Sử dụng phần mềm tracker trong dạy học dao động cơ vật lí 12 (LV01855)

Hiện nay, c ng đã có nhiều tác giả nghiên cứu xây dựng phần mềm dạy học nhưng việc lựa chọn phần mềm dạy học như thế nào cho phù hợp và sử dụng phần mềm dạy học như thế nào để phát huy đ

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

LÊ THỊ THU SẢN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM TRACKER TRONG DẠY HỌC "DAO ĐỘNG CƠ" - VẬT LÍ 12

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

HÀ NỘI, 2016

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Sau đại học, Khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Anh Thuấn Thầy đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô và các em học sinh lớp 12A4 trường Trung học phổ thông Nguyễn Văn Cừ - Phù Khê - Từ Sơn – Bắc Ninh 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

Bắc Ninh, tháng 7 năm 2016

Tác giả luận văn

Lê Thị Thu Sản

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

là trung thực và không trùng lặp 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 đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc

Bắc Ninh, tháng 7 năm 2016

Tác giả luận văn

Lê Thị Thu Sản

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

1.Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Giả thuyết khoa học 3

4 Đối tượng nghiên cứu 3

5 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 3

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 4

7 Phạm vi nghiên cứu 4

9 Cấu trúc của luận văn 5

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VIDEO THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 6

1.1.Dạy học giải quyết vấn đề trong dạy học Vật lí 6

1.1.1 Khái niệm 6

1.1.2 Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức vật lí theo kiểu dạy học giải quyết vấn đề 8

1.1.3 Sơ đồ dạy học GQVĐ theo con đường lí thuyết và thực nghiệm 10

1.2 Phát huy tính tích cực, tính sáng tạo của học sinh trong dạy học Vật lí 14

1.2.1 Phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học Vật lí 14

1.2.2 Phát huy tính sáng tạo của học sinh trong dạy học Vật lí 17

1.3 Sử dụng phần mềm trong dạy học Vật lí 19

1.3.1 Sử dụng phần mềm trong dạy học Vật lí 19

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

"DAO ĐỘNG CƠ" – VẬT LÍ 12 27

2.1 Mục tiêu kiến thức, kĩ năng trong dạy học “Dao động cơ” – vật lí 12 27

2.1.1 Mục tiêu kiến thức 27

2.1.2 Mục tiêu kĩ năng 27

2.2 Các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học “Dao động cơ” – vật lí 12 28

2.3 Xây dựng các video thí nghiệm cần tiến hành 29

2.3.1 TN1: kiểm nghiệm phương trình dao động của con lắc lò xo n m ngang 29

2.3.2 TN2+TN5: kiểm nghiệm phương trình dao động và chu kì dao động của con lắc lò xo thẳng đứng 31

2.3.3 TN3+ TN6: kiểm nghiệm phương trình dao động và chu kì dao động của con lắc đơn 32

2.3.4 TN4: kiểm nghiệm phương trình dao động của con lắc vật lí 34

2.4 Biên tập video thí nghiệm 36

2.5 Sử dụng phần mềm Tracker để phân tích các video thí nghiệm đã xây dựng 37

2.5.1 TN1: kiểm nghiệm phương trình dao động của con lắc lò xo n m ngang 37

2.5.2 TN2: kiểm nghiệm phương trình dao động của con lắc lò xo thẳng đứng 39

2.5.3.TN3: kiểm nghiệm phương trình dao động của con lắc đơn 40

2.5.4 TN4: kiểm nghiệm phương trình dao động của con lắc vật lí 41

2.5.5 TN5: kiểm nghiệm biểu thức tính chu kì dao động của con lắc lò xo 42

2.5.6 TN6: kiểm nghiệm biểu thức tính chu kì dao động của con lắc đơn 43

2.5.7 TN7: khảo sát dao động của con lắc lò xo khi gặp vật cản 43

2.6 Xây dựng tiến trình dạy học 46

2.6.1 Xây dựng tiến trình dạy học các kiến thức về quy luật dao động điều hòa của con lắc đơn 46

2.6.2 Xây dựng tiến trình dạy học các kiến thức về chu kì dao động điều hòa của con lắc đơn 52

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 58

3.2 Đối tượng của thực nghiệm sư phạm 58

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 58

3.4 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 59

3.4.1 Chuẩn bị thực nghiệm sư phạm 59

3.4.2.Khó khăn khi tiến hành thực nghiệm sư phạm 59

3.5 Tiêu chí đánh giá tính tích cực, sáng tạo của HS 60

3.5.1 Các tiêu chí đánh giá ứng với từng mục đích đánh giá 60

3.5.2 Xác định các mức độ cho từng tiêu chí đánh giá 61

3.5.3 Xây dựng các Phiếu đánh giá điểm 62

3.6 Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 66

3.6.1 Diễn biến quá trình thực nghiệm sư phạm 66

3.6.2 Phân tích,đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 71

3.7 Đánh giá thực nghiệm sư phạm 74

3.7.1 Đánh giá tính tích cực của HS 74

3.7.2.Đánh giá tính sáng tạo của HS 74

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC

Thực hiện sự chỉ đạo này ngành Giáo dục đã và đang thực hiện việc đổi mới rất mạnh mẽ về nội dung và PPDH ở cấp trung học phổ thông Quá trình đổi mới được tiến hành rộng khắp trong cả nước từ năm học 2006-2007, đến năm học 2015-2016 này là bước sang năm thu 9 của quá trình đổi mới giáo dục THPT

Đổi mới PPDH theo hướng phát huy tính tích cực , phát triển năng lực sáng tạo của học sinh là một nhiệm vụ quan trọng nh m rèn luyện cho học sinh năng lực tư duy, năng lực nhận thức, giải quyết vấn đề Vì vậy, quá trình dạy học phải là quá trình tổ chức hoạt động nhận thức tự chủ, sáng tạo của học sinh Để phát huy được tính tích cực, tự giác, chủ động sáng tạo của học sinh cần nhiều yếu tố, trong đố có một yếu tố rất quan trọng là sử dụng các phương tiện dạy học phù hợp với đặc trưng từng môn học, dặc điểm đối tượng học sinh, điều kiện của từng lớp học

Đối với môn học Vật lí có nhiều phương pháp, phương tiện dạy học có thể phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh Trong đó có thể kể đến việc

sử dụng các phần mềm dạy học nh m tạo ra các thí nghiệm ảo, mô phỏng, phân tích các hiện tượng Vật lý khó quan sát như: quá trình vi mô, quá trình

vĩ mô, quá trình quá nhanh, quá trình quá chậm, từ đó học sinh có thể tự phát hiện và giải quyết được các vấn đề dưới sự tổ chức, định hướng hành động của giáo viên Tuy nhiên, việc sử dụng các phần mềm này như thế nào thì phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu

Trong nhà trường phổ thông môn vật lí gắn liền với đời sống nên việc dạy học Vật lí cần làm cho học sinh có ý thức và biết cách vận dụng các kiến thức khoa học vào thực tiễn đời sống, “Dao động cơ”- vật lí 12 có nhiều hiện tượng liên quan tới thực tiễn Vì vậy việc lựa chọn “Dao động cơ” có thể sử dụng phần mềm dạy học nh m phát huy tính tích cực, phát triển năng lực của học sinh

Trong chương trình vật lí 12 THPT hiện nay, kiến thức về “Dao động cơ” không phải là kiến thức quá khó, học sinh hoàn toàn có thể tìm hiểu và giải quyết vấn đề một cách chủ động khi các em được quan sát các hiện tượng

về dao động điều hòa, khảo sát sự biến thiên của li độ dao động từ đó tìm ra các quy luật Vật lí của hiện tượng khảo sát Tuy nhiên, việc tiến hành thí nghiệm về dao động điều hòa và khảo sát các hiện tượng Vật lí của chương là khó khăn do điều kiện thì nghiệm ở trường phổ thông chưa đủ đáp ứng yêu cầu Vì vậy việc sử dụng phần mềm dạy học “dao động cơ” là hoàn toàn phù hợp

Hiện nay, c ng đã có nhiều tác giả nghiên cứu xây dựng phần mềm dạy học nhưng việc lựa chọn phần mềm dạy học như thế nào cho phù hợp và

sử dụng phần mềm dạy học như thế nào để phát huy được tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học “Dao động cơ” thì còn chưa được quan tâm, nghiên cứu một cách đầy đủ

Với những lí do trên và với mong muốn đóng góp một phần nhỏ rong việc đổi mới PPDH nh m nâng cao chất lượng dạy và học ở trường THPT,

chúng tôi chọn đề tài: “Sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học “ Dao động cơ”- vật lí 12”

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 tƣợng nghiên cứu

- Hoạt động dạy và học “Dao động cơ”- vật lí 12

- Sử dụng phần mềm phân tích Video trong dạy học “Dao động cơ” theo quan điểm dạy học giải quyết vấn đề

5 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Để hoàn thành các nội dung nghiên cứu đề tài, tôi xác định các nhiệm

vụ sau:

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng phần mềm, nhất là sử dụng phần mềm phân tích video trong dạy học vật lí

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

- Nghiên cứu thực tiễn của việc sử dụng phần mềm trong dạy học vật lí

- Xây dựng các video thí nghiệm về dao động cơ

- Soạn thảo tiến trình dạy học dao động cơ trong đó có sử dụng phần mềm Tracker để phân tích các video thí nghiệm đã xây dựng theo dạy học giải quyết vấn đề

- Thực nghiệm sư phạm tiến trình dạy học đã soạn thảo

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Để hoàn thành các nội dung nghiên cứu đề tài, tôi lựa chọn sử dụng phối hợp các phương pháp sau:

- Phương pháp nghiên cứu lí luận: Sử dụng phương pháp này để tìm hiểu nghiên cứu các tài liệu, sách báo liên quan tới đề tài nh m xác định cơ sở

lý luận của việc đề xuất phương pháp sử dụng phần mềm dạy học

- Phương pháp điều tra khảo sát thực trạng: Sử dụng phương pháp này

để điều tra về tình hình dạy học Vật lý nói chung và dạy học “Dao động cơ” nói riêng thông qua điều tra b ng phiếu hỏi giáo viên

- Nghiên cứu thực nghiệm: Sử dụng phương pháp này để kiểm tra, đánh giá giả thuyết khoa học đã đề ra

- Phương pháp thống kê toán học: Sử dụng phương pháp này để xử lí, phân tích các số liệu thực nghiệm

7 Phạm vi nghiên cứu

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

- Phạm vi kiến thức về Dao động cơ

- Phạm vi thực nghiệm sư phạm: trường THPT Nguyễn Văn Cừ

8 Đóng góp của đề tài

- Xây dựng được 7 video thí nghiệm về dao động của con lắc lò xo, con lắc đơn, con lắc vật lí trong đó một trong những thí nghiệm mới là thí nghiệm về con lắc vật lí khi sử dụng thiết bị đơn giản nhưng vẫn nghiên cứu được những vấn đề của con lắc vật lí

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

- Soạn thảo được tiến trình dạy học kiến thức về phương trình dao động

và chu kì dao động của con lắc đơn 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

9 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục luận văn gồm 3 chương:

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

Chương 2: Sử dụng phần mềmTracker trong dạy học “Dao động cơ” – vật lí 12

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHẦN MỀM PHÂN TÍCH VIDEO 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

tổ chức, hướng dẫn HS tìm tòi nghiên cứu không những giúp các em nắm được kiến thức một cách bền vững và sâu sắc mà còn giúp các em biết phương pháp, có kĩ năng và thói quen nghiên cứu, tìm tòi, sáng tạo [11]

Theo quan điểm lí luận, nhận thức, hoạt động nhận thức của con người chỉ bắt đầu khi con người gặp phải mâu thuẫn giữa một bên là nhiệm vụ phải giải quyết với một bên là trình độ hiểu biết, kinh nghiệm đang có Để giải quyết được nhiệm vụ nhận thức mới thì phải xây dựng kiến thức mới, kĩ năng mới, phương pháp mới, phương tiện mới Như vậy, hoạt động nhận thức của

sáng tạo để giải quyết và khi giải quyết đƣợc thì học sinh thu nhận đƣợc kiến thức, kĩ năng, cách thức hành động mới

+ VĐ chứa đựng câu hỏi nhƣng đó là câu hỏi về một cái chƣa biết, câu hỏi mà câu trả lời là một cái mới phải tìm tòi sáng tạo mới xây dựng đƣợc, chứ không phải là câu hỏi chỉ đơn thuần yêu cầu nhớ lại những kiến thức đã

có [16], [17]

- Khái niệm tình huống có VĐ:

+Tình huống có VĐ là tình huống mà khi HS tham gia thì gặp một số khó khăn, HS ý thức đƣợc VĐ, mong muốn GQVĐ đó và cảm thấy với khả năng của mình thì hi vọng có thể giải quyết đƣợc, do đó bắt tay vào việc GQVĐ đó Nhƣ vậy, tình huống đó kích thích hoạt động nhận thức tích cực của HS

+ Tổ chức tình huống có VĐ thực chất là tạo ra hoàn cảnh để HS tự ý thức đƣợc VĐ cần giải quyết, có nhu cầu và hứng thú GQVĐ.Trong dạy học vật lí, để tạo nhu cầu hứng thú, kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của HS,

GV cần đƣa vào các tình huống có VĐ nhƣ: tình huống phát triển; tình huống lựa chọn; tình huống bế tắc; tình huống ngạc nhiên, bất ngờ; tình huống lạ [16], [17], [18], [20], [23]

Tóm lại, theo V.Ôkôn thì dạy học GQVĐ là toàn bộ các hành động nhƣ

tổ chức các tình huống có VĐ, biểu đạt các VĐ, chú ý giúp đỡ cho HS những điều cần thiết để HS GQVĐ, 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 đƣợc Dạy học GQVĐ có tác dụng phát huy hoạt động nhận thức tự chủ, tích cực của HS, giúp HS chiếm lĩnh đƣợc các kiến thức khoa học một cách sâu sắc, vững chắc, đồng thời bảo đảm sự phát triển trí tuệ trong quá trình học tập [11]

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

Phỏng theo tiến trình xây dựng kiến thức trong nghiên cứu khoa học, tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học GQVĐ gồm 5 giai đoạn đƣợc thể hiện qua sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức hình 1.1 [9],[17],[20]:

Hình 1.1.Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức vật lí theo dạy học GQVĐ

- 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 chƣa biết, về một cách giải quyết không có sẵn nhƣng hi vọng có thể tìm tòi, xây dựng đƣợc

- Giai đoạn 2: Phát biểu vấn đề cần giải quyết

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 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 VĐ cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)

- 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 mới)

5 Vận dụng kiến thức mới để giải quyết những nhiệm vụ tiếp theo

Vận dụng kiến thức Vật lí mới để giải quyết những nhiệm vụ đặt ra tiếp

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 lí mới cần xây dựng)

- 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/hoặc 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

- 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 SLLT (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 thí nghiệm đã đảm bảo các điều kiện của thí nghiệm 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 mới

- 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 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 đã xây dựng được và dẫn tới xây dựng những mô hình mới (các kiến thức mới) Như vậy:

- Thí nghiệm trong quá trình xây dựng kiến thức 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, việc thiết lập được sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức 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

Tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề diễn ra theo hai con đường: con đường lí thuyết và con đường thực nghiệm Vì kiến thức dao động của con lắc lò xo và con lắc đơn có thể xây dựng theo con đường SLLT nên ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến kiểu dạy học GQVĐ theo con đường lí thuyết [11]

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

1.1.3.1 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

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 hoặc hệ quả của nó: cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, tiến hành

TN như thế nào, thu thập những dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử lí các

dữ liệu 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

trình TN đã đảm bảo điều kiện mà TN cần tuân thủ và quá trình suy luận không mắc sai lầm thì kết quả TN đòi hỏi phải đề xuất giả thuyết Quá trình kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết này sau đó sẽ dẫn tới kiến thức mới bổ sung, sửa đổi những kiến thức đã vận dụng lúc đầu làm tiền 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 tính 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 hoặc 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 tính 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 tính 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 hoặc hệ quả của nó (cần những dụng cụ nào,

bố trí chúng ra sao, tiến hành TN như thế nào, thu thập những dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử lí các dữ liệu TN này như thế nào)

1.1.3.2 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 THTN tính đúng đắn của giả thuyết

- 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

4 Rút ra kết luận

Đối chiếu kết quả TN với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất Có 2 khả năng xảy ra:

- Nếu kết quả TN phù hợp với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất thì giả thuyết trở thành kiến thức mới

- Nếu kết quả TN không phù hợp với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất thì cần kiểm tra lại quá trình TN và quá trình suy luận từ giả thuyết ra hệ quả Nếu quá trình TN đã đảm bảo điều kiện mà TN cần tuân thủ và quá trình suy luận không mắc sai lầm thì kết quả TN đòi hỏi phải đề xuất giả thuyết mới, rồi lại kiểm tra tính đúng đắn của nó Quá trình này có thể tiếp diễn nhiều lần, cho tới khi xây dựng được kiến thức mới

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 tính 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 gặp 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 hoặc các nhóm HS cần phải tiến hành TN hỗ trợ

để giúp HS có thể đề xuất được giả thuyết [11]

1.2 Phát huy tính tích cực, tính 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

1.2.1.1 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 mặt: sinh

lí, tâm lí, xã hội Tính tích cực chịu ảnh hưởng của rất nhiều nhân tố như: Nhu cầu, động cơ, hứng thú [25]

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 [23]

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.[11]

1.2.1.2 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 biểu hiện của HS sau đây [11]:

- 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?

+ Tích cực nhất thời hay thường xuyên?

+ Có kiên trì vượt khó hay không?

1.2.1.3 Biện pháp phát huy tính tích cực của học sinh

Để phát huy được tốt tính tích cực của HS thì GV cần có những biện pháp sau [11]:

- 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 ra một cách đột ngột, bất ngờ

- Sử dụng một cách hợp lí các phương tiện dạy học trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh

- Sử dụng các hình thức tổ chức dạy học phong phú: Cá nhân, nhóm, tập thể, tham quan, làm việc trong phòng thí nghiệm,

- Luyện tập dưới các hình thức khác, vận dụng kiến thức vào thực tiễn, vào các tình huống mới

- Kích thích tính tích cực qua thái độ, cách ứng xử giữa giáo viên với học sinh, động viên, khen thưởng của thầy cô và bạn bè khi có thành tích tốt

- Tạo không khí đạo đức lành mạnh trong lớp, trong trường, tôn vinh sự học nói chung và biểu dương những HS có thành tích học tập tốt

- Có sự động viên, khen thưởng từ phía gia đình và xã hội

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

1.2.2.1 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 giúp giải quyết một khó khăn, bế tắc nhất định

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

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 án để lựa chọn, càng tạo điều kiện cho trực giác phát triển [16]

Vì vậy, không 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 [16]

1.2.2.2 Các biểu hiện tính sáng tạo của học sinh

Giáo viên muốn phát hiện được học sinh có sáng tạo hay không, cần dựa vào một số biểu hiện của HS sau đây [11]:

- 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 đặt 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 gặp 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 gặp phải

1.2.2.3 Các biện pháp phát huy tính sáng tạo của học sinh

Để phát huy được tốt tính sáng tạo của HS thì GV cần có những biện pháp sau [11]:

- 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 hoặc 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

1.3 Sử dụng phần mềm trong dạy học Vật lí

1.3.1 Sử dụng phần mềm trong dạy học Vật lí

1.3.1.1 Các loại phần mềm và chức năng của chúng

Phần mềm được sử dụng trong máy vi tính được chia ra làm hai loại là phần mềm hệ thống và phần mềm ứng dụng

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, hoặc 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.[17]

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 hoặc nhiều chương trình ứng dụng khác nhau [17]

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 hoặc mô phỏng Mặc 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

1.3.1.2 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 Đặc 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

1.3.1.3 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

1.3.2 Sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học Vật lí

Trước khi đề cập đến phần mềm Tracker, chúng tôi muốn nói lên một

số khó khăn khi nghiên cứu các quá trình vật lí trong phòng thí nghiệm tại các

trường THPT Tại các trường THPT hiện nay, hầu hết c ng đã chú trọng đầu

tư thiết bị TN, hỗ trợ GV và HS trong quá trình dạy và học, điều đó là rất cần thiết để phát huy tính tích cực, sáng tạo của HS Tuy nhiên, nếu chỉ dùng TN truyền thống thì GV và HS sẽ tốn thời gian trong việc bố trí, tiến hành TN và

xử lí số liệu Bên cạnh đó, có những quá trình vật lí xảy ra quá nhanh, ta không thể quan sát kĩ trực tiếp b ng mắt thường, lại có những quá trình xảy ra rất chậm mà chỉ trong một tiết học không thể đủ thời gian để quan sát, hoặc

có những thí nghiệm sau khi có kết quả thì việc xử lí số liệu gặp nhiều khó khăn Trong những trường hợp như thế này, chúng ta cần sử dụng phối hợp

TN truyền thống với việc ghi hình lại quá trình thí nghiệm rồi dùng phần mềm phân tích video để phân tích và xử lí kết quả thí nghiệm thu được để HS có được những kiến thức một cách khách quan hơn chứ không miễn cưỡng chấp nhận kết quả như trước

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, Được dùng để ghi hình các hiện tượng Vật lí, 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 hoặc 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

Do sự phát triển của công nghệ thông tin thì các phần mềm hỗ trợ dạy học c ng xuất hiện ngày càng nhiều với các tính năng khác nhau đem lại hiệu quả cao và dễ sử dụng Trong đó phải kể đến phần mềm Tracker

Tracker là một phần mềm phân tích video và mô hình hóa công cụ miễn phí đƣợc xây dựng trên khung Java Nó đƣợc thiết kế để sử dụng trong giảng dạy Vật lí

Tính năng của Tracker:

- Theo dõi:

+ Theo dõi đối tƣợng b ng tay và tự động theo dõi với vị trí, vận tốc và lớp phủ tăng tốc và dữ liệu

+ Trung tâm của bài nhạc đại chúng

+ Interactive vector đồ họa và các khoản tiền vector

+ Dòng RGB tiểu ở góc độ nào, vùng RGB phụ thuộc thời gian

Trong số những phần mềm phân tích video hiện có ngày nay thì Tracker là một phần mềm phân tích video được đa số người dùng lựa chọn với ưu điểm là dễ sử dụng và được dùng miễn phí không cần phải mua bản quyền.Tracker phân tích các chuyển động trong video từ đó sẽ có được thông tin về các đối tượng di chuyển từ video Bao gồm phân tích quỹ đạo, tốc độ và gia tốc trong mỗi khung hình của video Từ đó giúp HS phân tích được các chuyển động của các đối tượng trong một video

có thể dễ dàng cài đặt vì có hướng dẫn cụ thể trong mục cài đặt

Hình 1.5: File Tracker và các thư mục đi kèm

- Sau khi cài đặt xong, phần mềm tự động tạo một Shortcut bên ngoài desktop, người dùng kích đúp vào biểu tượng là có thể sử dụng được phần mềm

Hình 1.6: Biểu tượng Tracker ngoài màn hình sau khi được cài đặt

(trong vòng tròn)

- Cách sử dụng Tracker đã có sẵn video hướng dẫn cụ thể trong file

đi kèm

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Để thực hiện được mục tiêu phát huy tính tích cực và sáng tạo của HS trong dạy học vật lí thì cần có các phương tiện dạy học tương ứng, đồng thời phải sử dụng hiệu quả các phương tiện dạy học này Đặc biệt là sử dụng hiệu quả phần mềm dạy học trong từng giai đoạn của tiến trình dạy học GQVĐ Giờ học

có phần mềm dạy học sẽ thu hút được sự quan tâm, hứng thú của HS, qua đó rèn luyện được các kĩ năng thực hành và bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho HS Thực hiện được điều này đòi hỏi GV phải đầu tư thời gian và công sức nhiều hơn Bên cạnh đó, phần mềm dạy học phải đảm bảo những yêu cầu nhất định về phần mềm dạy học phổ thông, đặc biệt yếu tố quyết định đến thành công của buổi học

là chất lượng của phần mềm dạy học, do đó đây c ng là vấn đề GV quan tâm nhất

Các luận điểm trên sẽ được chúng tôi vận dụng để sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học dao động cơ và soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng phần mềm này theo kiểu dạy học GQVĐ Các biểu hiện của tính tích cực, sáng tạo được chúng tôi sử dụng để thiết kế công cụ đánh giá tính tích cực, sáng tạo của HS trong thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 2

SỬ DỤNG PHẦN MỀM TRACKER TRONG DẠY HỌC "DAO ĐỘNG CƠ" – VẬT LÍ 12

2.1 Mục tiêu kiến thức, kĩ năng trong dạy học “Dao động cơ” - vật lí 12

2.1.1 Mục tiêu kiến thức

Các mục tiêu theo chuẩn kiến thức, kĩ năng:

- Phát biểu được định nghĩa dao động điều hòa

- Nêu được li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha ban đầu là gì

- Nêu được quá trình biến đổi năng lượng trong dao động điều hòa

- Viết phương trình động lực học và phương trình dao động điều hòa của con lắc lò xo và con lắc đơn

- Viết được công thức tính chu kì (tần số) dao động điều hòa của con lắc lò xo và con lắc đơn

- Nêu được dao động tắt dần là gì?

- Nêu được đặc điểm dao động tắt dần

Theo chúng tôi để phát huy tính tích cực và sáng tạo của HS cần bổ sung mục tiêu kiến thức như sau:

- Nhận dạng được dấu hiệu của sự dao động cơ (sự chuyển động lặp đi lặp lại quanh vị trí cân b ng của một số hệ vật)

- Nhớ được dạng toán học của phương trình li độ, vận tốc, gia tốc, công thức chu kì dao động của con lắc lò xo và con lắc đơn

- Nhớ được biểu thức tính cơ năng của các hệ dao động điều hòa

- Xác định được các đại lượng: li độ, vận tốc, gia tốc, lực, cơ năng

- Nhớ được các đặc điểm của dao động tắt dần

2.1.2 Mục tiêu kĩ năng

Các mục tiêu theo chuẩn kiến thức, kĩ năng:

- Giải được các bài tập đơn giản về dao động điều hòa của con lắc lò xo

- Làm việc cá nhân tại nhà và làm việc hiệu quả theo nhóm

- Lắp ráp TBTN, THTN, hoặc sử dụng video thí nghiệm có sẵn, thu thập và xử lí số liệu (sử dụng phần mềm Tracker), rút ra kết luận từ kết quả thu được

2.2 Các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học “Dao động cơ” - vật lí 12

Trong dạy học "Dao động cơ" - vật lí 12 theo tiến trình dạy học GQVĐ

nh m phát huy tính tích cực, sáng tạo của HS thì cần tiến hành các thí nghiệm sau:

- TN1: kiểm nghiệm phương trình dao động của con lắc lò xo n m ngang

- TN2: kiểm nghiệm phương trình dao động của con lắc lò xo thẳng đứng

- TN3: kiểm nghiệm phương trình dao động điều hòa của con lắc đơn

- TN4: kiểm nghiệm phương trình dao động điều hòa của con lắc vật lí

- TN5: kiểm nghiệm biểu thức chu kì dao động của con lắc lò xo

- TN6: kiểm nghiệm biểu thức chu kì dao động của con lắc đơn

- TN7: Khảo sát dao động tắt dần của con lắc lò xo do lực cản của môi trường

2.3 Xây dựng các video thí nghiệm cần tiến hành

Sau đây, chúng tôi xin trình bày về sự cần thiết của việc xây dựng các thí nghiệm cần tiến hành, cách bố trí TN, tiến hành thí nghiệm và ghi hình để

x

 = 0 do hạn chế về kiến thức toán, HS sẽ rút ra được những kết luận sau:

- Dao động của con lắc lò xo n m ngang, trong giới hạn đàn hồi là dao động điều hòa, được biểu thị b ng phương trìnhx = Acos(t + ) Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của chu kì dao động x theo thời gian t có dạng hình sin

- Chu kì dao động điều hòa T của con lắc lò xo n m ngang được tính theo biểu thức T = 2 m

k (chỉ phụ thuộc vào các đặc tính của hệ dao động) Các kết luận này có thể được kiểm nghiệm nhờ các TN được tiến hành sau đó Trong dạy học ở nước ta hiện nay, đã có một số TBTN có thể thực hiện được yêu cầu này Tuy nhiên, việc bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm mất rất nhiều thời gian, bộ TN còn nhiều chi tiết và phải thông qua nhiều khâu để xử

lí kết quả thu được Vì vậy, việc lựa chọn phần mềm Tracker để có thể phân tích video thí nghiệm mà HS đã tự làm và tự ghi lại để kiểm nghiệm các kết luận trên một cách nhanh chóng là cần thiết

2.3.1.2 Bố trí thí nghiệm

TN được bố trí như trong hình 2.1

Hình 2.1 Thí nghiệm kiểm nghiệm phương trình dao động điều hòa

của con lắc lò xo nằm ngang

Trong TN gồm các dụng cụ sau: đệm khí (1), vật dao động (2), lò xo (3), thước mẫu(4) và giá cố định trên băng đệm khí (5), kèm theo thiết bị ghi hình (điện thoại, máy quay…)

- Máy quay được đặt vuông góc với mặt phẳng chuyển động của vật

- Thước mẫu (4) được đặt cùng phương với phương chuyển động của vật, tại vị trí sao cho máy quay có thể ghi hình rõ nhất

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

2.3.1.3 Tiến hành thí nghiệm và ghi hình

- Cho máy thổi khí hoạt động và kéo vật (2) ra khỏi vị trí cân b ng khoảng 20mm rồi thả nhẹ để vật bắt đầu dao động

- Khi vật đã dao động ổn định (không bị lắc) thì bắt đầu bật thiết bị ghi hình

- Sau khi ghi hình được khoảng 5 chu kì dao động của con lắc lò xo

n m ngang thì dừng TN

2.3.2 TN2+TN5: kiểm nghiệm phương trình dao động và chu kì dao động của con lắc lò xo thẳng đứng

2.3.2.1 Sự cần thiết

B ng cách sử dụng phương pháp động lực học đã biết, HS sẽ thấy r ng: tuy vật dao động chịu tác dụng của 2 lực là trọng lực và lực đàn hồi nhưng do lực tổng hợp tác dụng lên nó vẫn là F = -kx nên con lắc vẫn dao động điều hòa và HS c ng đi tới các kết luận như trường hợp con lắc lò xo n m ngang

Để tránh sự áp đặt thừa nhận các kiến thức đã thu được về dao động điều hòa của con lắc lò xo thẳng đứng, ta c ng sử dụng phần mềm Tracker để phân tích video TN về con lắc lò xo thẳng đứng để kiểm nghiệm phương trình dao động

và chu kì dao động của con lắc lò xo thẳng đứng

2.3.2.2 Bố trí TN

TN được bố trí như trong hình 2.2

Hình 2.2 Thí nghiệm kiểm nghiệm phương trình dao động điều hòa

của con lắc lò xo thẳng đứng

Trong TN gồm các dụng cụ sau: giá TN (1), thước mẫu (2), lò xo (3), vật dao động (4), kèm theo thiết bị ghi hình (điện thoại, máy quay…)

Các dụng cụ này được bố trí như sau:

- Gắn một đầu của lò xo (3) vào vật dao động (4), còn đầu kia của lò xo (3) được kẹp chặt vào thanh kim loại trên giá TN (1)

- Máy quay được đặt vuông góc với mặt phẳng chuyển động của vật

- Thước mẫu (2) được đặt cùng phương với phương chuyển động của vật, tại vị trí sao cho máy quay có thể ghi hình rõ nhất

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

2.3.2.3 Tiến hành thí nghiệm và ghi hình

- Kéo vật ra khỏi vị trí cân b ng theo phương thẳng đứng xuống dưới rồi thả nhẹ

- Khi vật đã dao động ổn định (không bị lắc) thì bắt đầu bật thiết bị ghi hình

- Sau khi ghi hình được khoảng 5 chu kì dao động của con lắc lò xo thẳng đứng thì dừng TN

- Lặp lại các bước thí nghiệm trên trong trường hợp thay đổi lò xo, thay đổi khối lượng vật dao động

2.3.3 TN3+ TN6: kiểm nghiệm phương trình dao động và chu kì dao động của con lắc đơn

2.3.3.1 Sự cần thiết

Khi nghiên cứu về dao động của con lắc đơn, giống như với con lắc lò

xo, HS c ng xuất phát từ định luật 2 Niu-tơn và phân tích các lực tác dụng lên vật dao động, thực hiện suy luận lí thuyết để đi tới các kiến thức mới:

- Dao động của con lắc đơn (vật nặng có khối lượng m, có kích thước nhỏ, được treo ở đầu một sợi dây mềm, không dãn, có độ dài l và có khối lượng không đáng kể) với biên độ góc nhỏ là dao động điều hòa Quy luật dao

động được diễn tả bởi phương trình theo li độ cong s = s0cos (t + ) hoặc bởi phương trình theo li độ góc  =0cos(t + )

- Biểu thức chu kì dao động điều hòa của con lắc dơn: T = 2 l

Hình 2.3 Thí nghiệm kiểm nghiệm phương trình dao động điều hòa của con lắc đơn

Trong TN gồm các dụng cụ sau: giá TN (1), thước mẫu (2), sợi dây không dãn (3), vật dao động (4), kèm theo thiết bị ghi hình (điện thoại, máy quay…)