yêu cầu mới của xã hội. Nhưng trước hết khi còn ngồi trên ghế nhà trường, các em cần được rèn luyện và bồi dưỡng NLST trong việc tiếp thu tri thức, vận dụng tri thức trong quá trình học tập. Trong quá trình hoạt động sáng tạo, NLST thường có biểu hiện sau: - Năng lực tự chuyển tải tri thức và kĩ năng từ lĩnh vực quen biết sang tình huống mới, vận dụng tri thức đã học vào điều kiện, hoàn cảnh mới. - Năng lực nhận thấy vấn đề mới trong điều kiện quen biết, nhìn thấy chức năng mới của vấn đề quen thuộc. - Năng lực biết đề xuất các giải pháp khác nhau khi xử lí một tình huống. - Năng lực huy động các kiến thức cần để đưa ra các giả thuyết hay dự định khác nhau khi lí giải một hiện tượng. - Năng lực xác định bằng lý thuyết và thực hành các giả thuyết. Biết đề xuất 1 các phương án TN hoặc thiết kế sơ đồ TN để kiểm tra giả thuyết hay hệ quả suy ra từ giả thuyết, hoặc để đo một đại lượng vật lí nào đó với hiệu quả cao nhất có thể có được trong điều kiện đã cho. - Năng lực nhìn nhận vấn đề dưới các góc độ khác nhau, xem xét các đối tượng dưới những khía cạnh khác nhau, đôi khi mâu thuẫn. Năng lực tìm ra các giải pháp mới lạ [24]. Sự khác nhau giữa hoạt động nhận thức sáng tạo của nhà khoa học và hoạt động nhận thức sáng tạo của HS: Đối tượng Khái niệm Nhà khoa học Học sinh Tìm ra cái mới, giải pháp Xây dựng, tìm kiêm các kiến mới mà trước đó loài người thức mà nhân loại đã có, chỉ chưa hề biết. Thời gian hoạt động mới đối với mình. Có thể nhiều tháng, nhiều Chỉ có thời gian rất ngắn trên năm, thậm chí cả đời mình lớp để “khám phá”, “xây để khám phá một định luật, dựng” lại những kiến thức ấy. xây dựng một giả thuyết. Điều kiện, phương tiện để Có phương tiện chuyên dùng Chỉ có phương tiện thô sơ, hoạt động đạt độ chính xác cao và độchính xác thấp ở trường PT những điều kiện thích hợp và điều kiện làm việc chủ yếu nhất. Hoạt động của cá nhân ở lớp học. Dựa vào sự nỗ lực, cố gắng Có sự hướng dẫn, giúp đỡ của vượt bậc của bản thân. thầy cô giáo và sự hợp tác của bạn bè. 1.1.2.5. Các biện pháp hình thành và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh a) TO CHỨC HOẠT ĐỘNG SẢNG TẠO GẮN LIỀN VỚI QUẢ TRÌNH XÂY 1 DỰNG KIẾN THỨC MỚI Kiến thức vật lí trong trường PT là những kiến thức đã được loài người khẳng định; tuy vậy, chúng luôn luôn là mới mẻ đối với HS. Việc nghiên cứu kiến thức mới sẽ thường xuyên tạo ra những tình huống đòi hỏi HS phải đưa ra những ý kiến mới, giải pháp mới đối với chính bản thân họ. Tổ chức quá trình nhận thức vật lí theo chu trình sáng tạo sẽ giúp cho HS trên con đường hoạt động sáng tạo dễ nhận biết được: chỗ nào có thể suy nghĩ dựa trên những hiểu biết đã có, chỗ nào phải đưa ra kiến thức mới, giải pháp mới. Việc tập trung sức lực vào chỗ mới đó sẽ giúp cho hoạt động sáng tạo có hiệu quả, rèn luyện cho tư duy trực giác nhạy bén, phong phú. Trong nhiều trường hợp, GV có thể giới thiệu cho HS kinh nghiệm sáng tạo của các nhà bác học. b)Luyện tập phỏng đoản, dự đoản, xây dựng giả thuyết Dự đoán có vai trò rất quan trọng trên con đường sáng tạo khoa học. Dự đoán dựa chủ yếu vào trực giác, kết hợp với kinh nghiệm phong phú và kiến thức sâu sắc về mỗi lĩnh vực. Tuy nhiên, sự khái quát đó không phải là một phép quy nạp đơn giản, hình thức mà chứa đựng một yếu tố mới, không có sẵn trong các sự kiện dùng làm cơ sở. Có thể có các cách dự đoán sau trong giai đoạn đầu của hoạt động nhận thức vật lí của học sinh: - Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có - Dựa trên sự tương tự + Dựa trên một dấu hiệu bên ngoài giống nhau mà dự đoán sự giống nhau về bản chất. + Dựa trên sự giống nhau về cấu tạo mà dự đoán sự giống nhau về tính chất. - Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có quan hệ nhân quả. - Dựa trên nhận xét thấy: hai hiện tượng luôn luôn biến đổi đồng thời, cùng tăng hoặc cùng giảm mà dự đoán về quan hệ nhân quả giữa chúng. - Dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiều quá trình. - Dựa trên sự mở rộng phạm vi ứng dụng của một kiến thức đã biết sang một lĩnh vực khác. - Dự đoán về mối quan hệ định lượng 2 c)Luyện tập đề xuất phương án kiểm tra dự đoán Trong nghiên cứu vật lí, một dự đoán, một giả thuyết thường là một sự khái quát các sự kiện ThN nên nó có tính chất trừu tượng, tính chất chung, không thể kiểm tra trực tiếp được. Muốn kiểm tra xem dự đoán, giả thuyết có phù hợp với thực tế không thì từ một dự đoán, giả thuyết, ta phải suy ra được một hệ quả có thể quan sát được trong thực tế, sau đó tiến hành TN để xem hệ quả rút ra bằng suy luận đó có phù hợp với kết quả TN không. Vấn đề đòi hỏi sự sáng tạo ở đây là đề xuất được phương án kiểm tra hệ quả đã rút ra được. HS có thể đưa ra một vài phương án mà họ cho là hợp lí. GV là người có nhiều kinh nghiệm hơn, sẽ hướng dẫn HS phân tích tính khả thi của mỗi phương án và chọn ra phương án có triển vọng nhất. d) Giải các bài tập sáng tạo Trong dạy học vật lí, ngoài việc rèn luyện NLST cho HS trong quá trình xây dựng kiến thức mới, người ta còn xây dựng những loại bài tập riêng vì mục đích này và được gọi là bài tập sáng tạo. Trong loại bài tập sáng tạo này, ngoài việc vận dụng một số kiến thức đã học, HS bắt buộc phải có những ý kiến độc lập mới mẻ, không thể suy ra một cách logic từ những kiến thức đã học. Có hai loại bài tập sáng tạo là: bài tập nghiên cứu và bài tập thiết kế chế tạo[18, tr.32]. 1.1.3. Dạy học giải quyết vấn đề Hoạt động nhận thức của con người chỉ thực sự bắt đầu khi con người gặp phải mâu thuẫn: một bên là trình độ hiểu biết đang có, bên kia là nhiệm vụ mới phải giải quyết một vấn đề mà những kiến thức, kĩ năng đã có không đủ. Để giải quyết được nhiệm vụ nhận thức mới, khắc phục được mâu thuẫn trên thì phải xây dựng kiến thức mới, phương pháp mới, kĩ năng mới. Như vậy, hoạt độngnhận thức của HS trong học tập thực chất là hoạt động GQVĐ nhận thức. 1.1.3.1. Khái niệm dạy học giải quyết vấn đề Có rất nhiều quan điểm khác nhau về dạy học GQVĐ, chủyếu là do 2 nhấn mạnh mặt này hay mặt khác. v.ôkon viết: “Dưới dạng chung nhất, dạy học nêu vấn đề là tập hợp những hành động như tổ chức các tình huống có vấn đề, phát biểu vấn đề,... giúp đỡ cần thiết cho HS trong việc GQVĐ, kiểm tra những phép giải đó và cuối cùng, điều khiển quá trình hệ thống hóa và củng cố những kiến thức tiếp thu được. Dạy học nêu vấn đề là dạy học dựa trên sự điều khiển học sinh độc lập giải quyết các bài toán thực hành hay lý thuyết”[30]. T.V.Cuđriapxep cũng nêu lên định nghĩa tương tự: “Dạy học nêu vấn đề bao gồm việc tạo ra trước HS những tình huống có vấn đề, làm cho các em ý thức được, thừa nhận và giải quyết những tình huống này trong quá trình hoạt động chung của HS và GV, với tính tự lực cao nhất của HS và dưới dự chỉ đạo chung nhất của GV”. I.Lecne còn chú ý đến một mặt nữa của dạy học nêu vấn đề. Ông cho rằng ý nghĩa của dạy học nêu vấn đề là ở chỗ “nó giúp HS làm quen không những với cách giải quyết các vấn đề, với bản chất của chứng, với lĩnh vực và biện pháp ứng dụng chứng, cũng giống như khi tiến hành phương pháp dạy học giải thích - minh họa, mà còn giúp tìm hiểu cả logic, đôi khi có chứa mâu thuẫn của sự tìm tòi những cách giải quyết này”. Việc I.F. Kharlamop bổ sung thêm vào những quan niệm của các tác giả đã dẫn ra ở trên không những cần thiết để làm sáng tỏ đầy đủ hơn bản chất của dạy học GQVĐ mà còn giúp có quan điểm đúng đắn cho việc thực hiện cách dạy học này trong thực tiễn nhà trường. Ông viết: “Dạy học nêu vấn đề là sự tổ chức quá trình dạy học bao gồm việc tạo ra tình huống có vấn đề (tình huống tìm tòi) trong giờ học, kích thích ở HS nhu cầu giải quyết những vấn đề nảy sinh, lôi cuốn các em vào hoạt động nhận thức tự lực nhằm nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo mới, phát triển tính tích cực, trí tuệ và hình thành cho các em năng lực tự mình thông hiểu và lĩnh hội thông tin khoa học mới”. Từ những quan niệm cơ bản nêu trên, Nguyễn Quang Lạc - nhà nghiên cứu giáo dục Việt Nam đã khái quát được quan niệm về dạy học phát hiện và NLST như sau: Dạy học NLST là một hình thức dạy học trong đó HS được coi như "nhà khoa 2 học trẻ" tự giác và tích cực tổ chức các quá trình "xây dựng tri thức mới cho bản thân". Hoạt động đó được diễn ra giống như "hoạt động nghiên cứu khoa học", mặc dù kết quả của nó là tìm thấy lại những điều đã có trong khoa học, song lại là điều mới mẻ đối với HS. Người GV phải thực sự quan tâm đến cả nội dung khoa học mà HS đã xây dựng lẫn phương pháp hoạt động của HS để đạt được điều đó, do vậy GV phải là nhà thiết kế, tổ chức và chỉ đạo thi công. Đó là một hoạt động sáng tạo và đòi hỏi tài nghệ sư phạm, lòng kiên trì, sự khoan dung và độ lượng cao. Bởi vì GV phải chỉ đạo lớp trẻ non nớt không phải tái tạo cái đã quen biết mà là đi xây dựng cái mới cho họ, còn đối với GV thì đó lại là điều quá cũ[l 1]. Như vậy, đặc trưng cơ bản của dạy học phát hiện và GQVĐ là “tình huống gợi vấn đề” vì “tư duy chỉ bắt đầu khi xuất hiện tình huống có vấn đề”. (Rubinstein). Trong dạy học GQVĐ, GV giữ vai trò là người định hướng, tổ chức quá trình nhận thức, gợi động cơ học tập và nhu cầu tìm hiểu tri thức mới cho HS. HS tự lực xây dựng kiến thức mới cho bản thân dưới sự giúp đỡ, định hướng của GV. Hoạt động của HS diễn ra phỏng theo tiến trình nghiên cứu khoa học. 1.1.3.2. Vấn đề và tình huống có vấn đề a) Vấn đề “Vấn đề là bài toán mà cách thức hình thành hay kết quả của nó chưa được học sinh biết trước, nhưng học sinh đã nắm được những kiến thức và kỹ năng xuất phát, để từ đó thực hiện sự tìm tòi kết quả đó hay cách thức hình thành bài làm. Nói cách khác, đó là câu hỏi mà HS chưa biết câu trả lời, nhưng có thể bắt tay vào tìm kiếm lời giải đáp”[27,tr.89]. "Vấn đề trong nghiên cứu vật lý là một câu hỏi, một bài toán chưa có lời giải, xuất phát từ thực tiễn khoa học, kỹ thuật, đời sống. Đó là những hiện tượng mới, quá trình mới không thể lý giải được bằng các lý thuyết đã có hoặc một câu hỏi tìm giải pháp cho một mục đích thiết thực nào đó, hoặc lý thuyết chưa trọn vẹn..."[23, tr.9]. Trong vấn đề chứa đựng cả yếu tố khách quan và yếu tố chủ quan: -Yếu tố khách quan: dẫn liệu xuất phát cho phép GQVĐ, tìm ra lời giải. -Yếu tố chủ quan: HS phải sẵn sàng tiếp nhận vấn đề để giải quyết. Như vậy: "vấn đề" bao giờ cũng chứa mâu thuẫn về nhận thức. Lúc đầu mâu 2 thuẫn đó còn mang tính khách quan, sau khi HS tiếp thu và ý thức được mâu thuẫn đó thì nó biến thành mâu thuẫn chủ quan và tồn tại trong ý nghĩ của HS dưới dạng bài toán hay vấn đề bài tập. b) Tình huống cỏ vẩn đề “Tình huống có vấn đề” là tình huống mà HS tham gia gặp một khó khăn, HS ý thức được vấn đề, mong muốn GQVĐ đó và cảm thấy với khả năng của mình thì hi vọng có thể giải quyết được, do đó bắt tay vào việc GQVĐ [22]. Nhà giáo dục Xô viết Rubinstein đã khẳng định: “Tư duy bắt đầu từ tình huống có vấn đề” Tổ chức tình huống có vấn đề thực chất là tạo ra hoàn cảnh để HS tự ý thức được vấn đề cần giải quyết, có nhu cầu và hứng thú GQVĐ, biết được mình cần phải làm gì và sơ bộ xác định được làm như thế nào. Dấu hiệu của tình huống có vấn đề như sau: - Nó bao gồm cái gì chưa biết, đòi hỏi phải có sự tìmtòi sáng tạo, có sự tham gia hoạt động tư duy và sự nhanh trí đáng kể. - Nó phải chứa đựng điều gì đó đã biết, phải cho trước nhữngdự kiện nào đó để làm điểm xuất phát cho sự suy nghĩ, sự tìm tòi sáng tạo. - Tình huống có vấn đề phải vừa sức đối với HS. Nếu quá đơn giản, chứa đựng những lời giải tường minh từ kho tri thức cũ của HS thì không gây được sự kích thích mà tạo ra sự thờ ơ, coi thường. Ngược lại thì gây sự bất lực và cũng tạo ra sự thờ ơ do bi quan. - Đồng thời với tính vừa sức là tính mới lạ, tính không bình thường của bài toán nhận thức nhằm kích thích sự hứng thú và lòng khao khát nhận thức của HS. c) Các kiểu tình huống có vấn đề - Tình huống phát triển: là tình huống HS gặp phải vấn đề, mới chỉ giải quyết một phần trong phạm vi hẹp, cần phải tiếp tục bổ sung, hoàn thiện, phát triển, mở rộng sang phạm vi mới. Quá trình này sẽ đem lại những kết quả mới. 2 - Tình huống lựa chọn: là tình huống HS gặp một vấn đề mang một số dấu hiệu quen thuộc, có liên quan đến vốn hiểu biết đã có, nhưng chưa biết dùng kiến thức hay phương pháp nào để giải quyết. HS cần phải lựa chọn, thậm chí phải làm thử mới biết có thể thu được kết quả như mong đợi hay không? - Tình huống bế tắc: là tình huống HS gặp hiện tượng quen thuộc, nhưng không biết dựa vào kiến thức nào để giải quyết nguyên nhân của hiện tượng ấy. - Tình huống bất ngờ: là tình huống mà HS gặp hiện tượng xảy ra trái với suy nghĩ thông thường. - Tình huống lạ: là tình huống HS gặp hiện tượng lạ, chưa thấy bao giờ, vì thế nó kích thích trí tò mò của HS. Việc tách bạch các kiểu tạo tình huống có vấn đề như trên chỉ có tính tương đối. Ta có thể có thêm những kiểu khác nữa, một sự kiện cụ thể trong nghiên cứu lại đồng thời có sự tham gia của một vài tình huống có vấn đề thuộc các loại khác nhau. 1.1.3.3. Cấu trúc và mức độ của dạy học giải quyết vấn đề a) Các giai đoạn của tiến trình dạy học theo kiểu dạy học GQVĐ Phỏng theo tiến trình xây dựng kiến thức trong nghiên cứu khoa học, tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học GQVĐ gồm 5 giai đoạn, được thể hiện qua sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức hình 1.1 [7], [19], [22]. 2 Hình 1.1. Sơ đồ khải quát tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học GQVĐ - Giai đoạn 1: Làm nảy sinh vẩn đề cần giải quyết GV giao cho HS một nhiệm vụ có tiềm ẩn vấn đề. Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết, nảy sinh nhu cầu về cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn nhưng hi vọng có thể tìm tòi, xây dựng được. Biện pháp tạo tình huống cỏ vẩn đề + Tồn tại một vấn đề: Tình huống chứa đựng mâu thuẫn nhận thức, đó là mâu thuẫn giữa trình độ kiến thức, kỹ năng đã có với yêu cầu lĩnh hội kiến thức, kỹ năng mới. + Gợi nhu cầu nhận thức: Trong tình huống có vấn đề, HS cảm thấy cần thiết có nhu cầu GQVĐ. + Gây niềm tin có thể nhận thức được: cần làm cho HS thấy rõ tuy họ chưa có ngay lời giải đáp nhưng đã có một số kiến thức, kỹ năng liên quan đến vấn đề đặt ra và nếu họ tích cực suy nghĩ thì có nhiều hy vọng giải quyết được vấn đề đó [18]. - Giai đoạn 2: Phát biểu vẩn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời) Dưới sự hướng dẫn của GV, HS phát biểu vấn đề cần giải quyết (nêu câu hỏi cần trả lời, mà câu trả lời cho câu hỏi nêu ra chính là nội dung kiến thức mới cần xây dựng). - Giai đoạn 3: Giải quyết vẩn đề + Suy đoán giải pháp GQVĐ Với định hướng của GV, HS trao đổi, thảo luận suy đoán giải pháp GQVĐ: 2 lựa chọn hoặc đề xuất mô hình (kiến thức đã biết, giả thuyết) có thể vận dụng được để đi tới cái cần tìm. + Thực hiện giải pháp đã suy đoán: Khảo sát lý thuyết hoặc khảo sát ThN HS vận hành mô hình (kiến thức đã biết, giả thuyết), rút ra kết luận logic về cái cần tìm; thiết kế phương án TN, tiến hành TN, thu lượm và xử lí kết quả TN, rút ra kết luận về cái cần tìm. - Giai đoạn 4: Rút ra kết luận Dưới sự hướng dẫn của GV, HS xem xét sự phù hợp giữa kết luận có được nhờ suy luận lý thuyết (mô hình hệ quả logic) với kết luận có được từ các dữ liệu ThN (mô hình xác nhận). + Khi có sự phù hợp giữa hai kết luận này thì quy nạp chấp nhận kết quả tìm được. Kết luận đã tìm được trở thành kiến thức mới. + Khi không có sự phù hợp giữa hai kết luận này thì: * Xem quá trình thực thi TN đã đảm bảo các điều kiện của TN chưa. * Nếu quá trình thực thi TN đã đảm bảo các điều kiện của TN thì xem lại quá trình vận hành mô hình xuất phát. Nếu quá trình vận hành không mắc phải sai lầm thì sẽ dẫn tới phải bổ sung, sửa đổi mô hình xuất phát, thậm chí phải xây dựng mô hình mới. Mô hình mới thường khái quát hơn mô hình trước, xem mô hình trước như là trường hợp riêng, trường hợp giới hạn của nó. Điều này cũng có nghĩa là chỉ ra phạm vi áp dụng của mô hình xuất phát lúc đầu. GV chính xác hóa, bổ sung, thể chế hóa kiến thức mới. e)Giai đoạn 5: Vận dụng kiến thức mới để giải quyết các nhiệm vụ tiếp theo Trên cơ sở vận dụng kiến thức mới đã thu được để giải thích, tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp giữa lý thuyết và ThN, lại đi tới phạm vi áp dựng của kiến thức đã xây dựng được và dẫn tới xây dựng những mô hình mới (các kiến thức mới). Tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học GQVĐ diễn ra theo một trong hai con đường: con đường lý thuyết và con đường thực nghiệm. Từ sơ đồ xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học GQVĐ, ta thấy: 2 - Tính tích cực nhận thức và NLST của HS được phát triển ở giai đoạn 1 nếu HS tự phát hiện được vấn đề cần giải quyết. Ở giai đoạn 3, NLST của HS được phát triển một cách tối đa thông qua các hoạt động: suy đoán giải pháp GQVĐ, thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu được nhờ suy luận lý thuyết hoặc hệ quả của nó. - Đe suy đoán giải pháp GQVĐ và thực hiện giải pháp đã suy đoán để tìm ra được kết quả, HS phải lựa chọn được trong vốn kiến thức của mình những kiến thức cần vận dựng, xác định cách thức vận dụng các kiến thức này để tìm ra được câu trả lời. Qua đó, không những tính tích cực nhận thức mà cả NLST của HS được phát triển. - Kiến thức được tìm ra từ những kiến thức đã biết nhìn chung là chính xác. Tuy nhiên, kiểm nghiệm kiến thức nhờ TN không những giúp HS tin tưởng vào tính chân thực của kiến thức, mà còn phát triển tính tích cực nhận thức và NLST của HS thông qua hàng loạt các hoạt động như: suy luận logic từ kết quả ra hệ quả kiểm nghiệm được nhờ TN, thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu được từ suy luận lý thuyết hoặc hệ quả của nó (cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, tiến hành TN như thế nào, thu thập những dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử lí các dữ liệu này như thế nào). b) Các mức độ của dạy học giải quyết vẩn đề Trong dạy học GQVĐ theo nghĩa đầy đủ, HS phải là người tìm tòi GQVĐ, thực hiện tất cả các giai đoạn trong chu trinh nhận thức sáng tạo. Tuy nhiên, khi triển khai áp dụng dạy học nội dung Vật lí, tùy thuộc vào nội dung bài học, trang thiết bị dạy học, thời gian dạy học mà HS có thể tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp vào các hành động GQVĐ. Căn cứ vào sự tham gia trực tiếp hoặc gián tiếp của HS vào các hành động GQVĐ theo chu trình sáng tạo vật lí, có thể chia dạy học GQVĐ thành ba mức độ: - Mức độ 1: Trình bày nêu vấn đề - Mức độ 2: Tìm tòi, nghiên cứu một phần (tìm tòi, nghiên cứu từng phần) - Mức độ 3: Tìm tòi nghiên cứu sáng tạo (nghiên cứu, thiết kế, sáng tạo) Hoạt động của HS ở từng mức độ được thể hiện qua bảng sau: 2 Mức độ Học sinh chứng kiến Học sinh trực tiếp tham gia Mức độ 1: Trình Tất cả các giai đoạn của Tiêp nhận câu hỏi nhận thức, trạng thái tâm lí bày nêu vấn đề chu trình nhận thức sáng nhận thức: mong muốn, có niềm tin GQVĐ. tạo Vật lí. Mức độ 2: Nghiên Quá trình tìm tòi vấn đề, - Suy đoán giả thuyết cứu từng phần - Suy luận logic từ giả thuyết tiên đoán thí nghiệm kiểm tra hiện tượng mới - Xây dựng phương án TN, kiểm tra giả thuyếư hệ quả giả thuyết - Quan sát, ghi nhận kết quả - Xử lí số liệu thí nghiệm - Khái quát hóa rút ra kết luận - Ghi nhận tri thức mới - Vận dụng tri thức mới Mức độ 3: Nghiên Quá trình tìm tòi vấn đề Tất cả các giai đoạn của chu trình nhận thức cứu, thiết kế, sáng sáng tạo vật lí. tạo 1.1.3.4. Các kiểu hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề a)Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức đã biết, phương pháp đã biết Hướng dẫn tìm tòi quy về kiến thức, phương pháp đã biết có nghĩa là: thoạt mới tiếp xúc với vấn đề cần giải quyết, không thấy ngay mối quan hệ của nó với những cái đã biết, không thể áp dụng ngay một quy tắc, một định luật hay một cách làm đã biết mà cần phải tìm tòi bằng phương pháp phân tích, tổng hợp, so sánh để tìm ra dấu hiệu tương tự với cái đã biết. Có ba trường hợp phổ biến sau: - Hướng dẫn HS diễn đạt vấn đề cần giải quyết bằng ngôn ngữ vật lí. - Hướng dẫn HS phân tích một hiện tượng vật lí phức tạp bị chi phối bởi nhiều nguyên nhân thành những hiện tượng đơn giản, chỉ bị chi phối bởi một nguyên nhân, một định luật đã biết. 2 - Hướng dẫn HS phân chia quá trình diễn biến của hiện tượng thành nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn đó tuân theo một quy tắc xác định đã biết. b)Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần Kiểu hướng dẫn này thường được sử dụng khi nghiên cứu tài liệu mới, HS được giao nhiệm vụ phát hiện những tính chất mới, những mối liên hệ có tính quy luật mà trước đây HS chưa biết hoặc chưa biết đầy đủ. GV có thể tạo điều kiện thuận lợi cho HS tập dượt những bước nhảy đó, bằng cách phân chia một bước nhảy vọt lớn trong khoa học thành những bước nhỏ nằm trong vùng phát triển gần của HS. Sau khi được rèn luyện nhiều lần, HS sẽ tích lũy được kinh nghiệm, có sự nhạy cảm phát hiện, đề xuất được giải pháp mới để vượt qua khó khăn. c) Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát Ở kiểu hướng dẫn này, GV chỉ hướng dẫn HS xây dựng phương pháp chung GQVĐ, còn việc vạch kế hoạch chi tiết và thực hiện kế hoạch đó HS tự làm. Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi ở HS không những tính tự lực cao mà còn phải có vốn kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo vững vàng và có một số kinh nghiệm hoạt động sáng tạo. Nói cách khác, kiểu hướng dẫn này áp dụng cho đối tượng HS khá và giỏi [20]. 1.2. Thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông TN Vật lí là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể nhận được tri thức mới. 1.2.1. Phân loai thí nghiêm đươc sử dung trong day hoc Vât lí ở trường %J • O • • • O 9 • • • o phổ thông hiện nay a) THÍ NGHIỆM BIỂU DIỄN : Là TN được GV tiến hành ở trên lớp, trong các giờ học nghiên cứu kiến thức mới và có thể ở các giờ học củng cố kiến thức của HS.TN biểu diễn gồm những loại sau: -TN mở đầu làTN nhằm giới thiệu cho HS biết qua về hiện tượng sắp nghiên cứu, để tạo tình huống có vấn đề, tạo nhu cầu hứng thú học tập của HS, lôi cuốn HS vào các hoạt động nhận thức. 3 -TN nghiên cứu hiện tượng là TN nhằm xây dựng nên hoặc kiểm chứng lại kiến thức mới, được sử dụng trong các giai đoạn nghiên cứu kiến thức mới. TN nghiên cứu hiện tượng bao gồm: +TN nghiên cứu khảo sát +TN nghiên cứu minh họa. -TN củng cố là TN nêu lên những biểu hiện của kiến thức đã học trong tự nhiên, đề cập các ứng dụng của kiến thức này trong sản xuất và đời sống, đòi hỏi HS phải vận dụng kiến thức đã học để dự đoán hoặc giải thích hiện tượng hay cơ chế hoạt động của các thiết bị, dụng cụ kĩ thuật. b) THỈ NGHIỆM THỰC TẬP : Là TN do HS tự tiến hành trên lớp (trong phòng TN), ngoài lớp, ngoài nhà trường hoặc ở nhà với các mức độ tự lực khác nhau. Có thể chia TN thực tập thành 3 loại: - Thí nghiệm trực diện - Thí nghiệm thực hành - Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà [20]. 1.2.2. Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học Vật lí 1.2.2.1. Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lí luận nhận thức Theo quan điểm của lí luận nhận thức, trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, TN có các chức năng a) TN là phương tiện của việc thu nhận tri thức (nguồn trực tiếp của tri thức) Trong dạy học vật lí, nhất là ở các lớp dưới và ở giai đoạn đầu của quá trình nhận thức một hiện tượng, quá trình vật lí nào đó, khi HS còn chưa có hoặc có hiểu biết ít ỏi về hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu thì TN được sử dụng để cung cấp cho HS những dữ liệu cảm tính về hiện tượng, quá trình vật lí này. Các dữ liệu này tạo điều kiện cho HS đưa ra những giả thuyết, là cơ sở cho những khái quát hóa về tính chất hay mối liên hệ phổ biến, có tính quy luật của các đại lượng vật lí trong hiện tượng, quá trình vật lí được nghiên cứu. b) TN LÀ PHƯƠNG TIỆN ĐỂ KIỂM TRA TÍNH ĐÚNG ĐẮN CỦA TRI 3 THỨC ĐÃ THU ĐƯỢC Một trong những chức năng của TN vật lí trong dạy học vật lí là dùng để kiểm tra tính đúng đắn của các tri thức mà HS đã thu được trước đó. Trong nhiều trường hợp, kết quả của TN phủ định tính đúng đắn của tri thức đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra nó bằng các TN khác. Nhờ vậy, thường ta sẽ thu được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức trước đó như là những trường hợp riêng, trường hợp giới hạn. c) TN LÀ PHƯƠNG TIỆN CỦA VIỆC VẬN DỤNG TRI THỨC ĐÃ THU ĐƯỢC VÀO THỰC TIỄN Chương trình vật lí ở trường PT đề cập tới một loạt các ứng dựng của vật lí trong đời sống và sản xuất. Việc tiến hành TN tạo cơ sở để HS hiểu được các ứng dụng của các kiến thức trong thực tiễn. TN không những cho HS thấy được sự vận dụng trong thực tiễn của các kiến thức vật lí mà còn là bằng chứng sự đúng đắn của các kiến thức này. d) TN là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí Việc bồi dưỡng cho HS các phương pháp nhận thức được dùng phổ biến trong nghiên cứu vật lí (phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình) là một trong những nội dung của việc hình thành những kiến thức cơ bản vật lí ở trường PT. TN đóng vai trò quan trọng ở cả hai phương pháp nhận thức vật lí này. - Vai trò của TN trong phương pháp thực nghiệm TN đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu (làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời) và giai đoạn cuối (xây dựng và thực hiện phương án TN để kiểm tra hệ quả đã rút ra) của phương pháp ThN. Ở giai đoạn đầu, đa số các thông tin về đối tượng cần nghiên cứu thường được thu nhận trong các TN. Đặc biệt ở giai đoạn cuối của phương pháp này, việc kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả rút ra phải thông qua việc xây dựng và thực hiện phương án TN để nghiên cứu một hiện tượng, một mối quan hệ đã được loại bỏ các yếu tố không quan tâm nên thường không có trong tự nhiên. - Vai trò của TN trong phương pháp mô hình 3 Ở giai đoạn đầu (giai đoạn thu thập các thông tin về đối tượng gốc)của phương pháp mô hình, các thông tin về đối tượng gốc được thu thập nhờ TN. Ở giai đoạn thứ ba cho mô hình vận động (thao tác trên mô hình), đối với mô hình vật chất, người ta phải tiến hành các thí nghiệm thực với nó. Ở giai đoạn bốn (kiểm tra hệ quả trên đối tượng gốc) thông qua TN trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu được từ mô hình với những kết quả thu được trực tiếp trên vật gốc, ta kiểm tra được tính đúng đắn của mô hình và rút ra được giới hạn áp dụng của mô hình [20]. I.2.2.2. Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lí luận dạy học Theo quan điểm của lí luận nhận thức, trong dạy học Vật lí ở trường PT, TN có các chức năng sau: a) TN có thể sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học - Ở giai đoạn định hướng mục đích nghiên cứu, có thể sử dụng TN để đề xuất vấn đề cần nghiên cứu. Đặc biệt có hiệu quả là việc sử dụng TN để tạo tình huống có vấn đề. Các TN được sử dụng để tạo tình huống có vấn đề thường là các TN đơn giản, tốn ít thời gian chuẩn bị và tiến hành. -TN có vai trò quan trọng, không gì thay thế được trong giai đoạn hình thành kiến thức mới. Nó cung cấp một cách hệ thống các cứ liệu ThN, để từ đó khái quát hóa quy nạp, kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả logic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới. -TN có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hóa và vận dụng) kiến thức, kĩ năng của HS. Việc sử dụng các TN ở giai đoạn củng cố không phải là sự lặp lại nguyên xi các TN đã làm nhằm nhắc lại những kiến thức cũ mà phải có những yếu tố mới nhằm đào sâu, mở rộng các kiến thức đã biết của HS, giúp HS thấy được các biểu hiện trong tự nhiên, các ứng dụng trong sản xuất và đời sống của các kiến thức này. -TN là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kĩ năng của HS. Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của HS trong quá trình TN, HS sẽ chứng tỏ không những kiến thức về sự kiện mà cả kiến thức về phương pháp, không những kiến thức 3 mà cả kĩ năng của mình [20, ừ. 182]. b) TN LÀ PHƯƠNG TIỆN GÓP PHẦN PHÁT TRIỂN NHÂN CÁCH TOÀN DIỆN CỦA HỌC SINH -TN là phương tiện để nâng cao chất lượng về kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo về Vật lí của HS Vì TN xuất hiện trong các quá trình nghiên cứu các hiện tượng, quá trình Vật lí xây dựng các định luật, các thuyết Vật lí... nên nó là phương tiện góp phần nâng cao chất lượng kiến thức của HS theo các dấu hiệu: tính chính xác, tính khái quát, tính hệ thống, tính bền vững, và tính vận dụng của kiến thức. Mặt khác, trong các TN do tự mình tiến hành, HS được rèn luyên các kĩ năng, kĩ xảo thí nghiệm, như: sử dụng, bố trí các dụng cụ TN, xử lí các kết quả TN,... Đồng thời thông qua tiến hành TN có thể tăng dần mức độ yêu cầu về mặt kĩ năng, kĩ xảo đối với HS. -TN là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lí, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của HS Quá trình làm việc tự lực với TN của HS sẽ khêu gợi sự hứng thú nhận thức, lòng ham muốn nghiên cứu, tạo niềm vui của sự thành công khi giải quyết được nhiệm vụ đặt ra và góp phần phát triển động lực quá trình học tập, rèn luyện NLST cho HS. Trong chu trình sáng tạo Vật lí, sự sáng tạo thể hiện nhiều nhất ở hai khâu: đưa ra dự đoán (xây dựng giả thuyết) và đề xuất phương án TN kiểm tra. Để có thể đề ra được một phương án TN kiểm tra, HS không những phải huy động những kiến thức Vật lí đã có mà còn những kinh nghiệm trong đời sống hàng ngày hay từ những môn học khác nữa. Tính từ những giai đoạn này, thông qua yêu cầu của thí nghiệm mà rèn luyện khả năng sáng tạo của HS. -TN là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng phẩm chất đạo đức của HS Các TN do các nhóm HS tiến hành, muốn đạt hiệu quả cao cần phải có sự phân công, phối hợp của mỗi cá nhân trong tập thể. Chính trong quá trình làm TN, cùng nhau cố gắng giải quyết những nhiệm vụ đặt ra đồng thời diễn ra một quá trình bồi dưỡng phẩm chất đạo đức, xây dựng các chuẩn mực hành động tập thể ở mỗi HS [20,tr.l93]. 1.2.3. Vai trò, cách thức sử dụng thí nghiệm để phát huy tính tích cực, 3 phát triển năng lực sáng tạo của học sinh Việc phát triển năng lực tư duy sáng tạo, năng lực GQVĐ của HS đòi hỏi phải tổ chức cho HS giải quyết các vấn đề học tập theo chính các phương pháp nhận thức vật lí, trong đó có quá trình GQVĐ bằng các TN vật lí. Các TN này đặc biệt giúp phát triển trực giác khoa học, tư duy logic chặt chẽ, năng lực phân tích sâu sắc thực tế và dự đoán diễn biến của hiện tượng. Các TN chỉ có hiệu quả cao khi lôi cuốn được sự tham gia tích cực và có ý thức của HS. Theo quan điểm của lí luận nhận thức, trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, TN có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học nói chung và dạy học GQVĐ nói riêng. Nhưng để phát huy tốt nhất tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của HS thì TN thường được sử dụng ở giai đoạn giải quyết vấn đề (giai đoạn 3). a)HS tự đàm thoại, thảo luận nhóm để nêu rõ mục đích TN. b)HS tự chuẩn bị thí nghiệm: - Vạch kế hoạch tiến hành TN; - Lựa chọn dụng cụ, thiết bị và nêu cách bố trí thí nghiệm; - Bố trí thí nghiệm sao cho phù hợp, rõ ràng. c)Tiến hành thí nghiệm: - Tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch đã vạch ra. HS quan sát thí nghiệm và ghi lại đầy đủ kết quả. - Thảo luận phân tích kết quả thí nghiệm và rút ra kết luận. 1.3. Thí nghiệm kết nối với máy vi tính trong dạy học Vật lí ở trường phỗ thông Ngày nay, MVT đã có mặt ở hầu hết các lĩnh vực của đời sống: sản xuất, kinh doanh, nghiên cứu khoa học, vui chơi giải trí,... Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học nhằm phát huy tính tích cực, phát triển NLST của HS cũng đang được các GV sử dụng ngày càng rộng rãi. 1.3.1. Các chức năng Ctf bản của máy vi tính và sử dụng máy vi tính 3 trong dạy học 1.3.1.1. Các chức năng Ctf bản của máy vi tính Sở dĩ ngày nay MVT được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống xã hội vì rằng MVT có rất nhiều chức năng ưu việt như sau: -MVT là thiết bị có thể tạo nên, lưu trữ và hiển thị lại trên màn hình một khối lượng thông tin vô cùng lớn dưới dạng văn bản, hình ảnh và âm thanh. Mặt khác, việc truy cập và trao đổi các thông tin này rất dễ dàng, nhanh chóng, chính xác, tiện lợi và rẻ tiền. - MVT có khả năng tính toán, xử lí cực nhanh một khối lượng vô cùng lớn các phép tính với độ chính xác cao mà các máy tính hiện tại không bao giờ thực hiện được. Chức năng ưu việt này của MVT đã giúp cho con người thực hiện những khối lượng công việc tính toán vô cùng lớn trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ. - MVT có thể biến đổi cực kì nhanh chóng, chính xác các dữ liệu đã thu thập được, cho ra các kết quả được hiển thị dưới dạng chuẩn như: bảng biểu, đồ thị, biểu đồ,... tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu. - MVT còn có ưu việt nữa là có thể ghép nối với các thiết bị nghiên cứu khác để tạo thành một hệ thiết bị mới có chất lượng cao hơn hẳn thiết bị cũ. - Nhờ phần mềm, thông qua MVT có thể điều khiển hoàn toàn tự động các quy trình theo chương trình đặt sẵn [20, tr.240]. 1.3.1.2. Sử dụng máy vi tính trong dạy học Trong lĩnh vực giáo dục, người ta cũng đã và đang nghiên cứu sử dụng MVT trong dạy học. -MVT được sử dụng để hỗ trợ GV trong việc minh họa các hiện tượng, quá trình tự nhiên cần nghiên cứu. Tất cả các văn bản, hình ảnh hay âm thanh cần minh học cho bài học đều có thể được chọn lọc, sắp xếp trong MVT và được trình bày nhanh chóng với chất lượng cao theo một trình tự tùy ý trong giờ học (không mất thời gian ghi chép, vẽ lại,..). - Nhiều chương trình (phần mềm) được xây dựng nhằm hỗ trợ cho việc tự học, tự ôn tập của HS, trong đó các yếu tố kích thích hứng thú, phát huy tính tích cực, tự lực cũng như phát triển trí tuệ HS được hết sức chú trọng. Việc kiểm tra, đánh giá 3 với sự hỗ trợ của MVT cũng đang được thử nghiệm trong lĩnh vực dạy học, đảm bảo được tính khách quan, chính xác cao của công việc kiểm tra, đánh giá. - MVT còn được sử dụng trong việc mô phỏng, mô hình hóa các hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu. Nhờ các phần mềm vẽ đồ họa, hay phần mềm thiết kế, ta có thể mô phỏng các hiện tượng, quá trình nghiên cứu thông qua các dấu hiệu , mối quan hệ có tính bản chất của đối tượng đó để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nhận thức của HS. - Nhờ các phần mềm được cài đặt sẵn trong máy, giúp GV và HS thực hiện nhanh chóng và tương đối mĩ mãn các tính toán lý thuyết. Thêm vào đó, MVT có khả năng hiển thị các kết quả tính toán, xử lí số liệu dưới nhiều dạng trực quan khác nhau, tạo điều kiện cho HS dễ phát hiện ra các mối quan hệ chứa đựng trong đó. - Sử dụng MVT để hỗ trợ việc xây dựng các mô hình toán học (đồ thị, biểu thức, phương trình) của các hiện tượng, quá trình vật lí. - Sử dụng MVT hỗ trợ các TN vật lí [20, tr.241]. 1.3.2. Thí nghiệm kết nối với máy vi tính trong dạy học vật lí Trong các ứng dụng của MVT vào dạy học vật lí thì việc sử dụng MVT hỗ trợ các TN vật lí là một trong những ứng dụng đặc trưng nhất. TN kết nối với MVT là TBTN thật mà việc thu thập các số đo được tự động hóa nhờ MVT và phần mềm. Sau đó, dựa trên các số liệu đo này, MVT và phần mềm hỗ trợ việc trình bày chúng dưới dạng biểu bảng, đồ thị cũng như tính toán các đại lượng vật lí (liên quan đến đối tượng nghiên cứu), vẽ và điều chỉnh các hàm chuẩn sao cho đồ thị các hàm chuẩn này trùng khít với đồ thị ThN (để hỗ trợ kiểm tra tính đúng đắn của các giả thuyết khoa học đã đưa ra). Bản chất mục đích hỗ trợ của các TN kết nối với MVT là hỗ trợ các TN vật lí trong việc: thu thập số liệu đo, tính toán các đại lượng vật lí, vẽ đồ thị ThN về mối liên hệ của các đại lượng vật lí đã tính được cũng như vẽ và điều chỉnh các hàm chuẩn sao cho đồ thị của nó trùng khít với đồ thị ThN [15]. 1.З.2.1. Nguyên lí hoạt động và chức năng của thiết bị thí nghiệm kết nối với máy vi tính Đe hỗ trợ được các TN vật lí thì MVT cần được ghép nối với các TBTN. 3 Dưới đây là sơ đồ hệ thống TBTN kết nối với MVT về mặt nguyên lí [16, tr.275]. Theo sơ đồ này, việc thu thập các số liệu đo về đối tượng nghiên cứu được đảm nhiệm bởi bộ phận có tên là “bộ cảm biến”. Nguyên tắc làm việc của bộ cảm biến như sau: trong bộ cảm biến, các tương tác của đối tượng đo lên bộ cảm biến dưới các dạng khác nhau như cơ, nhiệt, điện, quang, từ,... đều được chuyển thành tín hiệu điện. Mỗi một bộ cảm biến nói chung chỉ có một chức năng hoặc chuyển tín hiệu cơ sang tín hiệu điện hoặc chuyển tín hiệu quang sang tín hiệu điện. Vì vậy, ứng với từng phép đo khác nhau mà người ta phải dùng các bộ cảm biến khác nhau. Sau khi tín hiệu điện được hình thành tại bộ cảm biến, nó sẽ được chuyển qua dây dẫn đến bộ phận tiếp theo trong hệ thống có tên là “thiết bị ghép tương thích”. Tại thiết bị ghép tương thích này, các tín hiệu điện sẽ được số hóa một cách hợp lí để đưa vào MVT (bởi vì MVT chỉ làm việc với các tín hiệu đã được số hóa). Như vậy, các tín hiệu đã được số hóa này được coi là cơ sở dữ liệu và có thể lưu trữ lâu dài trong MVT. Đe số hóa các tín hiệu điện từ bộ cảm biến chuyển tới, với một bộ ghép tương thích (Interface) ta có thể số hóa các tín hiệu điện của nhiều loại bộ cảm biến khác nhau như: chuyển động, gia tốc, lực, áp suất, nhiệt độ, âm, ánh sáng,... Các bộ ghép tương thích này có thể được lắp đặt vào bên trong MVT, hoặc kết nối bên ngoài MVT. Đe các bộ ghép tương thích này có thể hoạt động sau khi đã lắp vào trong MVT hay sau khi đã nối với MVT, cần phải có một phần mềm cài đặt. Phần mềm này được cung cấp kèm theo bộ ghép tương thích khi ta mua. Sau khi các tín hiệu đã được số hóa, có thể sử dụng MVT (đã cài đặt phần mềm thích hợp) để tính toán, xử lí các tín hiệu số này theo mục đích của người nghiên cứu. Ví dụ như ta có thể lập bảng số liệu về mối quan hệ giữa các đại lượng mà bộ cảm biến đã thu thập được hay vẽ đồ thị về mối quan hệ này, hoặc xử lí tùy theo ý muốn nếu phần mềm cho phép. Thường thì các chuyên gia khi viết phần mềm đã lường hết tất cả các thuật toán mà người nghiên cứu có thể dùng đến để đưa nó vào 3 nôi dung của phần mềm cài đặt trong MVT. Như vậy, sau khi MVT đã tính toán, xử lí xong, tất cả các kết quả đều có thể được hiển thị dưới dạng số, bảng biểu, đồ thị trên màn hình MVT hoặc in ra giấy qua máy in hoặc được lưu trữ lại trong MVT,... Dựa trên bảng số liệu và đồ thị ThN, người ta có thể tiếp tục phân tích sự biến đổi của các đại lượng vật lí này theo đại lượng vật lí khác và đưa ra dự đoán (giả thuyết) về mối quan hệ có tính quy luật giữa chúng. Các phần mềm hỗ trợ thu thập, phân tích và xử lí số liệu dùng trong các TN kết nối với MVT thường được viết bằng các ngôn ngữ Visual Basic, Visual C++, Delphi, hay LabVIEW,... Như vậy, với TBTN ghép nối với MVT, ta có thể tự động thu thập số liệu ThN, lập bảng số liệu, vẽ đồ thị ThN. Sau khi ta nghiên cứu, phân tích số liệu và đồ thị ThN để dự đoán mối quan hệ có tính quy luật giữa các đại lượng vật lí trong hiện tượng , quá trình vật lí nghiên cứu, ta có thể nhờ MVT kiểm tra dự đoán đó là đúng hay sai bằng cách vẽ và điều chỉnh hàm số chuẩn sao cho đồ thị của nó trùng khít (trong phạm vi sai số cho phép) với đồ thị ThN [15, tr.45]. I.3.2.2. So sánh thí nghiệm được tiến hành với các thiết bị truyền thống và thí nghiệm được tiến hành với các thiết bị kết nối với máy vi tính Việc sử dụng các TN vật lí với các thiết bị truyền thống (không kết nối với MVT) và việc sử dụng các TN vật lí kết nối với MVT có chung tiến trình như sau: - Tiến hành TN để có thể quan sát được ( bằng mắt hay bằng các phương tiện hỗ trợ) hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu; - Thu thập số liệu đo; - Xử lí số liệu đo (thông qua tính toán, đối chiếu, so sánh,...) và trình bày kết quả xử lí. - Từ các kết quả xử lí đó, tìm ra (trong thí nghiệm khảo sát) hay chứng tỏ (trong TN minh họa) sự tồn tại các mối quan hệ có tính quy luật trong hiện tượng, quá trình đang nghiên cứu. 3 Cùng có một tiến trình như nhau, song trong TN được hỗ trợ bằng MVT có nhiều công việc được hoàn toàn tự động theo một chương trình đã định sẵn mà không cần sự can thiệp của con người. Thí dụ như ở khâu tiến hành TN, để hiện tượng TN xảy ra chuẩn, đúng theo ý muốn của người nghiên cứu, có phần mềm và thiết bị hỗ trợ thực hiện điều đó. Phần mềm và các thiết bị này thường được sử dụng trong các TN cần tạo ra các hiện tượng quá trình phức tạp. Khâu thu thập số liệu đo là khâu hết sức quan trọng trong ThN. Thường thì, ở các TN không kết nối với MVT, trong quá trình quan sát ta đã phải đo, đếm hay đánh dấu sẵn rồi. Trong mỗi lần TN thường phải đo từ 2 đại lượng trở lên và lại phải đo nhiều giá trị khác nhau. Rồi cùng một TN lại phải tiến hành nhiều lần, đo nhiều lần. Nói chung, thời gian và công sức thu thập số liệu là rất đáng kể và ở nhiều TN công việc này là khó khăn đối với cả GV và HS. Song ở các TN được hỗ trợ của MVT, các số liệu đã được tự động thu thập nhờ bộ cảm biến rồi truyền đến bộ ghép tương thích đưa vào MVT. Do được tự động hóa hoàn toàn nên việc thu thập số liệu đo này ở các TN kết nối với MVT xảy ra cực kì nhanh, trong vài chục giây, ta có thể có ngay các số liệu đó trên màn hình MVT. Trên các số liệu đó, cũng nhờ MVT và phần mềm, ta có thể phân tích, xử lí số liệu (theo các chương trình do phần mềm định sẵn). Ý định phân tích, xử lí số liệu như thế nào hoàn toàn do người nghiên cứu (GV hay HS) đặt ra. Còn các phép tính toán cụ thể như: cộng, trừ, nhân, chia, bình phương, khai căn,... lập các biểu bảng, vẽ các đồ thị về các mối quan hệ giữa các đại lượng đang nghiên cứu đều do MVT thực hiện. Các kết quả tính toán, các biểu bảng cũng như các đồ thị này cũng được hiển thị ngay trên màn hình MVT. Quá trình tính toán, lập biểu bảng hay vẽ đồ thị này MVT chỉ làm trong vài giây. Ket quả hiển thị trên màn hình là hoàn toàn chính xác và rất khoa học, đẹp đẽ. Còn trong TN không được hỗ trợ bằng MVT việc lập bảng biểu, tính toán hay vẽ đồ thị trong quá trình xử lí số liệu một cách “thủ công” thường chiếm rất nhiều thời gian và nhiều khi cũng rất khó khăn. Ngoài ra, với TBTN kết nối với MVT ta còn có thể dùng nó để hỗ trợ việc 4 kiểm tra dự đoán mối quan hệ có tính quy luật trong hiện tượng, quá trình đang nghiên cứu một cách hết sức nhanh chóng mà ở TN truyền thống không thể làm được như vậy [15, tr.52]. Việc hiển thị các kết quả trên màn hình rất rõ ràng, khoa học và tiện lợi với các màu sắc làm nổi bật những dấu hiệu cần quan tâm. Ta có thể cho hiển thị bất kì đồ thị nào trong các đồ thị lên màn hình, sau đó có thể phóng to, thu nhở lại được. Hơn nữa, cùng một lúc có thể hiển thị nhiều đồ thị bên cạnh nhau trên màn hình. Để tất cả HS trong lớp có thể quan sát được, ta có thể dùng các thiết bị chiếu tất cả những gì có trên màn hình MVT lên một màn màu trắng hay đưa hình ảnh ở MVT lên ti vi có màn ảnh rộng. Từ việc so sánh trên, ta thấy TN được hỗ trợ bằng MVT có một số ưu điểm sau: - Có tính trực quan cao hơn trong việc trình bày số liệu đo, hiển thị kết quả đo (ví dụ như các kết quả đo hiển thị trên màn hình bằng số có kèm theo đơn vị đo, bảng số liệu và đồ thị được đưa ra rõ ràng, với màu sắc thích hợp,...). - Tiết kiệm rất nhiều thời gian do thu thập và xử lí số liệu hoàn toàn tự động. - Cho phép thu thập nhiều bộ dữ liệu ThN trong thời gian rất ngắn (đó là một yêu cầu quan trọng trong nghiên cứu ThN). - Độ chính xác cao của các số liệu đo cũng như kết quả tính toán cuối cùng do sử dụng các thiết bị hiện đại và phương pháp tính hiện đại (ví dụ trong các phép đo thời gian, độ dài, độ chính xác từ 0,001s đến 10" 6s; 0,001m; còn tính vận tốc chính xác đến 0,001 m/s. - Tiết kiệm thời gian lắp đặt TN (vì nói chung các thiết bị vi tính và các thiết bị kết nối với chúng có rất ít chi tiết). - Để có thể sử dụng được các TN kết nối với MVT thì không đòi hỏi người sử dụng biết kiến thức đặc biệt về kĩ thuật vi tính, không cần biết về ngôn ngữ lập trinh. Mặc dù TN kết nối với MVT có nhiều ưu điểm, song hiện nay ở nước ta chủ yếu sử dụng trong các nhà trường đại học, chưa được sử dụng ở đa số các trường PT. Theo chúng tôi việc sử dụng nó chưa rộng rãi do có một số khó khăn sau: 4 - Người sử dụng cần có thời gian làm quen với MVT (chủ yếu là làm quen với việc mở một chương trình ứng dụng đã được cài đặt tong máy và làm quen với bàn phím). - Mặc dù hiện nay MVT không đắt tiền lắm (tất cả các trường PT đều có nhiều), song các thiết bị khác như các bộ cảm biến, các thiết bị ghép tương thích và TBTN tương ứng vẫn còn khá đắt. - Một điểm quan trọng là ở chỗ ở Việt Nam còn quá ít các nghiên cứu về lí luận cũng như thực tiễn về vấn đề này để đưa ra những đánh giá đúng mức và các kinh nghiệm cụ thể trong việc sử dụng TN có hỗ trợ của MVT kết hợp với các phương tiện dạy học khác khi dạy học từng phần, từng chương và từng bài cụ thể trong chương trình Vật lí PT. Để việc sử dụng các thiết bị vi tính ghép nối với các TN một mặt phát huy được tính ưu việt của MVT như kể trên, mặt khác đảm bảo rèn luyện các kĩ năng và phương pháp đo lường cơ bản đối với các đại lượng cơ bản của vật lí trong điều kiện hiện nay, một trong các vấn đề đặt ra đối với các nhà nghiên cứu cũng như GV là từng bước nghiên cứu về việc sử dụng phối hợp hai loại TN (có ghép nối và không ghép nối với các thiết bị vi tính) trong quá trình dạy học vật lí trong điều kiện của trường PT của Việt Nam hiện nay nhằm đạt được hiệu quả dạy học cao nhất. Vì các tính năng ưu việt của việc sử dụng thí nghiệm kết nối với máy vi tính, vì thực tế trên thế giới hiện nay, các thiết bị thí nghiệm nghiên cứu (không chỉ riêng trong vật lí mà còn trong tất cả các ngành khoa học) đều kết nối với thiết bị vi tính , cho nên trong nhà trường phổ thông cần từng bước tạo điều kiện cho học sinh - những người chủ tương lai của đất nước trong thời kì công nghiệp hóa và hiện đại hóa - làm quen dần với các thí nghiệm có kết nối với các thiết bị vi tính bên cạnh các thí nghiệm đo và cách xử lí số liệu truyền thống [15, tr.57]. 1.3.3. Sử dụng thí nghiệm kết nối với máy vi tính trong dạy học Vật lí 1.3.3.1. Sử dụng thí nghiệm kết nổi với máy vi tính trong dạy học Vật lí TN kết nối với MVT có thể sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học theo kiểu dạy học GQVĐ. Và để phát huy tối đa tính tích cực, phát triển NLST của HS thì nó thường được sử dụng trong giai đoạn 3 - giai đoạn GQVĐ. Ở giai đoạn này, GV điều khiển, dẫn dắt HS tự lực giải quyết mâu thuẫn nhận 4 thức một cách sáng tạo. Chính thông qua hoạt động trong các giai đoạn này mà tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS được phát triển [15, tr.74]. Trước hết, để có cơ sở đề xuất các dự đoán, giả thuyết khoa học thì HS cần thu thập được các thông tin liên quan đến đối tượng cần nghiên cứu. Tuy nhiên, đối với nhiều đối tượng thì hiện nay, việc thu thập các số liệu ThN nhờ các TBTN truyền thống hoặc rất khó, mất rất nhiều thời gian (với TN va chạm) hoặc không thể thực hiện được (với TN về chuyển động rơi có sức cản không khí). Sau đó, dựa vào các dữ liệu thu được trong TN, HS có thể đưa ra nhiều dự đoán, giả thuyết. Khi đó, việc kiểm tra xem dự đoán nào đúng, dự đoán nào sai sẽ không thể tiến hành trong khuôn khổ thời gian quy định nếu chỉ dựa vào các phương tiện dạy học truyền thống, phương tiện tính toán truyền thống. Sở dĩ như vậy vì để kiểm tra điều đó, đòi hỏi phải thực hiện quá trình nhiều phép tính, thời gian không cho phép [14, tr.65]. Như vậy, MVT có thể hỗ trợ các TN vật lí để tự động hóa quá trình thu thập, lưu trữ số liệu TN, phân loại, sắp xếp chúng và trình bày kết quả dưới dạng bảng số liệu hay đồ thị hết sức nhanh chóng và như ý muốn (nhờ phần mềm). MVT với khả năng tính toán cực nhanh có thể hỗ trợ việc kiểm tra những mô hình đưa ra là đúng hay sai (trên cơ sở tính toán trong các điều kiện cụ thể và so sánh kết quả với các số liệu ThN thu được dưới dạng đồ thị). Hỗ trợ này giúp HS tham gia tích cực, tự lực và sáng tạo vào giai đoạn GQVĐ trong quá trình nhận thức [15,tr.76]. 1.3.3.2.Sử dụng phần mềm LabVIEW trong thí nghiệm Vật lí kết nối với máy vi tính Trong dạy học Vật lí, phần mềm LabVIEW có thể hỗ trợ tất cả các loại TN vật lí, TN biểu diễn và TN thực hành, kể cả những TN và quan sát vật lí ở nhà. Phần mềm LabVIEW và MVT có thể hỗ trợ các TN Vật lí trong tất cả các phần: cơ, nhiệt, điện, quang. Thông thường, ta thường sử dụng sự hỗ trợ của phần mềm LabVIEW ở các TN về cơ, điện - các TN cần có độ chính xác cao, TN yêu cầu vẽ và trình bày kết quả TN trên nhiều đồ thị, biểu bảng,... LabVIEW (viết tắt của Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một phần mềm máy tính được phát triển bởi công ty National Instruments (NI) Hoa Kì. LabVIEW là môi trường ngôn ngữ đồ họa hiệu quả trong 4 việc giao tiếp đa kênh giữa con người, thuật toán và các thiết bị [8]. LabVIEW là một phần mềm được viết ra nhằm mục đích phát triển những ứng dụng rộng lớn trong đo lường và điều khiển giống như ngôn ngữ lập trình c hoặc Basic cũng như LabWindows, tuy nhiên LabVIEW khác so với các ngôn ngữ trên là các trình ứng dụng của nó đặt trong các VI (Virtual Intrument) nằm trong thư viện của LabVIEW, một số ứng dụng đặc biệt của LabVIEW là tạo các giao diện để người dùng quan sát một cách trực quan các hiện tượng vật lí trên thực tế. Khác với những ngôn ngữ lập trình hệ thống được viết trên nền văn bản để tạo ra các dòng lệnh hoặc mã lệnh. Trong khi đó LabVIEW lại sử dụng một ngôn ngữ lập trình đồ họa G để tạo ra những chương trình ứng dụng đặc biệt. LabVIEW có rất nhiều công dụng để tạo ra một trình ứng dụng theo ý của người sử dụng nó, trong LabVIEW chứa đựng nhiều khối đã tạo sẵn được đặt trong thư viện, đặc biệt nó còn bao gồm các thư viện của các hàm và các chương trình con cho một nhiệm vụ nào đó. LabVIEW còn có những hướng dẫn và những ví dụ. Các chương trình LabVIEW được gọi là các thiết bị ảo (VIs) bao gồm 3 phần chính: bảng giao diện (The Front Panel - FP), sơ đồ khối (The Block Diagram - BD) và biểu tượng và đầu nối (The icon/connect). - Bảng giao diện (FP): Ta xây dựng FP với các bộ điều khiển (controls) và các hiển thị (Indicators), chúng được sử dụng với các chức năng vào ra dữ liệu. - Sơ đồ khối (BD):Là một sơ đồ được xây dựng trên môi trường LabVIEW, nó có thể gồm nhiều đối tượng và các hàm khác nhau để tạo các câu lệnh để chương trình thực hiện. Cấu trúc của một BD gồm các thiết bị đầu cuối (Terminal), Nút (Node) và các dây nối (wire). - Biểu tượng và đầu nối (The icon/connect) + Icon (biểu tượng): là biểu tượng của VI, được sử dụng khi từ 1 VI muốn sử dụng chức năng của 1 VI khác. + Connector (bộ nối): là một phần tà của Terminal dùng để nối các đầu vào và đầu ra của các VI với nhau khi sử dụng . - Bảng điều khiển (Controls palette): Bảng điều khiển chỉ duy nhất xuất hiện trên FP. Bảng điều khiển chứa các bộ điều khiển và các bộ hiển thị. - Bảng chức năng (Functions Palette) 4 Bảng Funtions palette chỉ xuất hiện trên BD. Bảng này chứa các VIs và các hàm mà người sử dụng dùng để xây dựng nên các khối lưu đồ [5]. Kết luận chương 1 Trong chương 1, chúng tôi đã đề cập đến các vấn đề cơ bản về cơ sở lí luận của việc xây dựng và sử dụng TBTN kết nối với MVT trong dạy học Vật lí ở nhà trường PT. Qua đó, chúng tôi rút ra một số kết luận như sau: Ngày nay cùng với việc nâng cao chất lượng nắm vững các kiến thức khoa học của môn học, chúng ta còn phải thực hiện mục tiêu phát huy tính tích cực, hình thành và phát triển ở HSNLST thông qua việc dạy học các kiến thức khoa học cụ thể. Đây là một yêu cầu mới, rất khó khăn và phức tạp; là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của người thầy trong quá trình dạy học; là trung tâm chú ý của lí luận và thực tiễn dạy học. Việc sử dụng các TBTN kết nối với MVT là hết sức cần thiết trong quá trình dạy học các kiến thức Vật lí. Qua làm TN sẽ giúp HS phát triển tốt năng lực tư duy vật lí. Đó là công cụ để HS hiểu các quá trình hay hiện tượng vật lí sâu sắc hơn, giúp HS tìm ra các quy luật tồn tại trong các quá trình, hiện tượng Vật lí nhanh chóng và đơn giản hơn, đảm bảo tính khoa học, khách quan của kiến thức và HS tin vào kiến thức đã được truyền đạt. Dạy học GQVĐ là một hướng dạy học nhằm hiện thực hoá chiến lược dạy học tập trung vào người học; kích thích hứng thú, nhu cầu, niềm tin nhận thức, phát huy tính tích cực tư duy, đặc biệt là tư duy sáng tạo của HS và bồi dưỡng cho HS phương thức và năng lực GQVĐ - năng lực đặc biệt cần thiết của người lao động trong xã hội hiện đại. Từ cơ sở đó, trong chương 2, chúng tôi vận dựng lý thuyết trên để xây dựng TBTN kết nối với MVT và soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng TBTN đã chế tạo trong chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 THPT theo quan điểm dạy học GQVĐ. Chương 2 XÂY DựNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM KẾT NỐI VỚI MÁY VI TÍNHTRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY 4 CHIỀU” VẬT LÍ 12 2.1. Mục tiêu dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 2.1.1. Phân phối chương trình chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 Tiết 42: Dòng điện xoay chiều. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần Tiết 43 + 44: Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, cuộn cảm Tiết 45 + 46: Mạch có R, L, c mắc nối tiếp. Cộng hưởng điện Tiết 47: Bài tập về dòng điện xoay chiều Tiết 48: Công suất của dòng điện xoay chiều. Hệ số công suất Tiết 49: Bài tập về dòng điện xoay chiều Tiết 50: Máy phát điện xoay chiều Tiết 51: Động cơ không đồng bộ ba pha Tiết 52: Máy biến áp. Truyền tải điện năng Tiết 52: Bài tập về dòng điện xoay chiều Tiết 53 + 54: Thực hành: Khảo sát mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp Tiết 55: Bài tập Tiết 56: Kiểm tra học kì I 2.1.2. Stf đồ cấu trúc logic nội dung và mạch phát triển kiến thức chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 Chương “Dòng điện xoay chiều” đã đề cập đến 3 mảng kiến thức sau: - Đặc điểm của dòng điện xoay chiều - Sản xuất điện năng - Truyền tải và sử dụng điện năng Sơ đồ cấu trúc logic nội dung và mạch phát triển kiến thức như sau: 4 Hình 2.1. Sơ đồ cẩu trúc logic nội dung kiến thức chương “Dòng điện xoay chiều ” Vật lí 12 2.1.3. Mục tiêu dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 a)về kiến thức - Viết được biểu thức của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều tức thời. - Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức tính giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và của điện áp xoay chiều. - Viết được công thức tính cảm kháng, dung kháng và tổng trở của đoạn mạch 4 có R, L, c mắc nối tiếp và nêu được đơn vị đo của các đại lượng này. - Viết được hệ thức của định luật Ôm đối với các đoạn mạch xoay chiều thuần điện trở, thuần cảm kháng, thuần dung kháng và đối với đoạn mạch có RLC mắc nối tiếp. - Nêu được độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp tức thời đối với các đoạn mạch xoay chiều thuần điện trở, thuần cảm kháng, thuần dung kháng và chứng minh được các độ lệch pha này. - Viết được công thức tính độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp tức thời đối với đoạn mạch RLC mắc nối tiếp và nêu được trường hợp nào thì dòng điện sớm pha, trễ pha so với điện áp. - Nêu được điều kiện và các đặc điểm của hiện tượng cộng hưởng điện đối với đoạn mạch RLC mắc nối tiếp. - Viết được công thức tính công suất điện và công thức tính hệ số công suất của đoạn mạch RLC mắc nối tiếp. - Nêu được lí do tại sao phải tăng hệ số công suất ở nơi tiêu thụ điện. - Nêu được hệ thống dòng điện ba pha là gì? - Trình bày được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của máy biến phát điện xoay chiều, động cơ điện xoay chiều, máy biến áp. b)về kĩ năng - Vận dụng được các công thức tính cảm kháng, dung kháng, và điện tổng trở của đoạn mạch RLC mắc nối tiếp. - Vẽ được giản đồ Frexnen cho đoạn mạch RLC mắc nối tiếp. - Giải được các bài tập về đoạn mạch RLC mắc nối tiếp. - Vẽ được đồ thị biểu diễn hệ thống dòng điện ba pha. - Vẽ được sơ đồ biểu diễn cách mắc hình sao và cách mắc hình tam giác đối với hệ thống dòng điện ba pha. - Giải được các bài tập về máy biến áp lí tưởng. - Tiến hành được TN để khảo sát đoạn mạch RLC mắc nối tiếp[2, tr.125]. c) Các mục tiêu bổ sung theo định hưởng nghiên cứu: phát huy được tỉnh tích cực, phát triển NLST của HS 4 - HS có thái độ tích cực, chủ động tiếp thu và hình thành các kiến thức mới. - HS biết cách tiếp cận vấn đề và đề xuất được các phương án GQVĐ mà GV đưa ra, các phương án tiến hành TN nghiên cứu về mạch điện xoay chiều, về các ứng dụng của dòng điện xoay chiều. - HS giải được các dạng bài tập về dòng điện xoay chiều: Bài tập lí thuyết, bài tập đồ thị, bài tập tính toán, bài tập về các phương án thực hành TN,.. - HS hiểu được những ứng dụng của dòng điện xoay chiều trong cuộc sống. - Từ việc nghiên cứu TN khảo sát MĐXC có RLC mắc nối tiếp kết nối với MVT, HS có thể tự thiết kế và tiến hành các TN khác trong MĐXC nói riêng và trong Vật lí nói chung. - HS nắm được phương pháp tư duy khoa học, phương pháp giải quyết một vấn đề nhận thức. 2.2. Thực trạng thiết bị thí nghiệm hiện có khi tiến hành các thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều Hiện nay, khi tiến hành các TN khảo sát MĐXC, chúng ta hầu như chỉ sử dụng TBTN truyền thống là dao động kí điện tử (DĐKĐT) hoặc vôn kế và ampe kế. 2.2.1. Thực trạng các thiết bị thí nghiệm về mạch điện xoay chiều ở các trường phổ thông Theo Danh mục thiết bị dạy học tối thiểu cấp trung học PT - môn Vật lí được Bộ Giáo dục - Đào tạo ban hành ngày 18/01/2010 thì hiện nay, ở các trường PT trong cả nước, khi dạy học các nội dung về MĐXC, GV chỉ sử dụng TBTN vôn kế và ampe kế. Với các trường PT chuyên thì được cấp thêm thiết bị DĐKĐT [1]. 2.2.1.1. - Chức năng của vôn kế và ampe kế Vôn kế: là dụng cụ V74 đo điện dùng để đo hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch. Khi đo điện áp bằng vôn kế thì vôn kế mắc song song với đoạn mạch cần đo. Hình 2.2. Vôn kế hiến thị số Hình 2.3. Ampe kế kim chỉ thị - Ampe kế: là dụng cụ đo cường độ dòng điện được mắc nối tiếp trong mạch. - Yêu cầu đối với ampe kế: + Công suất tiêu thụ càng nhỏ càng tốt, điện trở của ampe kế càng nhỏ càng tốt và lí tưởng là bằng 0. + Làm việc trong một dải tần cho trước để đảm bảo cấp chính xác của dụng cụ đo. Luôn chọn thang đo phù hợp trước khi đo: chọn thang lớn nhất trước, rồi hạ dần cho đến khi thu được kết quả nằm trong thang đo. + Mắc ampe kế để đo dòng phải mắc nối tiếp với dòng cần đo. 2.2.1.2. Các thí nghiệm về mạch điện xoay chiều có thể tiến hành khi sử dụng vôn kế và ampe kế - TN 1: Xác định tác dụng của tụ điện trong MĐXC. Tụ điện có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều. - TN 2: Xác định điện dung của tụ điện. Chúng tôi đã tiến hành 4 TN khác nhau, sử dụng vôn kế, ampe kế và một số TBTN khác để xác định điện dung của tụ điện (xem phụ lục 7). - TN 3: Xác định tác dụng của cuộn cảm trong MĐXC. Cuộn cảm có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều. - TN 4: Xác định hệ số tự cảm của cuộn cảm. Chúng tôi đã tiến hành 3 TN khác nhau, sử dụng vôn kế, ampe kế và một số TBTN khác để xác định hệ số tự cảm của cuộn cảm (xem phụ lục 7). - TN 5: Xác định các thông số đặc trưng của MĐXC có RLC mắc nối tiếp. Sử dụng vôn kế, ampe kế, và một số TBTN khác, vận dụng phương pháp giản đồ Frexnen để xác định các giá trị r, L, c và cosọ của MĐXC với R đã biết. 2.2.1.3. ưu đỉểm và hạn chế của vôn kế và ampe kế a) ưu điểm - Vôn kế và ampe kế đều dễ sử dụng, được mắc trực tiếp vào mạch điện. HS thường không gặp khố khăn trong việc lắp các mạch đơn giản. - HS cố thể đọc trực tiếp kết quả hiển thị trên màn hình. - Vôn kế và ampe có giá thành rẻ, nhà trường có thể trang bị vài bộ thiết bị. Trong giờ thực hành, GV có thể chia HS thành nhóm để các em tự tiến hành TN. b) Hạn chế - Vôn kế và ampe kế vẫn có sai số. - HS nếu không chú ý trong quá trinh tiến hành TN thì có thể chọn nhầm thang đo, làm hỏng các thiết bị. - Khi tiến hành TN trong MĐXC với vôn kế và ampe kế, HS chỉ có thể đọc các số chỉ của ampe kế và vôn kế, không thể quan sát đồ thị biểu diễn độ lệch pha của u và i, và cũng không thể quan sát đưồmg cong cộng hưởng điện. 2.2.2. Thưc trang các thiết bi thỉ nghỉêm về mach điên xoay chỉều ở môt • * • O « a y o a a Số trường Đại học Ngoài vôn kế và ampe kế thì ở một số các trường Đại học, hiện nay, khi tiến hành các TN về MĐXC, GV còn sử dụng DĐKĐT. 2.2.2.I. - Chức năng của dao động kí điện tử DĐKĐT 2 kênh: là thiết bị dùng nghiên cứu quy luật biến đổi theo thời gian của hiệu điện thế U(t) hay dòng điện I(t) chạy trong mạch điện. 2.2.2.2. Các thí nghiệm về mạch điện xoay chỉều cỗ thể tỉến hành khi sử dụng dao động kí điện tử - TN 1: So sánh độ lệch pha giữa các hiệu điện thế - TN 2: Khảo sát hiện tượng cộng hưởng điện trong mạch RLC mắc nối tiếp. Khi điện áp 2 đầu điện trở cùng pha với điện áp 2 đầu đoạn mạch thì trong mạch xảy ra cộng hưởng. 2.2.2.3. ưu điểm và hạn chế của dao động kí điện tử a) ưu điểm - HS có thể trực tiếp quan sát đồ thị biểu diễn các hiệu điện thế trong mạch. - Cho phép nghiên cứu đồng thời 2 quá trình điện, thuận tiện cho việc so sánh, đối chiếu kết quả. b) Hạn chế - DĐKĐT không khảo sát được trực tiếp pha của dòng điện, mà phải khảo sát gián tiếp qua pha của U . R - Giá của một bộ thiết bị này là tương đối đắt, các trường PT thường chỉ được trang bị một bộ thiết bị nên GV phải tiến hành TN biểu diễn và HS quan sát. - Màn hình DĐKĐT nhỏ nên HS khó quan sát đồ thị. - Cần nhiều thời gian để lắp đặt và hiệu chỉnh máy. - Thiết bị chịu nhiều ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài, vì thế kết quả thu được là không thực sự chính xác, phải tiến hành lặp lại TN nhiều lần. 2.2.3. Nhận xét chung về thiết bị thí nghiệm hiện có khi tiến hành các thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều Từ việc trực tiếp tiến hành các TN, phân tích các kết quả thu được, chúng tôi nhận thấy: Bên cạnh các ưu điểm như giúp HS khắc sâu kiến thức, tạo lập cho HS thói quen sử dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học vào giải quyết các công việc trong thực tế, làm tăng tính trực quan trong dạy học thì các TBTN sẵn có cũng bộc lộ những hạn chế của mình. a) Hạn chế về mặt kĩ thuật - Vôn kế và ampe kế chỉ dừng lại ở việc đo các giá trị điện áp và cường độ dòng điện, nó không cho phép ta quan sát được đồ thị biểu diễn độ lệch pha của các hiệu điện thế. - DĐKĐT hai kênh cho phép ta quan sát các đồ thị, nhưng không quan sát được đường cong cộng hưởng khi trong mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện. - DĐKĐT không so sánh được trực tiếp độ lệch pha của cường độ dòng điện và điện áp, mà phải so sánh qua pha của điện áp 2 đầu điện trở; điều này có thể dẫn đến sự nhầm lẫn của HS trong quá trình tiến hành TN. - Hạn chế chung của vôn kế, ampe kế và DĐKĐT là sai số. Các thiết bị này đều có sai số và đòi hỏi phải có sự hiệu chỉnh trước khi tiến hành TN. b) Hạn chế về mặt dạy học - Việc sử dụng DĐKĐT vào dạy học đòi hỏi GV phải có trình độ, phải đầu tư nhiều thời gian và công sức. Trước khi đưa vào giảng dạy, GV phải lặp lại TN nhiều lần cho thành thạo, tìm ra các nguyên nhân sai số, từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục sai số. Việc khắc phục sai số này cũng không hề đơn giản và không phải giáo viên nào cũng có thể thực hiện. - Việc sử dụng các bộ TBTN, đặc biệt là DĐKĐT làm phương tiện dạy học nếu không khéo léo, không có sự chuẩn bị chu đáo thì sẽ làm tốn nhiều thời gian của tiết học, các công việc khác của tiết học không tiến hành được, ảnh hưởng đến chất lượng dạy và học của GV và HS. - Theo chúng tôi, TBTN này chưa thực sự phù hợp với việc dạy học theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS. Hiện nay, các nhà trường chỉ được cấp một số lượng rất ít DĐKĐT, vì thế khi dạy học với thiết bị này, GV phải tiến hành TN biểu diễn trên lớp hoặc với thời lượng một tiết học thì giáo viên chỉ có thể cho một vài nhóm HS thực hành và cũng phải lựa chọn những HS khá giỏi, vì các em này mới có thể nắm bắt nhanh ý đồ của GV và thực hiện TN. Những HS khác thụ động nghe hướng dẫn của GV, không có cơ hội đề xuất các phương án TN khác, không được trực tiếp làm TN, không phát triển được NLST. - Mặt khác, màn hình của DĐKĐT xét trong phạm vi của lớp học là rất nhỏ, rất khó để tất cả HS có thể quan sát được đồ thị, hoặc nếu có quan sát được thì việc quan sát có thể sẽ không chính xác. Từ những lí do đã phân tích ở trên, theo chúng tôi, TBTN sẵn có hiện nay chưa phù hợp với việc dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 THPT theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS. 2.3. Thực trạng của việc dạy học thí nghiệm Vật lí chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 2.3.1. Mục đích và phương pháp điều tra 2.3.1.1. Mục đích điều tra Căn cứ vào nội dung nghiên cứu đề tài, chúng tôi tìm hiểu các nội dung sau: - Thuận lợi và khó khăn của việc phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS trong dạy học chương “Dòng điện xoay chiều”. - Quan niệm của GV về dạy học theo quan điểm GQVĐ, dạy thực hành cho HS và lí do ảnh hưởng. - Các phương pháp dạy học mà GV thường sử dụng trong tiết học thực hành. - Những khó khăn mà HSgặp phải trong quá trình học và thực hành chương “Dòng điện xoay chiều”. 2.3.1.2. Phương pháp điều tra Dựa vào mục đích việc tìm hiểu thực tế, chúng tôi tiến hành các biện pháp: - Dự giờ dạy của GV trường THPT Hưng Yên (thành phố Hưng Yên, tỉnh Hưng Yên), trao đổi giáo án, sử dụng phiếu điều tra đối với GV. - Xem sản phẩm quá trình học tập: vở ghi, bài kiểm tra, kết quả học tập. 2.3.2. Kết quả điều tra Chúng tôi đã tiến hành khảo sát 10 GV dạy bộ môn Vật lí khối lớp 12 và 150 HS đang học lớp 12 về việc sử dụng các TBTN và tính tích cực, NLST của HS trong tiết học thực hành chương “Dòng điện xoay chiều”. Kết quả điều tra cho thấy: 2.3.2.1. Thuận lợi của việc dạy học thí nghiệm Vật lí chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 a) về phía GV - GV có kiến thức chuyên môn vững và biết đến phương pháp tính tích cực hóa học tập của HS trong quá trình giảng dạy. - GV được biết về phương pháp đổi mới trong dạy học lấy HS làm trung tâm. - GV có những kĩ năng nhất định về MVT, có hiểu biết về tâm lí lứa tuổi HS. b)về phía HS - Các em đều có tinh thần học tập, tính tự giác trong học tập, động cơ học tập tốt, có sự chủ động trong công việc. 2.3.2.2. Khó khăn dạy học TN Vật lí chương “Dòng điện xoay chiều” a)về phía GV - Nhiều GV chưa chủ động trong việc đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, phát triển NLST của HS. Rất nhiều GV cảm thấy yên tâm hơn khi giảng dạy theo phương pháp truyền thống. - Số đông GV không tiến hành các TN khi dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” nói chung và khi dạy học bài thực hành nói riêng. Thay vào đó, họ chỉ giới thiệu về dụng cụ TN, cách tiến hành TN bằng hình ảnh, sau đó cho học sinh làm các bài tập. - Hầu hết việc dạy học ở trường PT đều không sử dụng tới DĐKĐT. Có một số lượng không nhỏ GV ở PT chưa biết cách sử dụng DĐKĐT như thế nào. Chỉ có một số lượng rất ít GV đã sử dụng DĐKĐT làm phương tiện dạy học, tuy nhiên việc sử dụng còn mang tính tự phát, có nhiều chỗ chưa hợp lí, do đó kết quả dạy học chưa cao. b)về phía học sinh - Năng lực học tập của HS không đều. Đây là một yếu tố làm ảnh hưởng đến chất lượng dạy và học thường xảy ra ở nhiều nơi. Tỉ lệ HS giỏi thấp, tỉ lệ HS khá, trung bình - khá là chủ yếu, vẫn có HS yếu, kém. Để đảm bảo cho phần lớn HS có thể nắm vững bài học, GV thường chỉ giảng bài ở cấp độ phù hợp với HS trung bình - khá. Do đó, trong khi HS yếu, kém gặp nhiều khó khăn trong việc học tập thì HS giỏi lại thừa năng lực tư duy. Điểm này dẫn đến tình trạng những HS giỏi không có điều kiện để phát huy hết năng lực của mình, còn HS yếu kém thì chán nản vì khó tiếp thu kiến thức. - Hoạt động tự học của hầu hết HS còn kém, mọi quá trình dạy và học đều phụ thuộc vào GV. Trong giờ học, đa số HS tiếp thu bài một cách thụ động, chủ yếu ngồi nghe và ghi chép, hầu như không có ý kiến phát biểu của riêng mình, không nêu thắc mắc, không trực tiếp làm TN. - Kĩ năng sử dụng máy vi tính trong học tập còn hạn chế. - HS còn thụ động trong việc đề xuất các vấn đề mới trong học tập. c) Khó khăn do yếu tổ khách quan - Cơ sở vật chất, trang thiết bị của nhà trường còn thiếu chưa đáp ứng được nhu cầu giảng dạy và học tập; GV thường “dạy chay”, chỉ mô tả bằng lời và những hình vẽ bằng phấn trên bảng. Đa số HS không thể hình dung được hình ảnh thật sự của chúng. - Tài liệu liên quan đến DĐKĐT có rất ít, do đó, một số lượng lớn GV chưa có được những hiểu biết nhất định về công dụng, tính năng, cách sử dụng nó trong dạy học như thế nào cho hợp lí, hiệu quả cao. - Các GV đều có chung nhận xét rằng DĐKĐT khó sử dụng, khó tiến hành các TN, cần nhiều thời gian để điều chỉnh thiết bị, kết quả TN vẫn còn có sai số. 2.3.2.3. Nguyên nhân dẫn đến những khó khăn, sai lầm - Một số GV chưa ý thức đúng đắn được tầm quan trọng của các phương tiện dạy học trực quan nói chung và DĐKĐT nói riêng. Các GV cho rằng mục đích quan trọng nhất của HS là thi đỗ đại học - cao đẳng. Vì thế việc sử dụng các TBTN vào dạy học không trở thành yêu cầu của GV và HS. GV vẫn dạy theo lối mòn. Như vậy, GV đã hiểu một cách phiến diện, không đầy đủ, thậm chí sai lệch những nhiệm vụ cơ bản của việc dạy học Vật lí. - Việc sử dụng các phương tiện dạy học nói chung và DĐKĐT nói riêng vào dạy học đòi hỏi GV phải có trình độ, phải đầu tư công sức và thời gian. Giáo viên phải sử dụng thành thạo DĐKĐT. Trước khi đưa vào giảng dạy giáo viên phải làm nhiều lần ở phòng TN, cũng như tìm ra các nguyên nhân sai số, từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục. Điều này không phải giáo viên nào cũng làm được. - Việc sử dụng DĐKĐT làm phương tiện dạy học không khéo léo, không có sự chuẩn bị chu đáo sẽ làm tốn nhiều thời gian của tiết học nên các công việc khác của tiết học không tiến hành được, có thể gây “cháy” giáo án, điều này cũng gây không ít khó khăn cho các giáo viên. - về mặt quản lí giáo dục, chúng ta chưa có được những khen thưởng hay kiểm tra, chỉ đạo kịp thời đối với việc sử dụng các phương tiện dạy học trực quan nói chung và DĐKĐT nói riêng. Điều này dẫn đến tình trạng GV mới chỉ sử dụng các phương tiện như tranh ảnh, mô hình trong quá trình dạy học. - GV chưa có các biện pháp khen thưởng, kỉ luật hợp lí, chưa có các biện pháp nhằm tạo hứng thú học tập cho HS, giúp các em tích cực, chủ động tiếp thu kiến thức trong các giờ học. Từ thực trạng của TBTN và thực trạng việc dạy học hiện nay ở các trường PT, theo chúng tôi, cần nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một bộ TBTN mới phù hợp hơn việc dạy học, đảm bảo cho việc dạy và học của GV và HS đạt kết quả cao nhất. 2.4. Xây dựng thiết bị thí nghiệm kết nối với máy vi tính trong dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 2.4.1. Sự cần thiết phải xây dựng thiết bị thí nghiệm kết nối với máy vi tính trong dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Vật lí 12 Trong chương “Dòng điện xoay chiều” có nhiều hiện tượng, quá trình Vật lí xảy ra rất phức tạp, khó hoặc không thể quan sát được. Hơn nữa, trong các TN hay quá trình này, sự biến đổi của một số đại lượng vật lí theo thời gian xảy ra rất nhanh, rất khó hoặc không thể phát hiện được, khảo sát được với các TBTN truyền thống. Những TN có thể tiến hành thì rất khó thực hiện, tốn nhiều thời gian, làm ảnh hưởng đến thời lượng của tiết học và đặc biệt là các kết quả vẫn còn có sai số. a)Với mạch điện xoay chiều chỉ cỏ một phần tử điện trở hoặc tụ điện - Thứ nhất, hiện nay chưa có TBTN nào cho phép chúng ta đo được các giá trị dòng điện và điện áp tức thời trong MĐXC. GV chỉ có thể dùng vôn kế và ampe kế đo giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện trong mạch. - Thứ hai là việc so sánh pha của dòng điện và điện áp trong các đoạn mạch. Hiện chỉ có DĐKĐT cho phép ta thực hiện việc so sánh này. Tuy nhiên DĐKĐT không thể hiển thị trực tiếp pha của dòng điện, mà chỉ hiện thị được pha của U R, muốn so sánh pha của i, ta phải so sánh gián tiếp qua pha của U . R b)Với mạch điện xoay chiều có 3 phần tử RLC mắc nối tiếp - Thứ nhất là mối liên hệ giữa hiệu điện thế tức thời ở 2 đầu đoạn mạch và hiệu điện thế tức thời ở 2 đầu mỗi phần tà. Hiện nay, mối liên hệ giữa các hiệu điện thế này đều được các SGK công nhận: U = U R + ĨI L + U C. Các TBTN truyền thống hiện nay đều chưa tiến hành được TN để kiểm chứng kết quả này. - Thứ hai là TN vẽ đường cong cộng hưởng. Hiện chỉ có DĐKĐT cho phép tiến hành TN xác định hiện tượng cộng hưởng xảy ra trong mạch, chứ chưa có TBTN vẽ được đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện trong mạch vào tần số của mạch. Khi dạy học các nội dung này, hầu hết các GV lựa chọn cách thông báo kiến thức cho HS, có nhiều GV còn bỏ qua nội dung này vì cho rằng nó không quan trọng, không cần áp dụng trong quá trình làm bài tập của HS. Tuy nhiên, trong nghiên cứu Vật lí, mọi kết quả rút ra từ lí thuyết chỉ được coi là đúng khi nó đã được thực nghiệm kiểm chứng. Trong quá trình giảng dạy hiện nay, các giáo viên PT thường không chú ý đến vai trò của việc kiểm chứng các giả thuyết rút ra từ lí thuyết bằng thực nghiệm. Điều này sẽ gây ra sự nghi ngờ khoa học ở học sinh, vì các em không được quan sát thí nghiệm, không được tiến hành các thí nghiệm, không được trực tiếp kiểm chứng các kết quả lí thuyết bằng thực nghiệm. Vậy theo chúng tôi, nếu thiết kế và chế tạo được bộ thiết bị thí nghiệm giải quyết được hai vấn đề trên thì nó sẽ mang ý nghĩa khoa học rất lớn, nó sẽ là bộ thiết bị thí nghiệm mang tính trực quan cụ thể, gây được ấn tượng lớn với người học. Vậy việc thiết kế, chế tạo bộ thiết bị thí nghiệm đáp ứng các yêu cầu đã nêu trên phải được làm như thế nào? Đó là các vấn đề đã được chúng tôi nghiên cứu và được trình bày dưới đây. 2.4.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị thí nghiệm kết nối với máy vi tính trong dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” Hình 2.5. Cẩu tạo thiết bị thỉ nghiệm kết nổi với máy vỉ tỉnh a) Đối tượng đo. Bảng mạch điện với các linh kiện - Điện trở Rt = 10Í2, R2 = 100Q (1) - Cuộn dây thuần cảm có hệ số tự cảm L = 30mH (2) - Tụ điện Ci = 100|iF, Ci = 247|J,F (2 tụ điện ct và 1 tụ điện có điện dung 47|iF mắc song song), c3 = 300|iF (3 tụ điện Ci mắc song song) (3) b) Bộ cảm biến - Cảm biến được dùng để thu thập các số liệu đo về đối tượng cần nghiên cứu; sau đó các dữ liệu này đều được chuyển thành tín hiệu điện. - Chúng tôi sử dụng bộ cảm biến sau: + Cảm biến điện áp 1135: Có dòng tiêu thụ 3,6mA; sai số là ± 2% (4) [28]. + Cảm biến LM339 với vùng điện áp cung cấp rộng: 2 VDC- 36 VDC hoặc ±1 VDC- ±18 VDC (5) [29]. c) Thiết bị ghép tương thích (Bộ thu thập dữ liệu) - Tại thiết bị ghép tương thích, các tín hiệu điện được hình thành tại bộ cảm biến sẽ được số hóa một cách hợp lí để đưa vào MVT. - Ở TN này, chúng tôi sử dụng 2 bộ thu thập dữ liệu khác nhau (cho 2 TN) + Bộ thu thập dữ liệu HDL - 9090 với chân vcc lấy nguồn 5 V từ USB (6) [12]. + Bộ thu thập dữ liệu Arduino UNO R3 với vi điều khiển Atmega8, điện áp hoạt động là 5V - DC(7) [25],[26]. Dây card nối USB dùng để kết nối bộ thu thập dữ liệu với MVT (8). d) Phần mềm - Phan mem LabVIEW được cài đặt trong MVT có chức năng tính toán, xử lí các tín hiệu số tùy theo mục đích của người sử dụng. Ở TN này, phần mềm LabVIEW có chức năng xử lí và hiển thị các giá trị điện áp và dòng điện lên đồ thị; ta cũng có thể tạm dừng chương trình để lưu lại những hình ảnh của điện áp và cường độ dòng điện thay đổi theo thời gian tại một thời điểm bất kì. - Giao diện của chương trình được thiết kế đơn giản + Bên trái là cổng kết nối bộ thu thập dữ liệu với MVT, dùng để điều khiển chương trình; nút khởi động, tạm dừng và kết thúc chương trình. Ở đây cũng hiển thị các giá trị điện áp và cường độ dòng điện tức thời. + Bên phải là bảng số liệu các giá trị điện áp, đồ thị biểu diễn sự biến đổi của điện áp và dòng điện theo thời gian, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào tần số của mạch. e)Máy vi tính Phần mềm LabVIEW hỗ trợ hầu hết các hệ điều hành (Windows (2000, XP, Vista, Window 7), Linux, MacOS, Window Mobile, Window Embedded. Hiện tại, Lab VIEW 2013 là phiên bản mới nhất. Một số phiên bản cũ của LabVIEW: 2009, 8.6, 8.5, 7.1, 6i. Chúng tôi đã sử dụng LabVIEW 2012 để viết các chương trình TN. Với TBTN này cho phép tiến hành các TN sau: - TN về MĐXC chỉ có điện trở thuần - TN về MĐXC chỉ có tụ điện - TN về MĐXC có RLC mắc nối tiếp - TN về hiện tượng cộng hưởng xảy ra trong MĐXC có RLC mắc nối tiếp Sau đây, chúng tôi sẽ lần lượt mô tả từng TN trên theo cùng một cấu trúc: mục đích TN, dụng cụ TN, bố trí và tiến hành TN, kết quả TN và lưu ý (nếu có). 2.4.3. Các thí nghiệm có thể tiến hành với thiết bị thí nghiệm kết nối với máy vi tính đã chế tạo 2.4.3.1. Thí nghiệm 1: Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần a) Mục đích thí nghiệm - Khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp tức thời trong MĐXC chỉ có điện trở thuần R. b) Bổ trí và tiến hành thỉ nghiệm - Cảm biến áp được mắc song song vào 2 đầu R để đo giá trị điện áp; - Cảm biến dòng được mắc nối tiếp vào 2 đầu R để đo giá trị dòng điện; - 2 cảm biến và bộ thu thập Arduino UNO R3 được gắn trên cùng một bo mạch, sau đó kết nối với máy vi tính nhờ dây card USB. - Lần lượt đặt các điện áp phát ra từ máy phát âm tần vào mạch là IV, 2V, ...6V đọc được nhờ biên độ của điện áp trên màn hình. - Xác định biên độ của dòng điện tương ứng trên màn hình và so sánh độ lệch pha của điện áp và __ J , Hìn h 2.6. Sơ đồ bố trí TN mạc h chỉ có R cường độ dòng điện trong mạch. c) Kết quả thỉ nghiệm - Biên độ của dòng điện tỉ lệ với biên độ của điện áp. - Dòng điện tức thời và điện áp tức thời trong mạch chỉ ,„,_, Hình 2.7. Đô thị u(t) và i(t) trong mạch chỉ có R có R cùng pha với nhau. y 0' ' 2.4.3.2. Thí nghiệm 2: Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện a) Mục đích thỉ nghiệm - Khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp tức thời trong MĐXC chỉ có tụ điện c. b) Bổ trí và tiến hành thỉ nghiệm - Cảm biến áp được mắc song song vào 2 đầu с để đo giá trị điện áp; - Cảm biến dòng được mắc nối tiếp vào 2 đầu с để đo giá trị dòng điện; - 2 cảm biến và bộ thu thập Arduino UNO R3được gắn trên cùng một bo mạch, sau đó kết nối với máy vi tính nhờ dây card USB. - Khởi động chương trình LabVIEW 2012. Lần lượt đặt các điện áp phát ra từ máy phát âm tần vào mạch là IV, 2V, ...6V đọc được nhờ biên độ của điện áp trên màn hình MVT. - Xác định biên độ của dòng điện tương ứng trên màn hình và so sánh độ lệch pha của điện áp và cường độ dòng điện trong mạch. c) Ket quả thỉ nghiệm - Biên độ của dòng điện tỉ lệ với biên độ của điện áp. - Dòng điện tức thời nhanh pha Ti/2 so với điện áp tức thời trong mạch chỉ có c. Hình 2.9. Đồ thị u(t) và i(t) trong mạch chỉ cỏ с 2.4.3.3. Thí nghiệm 3: Mạch điện xoay chiều có RLC mắc nối tiếp a) Mục đích thí nghiệm - Kiểm chứng công thức về mối liên hệ giữa hiệu điện thế tức thời hai đầu đoạn mạch và hiệu điện thế hai đầu mỗi phần tò. - Quan sát và so sánh độ lệch pha giữa các điện áp trong MĐXC. b) Bổ trí và tiến hành thỉ nghiệm - Đầu vào của các cảm biến 1135 được mắc song song vào hai đầu đoạn mạch và hai đầu mỗi phần tử (tương tự như cách mắc vôn kế để đo điện áp). - Đầu ra của mỗi cảm biến có ba dây nối, các dây nối màu đen được nối chung vào chân GND (chân số 18) của bộ thu thập dữ liệu HDL - 9090, các dây nối màu đỏ được nối chung vào chân vcc (chân số 15). Các dây nối màu trắng của cảm biến được nối vào các chân ADC của thập lần lượt theo bộ thu thứ tự: Cảm biến 1135 thứ nhất được nối với chân ADC1 (chân số 27) của bộ thu thập, cảm biến này dùng để đo hiệu điện thế tức thời hai đầu điện trở. Cảm biến 1135 thứ hai được nối với chân ADC2 (chân số 26) của bộ thu thập, cảm biến này dùng để đo hiệu điện thế tức thời hai đầu cuộn dây. Cảm biến 1135 thứ ba được nối với chân ADC3 (chân số 25) của bộ thu thập, dùng để đo hiệu điện thế tức H ì n h 2 . 1 0 . S ơ đ ồ b ố t r i t h ỉ n g h i ệ m thời hai đầu tu điên. M ẠCH RLC MĂC NÔI TIÊP Cảm biến 1135 thứ tư được nối với chân ADC4 (chân số 24) của bộ thu thập, dùng để đo hiệu điện thế tức thời hai đầu đoạn mạch. - Lần lượt đặt các điện áp phát ra từ máy phát âm tần mạch 3V, vào ...6V đọc được nhờ biên độ của điện áp trên màn hình MVT. - Xác định biên độ của các điện áp thành phần tương ứng trên màn hình và so sánh độ lệch pha giữa các điện áp trong mạch. c) Kết quả thỉ nghiệm - Hiệu điện thế tức thời 2 đầu đoạn mạch bằng tổng các điện áp tức thời 2 đầu mỗi phần tử. - So sánh độ lệch pha giữa các điện áp tức thời trong mạch: 7T + Uc trê pha góc - so với U . 7Ĩ R + UL sớm pha hơn UR góc nhỏ hơn - + U trễ AB pha hơn U . R 1 r\ ị- \ .. \ j ị \'ị m J A A \ 1% J 1 ĩ I ị /Ị 1 V7 1 ^ ' v /í ị /i ì Vị N7M> Will9iaidỉilJỉilliỉi»№tI Hình 2.13. Đồ thị UR và UL Hình 2.14. Đồ thị UR và UAB d) Lưu ỷ khi làm thỉ nghiệm 7Ĩ - U sớm pha hơn U góc nhỏ hơn - vì cuộn dây có điện trở trong r. - Sau khi ấn nút Play, chờ một L R vài giây để chương trình chạy ổn định. 2.4.3.4. Thí nghiệm về hiện tượng cộng hưởng xảy ra trong mạch điện xoay chiều có RLC mắc nói tiếp a) Mục đích thỉ nghiệm - Xác định tần số cộng hưởng của đoạn mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp và cường độ dòng điện cực đại trong mạch. - Khảo sát và vẽ đường cong cộng hưởng điện. b) Bổ trí và tiến hành thỉ nghiệm - Đầu vào của cảm biến này được mắc nối tiếp vào mạch RLC (tương tự như cách mắc ampe kế để đo dòng điện). - Đầu ra của cảm biến thì được đưa vào bộ thu thâp dữ liệu Arduino UNO R3 thông qua các chân GND, vcc, ADC. Hình 2.15. Sơ đồ bổ trí thỉ nghiệm khảo sát cộng hưởng trong mạch RLC - Giữ nguyên điện áp 6V đặt vào mạch, lần lượt thay đổi tần số của mạch bằng máy phát tần số, đọc được nhờ giá trị tần số trên màn hình MVT. - Xác định biên độ của cường độ dòng điện tương ứng trên màn hình và so sánh các giá trị cường độ dòng điện đó. c) Ket quả thỉ nghiệm - Giá trị tần số mà tại đó trong mạch xảy ra cộng hưởng và giá trị cực đại của dòng điện trong mạch. [...]... dụng MVT để hỗ trợ việc xây dựng các mô hình toán học (đồ thị, biểu thức, phương trình) của các hiện tượng, quá trình vật lí - Sử dụng MVT hỗ trợ các TN vật lí [20, tr.241] 1.3.2 Thí nghiệm kết nối với máy vi tính trong dạy học vật lí Trong các ứng dụng của MVT vào dạy học vật lí thì việc sử dụng MVT hỗ trợ các TN vật lí là một trong những ứng dụng đặc trưng nhất TN kết nối với MVT là TBTN thật mà... đạo đức, xây dựng các chuẩn mực hành động tập thể ở mỗi HS [20,tr.l93] 1.2.3 Vai trò, cách thức sử dụng thí nghiệm để phát huy tính tích cực, 3 phát triển năng lực sáng tạo của học sinh Việc phát triển năng lực tư duy sáng tạo, năng lực GQVĐ của HS đòi hỏi phải tổ chức cho HS giải quyết các vấn đề học tập theo chính các phương pháp nhận thức vật lí, trong đó có quá trình GQVĐ bằng các TN vật lí Các TN... quan sát vật lí ở nhà [20] 1.2.2 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học Vật lí 1.2.2.1 Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lí luận nhận thức Theo quan điểm của lí luận nhận thức, trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, TN có các chức năng a) TN là phương tiện của việc thu nhận tri thức (nguồn trực tiếp của tri thức) Trong dạy học vật lí, nhất là ở các lớp dưới và ở giai đoạn đầu của quá... nhằm phát huy tính tích cực, phát triển NLST của HS cũng đang được các GV sử dụng ngày càng rộng rãi 1.3.1 Các chức năng Ctf bản của máy vi tính và sử dụng máy vi tính 3 trong dạy học 1.3.1.1 Các chức năng Ctf bản của máy vi tính Sở dĩ ngày nay MVT được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống xã hội vì rằng MVT có rất nhiều chức năng ưu việt như sau: -MVT là thiết bị có thể tạo nên,... thí nghiệm theo kế hoạch đã vạch ra HS quan sát thí nghiệm và ghi lại đầy đủ kết quả - Thảo luận phân tích kết quả thí nghiệm và rút ra kết luận 1.3 Thí nghiệm kết nối với máy vi tính trong dạy học Vật lí ở trường phỗ thông Ngày nay, MVT đã có mặt ở hầu hết các lĩnh vực của đời sống: sản xuất, kinh doanh, nghiên cứu khoa học, vui chơi giải trí, Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học nhằm phát. .. để phát huy tốt nhất tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của HS thì TN thường được sử dụng ở giai đoạn giải quyết vấn đề (giai đoạn 3) a)HS tự đàm thoại, thảo luận nhóm để nêu rõ mục đích TN b)HS tự chuẩn bị thí nghiệm: - Vạch kế hoạch tiến hành TN; - Lựa chọn dụng cụ, thiết bị và nêu cách bố trí thí nghiệm; - Bố trí thí nghiệm sao cho phù hợp, rõ ràng c)Tiến hành thí nghiệm: - Tiến hành thí. .. quyền đánh giá học sinh Muốn phát huy được tính tích cực của HS, GV phải hướng dẫn HS phát triển năng lực tự đánh giá để điều chỉnh cách học GV cần tạo điều kiện cho HS được tham gia đánh giá lẫn nhau Tự đánh giá đúng và điều chỉnh kịp thời là năng lực rất cần cho sự thành đạt trong cuộc sống mà nhà trường phải trang bị cho HS Đe phát huy được tính tích cực của HS thì trong quá trình dạy học, GV không... biệt giúp phát triển trực giác khoa học, tư duy logic chặt chẽ, năng lực phân tích sâu sắc thực tế và dự đoán diễn biến của hiện tượng Các TN chỉ có hiệu quả cao khi lôi cuốn được sự tham gia tích cực và có ý thức của HS Theo quan điểm của lí luận nhận thức, trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, TN có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học nói chung và dạy học GQVĐ... những dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử lí các dữ liệu này như thế nào) b) Các mức độ của dạy học giải quyết vẩn đề Trong dạy học GQVĐ theo nghĩa đầy đủ, HS phải là người tìm tòi GQVĐ, thực hiện tất cả các giai đoạn trong chu trinh nhận thức sáng tạo Tuy nhiên, khi triển khai áp dụng dạy học nội dung Vật lí, tùy thuộc vào nội dung bài học, trang thiết bị dạy học, thời gian dạy học mà HS có thể... giáo và HS - Phát triển kinh nghiệm sống của HS trong học tập - Kiểm tra, đánh giá có tác dụng rất quan trọng đến việc phát huy tính tích cực học tập của HS b) Chú trọng rèn luyện phương pháp tự học của HS Trong các phương pháp học thì cốt lõi là phương pháp tự học Nếu rèn luyện cho người học có được phương pháp, kĩ năng, thói quen, ý chí học thì sẽ tạo cho họ lòng ham học, khơi dậy nội lực vốn có trong ... HẰNG XÂY DƯNG VÀ SỬ DỤNG TTTĨỂT BỊ THÍ NGHIỆM KÉT NÓI VỚI MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIÈU” VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH cưc VÀ PHÁT TRIỂN NĂNG Lưc SÁNG TAO • CỦA... xoay chiều Vật lí 12 -Các TBTN có TBTN kết nối với MVT sử dụng dạy học chương Dòng điện xoay chiều Vật lí 12 4.2 Phạm vi nghiên cứu Sử dụng TBTN kết nối với MVT dạy học chương Dòng điện xoay. .. xoay chiều Vật lí 12 theo quan điểm dạy học GQVĐ Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng TBTN kết nối với MVT dòng điện xoay chiều sử dụng chúng dạy học chương Dòng điện xoay chiều Vật lí 12 theo