Thí nghiệm với cảm biến dùng trong dạy học Vật lí theo hướng tiếp cận năng lực

Thiết kế, chế tạo thành công 4 bộ TBTN với cảm biến sử dụng trong dạy học chủ đề Cảm ứng điện từ. Đề xuất 12 phương án thí nghiệm đơn giản với cảm biến và hướng thảo luận phát triển kiến thức trong dạy học một số chủ đề Vật lí ở Trung học cơ sở. Các phương án thí nghiệm này tập trung giúp phát huy tính tích cực, chủ động; năng lực tìm tòi, khám phá; và năng lực thực nghiệm của HS qua quá trình thiết kế, chế tạo và tiến hành thí nghiệm.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÍ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: THIẾT KẾ, THỬ NGHIỆM CÁC PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM VỚI CẢM BIẾN DÙNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ THEO TIẾP CẬN NĂNG LỰC Chuyên ngành: Lí luận phương pháp dạy học mơn Vật lí Sinh viên thực hiện: Đỗ Thị Hồng Quyên Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Bá Trình HÀ NỘI – 2018 LỜI CẢM ƠN Lời xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy, Khoa Vật lí thầy tổ mơn: “Lí luận Phương pháp giảng dạy Vật lí” trang bị cho tơi kiến thức cần thiết trình học tập trường Đại học Sư phạm Hà Nội Đặc biệt xin bày tỏ lịng kính trọng, biết ơn chân thành sâu sắc tới TS Trần Bá Trình, thầy cho tơi học thú vị bổ ích, tận tâm hướng dẫn, bảo vấn đề khoa học tạo điều kiện tốt cho suốt q trình thực đề tài khóa luận học tập nghiên cứu khoa học Cuối xin nói lời biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè người thân, người ln động viên tơi suốt q trình học tập, giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn để tập trung hồn thành việc học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2018 Tác giả Đỗ Thị Hồng Quyên DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TN Thí nghiệm TBTN Thiết bị thí nghiệm HS Học sinh GV Giáo viên PPDH Phương pháp dạy học PTDH Phương tiện dạy học CÁC BÀI BÁO KHOA HỌC ĐÃ ĐƯỢC CHẤP NHẬN ĐĂNG Trần Bá Trình, Đỗ Thị Hồng Qun (2017), Xây dựng thí nghiệm với ống dây ghép nối máy vi tính để dạy học chủ đề cảm ứng điện từ Tạp chí khoa học số 52, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Trần Bá Trình, Đỗ Thị Hồng Quyên (2018), Khảo sát q trình Vật lí thực trường phổ thơng với phương tiện dạy học số Tạp chí khoa học Đại học Sư phạm Hà Nội, số 2/2018VN MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu đề tài Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu đề tài Cấu trúc khóa luận CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÍ LUẬN Dạy học Vật lí theo tiếp cận lực 1.1 Quan niệm lực 1.2 Thành phần cấu trúc lực 1.3 Dạy học theo tiếp cận lực Sử dụng phương tiện số dạy học Vật lí 2.1 Thế phương tiện dạy học số 2.2 Phân loại phương tiện dạy học số dạy học Vật lí 2.3 Khả hỗ trợ phương tiện dạy học số dạy học Vật lí Thí nghiệm dạy học Vật lí 3.1 Thí nghiệm Vật lí 3.2 Ý nghĩa, vai trị thí nghiệm dạy học Vật lí Thí nghiệm ghép nối máy vi tính sử dụng cảm biến 10 4.1 Nguyên lí hoạt động chức thí nghiệm ghép nối máy vi tính 10 4.2 Khả hỗ trợ ưu điểm việc sử dụng thí nghiệm ghép nối máy vi tính dạy học Vật lí theo tiếp cận lực 11 Xây dựng mơ hình q trình, tượng Vật lí 11 5.1 Khái niệm “Mơ hình hóa” 12 5.2 Khả hỗ trợ, so sánh kết mô hình với thực nghiệm 12 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ, THỬ NGHIỆM CÁC PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM VỚI CẢM BIẾN DÙNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ TIẾP CẬN NĂNG LỰC 13 Xây dựng thí nghiệm với ống dây ghép nối cảm biến máy vi tính dùng dạy học chủ đề Cảm ứng điện từ 13 1.1 Khảo sát thiết bị thí nghiệm truyền thống 13 1.2 Xây dựng thiết bị thí nghiệm 13 1.3 Khả sử dụng thí nghiệm xây dựng dạy học tiếp cận lực 20 Khảo sát q trình Vật lí thực với cảm biến ghép nối máy vi tính phần mềm xây dựng mơ hình dùng dạy học chủ đề Dao động 21 2.1 Thực trạng việc dạy học gắn với bối cảnh thực tế 21 2.2 Khảo sát trình dao động tắt dần với phương tiện dạy học số 23 Đề xuất phương án thí nghiệm với cảm biến dùng dạy học số kiến thức Vật lí Trung học sở 26 3.1 Đặc điểm mơn Vật lí trung học sở chương trình giáo dục tiếp cận lực 26 3.2 Đề xuất phương án thí nghiệm với cảm biến dùng dạy học số kiến thức Vật lí Trung học sở 27 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Giáo dục phổ thông nước ta thực bước chuyển từ chương trình giáo dục tiếp cận nội dung sang tiếp cận lực người học, nghĩa từ chỗ chủ yếu quan tâm đến việc học sinh học đến chỗ quan tâm học sinh vận dụng qua việc học Nghị số 29-NQ/TW yêu cầu phải đổi mạnh mẽ phương pháp dạy học theo hướng đại, coi trọng dạy cách học; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo vận dụng kiến thức, kỹ người học; khắc phục lối truyền đạt áp đặt chiều, ghi nhớ máy móc Chuyển từ học chủ yếu lớp sang tổ chức hình thức học tập đa dạng, ý hoạt động xã hội, ngoại khoá, nghiên cứu khoa học Trong trình đổi phương pháp dạy học (PPDH), phương tiện dạy học (PTDH) đóng vai trò quan trọng Chức chủ yếu PTDH tạo điều kiện để HS nắm vững xác, sâu sắc kiến thức, phát triển lực nhận thức hình thành nhân cách HS Theo lí luận dạy học đại, PTDH hỗ trợ hoạt động GV HS tất pha tiến trình giải nhiệm vụ nhận thức PTDH chứng tỏ vai trị việc tăng cường tính trực quan thí nghiệm, thực hành q trình dạy học nói chung dạy học Vật lí nói riêng Hiện nay, việc trang bị PTDH cho trường phổ thông bước tăng cường Trước yêu cầu đổi giáo dục nước ta theo hướng phát triển lực học sinh, việc sử dụng đa dạng phối hợp PTDH để nâng cao hiệu học tập môn học quan trọng cần thiết Các phương tiện dạy học số ngày phổ biến áp dụng rộng rãi trường phổ thơng Đối với mơn Vật lí, việc sử dụng thí nghiệm ghép nối máy vi tính giúp nâng cao khả tiến hành phương án thí nghiệm mà dụng cụ truyền thống không thực hạn chế thời gian khó khăn kĩ thuật Thí nghiệm sử dụng cảm biến ghép nối máy vi tính cho phép tự động thu thập nhiều số liệu thời gian ngắn Học sinh sử dụng phần mềm để lập bảng, đồ thị thực nghiệm; phân tích, xử lí số liệu thu từ cảm biến cách nhanh chóng xác Các kết phân tích số liệu hiển thị hình rõ ràng, khoa học có tính trực quan cao Trên sở lí trình bày trên, với mong muốn nâng cao hiệu sử dụng thiết bị thí nghiệm, tăng cường hoạt động thực nghiệm cho HS học tập mơn Vật lí theo hướng tích cực, chủ động, sáng tạo, lựa chọn đề tài: “Thiết kế, thử nghiệm phương án thí nghiệm với cảm biến dùng dạy học Vật lí theo tiếp cận lực” Mục đích nghiên cứu đề tài Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thí nghiệm sử dụng cảm biến ghép nối máy vi tính để dùng dạy học Vật lí chủ đề mà thiết bị thí nghiệm thí nghiệm có cịn nhiều hạn chế Tính thuận tiện phương án thí nghiệm xác kết khảo sát tương ứng chứng tỏ tính khả thi việc sử dụng thí nghiệm Đối tượng nghiên cứu đề tài Xem xét tình hình chung việc sử dụng TBTN có dạy học Vật lí để tìm hiểu khó khăn, hạn chế Thiết kế, thử nghiệm phương án thí nghiệm với cảm biến ghép nối máy vi tính số chủ đề mà TBTN chưa có cịn nhiều hạn chế, sử dụng dạy học Vật lí theo tiếp cận lực Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Tìm hiểu lí luận dạy học Vật lí theo tiếp cận lực Nghiên cứu khả hỗ trợ phương tiện dạy học số, thí nghiệm ghép nối máy vi tính, cơng cụ mơ hình hóa dạy học Vật lí theo tiếp cận lực Thiết kế, thử nghiệm phương án thí nghiệm với cảm biến Phương pháp nghiên cứu đề tài Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết dạy học theo tiếp cận lực; sử dụng phương tiện dạy học số dạy học Vật lí; thí nghiệm vấn đề liên quan đến thí nghiệm Nghiên cứu ứng dụng: Đề xuất sử dụng TBTN với cảm biến dạy học Vật lí theo tiếp cận lực Cấu trúc khóa luận Khóa luận trình bày gồm phần: Phần mở đầu Chương I: Cơ sở lí luận Chương II: Thiết kế, thử nghiệm phương án thí nghiệm với cảm biến dùng dạy học Vật lí theo tiếp cận lực Phần kết luận Tài liệu tham khảo CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÍ LUẬN Dạy học Vật lí theo tiếp cận lực 1.1 Quan niệm lực Có nhiều cách quan niệm khác lực Trong Chương trình giáo dục phổ thơng tổng thể, lực quan niệm thuộc tính cá nhân hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có trình học tập, rèn luyện, cho phép người huy động tổng hợp kiến thức, kỹ thuộc tính cá nhân khác hứng thú, niềm tin, ý chí, thực thành cơng loại hoạt động định, đạt kết mong muốn điều kiện cụ thể 1.2 Thành phần cấu trúc lực Theo quan điểm nhà sư phạm Đức, cấu trúc chung lực hành động mô tả kết hợp lực thành phần sau: - Năng lực chuyên môn (Professional competency): Là khả thực nhiệm vụ chuyên môn khả đánh giá kết chuyên môn cách độc lập, có phương pháp xác mặt chun mơn Trong bao gồm khả tư lơ gic, phân tích, tổng hợp, trừu tượng hoá, khả nhận biết mối quan hệ hệ thống q trình Năng lực chun mơn hiểu theo nghĩa hẹp lực „nội dung chuyên môn“, theo nghĩa rộng bao gồm lực phương pháp chuyên môn - Năng lực phương pháp (Methodical competency): Là khả hành động có kế hoạch, định hướng mục đích việc giải nhiệm vụ vấn đề Năng lực phương pháp bao gồm lực phương pháp chung phương pháp chuyên môn Trung tâm phương pháp nhận thức khả tiếp nhận, xử lý, đánh giá, truyền thụ trình bày tri thức - Năng lực xã hội (Social competency): Là khả đạt mục đích tình xã hội xã hội nhiệm vụ khác phối hợp phối hợp chặt chẽ với thành viên khác - Năng lực cá thể (Induvidual competency): Là khả xác định, đánh giá hội phát triển giới hạn cá nhân, phát triển khiếu cá nhân, xâ y dựng thực kế hoạch phát triển cá nhân, quan điểm, chuẩn giá trị đạo đức động chi phối ứng xử hành vi Trong chương trình dạy học nước thuộc OECD, người ta sử dụng mơ hình lực đơn giản hơn, phân chia lực thành hai nhóm chính, lực chung lực chuyên môn - Nhóm lực chung bao gồm:  Khả hành động độc lập thành công;  Khả sử dụng công cụ giao tiếp công cụ tri thức cách tự chủ;  Khả hành động thành cơng nhóm xã hội khơng đồng - Năng lực chuyên môn liên quan đến môn học riêng biệt Ví dụ nhóm lực chun mơn mơn Tốn bao gồm lực sau đây:  Giải vấn đề toán học;  Lập luận tốn học;  Mơ hình hóa tốn học;  Giao tiếp toán học;  Tranh luận nội dung tốn học;  Vận dụng cách trình bày tốn học;  Sử dụng ký hiệu, công thức, yêu tố thuật toán 1.3 Dạy học theo tiếp cận lực Từ năm 90 kỉ trước, so sánh quốc tế thiết kế chương trình giáo dục, người ta thường nêu lên hai cách tiếp cận chính: thứ nhất, tiếp cận dựa theo nội dung chủ đề (content or topic based approach), thứ hai tiếp cận dựa vào kết đầu (outcome based approach) - Tiếp cận dựa vào nội dung cách nêu danh mục đề tài, chủ đề lĩnh vực, mơn học Tức tập trung xác định trả lời câu hỏi: Chúng ta muốn học sinh biết gì? Cách tiếp cận chủ yếu dựa vào yêu cầu nội dung học vấn môn nên thường mang nặng lí thuyết tính hệ thống, người thiết kế ý đến tiềm năng, giai đoạn phát triển, nhu cầu, hứng thú điều kiện người học Dụng cụ bố trí thí nghiệm Hình 3.19: Bố trí TN Kết nối cảm biến chuyển động với máy tính có phần mềm chun dụng thông qua thiết bị chuyển đổi Sử dụng chuyển động học sẵn có bố trí cảm biến đặt cố định mặt phẳng, đối diện với bóng chuẩn bị thả Lưu ý bóng có khối lượng kích thước lớn, nên đặt cảm biến chuyển động hộp bảo vệ, làm lỗ hộp để lộ cảm biến cố định cảm biến bên để cảm biến không bị dịch chuyển vị trí chịu tác động bóng Các bước tiến hành thí nghiệm - Cài đặt thơng số phần mềm thu thập liệu: Tần số lấy mẫu, thời gian lấy mẫu, loại đồ thị hiển thị… - Đặt bóng chiều cao 1m theo chiều dọc với cảm biến chuyển động, lưu ý điểm thả phải đối diện với cảm biến Nhấn “bắt đầu” thả bóng để phần mềm tự động thu thập số liệu vị trí q trình bóng rơi tự tới cảm biến - Có thể cho học sinh chơi trị chơi bắt bóng Một học sinh thả bóng rơi học sinh khác bắt bóng sát cảm biến, tăng dần độ cao thả bóng, kinh nghiệm cho thấy bắt bóng khó thả độ cao lớn Học sinh đưa dự đốn vận tốc bóng lớn việc bắt bóng xác khó khăn - Hiển thị đồ thị vận tốc-thời gian bóng để xác minh điều Học sinh đưa nhận xét thay đổi độ cao vận tốc bóng q trình bóng rơi tự - Sử dụng kiến thức trước để đưa nhận xét thay đổi động q trình đó, dự đốn thay đổi Hiển thị đồ thị dạng lương theo thời để kiểm tra dự đoán 42 Thảo luận - Động năng, bóng vị trí lớn nhất, nhỏ nhất? - Động năng, bóng thay đổi q trình bóng rơi? - Cơ thí nghiệm có bảo tồn hay khơng? Nếu khơng sao? Nêu yếu tố ảnh hưởng đến kết thí nghiệm phương án cải tiến - Hãy chuyển hóa từ dạng sang dạng khác tình hay gặp thực tế sau:  Đá bóng lên cao  Trị chơi tàu lượn siêu tốc  Mũi tên bắn từ cung Hình 3.20 - Có thể em chưa biết: Thủy điện nguồn điện có từ lượng nước Đa số lượng thủy điện có từ nước tích đập nước chuyển hóa thành động làm quay tua bin nước máy phát điện Gió nguồn lượng lớn Từ xưa người ta biết sử dụng động gió để chạy cối xay gió Hiện phát triển điện gió quan tâm khuyến khích nguồn lượng sạch, có khả tái tạo giá rẻ Hình 3.21 43 3.2.3 Chủ đề Quang học Thí nghiệm 1: Đường truyền tia sáng (Vật lý 7, 2: Sự truyền ánh sáng) Mục đích thí nghiệm: Khảo sát truyền ánh sáng qua mơi trường; tìm hiểu đường truyền ánh sáng định luật truyền thẳng ánh sáng Dụng cụ bố trí thí nghiệm EuroLab Cảm biến ánh sáng Hình 3.22: Bố trí TN Kết nối cảm biến ánh sáng với máy tính có phần mềm chun dụng thơng qua thiết bị chuyển đổi Đặt vật chắn phía nguồn sáng cảm biến (QS007) Các bước tiến hành thí nghiệm Cài đặt thông số phần mềm thu thập liệu: chế độ đo, thời gian đo, tần số lấy mẫu… Thí nghiệm 1: Khảo sát truyền ánh sáng qua môi trường khác - Giáo viên cho học sinh tùy chọn vật sẵn có mà học sinh nghĩ vật cho khơng cho ánh sáng truyền qua, chia làm hai nhóm vật liệu để chuẩn bị kiểm tra dự đoán Giáo viên chuẩn bị sẵn bìa đục kính suốt làm đại diện cho hai nhóm vật liệu -Tiến hành đặt vật liệu vào cảm biến ánh sáng nguồn sáng Bật nguồn sáng Nhấn “bắt đầu” để cảm biến ánh sáng lấy số liệu cường độ sáng phía sau vật chắn vật chắn khác - Lưu lại lần thử nghiệm, so sánh nhận xét xem loại vật liệu, môi trường cho ánh sáng truyền qua nhiều/ít khơng cho truyền qua Thí nghiệm 2: Đường truyền tia sáng khơng khí - Đặt ba bìa đục lỗ nguồn sáng cảm biến ánh sáng - Dự đốn xem vị trí bìa, cảm biến ánh sáng thu tín hiệu cường độ ánh sáng mạnh 44 PC - Dịch chuyển vị trí tương đối ba bìa, xem thay đổi cường độ sáng hiển thị hình - Kiểm tra vị trí đặc biệt theo dự đốn: ba lỗ hổng so le/thẳng hàng…ánh sáng truyền trường hợp - Rút kết luận đường truyền tia sáng khơng khí Thảo luận - Làm để kiểm tra cạnh thước có thẳng hay khơng? Mơ tả cách làm - Có thể em chưa biết:  Ánh sáng truyền khơng khí với vận tốc lớn, bật đèn ta nhìn thấy đèn sáng Vận tốc ánh sáng truyền môi trường khác khác  Khi chùm sáng truyền qua môi trường vật chất chất rắn, chất lỏng khí, bị ảnh hưởng theo cách chính: Một cường độ bị giảm trình qua môi trường Hai là, vận tốc truyền môi trường nhỏ chân không  Trong môi trường suốt khơng đồng tính ánh sáng khơng truyền theo đường thẳng Ví dụ, khơng khí sa mạc gần mặt đất nóng, lên cao lạnh, mật độ khơng khí khơng đều, ánh sáng truyền theo đường cong, gây tượng ảo ảnh Ảo ảnh phản chiếu, có điều gương khơng phải kính, khơng phải nước, mà khơng khí Hình 3.23: Hàng nghìn người đổ bờ biển Penglai (Trung Quốc) vào năm 2006 để chứng kiến tượng ảo ảnh kỳ lạ: từ lớp sương mù đặc quánh, thành phố đại với tòa nhà chọc trời, đường sá thênh thang, xe cộ tấp nập lộ ra, thật rõ đến ngỡ ngàng 45 Thí nghiệm 2: màu sắc vật (Vật lý 9, 55: Màu sắc vật ánh sáng trắng ánh sáng màu) Mục đích thí nghiệm: Giải thích thật màu sắc đối tượng màu phản chiếu ánh sáng từ vật thể; tìm hiểu khả tán xạ ánh sáng màu vật Dụng cụ bố trí thí nghiệm Hình 3.24: Bố trí TN Kết nối cảm biến ánh sáng với máy tính có phần mềm chun dụng thơng qua thiết bị chuyển đổi Kết nối diode (LED) với nguồn pin điện trở Đặt diode cao bàn thí nghiệm 5cm kẹp, đặt thẳng đứng nghiêng sang bên chút Bộ cảm biến ánh sáng giữ cao bàn thí nghiệm 5cm kẹp khác, đầu cảm biến cường độ ánh sáng nghiêng diode để ánh sáng phản chiếu từ tờ giấy màu đến cảm biến Các bước tiến hành thí nghiệm - Cài đặt thơng số phần mềm thu thập liệu: Thời gian đo, khoảng giới hạn cường độ sáng thu thập… - Làm cho phịng thí nghiệm tối cách tắt đèn đóng rèm - Kết nối mạch bật đèn diode màu đỏ lên - Nhấp vào biểu tượng “bắt đầu” để thu thập số liệu đo cường độ ánh sáng phản chiếu từ tờ giấy màu đỏ, xanh xanh da trời liên tục “Thời gian đo” tờ giấy không đổi, khoảng 10 giây - Đổi đèn diode màu đỏ đèn diode màu xanh xanh da trời lặp lại bước 46 - Đồ thị cường độ ánh sáng phản chiếu từ tờ giấy màu với nguồn sáng màu khác hiển thị hình Nếu muốn có kết xác giá trị cường độ sáng, hiển thị thêm liệu bảng Thảo luận - Ánh sáng mặt trời ánh sáng trắng trộn lẫn nguồn sáng nhiều màu sắc Giải thích đặt vật màu đỏ ánh sáng mặt trời ta thấy có màu đỏ, vật màu xanh ánh sáng mặt trời ta thấy có màu xanh? - Màu sắc ánh sáng phản chiếu mạnh khác tùy thuộc vào màu tờ giấy Màu phản chiếu mạnh từ tờ giấy màu? - Ban ngày ngồi đường có màu gì? Trong đêm tối ta thấy có màu gì? Tại sao? - Đặt kính đỏ tờ giấy trắng chiếu ánh sáng trắng vào kính Nhìn tờ giấy qua kính thấy có màu gì? Tại sao? Nếu thay tờ giấy trắng tờ giấy xanh thấy có màu gì? Tại sao? - Younghee mặc áo sơ mi đỏ quần xanh di chuyển đến nơi có ánh sáng màu khác Màu sắc quần áo Younghee thay đổi nào? Hình 3.25 - Phản chiếu ánh sáng sống nghệ thuật? 3.2.4 Chủ đề Điện học Thí nghiệm 1: Hiện tượng cảm ứng điện từ với nam châm điện (Vật lý 9, 31: Hiện tượng cảm ứng điện từ) Mục đích thí nghiệm: Tìm hiểu cách tạo dòng điện sử dụng nam châm điện; khảo sát tượng cảm ứng điện từ 47 Dụng cụ bố trí thí nghiệm Hình 3.26: Bố trí TN Kết nối cảm biến cường độ dòng điện, đầu với máy tính có phần mềm chun dụng thơng qua thiết bị chuyển đổi, đầu lại với cuộn dây cảm ứng Kết nối nguồn điện có khóa K với cuộn dây có lõi sắt để tạo thành nam châm điện Các bước tiến hành thí nghiệm - Cài đặt thông số phần mềm thu thập liệu: Thời gian đo, tần số mẫu, giới hạn giá trị bắt đầu lấy mẫu,… - Đặt nam châm điện đối diện với cuộn dây cảm ứng - Nhấn “bắt đầu” để thu thập liệu, tiến hành đóng ngắt khóa K nam châm điện, quan sát kết nhận xét biến đổi dòng điện cuộn dây trường hợp:  Trong đóng mạch điện nam châm điện  Khi dòng điện ổn định  Trong ngắt mạch điện nam châm điện  Sau ngắt mạch điện Thảo luận - Thomas Edition có phát minh đơn giản ứng dụng thực tiễn sau lại vô to lớn Một phát minh nam châm điện Chúng ta làm lại thí nghiệm đơn giản Thomas Edition tự chế tạo nam châm điện để hút vụn sắt nhà: 48 Hình 3.27 Đầu tiên, cắt vỏ bọc nhựa đầu dây diện Quấn dây điện quanh đinh, chặt tốt, để lộ đầu đinh Dán băng keo giữ chặt dây điện vào đinh Sau đó, dán hai đầu dây điện vào cực pin Chú ý: đừng chạm tạy vào phần lộ dây điện Dòng điện chạy qua tạo nhiệt, nóng Bây giờ, cho đầu đinh gần vật nhỏ kim loại ghim băng, đinh trở thành nam châm hút ghim băng - Có thể em chưa biết: Khác với nam châm vĩnh cửu có cảm ứng từ cố định, nam châm điện có cảm ứng từ thay đổi nhờ việc điều khiển dòng điện chạy qua cuộn dây - Nêu số ứng dụng nam châm điện tượng cảm ứng điện từ tạo nam châm điện Hình 3.28 Thí nghiệm 2: Sự xuất dòng điện xoay chiều nam châm quay trướ ống dây (Vật lý 9, 33: Dịng điện xoay chiều) Mục đích thí nghiệm: Khảo sát xuất dòng điện xoay chiều nam châm quay trước ống dây 49 Dụng cụ bố trí thí nghiệm Hình 3.29: Bố trí TN Gắn nam châm với mô tơ cấp điện pin; nam châm quay bên cạnh ống dây kết nối cảm biến cường độ dòng điện, thiết bị ghép tương thích máy vi tính có cài đặt phần mềm chuyên dụng Các bước tiến hành thí nghiệm - Cài đặt thông số phần mềm thu thập liệu: Thời gian đo, tần số mẫu, giới hạn giá trị bắt đầu lấy mẫu,… - Bật công tắc nguồn điện; nam châm gắn với mô tơ bắt đầu quay; nam châm quay ổn định, nhấn nút “bắt đầu” phần mềm để thu thập liệu - Đồ thị cường độ dòng điện theo thời gian tự động xuất hiện, quan sát kết quả, nhận xét xuất thay đổi dòng điện cuộn dây đưa nam châm lại gần, xa, quay trước ống dây Thảo luận - Có thể em chưa biết: Hiện tượng cảm ứng điện từ nhà bác học Faraday phát minh năm 1831, xem phát minh vĩ đại Vật lí kỉ XIX Một ứng dụng quan trọng tượng cảm ứng điện từ tạo dòng điện xoay chiều Thực chất trình biến đổi thành điện Đó nguyên lý hoạt động máy biến áp, cuộn cảm, loại động điện, máy phát điện nam châm điện; có ứng dụng rộng rãi đời sống sản xuất - Sử dụng quy tắc nắm bàn tay phải xác định chiều dòng điện cảm ứng trường hợp dịch chuyển nam châm lại gần xa ống dây Nhận xét phân tích 50 đồ thị thực nghiệm So sánh suy luận lí thuyết với kết thực nghiệm thu - Khi mua xe đạp, hay thấy có bóng đèn nối qua điamơ gắn vào lốp xe Khi xe đạp chuyển động, áp điamơ bánh xe đèn lại sáng Giải thích nguyên tắc hoạt động bóng đèn gắn xe đạp tương tự với bóng đèn gắn giày trượt patin Hình 3.40 51 KẾT LUẬN Các kết khóa luận Đối chiếu với mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu đặt ra, kết đạt qua trình triển khai đề tài: “Thiết kế, thử nghiệm phương án thí nghiệm với cảm biến dùng dạy học Vật lí theo tiếp cận lực” là: Nghiên cứu cách có hệ thống sở lí luận thực tiễn khả hỗ trợ phương tiện dạy học số, cụ thể thí nghiệm ghép nối máy vi tính cơng cụ mơ hình hóa dạy học Vật lí theo tiếp cận lực Thiết kế, chế tạo thành công TBTN với cảm biến sử dụng dạy học chủ đề Cảm ứng điện từ Mỗi TBTN có mơ tả chi tiết cấu tạo phương án TN thực với TBTN Các TBTN chế tạo hỗ trợ việc kiểm tra dự đoán dễ dàng, cho phép triển khai nhiều thiết kế phương án thí nghiệm HS đề xuất dạy học định hướng phát triển lực; sử dụng dạy học kiến thức chương Cảm ứng điện từ với vai trò thí nghiệm đặt vấn đề, thí nghiệm khảo sát, thí nghiệm kiểm chứng Các TBTN đáp ứng yêu cầu mặt khoa học – kĩ thuật, sư phạm, thẩm mĩ kinh tế thiết bị dạy học vật lí trường phổ thơng Xây dựng phương án khảo sát lí thuyết với phần mềm xây dựng mơ hình, phương án khảo sát thực nghiệm với cảm biến ghép nối máy vi tính, giúp khắc phục hạn chế, khó khăn mà GV HS gặp phải nghiên cứu tượng vật lí phổ thơng có tính đến yếu tố thực, cụ thể tượng dao động tắt dần Tính thuận tiện phương án xác kết khảo sát tương ứng chứng tỏ tính khả thi việc sử dụng phối hợp phương tiện dạy học số dạy học vật lí gắn với bối cảnh thực tế Đề xuất 12 phương án thí nghiệm đơn giản với cảm biến hướng thảo luận phát triển kiến thức dạy học số chủ đề Vật lí Trung học sở Các phương án thí nghiệm tập trung giúp phát huy tính tích cực, chủ động; lực tìm tịi, khám phá; lực thực nghiệm HS qua trình thiết kế, chế tạo tiến hành thí nghiệm Việc sử dụng cảm biến thu thập số liệu tự động giúp HS tiết kiệm phần lớn thời gian khâu đọc ghi chép số liệu; bên cạnh đó, phần mềm hiển thị kết 52 đo đồ thị trình tượng diễn ra, HS vừa tập trung quan sát tượng thực tế, vừa phân tích kết hiển thị trực quan, rõ ràng hình mà khơng nhiều cơng sức việc tính tốn, xử lí số liệu Cuối cùng, việc sử dụng cảm biến mở nhiều khả thiết kế phương án thí nghiệm khác nhau; tạo hội cho HS tự trải nghiệm, tìm tịi, sáng tạo khơng phạm vi lớp học mà cịn mở rộng kiến thức khoa học tự nhiên gần gũi sống; đáp ứng mục tiêu chương trình giáo dục theo tiếp cận lực Hạn chế hướng phát triển khóa luận Do hạn chế mặt thời gian nên phương án thí nghiệm đơn giản với cảm biến dùng dạy học số kiến thức Vật lí Trung học sở chưa thu thập liệu xử lí kết để đến kết luận cuối Để hoàn thiện phát triển đề tài, nhiệm vụ nghiên cứu đặt tiếp tục thiết kế, thử nghiệm phương án thí nghiệm chế tạo thiết bị thí nghiệm sử dụng cảm biến để dùng dạy học Vật lí theo tiếp cận lực; thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi phương án thí nghiệm, ưu nhược điểm thí nghiệm chế tạo Các đề xuất kiến nghị Đối với Bộ Giáo dục Đào tạo Tăng cường trang bị thiết bị dạy học đại cho trường học Đặc biệt trọng tới việc xây dựng phịng mơn, phịng thực hành STEM cho trường phổ thơng Thay đổi hình thức phương pháp kiểm tra đánh giá theo hướng trọng tập trung đánh giá thành phần lực vật lí Bên cạnh việc kiểm tra kiến thức, cần coi trọng đánh giá khả đề xuất phương án thí nghiệm, kĩ thực hành lực vận dụng tri thức vào thực tiễn Đối với trường sư phạm Có kế hoạch tổ chức, bồi dưỡng sinh viên giáo viên nghiên cứu hướng dẫn học sinh sử dụng phương tiện dạy học số dạy học môn Vật lí Hiện tại, số học phần Tin học dạy học Vật lí phát triển nội dung sử dụng thí nghiệm mơ phỏng, thí nghiệm ghép nối máy vi tính phương tiện mơ hình hóa Qua 53 khảo sát thực tế cho thấy, sinh viên giáo viên không nhiều thời gian để tiếp cận sử dụng phần mềm hay phương tiện mới, mà hiệu việc áp dụng phương tiện dạy học lại cao Tuy nhiên, số lượng sinh viên giáo viên đào tạo trực tiếp khơng nhiều, đó, tơi hi vọng trường sư phạm, đặc biệt Đại học Sư phạm Hà Nội, xây dựng trang web đào tạo trực tuyến với hệ thống tài liệu hướng dẫn phù hợp để giáo viên học sinh tiếp cận học tập Đối với mơn Vật lí, việc xây dựng video mẫu hướng dẫn thí nghiệm phần mềm, hay khai thác tiến trình xây dựng kiến thức thư viện hoạt động Coach, giúp ích lớn cho giáo viên học sinh q trình dạy học mơn Vật lí theo tiếp cận lực Đối với trường phổ thông Cán quản lí khuyến khích giáo viên sử dụng phối hợp phương tiện dạy học; tạo điều kiện môi trường thuận lợi để học sinh tăng cường hoạt động thực nghiệm; tổ chức thi khoa học-kĩ thuật, câu lạc STEM học Đối với giáo viên: thường xun nghiên cứu, tìm tòi, khai thác sử dụng hết khả TBTN có; cải tiến, chế tạo TBTN với cảm biến để khắc phục nhược điểm TBTN có bổ sung phương án thí nghiệm chưa có; tích cực học hỏi, tìm hiểu phương pháp phương tiện dạy học mới; sử dụng kết hợp phương pháp phương tiện dạy học cách phù hợp hiệu Đối với học sinh: Tích cực tham gia hoạt động học tập liên quan đến thí nghiệm, thường xun tìm tịi, sáng tạo đề xuất ý kiến việc thiết kế thử nghiệm phương án thí nghiệm với phương tiện dạy học số 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Gia Thịnh (chủ biên), Nguyễn Phương Hồng, Vũ Quang (2012), Vật lí 6, NXB Giáo dục Việt Nam Bùi Gia Thịnh (chủ biên), Nguyễn Phương Hồng (2012), Vật lí 7, NXB Giáo dục Việt Nam Vũ Quang (tổng chủ biên), Bùi Gia Thịnh (chủ biên), Dương Tiến Khang, Vũ Trong Kỳ, Trịnh Thị Hải Yến (2012), Vật lí 8, NXB Giáo dục Việt Nam Vũ Quang (tổng chủ biên), Đồn Duy Hinh(chủ biên), Nguyễn Văn Hịa, Ngơ Mai Thanh, Nguyễn Đức Thâm (2012), Vật lí 9, NXB Giáo dục Việt Nam Lương Duyên Bình (tổng chủ biên),Vũ Quang (chủ biên), Nguyễn Thượng Chung, Tô Giang, Trần Chí Minh, Ngơ Quốc Qnh (2012), Vật lí 10, NXB Giáo dục, Hà Nội Lương Duyên Bình (tổng chủ biên),Vũ Quang (chủ biên), Nguyễn Thượng Chung, Tô Giang, Trần Chí Minh, Ngơ Quốc Qnh (2013), Vật lí 11, NXB Giáo dục, Hà Nội Lương Duyên Bình (tổng chủ biên),Vũ Quang (chủ biên), Nguyễn Thượng Chung, Tô Giang, Trần Chí Minh, Ngơ Quốc Qnh (2008), Vật lí 12, NXB Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Văn Khải (chủ biên), Nguyễn Duy Chiến, Phạm Thị Mai (2008), Lý luận dạy học vật lí trường phổ thơng, NXB Giáo dục, Hà Nội Phạm Xuân Quế (2007), Ứng dụng công nghệ thông tin tổ chức hoạt động nhận thức Vật lí tích cực, chủ động sáng tạo NXB Đại học Sư phạm 10 Trần Bá Trình (2016), Integration of Information Communication Technology into Inquiry-Based Science Education: Relevance in stimulating learners’ authentic inquiry practices Journal of Science of HNUE, 61 (11), pp 66 – 74 11 Trần Bá Trình (2009), Chế tạo thí nghiệm định luật chất khí dùng cảm biến tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo học sinh dạy học chương chất khí lớp 10 trung học phổ thông Luận văn thạc sĩ khoa học giáo dục 12 Trần Bá Trình (2016), Development of a course on integrating ICT into inquirybased science education Luận án Tiến sĩ khoa học 13 Andre Heck (2009), Bringing reality into the classroom, Teaching Mathematics and Its Appliations 55 14 Andre Heck, Ton Ellermeijer, Ewa Kedzierska (2010), Striking results with bouncing balls 15 Văn Chương trình giáo dục phổ thơng mơn Vật lí năm 2006 16 Nguyễn Đức Thâm (chủ biên), Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học vật lí trường phổ thơng NXB Đại học Sư phạm Hà Nội, Hà Nội 17 Nguyễn Văn Tuấn, Tài liệu học tập phương pháp dạy học theo hướng tích hợp Chuyên đề bồi dưỡng sư phạm, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh 18 Phạm Xuân Quế, Ngô Diệu Nga, Nguyễn Văn Biên, Nguyễn Anh Thuấn, Nguyễn Văn Nghiệp, Nguyễn Trọng Sửu, Tài liệu tập huấn Kiểm tra, đánh giá trình dạy học theo định hướng phát triển lực học sinh trường Trung học sở 56