Sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông

Bài viết này tập trung đề cập đến các hình thức thể hiện bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí, trên cơ sở đó đề xuất một số biện pháp sử dụng hợp lý bài tập thí nghiệm trong dạy học ở trường phổ thông hiện nay.

UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION VOL.2, NO.4 (2012) SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG Trần Anh Tiến, Nguyễn Bảo Hồng Thanh* TĨM TẮT Bài tập thí nghiệm vật lí phận hệ thống tập vật lí Việc sử dụng tập thí nghiệm dạy học hướng tốt việc phát huy tính tích cực, sáng tạo người học, đồng thời góp phần đổi có hiệu phương pháp dạy học vật lí trường phổ thơng Tuy nhiên, dạy học nay, nhiều giáo viên chưa quan tâm đến cách thức thể tập thí nghiệm việc sử dụng tập thí nghiệm dạy học Bài viết tập trung đề cập đến hình thức thể tập thí nghiệm dạy học vật lí, sở đề xuất số biện pháp sử dụng hợp lý tập thí nghiệm dạy học trường phổ thơng Từ khóa: tập thí nghiệm, dạy học Vật lý, trung học phổ thơng, giáo viên, học sinh Đặt vấn đề Bài tập vật lí yếu tố quan trọng trình dạy học vật lí Thực tiễn dạy học cho thấy, việc sử dụng tập vật lí giai đoạn khác trình dạy học phát huy tính tích cực, sáng tạo học sinh Tuy vậy, qua nhiều kênh thông tin khác nhau, thấy đa dạng hóa loại tập sử dụng chương trình Vật lí phổ thơng vấn đề đáng phải quan tâm, đặc biệt dạng tập thí nghiệm (BTTN) cịn ỏi chưa coi trọng dạy học vật lí Điều ảnh hưởng khơng nhỏ đến phát triển tư sáng tạo học sinh (HS) Vật lí mơn khoa học thực nghiệm, phần lớn kiến thức vật lí chương trình trung học phổ thơng liên hệ chặt chẽ với thí nghiệm hầu hết rút từ thực nghiệm Sự phong phú kiến thức, đa dạng hình thức thí nghiệm lợi lớn tiến trình đổi phương pháp dạy học mơn BTTN Vật lí với đặc thù riêng, vừa tập, vừa thí nghiệm nên việc sử dụng BTTN lúc dạy học có tác dụng tốt việc giúp HS hiểu sâu sắc quy luật vật lí vận dụng chúng vào thực tiễn Nội dung 2.1 Khái niệm tập thí nghiệm Khi nói BTTN, có nhiều ý kiến khác Tác giả Nguyễn Đức Thâm cho rằng: "BTTN tập địi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lý thuyết để tìm số liệu cần thiết cho việc giải tập" [1] Theo Nguyễn Thượng Chung :"BTTN loại tập đòi hỏi HS phải vận dụng cách tổng hợp kiến thức lí thuyết thực nghiệm, kĩ hoạt động trí óc chân tay, vốn hiểu biết vật lí, kĩ thuật thực tế đời sống để tự xây dựng phương án, lựa chọn phương tiện, xác định điều kiện thích hợp, tự thực thí nghiệm theo qui trình, qui tắc để thu thập xử lí kết nhằm giải cách khoa học, tối ưu tốn cụ thể 123 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC TẬP 2, SỐ (2012) đặt ra" [3] Như vậy, cách chung nhất, hiểu BTTN loại tập địi hỏi HS phải vận dụng kiến thức đơn lẻ hay kiến thức tổng hợp kĩ thực hành để đưa lời giải dựa kết thí nghiệm đưa phương án để thực thí nghiệm kiểm tra tiến hành thí nghiệm để tìm số liệu cần thiết cho việc giải tập Những thí nghiệm thường đơn giản, làm nhà phịng thí nghiệm, với dụng cụ đơn giản dễ tìm HS tự làm Cần lưu ý BTTN thí nghiệm cho số liệu để giải tập, không cho biết tượng lại xảy Do đó, phần vận dụng định luật vật lí để giải thích tượng nội dung BTTN [3] 2.2 Các hình thức thể tập thí nghiệm BTTN thể nhiều hình thức truyền tải thơng tin khác Dưới số hình thức sử dụng trường phổ thơng nay: ❖ Thể BTTN qua mơ tả thí nghiệm lời kèm theo câu hỏi Thể BTTN qua mơ tả thí nghiệm lời thực chất cách dùng lời nói để truyền đạt thơng tin đến HS Hình thức sử dụng thơng tin tập (hoặc thí nghiệm) hồn tồn mơ tả cách ngắn gọn, súc tích, dễ hiểu, dễ hình dung Qua việc mơ tả HS hiểu thu nhận đầy đủ thơng tin kiện yêu cầu tập Hình thức thường gặp dạng tập cho biết trước kết thí nghiệm phần yêu cầu chủ yếu giải thích kết thí nghiệm cho mục đích dụng cụ thí nghiệm yêu cầu HS đề xuất phương án thí nghiệm ❖ Thể BTTN qua video clip thí nghiệm thí nghiệm mơ Thể BTTN qua video clip thí nghiệm thí nghiệm mơ thực chất cách dùng đoạn video clip thí nghiệm thí nghiệm mơ để truyền tải nội dung điều kiện ban đầu tập đến HS, yêu cầu đặt tập truyền đạt thông qua lời nói giáo viên (GV) Hình thức thể địi hỏi phải có phương tiện đại máy vi tính, đèn chiếu (projector) số phần mềm mơ Cách thể có hiệu tốt dạy học hạn chế thời gian làm thí nghiệm tượng có thời gian xảy nhanh chậm Ví dụ: Em mơ tả giải thích tượng xảy qua hai video clip thí nghiệm sau (video clip người kéo đầu dây cách từ từ - minh họa hình 1a; video clip người giật mạnh đầu dây – minh họa hình 1b) (Hình 1a) 124 (Hình 1b) UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION VOL.2, NO.4 (2012) ❖ Thể BTTN thí nghiệm thực Thể BTTN thí nghiệm thực thực chất thơng qua việc thực thí nghiệm (có thể HS GV thực hiện), HS thu nhận thông tin điều kiện ban đầu tập Hình thức sử dụng yêu cầu tập gắn liền với kết thí nghiệm Ví dụ: Bố trí thí nghiệm hình 2, gồm cầu có khối lượng lớn treo vào đầu sợi dây mảnh lấy đoạn dây khác buộc Thực thí nghiệm với cầu sau: - Kéo đầu dây cách từ từ - Giật mạnh dây Hình Em làm thí nghiệm, ghi nhận kết giải thích tượng xảy ra? Nhận xét: Với thí dụ nêu hình thức thể khác nội dung thí nghiệm Trong dạy học, tùy theo mục đích, điều kiện phương tiện yêu cầu trình dạy học, với nội dung thí nghiệm, GV sử dụng hình thức thể khác BTTN 2.3 Một số biện pháp sử dụng tập thí nghiệm dạy học vật lí Trong dạy học vật lí trường phổ thơng nay, người ta sử dụng nhiều hình thức dạy học khác Một hình thức dạy học sử dụng phổ biến lên lớp (còn gọi học) Để nâng cao hiệu trình dạy học, BTTN sử dụng giai đoạn khác học ❖ Sử dụng BTTN giai đoạn chuẩn bị đặt vấn đề Trước nghiên cứu kiến thức mới, để định hướng tư cho HS, GV thường đề xuất vấn đề nghiên cứu Có nhiều cách thức để đưa HS vào vấn đề nghiên cứu, tạo động hứng thú học tập cho HS, sử dụng BTTN phương tiện có hiệu Trong giai đoạn đề xuất vấn đề nghiên cứu, để sử dụng BTTN đáp ứng yêu cầu tạo tình học tập, BTTN phải tạo tính bất ngờ, gây ngạc nhiên cho HS Các BTTN cần đơn giản để tiến hành lớp giao cho HS thực trước nhà Kết thí nghiệm thường mâu thuẫn với kiến thức biết, với kinh nghiệm sẵn có trái ngược với mong đợi HS Từ tạo nhu cầu hứng thú tìm tịi kiến thức HS, làm cho HS tích cực, chủ động, sáng tạo việc tìm tòi giải vấn đề Tùy vào đối tượng HS, GV lựa chọn BTTN mức độ khác nhau: - Mức độ 1: GV thực thí nghiệm có tượng diễn sống hàng ngày để HS phát tính chất hay mối quan hệ cần nghiên cứu - Mức độ 2: GV thực thí nghiệm tạo tình lạ, gây ngạc nhiên cho HS, từ yêu cầu HS nêu vấn đề hay câu hỏi cần giải đáp - Mức độ 3: HS thực BTTN theo phương án dụng cụ cho, yêu cầu 125 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC TẬP 2, SỐ (2012) HS mô tả diễn biến tượng nhận xét, từ nêu vấn đề cần nghiên cứu ❖ Sử dụng BTTN giai đoạn giải vấn đề Trong chương trình Vật lí Trung học phổ thông hầu hết kiến thức học rút từ kết thí nghiệm, việc sử dụng BTTN hợp lí tạo hướng mới, tránh nhàm chán cho HS Hơn nữa, tượng xảy tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lí thuyết để tìm số liệu cần thiết cho việc giải tập mang tính thực tiễn Thơng qua quan sát xử lý thông tin thu nhận từ thí nghiệm, HS thực thao tác tư phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa phương pháp suy luận qui nạp, diễn dịch Từ đó, HS rút kết luận, nhận xét vận dụng kiến thức vào thực tiễn Dựa vào thông tin thu nhận thông qua việc giải BTTN, HS dự đốn tính chất vật, nguyên nhân tượng, mối quan hệ định tính định lượng vật tượng Trong trường hợp này, GV lựa chọn số biện pháp sau: - Dùng BTTN đơn giản thực nhanh; thường tập cho phương án thí nghiệm, dụng cụ thí nghiệm, GV tiến hành thí nghiệm cho HS quan sát - Dùng BTTN cho nhiều phương án thí nghiệm, yêu cầu HS lựa chọn tiến hành thực theo nhóm - Dùng BTTN cho mục đích thí nghiệm, yêu cầu nêu phương án thí nghiệm, GV HS thực thí nghiệm ❖ Sử dụng BTTN vào giai đoạn củng cố, vận dụng kiến thức Đây giai đoạn HS vận dụng kiến thức học để giải tập vật lí giải thích tượng tự nhiên, kĩ thuật thực tế sống BTTN sử dụng giai đoạn phát huy tốt vai trị việc phát triển tư HS Để củng cố kiến thức cho HS, GV sử dụng BTTN đơn giản liên quan cách nguyên dạng hay thay đổi nội dung kiến thức, kĩ học giúp HS nhớ lại trình, cấu trúc học; BTTN tương tự thí nghiệm sử dụng học, HS vận dụng kiến thức, kĩ để giải tốn theo mẫu BTTN tổng hợp có tính sáng tạo địi hỏi HS phải có tư sáng tạo để giải vấn đề tình từ kiến thức có Tuỳ theo đối tượng HS, GV vận dụng mức độ sau: - Mức độ 1: Sử dụng BTTN với phương án dụng cụ thí nghiệm có sẵn tiến hành nhanh lớp - Mức độ 2: Sử dụng BTTN với phương án cho sẵn, dụng thí nghiệm đơn giản dễ tìm, u cầu HS thực theo nhóm - Mức độ 3: Sử dụng BTTN cho sẵn dụng cụ thí nghiệm, yêu cầu HS đề xuất phương án thí nghiệm - Mức độ 4: Sử dụng BTTN cho mục đích thí nghiệm, yêu cầu HS đề xuất phương án thực thí nghiệm, viết báo cáo 2.4 Ví dụ việc sử dụng BTTN dạy học 126 UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION VOL.2, NO.4 (2012) Nội dung: xây dựng kiến thức tượng căng bề mặt chất lỏng ❖ Đề xuất vấn đề nghiên cứu: + GV: Lần lượt cho HS quan sát thí nghiệm trả lời câu hỏi thơng qua hai BTTN sau: BTTN 1: Dụng cụ thí nghiệm gồm: - Một dao lam - Một hộp có chứa nước Trường hợp 1: Thả nhẹ nhàng theo phương thẳng đứng dao lam Trường hợp 2: Thả nhẹ nhàng theo phương nằm ngang dao lam Dự đoán tượng xảy trường hợp thí nghiệm (Hình 3) BTTN 2: Dụng cụ thí nghiệm: - Một khung dây cứng kim loại có hình tròn, cột khung dây sợi cho sợi bị chùn (hình 3) - Một chậu có chứa nước xà phịng Thực thí nghiệm sau: Nhúng khung dây vào chậu nước xà phòng nhấc lên cho lớp màng xà phòng bám mặt khung Nếu lấy que tăm chọc thủng lớp màng xà phịng phía tượng xảy ra? + HS: Có thể đưa nhiều ý kiến khác tập trung lại là: Ở BTTN 1: Dao lam chìm nước (theo kinh nghiệm HS) Ở BTTN 2: HS cho rằng: - Cả hai phía bị vỡ - Màng xà phịng phía bị vỡ, sợi bị căng phía - Màng xà phịng phía bị vỡ, sợi bị căng phía + GV: Tiến hành thí nghiệm, HS thấy kết bất ngờ: - Dao lam trường hợp thứ hai không bị chìm (hình 4) (Hình 4) - Sợi thí nghiệm chuyển động phía màng nước xà phịng không bị vỡ Từ xuất vấn đề nghiên cứu: Trên bề mặt chất lỏng có tồn loại lực Vậy lực có điểm đặt, phương, chiều nào? ❖ Giai đoạn giải vấn đề: + GV: Thông báo cho HS lực xuất trường hợp gọi lực căng bề mặt chất lỏng tổ chức cho HS tìm hiểu đặc điểm lực căng bề mặt thông qua BTTN2 BTTN BTTN 3: Dụng cụ gồm: - Một khung dây thép hình chữ nhật (hình 5), CD di chuyển (Hình 5) 127 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC TẬP 2, SỐ (2012) - Một chậu nước xà phịng Thực thí nghiệm: Nhúng khung dây vào chậu nước xà phòng nhấc lên cho lớp màng xà phòng bám mặt khung, sau đặt khung dây nằm ngang Quan sát chuyển động CD nhận xét GV yêu cầu HS nhận xét lực căng bề mặt xuất tượng thí nghiệm trường hợp BTTN BTTN + GV: Tổ chức cho HS thảo luận theo nhóm rút nhận xét + HS: Tiến hành thảo luận rút nhận xét là: Trong thí nghiệm: sợi bị căng phía màng xà phịng thép trượt khung theo hướng thu nhỏ diện tích bề mặt màng xà phịng, chứng tỏ lực căng bề mặt có: - Điểm đặt: lên đường giới hạn bề mặt chất lỏng - Phương: vng góc với đường giới hạn tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng - Chiều : làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng Về độ lớn lực căng bề mặt, GV mơ tả lại thí nghiệm nhà khoa học thực SGK; thông báo biểu thức cho HS giải thích ý nghĩa ❖ Giai đoạn củng cố, vận dụng kiến thức + GV: Cho HS làm tập sau để củng cố kiến thức lực căng bề mặt diện tích co lại màng xà phòng BTTN 4: Nhúng vòng dây thép có buộc vịng (Hình 6) dây hình dạng vào nước xà phịng (hình 6) Nhấc nhẹ vịng dây thép để tạo màng xà phịng phủ kín mặt khung dây Nếu chọc thủng màng xà phịng bên vịng dây vịng dây có hình dạng nào? Thực thí nghiệm kiểm tra giải thích Dụng cụ: vịng dây thép có buộc vịng dây có hình dạng bất kì; chậu nước xà phịng + HS: Có thể dự đốn vịng dây khơng có hình dạng xác định vịng dây có dạng đường trịn + GV: u cầu HS lên thực thí nghiệm giải thích kết + HS: Thực thí nghiệm rút kết luận vịng dây có dạng hình trịn (hình 7), từ dựa vào đặc điểm lực căng bề mặt để giải thích kết + GV: Lưu ý cho HS bề mặt màng xà phịng cịn đọng (Hình 7) khung dây đồng tự co lại để diện tích tới mức nhỏ nhất; cho HS nhà làm BTTN để chứng tỏ hệ số căng bề mặt chất lỏng khác không giống BTTN 5: Thiết kế phương án thí nghiệm chứng tỏ hệ số lực căng bề mặt nước lớn hệ số lực căng bề mặt nước xà phòng Dụng cụ gồm: Một chậu đựng nước; nước xà phòng; que diêm 128 UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION VOL.2, NO.4 (2012) Nhận xét tiến trình dạy học: Trong thí dụ nêu trên, BTTN sử dụng tất các giai đoạn khác tiến trình dạy học Cùng với việc GV tổ chức HS thảo luận theo nhóm, giúp HS hoạt động tự lực, tích cực học tập rèn luyện cho HS thao tác tư tuy, kĩ thực hành học tập Kết luận Trong dạy học trường phổ thông nay, nhiều phương tiện, hình thức phương pháp dạy học khác áp dụng Việc áp dụng tốt biện pháp sư phạm nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo HS dạy học vật lí vấn đề cần thiết việc đổi phương pháp dạy học Từ thực tế dạy học, nhận thấy: Với cách thể đa dạng BTTN, với sở vật chất đầu tư mạnh mẽ nhà trường phổ thông nay, việc sử dụng BTTN dạy học phát huy tính tích cực học tập HS làm đa dạng hình thức dạy học lớp GV Với tình nêu BTTN, HS dễ bộc lộ quan niệm sai lệch, đồng thời dễ tạo cho em bất ngờ, ngạc nhiên, thú vị tri thức vật lí, từ tạo động lực cho em khám phá, giải thích tượng diễn thực tiễn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2003), Phương pháp dạy học vật lí trường phổ thơng, NXB Đại học sư phạm, tr 24-36 [2] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Phạm Quý Tư (Chủ biên), Lương Tất Đạt - Lê Chân Hùng - Nguyễn Ngọc Hưng - Phạm Đình Thiết - Bùi Trọng Tuân - Lê Trọng Trường (2006), Vật lí 10 nâng cao, NXB Giáo Dục [3] Nguyễn Thượng Chung (2000), BTTN vật lí trung học sở, Tập 1, NXB Giáo dục, Hà Nội, tr34-51 USING EXPERIMENTAL EXERCISES IN TEACHING PHYSICS IN HIGH SCHOOL Tran Anh Tien1, Nguyen Bao Hoang Thanh2 Hue Univesity of Education The University of Da Nang - University of Science and Education ABSTRACT The physics experimental exercise is a part of the physics exercise system Using experimental exercises in teaching is a good way to promote learners ‘ active involvement and creativity It also contributes to the effective innovation in methods of teaching physics in high school However, in the current teaching process, there are many teachers not paying attention to how to show experimental exercises as well as how to use experimental exercises in teaching This article focuses on ways of showing experimental exercises in teaching physics; accordingly, a few solutions for using experimental exercises rationally in the teaching process in high school today are proposed Key words: experimental exercise, teaching physics, high school, teachers, students 129 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC TẬP 2, SỐ (2012) * Trần Anh Tiến, Học viên Cao học ĐHSP – ĐH Huế PGS.TS Nguyễn Bảo Hoàng Thanh, Trường Đâị học SƯ phạm, Đại học Đà Nẵng, email thanhnbh@dng.vnn.vn 130 ... dung thí nghiệm, GV sử dụng hình thức thể khác BTTN 2.3 Một số biện pháp sử dụng tập thí nghiệm dạy học vật lí Trong dạy học vật lí trường phổ thơng nay, người ta sử dụng nhiều hình thức dạy học. .. đích thí nghiệm, yêu cầu nêu phương án thí nghiệm, GV HS thực thí nghiệm ❖ Sử dụng BTTN vào giai đoạn củng cố, vận dụng kiến thức Đây giai đoạn HS vận dụng kiến thức học để giải tập vật lí giải thích... HS dạy học vật lí vấn đề cần thiết việc đổi phương pháp dạy học Từ thực tế dạy học, nhận thấy: Với cách thể đa dạng BTTN, với sở vật chất đầu tư mạnh mẽ nhà trường phổ thông nay, việc sử dụng