10. Cấu trúc của luận văn
2.4. Sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí phần Quang
Quang hình học
2.4.1. Tổ chức thực hành thí nghiệm với sự hỗ trợ của thí nghiệm Vật lí ảo
Trong quá trình tổ chức các hoạt động của tiết học thực hành thí nghiệm để tổ chức các hoạt động nhằm mục đích rèn luyện kĩ năng thí nghiệm, phát huy tính tự lực cũng như lôi cuốn và thu hút học sinh tham gia vào các hoạt động một cách thoải mái và sôi nổi. Việc tổ chức thực hành thí nghiệm với sự hỗ trợ của thí nghiệm Vật lí ảo cho học sinh khi dạy học bài thực hành theo các bước như sau:
75
- Bước 1: Chuẩn bị trước khi lên lớp.
Để có thể tiến hành thí nghiệm hiệu quả, học sinh cần hiểu biết rõ về kiến thức Vật lí ở trường phổ thông và kiến thức sử dụng các thiết bị thí nghiệm, từ đó vận dụng vào việc thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm (sơ đồ 2.1).
Sơ đồ 2.1. Sơ đồ kết hợp thí nghiệm ảo và thí nghiệm thật
trong thực hành thí nghiệm vật lí phổ thông
PHÒNG THÍ NGHIỆM VIDEO VÀ SÁCH HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM THEO KẾ HOẠCH PHÂN TÍCH DỮ LIỆU TỪ THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG PHỐI HỢP PHẦN MỀM VÀ THÍ NGHIỆM THẬT
THÍ NGHIỆM TRÊN MÁY TÍNH
PHẦN MỀM MÁY TÍNH VÀ BÀI TẬP HƯỚNG DẪN
THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM THEO QUY TRÌNH CỦA PHẦN MỀM
LẬP KẾ HOẠCH TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
TỔNG HỢP KẾT QUẢ TRAO ĐỔI – THẢO LUẬN
76
Học sinh sử dụng các phần mềm thí nghiệm để củng cố kiến thức Vật lí phổ thông, tìm hiểu cách sử dụng các dụng cụ đo và thiết bị thí nghiệm, tìm hiểu một số phương án thí nghiệm, cụ thể là tìm hiểu sơ đồ lắp ráp thí nghiệm, quy trình tiến hành thí nghiệm và xử lí số liệu.
Như vậy ở bước 1 này học sinh thông qua việc sử dụng phần mềm và các tài liệu hướng dẫn có thể hoàn toàn làm được thí nghiệm tương tự như với thí nghiệm thật.
Các nhiệm vụ thực hiện của học sinh đó là: + Đọc tài liệu hướng dẫn thực hành thí nghiệm.
+ Đọc sách giáo khoa vật lí phổ thông và tài liệu tham khảo.
+ Sử dụng phần mềm hỗ trợ: Kiểm tra lí thuyết, tìm hiểu cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm, bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm trên phần mềm và xử lí số liệu.
+ Thiết kế phương án thí nghiệm: Xác định mục đích thí nghiệm, tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm, cơ sở lí thuyết, xác định các đại lượng cần đo, xác định phương pháp xử lí số liệu, nguyên tắc đảm bảo an toàn thí nghiệm.(theo mẫu báo cáo).
Kết quả thực hiện các nhiệm vụ trên thể hiện ở báo cáo của học sinh, gồm có các báo cáo sau:
+ Báo cáo thực hiện trên phần mềm.
+ Phương án sử dụng thí nghiệm nghiên cứu.
- Bước 2. Thảo luận và thí nghiệm trên lớp
Những phương án thí nghiệm nghiên cứu và phương án sử dụng thí nghiệm mà học sinh đã thiết kế ở nhà chỉ là dự kiến và được tiến hành trong điều kiện tiêu chuẩn và bất biến, nên cần được thực hiện thực tế trên lớp và trong phòng thí nghiệm, với sự hướng dẫn của giáo viên để phát hiện ra
77
những điểm chưa hợp lí, từ đó có những chỉnh sửa và hoàn thiện. Ở bước này học sinh cần thực hiện hai hoạt động: Thực hiện thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và so sánh, đối chiếu giữa thí nghiệm trên phần mềm và thí nghiệm thực.
Như vậy, hoạt động này giúp học sinh rèn luyện kĩ năng sử dụng các dụng cụ và tiến hành thí nghiệm nhằm thu được kết quả chính xác, phân tích và xử lí số liệu để rút ra kết luận. Học sinh có thể sử dụng các chức năng xử lí số liệu trên phần mềm để xử lí số liệu, so sánh kết quả trên phần mềm và kết quả thu được từ thí nghiệm thực, từ đó rút ra kinh nghiệm trong quá trình thực hành thí nghiệm, phát hiện những hạn chế của phương án thí nghiệm đã xây dựng và cải tiến, hoàn thiện các phương án đó.
Nhiệm vụ của học sinh thảo luận và thí nghiệm trên lớp: + Các nhóm làm việc với giáo viên, nhận dụng cụ thí nghiệm.
+ Các nhóm tiến hành thí nghiệm: Tìm hiểu dụng cụ, lắp ráp thí nghiệm, tiến hành và ghi nhận kết quả.
+ Trao đổi trong nhóm: Trao đổi về thiết kế thí nghiệm, quy trình và thao tác tiến hành thí nghiệm, so sánh kết quả thu được từ thí nghiệm thực và thí nghiệm trên phần mềm, phát hiện những khó khăn có thể gặp phải khi sử dụng thí nghiệm thực và đưa ra cách khắc phục.
- Bước 3. Viết báo cáo về kết quả thí nghiệm
Căn cứ trên các số liệu thu được từ thí nghiệm đã thực hiện, học sinh hoàn thiện báo cáo thí nghiệm. Học sinh có thể dùng phần mềm kiểm tra lại thí nghiệm đã được tiến hành, từ đó học sinh có thể củng cố được kiến thức, gợi nhớ lại các thao tác thí nghiệm, cách sử dụng các thiết bị, định hình các kĩ năng thí nghiệm trong trí nhớ.
Học sinh hoàn thành báo cáo thí nghiệm theo mẫu và nộp lại cho giáo viên. Việc kiểm tra – đánh giá dựa trên kết quả làm việc nhóm và cá nhân, các
78 hình thức kiểm tra – đánh giá như sau:
- Đánh giá kết quả làm việc nhóm:
Thiết kế phương án và thực hiện thí nghiệm. - Kết quả làm việc cá nhân:
Kết quả kiểm tra in từ phần mềm. Báo cáo thí nghiệm.
2.4.2. Thiết kế tiến trình dạy học thực hành thí nghiệm “Xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ” của thấu kính phân kỳ”
2.4.2.1. Mục tiêu
- Kiến thức
+ Phát biểu và viết được công thức thấu kính, đồng thời nêu được ý nghĩa và quy ước về dấu đại số của các đại lượng vật lí có mặt trong công thức để có thể áp dụng cho tất cả các trường hợp: thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì, vật thật, ảnh thật, ảnh ảo.
+ Mô tả được phương pháp xác định tiêu cự của thấu kính phân kì dựa trên cơ sở ghép thấu kính phân kì với một thấu kính hội tụ thành hệ hai thấu kính đồng trục và khảo sát sự tạo ảnh của một vật qua hệ thấu kính này.
+ Thiết kế phương án thí nghiệm và lựa chọncác dụng cụ thí nghiệm thích hợp cần thiết để tiến hành thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính phân kì.
- Kĩ năng
+ Sử dụng thí nghiệm ảo hỗ trợ cho việc tìm hiểu thí nghiệm thật, và lựa chọn phương án phù hợp.
+ Sử dụng giá quang học để thực hiện phép đo tiêu cự của thấu kính phân kì theo phương án đã chọn. Sắp xếp và điều chỉnh vị trí của nguồn sáng,
79
của vật, của các thấu kính và màn ảnh để có thể thu được các kết quả đo tin cậy và chính xác
+ Xử lí các kết quả đo: tính toán giá trị trung bình và sai số phép đo tiêu cự của thấu kính phân kì theo phương án đã chọn. Từ đó viết được kết quả phép đo theo đúng các quy tắc về sai số của phép đo các đại lượng vật lí.
2.4.2.2. Chuẩn bị
- Giáo viên
+ Phổ biến nội dung cần chuẩn bị trước và trong buổi thực hành.
+ Phát nội dung hướng dẫn thực hành, phần mềm để học sinh nghiên cứu trước ở nhà.
+ Kiểm tra hoạt động của các dụng cụ thí nghiệm cần thiết. + Chuẩn bị phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo để hỗ trợ.
- Học sinh:
+ Đọc kĩ nội dung bài thực hành, nội dung hướng dẫn của giáo viên trước khi thực hành
+ Chuẩn bị mẫu báo cáo thí nghiệm, trả lời sẵn các câu hỏi.
2.4.2.3. Tiến trình dạy học
Tiết 1 (Tại phòng thực hành tin học): Sử dụng phần mềm thí nghiệm
Vật lí ảo để tìm hiểu mục đích, nghiên cứu lí thuyết, lựa chọn dụng cụ và phương án thí nghiệm, thực hành các bước tiến hành thí nghiệm
Hoạt động 1 (10 ph):
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Giao cho 2 học sinh làm việc trên một máy tính (đã bật sẵn phần mềm).
- Giới thiệu về phần mềm, ứng
- Ngồi đúng máy tính được phân công, kiểm tra máy tính đã bật phần mềm hay chưa.
80 dụng của phần mềm đối với học sinh (sử dụng máy chiếu).
- Hướng dẫn học sinh sử dụng phần mềm để tìm hiểu: dụng cụ, các phương án, các bước thực hành, số liệu và cách xử lí.
- Hướng dẫn học sinh trả lời và thu số liệu trên phần mềm.
- Hướng dẫn cách ghi lại kết quả: sử dụng tổ hợp phím “fn+prt sc” để sao chép (copy) hình ảnh số liệu và dán (paste) vào phần mềm soạn thảo MS Word, sau đó ghi lại.
viên, thực hiện nhanh các thao tác trên phần mềm.
Hoạt động 2 (30 phút) : Học sinh tìm hiểu và thực hành thí nghiệm
Vật lí ảo
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Yêu cầu học sinh thực hành trên phần mềm.
- Theo dõi, hỗ trợ học sinh thực hành trên phần mềm.
- Trả lời các câu hỏi, tiến hành thí nghiệm trên phần mềm.
- Ghi lại kết quả trên máy tính.
Hoạt động 3 (5 phút) : Thu bài, giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Yêu cầu học sinh kiểm tra lại kết quả đã được ghi lại hay chưa, sau đó thu lại các kết quả của học sinh.
- Kiểm tra kết quả đã ghi lại trên máy tính.
81
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Nhắc nhở học sinh về chuẩn bị kiến thức để tiết sau làm trên thí nghiệm thật.
- Ghi nhớ chuẩn bị cho tiết sau.
Tiết 2 (Tại phòng thực hành Vật lí ): Thực hành với bộ thí nghiệm thật
Hoạt động 1 (30 phút) : Tiến hành thí nghiệm trên bộ dụng cụ thật
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Chia nhóm học sinh, giao dụng cụ thí nghiệm cho các nhóm.
- Yêu cầu HS thực hiện đúng nội quy trong phòng thực hành.
- Chú ý học sinh về an toàn trong thí nghiệm.
- Hướng dẫn cách kiểm tra và điều chỉnh đèn chiếu sáng Đ sao cho chùm sáng phát ra từ đèn vừa kín mặt vật AB đặt trên giá quang học; hướng dẫn cách lắp đặt các thấu kính và màn ảnh M trên giá quang học: Vật AB, các thấu kính và màn phải đặt vuông góc với giá quang học sao cho ảnh của vật AB hiện ở phần chính giữa
- Nhận dụng cụ thí nghiệm theo nhóm, ký vào cam kết giữ gìn dụng cụ.
- Phân công nhiệm vụ cho các thành viên trong nhóm
- Lắp dụng cụ theo sơ đồ. - Kiểm tra dây nối điện, báo cáo giáo viên hướng dẫn để kiểm tra.
- Cắm điện, bật công tắc nguồn, điều chỉnh núm xoay điện áp nguồn ở 12V, điều chỉnh đèn, thấu kính, màn theo hướng dẫn của giáo viên.
82 của màn ảnh M
- Theo dõi học sinh làm thực hành, hỗ trợ nhóm nào chưa làm được.
- Thu và kiểm tra dụng cụ
- Tiến hành thí nghiệm, ghi chép số liệu.
- Hoàn thành thí ngiệm, thu dọn thiết bị.
Hoạt động 2 (10 phút) : Xữ lí kết quả, báo cáo thí nghiệm.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Hướng dẫn học sinh hoàn thành báo cáo.
- Tính toán, nhận xét … để hoàn thành báo cáo.
- Nộp báo cáo.
Hoạt động 3 (5 phút) : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Yêu cầu học sinh nhận xét kết quả thu được khi làm thí nghiệm thật so với thí nghiệm ảo.
- Ôn lại các chương của học kì 2 để chuẩn bị thi học kì: 4,5,6,7
- Tóm tắt các công thức của các chương này để có thể nhớ và làm được các bài tập
- Trả lời câu hỏi của giáo viên.
- Ghi những chuẩn bị về nhà
2.5. Kết luận chương 2
Xuất phát từ thực tiễn của việc phát triển và sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lí ở các nước phát triển trên thế giới và ở Việt Nam; đồng thời dựa vào những phân tích về những khó khăn gặp phải khi
83
nghiên cứu các hiện tượng, các quá trình Vật lí trong phòng thí nghiệm hay trong tự nhiên, cùng với khó khăn lớn nhất là giờ thực hành của học sinh cuối mỗi chương, để từ đó đưa ra ý tưởng thiết kế phần mềm thí nghiệm thực hành Vật lí ảo phù hợp với năng lực của giáo viên, phù hợp với điều kiện của trường THPT, phù hợp với trình độ học sinh để hỗ trợ cho bài thực hành thí nghiệm thật đạt mục tiêu nội dung đề ra, cũng như tăng sự tích cực hoạt động, chủ động trong thực hành của học sinh, giúp học sinh quen với việc nghiên cứu khoa học.
Để thiết kế được bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo theo mục đích đã đề ra, tôi đã nghiên cứu phần mềm ứng dụng Flash CS3 và một số phần mềm công cụ khác như Premiere Pro, Photoshop, uRex Video Converter Platinum... và đã thiết kế được bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo “Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì” nhằm hỗ trợ cho tiết dạy thực hành phần Quang
84 CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
3.1. Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm.
3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm.
Mục đích của thực nghiệm sư phạm là kiểm tra, đánh giá tính đúng đắn và tính khả thi của giả thuyết khoa học đã đưa ra. Thông qua thực nghiệm sư phạm, căn cứ vào quá trình thực nghiệm sư phạm và kết quả thực nghiệm sư phạm thu được, phân tích, xử lí, thống kê các số liệu thu được để làm rõ những vấn đề sau:
- Việc tổ chức thực hành thí nghiệm với sự hỗ trợ của các phần mềm xây dựng được, có nâng cao kĩ năng thí nghiệm trong dạy học vật lí ở phổ thông cho học sinh hay không?
- Các phần mềm xây dựng được có hỗ trợ hiệu quả cho việc triển khai các biện pháp phát triển kĩ năng thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông khi dạy học (dạy học trên lớp và tự học ở nhà) hay không?
Trên cơ sở phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm, rút ra kết luận về tính hiệu quả của việc triển khai những biện pháp rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh, tăng cường tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh khi học môn học thí nghiệm vật lí phổ thông.
3.1.2. Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm.
- Đối tượng thực nghiệm:
Thực nghiệm sư phạm được tiến hành với hai nhóm đối tượng là học sinh trường THPT Lý Tử Tấn, Hà Nội: Lớp thực nghiệm là lớp 11A1, lớp đối chứng 11A2. Lớp thực nghiệm và lớp đối chứng có trình độ như nhau, đây là hai lớp có chất lượng học sinh tốt hơn so với các lớp khác và cùng một giáo viên giảng dạy là tác giả luận văn.
85 - Nội dung thực nghiệm sư phạm:
+ Ở lớp thực nghiệm 11A1: Tổ chức cho học sinh thực hiện giờ học thực hành Vật lí với thí nghiệm thực hành Vật lí ảo hỗ trợ.
+ Ở lớp đối chứng 11A2: Tổ chức cho học sinh thực hiện bài thí nghiệm thực hành như ở lớp thực nghiệm nhưng theo hình thức truyền thống; tức là học sinh được phân thành từng nhóm nhỏ cùng với bộ thí nghiệm thật và tiến hành thí nghiệm thực hành theo các bước mà giáo viên đã giới thiệu và học sinh học theo SGK lớp 11 của Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành; trong quá trình tiến hành thí nghiệm, các học sinh có thể trao đổi với nhau, giáo viên theo sát hướng dẫn và giúp đỡ học sinh nếu học sinh gặp khó khăn khi làm hoặc có những thắc mắc cần giải đáp ngay.
3.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm.
3.2.1. Chuẩn bị thực nghiệm
- Chọn lớp thực nghiệm (TN) và lớp đối chứng (ĐC): Chọn 2 lớp có số