Chế tạo và sử dụng bộ thí nghiệm quang học trong dạy học vật lí theo hướng phát triển năng lực thực hành cho học sinh

Bài viết này tập trung giới thiệu về bộ thí nghiệm Quang học tự tạo, hệ thống năng lực thực hành của học sinh trong dạy học Vật lí và nêu một số định hướng áp dụng bộ thí nghiệm vào dạy học theo định hướng phát triển năng lực thực hành cho học sinh.

UED Journal of Social Sciences, Humanities & Education – ISSN 1859 - 4603 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC Nhận bài: 07 – 06 – 2018 Chấp nhận đăng: 28 – 08 – 2018 http://jshe.ued.udn.vn/ CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM QUANG HỌC TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC HÀNH CHO HỌC SINH Nguyễn Văn Nghĩaa*, Phan Gia Anh Vũb Tóm tắt: Bồi dưỡng lực thực hành cho học sinh nhiệm vụ quan trọng dạy học Vật lí trường phổ thơng Để bồi dưỡng lực thực hành cho học sinh cách hiệu giáo viên cần phải dựa vào điều kiện sở vật chất, nội dung học trình độ học sinh mà xác định lực thành phần cần bồi dưỡng Ngoài ra, để phát huy lực thực hành cho học sinh giáo viên nên tạo điều kiện cho học sinh tự tay làm dụng cụ thí nghiệm sử dụng chúng học tập Giáo viên cần sáng tạo thêm thí nghiệm đơn giản để bổ sung cho dụng cụ thí nghiệm trang bị cho nhà trường Bài viết tập trung giới thiệu thí nghiệm Quang học tự tạo, hệ thống lực thực hành học sinh dạy học Vật lí nêu số định hướng áp dụng thí nghiệm vào dạy học theo định hướng phát triển lực thực hành cho học sinh Từ khóa: bồi dưỡng lực; lực thực hành; quang học; thí nghiệm; học sinh 1.Mở đầu Hiện nay, việc dạy học theo hướng phát triển lực (NL) học sinh (HS) đặc biệt quan tâm Thay trọng vào việc truyền thụ tri thức chiều, trình dạy học cần trọng đến việc tổ chức cho HS hoạt động để tự lực chiếm lĩnh tri thức khoa học, tăng cường bồi dưỡng, phát triển NL, phẩm chất cần thiết cho HS Vật lí mơn khoa học thực nghiệm, nội dung kiến thức vật lí phổ thơng có liên quan đến nhiều tượng, q trình tự nhiên đời sống, nguyên lí vật lí sở hoạt động nhiều thiết bị kĩ thuật Trong dạy học Vật lí, việc tổ chức cho HS tiến hành hoạt động với dụng cụ thí nghiệm (TN) hay thiết bị kĩ thuật thuận lợi để bồi dưỡng, phát triển NL chung NL chun biệt mơn Vật lí Trong chương trình mơn Vật lí trường phổ thơng, phần Quang học lớp 7, lớp lớp 11 có nhiều ứng dụng đời sống, gần gũi với học sinh Tuy nhiên, số tượng quang học trình aTrường Đại học Đồng Nai Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM * Liên hệ tác giả Nguyễn Văn Nghĩa Email: nguyenvannghiasp@gmail.com bTrường 74 | bày chương trình HS khó hình dung mối quan hệ đại lượng vật lí, như: tượng truyền thẳng ánh sáng, tượng phản xạ, khúc xạ, phản xạ toàn phần… Nguyên nhân trình trạng thiết bị TN trang bị cho nhà trường cho phần quang học cịn thiếu; NL sử dụng thí nghiệm dạy học giáo viên (GV) hạn chế Vì vậy, việc bồi dưỡng NL thực hành cho HS gặp nhiều khó khăn Chính chúng tơi nghiên cứu chế tạo thí nghiệm Quang học, áp dụng vào dạy học số trường THCS THPT địa bàn tỉnh Đồng Nai thu nhiều kết tích cực từ HS GV Trong viết này, giới thiệu cấu tạo thí nghiệm Quang học đề xuất số cách áp dụng vào dạy học phần Quang hình học theo định hướng phát triển lực thực hành cho HS Nội dung 2.1 Chế tạo thí nghiệm Quang học Hiện danh mục đồ dùng thí nghiệm Vật lí trường phổ thơng có số thí nghiệm quang học, nhiên qua thời gian sử dụng bộc lộ nhiều nhược điểm: Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 8, số 3B (2018),74-80 ISSN 1859 - 4603 - Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 8, số 3B (2018),74-80 Nguồn sáng sử dụng thường bóng đèn dây tóc, ánh sáng phát khơng đơn sắc, việc tạo dải sáng hẹp để coi tia sáng khó Nếu thí nghiệm thực điều kiện có ánh sáng mạnh khơng quan sát rõ Do vậy, việc khảo sát tượng quang học khó học sinh, thí nghiệm định lượng Cũng có vài nguồn laser phải sử dụng với nguồn điện lấy từ máy biến thế, gây phiền phức cho Giáo viên dạy học lớp học Với thí nghiệm phản xạ ánh sáng: gương phản xạ làm thủy tinh tráng lớp bạc mặt, nên bên cạnh tượng phản xạ xảy tượng khúc xạ, kết khơng xác Với thí nghiệm phản xạ tồn phần khúc xạ ánh sáng: mica (hoặc thủy tinh) hình bán nguyệt đĩa tròn chia độ thiết kế riêng rẽ nên khó khăn ghép lại với để đo góc tới góc khúc xạ Ngồi ra, thực thí nghiệm khơng khí khơng thể khảo sát tượng với mơi trường khác Với lí nêu trên, tiến hành chế tạo dụng cụ thí nghiệm quang gồm thành phần chính: mica, đèn laser, gương phẳng Hai mica ghép với phần phụ khác tạo dạng hộp chứa nước, chứa khói Có hai mẫu thiết kế, mẫu để bàn mẫu gắn lên bảng * Mẫu để bàn (Hình 1): - Một mica nằm ngang dùng làm đế có gắn bu-lơng để chỉnh cân ngang (kích thước 20x30cm, 15x40cm) - Một mica dựng thẳng đứng: + Ở mặt thứ mica (mặt I): có khắc thước đo độ có vạch chia từ 0° đến 360° hộp suốt (dùng để đựng chất lỏng, phần hộp chứa khói để dễ quan sát chùm tia sáng), bán kính vịng chia độ R= 10, 15, 20 cm + Ở mặt thứ hai mica (mặt II): có gắn thước đo độ có vạch chia từ 0° đến 180°, gương phẳng nhỏ làm từ giấy tráng bạc đặt tâm thước đo độ hộp suốt mặt I Các thiết bị có rời rạc, độ xác thấp chưa gọn gàng nên gây cho giáo viên tâm lí ngại sử dụng q trình dạy học, chưa tạo hứng thú cho học sinh trình thao tác với dụng cụ Hình Bộ thí nghiệm Quang học (Mẫu để bàn) * Mẫu gắn bảng (Hình 2- b, c): 75 Nguyễn Văn Nghĩa, Phan Gia Anh Vũ + Có cấu tạo tương tự mẫu 1, có mica thẳng đứng sử dụng mặt trước mica + Phía sau mica có gắn nam châm để gắn lên bảng từ * Đèn Laser sử dụng thí nghiệm loại laser bán dẫn, có bước sóng 650nm, cơng suất 5mW, dùng để tạo chùm sáng nhỏ có đường kính chùm tia 2mm (có thể xem tia sáng), gắn lên mica di chuyển dễ dàng a b c d Hình Các thí nghiệm chế tạo 2.2 Năng lực thực hành học sinh dạy học Vật lí Năng lực khả lựa chọn vận dụng kiến thức, kĩ năng, thái độ yếu tố cá nhân khác để thực nhiệm vụ cách có hiệu cao [1] Trong Từ điển Tiếng Việt Hoàng Phê, khái niệm “thực hành” định nghĩa “làm để áp dụng lí thuyết vào thực tế” [4] Theo quan niệm NL thực hành trên, quan niệm lực thực hành (NLTH) khả vận dụng phối hợp kiến thức, kĩ thái độ vào hoàn cảnh khác 76 để giải vấn đề thực tế nhằm đạt kết cao Trong nội dung báo này, chúng tơi quan niệm lực thí nghiệm HS dạy học Vật lí khả vận dụng kiến thức, kĩ năng, thái độ có để tiến hành hoạt động thí nghiệm đạt kết cao [3] Bao gồm bốn nhóm lực: Năng lực chuẩn bị thí nghiệm; Năng lực tiến hành thí nghiệm; Năng lực xử lí kết kết thúc TN; Năng lực thiết kế chế tạo dụng cụ thí nghiệm Bảng Hệ thống lực thực hành dạy học Vật lí ISSN 1859 - 4603 - Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 8, số 3B (2018),74-80 Thành tố Miêu tả Chuẩn bị thí nghiệm Xác định mục tiêu làm TN, đề xuất phương án tiến trình TN phù hợp; tìm hiểu kiểm tra dụng cụ; dự đoán kết TN chuẩn bị trước bảng biểu, đồ thị cần thiết Tiến hành thí nghiệm Xử lí kết kết thúc thí nghiệm Chế tạo dụng cụ thí nghiệm Lắp ráp, bố trí dụng cụ cách phù hợp, tiến hành thao tác với dụng cụ, quan sát, đọc ghi chép lại số liệu vào bảng biểu chuẩn bị sẵn, thực nhiều lần đo thấy kết sai lệch q nhiều Tính tốn đại lượng cần đo, sai số, vẽ đồ thị biểu diễn mối tương quan đại lượng, từ rút kết luận, nhận xét kết quả, ĐG tiến trình TN, tìm hiểu nguyên nhân sai số đề xuất biện pháp khắc phục, hạn chế, tháo rời vệ sinh dụng cụ TN Đề xuất dụng cụ phương án chế tạo; chế tạo thành công vận hành dụng cụ 2.3 Một số cách áp dụng thí nghiệm Quang học dạy học Vật lí theo định hướng phát triển lực thực hành cho học sinh Tùy đối tượng HS nội dung học mà người GV đặt mục tiêu cụ thể thành tố NLTH cần bồi dưỡng Đối với HS trung học sở khơng cần yêu cầu HS tính sai số Đối với học có TN trực diện TN biểu diễn hạn chế thời gian nên GV tập trung phát triển số thành tố NLTH cho HS Đối với NL Thiết kế chế tạo dụng cụ TN khó để bồi dưỡng cho tất HS lớp học Tùy thuộc vào khiếu, đam mê, điều kiện thời gian hoàn cảnh HS, GV phải lựa chọn dụng cụ phù hợp, cho hoạt động cá nhân nhóm nhỏ Việc đánh giá sản phẩm chế tạo cần phải tiến hành với tinh thần tơn trọng, ghi nhận thành khích lệ HS, tránh làm tổn thương HS sản phẩm em hạn chế kĩ thuật hay thẩm mĩ Vì vậy, trước hết chúng tơi nêu địa áp dụng thí nghiệm, sau có trình bày bước tiến trình dạy học 03 mà không sâu vào chi tiết học Mặc dù đèn laser có cơng suất nhỏ, nhiên GV cần lưu ý HS khơng đặt mắt theo hướng đón tia laser vào mắt, ln đặt mắt nhìn vng góc với mặt chia độ TN Bộ TN áp dụng cho 05 học chương trình Vật lí phổ thơng, cụ thể: 1/ Bài 2: SỰ TRUYỀN ÁNH SÁNG (VL7) Sử dụng thí nghiệm để mơ tả mơi trường suốt khơng đồng tính ánh sáng không truyền theo đường thẳng 2/ Bài 4: ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ ÁNH SÁNG (Vật lí 7) Sử dụng thí nghiệm để dạy phần II/ Định luật phản xạ ánh sáng 3/ Bài 40: HIỆN TƯỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG (Vật lí 9) Sử dụng thí nghiệm để dạy học sinh bài: - Hiện tượng khúc xạ ánh sáng - Mối quan hệ góc khúc xạ góc tới tia sáng truyền từ khơng khí sang nước ngược lại 4/ Bài 26: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG (Vật lí 11) Sử dụng thí nghiệm để dạy học sinh bài: - Hiện tượng khúc xạ ánh sáng - Định luật khúc xạ ánh sáng - Tính thuận nghịch truyền ánh sáng 5/ Bài 27: PHẢN XẠ TỒN PHẦN (Vật lí 11) Sử dụng thí nghiệm để dạy học sinh bài: - Hiện tượng phản xạ toàn phần - Điều kiện để có phản xạ tồn phần 2.3.1 Bài “ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ ÁNH SÁNG” (Vật lí 7) Với đặc điểm hiếu động tinh nghịch HS lớp 7, TN cho HS tiến hành GV cần phải chuẩn bị trước phiếu học tập cho cá nhân nhóm, cần có định hướng bước TN kết luận cần rút Ở TN định luật phản xạ, GV dùng thí nghiệm gắn bảng để giới thiệu tượng phản xạ ánh sáng, tia tới, tia phản xạ, đường pháp tuyến, góc tới, góc phản xạ Sau đặt câu hỏi dẫn dắt: 77 Nguyễn Văn Nghĩa, Phan Gia Anh Vũ + Hãy dự đốn xem góc phản xạ góc tới có quan hệ với nhau? + Muốn kiểm tra xem dự đốn có xác hay khơng cần phải làm gì? + Tiến trình làm TN nào? Sau HS nêu phương án làm TN, GV chốt lại phương án, đồng thời giới thiệu phiếu học tập cho HS Phiếu đánh giá (Bảng 5) Bảng Phiếu học tập (Bài “ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ ÁNH SÁNG”) Khi kết thúc TN, GV yêu cầu HS dán Phiếu học tập lên bảng, đồng thời thu gọn trả dụng cụ TN Sau đó, gọi HS nhận xét kết nhóm, GV chốt lại kết thúc hoạt động 2.3.2 Bài 26 “KHÚC XẠ ÁNH SÁNG” (Vật lí 11) * Hoạt động 1: Giới thiệu tượng khúc xạ ánh sáng tạo nhu cầu cần TN GV dùng TN gắn bảng để hướng dẫn HS khái niệm tượng khúc xạ ánh sáng số khái niệm khác Sau GV u cầu HS dự đốn mối quan hệ góc khúc xạ góc tới Vậy muốn kiểm tra dự đốn phải làm gì? (HS: Cần phải tiến hành TN) * Hoạt động 2: Hướng dẫn hoạt động TN cho HS Sau tạo nhu cầu làm TN, GV phát dụng cụ TN cho HS, yêu cầu HS tập trung quan sát trả lời số câu hỏi + Cần đổ nước đến mức hộp? + Chiếu tia sáng tới vào điểm nào? + Trình tự tiến hành TN nào? + Lập bảng ghi số liệu nào? HS lập bảng: Lần đo Góc tới i GV bổ sung cho HS số nội dung để hoàn thành bảng ghi số liệu phiếu học tập (Bảng 4) + Đọc số nào? Nếu vệt sáng rộng đọc sao? + Sai số dụng cụ nào? + Trong TN cần lưu ý gì? (Cẩn thận khơng để nước đổ tràn ngồi nhiều, tránh chiếu laser vào mắt) + Hãy liệt kê nêu công dụng dụng cụ TN Bảng Phiếu học tập “KHÚC XẠ ÁNH SÁNG” 78 Góc phản xạ r ISSN 1859 - 4603 - Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 8, số 3B (2018),74-80 Bảng Phiếu đánh giá kết hoạt động thành viên TN Sau GV giao nhiệm vụ (kèm phiếu đánh giá Bảng 5) ấn định thời gian cho nhóm hoạt động Sau hết thời gian tiến hành TN, GV yêu cầu HS trả dụng cụ, treo phiếu học tập lên bảng Gọi nhóm nhận xét kết nhóm khác, sau GV chốt lại, chỉnh sửa, nhận xét trình TN 2.4 Đánh giá kết sau thực nghiệm - Qua sử dụng, nhận thấy thí nghiệm chúng tơi thiết kế có số ưu điểm sau: + Giá thành thí nghiệm rẻ (khoảng 150.000 đồng) so với thí nghiệm mua từ cơng ty thiết bị giáo dục, giúp tiết kiệm ngân sách Cấu tạo thí nghiệm đơn giản, vật liệu gần gũi dễ tìm nên giáo viên làm + Bộ thí nghiệm chế tạo tích hợp để khảo sát nhiều tượng quang học, dễ dàng thay đổi chất lỏng để khảo sát với môi trường khác nhau, áp dụng cho nhiều học (khoảng bài) Có thể kết hợp với số thiết bị khác trình dạy học + Nhỏ gọn, dễ sử dụng dạy học, độ xác cao, khảo sát định tính định lượng tượng quang học, nâng cao kĩ lắp ráp, dự đốn kết quả, tiến hành thí nghiệm HS + Bộ thí nghiệm chế tạo thủ công, đơn giản, không tinh xảo, vật liệu gần gũi, dễ tìm Chính đặc điểm tạo cho học sinh hứng thú học tập, đặc biệt ý thức học hỏi, tìm tịi, sáng tạo - Qua tổ chức, theo dõi phân tích diễn biến, hiệu tiến trình dạy học tiết thực nghiệm, nhận thấy sử dụng TN trên, tiết học trở nên sinh động, hấp dẫn, tập trung ý HS Việc sử dụng TN thích hợp tạo hứng thú cho HS việc tham gia xây dựng để tìm kiếm tri thức mới, nắm vững kiến thức, phát huy tính tích cực, sáng tạo, kích thích tị mị khơi dậy lòng ham hiểu biết HS, bật hết HS có điều kiện để hình thành, rèn luyện lực hoạt động cá nhân hợp tác nhóm Nhờ mà nội dung kiến thức HS cần đạt trở nên dễ hiểu, dễ khắc sâu khả vận dụng tri thức giải vấn đề liên quan linh hoạt, hiệu Từ chất lượng học tập em nâng cao - Dựa quan sát HS q trình TN, thơng qua kiểm tra qua sản phẩm chế tạo HS, nhận thấy NLTH HS tăng lên đáng kể Biểu HS có nhu cầu, mong muốn tiến hành TN nhiều hơn, HS tích cực đề xuất phương án tiến hành TN mạnh dạn trao đổi, bổ sung cho phương án Trong q trình tiến hành TN, việc phân cơng nhiệm vụ thành viên diễn nhanh, thao tác nhanh nhẹn xác Việc xử lí kết tốt, dễ dàng tìm phân tích nguyên nhân sai số đề xuất cách khắc phục chúng Ngoài ra, sản phẩm HS tự làm phần Quang học đánh giá tốt, có tính sáng tạo - Kết khảo sát ý kiến GV thí nghiệm cho thấy hầu hết GV đánh giá cao ưu điểm hiệu mà TN mang lại trình dạy học (như phần ưu điểm nêu trên) Bên cạnh đó, số ý kiến nêu lên hạn chế TN trên, như: + Một số mẫu thiết kế chưa có định hướng đèn chiếu vào tâm bảng chia độ, HS phải cầm tay nên lúc thực khó khăn gặp sai số lớn + Hộp chứa khói sau thời gian bị mờ dẫn đến khó quan sát, gương phản xạ bị khói bám vào nhiều làm giảm khả phản xạ ánh sáng, việc làm khói bám khó + Một số có hộp chứa nước để hở, cửa đổ nước vào rộng nên nước dễ tràn 79 Nguyễn Văn Nghĩa, Phan Gia Anh Vũ + Việc đổ nước đến vạch nằm ngang TN lâu khó HS, có số trường hợp mực nước không yêu cầu nên kết có sai số lớn + Nhiều GV mong muốn có TN có kích thước lớn để HS quan sát rõ gắn lên bảng Trong thực tế, nhiều tiết dạy phần quang học, người GV tiến hành TN biểu diễn bảng Họ cho khó để chuẩn bị đầy đủ dụng cụ đến phòng học cho tất lớp tiết dạy liên tục Kết luận Hiện chế tạo thành công khoảng 20 Bộ TN Quang học với nhiều mẫu thiết kế khác Bộ TN Quang học sử dụng để khảo sát định tính định lượng tượng như: phản xạ ánh sáng, khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, đo chiết suất chất lỏng Sau thời gian thực nghiệm TN phương án bồi dưỡng NLTH cho HS dạy hoc Vật lí thu kết tích cự từ GV, nhà quản lí đặc biệt gây hứng thú lớn HS Qua trình áp dụng thực tế, sản phẩm bộc lộ số nhược điểm khắc phục, nhiên chắn cịn hạn chế, chúng tơi nghiên cứu cải tiến thời gian tới Tài liệu tham khảo Hồng Hịa Bình (2015) Năng lực đánh giá theo lực Tạp chí Khoa học ĐHSP TPHCM, 6(71), 21-31 [2] Lê Văn Giáo (2005) Thí nghiệm phương tiện trực quan dạy học Vật lí trường phổ thơng NXB Giáo dục, Hà nội [3] Dương Thị Hằng (2016) Phát triển lực thực hành cho học sinh thông qua tổ chức dạy học nhóm phần “Quang hình học” Vật lí 11 THPT Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học, Trường ĐHSP - ĐH Huế [4] Hoàng Phê (1998) Từ điển Tiếng Việt NXB Khoa học Xã hội, Hà Nội [5] Phạm Hữu Tịng (2004) Dạy học vật lí trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động học tích cực, tự chủ, sáng tạo tư khoa học NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội [1] MAKING AND USING OPTICS LAB EXPERIMENT KIT IN PHYSICS TEACHING TO DEVELOP STUDENT’S PRACTICAL COMPETENCY Abstract: Fostering student’s competency of practice is an important task in physics teaching in secondary and high schools In teaching practice, teachers need to identify the component competencies to be fostered based on the available physical facilities, the contents of the lessons and the levels of the students Based on the content and available laboratory tools, teachers should create other simple and inexpensive experiments to teach This paper focuses on the self-made optics lab experiment kit, student's practical competency system in physics teaching, and outlines some applying orientations of the optics experiment kit to develop student's practical competency in physics teaching Key words: competence fostering; practice competency; optics; experiments; student's 80 ... hạn chế, tháo rời vệ sinh dụng cụ TN Đề xuất dụng cụ phương án chế tạo; chế tạo thành công vận hành dụng cụ 2.3 Một số cách áp dụng thí nghiệm Quang học dạy học Vật lí theo định hướng phát triển. .. Năng lực tiến hành thí nghiệm; Năng lực xử lí kết kết thúc TN; Năng lực thiết kế chế tạo dụng cụ thí nghiệm Bảng Hệ thống lực thực hành dạy học Vật lí ISSN 1859 - 4603 - Tạp chí Khoa học Xã hội,... niệm lực thí nghiệm HS dạy học Vật lí khả vận dụng kiến thức, kĩ năng, thái độ có để tiến hành hoạt động thí nghiệm đạt kết cao [3] Bao gồm bốn nhóm lực: Năng lực chuẩn bị thí nghiệm; Năng lực