Sử dụng phần mểm tracker trong dạy học các định luật niu tơn vật lí 10

Mục đích nghiên cứu Xây dựng các video thí nghiệm và sử dụng phần mềm Tracker với các video ta đã xây dựng trong dạy học Các định luật Niu-tơn – Vật lí 10 nh m phát huy tính tích cực, s

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

NGUYỄN THỊ THU HƯỜNG

SỬ DỤNG PHẦN MỀM TRACKER TRONG DẠY HỌC CÁC ĐỊNH LUẬT NIU-TƠN

– VẬT LÍ 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

HÀ NỘI, 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

NGUYỄN THỊ THU HƯỜNG

SỬ DỤNG PHẦN MỀM TRACKER TRONG DẠY HỌC CÁC ĐỊNH LUẬT NIU-TƠN

– VẬT LÍ 10

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 THUẤN

HÀ NỘI, 2016

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô và các em học sinh lớp 10A3 trường THPT Yển Khê – Thanh Ba – Phú Thọ đã tạo điều kiện thuận lợi, đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã dành tình cảm, động viên và giúp đỡ tôi trong thời gian dài học tập, nghiên cứu, thực nghiệm và hoàn thành luận văn này

Phú Thọ, tháng 6 năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thu Hường

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan r ng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này

là trung thực và không trùng l p với các đề tài khác Tôi c ng xin cam đoan

r ng 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

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thu Hường

CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

Học sinh Thí nghiệm Trung học phổ thông Thực nghiệm sư phạm Hoạt động

Trường hợp Công nghệ thông tin

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Giả thuyết khoa học 3

4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 3

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Đóng góp của đề tài 4

8 Cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHẦN MỀM TRACKER THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, SÁNG TẠO CỦAHỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 5

1.1 Dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học Vật lí 5

1.1.1 Khái niệm về dạy học giải quyết vấn đề 5

1.1.2 Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức Vật lí theo kiểu dạy học giải quyết vấn đề 5

1.1.3 Sơ đồ dạy học GQVĐ theo con đường lí thuyết và thực nghiệm 8

1.2 Phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học Vật lí 13

1.2.1 Phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học Vật lí 13

1.2.2 Phát huy tính sáng tạo của học sinh trong dạy học Vật lí 15

1.3 Sử dụng phần mềm trong dạy học Vật lí 18

1.3.1 Sử dụng phần mềm trong dạy học Vật lí 18

1.3.2 Sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học Vật lí 21

1.4 Kết luận chương 1 25

CHƯƠNG 2 SỬ DỤNG PHẦN MỀM TRACKER TRONG DẠY HỌC 27

CÁC ĐỊNH LUẬT NIU-TƠN – VẬT LÍ 10 27

2.1 Mục tiêu kiến thức kĩ năng trong dạy học các định luật Niu-tơn 27

2.1.1 Kiến thức 27

2.1.2 Kĩ năng 27

2.2 Các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học Các định luật Niu-tơn 28

2.2.1 Thí nghiệm khảo sát “Định luật II Niu-tơn” 28

2.2.2 Thí nghiệm khảo sát “Định luật III Niu-tơn” 28

2.3 Xây dựng các video thí nghiệm cần tiến hành 28

2.3.1 Thí nghiệm khảo sát “Định luật II Niu-tơn” 28

2.3.2 Thí nghiệm khảo sát “Định luật III Niu-tơn” 31

2.4 Biên tập, xử lí video thí nghiệm 32

2.5 Sử dụng phần mềm Tracker để phân tích các video thí nghiệm đã xây dựng 33

2.5.1 Thí nghiệm khảo sát “Định luật II Niu-tơn” 33

2.5.2 Thí nghiệm khảo sát “Định luật III Niu-tơn” 41

2.6 Xây dựng tiến trình dạy học có sử dụng phần mềm Tracker 46

2.6.1 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức “Định luật II Niu-tơn” 46

2.6.2 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức “Định luật III Niu-tơn” 58

2.7 Kết luận chương 2 68

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 69

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 69

3.1.1 Mục đích 69

3.1.2 Nhiệm vụ 69

3.2 Đối tượng của thực nghiệm sư phạm 69

3.3 Nội dung của thực nghiệm sư phạm 70

3.4 Tiêu chí đánh giá tính tích cực, sáng tạo của học sinh 70

3.4.1 Các tiêu chí đánh giá ứng với từng mục đích đánh giá 70

3.5 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 72

3.5.1 Diễn biến giờ học thực nghiệm kiến thức “Định luật II Niu-tơn” 72

3.5.2 Diễn biến giờ học thực nghiệm kiến thức “Định luật III Niu-tơn” 80

3.6 Kết quả thực nghiệm sư phạm 85

3.7 Đánh giá thực nghiệm sư phạm 86

3.7.1 Đánh giá tính tích cực của HS 86

3.7.2 Đánh giá tính sáng tạo của HS 86

3.8 Kết luận chương 3 87

KẾT LUẬN 90

1 Các kết quả của luận văn 90

2 Hướng phát triển của luận văn 90

3 Một số đề xuất, kiến nghị 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Hiện nay, khoa học công nghệ phát triển như v bão, đ c biệt là công nghệ thông tin, những “ứng dụng của công nghệ thông tin đã mang đến nhiều thành tựu to lớn có tính chất cách mạng trên nhiều lĩnh vực, trong đó có giáo dục và đào tạo Chính vì vậy, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào giáo dục

và đào tạo đã trở thành nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu của nhiều quốc gia trên thế giới Các nhà sư phạm đều nhận thấy r ng việc ứng dụng công nghệ thông tin vào đổi mới phương pháp dạy học đã đem lại nhiều hiệu quả”

Tại Hội nghị lần thứ hai Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa VIII chỉ

rõ “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục và đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học Từng bước

áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học ”

Trong Luật giáo dục năm 2005 chỉ rõ: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tự giác, tích cực, chủ động, sáng tạo của học sinh ”

Chỉ thị số 29 của Bộ Giáo dục và đào tạo ngày 30/7/2001/CT giai đoạn

2001 – 2005 nêu rõ “Công nghệ thông tin là phương tiện để tiến tới một xã hội hóa học tập” nhưng “giáo dục và đào tạo phải đóng vai trò quan trọng bậc nhất thúc đẩy sự phát triển của công nghệ thông tin”

Trong chiến lược phát triển Giáo dục và đào tạo đến năm 2010 của Bộ giáo dục và đào tạo đã yêu cầu ngành Giáo dục phải từng bước phát triển giáo dục dựa trên công nghệ thông tin vì công nghệ thông tin và đa phương tiện sẽ tạo ra những thay đổi lớn trong hệ thống giáo dục, trong chuyển tải nội dung chương trình đến người học, thúc đẩy cuộc cách mạng về phương pháp dạy và học

Thực hiện sự chỉ đạo này, ngành giáo dục đã và đang thực hiện việc đổi mới rất mạnh mẽ về nội dung và phương pháp dạy học ở cấp Trung học phổ thông Hiện nay, ở các trưởng Trung học phổ thông đều được trang bị phòng máy, phòng đa năng, kết nối mạng Internet và tin học được giảng dạy chính thức, tạo cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin cho giáo viên sử dụng trong quá trình dạy học của mình

Đối với bộ môn Vật lí có nhiều phương pháp, phương tiện dạy học để phát huy tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh Trong đó có thể kể đến việc sử dụng phần mềm dạy học, một trong số những phần mềm mang lại hiệu quả cao, phân tích, đo đạc được một số đại lượng của những hiện tượng thực tế mà dùng thí nghiệm bình thường rất khó thiết kế đó là phần mềm phân tích video Tracker

Trong chương trình Vật lí 10 THPT hiện nay kiến thức chương “Động lực học” không phải kiến thức quá khó, học sinh hoàn toàn có thể tìm hiểu giải quyết vấn đề một cách chủ động khi các em được quan sát hiện tượng Cụ thể đối với các hiện tượng liên quan đến Các định luật Niu-tơn trong thực tế, việc các em quan sát để rút ra kết luận một cách định tính là rất dễ dàng Nhưng để đi đến kết luận về định lượng thì việc thiết kế thí nghiệm g p nhiều khó khăn Vì vậy, sử dụng phần mềm phân tích video trong dạy học Các định luật Niu-tơn là hoàn toàn phù hợp

Hiện nay, c ng có nhiều tác giả nghiên cứu xây dựng phần mềm dạy học

để giảng dạy như: Nguyễn Xuân Thành, Trịnh Hoàng Nhân, Nguyễn Minh

D ng Tuy nhiên việc lựa chọn phần mềm dạy học như thế nào cho phù hợp với các bài dạy, với các đối tượng học sinh để phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh

Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài “Sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học Các định luật Niu-tơn – Vật lí 10” cho luận văn thạc sĩ của mình

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng các video thí nghiệm và sử dụng phần mềm Tracker với các video ta đã xây dựng trong dạy học Các định luật Niu-tơn – Vật lí 10 nh m phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh

3 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng các video thí nghiệm và sử dụng phần mềm Tracker với các video thí nghiệm đã xây dựng trong dạy học Các định luật Niu-tơn – Vật

lí 10 theo dạy học giải quyết vấn đề thì sẽ phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh

4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Việc sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học Vật lí

- Hoạt động dạy và học các định luật Niu-tơn trong đó có sử dụng phần mềm phân tích video

4.2 Phạm vi nghiên cứu:

- Khai thác, sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học Vật lí

- Phạm vi kiến thức về các định luật Niu-tơn

- Phạm vi thực nghiệm sư phạm: trường THPT Yển Khê

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học giải quyết vấn đề

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng phần mềm nhất là phần mềm Tracker trong dạy học Vật lí

- Tìm hiểu hiện trạng việc sử dụng phần mềm trong dạy học Vật lí ở một

số trường THPT

- Nghiên cứu kiến thức, kĩ năng các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học Các định luật Niu-tơn

- Nghiên cứu sử dụng phần mềm Tracker

- Xây dựng các video thí nghiệm về Các định luật Niu-tơn

- Soạn thảo tiến trình dạy học Các định luật Niu-tơn dùng phần mềm Tracker để xây dựng theo dạy học giải quyết vấn đề

- Thực nghiệm sư phạm

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lí luận

- Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia

- Sử dụng phần mềm Tracker phân tích các video thí nghiệm đã xây dựng

- Soạn thảo được tiến trình dạy học định luật II, định luật III Niu-tơn có dùng phần mềm Tracker với các video thí nghiệm đã xây dựng theo kiểu dạy học giải quyết vấn đề nh m phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh

8 Cấu trúc luận văn

Chương 1: Cơ sở lí luận của việc sử dụng phần mềm Tracker theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học Vật lí

Chương 2: Sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học Các định luật tơn – Vật lí 10

Niu-Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHẦN MỀM TRACKER THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, SÁNG TẠO CỦA

HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

1.1 Dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học Vật lí

1.1.1 Khái niệm về dạy học giải quyết vấn đề

Định nghĩa (V.Ôkôn – Những cơ sở của việc dạy học nêu vấn đề - NXBGD 1976): Dạy học giải quyết vấn đề dưới dạng chung nhất là toàn bộ các hành động như tổ chức các tình huống có vấn đề, biểu đạt (nêu ra) các vấn

đề (tập cho học sinh quen dần để tự làm lấy công việc này), chú ý giúp đỡ cho học sinh những điều cần thiết để giải quyết vấn đề, kiểm tra các cách giải quyết đó và cuối cùng lãnh đạo quá trình hệ thống hóa và củng cố các kiến thức đã tiếp thu được

Dạy học giải quyết vấn đề là kiểu dạy học dạy học sinh thói quen tìm tòi giải quyết vấn đề theo cách của các nhà khoa học, không những tạo nhu cầu, hứng thú học tập, giúp học sinh chiếm lĩnh được kiến thức, mà còn phát triển được năng lực của học sinh

1.1.2 Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức Vật lí theo kiểu dạy học giải quyết vấn đề

+ Chứa đựng câu hỏi nhưng đó là câu hỏi về một cái chưa biết, câu hỏi

mà câu trả lời là một cái mới phải tìm tòi sáng tạo mới xây dựng được, chứ không phải là câu hỏi chỉ đơn thuần yêu cầu nhớ lại những kiến thức đã có

- Khái niệm “tình huống có vấn đề”

Tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà học sinh có nhu cầu mong muốn giải quyết, tự thấy mình có khả năng tham gia giải quyết và

do đó sẽ suy nghĩ đưa ra giải pháp riêng của mình, tự tìm tòi cách giải quyết thích hợp

* Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học giải quyết vấn đề

a) Giai đoạn 1: Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết

Giáo viên giao cho học sinh 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

b) Giai đoạn 2: Phát biểu vấn đề cần giải quyết

Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh 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 vật kí mới cần xây dựng)

c) Giai đoạn 3: Giải quyết vấn đề

Suy đoán giải pháp giải quyết vấn đề: Với sự định hướng của giáo viên, học sinh trao đổi, thảo luận suy đoán giải pháp giải quyết

Thực hiện giải pháp đã suy đoán: Khảo sát lí thuyết và/ho c khảo sát thực nghiệm: Học sinh vận hành mô hình (kiến thức đã biết, giả thuyết) rút ra kết luận lôgic về cái cần tìm; thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu lượm và xử lí các dữ liệu cần thiết, rút ra kết luận về cái cần tìm

d) Giai đoạn 4: Rút ra kết luận

Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh xem xét sự phù hợp giữa kết luận có được nhờ suy luận lí thuyết (mô hình hệ quả lôgic) với kết luận có được từ các dữ liệu thực nghiệm (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 vật lí 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 hiện thí nghiệm đã đảm bảo các điều kiện của thí nghiệm thì xem lại quá trình vận hành mô hình xuất phát Nếu quá trình vận hành mô hình không mắc 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 c ng có nghĩa là chỉ ra phạm vi áp dụng của

mô hình xuất phát lúc đầu

Giáo viên chính xác hóa, bổ sung, thể chế hóa kiến thức Vật lí mới

e) Giai đoạn 5: Vận dụng kiến thức Vật lí mới để giải quyết các nhiệm vụ đặt ra tiếp theo

Trên cơ sở vận dụng kiến thức Vật lí mới đã thu được để giải thích, tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, lại đi tới chỉ ra phạm vi áp dụng của kiến thức Vật lí đã xây dựng được và dẫn tới xây dựng những mô hình mới (các kiến thức Vật lí mới) Như vậy:

- Thí nghiệm trong quá trình xây dựng kiến thức Vật lí như đã nêu thể hiện mối liên hệ biện chứng giữa hành động lí thuyết và hành động thực nghiệm, giữa suy diễn và quy nạp, giữa tư duy lôgic và tư duy trực giác

- Trong dạy học Vật lí, việc thiết lập được sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức Vật lí theo kiểu dạy học giải quyết vấn đề là cần thiết cho việc

xác định mục tiêu dạy học và soạn thảo tiến trình hoạt động dạy học cụ thể kiến thức mới (thiết kế việc tổ chức, kiểm tra, định hướng hành động học của học sinh đối với kiến thức cần dạy)

Hình 1.1 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức Vật lí

theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

1.1.3 Sơ đồ dạy học GQVĐ theo con đường lí thuyết và thực nghiệm

a) Sơ đồ dạy học giải quyết vấn đề theo con đường lí thuyết

Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết của kiểu dạy học giải quyết vấn đề được thể hiện qua sơ đồ hình 1.2

1 Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát

từ kiến thức c , kinh nghiệm, thí nghiệm, bài tập, truyện kể lịch sử…

2 Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)

3 Giải quyết vấn đề

- Suy đoán giải pháp GQVĐ nhờ khảo sát lí thuyết và khảo sát thực

nghiệm

- Thực hiện giải pháp đã suy đoán

4 Rút ra kết luận (kiến thức Vật lí mới)

5 Vận dụng kiến thức Vật lí mới để giải quyết những nhiệm vụ đ t ra tiếp theo

1 Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát:

từ kiến thức c , kinh nghiệm, thí nghiệm, bài tập, truyện kể lịch sử

2 Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)

3 Giải quyết vấn đề

3.1 GQVĐ nhờ suy luận lí thuyết trong đó có suy luận toán học

- Suy đoán giải pháp GQVĐ:

* Xác định các kiến thức đã biết cần vận dụng

* Xác định cách thức vận dụng các kiến thức này để đi tới câu trả lời

- Thực hiện giải pháp đã suy đoán để tìm được kết quả

Làm thế nào để kiểm nghiệm nhờ TN kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết?

3.2 Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được tử suy luận lí thuyết nhờ thí nghiệm

- Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ TN

* Phân tích xem có thể kiểm nghiệm trực tiếp nhờ TN kết quả thu được từ suy luận lí thuyết không?

* Nếu không được, suy luận logic từ kết quả này ra hệ quả kiểm nghiệm được nhờ TN

- Thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu được từ suy luận lí thuyết ho c 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 TN này như thế nào?

- Thực hiện TN: Lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí, và tiến hành TN, thu thập

và xử lí các dữ liệu TN để đi tới kết quả

đề cho suy luận lí thuyết

Những kiến thức vận dụng lúc đầu này nhiều khi là trường hợp riêng, trường hợp giới hạn của kiến thức mới Qua đó, phạm vi áp dụng các kiến thức đã vận dụng lúc đầu được chỉ ra

Hình 1.2 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo

con đường lí thuyết của kiểu dạy học GQVĐ

Từ sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết của kiểu dạy học GQVĐ, ta thấy:

- Tính tích cực nhận thức và năng lực sáng tạo của HS được phát triển ở giai đoạn 1 nếu HS tự phát hiện được VĐ cần giải quyết Ở giai đoạn 3, năng lực sáng tạo của HS được phát triển một cách tối đa thông qua các hoạt động: Suy đoán giải pháp GQVĐ, thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm nghiệm kết quả đã thu được nhờ suy luận lí thuyết ho c hệ quả của nó

- Để 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 dụng, xác định được 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 năng lực sáng tạo của HS được phát triển

- Kiến thức được tìm ra nhờ suy luận lí thuyết từ những kiến thức đã biết nhìn chung là chính xác Tuy nhiên, kiểm nghiệm kiến thức đã tìm ra từ suy luận lí thuyết 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 năng lực sáng tạo 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 lí thuyết ho c 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 TN này như thế nào)

b) Sơ đồ dạy học giải quyết vấn đề theo con đường thực nghiệm

Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm của kiểu dạy học GQVĐ được thể hiện qua sơ đồ hình 1.3:

1 Làm nảy sinh VĐ cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát:

Từ kiến thức c , kinh nghiệm, TN, bài tập, truyện kể lịch sử

2 Phát biểu VĐ cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)

3 Giải quyết VĐ

3.1 Đề xuất giả thuyết

Làm thế nào để kiểm tra được nhở TN tính đúng đắn của giả thuyết đã để xuất?

3.2 Kiểm tra tính đúng đắn của giải thuyết nhờ TN

- Xác định nội dung cần kiểm tra nhờ TN:

* Phân tích xem có thể kiểm tra trực tiếp nhờ THN tính đúng đắn của

giả thuyết đã đề xuất không?

* Nếu không được, suy luận logic từ giả thuyết ra hệ quả kiểm tra được trực tiếp nhờ TN

- Thiết kế phương án TN để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết ho c

hệ quả của nó: cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, tiến hành TN như thế nào, thu thập dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử lí các dữ liệu TN này như thế nào?

- Thực hiện TN: Lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và tiến hành TN, thu thập và xử lí các dữ liệu TN để đi tới kết quả

Hình 1.3 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm của kiểu dạy học GQVĐ

Từ sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm của kiểu dạy học GQVĐ, ta thấy:

- Tính tích cực nhận thức và năng lực sáng tạo của HS được phát triển thông qua các hoạt động: phát hiện VĐ cần giải quyết, đề xuất giả thuyết, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết nhờ TN

- Đứng trước VĐ cần giải quyết, HS dựa vào kinh nghiệm, sự tương tự, mối liên hệ nhân quả, sự thuận nghịch của nhiều quá trình, phép ngoại suy, các mối liên hệ định lượng thường g p để đề xuất giả thuyết Tuy nhiên, theo chúng tôi, nếu dựa vào các cách đề xuất giả thuyết này mà HS vẫn không xây dựng được giả thuyết thì GV ho c các nhóm HS cần phải tiến hành TN hỗ trợ

để giúp HS có thể đề xuất được giả thuyết

Ví dụ: HS đứng trước VĐ cần giải quyết: “Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đ t trong từ trường phụ thuộc vào yếu tố nào và phụ thuộc như thế nào vào các yếu tố đó?”, dựa vào kiến thức đã biết

về sự phụ thuộc của phương, chiều lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện vào phương, chiều của dòng điện chạy trong đoạn dây dẫn thì HS

có thể đề xuất được giả thuyết: độ lớn F của lực từ phụ thuộc vào độ lớn I của cường độ dòng điện Nhưng “độ lớn của lực từ phụ thuộc như thế nào vào độ lớn của cường độ dòng điện” thì HS không thể đề xuất được Lúc này, GV

ho c nhóm HS cần phải tiến hành nhanh một TN để hỗ trợ cho HS đề xuất được giả thuyết: F I [2]

1.2 Phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học Vật lí

1.2.1 Phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học Vật lí

a) Khái niệm tính tích cực

Tính tích cực là khái niệm biểu thị sự nỗ lực của chủ thể khi tương tác với đối tượng, biểu thị sự cường độ vận động của chủ thể khi thực hiện một nhiệm vụ, giải quyết một vấn đề nào đó Sự nỗ lực diễn ra trên các m t: sinh

lí, tâm lí, xã hội Tính tích cực chịu ảnh hưởng của rất nhiều nhân tố như: Nhu cầu, động cơ, hứng thú [12]

Tính tích cực nhận thức là tính tích cực xét trong điều kiện, phạm vi của quá trình dạy học, chủ yếu được áp dụng trong quá trình nhận thức của học sinh [11]

Như vậy, tính tích cực nhận thức là khái niệm biểu thị sự nỗ lực của chủ thể khi tương tác với đối tượng trong quá trình học tập, nghiên cứu nh m đạt được mục đích đề ra là chiếm lĩnh thông tin để làm thay đổi và phát triển năng lực con người

b) Các biểu hiện tính tích cực của học sinh

- Giáo viên muốn phát hiện được học sinh có tích cực hay không, cần dựa vào một số dấu hiệu sau đây:

+ Các em có chú ý học tập hay không?

+ Có hăng hái tham gia vào các hoạt động học tập không (thể hiện ở hành động giơ tay phát biểu ý kiến, thảo luận nhóm, ghi chép )

+ Có hoàn thành những nhiệm vụ được giao hay không

+ Có ghi nhớ tốt những điều đã học không

+ Có thể trình bày lại nội dung bài học theo ngôn ngữ riêng hay không + Có vận dụng được những kiến thức đã học vào thực tiễn không

+ Tự giác học tập hay bị bắt buộc bởi những tác động bên ngoài

+ Thực hiện nhiệm vụ của giáo viên ở mức độ tối thiểu hay tối đa

+ Tích cực nhất thời hay thường xuyên

+ Có kiên trì vượt khó hay không

c) Biện pháp phát huy tính tích cực của học sinh

- Nói lên ý nghĩa lí thuyết, ý nghĩa thực tiễn và tầm quan trọng của vấn

đề sẽ nghiên cứu

- Nội dung dạy học phải mới, nhưng cái mới ở đây không phải quá xa lạ với học sinh, cái mới phải liên hệ và phát triển từ cái c Kiến thức phải có tính thực tiễn, gần g i với sinh hoạt, với suy nghĩ h ng ngày, thỏa mãn nhu cầu nhận thức của học sinh

- Phải dùng các phương pháp, hình thức dạy học đa dạng: Nêu vấn đề và giải quyết vấn đề, đàm thoại, thuyết giảng, trò chơi

- Kiến thức phải được trình bày trong dạng động, phát triển và mâu thuẫn với nhau Những vấn đề quan trọng, các hiện tượng then chốt có lúc cần diễn

1.2.2 Phát huy tính sáng tạo của học sinh trong dạy học Vật lí

a) Khái niệm tính 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

Năng lực sáng tạo là khả năng tạo ra những giá trị mới về tinh thần, vật chất, tìm ra kiến thức mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công

những hiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới Như vậy, sản phẩm của sự sáng tạo không thể suy ra từ cái đã biết b ng cách suy luận lôgic hay bắt chước làm theo Trong khoa học kĩ thuật, khi xem xét những phát kiến, phát minh, người

ta dựa theo tiêu chuẩn sau đây:

Được thừa nhận là một phát kiến, nếu nó là một sự xác lập những quy luật, những thuộc tính, những hiện tượng chưa biết trước đây, tồn tại một cách khách quan của thế giới vật chất Được thừa nhận là một phát minh, nếu đó là một cách giải quyết mới mẻ một nhiện vụ trong bất kì lĩnh vực nào của kinh

tế quốc dân, văn hóa, y tế hay quốc phòng mang lại một hiệu quả tích cực Vấn đề bản chất tâm lí học của trực giác là vấn đề cơ chế giải quyết các nhiệm vụ nhận thức mà không thể thực hiện được b ng con đường suy luận loogic Đó là trường hợp mà chủ thể nhận thức không có đủ tri thức cần thiết chio việc biến cải tình huống dần dần để cuối cùng đi đến giải quyết được nhiệm vụ Ở đây, bắt buộc phải đưa ra một phỏng đoán mới, một giải pháp mới chưa hề có, một hoạt động sáng tạo thực sự

Tư duy trực giác khác với tư duy biện giải loogic là ở chỗ những bước đi của nó không thể hiện rõ một trình tự tất yếu ch t chẽ, việc giải quyết vấn đề lại giống như một phỏng đoán đòi hỏi có một căn cứ logic

Nếu tri thức biện giải được đạt tới b ng con đường suy luận logic liên tục, liên tiếp, mà trong đó mỗi một tư tưởng tiếp theo đều xuất phát một cách lôgic từ cái trước, phụ thuộc vào cái trước là tiền đề cho cái tiếp theo, thì tư duy trực giác thu nhận được một cách nhảy vọt, một cách trực tiếp, các giai đoạn của nó không thể hiện một cách minh bạch và người suy nghĩ không thể hiện ngay ra làm thế nào mà họ đi đến cái quyết định đó, con đường đó vẫn còn chưa nhận thức được, phải sau này mới xác lập được cơ sở lôgic của phỏng đoán trực giác đó

Năng lực sáng tạo gắn liền với kĩ năng, kĩ xảo và vốn hiểu biết của chủ thể Trong bất cứ lĩnh vực nào, các thành thạo và kiến thức sâu rộng thì càng nhạy bén trong dự đoán, đề ra được nhiều dự đoán, nhiều phương ắn để lựa chọn, càng tạo điều kiện cho trực giác phát triển

Vì vậy, khổng thể rèn luyện năng lực sáng tạo tách rời, độc lập với học tập kiến thức về một lĩnh vực nào đó

Hoạt động sáng tạo của nhà khoa học là tìm ra những phát minh mà nhân loại chưa một ai biết, còn hoạt động sáng tạo đối với học sinh mang ý nghĩa là một hoạt động tập dượt sáng tạo, sáng tạo lại Điều quan trọng cần đạt được không phải là những sản phẩm sáng tạo mà là khả năng sáng tạo của họ Kiến thức học sinh sáng tạo ra sau này sẽ quên đi vì không được dùng đến, còn năng lực sáng tạo của họ thì sẽ luôn được sử dụng trong hoạt động thực tiễn sau này [7]

b) Các biểu hiện tính sáng tạo của học sinh

- Khả năng tự lực chuyển các kiến thức c , vốn hiểu biết của mình sang một tình huống Vật lí mới cần giải quyết

- Phát huy được những chức năng mới ở đối tượng quen biết (chức năng mới ở đây có thể chỉ mới đối với sự hiểu biết của học sinh)

- Nhanh chóng nhận ra cấu trúc, kết cấu đối tượng đang nghiên cứu

- Đưa ra một hay nhiều phương án giải quyết trước một vấn đề đ t ra

- Đề xuất ý kiến riêng, cách lí giải riêng khác với ý kiến đã biết về một hiện tượng, một nguyên tắc hay một quá trình nào đó mà không lệ thuộc vào ý kiến của giáo viên, của bạn bè c ng như không sợ sai

- Nêu được ý tưởng bổ sung, cải tiến các thiết bị thí nghiệm đã có hay đề xuất các phương án thí nghiệm mới

- Vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống bắt g p bất ngờ trong thực tế

- Trong quá trình nhận thức, học sinh tự kiểm tra đánh giá điều chỉnh một cách nhanh chóng những sai lầm g p phải

c) Các biện pháp phát huy tính sáng tạo của học sinh

- Tổ chức hoạt động nhận thức sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới

- Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết

+ Dựa vào liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có

+ Dựa trên sự tương tự

+ Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có mối quan hệ nhân quả

+ Dựa trên nhận xét về hai hiện tượng luôn biến đổi đồng thời, cùng tăng

ho c cùng giảm mà dựa 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

+ Dựa trên sự dự đoán về mối quan hệ định lượng

- Luyện tập đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán [7]

1.3 Sử dụng phần mềm trong dạy học Vật lí

1.3.1 Sử dụng phần mềm trong dạy học Vật lí

a) Các loại phần mềm và chức năng của chúng

Phần mềm được sử dụng trong máy vi tính là các chương trình hệ thống, chương trình tiện ích và chương trình ứng dụng được diễn đạt theo ngôn ngữ

mà máy tính có thể đọc được

Phần mềm hệ thống là tất cả các phần mêm được sử dụng để điều hành

và bảo trì một hệ máy vi tính, bao gồm hệ điều hành và các chương trình tiện ích – phân biệt với các chương trình ứng dụng Thuộc về phần mềm hệ thống

có thể là chương trình cơ sở Các chương trình cơ sở được nạp cố định trong

bộ nhớ chỉ đọc ra của máy vi tính, ho c ở một nơi khác nào đó trong mạng điện máy vi tính, như các chip BIOS của các máy tính tương thích IBM chẳng hạn Người sử dụng không thể thay đổi gì trong nội dung phần mềm này Các

hệ điều hành được sử dụng trong các máy vi tính hiện nay có thể kể ra là: DOS, Windows, Macintosh v.v

Phần mềm ứng dụng là các chương trình nh m thực hiện các công việc

cụ thể xử lí từ, quản lí dữ liệu, vẽ hình, tính toán, Khác với phần mềm hệ thống dùng để duy trì và tổ chức hệ máy tính, và các chương trình tiện ích

nh m trợ giúp cho người sử dụng trong việc duy trì và tổ chức hệ đó Phần mềm ứng dụng được sản xuất ra rất nhiều Mỗi một lĩnh vực nghiên cứu, hoạt động có một ho c nhiều chương trình ứng dụng khác nhau

Hiện nay, nhiều cơ sở trong nước ta đã và đang nghiên cứu viết ra các phần mềm ứng dụng để sử dụng trong các ngành kinh tế quốc dân Trong dạy học nói chung và trong dạy học Vật lí nói riêng, đã có các phần mềm về ôn tập, kiểm tra đánh giá ho c mô phỏng M c dù phần mềm ở Việt Nam có nhiều điều kiện phát triển, song các phần mềm trong lĩnh vực dạy học còn đang trong giai đoạn thử nghiệm và chưa được sử dụng rộng rãi [7]

b) Sử dụng máy vi tính trong dạy học

Do có những tính năng mới và ưu việt nên trong khoảng ba, bốn mươi năm gần đây, máy vi tính đã được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của xã hội như: kinh tế, quốc phòng, nghiên cứu khoa học Trong lĩnh vực giáo dục, người ta c ng đã và đang nghiên cứu sử dụng máy vi tính trong dạy học

Nhờ chức năng có thể tạo nên, lưu trữ và hiển thị lại một khối lượng thông tin vô cùng lớn dưới dạng văn bản, hình ảnh và âm thanh nên máy vi tính được sử dụng để hỗ trợ giáo viên 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 hòa cho bài học đểu có thể được chọn lọc, sắp xếp trong máy vi tính 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) Máy vi tính thể hiện tính ưu việt của

nó hơn hẳn các phương tiện dạy học khác còn ở chỗ: Ngay tức khắc, theo ý muốn của giáo viên, nó có thể phóng to, thu nhỏ, làm chậm, làm nhanh, dừng lại quá trình đang xảy ra hay chuyển sang nghiên cứu quá trình khác

Nhiều phần mềm đã xây dựng nh m hỗ trợ cho việc tự học, tự ôn tập của học sinh, trong đó các yếu tố kích thích hứng thú, phát huy tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh được hết sức chú trọng Việc kiểm tra, đánh giá với

hỗ trợ của máy vi tính c ng đã và đang được thử nghiệm trong lĩnh vực dạy học, để đảm bảo được tính khách quan, chính xác cao của công việc kiểm tra, đánh giá Nhiều phần mềm tự kiểm tra, đánh giá đã đảm bảo thực hiện các mối liên hệ ngược trong quá trình dạy học

Bên cạnh đó, máy vi tính còn sử dụng trong việc mô phỏng, mô hình hóa các hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu Nhờ các phần mềm về đồ họa (như Turbo Pascal ) hay phần mềm thiết kế (trong Cumputer Aided Design, viết tắt là CAD), 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 học sinh Tương tự như thế, nhờ máy vi tính, ta có thể xây dựng mô hình về các đối tượng nghiên cứu, giúp cho việc nhận thức đối tượng đó thuận lợi hơn Đ c biệt là nhờ máy vi tính và các phần mềm, ta có thể xây dựng và quan sát mô hình tĩnh hay mô hình động

ở các góc độ khác nhau, trong không gian một, hai hay ba chiều, với đủ loại màu sắc khác nhau trong tự nhiên

Do có khả năng tạo nên, lưu trữ, hiển thị, truy nhập c ng như trao đổi các nội dung bất kì với khối lượng thông tin khổng lồ dưới dạng văn bản, hình

ảnh và âm thanh nên máy vi tính ngày nay được kết nối với mạng Internet và được sử dụng như một trong các phương tiện dạy học trên mạng Internet [7]

c) Sử dụng máy vi tính trong dạy học Vật lí

Bên cạnh các lĩnh vực sử dụng thường thấy trong các môn học khác như: học, ôn tập b ng máy, kiểm tra, đánh giá b ng máy, xử lí và tính toán các kết quả b ng máy máy vi tính còn được sử dụng chủ yếu trong dạy học Vật lí ở các lĩnh vực quan trọng sau:

- Mô phỏng các đối tượng Vật lí cần nghiên cứu

- Hỗ trợ trong việc xây dựng các mô hình

- Hỗ trợ cho việc phân tích băng video ghi các quá trình Vật lí thực

Do máy vi tính là thiết bị đa phương tiện có thể ghép nối với các thiết bị hiện đại khác trong nghiên cứu Vật lí và có tính năng hết sức ưu việt trong việc thu thập dữ liệu, xử lí dữ liệu c ng như trình bày các kết quả xử lí một cách tự động và cực kì nhanh chóng, chính xác, đẹp đẽ nên nó đã được sử dụng rất thành công trong các lĩnh vực nêu trên, góp phần giải quyết những khó khăn mà các phương tiện dạy học trước nó chưa giải quyết được trọn vẹn [7]

1.3.2 Sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học Vật lí

a) Phần mềm phân tích video trong dạy học Vật lí

Hiện nay, trên thế giới có nhiều phần mềm phân tích video ứng dụng trong dạy học Vật lí như: Videopoint, Tracker, Galileo, Coach, DIVA,

Các hiện tượng Vật lí được ghi hình Thông qua môi trường máy tính, với sự hỗ trợ của phần mềm máy tính người học có thể thu thập số liệu, tính toán, trình bày số liệu dưới các dạng khác nhau, vẽ và điều chỉnh các

đồ thị hàm chuẩn sao cho các đồ thị hàm chuẩn này trùng khít với đồ thị thực nghiệm

Đối tượng được nghiên cứu là các hiện tượng, quá trình Vật lí thực được ghi lại (quay ho c chụp lại) dưới dạng gốc và đưa vào máy tính, b ng công cụ

phần mềm máy tính, qua đó người học sẽ thao tác trên màn hình để tương tác với đối tượng nghiên cứu, làm biến đổi đối tượng nghiên cứu đó theo các mục đích, trình tự nghiên cứu riêng của mình và nhận được các kết quả tương ứng

So với TN truyền thống, TN tương tác trên màn hình có những ưu điểm sau:

- Phạm vi các quá trình Vật lí được nghiên cứu rộng hơn TN tương tác trên màn hình không chỉ cho phép nghiên cứu các quá trình, hiện tượng Vật lí thực được tạo ra trong phòng TN (ví dụ: chuyển động thẳng của xe lăn trên máng, chuyển động tròn của vật nhỏ ) mà còn cho phép nghiên cứu các quá trình, hiện tượng xảy ra trong cuộc sống hàng ngày (ví dụ: các loại chuyển động trong m t phẳng như chuyển động ném xiên của quả bóng rổ, chuyển động tròn của xe khi vào cua, chuyển động của vận động viên nhảy xa, chuyển động của máy bay, chuyển động của tên lửa trên bệ phóng )

- Các quá trình Vật lí thực có thể dễ dàng được quan sát tại bất kì thời điểm nào, góc độ nào và quan sát được nhiều lần trên màn hình với các mục đích khác nhau

- Chỉ nghiên cứu một quá trình, hiện tượng duy nhất để thu thập được các dữ liệu cần thiết cho việc nghiên cứu

- Việc thu thập số liệu nhờ phần mềm là dễ dàng, nhanh chóng và tương đối chính xác

- Việc phân tích, xử lí số liệu thu thập được c ng như việc trình bày kết quả xử lí là dễ dàng, nhanh chóng, tương đối chính xác, đẹp

- Vì việc thu thập và xử lí số liệu mất ít thời gian nên HS có nhiều cơ hội, điều kiện để tham gia vào các hoạt động quan trọng khác trong quá trình nghiên cứu chuyển động như đưa ra giả thuyết, đề xuất phương án, kiểm tra giả thuyết [4]

M c dù có khá nhiều ưu điểm, song so với thí nghiệm truyền thống, thí nghiệm tương tác trên màn hình vẫn tồn tại một số nhược điểm như:

- Phần lớn, những hình ảnh của quá trình, hiện tượng Vật lí được ghi lại bởi người khác Trong quá trình học tập trên lớp, người học chủ yếu chỉ tham gia tương tác gián tiếp với đối tượng nghiên cứu thông qua máy vi tính để thu nhận và xử lí thông tin từ đối tượng nghiên cứu mà không có điều kiện để tham gia quá trình ghi lại hiện tượng Vật lí

- Các băng ghi hình các hiện tượng, quá trình Vật lí trong trường hợp này, muốn sử dụng được phải quay được bởi máy ảnh số ho c máy quay video số và sau đó các video cần chuyển sang định dạng mà phần mềm yêu cầu

- Để đảm bảo độ chính xác, góc quay, tỉ lệ xích giữa những điểm ảnh so với khoảng cách thực trong thực tế cần phải đ c biệt lưu ý Ví dụ, đối với những quá trình là các chuyển động của vật trong m t phẳng thì để đảm bảo

số liệu thu được là chính xác, trục của ống kính máy quay phải vuông góc với

m t phẳng quỹ đạo và trong mỗi chuyển động được quay nhất thiết phải gắn vào trong đó một vật hay thước có độ dài biết trước để làm thước đo chuẩn Nếu GV có điều kiện tổ chức ghi lại những chuyển động thực tế thì việc này chỉ có thể được thực hiện ngoài giờ lên lớp và n m trong nhiệm vụ học tập ở nhà của HS

- Với việc sử dụng thí nghiệm này, HS không có cơ hội rèn luyện các kĩ năng liên quan đến việc lắp đ t, tiến hành thí nghiệm, sử dụng các dụng cụ đo

b) Sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học Vật lí

Tracker là gì?

Tracker là một phần mềm phân tích video và mô hình hóa công cụ miễn phíđược xây dựng trên khung Java Nóđược thiết kếđể sử dụng trong giảng dạy Vật lí [14]

Hình 1.4 Giao diện của phần mềm tracker

Hiện nay, trên thế giới có nhiều phần mềm phân tích video ứng dụng trong dạy học Vật lí như: Videopoint, Tracker, Galileo, Coach, DIVA, Chúng tôi lựa chọn sử dụng phần mềm Tracker vì phần mềm này có những ưu điểm sau:

- Tracker chứa rất nhiều các tính năng giống như trong các chương trình thương mại được mô tả trước đây, nhưng nó có thể được tải về và cài đ t miễn phí

- Khi sử dụng Tracker người dùng "đánh dấu" các khung hình video, thiết lập gốc đến vị trí mong muốn, và hiệu chỉnh video cho các giá trị đo thực

tế Tracker sau đó tính giá trị chuyển động, xây dựng đồ thị, và rút ra quỹ đạo, vận tốc và vectơ gia tốc

- Các trang Web Tracker chứa các liên kết đến các hướng dẫn và một số video clip đã có sẵn để phân tích chúng

- Ngoài ra Tracker còn được hỗ trợ trong việc phân tích quang phổ

Các tính năng của Tracker hiện không có sẵn trong các chương trình phân tích video khác [15]

1.4 Kết luận chương 1

Trong chương này dựa trên các cơ sở lí thuyết, cơ sở tâm lí và quá trình dạy học nh m phát huy tính tích cực, sáng tạo của HS, chúng tôi khái quát một số cơ sở khoa học của việc ứng dụng phần mềm Tracker trong dạy học Vật lí, cụ thể:

- Việc ứng dụng phần mềm Tracker trong dạy học là hoàn toàn có cơ sở khoa học, phù hợp với thực tiễn và xu thế phát triển chung của giáo dục trong thời đại ngày nay

- Phần mềm phân tích video là một phương tiện dạy học hiện đại, có nhiều ưu điểm, và nhiều thế mạnh như khả năng thu thập được nhiều số liệu,

xử lí thông tin nhanh, lưu trữ và hiển thị thông tin dễ dàng, nó có khả năng thực hiện các chức năng của úa trình dạy học Tuy nhiên phần mềm này c ng không thể thay thế toàn bộ các thết bị dạy học khác mà nó chỉ hỗ trợ GV trong quá trình dạy học

- Khi sử dụng phần mềm này cần phải xuất phát từ các yêu cầu sư phạm

cụ thể của quá trình dạy học Để đạt hiệu quả GV cần phải lựa chọn kiến thức dạy phù hợp với phần mềm này

- Trong nhà trường HS được xem như là trung tâm Quá trình dạy học tập trung chủ yếu vào HS, làm cho HS trở thành chủ thể đích thực của quá trình nhận thức Để làm được như vậy chúng ta cần đổi mới mạnh mẽ về nội dung và phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của HS

Các luận điểm trên sẽ được chúng tôi vận dụng để xây dựng thiết bị TN Các định luật Niu-tơn dùng phần mềm phân tích video Tracker trong chương

2 và soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng phần mềm này theo kiểu dạy học GQVĐ Các biểu hiện tích cực, sáng tạo đƣợc chúng tôi sử dụng để thiết kế công cụ đánh giá tính tích cực, sáng tạo của HS trong thực nghiệm sƣ phạm

- Phát biểu được định luật III Niu-tơn và viết hệ thức của định luật này

- Nêu được các đ c điểm của phản lực và lực tác dụng Biểu diễn được các vectơ lực và phản lực trong một số ví dụ cụ thể

- Đề xuất được giả thuyết về mối quan hệ giữa a, F, m

- Đề xuất được giả thuyết về mối quan hệ giữa 2 lực tương tác

- Thiết kế được phương án TN khảo sát a ~ F khi m không đổi

- Thiết kế được phương án TN khảo sát a~ 1

m khi F không đổi

- Thiết kế được phương án TN khảo sát độ lớn của hai lực tương tác

b ng nhau

- Tiến hành được các TN về Định luật II, Định luật III Niu-tơn theo các phương án TN đã thiết kế

2.2 Các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học Các định luật Niu-tơn

Trong dạy học các định luật Niu-tơn, để dạy học theo kiểu dạy học GQVĐ cần tiến hành các TN sau:

2.2.1 Thí nghiệm khảo sát “Định luật II Niu-tơn”

- Khảo sát giả thuyết a cùng hướng với F

- Khảo sát giả thuyết a~F khi khối lượng m của vật không đổi

- Khảo sát giả thuyết a~ 1

m khi lực tác dụng F không đổi

2.2.2 Thí nghiệm khảo sát “Định luật III Niu-tơn”

Khảo sát giả thuyết F AB  F BAcần tiến hành các TN:

+ Tương tác giữa hai vật đứng yên có khối lượng m1 = m2

+ Tương tác giữa hai vật đứng yên có khối lượng m1 = 2m2

+ Tương tác giữa hai vật đứng yên có khối lượng m1 = 3m2

Sau đây chúng tôi xin trình bày tiến trình xây dựng, biên tập, xử lí video TN

2.3 Xây dựng các video thí nghiệm cần tiến hành

Hiện nay ở các trường THPT đã được trang bị một số thiết bị TN

thường dùng trong dạy học Định luật II, Định luật III Niu-tơn như: Bộ TN cần rung, bộ TN dùng cổng quang, bộ TN dùng cảm biến, đối với định luật III Niu-tơn còn có bộ TN dùng lực kế Tuy nhiên, ở các trường THPT hiện nay chưa có các video TN để có thể sử dụng với phần mềm phân tích video trong dạy học Định luật II, Định luật III Niu-tơn Vì vậy, chúng tôi

đã xây dựng các video TN về Định luật II, Định luật III Niu-tơn cụ thể như sau:

2.3.1 Thí nghiệm khảo sát “Định luật II Niu-tơn”

Sau đây chúng tôi trình bày việc bố trí dụng cụ, tiến hành và ghi hình TN khảo sát Định luật II Niu-tơn

* TN1: Khảo sát mối quan hệ a~F khi m không đổi

Hình 2.1 TN khảo sát mối quan hệ a~F khi m không đổi

- Vật cần khảo sát có khối lượng là (mxe + 3m) không đổi

- Máy quay được đ t vuông góc với m t phẳng chuyển động của vật, tại

vị trí sao cho máy quay có thể ghi hình rõ nét nhất

- Trên máng thép đã có ghi sẵn thước đo độ dài nên ta không cần bố trí thêm thước đo khác

- Hai đèn chiếu sáng được bố trí 2 bên, lệch một góc 450 so với phương chuyển động của vật

Tiến hành thí nghiệm và ghi hình

- Bật máy quay để bắt đầu tiến hành ghi hình

- Thả gia trọng m cho xe chuyển động, khi đó lực tác dụng lên vật: F1 = mg

- Thay đổi vị trí các gia trọng b ng cách lần lượt lấy các gia trọng ở xe móc vào đầu kia của sợi dây, khi đó lực tác dụng lần lượt là: F2 = 2mg; F3 = 3mg Rồi tiến hành ghi hình với từng trường hợp

* TN2: Khảo sát mối quan hệ a~ 1

m khi F không đổi

Hình 2.2 TN khảo sát mối quan hệ a~ 1

m khi F không đổi

- Móc gia trọng (3) vào đầu sợi dây còn lại

- Khối lượng của xe mxe = 162,1g; của gia trọng m = 50g

Khối lượng vật cần khảo sát là m1 = (mxe + m)

- Máy quay được đ t vuông góc với m t phẳng chuyển động của vật, tại

vị trí sao cho máy quay có thể ghi hình rõ nét nhất

- Trên máng thép đã có ghi sẵn thước đo độ dài nên ta không cần bố trí thêm thước đo khác

- Hai đèn chiếu sáng được bố trí 2 bên, lệch một góc 450 so với phương chuyển động của vật

Tiến hành thí nghiệm

- Bật máy quay để bắt đầu tiến hành ghi hình

- Thả gia trọng cho xe chuyển động, khi đó lực tác dụng lên vật là F1 = mg

- Giữ nguyên gia trọng m ở đầu dây, móc thêm các gia trọng vào xe sao cho khối lượng của hệ vật cần khảo sát lần lượt là m2 = (mxe + 2m), m3 = (mxe + 3m)

- Lần lượt tiến hành ghi hình với các trường hợp trên

2.3.2 Thí nghiệm khảo sát “Định luật III Niu-tơn”

Sau đây chúng tôi xin trình bày cách bố trí, tiến hành và ghi hình TN khảo sát Định luật III Niu-tơn

Hình 2.3 TN tương tác giữa hai xe lăn

Bố trí thí nghiệm

- Hai xe (1) có khối lượng b ng nhau m1 = m2 = m = 179,7g được đ t trên máng thép (2) n m ngang, ma sát giữa xe và máng thép không đáng kể

- Hai xe được nối với nhau b ng 1 sợi chỉ (sợi chỉ có khối lượng không đáng kể) Lò xo (3) giữa hai xe ở trạng thái nén

- Máy quay được đ t vuông góc với m t phẳng chuyển động của vật, tại

vị trí sao cho máy quay có thể ghi hình rõ nét nhất

- Trên máng thép đã có ghi sẵn thước đo độ dài nên ta không cần bố trí thêm thước đo khác

- Hai đèn chiếu sáng được bố trí 2 bên, lệch một góc 450 so với phương chuyển động của vật

Tiến hành thí nghiệm và ghi hình

- Bật máy quay để bắt đầu tiến hành ghi hình

- Dùng ngọn lửa đốt sợi chỉ, lò xo đang ở trạng thái nén lập tức bị dãn ra tác dụng lực vào hai xe làm cho chúng chuyển động

- Lần lượt thêm các gia trọng vào xe sao cho xe 1 có khối lượng lần lượt

là m1 = 2m; m1 = 3m Xe 2 có khối lượng không đổi m2 = m

- Làm tương tự lần 1 và tiến hành ghi hình

2.4 Biên tập, xử lí video thí nghiệm

Sau khi ghi hình và thu thập được các video thí nghiệm, chúng tôi tiến hành biên tập và xử lí video thông qua phần mềm Wondershare Video Editor

Hình 2.4 Giao diện của phần mềm Wondershare Video Editor