Xây dựng và sử dụng thí nghiệm ảo phần dao động cơ vật lý 12 bằng phần mềm macromedia flash nhằm nâng cao năng lực thực nghiệm cho học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN HUY THÁI XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO PHẦN DAO ĐỘNG CƠ, VẬT LÍ 12 BẰNG PHẦN MỀM MACROMEDIA FLASH NHẰM NÂNG CAO NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SỸ SƢ PHẠM VẬT LÍ HÀ NỘI – 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN HUY THÁI XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO PHẦN DAO ĐỘNG CƠ, VẬT LÍ 12 BẰNG PHẦN MỀM MACROMEDIA FLASH NHẰM NÂNG CAO NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SỸ SƢ PHẠM VẬT LI CHUYÊN NGÀNH: LÍ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÍ Mã số: 60 14 01 11 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Phạm Kim Chung HÀ NỘI – 2016 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới: Trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc Gia Hà Nội, Khoa phòng chức tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn Thầy giáo hướng dẫn: TS Phạm Kim Chung tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Toàn thể gia đình anh em, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt trình thực luận văn Thái Nguyên, tháng 10 năm 2016 Tác giả i DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN CNTT Công nghệ thông tin CSVC Cơ sở vật chất DH Dạy học DHVL Dạy học Vật lí ĐHQGHN Đại học Quốc gia Hà Nội GD&ĐT Giáo dục Đào tạo HS Học sinh KHKT Khoa học - kỹ thuật NLTN Năng lực thực nghiệm PTDH Phương tiện dạy học SGK Sách giáo khoa SP Sư phạm TLGK Tài liệu giáo khoa TN Thí nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm TNVL Thí nghiệm Vật lí TNVLPT Thí nghiệm Vật lí phổ thông TH Thực hành THPT Trung học phổ thông VL Vật lí ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Nhiệm vụ nghiên cứu Khách thể đối tượng nghiên cứu Vấn đề nghiên cứu Giả thuyết khoa học Giới hạn phạm vi nghiên cứu Đóng góp đề tài Phương pháp nghiên cứu 10 Cấu trúc luận văn CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Thí nghiệm Vật lí vai trò dạy học trường phổ thông 1.1.1 Thí nghiệm Vật lí đặc điểm thí nghiệm Vật lí 1.1.2 Vai trò thí nghiệm dạy học Vật lí THPT 1.1.3 Các loại thí nghiệm Vật lí trường phổ thông 17 1.1.4 Một số yêu cầu thí nghiệm Vật lí trình tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực học sinh THPT 18 1.1.5 Xu hướng đổi tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm 19 1.2 Hệ thống kĩ thí nghiệm cần rèn luyện học sinh phổ thông dạy học Vật lí 20 1.2.1 Khái niệm kĩ 20 1.2.2 Sự hình thành phát triển kĩ 20 1.2.3 Kĩ thí nghiệm cần rèn luyện học sinh dạy học Vật lí trường THPT 22 1.2.4 Các cấp độ phát triển kĩ thí nghiệm học sinh 26 1.2.5 Các giai đoạn phát triển kĩ 29 1.3 Năng lực thực nghiệm dạy học Vật lí trường THPT 31 iii 1.3.1 Khái niệm lực thực nghiệm: 31 1.3.2 Cấu trúc lực thực nghiệm 32 1.3.3 Năng lực chuyên biệt môn Vật lí 33 1.3.4 Bồi dưỡng lực thực nghiệm Vật lí cho học sinh 35 1.4 Vai trò thí nghiệm thực hành rèn luyện kĩ thí nghiệm cho học sinh dạy học Vật lí trường THPT 39 1.4.1 Thí nghiệm thực hành Vật lí 39 1.4.2 Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành dạy học Vật lí trường THPT 40 1.5 Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo dạy học Vật lí 43 1.5.1 Khái niệm phần mềm dạy học 43 1.5.2 Những yêu cầu chung phần mềm dạy học 44 1.5.3 Phần mềm thí nghiệm ảo dạy học Vật lí 47 1.6 Thực trạng việc rèn luyện kĩ thí nghiệm cho học sinh dạy học Vật lí trường THPT 49 1.6.1 Mục đích tìm hiểu 49 1.6.2 Nội dung tìm hiểu 50 1.6.3 Phương pháp tìm hiểu 50 1.6.4 Kết tìm hiểu 50 1.7 Kết luận chương 53 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ẢO HỖ TRỢ THỰC HÀNH VẬT LÍ CHƢƠNG DAO ĐỘNG CƠ VẬT LÍ 12, BAN CƠ BẢN THPT 54 2.1 Phân tích nội dung, mục tiêu dạy học thí nghiệm thực hành Chương Dao động 54 2.1.1 Vị trí thí nghiệm thực hành chương Dao động 54 2.1.2 Mục tiêu thí nghiệm thực hành Chương Dao động 55 2.1.3 Nội dung thực hành: “Khảo sát định luật thực nghiệm 56 2.1.4 Những khó khăn làm thí nghiệm thực hành Chương Dao động iv 65 2.2 Đề xuất giải pháp xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dao động 66 2.2.1 Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ trình tự học, tự nghiên cứu nhà học sinh (Hỗ trợ tìm kiếm trao đổi thông tin) 67 2.2.2 Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo (Hỗ trợ thực Quy trình) 67 2.2.3 Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ trình kiếm tra, đánh giá 68 2.3 Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực 69 2.3.1 Ý tưởng xây dựng phần mềm 69 2.3.2 Xây dựng thí nghiệm thực hành Vật lí ảo Macromedia 70 2.4 Sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dao động 74 2.4.1 Các bước tổ chức thí nghiệm thực hành với hỗ trợ thí nghiệm Vật lí ảo 74 2.4.2 Thiết kế tiến trình dạy học thực hành thí nghiệm “Khảo sát thực 78 2.5 Kết luận chương 82 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 83 3.1 Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm 83 3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 83 3.1.2 Đối tượng nội dung thực nghiệm sư phạm 83 3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 84 3.2.1 Chuẩn bị thực nghiệm 84 3.2.2 Phương thức tổ chức trình thực nghiệm sư phạm 84 3.3 Kết thực nghiệm sư phạm 88 3.3.1 Phân tích định tính 88 3.3.2 Phân tích kết định lượng 91 v 3.4 Hiệu biện pháp đề tài đề xuất 94 3.5 Kết luận chương 96 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .97 Kết luận 97 Khuyến nghị 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 PHỤ LỤC 100 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng kĩ thí nghiệm cần rèn luyện cho học sinh THPT dạy học Vật lí 23 Bảng 1.2 Các cấp độ mục tiêu nhận thức 27 Bảng 1.3 Các cấp độ mục tiêu kĩ tâm vận 27 Bảng 1.4 Thang đánh giá thực (PRS.) 28 Bảng 1.5 Các cấp độ mục tiêu kĩ thí nghiệm học sinh dạy học Vật lí trường phổ thông 29 Bảng 1.6 Thống kê kết phiếu khảo sát học sinh THPT Phổ Yên 51 Bảng 3.1 - Bảng thống kê điểm số 91 Bảng 3.2 - Bảng thống kê số học sinh đạt từ điểm xi trở xuống (Bảng tần suất luỹ tích hội tụ lùi) 90 Bảng 3.3 - Các tham số thống kê 92 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo V.G Razumôpxki .9 Hình 2.1 Bộ thiết bị thí nghiệm 58 Hình 2.2: Đồng hồ đo thời gian số, cổng quang điện sơ đồ nguyên lý cổng quang điện dùng nghiên cứu chuyển động lắc đơn 59 Hình 2.3 Đồng hồ đo thời gian số 63 Hình 2.4: Câu hỏi trắc nghiệm liên quan đến thí nghiệm thực hành 71 Hình 2.5: Bảng lựa chọn dụng cụ thí nghiệm phần mềm 72 Hình 2.6: Thực thí nghiệm phần mềm 74 Sơ đồ 2.1 Sơ đồ kết hợp thí nghiệm ảo thí nghiệm thật thực hành thí nghiệm Vật lí phổ thông 75 Hình 3.1 Đồ thị đường phân bố tần suất luỹ tích hội tụ lùi 92 vii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trước yêu cầu cấp bách công công nghiệp hoá, đại hoá đất nước, trước nhu cầu hội nhập, đòi hỏi giáo dục đại học Việt Nam phải có đổi mạnh mẽ Nghị số 14/2005 Chính phủ đổi toàn diện GDĐH Việt Nam giai đoạn 2006 - 2020 nêu: “Mục tiêu chung đổi toàn diện GDĐH, tạo chuyển biến chất lượng, hiệu quy mô, đáp ứng yêu cầu nghiệp Công nghiệp hoá- đại hóa đất nước, hội nhập kinh tế quốc tế” yêu cầu giáo dục, đào tạo sinh viên thời kỳ mới: "Phát triển tiềm nghiên cứu sáng tạo, kĩ nghề nghiệp, lực hoạt động cộng đồng khả lập nghiệp người học" Môn Vật lí môn học thiếu thí nghiệm, đặc biệt thí nghiệm thực hành học sinh, Vật lí số môn học khác, môn khoa học thực nghiệm Việc nắm vững mục đích, sở lý thuyết liên quan đến thí nghiệm, kĩ lắp ráp thao tác tiến hành thí nghiệm có ý nghĩa lớn Nó góp phần quan trọng trình tổ chức hoạt động nhận thức tích cực tự lực học sinh Đồng thời, thí nghiệm Vật lí tạo nâng cao hứng thú học tập cho học sinh, tạo cho học sinh niềm tin khoa học kiến thức thu nhận trình học Trong năm trở lại đây, phòng thí nghiệm trường phổ thông trang bị cách đầy đủ số lượng thiết bị thí nghiệm, nhiều khó khăn cần phải khắc phục, nhiều dụng cụ thí nghiệm chưa đảm bảo yêu cầu, cán quản lý thí nghiệm không chuyên nên việc chuẩn bị thí nghiệm cho tiết học lớp nhiều khó khăn Đồng thời, tiết học diễn thời gian 45 phút, không đủ để thực hoàn chỉnh thực hành Vật lí, gây trở ngại cho thày trò Trong thực hành Vật lí, thời gian chủ yếu dành cho thao tác giới thiệu lắp ráp PHỤ LỤC CÁC CÂU HỎI KIỂM TRA SỬ DỤNG TRONG PHẦN MỀM I Phần kiểm tra lí thuyết: Câu 1: Chu kỳ dao động lắc đơn xác định theo biểu thức ? l g A T  2 B T  2 g l C T  2 g l D T  2 l g Câu 2: Khi chiều dài lắc đơn tăng lên gấp đôi chu kỳ dao động lắc sẽ: A tăng lên gấp đôi B giảm nửa C tăng lên lần D giảm lần Câu 3: Nếu lắc đơn có chiều dài l dao động với chu kỳ T gia tốc trọng trường nơi làm thí nghiệm xác định theo biểu thức: A g  l B g  4 2T 4 2T l 4 2l D g  T T2 C g  4 l Câu 4: Con lắc đơn có chiều dài l = 1m dao động với chu kì 2s, nơi lắc có chiều dài l’ = m dao động với chu kì A 6s B 4,24s C 3,46s D 1,5s Câu 5: Chu kỳ dao động lắc đơn phụ thuộc vào yếu tố: A Biên độ dao động, chiều dài lắc, vị trí làm thí nghiệm B Khối lượng lắc, vị trí làm thí nghiệm, chiều dài lắc C Khối lượng lắc, biên độ dao động, chiều dài lắc D Chiều dài lắc, vị trí làm thí nghiệm 100 PHỤ LỤC MỘT SỐ MÃ LỆNH SỬ DỤNG TRONG PHẦN MỀM Các lệnh khống chế thời gian trả lời cho câu hỏi: timing=false; function unpause() { unpauseTime = Math.floor(getTimer()/1000); timing = true; } function pause() { timing = false; } _root.onEnterFrame = function() { if (timing) { milli=delayMath.floor(getTimer()/1000)+unpauseTime; if (milli==0) { _root.cau.Template_ControlButton.enabled=true; Các lệnh chức lựa chọn phương án trả lời hiệu lực thời gian trả lời hết: _root.cau.Checkbox1.enabled=false; _root.cau.Checkbox2.enabled=false; _root.cau.Checkbox3.enabled=false; và: _root.cau.Drag1.enabled=false; _root.cau.Drag 2.enabled=false; _root.cau.Drag 3.enabled=false; Các lệnh thu thập số liệu vẽ đồ thị: Để tạo bảng số liệu, xử dụng chức DataGrid Component Flash đặt mã lệnh nhận thông số khung hình : 101 myDP=newArray({tt:"10",u:"",i:""},{tt:"20",u:"",i:""}, {tt:"30", u:"",i:""}, {tt:"40", u:"",i:""},{tt:"50", u:"",i:""}, {tt:"60", u:"",i:""}); {tt:"70", u:"",i:""},{tt:"80", u:"",i:""}, {tt:"90", u:"",i:""},{tt:"100", u:"",i:""}, datagrid.dataProvider = myDP; Với số liệu nhập vào mảng myDP, vẽ đồ thị thực nghiệm sau: this.createEmptyMovieClip("box", 1); with (box) { for (k=0;k