Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học chương các định luật bảo toàn vật lí 10 thpt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH MAI ĐẠI PHƢƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG "CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN" VẬT LÍ 10 THPT Chun ngành: Lý luận PPDH mơn Vật lí Mã số: 60 14 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Th Nh Ngh An - 2012 Lời Cảm Ơn hoàn thành luận văn này, cố gắng thân, nhận giúp đỡ nhiều tập thể, cá nhân ngồi trường Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới cô giáo TS Nguyễn Thị Nhị, trường Đại học Vinh, người định hướng đề tài, tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới Thầy, Cơ khoa Vật lý, phịng Sau Đại học tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập, nghiên cứu Trong q trình làm đề tài, tơi cịn nhận giúp đỡ nhiệt tình Trường THPT Nghi Lộc 3, Nghi Xuân, Nghi Lộc, Nghệ An Nơi tiến hành thực nghiệm sư phạm đề tài luận văn Cuối tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp, người bên tôi, động viên tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hon thnh lun ny Vinh, tháng 10 năm 2012 Mai Đại Ph-ơng MC LC DANH MC VIT TT 07 MỞ ĐẦU 08 Lý chọn đề tài 08 Mục đích nghiên cứu …………………………………………………… 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu …………………………………… 10 Giả thuyết khoa học …………………………………………………… 10 Nhiệm vụ nghiên cứu ………………………………………………… 10 Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………… 11 Đóng góp luận văn ………………………………………………… 12 Cấu trúc luận văn ……………………………………………………… 12 NỘI DUNG ……………………………………………………………… 14 Chương Cơ sở lý luận việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ thí nghiệm dạy học vật lí trường THPT ……………………………………… 14 1.1 Vai trị thí nghiệm tổ chức hoạt động nhận thức cho HS … 14 1.1.1 Thí nghiệm ………………………………………………………… 14 1.1.2 Vai trị, chức thí nghiệm ………………………………… 15 1.1.3 Các loại thí nghiệm sử dụng dạy học vật lí ………………… 19 1.2 Sử dụng máy vi tính phần mềm hỗ trợ thí nghiệm dạy học vật lí …………………………………………………………………………… 22 1.3 Thiết bị kết nối thí nghiệm với máy vi tính ………………………… 23 1.3.1 Thiết bị Cobra thí nghiệm vật lý kết nối máy vi tính ……… 23 1.3.2 Phần mềm Measure ………………………………………………… 24 1.3.3 Vai trị thí nghiệm kết nối máy vi tính ……………………… 24 1.3.4 Những yêu cầu mặt kỹ thuật phương pháp dạy học việc sử dụng thí nghiệm ghép nối MVT dạy học vật lí trường phổ thơng ……………………………………………………………………… 26 1.3.5 Thiết bị camera - máy quay phim ………………………………… 26 1.4 Phần mềm thiết kế thí nghiệm ảo giảng điện tử ……………… 27 1.4.1 Thí nghiệm ảo giảng điện tử ……………………………… 27 1.4.2 Phần mềm Power Point …………………………………………… 29 1.4.3 Phần mềm Crocodile Physics ……………………………………… 31 1.4.4 Phần mềm Macromedia Flash MX ………………………………… 32 1.4.5 Phần mềm Adobe Presenter ………………………………………… 33 1.4.6 Phần mềm Lecture Maker ………………………………………… 34 Kết luận chương ………………………………………………………… 36 Chương Thiết kế tiến trình dạy học số kiến thức chương "Các định luật bảo tồn" Vật lí 10 THPT chương trình nâng cao với hỗ trợ máy vi tính ………………………………………………………………… 37 2.1 Phân tích nội dung chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao …………………………………………………… 37 2.1.1 Vị trí ………………………………………………………………… 37 2.1.2 Đặc điểm …………………………………………………………… 37 2.1.3 Chuẩn kiến thức, kỹ chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao …………………………………………… 37 2.1.4 Nội dung chương “Các định luật bảo tồn” vật lí 10 THPT chương 38 trình nâng cao …………………………………………………………… 2.1.5 Cấu trúc chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao 42 2.2 Thí nghiệm sử dụng dạy học chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao Thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng với cần rung ……………………………… 43 2.3 Khai thác, lắp ráp thí nghiệm thuộc chương "Các định luật bảo tồn" vật lý 10 chương trình nâng cao sử dụng thí nghiệm đệm khơng khí ghép nối với máy vi tính thông qua thiết bị Cobra phần mềm Measure 45 2.3.1 Các dụng cụ thí nghiệm …………………………………… 45 2.3.2 Cách lắp ráp sử dụng thí nghiệm vào dạy học chương định luật bảo toàn ……………………………………………………………… 47 2.3.2.1 Thí nghiệm định luật bảo tồn động lượng ………………… 47 2.3.2.2 Thí nghiệm va chạm đàn hồi …………………………………… 52 2.3.2.3 Thí nghiệm va chạm mềm ……………………………………… 55 2.3.2.4 Những ưu điểm lưu ý sử dụng thí nghiệm đệm khơng khí kết nối máy vi tính …………………………………………………… 58 2.3.3 Quay biên tập video clips thí nghiệm thực ……………………… 59 2.4 Thiết kế sưu tầm thí nghiệm ảo, video clips thí nghiệm ……… 61 2.4.1 Phần mềm Power point …………………………………………… 61 2.4.2 Phần mềm Crocodile Physics ……………………………………… 62 2.4.3 Phần mềm Macromedia Flash MX ………………………………… 63 2.4.4 Sưu tầm video clips làm tư liệu hỗ trợ dạy học chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao …………… 65 2.5 Thiết kế tiến trình dạy học số kiến thức chương "Các định luật bảo 67 tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao có sử dụng thí nghiệm xây dựng, sưu tầm ……………………………………… 2.5.1 Bài 31 Định luật bảo toàn động lượng …………………………… 67 2.5.2 Bài 37 Định luật bảo toàn ………………………………… 75 2.5.3 Bài 38 Va chạm đàn hồi không đàn hồi ………………………… 81 Kết luận chương ………………………………………………………… 87 Chương Thực nghiệm sư phạm ………………………………………… 89 3.1 Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ………………………… 89 3.2 Đối tượng …………………………………………………………… 89 3.3 Nội dung thực nghiệm sư phạm ……………………………………… 90 3.4 Chọn mẫu thực nghiệm ……………………………………………… 90 3.5 Phương pháp thực nghiệm sư phạm ………………………………… 90 3.6 Đánh giá kết thực nghiệm sư phạm …………………………… 91 3.6.1 Đánh giá định tính ………………………………………………… 91 3.6.2 Đánh giá định lượng ……………………………………………… 92 3.6.3 Kiểm định giả thuyết thống kê ……………………………………… 96 Kết luận chương 3………………………………………………………… 98 KẾT LUẬN ……………………………………………………………… 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………… 100 PHỤ LỤC ………………………………………………………………… PL1 DANH MỤC VIẾT TẮT Phương pháp dạy học PPDH Giáo viên GV Học sinh HS Công nghệ thông tin CNTT Sách giáo khoa SGK Trung học phổ thong THPT Máy vi tính MVT Thí nghiệm TN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong công đổi PPDH nay, chủ trương, sách Đảng Nhà nước tập trung vào việc đưa phương tiện đại vào nhà trường đặc biệt MVT thiết bị ngoại vi nhằm đổi nội dung chương trình phương pháp dạy học Sự phát triển khoa học kỹ thuật mở triển vọng to lớn việc đổi phương pháp dạy học Các trường học trang bị MVT, thiết bị thí nghiệm đại Nghị Hội nghị lần thứ hai ban chấp hành Trung ương Đảng khoá VIII rõ: “Đổi mạnh mẽ phương pháp giáo dục - đào tạo, khắc phục lối truyền thụ chiều, rèn luyện thành nếp tư sáng tạo người học Từng bước áp dụng phương pháp tiên tiến phương tiện đại vào trình dạy học ” [09] Văn kiện Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ XI phương hướng, nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội năm 2011 – 2015 rõ: "Phát triển, nâng cao chất lượng giáo dục đào tạo, chất lượng nguồn nhân lực; phát triển khoa học, công nghệ kinh tế tri thức …".[11] Chỉ thị số 3397/CT-BGDĐT Công văn số 5358/BGDĐT-GDTrH ngày 12 tháng năm 2011 Bộ Giáo dục Đào tạo rõ: "Chú trọng việc dạy học thực hành khố; bảo đảm cân đối việc truyền thụ kiến thức rèn luyện kỹ cho HS; trọng liên hệ thực tế phù hợp với nội dung học Tích cực ứng dụng CNTT dạy học Tăng cường tổ chức hoạt động như: Hội thi thí nghiệm - thực hành HS, Ngày hội tự làm sử dụng thiết bị dạy học GV, Ngày hội CNTT, … nhằm khuyến khích GV HS tăng cường sử dụng hợp lý, khai thác tối đa hiệu thiết bị dạy học, phương tiện nghe nhìn, phịng học mơn …"[07], [08] Chỉ thị 55/2008/CT-BGDĐT ngày 30 tháng năm 2008 Bộ Giáo dục Đào tạo tăng cường giảng dạy, đào tạo ứng dụng CNTT ngành giáo dục giai đoạn 2008-2012 Nâng cao nhận thức vai trị, vị trí CNTTvà triển khai có kết cao yêu cầu đẩy mạnh ứng dụng CNTT năm học 2008-2009 “Năm học đẩy mạnh ứng dụng CNTT, đổi quản lý tài xây dựng trường học thân thiện, HS tích cực” [03] Xây dựng hệ thống đơn vị công tác chuyên trách CNTT ngành; phát triển mạng giáo dục (EduNet) dịch vụ công thông tin giáo dục Internet; đẩy mạnh cách hợp lý việc triển khai ứng dụng CNTT đổi phương pháp dạy học cấp học; đẩy mạnh ứng dụng CNTT điều hành quản lý giáo dục Tăng cường giảng dạy, đào tạo nghiên cứu ứng dụng CNTT Thực trạng giáo dục cho thấy, vấn đề đổi phương pháp dạy học chưa thực tốt, chưa thật phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo khả giải vấn đề, lực tư kỹ thực hành người học Báo cáo Ban chấp hành Trung ương Đảng khoá IX nêu rõ: “ Chất lượng giáo dục nhiều yếu kém, khả chủ động, sáng tạo HS, sinh viên cịn yếu Chương trình, phương pháp dạy học lạc hậu, nặng nề, chưa thật phù hợp ” [10] SGK THPT biên soạn lại với hình thức nội dung phong phú Tuy nhiên, khn khổ SGK đưa hình ảnh cịn ít, thí nghiệm có sử dụng MVT cịn đặc biệt phương tiện đại trung gian thiết bị thí nghiệm truyền thống MVT Các định luật bảo toàn chương quan trọng suốt q trình học mơn vật lí HS, kiến thức trừu tượng HS MVT cộng với thiết bị hỗ trợ Cobra3 thí nghiệm thực ảo tạo khả xử lý, thiết kế, lưu trữ hiển thị lại khối lượng thông tin dạng bảng số liệu, đồ thị, hàm, … Ngồi ra, người sử dụng tương tác, nhanh, chậm, phóng to, thủ nhỏ, nhập - xuất số liệu, … nên sử dụng khảo sát quy luật Vật lí xẩy chương Xuất phát từ sở lý luận thực tiễn nói trên, chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm với hỗ trợ máy vi tính dạy học chƣơng "các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT" Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng, sử dụng thí nghiệm vật lí có hỗ trợ MVT thiết kế tiến trình dạy học số kiến thức chương “Các định luật bảo tồn” Vật lí lớp 10 THPT chương trình nâng cao với thí nghiệm nhằm nâng cao chất lượng dạy học chương nói riêng, dạy học vật lí trường THPT nói chung Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng - Nội dung, phương pháp dạy học vật lí THPT - Thí nghiệm dạy học vật lí trường THPT - MVT, thiết bị Cobra3, camera, projector - Phần mềm Measure, Power Point, Crocodile Physics, Front Page, photoshop, Studio, Macromedia Flash MX, Adobe Presenter, Lecture Maker, … 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Dạy học chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương chình nâng cao Giả thuyết khoa học Nếu sử dụng thí nghiệm vật lí có hỗ trợ MVT vào dạy học cách hợp lý nâng cao tính tích cực tự lực hoạt động chiếm lĩnh kiến thức HS, góp phần nâng cao chất lượng học tập dạy học vật lí trường THPT Nhiệm vụ nghiên cứu 10 Giả thiết bỏ qua ma sát Câu 12 Hai bi A B, có khối lượng m1 = 150 g m2 = 300 g treo hai sợi dây (khối lượng khơng đáng kể) có chiều dài l = 1m vào điểm O Kéo lệch hịn bi A cho dây treo nằm ngang (hình vẽ) thả nhẹ ra, đến va chạm vào hịn bi B Sau va chạm, hai bi chuyển động ? Lên đến độ cao so với vị trí cân ? Tính phần động biến thành nhiệt va cham Xét hai trường hợp : a) Hai hịn bi chì, va chạm va chạm mềm b)Hai bi thép, va chạm va chạm đàn hồi trực diện Đáp án thang điểm A Trắc nghiệm: điểm chia cho 10 câu, câu 0,5 điểm 10 A B B B A D C A D B Tự luận: điểm chia cho câu, câu 2,5 điểm Câu 11 2,5 Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có : m1 v1  m2 v2   m1  m2  v ' (1) 0,5 a) Trường hợp : Ban đầu người toa chuyển động chiều Chiếu (1) lên trục Ox nằm ngang có chiều dương ta : m1v1  m2v2   m1  m2  v ' m v  m2v2 50.3  150.2   2, 25m / s  v'  1 m1  m2 50  150 v '  : Hệ tiếp tục chuyển động theo chiều cũ với vận tốc 2,25m/s b) Trường hợp : Ban đầu người toa chuyển động ngược chiều Chiếu (1) lên trục Ox nằm ngang có chiều dương ta : m1v1  m2v2   m1  m2  v ' 107 0,5 0,5  v'  m1v1  m2v2 50.3  150.2   0, 75m / s m1  m2 50  150 0,5 v '  : Hệ tiếp tục chuyển động theo chiều cũ với vận tốc 0,75m/s Câu 12 0,5 2,5 Chọn mốc tính vị trí cân hịn bi B trước va chạm Áp dụng định luật bảo toàn cho hệ gồm ( bi A trái đất)  m1 gl  m1v12 0 1  v1  gl 0,25 a) Hai hịn bi chì, va chạm va chạm mềm : Khi hai bi va chạm mềm, chúng không bảo tồn phần động biến thành nhiệt Ngay sau va chạm hai bi chuyển động vận tốc u Áp dụng định luật bảo tồn động lượng ta có : m1v   m1  m2  u  u  m1v v   m1  m2   2 0,25  3 0,25 Động hệ hai bi sau va chạm : Wđ’ = m1u m2u 3m1u 3m2 m1 gl     2 Sau va chạm hai bi dính vào tiếp nối chuyển động trịn bi A Khi hệ gồm hai bi lên đến độ cao tối đa h tồn động Wđ’ chuyển thành Wt’ =  m1  m2  gh  3m1 gh Áp dụng định luật bảo toàn : Wt’ = Wđ’  m1 gl l  3m1 gh  h   11cm  4 0,25 Phần động bi A biến thành nhiệt : Q = Wđ - Wđ’ = m1 gl  m1 gl 2m1 gl   1J 3  5 b) Va chạm đàn hồi trực diện : Gọi v1; v2 vận tốc honf bi A B sau va chạm Áp dụng định luật bảo toàn động lượng định luật bảo toàn cho hệ gồm hai bi A B ta có : m1v  m1v1  m2v2  v  v1  2v2 (6) 108 0,25 m1v m1v12 m2v22    v  v12  2v22 2 (7) Từ (6) (7), ta suy : 0,25 v 2v v1   ; v2  3 (8) Như : Bi A chuyển động ngược chiều với chuyển động ban đầu Hòn bi B chuyển động tiếp phía trước Ngay sau va chạm, động bi A B : m1v12 m1v m1 gl Wđ1 =   18 Wđ2 = (9) m2v22 4m1v 8m1 gl   9 (10) 0,25 0,25 Gọi h1; h2 độ cao cực đại mà bi A, bi B lên sau va chạm Áp dụng định luật bảo toàn , ta có : m1 gl l  h1   11cm 9 (11) 0,25 8m2 gl 8l  h2   44cm 9 (12) 0,25 Wđ1 =Wt1  m1 gh1  Wđ2 =Wt2  m2 gh2  109 Phụ lục Bài giảng điện tử Phụ lục 2.1 Bài 31 ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƢỢNG 110 111 Phụ lục 2.2 Bài 37 ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 112 113 114 Phụ lục 2.3 Bài 38 VA CHẠM ĐÀN HỒI VÀ KHÔNG ĐÀN HỒI 115 116 117 118 119 Phụ lục Hình ảnh TNSP 120 121 ... vi nghiên cứu - Dạy học chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương chình nâng cao Giả thuyết khoa học Nếu sử dụng thí nghiệm vật lí có hỗ trợ MVT vào dạy học cách hợp lý nâng cao tính. .. trúc chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao 42 2.2 Thí nghiệm sử dụng dạy học chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao Thí nghiệm. .. chƣơng "các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT" Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng, sử dụng thí nghiệm vật lí có hỗ trợ MVT thiết kế tiến trình dạy học số kiến thức chương ? ?Các định luật bảo