CHẾ tạo và sử DỤNG THIẾT bị THÍ NGHIỆM về SÓNG DỪNG âm TRONG dạy học vật lí 12

Với mong muốn góp phần đổi mới phương pháp dạy học, phát triển được tư duy sáng tạo và năng lực tự chủ tiếp thu kiến thức một cách sâu sắc, vững chắc khi học phần kiến thức chương “Sóng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

PHẠM THỊ MINH NGUYỆT

CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VỀ SÓNG DỪNG ÂM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 12

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

HÀ NỘI - NĂM 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

PHẠM THỊ MINH NGUYỆT

CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VỀ SÓNG DỪNG ÂM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 12

Chuyên ngành: LL&PPDH Bộ môn Vật lí

Mã số: 60.14.01.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Mạnh Thảo

HÀ NỘI - NĂM 2014

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin trân trọng cám ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Vật lí và Bộ môn Phương pháp giảng dạy Vật lí trường ĐHSP Hà Nội cùng trường THPT Hoàng Văn Thụ tỉnh Nam Định

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Mạnh Thảo đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các Thầy Cô giáo trong khoa Vật lí nói chung và trong tổ bộ môn Phương pháp giảng dạy Vật lí nói riêng đã tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện và dành nhiều thời gian góp ý cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thiện luận văn

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và các học viên cùng lớp đã động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này

Tác giả

Phạm Thị Minh Nguyệt

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Chúng ta đang sống trong thế kỉ XXI, thế kỉ của những thành tựu vượt bậc về khoa học và công nghệ Do đó, sự nghiệp giáo dục ở mỗi quốc gia đòi hỏi phải tạo ra nguồn nhân lực có đủ trình độ, năng lực trí tuệ sáng tạo và phẩm chất đạo đức tốt để làm chủ đất nước

Đất nước ta đang tiến hành sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa từ một xuất phát điểm thấp Muốn theo kịp xu thế chung của thời đại thì chúng

ta không thể lặp lại tất cả những giai đoạn mà nhân loại đã trải qua Thực tế đòi hỏi chúng ta phải lựa chọn cho mình một hướng đi thích hợp Để làm được điều này, xã hội tin tưởng và giao trọng trách cho ngành giáo dục: “Giáo dục và đào tạo, khoa học và công nghệ là quốc sách hàng đầu”

Nhận thức được xu thế của thời đại, Đảng và Nhà nước ta kịp thời đề ra những chủ trương đúng đắn nhằm điều chỉnh và lãnh đạo sự phát triển của nền giáo dục Nghị quyết của Đảng đã chỉ rõ: “Cần ưu tiên hàng đầu cho việc nâng cao chất lượng dạy và học, đổi mới chương trình, nội dung và phương pháp dạy học” Luật giáo dục 2005 cũng quy định: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của HS phù hợp với đặc điểm từng môn…” Trong những năm gần đây, thực hiện sự chỉ đạo của Đảng

và Nhà nước, ngành giáo dục đã không ngừng đổi mới, cải cách nội dung chương trình, SGK, đưa ra những phương pháp dạy học theo lí luận hiện đại nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo và nâng cao năng lực tích lũy, tự chủ tìm tòi xây dựng và chiếm lĩnh tri thức cho HS, bước đầu đã đạt được những thành tựu đáng kể Tuy nhiên kết quả vẫn chưa được như mong muốn, thực tế vẫn còn tồn tại nhiều bất cập, chưa đáp ứng được yêu cầu đổi mới trong dạy học

Vật lí học là một bộ môn khoa học thực nghiệm, do đó việc sử dụng các thiết bị TN trong dạy học là rất quan trọng Nó đòi hỏi người GV không

những biết hướng dẫn HS thiết lập phương án, lắp ráp và tiến hành các TN mà đòi hỏi họ phải biết chế tạo các bộ TN không có sẵn Mặt khác, chưa hẳn các phương án TN được đưa ra đã là những phương án tối ưu, đôi khi rất cồng kềnh, đắt tiền mà độ chính xác lại không cao

“Sóng cơ” là phần rất quan trọng trong chương trình Vật lí phổ thông

Vì vậy, việc tổ chức cho HS hoạt động nhận thức theo yêu cầu của đổi mới phương pháp dạy học là hết sức cần thiết Tuy nhiên, qua tìm hiểu thực tế dạy học ở các trường THPT hiện nay, chúng tôi nhận thấy việc tổ chức hoạt động dạy học chương “Sóng cơ” còn gặp rất nhiều khó khăn, cụ thể là:

- Về mặt nhận thức, GV và các nhà quản lí giáo dục còn lúng túng trong vận dụng lí luận về đổi mới phương pháp dạy học GV phần lớn chỉ chú trọng việc truyền thụ kiến thức, HS tiếp nhận một cách thụ động Sau đó GV

ra rất nhiều dạng bài tập khác nhau cho HS vận dụng nhằm luyện thi Tốt nghiệp và thi Đại học

- Đặc biệt, trong quá trình dạy học GV lại rất ngại khai thác và sử dụng

TN Hơn nữa các bộ TN được sử dụng cho phần này còn rất nghèo nàn Đây cũng là một trong những nguyên nhân cơ bản làm cho khó áp dụng kiểu dạy học giải quyết vấn đề trong chương này Do đó chất lượng nắm vững kiến thức của HS chưa thực sự được cải thiện HS chưa cảm thấy hứng thú khi học

và do đó chưa phát huy được tính tích cực, chủ động, sáng tạo của HS

Với mong muốn góp phần đổi mới phương pháp dạy học, phát triển được tư duy sáng tạo và năng lực tự chủ tiếp thu kiến thức một cách sâu sắc, vững chắc khi học phần kiến thức chương “Sóng cơ” nói chung và bài “Sóng dừng” nói riêng, chúng tôi đã chọn thực hiện đề tài:

“Chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm về sóng dừng âm trong dạy học Vật lí 12”

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu chế tạo một số thiết bị thí nghiệm về sóng dừng âm để sử dụng trong dạy học theo tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề nhằm phát triển hoạt động học tích cực, sáng của HS trong dạy học kiến thức phần sóng dừng âm Vật lí 12 THPT

3 Giả thuyết khoa học của đề tài

Nếu chế tạo được một số TBTN về sóng dừng âm đáp ứng được yêu cầu của TBTN và sử dụng chúng hợp lí trong tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề thì sẽ góp phần phát triển tính tích cực và sáng tạo của HS trong học tập

4 Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài

- Xây dựng và sử dụng các thiết bị thí nghiệm về sóng dừng âm trong dạy học Vật lí 12 THPT

- Quá trình tổ chức dạy học giải quyết vấn đề, hoạt động dạy của GV và hoạt động học của HS trong dạy học kiến thức về sóng dừng âm

5 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Để đạt được mục đích nghiên cứu đã đề ra, đề tài phải thực hiện những nhiệm vụ nghiên cứu chính sau đây:

- Nghiên cứu các quan điểm hiện đại về dạy học Vật lí ở trường THPT, đặc biệt là việc thiết kế tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, tổ chức tình huống dạy học, vị trí và các cách thức sử dụng thí nghiệm trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, các kiểu định hướng của giáo viên trong hoạt động dạy học nhằm phát huy tính tích cực của học sinh trong học tập

- Nghiên cứu nội dung các kiến thức cơ bản về sóng dừng lớp 12, để từ

đó xác định nội dung các kiến thức cơ bản mà học sinh cần phải nắm vững và các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học các kiến thức đó

- Nghiên cứu xây dựng các phương án thí nghiệm từ đó chế tạo các thiết bị thí nghiệm để sử dụng trong dạy học kiến thức về sóng dừng âm lớp

12 THPT

- Điều tra thực tế dạy học các kiến thức về sóng dừng ở lớp 12 nhằm tìm hiểu phương pháp dạy của GV và phương pháp học của HS, các khó khăn của GV và các sai lầm phổ biến của HS về sóng dừng, tình trạng thiết bị thí nghiệm về sóng dừng ở trường THPT Từ đó, thử đề xuất nguyên nhân các khó khăn, sai lầm đó để tìm biện pháp khắc phục

- Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức về sóng dừng âm trong đó có

sử dụng những thiết bị thí nghiệm đã xây dựng được nhằm phát huy tính tích cực của học sinh trong học tập

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học kiến thức đã soạn thảo để đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học nói chung và các thí nghiệm đã sử dụng nói riêng, để từ đó bổ sung hoàn thiện tiến trình dạy học

và cải tiến các thí nghiệm đã xây dựng

- Thực nghiệm sư phạm cũng nhằm mục đích sơ bộ đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học và của các thiết bị thí nghiệm đã sử dụng với mục đích kích thích hứng thú học tập, phát huy tính tích cực học tập và nâng cao chất lượng kiến thức về sóng dừng của học sinh

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

- Phương pháp nghiên cứu lý luận

+ Nghiên cứu lý luận dạy học về phát huy tính tích cực trong hoạt động nhận thức của HS, về năng lực của HS – năng lực giải quyết vấn đề, năng lực thực nghiệm

+ Nghiên cứu các tài liệu, đặc biệt là SGK, SGV, SBT và các sách tham khảo khác về sóng dừng

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

+ Phương pháp điều tra: Tìm hiểu thực tiễn về việc dạy và học các kiến thức về sóng dừng tại các trường THPT

+ Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành thực nghiệm sư phạm với tiến trình dạy học đã soạn thảo

- Phương pháp thống kê toán học

+ Tổng hợp các dữ liệu điều tra để có những thông tin về thực trạng dạy và học kiến thức về sóng dừng – Vật lí 12 THPT

+ Tổng hợp, phân tích các dữ liệu thực nghiệm để đánh giá được tính khả thi của đề tài

7 Đóng góp của đề tài

- Hệ thống hóa cơ sở lý luận của việc tổ chức tình huống học tập theo tình huống có vấn đề nhằm phát huy tính tích cực trong hoạt động nhận thức của HS

- Chế tạo và sử dụng được một số thiết bị thí nghiệm về sóng dừng âm trong chương trình Vật lí 12 THPT

- Soạn thảo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề nội dung kiến thức về sóng dừng âm trong SGK Vật lí 12 có sử dụng thiết bị thí nghiệm đã chế tạo

8 Cấu trúc của đề tài

Luận văn gồm 107 trang, ngoài phần mở đầu và phần kết luận, luận văn gồm 3 chương

Chương 1: Cơ sở lí luận của đề tài

Chương 2: Chế tạo các thiết bị thí nghiệm và soạn thảo tiến trình dạy học các kiến thức về “Sóng dừng âm”

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Thí nghiệm trong dạy học vật lí

1.1.1 Đặc điểm của thí nghiệm vật lí

Thí nghiệm 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 đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới

Thí nghiệm vật lí có một số đặc điểm sau:

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết Mỗi thí nghiệm

có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: Đối tượng cần nghiên cứu; phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động

- Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết

- Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của đại lượng khác Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc

- Có thể lặp lại được thí nghiệm Điều này có nghĩa là: Với các thiết

bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tượng, quá trình vật lí phải diễn ra trong thí nghiệm giống như ở các lần thí nghiệm trước

1.1.2 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lí

1.1.2.1 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, thí nghiệm có các chức năng sau:

a Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức (nguồn trực tiếp của tri thức)

Khi học sinh chưa có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng nghiên cứu thì thí nghiệm được sử dụng để thu nhận kiến thức đầu tiên về nó, với các hoạt động như thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, đo đạc,

c Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn

Trong việc vận dụng các tri thức lí thuyết vào việc thiết kế, chế tạo các thiết bị kĩ thuật, người ta thường gặp nhiều khó khăn do tính trừu tượng của tri thức cần sử dụng, tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật của các thiết bị cần chế tạo hoặc do lí do về mặt kinh tế hay những nguyên

nhân về mặt an toàn Khi đó thí nghiệm được sử dụng như một phương tiện tạo cơ sở cho việc vận dụng các tri thức đã thu được vào thực tiễn

d Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí

Bồi dưỡng phương pháp nhận thức vật lí (phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình) cho học sinh là một trong những việc hình thành kiến thức cơ bản cho học sinh ở trường phổ thông Thí nghiệm

có vai trò quan trọng trong cả hai phương pháp nhận thức vật lí này

1.1.2.2 Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lí luận dạy học

a Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học

Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học: Đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức mới,

kĩ năng mới, củng cố kiến thức, kĩ năng đã thu được và kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh

• Ở giai đoạn định hướng mục đích nghiên cứu, có thể sử dụng thí nghiệm để đề xuất vấn đề nghiên cứu, đặc biệt có hiệu quả trong việc tạo tình huống có vấn đề Các thí nghiệm được sử dụng để tạo tình huống có vấn đề thường là những thí nghiệm đơn giản, tốn ít thời gian chuẩn bị và tiến hành

• Thí nghiệm 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 thực nghiệm, để từ đó khái quát, quy nạp, kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới

• Thí nghiệm 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 học sinh Những thí nghiệm loại này được tiến hành ngay ở mỗi bài học nghiên cứu tài liệu mới, trong các bài học dành cho việc luyện tập, các tiết ôn tập và các giờ thí nghiệm thực hành sau mỗi chương, trong các giờ ngoại khoá hay thậm chí khi học sinh ở nhà

• Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh

Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh trong quá trình thí nghiệm (thiết kế phương án thí nghiệm, dự đoán hoặc giải thích hiện tượng thí nghiệm, quá trình Vật lí diễn ra trong thí nghiệm, lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm cần thiết, lắp ráp các dụng cụ và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lí kết quả thí nghiệm ), học sinh sẽ chứng tỏ không những kiến thức về sự kiện mà cả kiến thức về phương pháp, không những kiến thức mà cả kĩ năng của mình

Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kĩ năng của học sinh, giáo viên có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm với nhiều mức độ yêu cầu khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp; từ việc cho học sinh quan sát thí nghiệm rồi nhận xét đến việc cho học sinh trực tiếp tiến hành các thí nghiệm rồi trả lời một số câu hỏi nhất định Mức độ tự lực của học sinh trong quá trình thí nghiệm cũng có thể khác nhau, từ việc tiến hành thí nghiệm theo bảng hướng dẫn chi tiết cho sẵn đến việc học sinh hoàn toàn tự lực trong tất

cả các giai đoạn của thí nghiệm

b Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của học sinh

Việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí góp phần quan trọng vào việc phát triển nhân cách toàn diện của học sinh

- Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo về vật lí của học sinh

- Thí nghiệm 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 học sinh

- Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh

c Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hóa và trực quan trong dạy học vật lí

1.1.3 Các loại thí nghiệm đƣợc sử dụng trong dạy học vật lí

Có hai loại thí nghiệm được sử dụng trong dạy học vật lí ở trường phổ thông: Thí nghiệm biểu diễn (thí nghiệm do giáo viên tiến hành là chính, có thể có sự hỗ trợ của giáo viên) và thí nghiệm thực tập (thí nghiệm do học sinh tự thực hành dưới sự hướng dẫn của giáo viên)

1.1.3.1 Thí nghiệm biểu diễn

Thí nghiệm biểu diễn được giáo viên 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 học sinh Căn cứ vào mục đích lí luận dạy học của thí nghiệm biểu diễn trong quá trình nhận thức của học sinh, thí nghiệm biểu diễn gồm:

a Thí nghiệm mở đầu

Là thí nghiệm giới thiệu cho học sinh biết về hiện tượng sắp nghiên cứu, để tạo tình huống có vấn đề, tạo nhu cầu hứng thú học tập của học sinh, lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhận thức

b Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng

Là thí nghiệm nhằm xây dựng nên hoặc kiểm chứng lại kiến thức mới, được sử dụng trong giai đoạn nghiên cứu kiến thức mới

Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng bao gồm:

- Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát

Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát được tiến hành nhằm đi đến một luận

đề khái quát, một định luật hay một qui tắc trên cơ sở khái quát những kết quả rút ra từ thực nghiệm tức là theo con đường quy nạp Thí nghiệm loại này khi tiến hành thường khó thực hiện do các thí nghiệm thường phức tạp, mất nhiều thời gian, số liệu không đầy đủ, chính xác, số thí nghiệm tiến hành chỉ có giới hạn nên kết luận đưa ra không có tính thuyết phục cao

- Thí nghiệm nghiên cứu minh họa

Thí nghiệm minh họa là thí nghiệm được tiến hành theo con đường diễn dịch, tức là sau khi giáo viên đã hướng dẫn học sinh đưa ra kết luận,

định luật, quy tắc bằng những phép suy luận lôgic chặt chẽ, thì dùng thí nghiệm kiểm chứng lại những kết luận, định luật hay qui tắc ấy Hình thức thí nghiệm này hay được sử dụng hơn do nó chỉ mang tính chất kiểm nghiệm lại các kết luận đã có nên học sinh sẵn có định hướng về cái phải làm và phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh hơn

c Thí nghiệm củng cố

Là thí nghiệm nêu lên những biểu hiện của kiến thức đã học trong tự nhiên, đề cập đến các ứng dụng của kiến thức trong sản xuất và đời sống, đòi hỏi học sinh 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 Thông qua đó, giáo viên cũng có thể kiểm tra được mức độ tiếp thu kiến thức của học sinh

Thí nghiệm củng cố có thể được sử dụng không chỉ trong các tiết học nghiên cứu kiến thức mới mà cả trong những giờ luyện tập, hệ thống hóa kiến thức đã học

1.1.3.2 Thí nghiệm thực tập

Thí nghiệm thực tập là thí nghiệm do học sinh tự tiến hành trên lớp (trong phòng thí nghiệm), ngoài lớp, ngoài nhà trường hoặc ở nhà với các mức độ tự lực khác nhau

Có thể chia thí nghiệm thực tập thành ba loại: Thí nghiệm trực diện, thí nghiệm thực hành, thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà

a Thí nghiệm trực diện

- Tùy theo mục đích sử dụng, thí nghiệm trực diện có thể là thí nghiệm

mở đầu, thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng hay thí nghiệm củng cố

- Thí nghiệm trực diện có thể được tổ chức dưới hình thức thí nghiệm đồng loạt (tức là tất cả các nhóm học sinh cùng một lúc tiến hành các thí nghiệm như nhau với các dụng cụ giống nhau để giải quyết cùng một nhiệm vụ) nhưng cũng có thể dưới hình thức thí nghiệm cá thể (tức là các

nhóm học sinh cùng một lúc tiến hành các thí nghiệm khác nhau thường với cùng một dụng cụ nhằm giải quyết các nhiệm vụ bộ phận, để đi tới giải quyết được nhiệm vụ tổng quát)

b Thí nghiệm thực hành

Thí nghiệm thực hành là loại thí nghiệm do học sinh thực hiện trên lớp (trong phòng thí nghiệm) mà sự tự lực làm việc cao hơn so với thí nghiệm trực diện Học sinh dựa vào tài liệu hướng dẫn đã in sẵn mà tiến hành thí nghiệm, rồi viết báo cáo thí nghiệm

- Thí nghiệm thực hành vật lí có thể có nội dung định tính hay định lượng, song chủ yếu là kiểm nghiệm lại các định luật, các quy tắc đã học, xác định các đại lượng vật lí mà các nội dung này không có điều kiện để thực hiện ở dạng thí nghiệm trực diện

- Thí nghiệm thực hành có thể được tổ chức dưới một trong hai hình thức: Thí nghiệm thực hành đồng loạt (tức là tất cả các nhóm học sinh tiến hành những thí nghiệm như nhau với dụng cụ giống nhau theo cùng một mục đích) hoặc thí nghiệm thực hành cá thể với nhiều phương án khác nhau: Các nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm về những đề tài khác nhau với các dụng cụ khác nhau nhằm đạt những mục đích khác nhau; hay với cùng một đề tài theo cùng một mục đích nhưng với các dụng cụ (phương pháp đo) khác nhau hoặc về cùng một đề tài với cùng một dụng cụ nhưng nhằm giải quyết các nhiệm vụ khác nhau

c Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà

Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà là một loại bài làm mà giáo viên giao cho từng học sinh hoặc các nhóm học sinh thực hiện ở nhà

Học sinh tiến hành thí nghiệm và quan sát vật lí trong điều kiện không

có sự giúp đỡ, kiểm tra trực tiếp của giáo viên Vì vậy, loại thí nghiệm này đòi hỏi cao độ tính tự giác, tự lực của học sinh trong học tập

1.1.4 Những yêu cầu về mặt kỹ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí

- Xác định rõ logic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng thí nghiệm phải là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức Trước mỗi thí nghiệm, phải đảm bảo cho học sinh ý thức được sự cần thiết của thí nghiệm và hiểu rõ mục đích của thí nghiệm

- Xác định rõ các dụng cụ cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình thí nghiệm Không xem nhẹ các dụng cụ thí nghiệm đơn giản

- Đảm bảo cho học sinh ý thức được rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả các giai đoạn thí nghiệm bằng cách giao cho học sinh thực hiện các nhiệm vụ cụ thể

- Thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi thí nghiệm trước giờ học, đảm bảo thí nghiệm phải thành công (hiện tượng xảy ra quan sát được rõ ràng, kết quả đo

có độ chính xác chấp nhận được)

- Việc sử dụng các dụng cụ và tiến hành thí nghiệm phải tuân theo các qui tắc an toàn

1.2 Dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí

1.2.1 Cơ sở lí luận của kiểu dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí

Liên quan đến thuật ngữ “ DHGQVĐ”, trên thế giới, các nhà giáo dục

đã dùng các thuật ngữ sau:

- DHNVĐ ( Problem posing)

- DHGQVĐ ( Problem solving)

- DH đặt và GQVĐ ( Problem posing and solving)

- DH theo vấn đề ( Problem – based – instruction) viết tắt PBI

Theo chúng tôi , các thuật ngữ “DHNVĐ”, “DHGQVĐ”, “DH đặt và GQVĐ” hay “DH theo vấn đề” là những cách gọi khác nhau của cùng một

nội hàm và mang tính lịch sử Thực ra về bản chất, cấu trúc và chức năng của cách tiếp cận dạy học nêu trên đều giống nhau, những mỗi cách tiếp cận chỉ khác nhau ở chỗ đã nhấn mạnh vào một khâu nào đó của quá trình phát hiện

và GQVĐ Chính vì thế, hiện nay các nhà sư phạm đều thống nhất dùng thuật ngữ “ DHGQVĐ” Theo quan điểm lí luận nhận thức, hoạt động nhận thức của con người chỉ thực sự bắt đầu khi họ gặp phải mô thuẫn giữa một bên là nhiệm vụ phải thực hiện - một vấn đề cần phải giải quyết với một bên là trình

độ hiểu biết, kinh nghiệm đang có chưa đáp ứng được yêu cần đề ra Để giải quyết được nhiệm vụ nhận thức thì con người phải nỗ lực để xây dựng kiến thức mới, kĩ năng, cách thức thực hiện mới

Để xây dựng được một kiến thức khoa học mới, tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề trong khoa học trải qua các bước sau:

- Tiếp nhận vấn đề nghiên cứu từ các mâu thuẫn đặt ra trong quá trình nghiên cứu

- Tìm hiểu trong kho tàng kiến thức, kinh nghiệm của nhân loại đã có kiến thức hoặc cách thức giải quyết vấn đề có liên quan tới vấn đề đó hoặc tương tự vấn đề đó chưa

- Nếu có thì liệt kê tất cả các giải pháp, sau đó chọn một giải pháp thích hợp

- Nếu chưa có thì phải xây dựng kiến thức mới, đề xuất ra giải pháp mới hay cách thức thực hiện mới dùng làm công cụ, phương tiện để giải quyết vấn đề

- Thử nghiệm áp dụng kiến thức mới, giải pháp mới vào thực tế để đánh giá hiệu quả của chúng, từ đó bổ xung, hoàn thiện kiến thức đã xây dựng, hoàn thiện giải pháp đã đề xuất

Tóm lại: Có thể hiểu dạy học giải quyết vấn đề là một kiểu dạy học

nhằm thực hiện ý tưởng đưa phương pháp tìm tòi, phát kiến vào dạy học, làm cho HS quen với phương pháp tìm tòi, nghiên cứu của nhà khoa học, nhờ thế

mà phát triển năng lực sáng tạo,năng lực giải quyết vấn đề của HS

1.2.2 Các pha của dạy học giải quyết vấn đề

GS.TS Phạm Hữu Tòng đã phân tích các giai đoạn phát hiện và giải quyết vấn đề trong nghiên cứu khoa học và cụ thể hóa các pha của dạy học giải quyết vấn đề, đồng thời chỉ rõ mối liên hệ giữa nghiên cứu khoa học và dạy học

Sơ đồ các pha của tiến

trình dạy học giải quyết

Hình a

Sơ đồ các pha của tiến trình nghiên cứu xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu

Hình 1.1: Sơ đồ các pha của tiến trình dạy học phỏng theo tiến trình xây

dựng, bảo vệ trí thức mới trong nghiên cứu khoa học

Để phát huy đầy đủ vai trò của HS trong việc tự chủ hành động xây dựng kiến thức, vai trò của giáo viên trong việc xây dựng tình huống học tập và định hướng hành động tìm tòi xây dựng tri thức của HS, cũng như phát huy vai trò của tương tác xã hội ( của tập thể HS ) đối với quá trình nhận thức của mỗi cá nhân HS, đồng thời cho HS làm quen với với quy trình xây dựng, bảo vệ cái mới trong nghiên cứu khoa học thì có thể thực hiện tiến trình dạy học theo các pha, phỏng theo tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học ( hình a ) Tiến trình dạy học này gồm các pha như sau ( hình b )

*Pha thứ nhất: Chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hóa tri thức, phát biểu vấn đề ( tương ứng với (1) và (2) trong sơ đồ a)

Giáo viên giao cho HS một nhiệm vụ tiềm ẩn vấn đề Dưới sự hướng dẫn của GV, HS quan tâm đến nhiệm vụ đặt ra, sẵn sàng nhận và tự nguyện thực hiện nhiệm vụ

Quan niệm và giải pháp ban đầu HS được thử thách HS ý thức được khó khăn ( vấn đề xuất hiện )

Dưới sự hướng dẫn của giáo viên vấn đề được chính thức diễn đạt

*Pha thứ hai: Học sinh hành động độc lập, tự chủ, trao đổi, tìm tòi giải quyết vấn đề ( tương ứng với (3) và (4) trong sơ đồ a)

Học sinh độc lập xoay trở vượt qua khó khăn, có sự định hướng của

*Pha thứ ba:Tranh luận, thể chế hóa, vận dụng tri thức mới ( tương

ứng với (5) và (6) trong sơ đồ a)

Dưới sự hướng dẫn của GV, HS tranh luận,bảo vệ cái xây dựng được Giáo viên chính xác hóa, bổ xung thể chế hóa tri thức mới

Học sinh chính thức ghi nhận tri thức mới và vận dụng

Razumôpxki cho rằng sự sáng tạo dựa trên tư duy trực giác, không có con đường suy luận lôgic để sáng tạo ra cái mới Rèn luyện tư duy trực giác sáng tạo cho HS bằng cách tạo ra tình huống thích hợp trong đó vấn đề cần giải quyết được phát biểu dưới dạng phù hợp với trình độ HS, nằm trong vùng phát triển gần của HS, sao cho với sự lỗ lực cá nhân, HS có thể tự lực vượt qua trở ngại, tìm được cách giải quyết vấn đề

Như vậy vấn đề đặt ra cho HS không còn có ý nghĩa là vấn đề đặt ra cho khoa học Vật lí mà thường chỉ có các nhà khoa học mới giải quyết được

Ở đây vấn đề đã được đơn giản hóa, cụ thể hóa, thậm chí chia nhỏ hơn và HS được hỗ trợ các trang thiết bị hiện đại có hiệu quả hơn để giải quyết vấn đề Như vậy cùng một vấn đề có thể được diễn đạt ở các mức độ khác nhau Giáo viên có thể tùy trình độ HS mà lựa chọn mức độ thích hợp

1.3 Tổ chức dạy học theo h nh thức hoạt động nhóm

1.3.1 Khái niệm về hoạt động nhóm

Dạy học theo nhóm tại lớp có một lịch sử lâu đời, người khởi xướng là nhà triết học cổ Hy Lạp Socrate Phương pháp socrate này hay còn gọi là phương pháp hội thoại trò chuyện, với chức năng chủ yếu là dùng hội thoại, tranh luận để tìm tòi phát hiện ra chân lí, giúp người học tự mình phát hiện ra cái chưa biết và tự đi tìm cái cần biết Việc cộng tác giữa các thành viên trong nhóm và giữa các nhóm với nhau là tự giác, tự nguyện dưới sự tổ chức, điều khiển và hướng dẫn của GV

V.Ôkôn cho rằng nhóm học tập được lập với mục đích được xác định

rõ ràng Mục đích này là việc học tập có kết quả và thích thú hơn so với cách

học tập riêng lẻ Hoạt động chung của mỗi nhóm thường dẫn đến chỗ giải quyết nhiều vấn đề thực tiễn và lí thuyết

Trong dạy học, hoạt động nhóm là hình thức tổ chức cho học sinh học tập, thảo luận theo từng nhóm, cùng nhau giải quyết một nhiệm vụ học tập cụ thể nào đó giúp HS tự chiếm lĩnh kiến thức, hiểu thấu đáo vấn đề và phát triển những kĩ năng trí tuệ cần thiết

Hoạt động nhóm là một trong những biện pháp tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh Một hình thức dạy học phổ biến ở các nước phát triển

1.3.2 H nh thức hoạt động nhóm trong các pha của tiến tr nh dạy học giải quyết vấn đề

- Trong pha thứ nhất: Chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hoá tri thức, phát

biểu vấn đề

Bằng nhiều phương pháp khác nhau, GV dẫn dắt và giao cho HS một nhiệm vụ có tiềm ẩn vấn đề Thông thường, GV sẽ đặt một câu hỏi chung (chứa đựng vấn đề) cho cả lớp và mỗi cá nhân HS sẽ tự lực suy nghĩ để trả lời Khi gặp khó khăn, có nhu cầu trao đổi, HS có thể quay sang bên cạnh để hỏi các bạn cùng bàn, cùng tổ của mình Như vậy, trong tình huống học tập này, các nhóm nhỏ có thể được thành lập một cách ngẫu nhiên, phù hợp với quy luật xã hội của một lớp học

Cá nhân HS phát biểu ý kiến trả lời cho câu hỏi của GV Dưới sự hướng dẫn của GV, HS từ chỗ quan tâm đến nhiệm vụ đặt ra đến chỗ sẵn sàng nhận và tự nguyện thực hiện nhiệm vụ Lúc này, các nhóm nhỏ 2 – 4 em tích cực thảo luận và tranh luận hơn để tìm hướng giải quyết nhiệm vụ đặt ra Trong quá trình giải quyết nhiệm vụ đó, quan niệm và giải pháp ban đầu của mỗi HS trong nhóm được thử thách, chọn lọc và mỗi cá nhân ý thức được khó khăn Lúc này, vấn đề đối với HS xuất hiện, dưới sự hướng dẫn của GV vấn

đề đó được chính thức diễn đạt

- Trong pha thứ hai: Học sinh hành động độc lập, tích cực, trao đổi,

tìm tòi giải quyết vấn đề

Sau khi đã phát biểu vấn đề, HS độc lập HĐ, xoay trở để vượt qua khó khăn Một xu hướng chung trong việc giải quyết các vấn đề khó khăn là tập trung tư duy của tập thể, là HĐ nhóm Lúc này các nhóm trung bình được thành lập một cách có chủ định theo sự chỉ đạo của GV GV cần thể hiện rõ vai trò định hướng của mình mà trước tiên thể hiện ở việc chia nhóm HS Không nên chia các nhóm HS quá nhỏ vì số lượng phương tiện dạy học (TN,

mô hình,…) cần cung cấp cho các nhóm quá nhiều Cũng không nên chia các nhóm HS quá lớn vì như vậy các em sẽ khó HĐ, bàn bạc, thảo luận chung với nhau Tùy thuộc vào điều kiện phương tiện dạy học, bàn ghế, không gian lớp học, số lượng HS,….mà có thể chia lớp thành 4, 5 hoặc 6 nhóm

Trong quá trình tìm tòi giải quyết vấn đề, có thể do chủ định hoặc ngẫu nhiên mà mỗi nhóm sẽ có một nhóm trưởng để điều hành quá trình HĐ của nhóm Trong quá trình này, HS diễn đạt, trao đổi với các bạn trong nhóm về cách thức cụ thể để giải quyết vấn đề: Hoặc là sự suy luận từ các kiến thức đã biết, hoặc là các thao thác để nghiên cứu TN Qua trao đổi, tranh luận, các giải pháp cụ thể được thống nhất và được thực hiện với sự đóng góp công sức, trí tuệ chung của cả nhóm Quá trình này diễn ra dưới sự hướng dẫn của GV, hành động của HS được định hướng phù hợp với tiến trình nhận thức khoa học Qua quá trình dạy học nhóm trong mỗi kì học, năm học, cùng với sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS thì tính chủ động, tích cực, sáng tạo của mỗi cá nhân trong HĐ nhóm và tính tích cực của mỗi nhóm ngày càng được tăng cường và nâng cao Sự định hướng của GV đối với HĐ nhóm từ chỗ hướng dẫn trình tự HĐ, nội dung thảo luận, cách thức trình bày đến chỗ chỉ đưa ra những gợi ý để nhóm có thể tự tìm tòi, huy động hoặc xây dựng những kiến thức và cách thức HĐ thích hợp để giải quyết các nhiệm vụ mà nhóm đảm nhận

- Trong pha thứ ba: Tranh luận, thể chế hoá, vận dụng tri thức mới

Dưới sự hướng dẫn của GV, các nhóm HS tranh luận, bảo vệ kết quả

HĐ của nhóm mình Trong tình huống này, không chỉ có nhóm trưởng hay người đại diện cho nhóm tranh luận mà mỗi thành viên trong nhóm cũng có quyền và cơ hội phát biểu ý kiến trước lớp Như vậy, quá trình tranh luận, bảo

vệ tri thức đã dần dần gộp các nhóm trung bình thành nhóm lớn hơn, đó chính

là cả lớp học Khi nhiệm vụ thống nhất, thể chế kiến thức được đặt ra, chính tính xã hội của lớp đã xóa nhòa ranh giới giữa các nhóm Trong tình huống này, GV chính là người điều hành nhóm, chính xác hoá, bổ sung, thể chế hóa tri thức mới HS chính thức ghi nhận tri thức mới và vận dụng

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương này, chúng tôi đã trình bày những tư tưởng cơ bản của phương pháp dạy học mới Xuất phát từ mong muốn phát huy tính tích cực của HS trong học tập và vận dụng các quan điểm của lí luận dạy học hiện đại,

đề tài nhận thấy rằng con đường hữu hiệu nhất để phát huy tính tích cực của

HS là tổ chức hoạt động dạy học tuân theo tiến trình dạy học giải quyết vấn

đề, trong đó đặc biệt chú ý đến vị trí của thí nghiệm trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề Để soạn thảo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề theo hướng phát huy tính tích cực của HS thì cần phải:

- Thiết lập được sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học đối với kiến thức cần dạy, từ đó làm cơ sở để soạn thảo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề theo các pha của tiến trình xây dựng tri thức mới trong nghiên cứu khoa học

- Hiểu được vai trò và vị trí của thí nghiệm trong các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, vai trò của thí nghiệm trong phát triển nhân cách toàn diện của HS

- Để học sinh tích cực tham gia vào việc xây dựng kiến thức mới, giáo viên cần phải tổ chức được các tình huống có vấn đề, trong đó đặc biệt chú ý đến vai trò của các thí nghiệm được sử dụng ở các pha khác nhau của tiến trình dạy học

- Với vai trò định hướng hoạt động học tập cho HS, GV phải đưa ra được hệ thống các câu hỏi đề xuất vấn đề tương ứng với vấn đề cần giải quyết, đồng thời tổ chức hợp lí hoạt động của cá nhân và tập thể sao cho phát huy được tính tích cực của HS trong học tập

Tất cả những điều này sẽ được chúng tôi vận dụng để thiết kế tiến trình dạy học các kiến thức về sóng dừng, trong đó có sử dụng một số thiết bị thí nghiệm ở chương 2 của luận văn này

CHƯƠNG 2 CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

VÀ SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ “ SÓNG DỪNG ÂM”

Vận dụng lí luận về phát triển tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS trong học tập, và việc sử dụng các TBTN để tổ chức quá trình dạy học theo tiến trình dạy học nêu và giải quyết vấn đề, căn cứ vào mục tiêu dạy học bài

“Phản xạ sóng Sóng dừng”, chúng tôi sẽ thực hiện các công việc sau:

- Nghiên cứu nội dung các kiến thức của chương “Sóng cơ” nói chung

và bài “Phản xạ sóng Sóng dừng” nói riêng Từ đó xác định các TN cần tiến hành với nội dung kiến thức đó

- Tìm hiểu những ưu, nhược điểm và hạn chế của bộ TN sẵn có Đồng thời tiến hành điều tra tình hình dạy và học các kiến thức trên ở một số trường THPT

- Thiết kế, chế tạo các TBTN để sử dụng trong dạy học bài “Phản xạ sóng Sóng dừng”

- Trên cơ sở các TBTN đã chế tạo đó, tiến hành soạn thảo tiến trình dạy học các kiến thức của bài theo hướng phát triển tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS

2.1 Nghiên cứu nội dung chương tr nh sách giáo khoa chương

“Sóng cơ”

Để có cơ sở cho việc thực hiện đề tài, chúng tôi đã nghiên cứu nội dung chương trình, SGK chương “Sóng cơ” Từ đó xác định những khó khăn cần giải quyết và đề ra các biện pháp khắc phục, xác định các TN cần tiến hành với từng nội dung kiến thức

2.1.1 Nội dung chương tr nh, sách giáo khoa

ta chia sóng âm thành ba loại:

+ Sóng âm nghe được có tần số từ 16 Hz đến 20.000 Hz

+ Sóng âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz gọi là hạ âm

+ Sóng âm có tần số lớn hơn 20.000 Hz gọi là siêu âm

- Để có sóng âm phải có nguồn âm (vật phát dao động âm) và môi trường đàn hồi bao quanh nguồn âm Sóng âm truyền được trong môi trường rắn, lỏng, khí, không truyền được trong chân không

+ Trong chất khí và chất lỏng, sóng âm là sóng dọc vì trong các chất này lực đàn hồi chỉ xuất hiện khi có biến dạng nén, dãn

+ Trong chất rắn, sóng âm gồm cả sóng ngang và sóng dọc, vì lực đàn hồi xuất hiện cả khi có biến dạng lệch và biến dạng nén, dãn

- Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào mật độ môi trường, tính đàn hồi của mội trường và phụ thuộc vào nhiệt độ Vận tốc truyền âm trong chất rắn lớn hơn vận tốc truyền âm trong chất lỏng và lớn hơn vận tốc truyền âm trong chất khí

- Sóng âm cũng có các tính chất của sóng như: phản xạ, nhiễu xạ, giao thoa…

* Các đặc trưng vật lí của sóng âm

- Tần số (f): âm nghe được có tần số 16 Hz-20.000 Hz

- Bước sóng âm (): quãng đường mà sóng âm truyền đi được trong một chu kì dao động

- Năng lượng âm: quá trình truyền âm là quá trình truyền năng lượng Năng lượng âm tại mỗi điểm tỉ lệ thuận với bình phương biên độ dao động âm tại điểm đó Năng lượng đó được truyền từ nguồn tới tai ta

- Cường độ âm (I): cường độ âm tại một điểm là năng lượng được sóng

âm truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm

(W/m2)

- Mức cường độ âm (L)

( ) Hoặc ( )

+ I0= 10-12 W/m2: cường độ âm chuẩn

+ I: cường độ âm tại điểm đó

* Các đặc trƣng sinh lí của âm

- Độ cao của âm để phân biệt âm cao (bổng) với âm trầm (thấp), phụ thuộc vào tần số của âm Âm có tần số thấp là âm trầm, âm có tần số cao là

+ Khi tần số không thay đổi, âm có mức cường độ càng lớn (biên độ càng lớn) thì tai nghe thấy càng to Hai âm có cùng mức cường độ âm, nhưng tần số khác nhau sẽ gây ra những cảm giác âm to hay nhỏ khác nhau

- Âm sắc là đặc trưng sinh lí giúp ta phân biệt được hai âm có cùng độ cao, đô to nhưng do các nguồn âm khác nhau phát ra, phụ thuộc vào tần số, biên độ và phụ thuộc vào thành phần cấu tạo âm

b Giải thích sự hình thành sóng dừng

 Giải thích định tính:

Sóng dừng được hình thành là kết quả của sự giao thoa thoa của sóng tới và sóng phản xạ Đây là 2 sóng kết hợp bởi vậy sẽ xảy ra giao thoa và hình thành sóng dừng

 Giải thích định lượng:

Xét sóng dừng trên sợi dây đàn hồi AB

đầu B cố định, đầu A dao động với tần

(  )

Sóng phản xạ ở B có li độ ngược chiều với li độ của sóng tới tại B

( )

Từ đó suy ra khoảng cách giữa 2 bụng liên tiếp là

Tương tự ta cũng suy ra khoảng cách giữa 2 nút liên tiếp cũng là

Các bụng và nút xen kẽ và cách đều, khoảng cách giữa nút và bụng gần

nhất là

c Đặc điểm của sóng dừng

 Sự truyền năng lượng trong sóng dừng

+ Nút sóng luôn đứng yên nên nó không thực hiên công Do đó năng lương không truyền qua được nút Bụng không biến dạng, sức căng dây tại bưng bằng 0 nên bựng không thực hiên công Do đó năng lượng cũng không truyền qua bụng

+ Năng lượng của mỗi đoạn dây dài có một đầu là nút, một đầu là bụng

thì không đổi, năng lượng không truyền ra khỏi đoạn dây cũng như không truyền vào đoạn dây qua nút hoặc bụng Năng lượng “dừng” là như vậy

+ Mặt khác trong mỗi đoạn dây năng lượng truyền từ đầu này đến đầu kia

 Sự dao động của các điểm

+ Trên đoạn dây trong điền kiện lý tưởng, các nút hoàn toàn đứng yên, các điểm còn lại vẫn dao động với tốc độ dao động

Ở đây ta xét 2 khái niệm:

- Tốc độ dao dộng: v = u’

- Tốc độ truyền sóng: v = fλ

+ Thời gian giữa 2 lần sợi dây duỗi thẳng là Giải thích điều này như sau: Khi sợi dây duỗi thẳng thì li độ dao động của phần tử vật chất tại điểm bụng bằng 0, thời gian giữa 2 lần liên tiếp li độ của phần tử vật chất tại điểm bụng bằng 0 là một nửa chu kì dao động của nó tức là

+ Hình ảnh sóng dừng mà ta quan sát gồm các bó sóng đều đặn và đối xứng thực chất chỉ là sự lưu ảnh của mắt trên võng mạc mà thôi

 Tính tuần hoàn của sóng dừng

- Tuần hoàn theo không gian

- Tuần hoàn theo thời gian

2.1.2 Các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học kiến thức về

“Sóng dừng”

Từ nội dung các kiến thức HS cần lĩnh hội như ở mục 2.1.1 đã nêu Ngoài việc lấy các ví dụ trong thực tế cuộc sống, nhắc lại kiến thức về tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số, kiến thức về phương trình sóng, thì khi dạy về sóng dừng cần tiến hành các thí nghiệm mới như sau:

+ Thí nghiệm 1: Biểu diễn hiện tượng sóng dừng âm thanh (có các nút

và bụng cố định trong không gian)

+ Thí nghiệm 2: Kiểm nghiệm công thức về điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây (trong ống khí) cố một đầu cố định, đầu còn lại gắn với nguồn dao động là chiều dài sợi dây (hay ống khí) là 

2.2 Điều tra thực tế dạy học các kiến thức về sóng dừng

2.2.1 Mục đích điều tra

- Tìm hiểu phương pháp dạy của GV và phương pháp học của HS, những khó khăn của GV và HS, các sai lầm phổ biến của HS khi học phần nội dung kiến thức này

- Tìm hiểu tình trạng thiết bị thí nghiệm về sóng dừng ở trường THPT Trên cơ sở đó, đề xuất nguyên nhân của những khó khăn, sai lầm đó để làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo một số TBTN mới và soạn thảo tiến trình dạy học các kiến thức trên có sử dụng các TBTN đã chế tạo nhằm khắc phục được các mặt hạn chế đó

2.2.2 Phương pháp điều tra

Để thực hiện mục đích trên chúng tôi đã tiến hành:

- Tìm hiểu các TBTN có liên quan đến đề tài trong các phòng thí nghiệm của tổ Lí luận và phương pháp dạy học, khoa Vật lí, trường Đại học

Sư phạm Hà Nội và trường THPT Hoàng Văn Thụ ở Nam Định

- Điều tra GV: trao đổi trực tiếp với GV, nghiên cứu giáo án cụ thể và

dự giờ dạy của một số GV

- Điều tra HS: trao đổi trực tiếp với HS, dùng phiếu điều tra, qua bài kiểm tra, qua những hoạt động ngoại khóa

2.2.3 Kết quả điều tra

2.2.3.1 Về trang thiết bị thí nghiệm

Trường THPT Hoàng Văn Thụ có đầy đủ bộ thí nghiệm sóng dừng trên

lò xo và trên dây, bộ thí nghiệm kênh sóng nước để dạy học kiến thức về sóng dừng nhưng không được các giáo viên sử dụng hiệu quả

2.2.3.2 Tìm hiểu bộ thí nghiệm sẵn có

- Bộ thí nghiệm sóng dừng trên lò xo và trên dây được sử dụng để minh họa trên lò xo, hiện tượng sóng dừng ngang trên dây và xác định tốc độ truyền sóng trên lò xo và trên dây

- Bộ thí nghiệm kênh sóng nước dùng để quan sát hiện tượng sóng dừng trên mặt nước

- Bộ thí nghiệm sóng dây – PASCO (Mĩ) dùng để minh họa các tính chất của sóng dừng trên dây:

+ Sự phụ thuộc của tốc độ truyền sóng vào lực căng của dây

+ Sự phụ thuộc của tốc độ truyền sóng vào tỉ trọng của dây

Các bộ thí nghiệm này nghiên cứu sóng dừng trong chất rắn, bề mặt chất lỏng mà chưa có bộ thí nghiệm nào nghiên cứu sóng dừng trong chất khí

2.2.3.3 Tình hình dạy học của GV

- Bài soạn của GV ở phần kiến thức này chủ yếu là tóm tắt kiến thức trong sách giáo khoa, chưa phân định rõ các hoạt động của giáo viên cũng như hoạt động của học sinh Việc tổ chức, định hướng hoạt động học tập của

HS chưa thể hiện trong giáo án

- Phương pháp dạy học: Vẫn chủ yếu là thuyết trình, thông báo theo lối

“Truyền thụ một chiều” HS học thuộc lòng và phải ghi nhớ để vận dụng làm bài tập Trong các tiết dạy, GV chỉ chú ý đến việc cung cấp cho HS đầy đủ những nội dung kiến thức của bài theo đúng sách giáo khoa, hầu như không tổ chức các tình huống học tập theo các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn

đề, kể cả đối với các GV đã có kinh nghiệm lâu năm

- Về cách đặt câu hỏi định hướng: Hệ thống câu hỏi của GV đặt ra còn vụn vặt, thiếu hệ thống, không phù hợp với logic của tiến trình dạy học Do

đó chưa giúp HS phát huy được tính tích cực, tự chủ, sáng tạo và không có tác dụng trong việc phát triển tư duy

- Rèn luyện các kĩ năng cho HS: GV không chú ý đến việc rèn luyện cho HS các kĩ năng về TN, kĩ năng đọc sách giáo khoa, kĩ năng làm việc theo nhóm, kĩ năng trình bày, mà chỉ chú ý nhiều đến việc vận dụng kiến thức đã học vào việc giải bài tập

- Về việc phát huy vốn hiểu biết ban đầu của HS: hầu hết GV chỉ quan tâm phải dạy cho HS những nội dung gì và dạy thế nào để khỏi “cháy giáo án”, chưa chú ý khai thác hết vốn hiểu biết đã có của HS

- GV ít quan tâm đến thí nghiệm được sử dụng trong phần này, chủ yếu

là dạy chay, thông báo, giảng giải là phổ biến Khi được hỏi vì sao lại không đưa các thí nghiệm vào bài thì đa số các GV trả lời: các thí nghiệm ở phần này không có thiết bị, GV ngại làm thí nghiệm, lại mất thời gian Nhìn chung các GV rất ít khi làm TN đặc biệt là TN nhằm xây dựng kiến thức mới

- Về việc kiểm tra trình độ nhận thức của HS: GV thường sử dụng những câu hỏi yêu cầu tái hiện kiến thức mà ít có những câu hỏi phân tích, dự đoán, thiết kế…Đa phần các GV cho HS làm nhiều bài tập định lượng mà xem nhẹ những bài tập định tính

Qua việc tìm hiểu những hạn chế trên, chúng tôi sẽ cố gắng khắc phục khi soạn thảo và thực hiện tiến trình dạy học của mình

- Về mức độ nhận thức: chủ yếu dừng lại ở mức độ nhận biết và vận dụng được trong những tình huống quen thuộc Hầu hết các em đều làm được những bài tập yêu cầu áp dụng công thức nhưng lại rất lúng túng trước những

bài tập yêu cầu vận dụng sáng tạo kiến thức Những bài tập về mô hình hóa thiết kế thì hầu như các em không thể hoàn thành

- Về khả năng đề xuất vấn đề: hầu hết các em không thể tự đề xuất vấn đề nghiên cứu, ít đặt câu hỏi với GV, tỉ lệ HS nói chuyện và làm việc riêng cao

- Về kĩ năng: kĩ năng chủ yếu của HS là áp dụng công thức, thay số và bấm máy tính Ở một số em có hình thành kĩ năng phân tích, so sánh nhưng không nhiều Đặc biệt hầu như các em không có kĩ năng thực nghiệm, đo đạc

và xử lí số liệu TN để rút ra kết quả

2.2.3.5 Nguyên nhân của những khó khăn, sai lầm

Sau khi tìm hiểu và phân tích nội dung chương trình, trao đổi trực tiếp với GV, tìm hiểu TBTN cũng như các yếu tố khách quan, chủ quan, chúng tôi nhận thấy rằng HS không phát huy được khả năng sáng tạo, tính tích cực, chủ động và hay mắc các sai lầm trên là do các nguyên nhân sau:

- GV chưa quán triệt tư tưởng đổi mới phương pháp dạy học mà chỉ chú trọng thông báo, giảng giải, chưa quan tâm đến việc rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề và phát triển tư duy cho HS

- Phần lớn khi dạy phần này GV chỉ tóm tắt lại nội dung sách giáo khoa, không xây dựng hệ thống câu hỏi định hướng hoạt động cho HS

- GV chưa biết thiết kế, tổ chức tiến trình dạy học theo các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề Đặc biệt GV chưa biết cách tổ chức giờ học

để tạo hứng thú cho HS

- Hầu hết các GV khi dạy bài này đều không sử dụng TBTN Có rất ít

GV có sử dụng TN thì chưa biết khai thác TN để phát triển tư duy, tính tích cực, sáng tạo và rèn luyện kĩ năng thực nghiệm cho HS

b Về phía HS

- HS chưa có kĩ năng đọc sách giáo khoa

- Các em rất ít được làm quen với các phương pháp dạy học mới nên đứng trước các câu hỏi do GV đặt ra, các em còn lúng túng, e ngại và rất thiếu

tự tin, khả năng suy luận, tư duy lôgic còn yếu

- HS không được xây dựng phương án TN, thực hiện thí nghiệm để xây dựng kiến thức mới, chưa có kĩ năng làm việc nhóm

2.2.3.6 Đề xuất các biện pháp khắc phục những khó khăn, sai lầm trên

Xuất phát từ thực trạng trên, chúng tôi mạnh dạn đề xuất những biện pháp khắc phục sau:

a.Về nội dung kiến thức

- Lập sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức phần “Sóng dừng” theo phương pháp dạy học giải quyết vấn đề

- Xác định rõ những nội dung kiến thức HS cần chuẩn bị ở nhà, nội dung kiến thức cần nghiên cứu trên lớp và nội dung kiến thức HS phải tự nghiên cứu

- Lựa chọn có chủ định những nội dung kiến thức thích hợp để tổ chức hoạt động nhận thức cho HS

- Thiết kế tiến trình dạy học cụ thể phù hợp với trình độ của HS

- Chúng tôi xây dựng hệ thống câu hỏi định hướng ứng với mỗi đơn vị kiến thức cụ thể, nhằm đề xuất vấn đề nghiên cứu, gợi mở và lôi cuốn HS tham gia vào hoạt động tích cực, tự lực giải quyết vấn đề

c Về phía HS

- Phát huy tính tích cực, vốn hiểu biết ban đầu của HS

- Ôn tập, bổ sung các kiến thức liên quan đến nội dung của bài: phương trình sóng, tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số

2.3 Thiết kế các phương án thí nghiệm

2.3.1 Cấu tạo các bộ thí nghiệm đã chế tạo

2.3.1.1 Bộ TN sử dụng đèn led

Hình 2.1: Bộ TN nghiên cứu sóng dừng âm thanh

* Các chi tiết chính của bộ thí nghiệm

1 Hệ thống bảng đèn led 3-5V: Nhận biết tín hiệu từ micro đưa vào

2 Hai loa 8-15W dùng làm nguồn âm, được gắn trên thanh đỡ, có thể điều chỉnh để ở cùng độ cao, có thể di chuyển dễ dàng để thay đổi vị trí giữa hai loa

3 Hệ thống giá đỡ, thanh đỡ

4 Amply: Khuyếch đại tín hiệu từ micro vào với công suất 50W

5 Đồng hồ vạn năng: Để đo tần số dao động

6 Máy phát dao động: Tần số và biên độ dao động có thể thay đổi nhờ hai núm điều khiển

Hình 2.2: Sơ đồ mạch điện trong máy phát dao động

7 Thước dây gắn trên thanh nhôm

8 Micro không dây: Dùng để thu tín hiệu sóng âm, có độ nhạy cao, được gắn trên giá đỡ có thể điều chỉnh được độ cao, di chuyển dễ dàng trên thanh đỡ

* Lắp đặt và tiến hành thí nghiệm

a) Mục đích thí nghiệm

- Biểu diễn hiện tượng sóng dừng âm thanh (có xuất hiện các nút, các bụng cố định trong không gian)

- Xác định vị trí, khoảng cách giữa các nút, các bụng

- Đo bước sóng của sóng âm khi thay đổi tần số

- Kiểm nghiệm công thức về điều kiện để có sóng dừng âm có hai đầu

cố định 

b) Bố trí thí nghiệm

- Mắc hai loa nối tiếp nhau và nối vào máy phát dao động Hai loa đặt đối diện, điều chỉnh hai tâm loa ở cùng độ cao, di chuyển trên thanh đỡ để thay đổi khoảng cách giữa hai loa

- Micro mắc vào âm Amply Micro được gắn trên giá đỡ ở cùng độ cao với tâm của hai loa và có thể di chuyển dọc trên thanh đỡ

- Bảng đèn led mắc với Amply

- Cả máy phát dao động và Amply đều được mắc vào nguồn điện xoay chiều 220V

c) Tiến hành thí nghiệm

* Thí nghiệm biểu diễn hiện tượng sóng dừng âm thanh

- Đặt hai loa đối diện, cách nhau khoảng 60 cm

- Cho các thiết bị hoạt động

- Vặn núm điều khiển trên máy phát dao động cho biên độ cực đại

- Vặn núm điều khiển trên máy phát dao động thay đổi tần số tới một giá trị nào đó

- Dịch chuyển micro để thu tín hiệu âm trong khoảng cách giữa hai loa

- Quan sát bảng đèn led

- Nếu khi dịch chuyển micro thấy có những vị trí đèn led sáng cực đại

là vị trí bụng sóng, có những vị trí đèn led không sáng là vị trí nút sóng có nghĩa ta đã có sóng dừng trong vùng không khí giữa hai loa

+ Đo khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp, và khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp

+ So sánh khoảng cách giữa hai nút liên tiếp với khoảng cách giữa hai bụng liên tiếp

- Nếu khi dịch chuyển micro không thấy hiện tượng sáng, tối của đèn led nghĩa là ứng với tần số đó chưa thu được sóng dừng thì ta tiếp tục thay đổi tần số của máy phát dao động và tiếp tục quá trình như trên

* Thí nghiệm kiểm nghiệm công thức về điều kiện để có sóng dừng âm

có hai đầu cố định 

- Cố định khoảng cách giữa hai loa là 60cm

+ Tiến hành thí nghiệm các bước như trên đến khi có sóng dừng ở khối khí giữa hai loa

+ Đo tần số của sóng âm khi đó, đếm xem trong khoảng giữa hai loa

có bao nhiêu bụng sóng

+ Tiếp tục thay đổi tần số để có sóng dừng và đếm xem có bao nhiêu bụng sóng ứng với mỗi tần số đó Khi di chuyển hai loa đến các vị trí khác nhau, nhận thấy vị trí, bước sóng và số bụng nút cũng thay đổi

 Rút ra kết luận khi khoảng cách giữa hai nguồn âm không thay đổi thì khi tăng gấp bao nhiêu lần, số bụng sóng cũng tăng gấp bấy nhiêu lần

- Cố định tần số của máy phát dao động

+ Thay đổi khoảng cách giữa hai loa cho đến khi có sóng dừng

+ Đo khoảng cách giữa hai loa và đếm số bụng sóng

+ Tiếp tục thay đổi khoảng cách giữa hai loa và đếm xem ứng với mỗi khoảng cách đó thì có bao nhiêu bụng sóng

 Rút ra kết luận khi tần số của máy phát không thay đổi thì khi khoảng cách giữa hai loa tăng gấp bao nhiêu lần, số bụng sóng cũng tăng gấp bấy nhiêu lần

Kết luận về điều kiện để có sóng dừng âm giữa khối khí có hai đầu cố định 

d) Kết quả thí nghiệm

- Tại những vị trí là bụng sóng thì bảng đèn led sáng nhất

- Tại những vị trí là nút sóng thì bảng đèn led không sáng