Sử dụng phần mềm tracker trong dạy học kiến thức chuyển động tròn vật lí 10

B ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC s PHẠM HÀ NỘI ■ * • • • • • VŨ THỊ TÂM SỬ DỤNG PHẦN MỀM TRACKER TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC "CHUYỂN ĐỘNG TRÒN" • • • - VẬT LÍ 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI, 2016 B ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC s PHẠM HÀ NỘI • • • • • • • VŨ THỊ TÂM SỬ DỤNG PHÀN MÈM TRACKER TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC "CHUYỂN ĐỘNG TRÒN" • • • - VẬT LÍ 10 Chuyên ngành: Lí luận phương pháp dạy học Vật Lí Mã số: 60 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ANH THUẤN HÀ NỘI, 2016 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Phòng Sau đại học, Khoa vật lí Trường ĐH Sư phạm Hà Nội tạo môi trường học tập, nghiên cứu cho học viên Cao học khóa 18 Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyến Anh Thuấn, người tận tình hướng dẫn suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn BGH thầy cô Trường THPT Quế Võ số giúp đỡ nhiều trình thực nghiệm đề tài Cuối cùng, gởi lời cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè, người động viên, giúp đỡ suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn luận vãn rõ nguồn gốc Tác giả Vũ Thị Tâm ■ MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐÀU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu .2 Giả thuyết khoa h ọ c Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài .4 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG C SỞ LÍ LUÂN CỦA VIÊC s DUNG PHẦN MÈM • • • DẠY HỌC THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH c ự c , SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC ’’CHUYỂN ĐỘNG TRÒN"- VẬT LÍ 10 1.1 Tổ chức dạy học theo hướng pháy huy tính tích cực, sáng tạo học sinh 1.1.1 Tính tích cực học sinh học tập 1.1.2 Tính tích sáng tạo học sinh học tậ p .12 1.1.3 Dạy học giải vẩn đ ể 18 1.2 Phần mềm phân tích Video dạy học Vật lí 27 1.2.1 Phần mềm dạy học 27 1.2.2 Phần mềm phân tích video Tracker 29 CHƯƠNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM TRACKER TRONG DẠY HỌC "CHUYỂN ĐỘNG TRÒN" 32 2.1 Mục tiêu kiến thức kĩ dạy học " Chyển động tròn" 32 2.1.1.Mục tiêu kiến thức kĩ giáo d ụ c 32 2.1.2.Bổ sung kiến thức, kĩ dạy học chuyển động tròn35 2.2 Các thí nghiệm cần tiến hành dạy học ” Chuyển động tròn" 36 2.2.1 Thí nghiệm quãng đường, vận tốc chuyển động tròn 36 2.2.2 Thí nghiệm khảo sát đặc điểm lực hướng tâm chuyển động tròn 36 2.2.3 Khảo sát mối quan hệ độ lớn lực hướng tâm vào khối lượng m vật, bình phương tốc độ dài (ở2 vật, bán kỉnh quỹ đạo r vâ t 36 2.3 Xây dựng vỉdeo thí nghiệm cần tiến hành 36 2.4 Sử dụng phần mềm Tracker để phân tích vỉdeo thí nghiệm 41 2.5 Xây dựng tiến trình dạy học 59 2.5.1 Sơ đồ xây dựng kiến thức 60 2.5.2 Ỷ tưởng sư phạm soạn thảo liến trình 62 2.5.3 Tiến ừìntỉ dạy học cụ thể 64 CHƯƠNG THựC NGHIỆM s PHẠM 79 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 79 3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 79 3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 79 3.2 Quá trình thực nghiệm sư phạm 80 3.2.1 Chuẩn bị thực nghiệm sư phạm 80 3.2.2 Khó khăn tiến hành thực nghiệm sư phạm 82 3.3 Các tiều chí đánh giá 82 3.3.1 Quan sát H S 82 3.3.2 Phiếu học tập (dành cho cá nhân) 88 3.3.3 Bài kiểm tra 90 3.4 Kết thực nghiệm sư phạm 93 3.4.1 Đánh giá định tính 93 3.4.2 Đánh giá định lượng 99 KẾT LUẬN 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các từ viêt tăt Nội dung l.CNTT Công nghệ thông tin DHPH Dạy học phối hợp 3.ĐC Đối chứng GD&ĐT Giáo dục đào tạo 5.GQVĐ Giải vấn đề 6.GV Giáo viên 7.HS Học sinh 8.MVT Máy vi tính PPDH Phương pháp dạy học 10 SGK Sách giáo khoa ll.T H P T Trung học phổ thông 12 TN Thực nghiệm 13.VĐ Vấn đề DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng Nội dung 3.1 Trang Bảng kết học tập nhỏm ĐC nhóm TN 81 trước thực nghiệm sư phạm 3.2 Phiếu quan sát tính tích cực, sáng tạo dạy 85 học phàn kiến thức: quãng đường, vận tốc chuyển động tròn 3.3 Phiếu quan sát tính tích cực, sáng tạo dạy 87 học phàn kiến thức : đạc điểm lực hướng tâm 3.4 Bảng phân bố điểm HS nhóm ĐCvà TN sau 100 thực nghiệm sư phạm 3.5 Các số thống kê 3.6 Bảng phân phối tàn suất lũy tích hội tụ lùi lớp 101 TN lớp ĐC 100 DANH MỤC CÁC HÌNH VẺ stt Hình Nội dung 1.1 Trang Sơ đô khái quát tiên trình xây dựng kiên thức theo kiêu 20 dạy học GQVĐ 1.2 Tiên trình xây dựng kiên thức Vật lí theo đường lý 25 thuyết kiểu DHPH GQVĐ 1.3 Sơ đô khái quát tiên trình xây dựng kiên thức vật lí 27 theo đường thực nghiệm kiểu DHPH GQVĐ 2.1 Thí nghiệm khảo sát chuyên động diêm 37 cánh quạt quay 2.2 Thí nghiệm chứng tỏ lực hướng tâm lực đàn hôi 2.3 Thí nghiệm chứng tỏ lực hướng tâm hợp lực lực 38 37 đàn hồi trọng lực 2.4 Thí nghiệm khảo sát môi quan hệ Fht vào bán kính 2.5 Thí nghiệm khảo sát môi quan hệ Fht vào tôc độ 40 39 góc 2.6 Thí nghiệm khảo sát môi quan hệ Fht vào khôi 40 lượng 10 2.7 Tracker phân tích chuyên động điêm cánh 42 quạt chuyển động với tốc độ V i 11 2.8 Đô thị (ỡ,t) điêm cánh quạt chuyên động với tốc độ V i sau khớp hàm 12 2.9 Đô thị (s, t) điêm cánh quạt chuyên động 43 với tốc độ V i sau khớp hàm 107 KẾT LUẬN Vật lý học môn khoa học thực nghiệm mô hình hoá, đó, bên cạnh việc bồi dưỡng phương pháp nhận thức thực nghiệm cho HS việc khai thác, xây dựng sử dụng mô hình vật lý dạy học điều càn thiết Ngày nay, với hỗ trợ đắc lực máy vi tính việc phân tích video thí nghiệm máy tính hỗ trợ cho trình dạy học vật lý hoàn toàn thực người dạy theo mục đích riêng họ Điều mang lại hiệu lớn việc phát huy tính tự lực HS ừong trình chiếm lĩnh kiến thức bồi dưỡng lực sáng tạo cho HS Thực vậy, qua trình nghiên cứu, tổ chức thực đánh giá kết TNSP đề tài, đối chiếu với mục đích, nhiệm vụ giả thuyết khoa học đề ra, thu số kết sau: mặt lý luận Chúng nghiên cứu sở lý luận việc sử dụng phần mềm Tracker vào hỗ trợ dạy học theo dạy học GQVĐ nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo cho HS Chúng nghiên cứu vai trò máy vi tính dạy học khả ứng dụng phần mềm việc tính toán đại lượng đưa quy luật chuyển động vật mặt nghiên cứu ứng dụng Dựa ừên kiến thức xác định, tiến hành sử dụng phần mềm Tracker máy tính để hỗ trợ dạy học Chúng thiết kế tiến trình dạy học kiến thức chuyển động tròn Thông qua việc tổ chức dạy học theo tiến trình xây dựng, nhận thấy: - Thái độ học tập HS ngày hứng thú, tích cực - Mức độ tự lực chiếm lĩnh kiến thức HS ngày nâng cao 108 - Một số quan niệm sai lầm HS bộc lộ chỉnh sửa kịp thời Tuy nhiên, giới hạn thời gian nghiên cứu trình độ tin học mà đề tài tồn số hạn chế: - Chưa nghiên cứu hết khả ứng dụng phần mềm kiến thức khác nên nội dung đề tài xoay quanh việc ứng dụng phần mềm Tracker vào dạy học "Chuyển động tròn" Kiến nghị Để việc sử dụng phần mêm phân tích video Tracker vào dạy học nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo cho HS đạt hiệu cao thì: - Cần phải bồi dưỡng lực tin học ứng dụng cho GV( biết sử dụng thành thạo máy vi tính cách sử dụng phàn mềm Tracker) Ngoài ra, GV phải có kĩ xác định mục tiêu, lựa chọn kiến thức kết họp nhuần nhuyễn phương pháp dạy học - Cần phải nâng cao chất lượng sở vật chất, phải có nhiều phòng học đa chức trang bị đầy đủ máy vi tính, máy chiếu, chiếu, - Cần phải tổ chức nghiên cứu, lựa chọn kiến thức chương trình vật lý THPT cần đến hỗ trợ phần mềm phân tích video tracker tạo sở liệu điện tử cho việc dạy học 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Giáo Dục Đào Tạo (2010), Hướng dẫn thực chuẩn kiến thức kx môn vật lỉ 10, NXB Giáo dục, Hà Nội Hoàng Chúng (1983), Phương pháp thống kê toán học khoa học giáo dục, Nxb Giáo dục, Hà Nội ThS.Bùi Minh Đức (2006), Dạy học nêu vấn đề kiểu dạy học đại, tích cực,tạp chí dạy học ngày số 04 ThS Nguyễn Văn Giang (08/2008), Tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực, sáng tạo học sinh hình thức dạy học theo nhóm dạy học Vật Lý, Tạp chí giáo dục số 196 Trần Huy Hoàng (2012), ửng dụng tin học dạy hoc vật lí, NXB giáo dục học Việt Nam Nguyễn Ngọc Hưng (2014), Bài giảng chuyên đề cao học, NXB Hà Nội Nguyễn Ngọc Hưng (chủ biên), Nguyến Xuân Thành, Nguyễn Anh Thuấn (2014), Chuyên đề hướng dẫn sử dụng thiết bị thí nghiệm dạy học vật lí trường trung học phổ thông chuyên, NXB Đại học sư phạm Nguyễn Thế Khôi, Phạm quý Tư, Lương Tất Đạt, Lê Chân Hùng, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Đình Thiết, Bùi Trọng Tuân, Lê Trọng Tường (2012), Vật lí 10 nâng cao, NXB Giáo dục PGS TS Phạm Xuân Quế (2007), ủng dụng công nghệ thông tin tổ chức hoạt động nhận thức vật lí tích cực, tự chủ sáng tạo, NXB Đại học sư phạm 10 Nguyến Xuân Thành, Phạm Xuân Quế, Các ứng dụng máy vi tỉnh dạy học vật lí 110 11 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (2001), Tổ chức hoạt động hoạt động nhận thức cho học sinh dạy học vật lí trường phổ thông, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội 12 Nguyễn Đức Thâm (chủ biên), Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2003), Phương pháp dạy học vật lỉ trường phổ thông, Nxb Đại học Sư phạm 13 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2003), Phương pháp dạy học vật lỉ trường phổ thông, NXB Đại học Sư phạm 14 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2003), Phương pháp dạy học vật lỉ trường phổ thông, NXB Đại học Sư phạm 15 Nguyễn Anh Thuấn, Trần Bá Trình (2014), Bài giảng Sử dụng phần mềm thiết kế nội dung dạy học Vật lí, Hà Nội 16 Phạm Hữu Tòng (2004), Dạy học vật lí trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động tích cực, tự chủ, sáng tạo tư khoa học, NXB Đại học Sư phạm 17 Phạm Hữu Tòng (2004), DH vật lí trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động học tích cực, tự chủ, sáng tạo tư khoa học, NXB ĐHSP 18 Thái Duy Tuyên (2001), Giảo dục học đại (những nội dung bản), NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 19 Thái Duy Tuyên (2003), Phát huy tỉnh tích cực hoạt động nhận thức người học, Tạp chí giáo dục, số 48/2003 20 Đỗ Hương Trà (2011), Các kiểu tổ chức dạy học đại dạy học vật lỉ trường phổ thông, NXB Đại học sư phạm, Hà Nội PHỤ LỤC PHỤ LỤC KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ EM HS THÔNG QUA PIẾƯ QUAN SÁT Phiếu đánh giá nội dung kiến thức đặc điểm quãng đường, vận tốc gia tốc chuyển động tròn TT Nội dung Mục tiêu Nhóm HS Phân tích chuyển động Tích cực điểm đầu cánh quạt từ đo Điểm X X phát đặc điểm: vật cung tròn X sau khoảng thời gian X X Phát biểu vấn đề càn nghiên Tích cực cứu: chuyển động tròn X X X X X - phương chiều độ lớn vecto tốc độ dài có đặc điểm gì? - phương chiều độ lớn gia tốc hướng tâm có đặc điểm gì? Suy đoán thực giải X X X pháp đê tìm V = r Cữ\ V a= — r X Xác định nội dung X X X X X X X kiểm nghiệm thực nghiệm : Nếu xét ừong vòng chuyển động ừòn nội dung kiểm nghiệm là: - Chất điểm thực cung đường góc quét sau khoảng thời gian X X Thiết kế phương án thí nghiệm Tích cực, X - Đồ thị (s,t); (ọ , t) đường thẳng - Công thức V = r Cữ kiểm nghiệm nội dung sáng tạo X X X X X Thực phương án thí Tích cực X nghệm để kiểm nghiệm nội X dung số nội dung X X X X Phiếu đánh giá nội dung kiến thức đặc điểm lực hướng tâm phụ thuộc độ lớn vào bán kỉnh, khối lượng bình phương tốc độ góc cảu vật chuyển động tròn TT Nội dung Mục tiêu Nhóm HS Điểm Phát biểu vật chuyển Tích cực động tròn lực gây gia tốc X X X hướng tâm lực hướng tâm X X X Phát biểu vấn đề cần nghiên Tích cực cứu: - Lực hướng tâm có phải X X X X X X X loại lực hay không? - Độ lớn lực hướng tâm phụ thuộc vào yếu tố nào? Suy đoán thực giải pháp để tìm - Lực hướng tâm hợp lực lực học : Lực hướng tâm lực X X đàn hồi, lực hấp dấn, lực ma sát nghỉ, hợp lực đàn hồi ừọng lực, hợp ừọng lực X phản lực - Độ lớn lực hướng tâm tỉ lệ với khố lượng, bán kính quỹ đạo bình phương tốc độ dài Xác định nội dung X X kiểm nghiệm thực nghiệm : - lực hướng tâm lực đàn hồi - lực hướng tâm họp lực lực X đàn hôi trọng lực X X X X Thiết kế phương án thí nghiệm Tích cực, X - Độ lớn lực hướng tâm tỉ lệ với khố lượng, bán kính quỹ đạo bình phương tốc độ dài kiểm nghiệm nội dung sáng tạo Thực phương án thí Tích cực nghệm để kiểm nghiệm nội X X X X X X X dung số nội dung X X X X PHỤ LỤC PHIẾU ĐIỀU TRA GIÁO VIÊN VỀ THựC TRẠNG DẠY HỌC VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM KIẾN THỨC CHUYỂN ĐỘNG TRÒN Quỷ thầy cô vui lòng cho biết ỷ kiến thân vấn đề sau cách đánh dấu vào ô mà thầy cô đồng ỷ viết thêm ỷ kiến khác vào câu hỏi Câu 1: Các phương pháp dạy học mà thầy cô sử dụng dạy học thí nghiệm? o Đàm thoại o Thuyết trình o Phương pháp dạy học nêu vấn đề o Phương pháp dạy học thực nghiệm o Phương pháp khác: Câu 2: Khi tổ chức hoạt động dạy học kiến thức “Chuyển động tròn” - Vật lí 10, thầy cô thường sử dụng thí nghiệm hay phương tiện nào? o Thí nghiệm truyền thống o Thí nghiệm ảo o Phần mềm mô o Thí nghiệm ghép nối máy tính o Không sử dụng thí nghiệm hay phương tiện Câu 3:Những lí khiến thầy cô ngại làm thí nghiệm dạy học kiến thức “Chuyển động ừòn”? o Các thí nghiệm phức tạp, khó thực o Không có đủ thiết bị thí nghiệm o Không đủ thời gian o HS không hứng thú với việc làm TN o Thiết bị thí nghiệm chất lượng không tiến hành thí nghiệm o Các lí khác: Câu 4: Thầy cô thường sử dụng thí nghiệm kiến thức “Chuyển động tròn” giai đoạn nào? o Đặt vấn đề vào o Kiểm tra đề xuất giả thuyết o Thực nghiệm o Ý kiến khác: Câu 5: Theo quý thầy cô, chỗ khó tiến hành thí nghiệm “Chuyển động tròn” gì? o Đọc giá trị tức thời lực hướng tâm o Kĩ thuật đánh xác định vị trí để đo quãng đường chuyển động vật o Đo thời gian chuyển động vật o Ý kiến khác: Câu 6: Theo quý thầy cô, chỗ khó tiến hành thí nghiệm “Chuyển động tròn” gì? o Đo vận tốc vật o Đo quãng đường vật o Đo lực hướng tâm tác dụng lên xe o Ý kiến khác: Câu 7: Thầy cô thường cho HS hoạt động nhóm giai đoạn bài? o Tham gia xây dựng giả thuyết o Tiến hành thí nghiệm o Thiết kế phương án thí nghiệm kiểm chứng o Quan sát thí nghiệm giải thích tượng o Rút kết luận Câu 8: Theo kinh nghiệm thầy cô, học sinh thường gặp khó khăn sai lầm học kiến thức “Chuyển động tròn”? Chân thành cảm ơn quỷ thầy cô! PHỤ LỤC PHIẾU ĐIỀU TRA VỀ TÌNH HÌNH HỌC TẬP NỘI DUNG KIẾN THỨC VỀ CHUYỂN ĐỘNG TRÒN, VẬT LÍ 10 Họ tên học sinh (không bẳt buộc) Trường Các em vui lòng cho ý kiến vấn đề sau, cách đánh dấu (x) vào ô bên phải viết thêm ý kiến vào chỗ trống bảng r Chân thành cảm ơn ý kiên em CÁC V ẤN ĐỀ TÌM HIỂU VỀ TÌNH HÌNH HỌC TẬP NỘI DUNG ĐÁNH D ẤU (X) KIẾN THỨC VỀ CHUYÊN ĐỘNG TRÒN Em có thích học môn vật lí? i- có ii- không iii- bình thường *LÍ : Khi học nội dung vê kiên thức Chuyên động ừòn em gặp khó khăn sau i- Xác định tính chất chuyển động ii- Phân tích đặc điểm chuyển động iii- Nhận dạng tính chất chuyển động *Ý kiến khác : Khi học vê kiên thức Chuyên động tròn phương pháp học Thường Không em xuyên dùng dùng i- Đọc trước ii- Nghe GV giảng ghi chép iii- Đặt câu hỏi vật lí cho GV iv- Quan sát GV thí nghiệm lớp V- Trực tiếp thí nghiệm nghiên cứu vấn đề vi- Làm việc nhóm khhi nghiên cứu kiến thức ừên lớp vii- Nghiên cứu chuyên động thông qua tự làm TN lớp viii- Làm TN quan sát tượng vật lí nhà *Ý kiến khác : Khi học kiên thức vê chuyên động tròn em thích : Thích i- Tìm hiểu quy luật thông qua suy luận lí thuyết GV ii- Tìm hiểu chuyển động tròn thông qua nghiên cứu thực tế iii- Nghiên cứu chuyển động thông qua GV làm TN ừên lớp iv- Nghiên cứu chuyển động thông qua tự làm TN lớp V - Tự nghiên cứu,ôn tập thông qua làm TN nhà *Ỷ kiến khác : Em kê tên TN mà em được: i- quan sát GV làm ii- tưc tiếp làm nghiên cứu kiến tức m i iii- thưc hành buổi thưc hành iv- làm n h Những công việc em làm ừong học có TN i- thiết kế phương án thí nghiệm ii- bố trí TN iii- tiến hành TN iv- thu thập số liệu V- xử lí số liệu vi- rút nhận xét, kết luận Sau học Chuyên động tròn, với kiên thức học em tự nghiên cứu chuyển động dạng ừon thực tế không ? i- có ii- không *Neu có chuyến đông : Không thích PHỤ LỤC MỘT SỐ ẢNH THỰC NGHIỆM