Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ rèn luyện kỹ năng thí nghiệm trong dạy học bài thí nghiệm thực hành phần quang hình học vật lí 11

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM VĂN BÌNH XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KỸ NĂNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11 LUẬN VĂN THẠC SỸ SƢ PHẠM VẬT LÍ HÀ NỘI – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM VĂN BÌNH XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KỸ NĂNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11 LUẬN VĂN THẠC SỸ SƢ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: Lí luận phƣơng pháp dạy học (bộ môn Vật lí) Mã số: 60 14 01 11 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Phạm Kim Chung HÀ NỘI – 2014 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành: Trường Đại học Giáo dục-Đại học Quốc Gia Hà Nội, Các Khoa phòng chức tạo điều kiện cho trình học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn Thầy giáo hướng dẫn: TS Phạm Kim Chung tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Gia đình toàn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt trình thực luận văn Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Tác giả i DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN CNTT Công nghệ thông tin CSVC Cơ sở vật chất DH Dạy học DHVL Dạy học vật lí ĐHQGHN Đại học Quốc gia Hà Nội GD&ĐT Giáo dục Đào tạo HS Học sinh KHKT Khoa học - kỹ thuật MTĐT Máy tính điện tử PTDH Phương tiện dạy học SGK Sách giáo khoa SP Sư phạm TH Thực hành THPT Trung học phổ thông TLGK Tài liệu giáo khoa TN Thí nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm TNVL Thí nghiệm vật lí TNVLPT Thí nghiệm vật lí phổ thông VL Vật lí ii MỤC LỤC Lời cảm ơn i Danh mục chữ viết tắt luận văn ii Danh mục bảng vi Danh mục hình vii MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu .3 Nhiệm vụ nghiên cứu Khách thể đối tượng nghiên cứu Vấn đề nghiên cứu Giả thuyết khoa học Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Phương pháp nghiên cứu 10 Cấu trúc luận văn CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .7 1.1 Thí nghiệm Vật lí vai trò dạy học trường phổ thông 1.1.1 Thí nghiệm Vật lí, đặc điểm thí nghiệm Vật lí .7 1.1.2 Vai trò thí nghiệm dạy học Vật lí THPT 1.1.3 Các loại thí nghiệm Vật lí phổ thông 15 1.1.4 Một số yêu cầu thí nghiệm Vật lí việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực học sinh THPT 17 1.1.5 Xu hướng đổi tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm 17 1.2 Hệ thống kĩ thí nghiệm cần rèn luyện học sinh phổ thông dạy học Vật lí 20 1.2.1 Khái niệm kĩ 20 1.2.2 Kĩ thí nghiệm cần rèn luyện học sinh dạy học Vật lí trường THPT 20 1.2.3 Các cấp độ phát triển kĩ thí nghiệm học sinh 25 iii 1.2.4 Các giai đoạn phát triển kĩ 28 1.3 Vai trò thí nghiệm thực hành rèn luyện kĩ thí nghiệm cho học sinh dạy học vật lí trường THPT .29 1.3.1 Thí nghiệm thực hành Vật lí 29 1.3.2 Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành dạy học Vật lí trường THPT .31 1.4 Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo dạy học Vật lí 35 1.4.1 Khái niệm phần mềm dạy học 35 1.4.2 Những yêu cầu chung phần mềm dạy học 36 1.4.3 Phần mềm thí nghiệm ảo dạy học vật lí 39 1.5 Thực trạng việc rèn luyện kĩ thí nghiệm cho học sinh dạy học vật lí trường THPT 43 1.5.1 Mục đích tìm hiểu 43 1.5.2 Nội dung tìm hiểu 43 1.5.3 Phương pháp tìm hiểu .43 1.5.4 Kết tìm hiểu 44 1.6 Kết luận chương 47 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ẢO HỖ TRỢ THỰC HÀNH VẬT LÍ PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11 CƠ BẢN THPT 48 2.1 Phân tích nội dung, mục tiêu dạy học thí nghiệm thực hành phần Quang hình học .48 2.1.1 Vị trí thực hành phần Quang hình học .48 2.1.2 Mục tiêu thí nghiệm thực hành phần Quang hình học 49 2.1.3 Nội dung TH “Xác định tiêu cự thấu kính phân kì” 50 2.1.4 Những khó khăn làm thực hành phần Quang hình học 57 2.2 Đề xuất giải pháp xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành phần Quang hình học 58 2.2.1 Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ trình tự học, tự nghiên cứu nhà học sinh .58 2.2.2 Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ làm quen với iv thiết bị thí nghiệm thực xây dựng quy trình thao tác tiến hành thực hành thí nghiệm thực .60 2.2.3 Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ trình kiếm tra, đánh giá 61 2.3 Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí phần Quang hình học 63 2.3.1 Ý tưởng xây dựng phần mềm 63 2.3.2 Xây dựng thí nghiệm thực hành Vật lí ảo Flash 65 2.4 Sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí phần Quang hình học .74 2.4.1 Tổ chức thực hành TN với hỗ trợ TN Vật lí ảo 74 2.4.2 Thiết kế tiến trình dạy học thực hành thí nghiệm “Xác định tiêu cự thấu kính phân kỳ” 78 2.5 Kết luận chương 82 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 84 3.1 Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm 84 3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 84 3.1.2 Đối tượng nội dung thực nghiệm sư phạm 84 3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 85 3.2.1 Chuẩn bị thực nghiệm 85 3.2.2 Phương thức tổ chức trình thực nghiệm sư phạm .86 3.3 Kết thực nghiệm sư phạm 89 3.3.1 Phân tích định tính 89 3.3.2 Phân tích kết định lượng 92 3.4 Hiệu biện pháp đề tài đề xuất 96 3.5 Kết luận chương 97 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC CÁC CÂU HỎI KIỂM TRA SỬ DỤNG TRONG PHẦN MỀM 103 PHỤ LỤC PHIẾU CHUẨN BỊ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM 105 PHỤC LỤC BẢNG TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ KĨ NĂNG THÍ NGHIỆM 110 v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Đặc trưng phòng thí nghiệm Tái tạo phòng TN tìm tòi 19 Bảng 1.2 Bảng kĩ thí nghiệm cần rèn luyện cho học sinh THPT dạy học vật lí 21 Bảng 1.3 Các cấp độ mục tiêu nhận thức 25 Bảng 1.4 Các cấp độ mục tiêu kĩ tâm vận 26 Bảng 1.5 Thang đánh giá thực (PRS) .27 Bảng 1.6 Các cấp độ mục tiêu kĩ thí nghiệm học sinh dạy học vật lí trường phổ thông .27 Bảng 1.7 Thống kê phiếu khảo sát học sinh THPT Lý Tử Tấn .45 Bảng 2.1 Mục tiêu thí nghiệm thực hành phần Quang hình học .49 Bảng 2.2 Bảng số liệu thực hành số - phương án .55 Bảng 2.3 Bảng số liệu thực hành số - phương án .57 Bảng 3.1 - Bảng thống kê điểm số 93 Bảng 3.2 - Bảng thống kê số hoc sinh đạt từ điểm xi trở xuống (Bảng tần suất luỹ tích hội tụ lùi) 93 Bảng 3.3 - Các tham số thống kê 94 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo Razumôpxki 10 Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế phương án 1, thí nghiệm Xác định tiêu cự thấu kính phân kì .51 Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế phương án 2, thí nghiệm Xác định tiêu cự thấu kính phân kì .52 Hình 2.3 Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định ảnh vật qua thấu kính hội tụ .53 Hình 2.4 Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định tiêu cự thấu kính phân kì 54 Hình 2.5.Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định ảnh vật qua thấu kính hội tụ 56 Hình 2.6 Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định tiêu cự thấu kính phân kì 56 Hình 2.7 Màn hình lựa chọn dụng cụ thí nghiệm 59 Hình 2.9 Màn hình kiểm tra kiến thức trước thực phần thí nghiệm 62 Hình 2.10 Màn hình kiểm tra kiến thức lí thuyết .66 Hình 2.11 Hình ảnh dụng cụ thí nghiệm đưa vào phần mềm 66 Hình 2.12 Màn hình thực thí nghiệm với menu lựa chọn 71 Hình 2.13 Màn hình giới thiệu phần thực hành phương án thí nghiệm 73 Hình 2.14 Các phần hình hiển thị kết 74 Sơ đồ 2.1 Sơ đồ kết hợp thí nghiệm ảo thí nghiệm thật thực hành thí nghiệm vật lí phổ thông 75 Hình 3.1 Đồ thị đường phân bố tần suất luỹ tích hội tụ lùi .93 vii MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vật lí môn khoa học thực nghiệm, việc sử dụng thí nghiệm dạy học vật lí trường phổ thông không công việc bắt buộc, mà biện pháp quan trọng giúp nâng cao chất lượng dạy học, góp phần tích cực hoá hoạt động nhận thức học sinh Một tác dụng thí nghiệm vật lí tạo trực quan sinh động trước mắt học sinh mà cần thiết thí nghiệm dạy học vật lí quy định tính chất trình nhận thức học sinh hướng dẫn giáo viên Thông qua thí nghiệm vật lí, tạo tác động có chủ định, có hệ thống người vào đối tượng thực khách quan, với phân tích điều kiện mà diễn tác động kết tác động, ta thu nhận tri thức Hiện nay, phòng thí nghiệm trường phổ thông trang bị cách đầy đủ số lượng năm gần đây, khó khăn như: nhiều dụng cụ thí nghiệm chưa xác, nhân viên quản lí thí nghiệm không chuyên trách môn học nên việc chuẩn bị thí nghiệm cho tiết học lớp khó khăn Đồng thời, sử dụng thí nghiệm dạy học lớp gặp trở ngại cho thầy học trò tiết học trường phổ thông diễn thời gian 45 phút, thời gian ngắn thực hành Vật lí Trong thực hành Vật lí, việc giới thiệu lắp ráp thiết bị nhiều thời gian, thời gian thực tế để tiến hành thí nghiệm Như giáo viên phải nhiều thời gian cho việc chuẩn bị trước lên lớp Hơn số tiết dạy liền lớp khác điều thực cách: là, học sinh phải đến phòng chức thí nghiệm riêng biệt; hai là, thầy cô phải di chuyển hệ TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Giáo dục Đào tạo (2006), Chương trình giáo dục phổ thông, môn Vật lí NXB Giáo dục, Hà Nội Bộ Giáo dục Đào tạo (2007), Tài liệu Bồi dưỡng Giáo viên thực chương trình, sách giáo khoa lớp 11 THPT 3.Trần Tố Chinh (2013), Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dòng điện không đổi – Vật lí 11 Trung học phổ thông (Luận văn Thạc sĩ), Đại học Giáo dục, ĐHQGHN Phạm Xuân Quế (2004), “Xây dựng sử dụng phần mềm dạy học”, Tạp chí Giáo dục Vũ Trọng Rỹ (2005), “Các yêu cầu sư phạm thí nghiệm ảo – sản phẩm multimedia”, Tạp chí Giáo dục, số 107 6.Nguyễn Xuân Thành (2007), Mô thí nghiệm máy tính để sử dụng phối hợp với thí nghiệm thật dạy học vật lí nhà trường phổ thông Tạp chí Khoa học, 52(6), tr.82-86 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng, Phạm Xuân Quế (2003), Phương pháp dạy học Vật lí trường phổ thông, NXB ĐHSP Hà Nội Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng (2001), Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh dạy học Vật lí trường phổ thông, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Phạm Hữu Tòng (2001), Lí luận dạy học vật lí trường trung học, NXB Giáo dục, Hà Nội 10 Viện Vật lí kỹ thuật (2006), Tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị Vật lí 11 Tiếng Anh 11.Avi Hofstein, Vincent N Lunetta (2003), The laboratory in Science Education: Foundation for the twenty-Fisrt Century, Wiley Periodicals, New York 12 Dimitris Psillos, Hans Niedderer (2002), Teaching and learning in the science laboratory, Springer, New York 13 Pham Xuan Que, Pham Kim Chung (2007), Role, requiments oF online interactive physics experiment and how to develop the experiment Journal of Science, 52(6), pp 87-90 14 Yogesh Kumar Singh, Ruchika Nath (2007), Teaching of General Science, S.B Nangia, SPH Publishing Corporation, New Delhi, India [...]...TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1 Bộ Giáo dục và Đào tạo (2006), Chương trình giáo dục phổ thông, môn Vật lí NXB Giáo dục, Hà Nội 2 Bộ Giáo dục và Đào tạo (2007), Tài liệu Bồi dưỡng Giáo viên thực hiện chương trình, sách giáo khoa lớp 11 THPT 3.Trần Tố Chinh (2013), Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dòng điện không đổi – Vật lí 11 cơ bản Trung học phổ thông... Thạc sĩ), Đại học Giáo dục, ĐHQGHN 4 Phạm Xuân Quế (2004), Xây dựng và sử dụng phần mềm dạy học , Tạp chí Giáo dục 5 Vũ Trọng Rỹ (2005), “Các yêu cầu sư phạm đối với thí nghiệm ảo – sản phẩm multimedia”, Tạp chí Giáo dục, số 107 6.Nguyễn Xuân Thành (2007), Mô phỏng thí nghiệm trên máy tính để sử dụng phối hợp với thí nghiệm thật trong dạy học vật lí ở trong nhà trường phổ thông Tạp chí Khoa học, 52(6),... pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông, NXB ĐHSP Hà Nội 8 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng (2001), Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 9 Phạm Hữu Tòng (2001), Lí luận dạy học vật lí ở trường trung học, NXB Giáo dục, Hà Nội 10 Viện Vật lí kỹ thuật (2006), Tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị Vật lí 11 2 Tiếng Anh 11. Avi