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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM VĂN BÌNH XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KỸ NĂNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11 LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ HÀ NỘI – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM VĂN BÌNH XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KỸ NĂNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11 LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ Chun ngành: Lí luận phương pháp dạy học (bộ mơn Vật lí) Mã số: 60 14 01 11 Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Kim Chung HÀ NỘI – 2014 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành: Trường Đại học Giáo dục-Đại học Quốc Gia Hà Nội, Các Khoa phòng chức tạo điều kiện cho tơi q trình học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn Thầy giáo hướng dẫn: TS Phạm Kim Chung tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn Gia đình tồn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt trình thực luận văn Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Tác giả i DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN CNTT Công nghệ thông tin CSVC Cơ sở vật chất DH Dạy học DHVL Dạy học vật lí ĐHQGHN Đại học Quốc gia Hà Nội GD&ĐT Giáo dục Đào tạo HS Học sinh KHKT Khoa học - kỹ thuật MTĐT Máy tính điện tử PTDH Phương tiện dạy học SGK Sách giáo khoa SP Sư phạm TH Thực hành THPT Trung học phổ thông TLGK Tài liệu giáo khoa TN Thí nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm TNVL Thí nghiệm vật lí TNVLPT Thí nghiệm vật lí phổ thơng VL Vật lí ii MỤC LỤC Lời cảm ơn .i Danh mục chữ viết tắt luận văn ii Danh mục bảng vi Danh mục hình vii MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Nhiệm vụ nghiên cứu Khách thể đối tượng nghiên cứu Vấn đề nghiên cứu Giả thuyết khoa học Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Phương pháp nghiên cứu 10 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Thí nghiệm Vật lí vai trị dạy học trường phổ thơng 1.1.1 Thí nghiệm Vật lí, đặc điểm thí nghiệm Vật lí 1.1.2 Vai trị thí nghiệm dạy học Vật lí THPT 1.1.3 Các loại thí nghiệm Vật lí phổ thơng 15 1.1.4 Một số yêu cầu thí nghiệm Vật lí việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực học sinh THPT 17 1.1.5 Xu hướng đổi tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm 17 1.2 Hệ thống kĩ thí nghiệm cần rèn luyện học sinh phổ thông dạy học Vật lí 20 1.2.1 Khái niệm kĩ 20 1.2.2 Kĩ thí nghiệm cần rèn luyện học sinh dạy học Vật lí trường THPT 20 1.2.3 Các cấp độ phát triển kĩ thí nghiệm học sinh 25 iii 1.2.4 Các giai đoạn phát triển kĩ 28 1.3 Vai trò thí nghiệm thực hành rèn luyện kĩ thí nghiệm cho học sinh dạy học vật lí trường THPT 29 1.3.1 Thí nghiệm thực hành Vật lí 29 1.3.2 Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành dạy học Vật lí trường THPT 31 1.4 Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo dạy học Vật lí 35 1.4.1 Khái niệm phần mềm dạy học 35 1.4.2 Những yêu cầu chung phần mềm dạy học 36 1.4.3 Phần mềm thí nghiệm ảo dạy học vật lí 39 1.5 Thực trạng việc rèn luyện kĩ thí nghiệm cho học sinh dạy học vật lí trường THPT 43 1.5.1 Mục đích tìm hiểu 43 1.5.2 Nội dung tìm hiểu 43 1.5.3 Phương pháp tìm hiểu 43 1.5.4 Kết tìm hiểu 44 1.6 Kết luận chương 47 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ẢO HỖ TRỢ THỰC HÀNH VẬT LÍ PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11 CƠ BẢN THPT 48 2.1 Phân tích nội dung, mục tiêu dạy học thí nghiệm thực hành phần Quang hình học 48 2.1.1 Vị trí thực hành phần Quang hình học 48 2.1.2 Mục tiêu thí nghiệm thực hành phần Quang hình học 49 2.1.3 Nội dung TH “Xác định tiêu cự thấu kính phân kì” 50 2.1.4 Những khó khăn làm thực hành phần Quang hình học 57 2.2 Đề xuất giải pháp xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành phần Quang hình học 58 2.2.1 Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ q trình tự học, tự nghiên cứu nhà học sinh 58 2.2.2 Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ làm quen với iv thiết bị thí nghiệm thực xây dựng quy trình thao tác tiến hành thực hành thí nghiệm thực 60 2.2.3 Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ q trình kiếm tra, đánh giá 61 2.3 Xây dựng sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí phần Quang hình học 63 2.3.1 Ý tưởng xây dựng phần mềm 63 2.3.2 Xây dựng thí nghiệm thực hành Vật lí ảo Flash 65 2.4 Sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí phần Quang hình học 74 2.4.1 Tổ chức thực hành TN với hỗ trợ TN Vật lí ảo 74 2.4.2 Thiết kế tiến trình dạy học thực hành thí nghiệm “Xác định tiêu cự thấu kính phân kỳ” 78 2.5 Kết luận chương 82 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 84 3.1 Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm 84 3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 84 3.1.2 Đối tượng nội dung thực nghiệm sư phạm 84 3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 85 3.2.1 Chuẩn bị thực nghiệm 85 3.2.2 Phương thức tổ chức trình thực nghiệm sư phạm 86 3.3 Kết thực nghiệm sư phạm 89 3.3.1 Phân tích định tính 89 3.3.2 Phân tích kết định lượng 92 3.4 Hiệu biện pháp đề tài đề xuất 96 3.5 Kết luận chương 97 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC CÁC CÂU HỎI KIỂM TRA SỬ DỤNG TRONG PHẦN MỀM 103 PHỤ LỤC PHIẾU CHUẨN BỊ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM 105 PHỤC LỤC BẢNG TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ KĨ NĂNG THÍ NGHIỆM 110 v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Đặc trưng phịng thí nghiệm Tái tạo phịng TN tìm tịi 19 Bảng 1.2 Bảng kĩ thí nghiệm cần rèn luyện cho học sinh THPT dạy học vật lí 21 Bảng 1.3 Các cấp độ mục tiêu nhận thức 25 Bảng 1.4 Các cấp độ mục tiêu kĩ tâm vận 26 Bảng 1.5 Thang đánh giá thực (PRS) 27 Bảng 1.6 Các cấp độ mục tiêu kĩ thí nghiệm học sinh dạy học vật lí trường phổ thơng 27 Bảng 1.7 Thống kê phiếu khảo sát học sinh THPT Lý Tử Tấn 45 Bảng 2.1 Mục tiêu thí nghiệm thực hành phần Quang hình học 49 Bảng 2.2 Bảng số liệu thực hành số - phương án 55 Bảng 2.3 Bảng số liệu thực hành số - phương án 57 Bảng 3.1 - Bảng thống kê điểm số 93 Bảng 3.2 - Bảng thống kê số hoc sinh đạt từ điểm xi trở xuống (Bảng tần suất luỹ tích hội tụ lùi) 93 Bảng 3.3 - Các tham số thống kê 94 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo Razumơpxki 10 Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế phương án 1, thí nghiệm Xác định tiêu cự thấu kính phân kì 51 Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế phương án 2, thí nghiệm Xác định tiêu cự thấu kính phân kì 52 Hình 2.3 Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định ảnh vật qua thấu kính hội tụ 53 Hình 2.4 Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định tiêu cự thấu kính phân kì 54 Hình 2.5.Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định ảnh vật qua thấu kính hội tụ 56 Hình 2.6 Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định tiêu cự thấu kính phân kì 56 Hình 2.7 Màn hình lựa chọn dụng cụ thí nghiệm 59 Hình 2.9 Màn hình kiểm tra kiến thức trước thực phần thí nghiệm 62 Hình 2.10 Màn hình kiểm tra kiến thức lí thuyết 66 Hình 2.11 Hình ảnh dụng cụ thí nghiệm đưa vào phần mềm 66 Hình 2.12 Màn hình thực thí nghiệm với menu lựa chọn 71 Hình 2.13 Màn hình giới thiệu phần thực hành phương án thí nghiệm 73 Hình 2.14 Các phần hình hiển thị kết 74 Sơ đồ 2.1 Sơ đồ kết hợp thí nghiệm ảo thí nghiệm thật thực hành thí nghiệm vật lí phổ thơng 75 Hình 3.1 Đồ thị đường phân bố tần suất luỹ tích hội tụ lùi 93 vii MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vật lí mơn khoa học thực nghiệm, việc sử dụng thí nghiệm dạy học vật lí trường phổ thông không công việc bắt buộc, mà cịn biện pháp quan trọng giúp nâng cao chất lượng dạy học, góp phần tích cực hố hoạt động nhận thức học sinh Một tác dụng thí nghiệm vật lí tạo trực quan sinh động trước mắt học sinh mà cần thiết thí nghiệm dạy học vật lí cịn quy định tính chất q trình nhận thức học sinh hướng dẫn giáo viên Thơng qua thí nghiệm vật lí, tạo tác động có chủ định, có hệ thống người vào đối tượng thực khách quan, với phân tích điều kiện mà diễn tác động kết tác động, ta thu nhận tri thức Hiện nay, phịng thí nghiệm trường phổ thơng trang bị cách đầy đủ số lượng năm gần đây, cịn khó khăn như: nhiều dụng cụ thí nghiệm chưa xác, nhân viên quản lí thí nghiệm khơng chun trách mơn học nên việc chuẩn bị thí nghiệm cho tiết học lớp khó khăn Đồng thời, sử dụng thí nghiệm dạy học lớp gặp trở ngại cho thầy học trò tiết học trường phổ thơng diễn thời gian 45 phút, thời gian ngắn thực hành Vật lí Trong thực hành Vật lí, việc giới thiệu lắp ráp thiết bị nhiều thời gian, thời gian thực tế để tiến hành thí nghiệm Như giáo viên phải nhiều thời gian cho việc chuẩn bị trước lên lớp Hơn số tiết dạy liền lớp khác điều thực cách: là, học sinh phải đến phòng chức thí nghiệm riêng biệt; hai là, thầy phải di chuyển hệ