Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm vật lý ảo hỗ trợ thực hành vật lý chương dòng điện không đổi vật lý 11 cơ bản trung học phổ thông

học và định luật Newton Chương trình sách giáo khoa Vật lí 10 Trung học phổ thông” của Trần Trọng Nghía – Đại học Giáo dục ĐHQGHN, năm 2009; “Ứng dụng công nghệ thông tin hỗ trợ rèn luyệ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

-o0o -TRẦN TỐ CHINH

XÂY D ỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ẢO

H Ỗ TRỢ THỰC HÀNH VẬT LÝ CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

V ẬT LÝ 11 CƠ BẢN TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Chuyên ngành: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của tôi tại Đại học Giáo dục – ĐHQG Hà Nội Với tình cảm chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy, các Cô trong trường Đại học Giáo dục –ĐHQG Hà Nội đã quan tâm, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện

đề tài này

Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Kim Chung,

đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành luận văn này Nhân dịp này tôi xin gửi lời cảm ơn đến Sở Giáo dục và Đào tạo Hưng Yên, cảm ơn Ban Giám hiệu, tổ Vật lí – KTCN trường THPT Nguyễn Trung

Ngạn, Ân Thi, Hưng Yên đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên tôi thực nghiệm đề tài này

Hà Nội, năm 2013

Học viên

Trần Tố Chinh

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Danh mục viết tắt ii

Mục lục iii

Danh mục các bảng vi

Danh mục các sơ đồ, hình vii

M Ở ĐẦU 1

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 7

1.1 Thí nghiệm Vật lí trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh Trung học phổ thông

7 1.1.1.Thí nghiệm Vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí 7

1.1.2.Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT 8

1.1.3 Các loại thí nghiệm Vật lí phổ thông 16

1.2 Hệ thống các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học Vật lí 19

1.2.1.Khái niệm kĩ năng 19

1.2.2.Kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh THPT trong dạy học Vật lí 19

1.3 Vai trò của thí nghiệm thực hành trong rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT

23 1.3.1 Thí nghiệm thực hành Vật lí 23

1.3.2 Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí THPT 25

1.4 Sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông 29

1.4.1 Thí nghiệm ảo 29

1.4.2 Vai trò của thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lí 33

ững yêu cầu chung đối với thí nghiệm Vật lí ảo 36

dạy học vật lí ở trường THPT Nguyễn Trung Ngạn, Ân Thi, Hưng Yên 37

1.5.1 Mục đích tìm hiểu 37

1.5.2 Nội dung tìm hiểu 38

1.5.3 Phương pháp tìm hiểu 38

1.5.4 Kết quả tìm hiểu 38

Kết luận chương 1 41

Chương 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ẢO HỖ TRỢ THỰC HÀNH VẬT LÍ CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI VẬT LÍ 11 CƠ BẢN THPT 43

2.1 Phân tích vị trí, mục tiêu, nội dung dạy học bài thí nghiệm thực hành trong chương Dòng điện không đổi 43

2.1.1 Vị trí của bài thí nghiệm thực hành trong chương Dòng điện không đổi 43

2.1.2 Mục tiêu bài thí nghiệm thực hành .44

2.1.3 Nội dung bài thí nghiệm thực hành 45

2.1.4 Những khó khăn khi dạy và học thí nghiệm thực hành trong chương Dòng điện không đổi 52

2.2 Đề xuất các giải pháp xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí Chương dòng điện không đổi 53

2.2.1 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ quá trình tự học, tự nghiên cứu ở nhà của học sinh (Hỗ trợ tìm kiếm và trao đổi thông tin) 53

2.2.2 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ làm quen với các thiết bị thí nghiệm thực và xây dựng quy trình thao tác tiến hành thực hành thí nghiệm thực (Hỗ trợ thực hiện Quy trình) 54

2.2.3 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ quá trình kiếm tra, đánh giá 56 2.3 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực

hành Vật lí Chương dòng điện không đổi 58

2.3.1 Ý tưởng xây dựng phần mềm 58

2.3.2 Xây dựng bài thí nghiệm thực hành vật lí ảo bằng Flash MX 60

2.4 Sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dòng điện không đổi .72

2.4.1 Các bước tổ chức thực hành thí nghiệm với sự hỗ trợ của thí nghiệm Vật lí ảo .72

2.4.2 Thiết kế tiến trình dạy học thực hành thí nghiệm “Xác định suất điện động và điện trở trong của một pin điện hoá” 75

Kết luận chương 2 79

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 80

3.1 Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm 80

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 80

3.1.2 Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm 80

3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 81

3.3 Kết quả thực nghiệm sư phạm 85

3.3.1 Phân tích định tính 85

3.3.2 Phân tích định lượng 88

3.4 Hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ DH với TN thật 92

3.4.1 Ưu nhược điểm của ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học Vật lí 92

3.4.2 Hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ dạy học với thí nghiệm thật .93

Kết luận chương 3 95

K ẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 97

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 99

PH Ụ LỤC 1 101

PH Ụ LỤC 2 104

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1: Bảng các kĩ năng thí nghiệm cơ bản cần rèn luyện cho

học sinh THPT trong dạy học vật lí

20 Bảng 1.2 Thống kê phiếu khảo sát học sinh THPT Nguyễn Trung Ngạn 39

Bảng 2.1 Bảng số liệu của phương án 1 50

Bảng 2.2 Bảng số liệu của phương án 2 50

Bảng 2.3 Bảng số liệu của phương án 3 lần 1 51

Bảng 2.4 Bảng số liệu của phương án 3 lần 2 52

Bảng 3.1 Bảng thống kê điểm số 89

Bảng 3.2 Phân phối tần suất (wi%) số học sinh đạt điểm Xi trở xuống 89 Bảng 3.3 Các tham số thống kê 90

DANH M ỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH

Trang

Sơ đồ 1.1 Chu trình sáng tạo theo Razumôpxki 10

Sơ đồ 1.2 Cấu trúc tâm lí của hoạt động học 11

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ kết hợp thí nghiệm ảo và thí nghiệm thật trong thực hành thí nghiệm vật lí phổ thông 73

Hình 2.1 Câu trắc nghiệm chọn dụng cụ thí nghiệm 54

Hình 2.2 Thí nghiệm đang hoạt động 56

Hình 2.3 Lắp ráp dụng cụ vào mạch điện 57

Hình 2.4 Một loại câu trắc nghiệm lý thuyết 57

Hình 2.5 Các dụng cụ dùng trong thí nghiệm 61

Hình 2.6 Menu làm thí nghiệm 65

Hình 2.7 Cách vào menu tạo Button 65

Hình 2.8 Thư viện các Button 66

Hình 2.9 Bảng số liệu và đồ thị 68

Hình 2.10 Dao diện của phần mềm 69

Hình 2.11 Bài báo cáo trên phần mềm 69

Hình 3.1 Đồ thị các đường phân bố tần suất luỹ tích hội tụ lùi 89

MỞ ĐẦU

1 Lý do ch ọn đề tài

Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, muốn quá trình dạy học Vật lí diễn

ra vừa khoa học, vừa phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh thì bài học không thể thiếu các bài thí nghiệm Việc nắm được mục đích từng thí nghiệm Vật lí, nền tảng lí thuyết liên quan đến các thí nghiệm, kĩ năng lắp ráp, đặc biệt là sử dụng thí nghiệm trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực và tự lực của học sinh là hết sức quan trọng trong dạy học vật lí ở trường phổ thông Ngoài ra thí nghiệm còn tạo được hứng thú học tập của học sinh, tạo cho học sinh niềm tin khoa học bằng những kiến thức đã được thu

việc chuẩn bị thí nghiệm cho một tiết học trên lớp là rất khó khăn vì ra chơi

chỉ có 5 đến 10 phút Đồng thời, khi sử dụng các thí nghiệm dạy học trên lớp còn gặp trở ngại cho cả thầy và học trò vì mỗi tiết học ở trường phổ thông chỉ

diễn ra trong thời gian 45 phút, một thời gian rất ngắn đối với bài thực hành

Vật lí Trong mỗi bài thực hành Vật lí, việc giới thiệu và lắp ráp thiết bị mất nhiều thời gian, thời gian thực tế để tiến hành thí nghiệm rất ít Như vậy giáo viên phải mất rất nhiều thời gian cho việc chuẩn bị trước một giờ lên lớp Hơn

nữa số tiết dạy liền nhau ở các lớp khác nhau và điều này chỉ có thể thực hiện được bằng cách: một là, học sinh phải đi đến phòng chức năng thí nghiệm riêng biệt; hai là, các thầy cô phải di chuyển hệ thống dụng cụ thí nghiệm tới các lớp học của học sinh Cả hai phương án này đều gây ra rất nhiều khó khăn

thí nghiệm có thể bị hỏng hóc do vận chuyển, chất lượng dạy và học bị hạn

chế Nhiều khi có đủ điều kiện tiến hành thí nghiệm, có phòng chức năng nhưng việc đăng ký giờ dạy vẫn không thực hiện được vì đồng loạt nhiều lớp đăng ký, nhiều bộ môn đăng ký nên khi đến lượt làm thí nghiệm thì chương trình học đã đi qua rất lâu không có hiệu quả giảng dạy nữa Hơn nữa, bài

thực hành thường được chia làm 2 tiết, tiết 1 dạy cơ sở lý thuyết, giới thiệu

dụng cụ, các phương án, các bước thực hành; tiết 2 sẽ cho học sinh thực hành, thu thập số liệu, xử lý số liệu Nếu tiết 1 chỉ có giới thiệu dụng cụ thí nghiệm,

và học sinh chỉ quan sát thí nghiệm thì không thể tự bản thân học sinh có thể

hiểu phương án thí nghiệm và cũng như đưa ra phương án và các bước tiến hành thí nghiệm Cũng như vậy, khi làm thí nghiệm cũng có những nhóm thu được số liệu xa rời thực tế, hay vẽ đồ thị từ kết quả thu được cũng là khó với

học sinh

Ngày nay, việc nghiên cứu các ứng dụng CNTT là một giải pháp tốt giúp

khắc phục những khó khăn cho giáo viên khi lên lớp, tạo hứng thú cho học sinh khi học bài thực hành, giảm áp lực cho cả giáo viên và học sinh khi có

tiết thực hành, góp phần làm phong phú thêm các bài thí nghiệm thực hành,thí nghiệm biểu diễn, tạo điều kiện cho học sinh tiếp cận với công nghệ hiện đại, với các loại hình thí nghiệm, loại hình kiểm tra trực tiếp trên máy tính

nhằm mục đích nâng cao chất lượng giảng dạy của giáo viên cũng như việc

học tập của học sinh

Phần mềm Flash MX có khả năng lập trình đa phương tiện, có khả năng

chạy tốt trên cả các máy tính và mạng Interet đang rất được quan tâm trong

việc phát triển các phần mềm dạy học Có thể dùng phần mềm Flash MX lập trình thí nghiệm ảo dựa trên các bộ thí nghiệm thực sẽ góp phần giải quyết các khó khăn và nâng cao được chất lượng dạy học vật lí hiện nay Chính vì

vậy mà một số đề tài nghiên cứu gần đây đã sử dụng tính năng này của phần

mềm Flash MX để tạo ra các phần mềm hỗ trợ rất nhiều trong giảng dạy như

đề tài “Sử dụng phần mềm flash MX trong dạy học thí nghiệm các bài động

học và định luật Newton (Chương trình sách giáo khoa Vật lí 10 Trung học

phổ thông)” của Trần Trọng Nghía – Đại học Giáo dục ĐHQGHN, năm 2009;

“Ứng dụng công nghệ thông tin hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh phần Cơ học -Vật lý lớp 10 trung học phổ thông” của Nguyễn Văn Hải -Đại học Giáo dục ĐHQGHN, năm 2012; … Nhưng các đề tài mới chỉ đưa ra được cách xây dựng phần mềm, còn việc sử dụng nó như thế nào sao cho đúng mục đích, đúng vai trò của một phần mềm ảo thì chưa được đề cập cụ

thể, phần mềm ảo không thể thay thế hoàn toàn thí nghiệm thật, nó chỉ mang tính chất hỗ trợ, hơn nữa cách xây dựng phần mềm cũng rất khó đối với các giáo viên vật lí có ít kiến thức tin học Vậy nên, dựa trên những vấn đề còn chưa làm được của các đề tài đi trước cùng với những khó khăn của học sinh

và giáo viên trong dạy và học ở tiết thực hành, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu:

“Xây d ựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành

V ật lí chương “Dòng điện không đổi” – Vật lí 11 cơ bản Trung học phổ thông” nhằm đưa ra giải pháp hỗ trợ giáo viên một cách dễ nhất trong việc xây dựng phần mềm và sử dụng phần mềm hợp lí trong giảng dạy để rèn luyện kĩ năng thực hành vật lí cho học sinh phổ thông

2 M ục đích nghiên cứu

Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ dạy học

Vật lí nhằm rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học các bài thí nghiệm thực hành chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 cơ bản THPT)

3 Nhi ệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về vai trò của thí nghiệm Vật lí trong việc tổ

chức hoạt động nhận thức của học sinh ở các trường THPT

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về thí nghiệm ảo, yêu cầu đối với thí nghiệm ảo

-Ứng dụng CNTT để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo trong chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT) đáp ứng các yêu cầu

- Nghiên cứu việc sử dụng hiệu quả các thí nghiệm vật lí ảo đã xây dựng được trong quá trình dạy bài thực hành chương Dòng điện không đổi.

- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo và các tiến trình dạy học đã xây dựng

4 Khách th ể và đối tượng nghiên cứu

· Khách thể:

- Quá trình dạy và học thực hành có sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo trongcác bài của chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT) của giáo viên và học sinh lớp 11 trường THPT Nguyễn Trung Ngạn – Ân Thi – Hưng Yên

· Đối tượng:

- Bài thí nghiệm thực hành chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ

bản THPT)

- Quá trình nhận thức, kĩ năng thí nghiệm của học sinh khi được tổ chức

học thực hành thí nghiệm có sử dụng phối hợp các thiết bị thí nghiệm

thật và thí nghiệm ảo

5 V ấn đề nghiên cứu

Đề tài tập trung vào nghiên cứu hai vấn đề cơ bản sau:

-Ứng dụng CNTT để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo trong chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT) như thế nào để đáp ứng các yêu cầu cơ bản của TNTHVL hiện nay?

- Việc sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ trong quá trình dạy bài thực thành thí nghiệm Vật lí trong chương Dòng điện không đổi như thế nào để có

hiệu quả và đúng mục đích?

6 Gi ả thuyết khoa học

Xây dựng các phần mềm thí nghiệm vật lí ảo tương tự như thí nghiệm

thật cả vể hình ảnh, quy trình, thao tác thí nghiệm và thiết kế tiến trình dạy

học kết hợp thí nghiệm Vật lí ảo và thí nghiệm thật hướng tới các mục tiêu về

kiến thức, kĩ năng thí nghiệm cần hình thành ở học sinh từ đó nâng cao trình

độ kiến thức, kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí

7 Gi ới hạn phạm vi nghiên cứu

Về nội dung nghiên cứu:

- Sử dụng phần mềm Flash MX để xây dựng thí nghiệm ảo trong bài thí nghiệm thực hành của chương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT)

- Sử dụng thí nghiệm ảo trong tiết dạy thực hành thí nghiệm Vật líchương Dòng điện không đổi (Vật lí 11 Cơ bản THPT)

8 Đóng góp mới của đề tài

- Về lý luận Đề tài phát triển lí luận về rèn luyện kĩ năng thí nghiệm Vật lícho học sinh THPT

- Về ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu có thể được vận dụng vào việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh THPT môn Vật lí

9 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu lý luận về thí nghiệm trong dạy và học Vật lí ở trường THPT; lý luận về thí nghiệm ảo, các yêu cầu đối với thí nghiệm ảo

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn (điều tra, quan sát, chuyên gia ):

+ Nghiên cứu thực tiễn việc dạy và học thí nghiệm thực hành trong chương Dòng điện không đổi

+ Tham khảo các ý kiến của các chuyên gia giáo dục, chuyên gia tin học

về xây dựng và sử dụng thí nghiệm thực hành Vật lí ảo

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm:

Tiến hành dạy song song lớp thực nghiệm và lớp đối chứng Một lớp sử

dụng các thiết bị thí nghiệm thật của phòng thí nghiệm và một lớp sử dụng bài TNTHVL ảo kết hợp với thiết bị thí nghiệm thật

- Phương pháp thống kê toán học: nhằm phân tích, đánh giá kết quả

10 C ấu trúc của luận văn

Luận văn gồm ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục tài kiệu tham

khảo, bản Luận văn được chia thành ba chương:

Chương 1 Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dòng điện không đổi – Vật lí 11 Cơ bản THPT

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

C HƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Thí nghi ệm Vật lí trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh Trung học phổ thông

1.1.1 Thí nghi ệm Vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí

Thí nghiệm Vật lí (TNVL) là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới [7]

Thí nghiệm Vật lí có các đặc điểm sau:

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có

chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có

thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết

Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: đối tượng

cần nghiên cứu; phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động

- Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác giữ không đổi

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như

dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên

cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các nhiễu

- Đặc điểm đặc biệt quan trọng của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của đại lượng khác Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các

- Có thể lặp lại thí nghiệm Tức là: với các thiết bị thí nghiệm, các điều

kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tượng, quá trình Vật lí phải diễn ra trong thí nghiệm giống như ở các lần thí nghiệm trước đó

1.1.2 Vai trò c ủa thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT

· Dạy học Vật lí, nhiệm vụ cơ bản của dạy học Vật lí

Dạy học Vật lí là tổ chức, hướng dẫn cho học sinh thực hiện các hành động nhận thức Vật lí, để họ có thể tái tạo được kiến thức, kinh nghiệm xã hội (nhờ đó biến chúng thành tri thức của mình), đồng thời làm biến đổi bản thân

học sinh, hình thành và phát triển những phẩm chất năng lực của họ Để thực

hiện có hiệu quả mục đích này của hoạt động dạy và hoạt động học, người giáo viên nhất thiết phải nghiên cứu các hoạt động theo một trình tự logic của

kiến thức phù hợp với tư duy nhận thức, hành động của học sinh Hơn nữa giáo viên phải chú ý tới từng đối tượng học sinh nói riêng để định ra những hành động phù hợp, đặc biệt là hành động để tạo ra những điều kiện thuật lợi giúp cho học sinh có thể thực hiện tốt các hành động học tập

Dạy học Vật lí (DHVL) ở phổ thông phải đảm bảo thực hiện tốt những nhiệm vụ cơ bản sau:

- Hình thành cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản (về khoa học và về phương pháp nghiên cứu khoa học Vật lí), vững chắc ở mức độ hiện đại

- Phát triển tư duy và năng lực sáng tạo của học sinh

- Hình thành thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh

- Góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp và kỹ thuật môi trường cho học sinh

Các nhiệm vụ trên có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, được tiến hành trong quá trình DHVL Trên cơ sở hệ thống kiến thức Vật lí, đặc điểm của học sinh và nhiệm vụ của nhà trường THPT, giáo viên cần lựa chọn những hình

thức tổ chức và phương pháp dạy học phù hợp để thực hiện các nhiệm vụ đó

một cách tối ưu

· Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong DHVL.

- Con đường nhận thức Vật lí:

Kế thừa những thành tựu của rất nhiều nhà khoa học trên con đường đi tìm chân lý, V.I Lênin đã khái quát hoá và đưa ra con đường nhận thức khoa

học như sau: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, rồi từ tư duy

trừu tượng trở về thực tiễn, đó là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lý, của sự nhận thức hiện thực khách quan” Như vậy thực nghiệm luôn

là cơ sở để bắt đầu quá trình nhận thức và đồng thời cũng nhờ thực nghiệm

mà quá trình nhận thức mới đi đến cái đích là thực tiễn khách quan

Đối với khoa học Vật lí, con đường nhận thức đó đã được nhiều nhà Vật

lí nổi tiếng như A.Einstein , M.Planck, M.Born phát biểu, tuy bằng nhiều cách khác nhau nhưng đều toát lên rằng quá trình nhận thức sáng tạo ấy diễn

ra theo một chu trình: Từ việc khái quát những sự kiện xuất phát đi đến xây

dựng mô hình trừu tượng giả định, có tính chất như một giả thuyết; Từ mô hình dẫn đến việc rút ra hệ quả lý thuyết hoặc bằng suy luận lôgíc hoặc bằng suy luận toán học; Để rồi, những hệ quả lý thuyết ấy sẽ được kiểm tra bằng

+ Và đương nhiên xuất phát từ thực nghiệm người học phải tìm mọi cách

để chứng minh giả thuyết của mình và từ đó lại phát hiện những mâu thuẫn

mới cần giả thuyết mới và người học lại kiểm chứng bằng thực tế,

Do mỗi mô hình, mỗi lí thuyết chỉ phản ánh một mặt của thực tế nên khi

ta mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình sẽ đến một lúc ta gặp những sự

phải bổ sung, chỉnh lý mô hình cũ cho phù hợp hoặc thậm chí phải bỏ đi để xây dựng một mô hình mới cho một chu trình mới của quá trình nhận thức.Như vậy, chu trình nhận thức khoa học không khép kín mà được mở

rộng dần dần, làm giàu thêm kiến thức khoa học và cũng nhờ đó mà con người ngày càng tiếp cận gần hơn với chân lý khách quan

Chu trình nhận thức sáng tạo này có thể được biểu diễn bằng sơ đồ 1.1

Chu trình sáng t ạo theo Razumôpxki [10].

- Ho ạt động nhận thức Vật lí của học sinh.

Hoạt động học là một hoạt động đặc thù của con người nhằm tiếp thu

những tri thức, kỹ năng, kinh nghiệm mà loài người đã tích luỹ được, đồng

thời phát triển những phẩm chất, năng lực của người học Đối tượng của hoạt động học chính là nhằm biến đổi chính chủ thể người học Trong quá trình

nhận thức Vật lí, học sinh có thể tiến hành lại những thí nghiệm, rồi trải qua các giai đoạn của chu trình nhận thức để từ đó khám phá ra các kiến thức Vật

lí (thực chất là tái tạo lại chúng) mới biến chúng trở thành tri thức của bản thân mình Đây sẽ là cơ sở để sau này, khi đó người học hoàn toàn có thể khám phá ra được những tri thức mới

Theo lý thuyết hoạt động, hoạt động học có cấu trúc gồm nhiều thành

phần bao gồm: một bên là động cơ, mục đích, phương tiện điều kiện; bên kia

là hoạt động, hành động, thao tác Các thành phần này có quan hệ và tác động

lẫn nhau, được thể hiện trên sơ đồ 1.2

Cấu trúc tâm lý của hoạt động học.

Sơ đồ 1.2 Động cơ học tập kích thích sự tự giác, tích cực, thúc đẩy sự hình thành

và duy trì, phát triển động cơ học, đưa đến kết quả cuối cùng là thoả mãn được lòng khát khao mong ước của người học Muốn thoả mãn động cơ ấy,

phải thực hiện lần lượt những hành động để đạt được những mục đích cụ thể Trong hoạt động nhận thức Vật lí thường diễn ra những hành động phổ biến sau:

- Quan sát, phân tích một hiện tượng phức tạp ra thành những hiện tượng đơn giản, xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng và tìm ra những dấu

hiệu đặc trưng, bản chất của sự vật, hiện tượng

- Tìm ra các tính chất chung; mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các

sự vật, hiện tượng

- Mô hình hoá những sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những khái niệm, những mô hình lý tưởng để sử dụng chúng làm công cụ tư duy

- Đo các đại lượng Vật lí, tìm mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng

Vật lí, biểu diễn bằng công cụ toán học

- Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế xác định; giải thích một hiện tượng thực tế

- Xây dựng một giả thuyết, từ giả thuyết suy ra hệ quả

phương tiện

- Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niệm, định

luật Vật lí

- Diễn đạt bằng lời những kết quả thu được qua hành động Đánh giá kết

quả hành động

- Tìm phương pháp chung để giải quyết một loạt các vấn đề

Cuối cùng, mỗi hành động được thực hiện bằng nhiều thao tác, xắp xếp theo một trình tự xác định Ứng với mỗi thao tác trong những điều kiện cụ thể

là những phương tiện, công cụ thích hợp Những thao tác phổ biến cần dùng trong hoạt động nhận thức Vật lí là:

- Thao tác vật chất:

+ Nhận biết bằng giác quan

+ Tác động lên các vật thể bằng công cụ: chiếu sáng, hơ nóng, làm biến

dạng, cọ xát

+ Sử dụng các dụng cụ đo

+ Làm thí nghiệm (bố trí, lắp ráp, vận hành thiết bị )

+ Thu thập tài liệu, ghi nhận số liệu thực nghiệm

+ Thay đổi các điều kiện thí nghiệm, điều chỉnh

(Chú ý rằng, các thao tác vật chất này không đơn thuần là thao tác thuần tuý vật chất)

- Thao tác tư duy: Phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá, quy nạp, diễn dịch

· Vai trò của thí nghiệm trong DHVL ở THPT

- Theo quan điểm lý luận nhận thức:

Vai trò của thí nghiệm trong mỗi giai đoạn nhận thức phụ thuộc vào vốn

hiểu biết của con người, khối kiến thức đã có về đối tượng cần nghiên cứu Trong dạy học Vật lí ở phổ thông thí nghiệm có các vai trò sau:

+ Thí nghiệm là phương tiện để học sinh thu nhận tri thức:

Khi học sinh hoàn toàn chưa có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng cần nghiên cứu thì thí nghiệm được sử dụng như là một phương tiện phân tích

hiện thực khách quan và thông qua quá trình thiết lập đối tượng nghiên cứu

một cách chủ quan: thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử

lý kết quả quan sát, đo đạc được từ thí nghiệm để từ đó thu nhận những kiến

thức đầu tiên về đối tượng cần nghiên cứu

+ Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức mà

học sinh đã thu được

Trong nhiều trường hợp, kết quả thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của tri thức học sinh đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại

phải kiểm tra nó ở các thí nghiệm khác Nhờ vậy, học sinh sẽ thu được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó như là

những trường hợp riêng, trường hợp giới hạn

+ Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức học sinh đã thu được vào thực tiễn

Trong việc vận dụng các tri thức lý thuyết vào việc thiết kế, vận dụng,

học sinh thường gặp nhiều khó khăn do tính trừu tượng của tri thức cần sử

dụng, tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật hoặc các lý do khách quan khác Khi đó thí nghiệm được sử dụng như một phương tiện tạo cơ sở cho việc vận dụng các tri thức đã thu được vào thực tiễn

+ Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật lí.Thí nghiệm đặc biệt đóng vai trò quan trọng ở các phương pháp nhận

thức phổ biến trong nghiên cứu Vật lí (phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình)

Phương pháp thực nghiệm (gồm 4 giai đoạn):

1-Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời

2-Đề xuất giả thuyết

3-Từ giả thuyết, dùng suy luận lôgíc để rút ra hệ quả có thể kiểm tra

bằng thí nghiệm

thực, nếu không phù hợp thì phải đề xuất giả thuyết mới Như vậy thí nghiệm đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối của phương pháp

thực nghiệm

Phương pháp mô hình (gồm 4 giai đoạn):

1-Thu thập các thông tin về đối tượng gốc Ở giai đoạn này các thông tin

về đối tượng gốc thường được thu thập nhờ thí nghiệm, qua thí nghiệm có thể

loại bỏ những yếu tố không quan tâm, tìm ra các thuộc tính, các mối quan hệ

bản chất của đối tượng gốc, đưa ra được mô hình phản ánh các mối quan hệchính mà ta quan tâm

2-Xây dựng mô hình Nếu mô hình là vật chất người ta sẽ phải tiến hành các thí nghiệm thực với nó

3-Thu thập trên mô hình để suy ra các hệ quả lý thuyết

4-Kiểm tra hệ quả trên đối tượng gốc Trong giai đoạn này, thông qua thí nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu được từ mô hình với những kết quả thu được trên vật gốc, kiểm tra được tính đúng đắn của mô hình và rút ra giới

hạn áp dụng của mô hình

-Theo quan điểm của lý luận dạy học

+ Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu; hình thành kiến thức, kĩ năng mới; củng cố kiến thức, kỹ năng đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến

thức, kỹ năng của học sinh

Việc sử dụng thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề đặc biệt có hiệu

quả trong giai đoạn đề xuất vấn đề cần nghiên cứu Các thí nghiệm được sử

dụng để tạo tình huống có vấn đề thường là các thí nghiệm đơn giản, tốn ít

thời gian chuẩn bị và tiến hành

Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, thí nghiệm cung cấp một cách có hệ thống các cứ liệu thực nghiệm, để từ đó khái quát hoá quy nạp,

kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả lôgic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới

Thí nghiệm có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng

cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hoá và vận dụng) kiến thức, kỹ năng

của học sinh Những thí nghiệm loại này được tiến hành ngay ở mỗi bài học nghiên cứu tài liệu mới, trong các bài học dành cho việc luyện tập, các tiết ôn

tập và các giờ thí nghiệm thực hành sau mỗi chương, trong các giờ ngoại khoá

ở lớp, ở nhà

Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng

của học sinh.Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh trong quá trình thí nghiệm (thiết kế phương án thí nghiệm, dự đoán hoặc giải thích

hiện tượng thí nghiệm, quá trình Vật lí diễn ra trong thí nghiệm, lựa chọn các

dụng cụ thí nghiệm cần thiết, lắp ráp các dụng cụ và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lý kết quả thí nghiệm ), học sinh sẽ chứng

tỏ những kiến thức về hiện tượng Vật lí đang đề cập, kiến thức về phương pháp, và cả kỹ năng của mình nữa

Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kỹ năng của học sinh, giáo viên có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm với nhiều mức độ yêu

cầu khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp Mức độ tự lực của học sinh trong quá trình thí nghiệm cũng có thể khác nhau, từ việc tiến hành thí nghiệm theo

bảng hướng dẫn chi tiết cho sẵn đến việc học sinh hoàn toàn tự lực trong tất

cả các giai đoạn của thí nghiệm

+ Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của

học sinh

Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo về Vật lí của học sinh Bởi vì thí nghiệm luôn có mặt trong qúa trình nghiên cứu các hiện tượng, quá trình Vật lí, soạn thảo khái

niệm, định luật Vật lí, xây dựng các thuyết Vật lí, đề cập các ứng dụng trong

sản xuất và đời sống của các kiến thức đã học

quen và vận dụng có ý thức các phương pháp nhận thức này Các kiến thức về phương pháp mà học sinh lĩnh hội có ý nghĩa quan trọng, mở rộng vượt qua

khỏi giới hạn môn Vật lí sang các môn học khác, lĩnh vực khác

Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập Vật lí, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh

+ Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hoá và trực quan trong dạy học

Vật lí

Nhờ thí nghiệm ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, các quá trình xảy ra trong những điều kiện có thể khống chế được, thay đổi được, có thể quan sát,

đo đạc đơn giản hơn, dễ dàng hơn để đi tới nhận thức được nguyên nhân của

mỗi hiện tượng và mối quan hệ có tính quy luật giữa chúng với nhau

Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp học sinh nhanh chóng thu được những thông tin chân thực về các hiện tượng quá trình Vật lí Kiểu thí nghiệm này đặc biệt phát huy tác dụng trong dạy học Vật lí có sử dụng phương pháp mô hình

1.1.3 Các lo ại thí nghiệm Vật lí ở phổ thông

1.1.3.1 Các lo ại thí nghiệm trong dạy học Vật lí THPT

- Thí nghi ệm biểu diễn của giáo viên

Loại thí nghiệm này giữ vị trí hàng đầu trong hệ thống thí nghiệm Vật lí

phổ thông, là loại thí nghiệm do giáo viên tiến hành, học sinh quan sát Dưới

sự chỉ đạo của giáo viên, từ các thí nghiệm giáo viên nhằm tái tạo lại các hiệntượng Vật lí qua đó giúp việc khảo sát mối liên hệ giữa chúng khi tiến hành nghiên cứu một lý thuyết nào đó

Đây là loại thí nghiệm được giáo viên rất hay dùng trong bài giảng Với

việc làm sống lại trước mắt học sinh những hiện tượng cần nghiên cứu, loại thí nghiệm này nếu được tiến hành hợp lý sẽ giúp học sinh tiếp thu kiến thức

dễ dàng hơn và tiếp thu một cách có căn cứ khoa học

Tuỳ theo mục đích dạy học, thí nghiệm biểu diễn có thể phân loại như sau:

+ Thí nghiệm mở đầu: Loại thí nghiệm này tiến hành ngay từ đầu giờ nghiên cứu lý thuyết mới nhằm tạo ra tình huống có vấn đề thúc đẩy mâu thuẫn giữa trình độ kiến thức đã có và nhu cầu hiểu biết hiện tượng mới, kích thích tính tò mò, gây hứng thú học tập cho học sinh

+ Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng, quá trình Vật lí: Là loại thí nghiệm được dùng để hình thành kiến thức mới, nhằm đưa ra mối quan hệ bản chất

giữa các hiện tượng Tuỳ theo mục đích nghiên cứu mà người ta có thể phân thành hai loại: thí nghiệm nghiên cứu khảo sát và thí nghịêm minh hoạ Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát được tiến hành nhằm đi đến một luận đề khái quát, một định luật hay một quy tắc trên cơ sở khái quát những kết quả rút ra

từ thực nghiệm tức là theo con đường quy nạp Thí nghiệm minh hoạ là thí nghiệm được tiến hành theo con đường diễn dịch, tức là sau khi giáo viên đã hướng dẫn học sinh đưa ra kết luận, định luật, quy tắc bằng cách suy luận lý thuyết, sau đó dùng thí nghiệm kiểm chứng lại những nhận định ấy Thí nghiệm loại này khi thí nghiệm nghiên cứu khảo sát khó thực hiện do phức

tạp, mất nhiều thời gian, số liệu không đầy đủ, chính xác

+ Thí nghiệm củng cố: Được thực hiện ở cuối tiết học có thể đào sâu

kiến thức cho học sinh, giúp học sinh nhớ chính xác, chắc chắn bài giảng, rèn luyện kỹ năng cho học sinh Đồng thời thông qua đó giáo viên kiểm tra được

mức độ tiếp thu bài giảng của học sinh

- Thí nghi ệm thực tập về Vật lí

Thí nghiệm thực tập về Vật lí là loại thí nghiệm do chính học sinh thực

hiện ở mức độ độc lập tích cực khác nhau dưới sự hướng dẫn chỉ đạo của giáo viên Thí nghiệm thực tập về Vật lí gồm các loại sau:

+ Thí nghiệm trực diện:

Là loại thí nghiệm mà dưới sự hướng dẫn của giáo viên trong quá trình nghiên cứu tài liệu mới, mỗi học sinh tiến hành những quan điểm ngắn, những thí nghiệm mà trên cơ sở đó rút ra kết luận hoặc minh hoạ lý thuyết.

+ Thí nghiệm thực hành Vật lí:

Là loại thí nghiệm được tiến hành sau khi học xong một chương, một

phần của chương trình Thí nghiệm thực hành thường có nội dung phong phú

có thể định tính hay định lượng song chủ yếu là kiểm nghiệm các định luật, các quy tắc Vật lí hoặc đo các đại lượng Vật lí

+ Thí nghiệm và quan sát Vật lí ở nhà:

Đây là hình thức thí nghiệm tổng hợp được tiến hành ngoài lớp học do

học sinh độc lập tiến hành không có sự kiểm soát của giáo viên, là một dạng

hoạt động tự lực của học sinh, có tính độc lập và sáng tạo cao

Tóm lại, trong hệ thống thí nghiệm trên đây ta thấy dù thực hiện dưới hình thức nào, phương pháp nào thì thí nghiệm Vật lí cũng đóng một vai trò

to lớn trong quá trình dạy và học Vật lí

1.1.3.2 M ột số yêu cầu quan trọng đối với thí nghiệm Vật lí trong việc hỗ trợ

tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực của học sinh THPT

- Thí nghiệm phải trình bày quá trình, hiện tượng Vật lí cần nghiên cứu

xảy ra một cách ổn định (thí nghiệm phải thành công ngay và xảy ra như nhau trong các điều kiện giống nhau ) và chính xác Nếu không học sinh sẽ mất

niềm tin về khoa học Vật lí

- Trong thí nghiệm phải cho phép (tạo điều kiện) cho người nghiên cứu (học sinh ) quan sát, thu thập đầy đủ các thông tin cần thiết về quá trình, hiện tượng Vật lí cần nghiên cứu để có thể hỗ trợ việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh Giáo viên có thể phải hướng dẫn học sinh cách thu thập thông tin vì các em còn ít kinh nghiệm và kiến thức đang

có của các em chưa tự tin vào bản thân mình

1.2 H ệ thống các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong d ạy học Vật lí

1.2.1 Khái niệm kĩ năng

Theo Từ điển tiếng Việt, kĩ năng là khả năng vận dụng những kiến thức

trong một lĩnh vực nào đó vào thực tế; kĩ xảo là khả năng đạt đến mức thuần

thục; năng lực là khả năng, điều kiện chủ quan hoặc tự nhiên, sẵn có để thực

hiện một hoạt động nào đó

Như vậy kĩ năng và kĩ xảo thuộc cùng một phạm trù, chỉ khác nhau ở

trình độ cao thấp, đó là phạm trù hoạt động học và làm, hay nói rõ hơn là hoạt động học tập các kiến thức và vận dụng chúng vào trong việc giải quyết các

vấn đề thực tế, coi đó là hành động cần thiết cho việc đạt được mục đích

Kĩ năng là khả năng của con người thực hiện các hoạt động nhất định

dựa trên việc sử dụng các kiến thức và kĩ xảo đã có [8, tr 42] Cơ sở tâm lý

của kĩ năng là sự hiểu biết mối liên hệ tương hỗ giữa mục đích hoạt động, các điều kiện hoạt động và các cách thức thực hiện hoạt động Nhờ quá trình luyện tập, một số kĩ năng nhất định có thể trở thành kĩ xảo

Như vậy, có thể hiểu: Kĩ năng là khái niệm chỉ mức độ thành thạo (của

chân, tay) khi thao tác lên một đối tượng vật chất nào đó (kĩ năng hành động)

Hay kĩ năng là khái niệm chỉ mức độ linh hoạt của việc vận dụng một kiến

thức vào việc giải một bài tập, một bài toán nào đó (kĩ năng trí tuệ)

1.2.2 K ĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh THPT trong dạy học Vật lí

Yêu cầu của chương trình giáo dục môn vật lí ở THPT, trong đó cần rèn luyện cho học sinh những kĩ năng như quan sát hiện tượng vật lí trong tự nhiên, trong đời sống hoặc trong các thí nghiệm, sử dụng được các dụng cụ đo

phổ biến của vật lí, biết lắp ráp và tiến hành các thí nghiệm vật lí đơn giản, thu thập và xử lí thông tin thu được để rút ra kết luận, đề ra các dự đoán đơn

giản về các mối quan hệ hay bản chất của các hiện tượng hoặc quá trình vật lí,

các phương pháp nhận thức phổ biến của vật lí phổ thông.[2, tr 5-7]

Trên cơ sở định nghĩa về kĩ năng và dựa trên các hoạt động quan trọng,

cơ bản nhất của người nghiên cứu trong tiến trình thực hiện của một thí nghiệm, tôi xác định các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện cho học sinh trong

dạy học vật lí ở trường THPT gồm hai nhóm kĩ năng: Nhóm kĩ năng liên quan nhiều đến hoạt động trí tuệ, có thể gọi là kĩ năng thiết kế thí nghiệm và nhóm các kĩ năng liên quan nhiều đến các hoạt động tay chân, gọi là kĩ năng tiến hành thí nghiệm

B ảng 1.1 Bảng các kĩ năng thí nghiệm cơ bản cần rèn luyện cho

học sinh THPT trong dạy học vật lí

STT Các kĩ năng thiết kế thí nghiệm Các k ĩ năng tiến hành thí nghiệm

1 Xác định mục đích thí nghiệm

2 Đề xuất phương án thí nghiệm

Sử dụng dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, lắp đặt (lắp ráp) thí nghiệm theo sơ đồ

3 Xây dựng sơ đồ, bố trí thiết bị thí

khác nhau để làm nổi bật dấu hiệu

bản chất, mối quan hệ có tính qui

luật

Quan sát và thu thập dấu hiệu

bản chất của quá trình vật lí nghiên cứu hay các số liệu (Đọc

STT Các kĩ năng thiết kế thí nghiệm Các k ĩ năng tiến hành thí nghiệm

Các kĩ năng cụ thể trong bảng 1.1 được mô tả chi tiết như sau:

1.2.2.1 Nhóm k ĩ năng thiết kế thí nghiệm:

a K ĩ năng xác định mục đích tiến hành một bài thí nghiệm

Mục đích thí nghiệm là những vấn đề khoa học cần nghiên cứu, được đặt

ra và phải được giải quyết sau khi thực hành xong thí nghiệm Kết quả cụ thể

của hoạt động này thường là hình thành được kiến thức mới (hay ở mức sâu,

rộng hơn), kĩ năng mới (hoặc trình độ kĩ năng ở bậc cao hơn), thái độ, tình

cảm mới, hay sâu sắc hơn Ngoài ra, từng bài thí nghiệm, từng giai đoạn dạy

b Kĩ năng đề xuất phương án thí nghiệm

+ Mô tả được các bước tiến hành thí nghiệm (nhớ được tiến trình thí nghiệm)

+ Khả năng tự đề xuất phương án tiến hành thí nghiệm (khác với các phương án đã được trình bày trong sách giáo khoa)

c Kĩ năng xây dựng sơ đồ, bố trí thiết bị thí nghiệm

+ Khả năng đọc và hiểu sơ đồ lí thuyết

+ Biết lựa chọn dụng cụ thí nghiệm cho phù hợp

+ Giải thích được công dụng, nguyên tắc hoạt động của từng dụng cụ, thiết bị có trong bài thí nghiệm Đọc và hiểu các kí hiệu, thông số kĩ thuật ghi trên dụng cụ, thiết bị.

+ Lắp đúng thí nghiệm theo sơ đồ lí thuyết với các dụng cụ đã chọn

d K ĩ năng trình bày hiện tượng quan sát được, trình bày số liệu dưới dạng bảng, đồ thị các dạng khác nhau để làm nổi bật dấu hiệu bản

chất, mối quan hệ có tính qui luật

+ Kĩ năng trình bày một vấn đề (viết, nói)

+ Kĩ năng trình bày vấn đề bằng đồ thị, hoặc bằng biểu bảng

e K ĩ năng phân tích, xử lí số liệu để tìm ra dấu hiệu bản chất, mối liên h ệ có tính qui luật trong hiện tượng, quá trình nghiên cứu

án và sai số đo dụng cụ, tìm biện pháp làm giảm sai số

+ Kĩ năng xử lí biểu bảng, vẽ đồ thị (nếu có), từ đồ thị biết rút ra quy luật liên hệ giữa các đại lượng và điều kiện xảy ra hiện tượng

f K ĩ năng vận dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng, quá trình

vật lí quan sát được hay các số liệu thu thập được

+ Kĩ năng viết bài báo cáo thí nghiệm hoàn chỉnh

+ Kĩ năng giải thích hiện tượng nghiên cứu được

1.2.2.2 Nhóm k ĩ năng tiến hành thí nghiệm:

a Kĩ năng lắp đặt thí nghiệm theo sơ đồ

Thông thường các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm trong các bài thực hành được xây dựng đặt sẵn Học sinh chỉ sử dụng các dụng cụ và các thiết bị đó để

tiến hành thí nghiệm Chỉ khi thay đổi điều kiện thí nghiệm, học sinh cần biết tháo lắp những bộ phận nhỏ có liên quan đến sự thay đổi điều kiện đó

Các thao tác tháo lắp dụng cụ thí nghiệm mà học sinh cần đạt như sau:+ Tháo lắp được các bộ phận của dụng cụ khi cần thay đổi điều kiện thí nghiệm.

+ Biết lắp ráp các dụng cụ thí nghiệm theo sơ đồ

+ Biết bố trí, sắp đặt các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm cho phù hợp cả về nguyên tắc lý thuyết và cả về vị trí không gian

b K ĩ năng tiến hành thí nghiệm để đảm bảo xảy ra và quan sát rõ quá trình, hi ện tượng vật lí cần nghiên cứu

+ Tiến hành thí nghiệm đúng các thao tác, các bước

+ Khả năng xác định đại lượng cần đo, đại lượng cần giữ nguyên, không thay đổi trong khi làm thí nghiệm

+ Khả năng dự đoán trước kết quả thí nghiệm

+ Kĩ năng điều chỉnh các dụng cụ và thiết bị đo trong quá trình tiến hành thí nghiệm để hiện tượng, quá trình xảy ra rõ và sai số thấp

+ Xác định góc độ quan sát rõ và toàn bộ quá trình hiện tượng vật lí xảy ra.+ Kĩ năng phát hiện và xử lí những sự cố bất thường trong lúc tiến hành thí nghiệm (đối với những thí nghiệm nguy hiểm, phức tạp)

c K ĩ năng quan sát và thu thập dấu hiệu bản chất của quá trình Vật

lí nghiên cứu hay các số liệu thí nghiệm

+ Kĩ năng chọn mốc, chọn vật chỉ thị

+ Kĩ năng lựa chọn phương pháp đo, phương pháp khảo sát

+ Kĩ năng đọc và ghi số liệu Chọn góc độ quan sát, đọc số liệu trên

dụng cụ đo đúng

+ Kĩ năng quan sát và nhận xét được các biểu hiện trên dụng cụ khi đo

1.3 Vai trò c ủa thí nghiệm thực hành trong rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT

1.3.1 Thí nghi ệm thực hành Vật lí

Thí nghiệm thực hành Vật lí là loại thí nghiệm được tiến hành sau khi

học xong một chương, một phần của chương trình Các bài thực hành được

chỉ định rõ ràng trong sách giáo khoa của phổ thông

Thí nghiệm thực hành là loại thí nghiệm học sinh thực hiện trên lớp hoặc trong phòng thực hành chức năng, trong đó học sinh phải phát huy tối đa tính

tự lực của bản thân Với loại hình thí nghiệm này, học sinh sẽ dựa vào hướng

dẫn của giáo viên và sách giáo khoa mà tiến hành thí nghiệm, rồi viết báo cáo thí nghiệm

Thí nghiệm thực hành Vật lí có thể có nội dung định tính hay định lượng, song chủ yếu là kiểm nghiệm lại các định luật, các quy tắc, đo các đại

lượng Vật lí, nghiên cứu cấu tạo, vận chuyển của các cơ chế máy móc kỹ thuật

Do được tiến hành sau khi học sinh đã có những kiến thức lý thuyết về bài thí nghiệm nên thí nghiệm thực hành Vật lí thường có nội dung phong phú, thời gian dành cho mỗi bài thí nghiệm thực hành là 2 tiết học 45 phút đối

với học sinh THPT và đòi hỏi thiết bị hoàn chỉnh về mọi phương diện (Trong phân phối chương trình, bài thí nghiệm chia làm 2 tiết, tiết đầu là tiết cung

cấp cho học sinh kiến thức lý thuyết và hướng dẫn thực hành, tiết sau học sinh

thực hành và viết báo cáo) Với loại thí nghiệm này, học sinh phải tự lực thực

hiện các giai đoạn của quá trình thí nghiệm khi đã được hướng dẫn, thực hiện nhiều thao tác, tiến hành nhiều phép đo, xử lý nhiều số liệu định lượng mới có

thể rút ra các kết luận cần thiết

Tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu mà thí nghiệm thực hành có thể

được tổ chức dưới một trong hai hình thức sau : Thí nghiệm thực hành đồng

loạt (tất cả các nhóm học sinh tiến hành những thí nghiệm như nhau với dụng

cụ giống nhau theo cùng một mục đích) hoặc Thí nghiệm thực hành cá thể với nhiều phương án khác nhau : các nhóm tiến hành thí nghiệm về những phương án khác nhau của một bài thí nghiệm với các dụng cụ khác nhau

nhằm đạt được những mục đích khác nhau, về cùng một bài học theo cùng

một mục đích nhưng với các dụng cụ (phương pháp đo) khác nhau hoặc cùng

về một bài với cùng một dụng cụ nhưng nhằm giải quyết các nhiệm vụ khác nhau

Thí nghiệm thực hành Vật lí được thực hiện nhằm những mục tiêu sau :+ Giúp học sinh nắm vững nội dung kiến thức một cách tự giác, tích cực

Do trực tiếp sử dụng các dụng cụ thí nghiệm, lắp ráp và vận hành, quan sát hiện tuợng

+ Rèn luyện cho học sinh kĩ năng, kĩ xảo trong việc sử dụng các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm và thói quen làm việc khoa học, trung thực, khách quan

+ Thí nghiệm giúp cho học sinh áp dụng tri thức đã thu nhận vào thực

tiễn, làm quen với các phương pháp nhận thức của khoa học Vật lí như quan sát, đo lường, vạch kế hoạch nghiên cứu, đánh giá các kết quả đo

luờng

+ Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, rèn luyện kỹ năng sử dụng thí nghiệm trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng

tạo của học sinh

1.3.2 N ội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành trong dạy học

V ật lí THPT

Những vấn đề sẽ trình bày sau đây về thí nghiệm thực hành Vật lí ở THPT là ngầm hiểu theo hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành theo phương pháp hiện đang dùng ở các trường THPT được diễn ra trên lớp học hoặc trong phòng thí nghiệm chức năng, trong đó diễn ra sự tương tác thường xuyên giữa

thầy - trò và các bạn Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành theo phương pháp này tiến hành thực hiện theo các giai đoạn sau:

· Giai đoạn chuẩn bị thí nghiệm thực hành

+ Đối với giáo viên:

- Cần tìm hiểu kỹ nội dung bài thí nghiệm thực hành để xác định rõ cácnhiệm vụ đã giao cho người học và cách thức kiểm tra, đánh giá việc thực

hiện các nhiệm vụ đó

- Chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, tự mình kiểm tra từng

dụng cụ và thử tiến hành thí nghiệm để phát hiện những hỏng hóc trong bài thí nghiệm từ đó kịp thời bổ sung trước khi tổ chức cho người học thực hiện

thực hành thí nghiệm, đồng thời qua đó dự kiến những khó khăn mà học sinh

có thể gặp phải trong khi làm thí nghiệm, và cách thức hướng dẫn, giúp đỡ

học sinh vượt qua những khó khăn đó

+ Đối với học sinh: Chuẩn bị cơ sở lý thuyết cho bài thí nghiệm thựchành Thông qua bản hướng dẫn thực hành thí nghiệm học sinh sẽ nghiên cứu trước nội dung bài thí nghiệm thực hành để nắm được mục đích thí nghiệm,

ôn tập các kiến thức lý thuyết, trả lời các câu hỏi có liên quan đến bài thí nghiệm thực hành, nắm được nội dung và tiến trình thực hiện các thí nghiệm, điều gì chưa hiểu có thể ghi lại rồi trao đổi với giáo viên trước giờ thực hành thí nghiệm

Bản hướng dẫn thí nghiệm gồm những nội dung sau:

- Mục đích thí nghiệm (nêu lên các mục tiêu cụ thể cần phải đạt được khi người học làm thí nghiệm)

- Cơ sở lý thuyết (nêu lên những điểm chính về nội dung các kiến thức

đã biết sẽ được vận dụng trong bài thí nghiệm) Trả lời hệ thống các câu hỏi

lý thuyết liên quan

- Viết báo cáo thí nghiệm.

Thông thường bài báo cáo thí nghiệm không yêu cầu nêu lại tiến trình thí nghiệm, các thao tác thí nghiệm đã thực hiện mà chỉ trình bày các kết quả quan sát, đo đạc, tính toán, kết luận rút ra và trả lời các câu hỏi nhằm đào sâu,

mở rộng nội dung bài thí nghiệm thực hành Tính toán sai số, ghi kết quả và

kết luận

· Giai đoạn học sinh làm thí nghiệm

+ Tổ chức cho học sinh thành theo nhóm (từ 5 đến 7 người) đến bàn thínghiệm (nếu dụng cụ thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu thì có thể tổ chức 1 bộ thí nghiệm/1 học sinh; thường là không thể đủ cho tất cả các học sinh)

+ Trong quá trình làm thí nghiệm giáo viên luôn quan sát, giúp đỡ, hướng dẫn học sinh các nhóm sử dụng các loại dụng cụ thí nghiệm và phương pháp thí nghiệm Đồng thời giáo viên kiểm tra tình hình và mức độ chuẩn bị

kiến thức lý thuyết, kỹ năng sử dụng thí nghiệm, phương pháp tiến hành thí nghiệm của nhóm học sinh

+ Kết thúc thực hành:

· Sau khi học sinh làm xong thí nghiệm, giáo viên yêu cầu học sinh của các nhóm tháo rời các chi tiết lắp ráp, sắp xếp các dụng cụ gọn gàng như lúc đầu

· Viết báo cáo thí nghiệm

Việc viết báo có thể được người học thực hiện ở trên lớp hoặc ở nhà sau khi đã hoàn tất bài thí nghiệm thực hành

· Kiểm tra đánh giá

Được thực hiện thông qua các bài báo cáo thí nghiệm và thực tế tiến hành thí nghiệm thực hành trên lớp của học sinh

· Ưu điểm và nhược điểm:

Cách tổ chức thí nghiệm thực hành theo phương pháp đang dùng ở các

o Ưu điểm:

- Các giờ thực hành thí nghiệm truyền thống trong đó diễn ra sự tương tác thầy - trò và các bạn được tổ chức như trên có sử dụng các phương pháp dạy học tích cực cũng đã thể hiện rõ những ưu điểm của nó

- Giáo viên kịp thời hướng dẫn, uốn nắn các thao tác, kỹ thuật thí nghiệm, giải đáp những thắc mắc của học sinh

- Giáo viên có thể trực tiếp quan sát, đánh giá học sinh ngay trong quá trình làm thí nghiệm về kiến thức, kỹ năng sử dụng các dụng cụ thí nghiệm, phương pháp tiến hành

- Học sinh được trực tiếp tham gia thực hiện các thí nghiệm thực hành thật, rèn các kỹ năng nhận biết, sử dụng thành thạo các dụng cụ thí nghiệm gắn với thực tế kỹ thuật và cuộc sống

- Học sinh có thể trao đổi và tranh luận với nhau về kiến thức lý thuyết, về cách thức tiến hành thí nghiệm, cách đo phân tích số liệu, tính sai số, kết quả thí nghiệm,

- Qua đó giúp cho học sinh có những phẩm chất cần thiết trong quá trình làm thí nghiệm thực hành: tính kiên nhẫn, tỉ mỉ, trung thực

- Việc lựa chọn dụng cụ, cách lắp giáp, bố trí thí nghiệm đã có

những hướng dẫn cụ thể do vậy học sinh thụ động trong quá trình làm thí nghiệm Điều này đã làm hạn chế những hoạt động độc lập, tự lực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

- Giáo viên tốn nhiều công sức trong quá trình chuẩn bị thí nghiệm

và hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm

- Dụng cụ thí nghiệm hạn chế sẽ làm ảnh hưởng đến việc tổ chức

hoạt động tiến hành thí nghiệm của học sinh Đặc biệt là sự hạn chế về

nội dung do thiếu hệ thống thiết bị thí nghiệm chuẩn theo yêu cầu việc tổ

chức hoạt động nhận thức tích cực và tự lực của học sinh Vì vậy, để đáp ứng hình thức dạy học này phải đảm bảo các điều kiện về phòng học,

dụng cụ thí nghiệm đầy đủ, đảm bảo tất cả phải hoạt động tốt, thường xuyên được kiểm tra

- Hạn chế trong việc nghiên cứu khảo sát trong phòng thí nghiệm

những thí nghiệm cơ học diễn biến nhanh, yêu cầu có không gian rộng, làm lại nhiều lần

1.4 S ử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông

1.4.1 Thí nghi ệm ảo.

Thí nghiệm ảo dựa vào một số phần mềm dạy học vì thế người giáo viên

có thể căn cứ vào các loại thí nghiệm và kiến thức về phần mềm của mình để

lựa chọn môi trường làm việc phục vụ mục đích của mình, môi trường ở đây chính là các phần mềm dạy học (PMDH)

1.4.1.1 Khái niệm phần mềm dạy học

Phần mềm dạy học (PMDH) là phương tiện chứa chương trình để ra lệnhcho máy tính thực hiện các yêu cầu về nội dung và phương pháp dạy học theo các mục tiêu đã định

Khác với các phương tiện dạy học khác, PMDH là một dạng vật chất đặc

biệt [4], là các câu lệnh chứa thông tin, dữ liệu để hướng dẫn máy vi tính thực

hiện các thao tác xử lý theo một thuật toán xác định từ trước Các PMDH được lưu trữ trong các thiết bị nhớ ngoài của máy vi tính như trong các đĩa

cứng, đĩa mềm, đĩa CD PMDH rất gọn nhẹ, rất dễ nhân bản với số lượng lớn, không cồng kềnh, dễ bảo quản, dễ vận chuyển, dễ sử dụng, sinh động và hấp

dẫn Tuỳ thuộc vào từng môn học cụ thể mà xây dựng các PMDH tương ứng

phân chia các PMDH thành các loại khác nhau Trong dạy học Vật lí có thể phân chia các PMDH thành các nhóm sau:

- Phần mềm mô phỏng, minh họa: thường gọi là phần mềm mô phỏng

- Phần mềm xử lý các số liệu thực nghiệm dùng hỗ trợ cho các thí nghiệm Vật lí: thường gọi là phần mềm hỗ trợ thí nghiệm Vật lí

- Phần mềm ôn tập, tổng kết, hệ thống hoá kiến thức của từng phần, từng chương trong sách giáo khoa

- Phần mềm kiểm tra, đánh giá kiến thức của học sinh

Các PMDH có thể được sử dụng ở mọi chức năng lý luận dạy học củaquá trình dạy học Có thể sử dụng phần mềm trong các giai đoạn sau:

+ Nêu vấn đề nghiên cứu, gợi động cơ học tập tích cực cho học sinh,

củng cố trình độ kiến thức và kỹ năng xuất phát

+ Trình bày nội dung mới

+ Ôn tập các nội dung đã học

+ Luyện tập, củng cố kỹ năng, rèn luyện kỹ xảo cho học sinh

+ Kiểm tra kiến thức học sinh

1.4.1.2 Nh ững yêu cầu chung đối với phần mềm dạy học

Đối tượng sử dụng các PMDH chính là giáo viên và học sinh, do vậy để PMDH phát huy được hiệu quả nó phải đảm bảo những yêu cầu nhất định sau[9]:

· Yêu cầu về mặt sư phạm

- Các thông tin mà PMDH đề cập đến phải phù hợp với nội dung dạy học

mà phần mềm dạy học đó đảm nhận Phần mềm phải có phần giới thiệu để chỉ

ra cho người dùng biết phạm vi sử dụng của nó Cụ thể là: phần mềm dùng để

dạy chương nào, bài nào trong chương trình Vật lí; phần mềm được sử dụng vào giai đoạn nào của quá trình dạy học, được sử dụng để nêu vấn đề nghiên

cứu, để cung cấp tri thức mới, để ôn tập tổng kết hay dùng để kiểm tra kiến

thức học sinh Các thông tin chứa đựng trong chương trình phải phù hợp với

nội dung trong sách giáo khoa Vật lí

- Nội dung dạy học chứa đựng trong chương trình phải bảo đảm tính chính xác khoa học Các văn bản, biểu đồ, đồ thị phải chính xác Văn phong trình bày phải rõ ràng, trong sáng, cô đọng, dễ hiểu.

- Các PMDH phải giúp tăng cường tính trực quan Nội dung trình bày trên màn hình máy vi tính phải rõ ràng, lượng thông tin trình bày phải vừa đủ, không đưa ra quá nhiều văn bản dài dòng hay các hình vẽ, sơ đồ quá phức tạp

dễ gây nhiễu đối với người học Cần sử dụng khéo léo các màu sắc, kích thước hình vẽ, kích cỡ của văn bản để định hướng và điều khiển được sự quan sát chú ý của học sinh

- Các PMDH phải phù hợp với chức năng dạy học mà nó đảm nhận Tốt

nhất là với mỗi phần mềm dạy học nên có phần hướng dẫn, gợi ý cách thức sử

dụng vào dạy học để giáo viên và học sinh dễ sử dụng Có thể xây dựng các PMDH phục vụ cho từng chức năng dạy học riêng rẽ

- Các PMDH phải phù hợp với trình độ tin học của giáo viên và học sinh Thông thường các giáo viên Vật lí sử dụng máy vi tính để làm công cụ, phương tiện trong khi giảng dạy, còn học sinh thì được học một số kiến thức

nhất định về tin học cho nên họ không phải là những người thật giỏi về tin

học Để cho PMDH dễ sử dụng thì cần khai thác tối đa các khả năng giao tiếp người - máy thông qua bàn phím (keyboard), chuột (mouse), phím nóng (hotkey), biểu tượng (icon), bảng chọn (menu)

- Tăng cường được khả năng tự học của học sinh Trong một chừng mực

nhất định thì các PMDH có thể đóng vai trò là người thầy giáo để hướng dẫn

học sinh học tập Các PMDH có thể dùng để cho học sinh tự học tập ở nhà

hoặc học tập không có sự hướng dẫn trực tiếp của giáo viên Một PMDH tốt

nếu như nó chứa đựng các nội dung, các yếu tố kích thích được khả năng tự

học của học sinh

- Các PMDH phải phù hợp với tâm sinh lý lứa tuổi học sinh, bảo đảm vệ