- Tìm hiểu thực trạng TBTN ở trƣờng THPT hiện nay có đáp ứng yêu cầu dạy học vật lí nhƣ nghiên cứu vật lí, phát huy cao độ tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS, trên cơ sở đó xác định các thiết bị cần đƣợc cải tiến hoàn thiện hoặc chế tạo mới.
- Các khó khăn của GV và HS khi dạy học các kiến thức phần sóng cơ, từ đó làm cơ sở xây dựng tiến trình dạy học theo hƣớng tích cực hoạt động nhận thức của HS.
2.4.2.3. Phương pháp điều tra khảo sát
Chúng tôi sử dụng phƣơng pháp điều tra sau: - Điều tra qua phiếu điều tra (xem phụ lục 01) - Trao đổi trực tiếp với GV, HS
- Dự giờ dạy lí thuyết và tìm hiểu sử dụng các TBTN của GV khi dạy học chƣơng “sóng cơ”
- Khảo sát các TBTN của phòng TN vật lí của nhà trƣờng.
Tìm hiểu thực tế dạy học kiến thức về sóng cơ và thực trạng TBTN ở các trƣờng THPT bao gồm:
- Tìm hiểu phƣơng pháp dạy học mà GV sử dụng, việc sử dụng các TBTN của GV theo hƣớng phát huy tính tích cực nhận thức của HS.
Chúng tôi đã tìm hiểu tình hình dạy học chƣơng sóng cơ tại các trƣờng THPT ở các tỉnh: Tỉnh Thái Nguyên: THPT Gang Thép Thái Nguyên, THPT Khánh Hòa; THPT Đại Từ; THPT Chuyên Thái Nguyên; Tỉnh Cao Bằng: THPT Dân tộc nội trú tỉnh Cao Bằng; Tỉnh Quảng Ninh: THPT Móng Cái; Tỉnh Tuyên Quang: THPT Kim Xuyên – Sơn Dƣơng; THPT Sơn Dƣơng. Thời gian thực hiện các điều tra: Vòng 1: Năm 2008; Vòng 2: Năm học 2011 – 2012.
2.4.2.4. Kết quả điều tra
- Về phương pháp dạy học của GV:
Với kết quả điều tra mới nhất, hầu hết GV đƣợc điều tra thƣờng xuyên sử dụng phƣơng pháp đàm thoại gợi mở cho HS tham gia xây dựng bài từng phần, kết hợp thuyết trình (25/27 GV chiếm 93% số đƣợc hỏi).
Mức độ sử dụng Phƣơng pháp/kĩ thuật dạy học
Thƣờng xuyên sử dụng Ít khi sử dụng Chƣa sử dụng bao giờ Thông báo, diễn giảng phần nghiên cứu tài
liệu mới
48% 48% 4%
Đàm thoại, gợi mở để HS tham gia xây dựng bài từng phần
93% 7% 0
Qua dự giờ, trao đổi với GV các trƣờng đƣợc khảo sát, chúng tôi nhận thấy việc thực hiện dạy học theo định hƣớng phát huy tính tích cực nhận thức của HS chƣa đƣợc chú trọng đúng mức, thể hiện ở cách trình bày của GV. Trong nghiên cứu thực tế phổ thông, việc vận dụng dạy học PH&GQVĐ chƣa đƣợc thể hiện một cách rõ ràng, mới chỉ dừng lại ở các khâu đặt vấn đề và một phần ở cách giải quyết vấn đề mà chƣa đƣợc vận dụng nhuần nhuyễn ở GV trong các giờ dạy quan trọng. Hầu hết GV đều cố gắng sử dụng thuyết trình, đàm thoại sao cho cung cấp cho HS nội dung bài dạy trong SGK (Các phần in đậm, in nghiêng). Các câu hỏi mà GV đặt ra thƣờng chỉ ở mức độ kiểm tra khả năng tái hiện của HS, ít câu hỏi ở mức độ đánh giá, sáng tạo, nội dung trả lời thƣờng có sẵn trong SGK, vì vậy không đem lại hứng thú học tập cho HS.
GV cũng ít gắn các hiện tƣợng thực tế đã đƣợc HS trải nghiệm để vận dụng trong liên kết các đơn vị kiến thức của bài dạy.
Đối với việc nắm vững kiến thức và vận dụng kiến thức, còn khá nhiều HS chƣa nắm vững bản chất hiện tƣợng sóng và giao thoa sóng. Việc liên kết giữa lí thuyết giao thoa và hình ảnh quan sát đƣợc hiện tƣợng giao thoa mà TN mang lại có nhiều hệ quả HS không tự giải thích đƣợc nhƣ: HS không thừa nhận trong thực tế các phần tử nƣớc thuộc vân cực đại đang dao động (Vì các em quan sát thấy chúng luôn nằm trên gợn lồi, là chỗ lồi nhất trên mặt nƣớc khi có giao thoa). Còn nhiều HS sau khi học xong bài hiệu ứng Đốpple vẫn cho rằng khi nguồn âm ở xa, nghe nhỏ, khi lại gần, âm nghe to hơn và cảm giác đó về âm là hiệu ứng Đốpple. Kiến thức về đặc trƣng sinh lí liên hệ đặc trƣng vật lí còn khá nhiều HS nhầm lẫn (cho rằng mức cƣờng độ âm là đặc trƣng sinh lí của âm, nhầm lẫn độ cao, độ to).
- Về thực trạng sử dụng TN trong dạy học phần sóng: Mức độ sử dụng Sử dụng TN Thƣờng xuyên sử dụng Ít khi sử dụng Chƣa sử dụng bao giờ
Sử dụng TN biểu diễn của GV 63% 37% 0
Cho HS làm TN đồng loạt tại lớp 11% 70% 19%
Hƣớng dẫn HS làm một số TN ở nhà 0 96% 4%
Nhƣ vậy hầu hết GV đều ý thức đƣợc vai trò quan trọng của TN vật lí trong dạy học và thực tế triển khai thƣờng sử dụng TN biểu diễn, chƣa thực hiện đầy đủ các loại TN khác.
Dự giờ và trao đổi với các GV cho thấy GV thƣờng sử dụng các TN với vai trò minh họa trực quan cho các kết luận đã có từ suy luận lí thuyết, trong thời gian ngắn, GV không đi sâu khai thác các khả năng mà các bộ TN mang lại: Với TN giao thoa sóng nƣớc, GV chỉ cho HS xem hình ảnh giao thoa với các vân giao thoa có dạng hypebol trong 1-2 phút, sau đó không sử dụng TN đó trong dạy học các phần tiếp theo. Với TN sóng dừng, GV cũng chỉ tiến hành minh họa cho HS thấy các nút, bụng trên dây mà không chú ý khảo sát các đặc tính khác của sóng dừng nhƣ sự thay đổi số nút bụng theo tần số, chiều dài, lực căng dây rung khi có sóng dừng. Nguyên nhân chính: Bản thân phƣơng án thiết kế các TN chƣa giúp GV và
HS khai thác kết quả trong khoảng thời gian ngắn, chỉ ra các dấu hiệu bản chất của hiện tƣợng. Cách tiến hành TN cần có thời gian.
Trang thiết bị hiện có:
Tên TN Hiện
có %
TN giao thoa sóng trên mặt nƣớc 27 10
0%
TN xác định bƣớc sóng và tần số của âm 26 96
%
TN sóng dừng trên sợi dây đàn hồi 25 93
%
Máy vi tính (Personal Computer) 25 93
%
Máy phát âm tần (biết đƣợc tần số phát ra) 23 85
%
Đầu máy Video hoặc VCD 22 81
%
TN về sóng ngang, sóng dọc 18 67
%
Dao động kí điện tử 16 59
%
Thiết bị phát âm theo SGK nâng cao, bài Hiệu ứng Đốpple 7 26 %
Kênh sóng nƣớc 4 15
% Kết quả trên cho thấy GV ở các trƣờng đã biết các TBTN đƣợc Sở, Bộ Giáo dục và Đào tạo trang bị và đang đƣợc sử dụng, các TBTN phục vụ dạy học sóng cơ đã đƣợc trang bị hầu hết tại các trƣờng. Một số trƣờng còn có các thiết bị không có
trong danh mục tối thiểu nhƣ kênh sóng nƣớc. Các phƣơng tiện kĩ thuật số nhƣ máy vi tính, máy phát âm tần… hầu hết tại các trƣờng đều đã có, đây chính là cơ sở cho việc sử dụng phối hợp các PTDH truyền thống và hiện đại đƣợc thực hiện.
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2
Việc trang bị cho HS một nền tảng kiến thức vững chắc cùng với kĩ năng cần có nhằm phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo là mục tiêu của dạy học tại nhà trƣờng phổ thông hiện nay.
Dạy học PH&GQVĐ với các ƣu điểm nổi trội của nó đƣợc vận dụng trong dạy học vật lí với tƣ tƣởng dạy học phỏng theo con đƣờng NCVL sẽ tạo điều kiện tốt cho sự phát triển năng lực sáng tạo, phát huy tính tích cực của HS trong dạy học. Với các kiến thức về sóng cơ, việc dạy học còn gặp nhiều khó khăn, với nguyên nhân cơ bản là còn thiếu TBTN, đặc biệt là các TBTN đáp ứng đƣợc các yêu cầu dạy học PH&GQVĐ với tƣ tƣởng dạy học phỏng theo con đƣờng NCVL và chƣa có những định hƣớng sử dụng TBTN trong dạy học theo hƣớng đổi mới. Các biện pháp sử dụng thí nghiệm do chúng tôi đề xuất trong dạy học chƣơng Sóng cơ đáp ứng yêu cầu việc tổ chức dạy học theo con đƣờng NCVL, trong đó tránh áp đặt, tăng cƣờng tính khoa học trong quá trình giải quyết vấn đề. Việc dạy học chƣơng “Sóng cơ” đang dừng ở những mục tiêu thấp so với việc áp dụng dạy học PH&GQVĐ với tƣ tƣởng dạy học phỏng theo con đƣờng NCVL.
Với kết quả nghiên cứu lí luận và thực tiễn nêu trên, chúng tôi nhận thấy, để phát huy tính tích cực và nâng cao năng lực sáng tạo của HS trong QTDH, cần giải quyết một số vấn đề cơ bản sau:
- Xây dựng lôgic tiến trình khoa học hình thành các kiến thức về Sóng cơ, phỏng theo con đƣờng NCVL áp dụng phƣơng pháp dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề để tạo điều kiện tổ chức quá trình học tập phát huy tính tích cực, sáng tạo của HS.
- Chế tạo, hoàn thiện TBTN để có thể tiến hành các TN theo yêu cầu của việc tổ chức quá trình dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đƣờng NCVL.
- Sử dụng các TN với các TBTN đã chế tạo trong tiến trình dạy học PH&GQVĐ với tƣ tƣởng dạy học phỏng theo con đƣờng NCVL sao cho kích thích đƣợc hứng thú, phát triển đƣợc tính tích cực, sáng tạo của HS.
57
Chƣơng 3
XÂY DỰNG, HOÀN THIỆN CÁC THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƢƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÍ 12 NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH
Trong chƣơng này chúng tôi trình bày các vấn đề: xây dựng hoàn thiện các TBTN và thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức về Sóng cơ - Vật lí 12 với việc sử dụng các TBTN đã xây dựng, nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo và góp phần nâng cao kết quả học tập của HS.
3.1. QUY TRÌNH XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ
3.1.1. Các yêu cầu chung đối với thiết bị thí nghiệm
Xuất phát từ việc tổ chức quá trình học vật lí nhƣ NCVL nhƣ đã phân tích ở trên, thì các TBTN đƣợc sử dụng trong dạy học cần đáp ứng các yêu cầu chung dƣới đây:
3.1.1.1. Yêu cầu về mặt khoa học và kĩ thuật
- TN phải cho kết quả rõ ràng về hiện tƣợng nghiên cứu. Nghiên cứu định lƣợng phải cho kết quả chính xác, phù hợp với sai số cho phép đối với TN ở trƣờng phổ thông.
- TBTN hoạt động ổn định, độ bền cao. Vật liệu chế tạo thiết bị dễ kiếm, dễ chế tạo. - Quy trình chế tạo TBTN phải chính xác, dễ dàng chế tạo hàng loạt với sản phẩm đồng đều, đƣợc áp dụng các thành tựu công nghệ mới.
- Cần có các biện pháp và giải pháp đảm bảo sự an toàn cho ngƣời sử dụng và cho TBTN khi sử dụng trong dạy học theo quy định.
3.1.1.2. Yêu cầu về mặt sư phạm
- TBTN phải có cấu tạo đơn giản nhất, gọn nhẹ, ít hỏng, thuận tiện trong sử dụng. Dễ sửa chữa, bảo quản, vận chuyển.
- Phạm vi sử dụng rộng, có tính liên thông trong các TN
- TN với TBTN cần thời gian ngắn trong lắp ráp, hiệu chỉnh, thực hiện lấy số liệu… - Có thể sử dụng để tiến hành các TN ở nhiều giai đoạn khác nhau của QTDH: làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức mới, củng cố (trong đó có TN thực hành), kiểm tra đánh giá.
thuyết khác độc lập với lí thuyết trên
- Tạo điều kiện cho các hoạt động sáng tạo của HS, nhất là đáp ứng yêu cầu của các phƣơng án TN khác nhau do HS đề xuất trong giai đoạn giải quyết vấn đề.
- Phù hợp với tâm sinh lí HS THPT
3.1.1.3. Yêu cầu về kinh tế
- TBTN chế tạo với giá thành không cao, vật liệu chế tạo dễ tìm, giá rẻ, công nghệ chế tạo không quá phức tạp.
- TBTN có thể cho phép tiến hành nhiều TN.
3.1.1.4. Yêu cầu về thẩm mĩ
TBTN đƣợc thiết kế đẹp, kích thƣớc hài hòa, màu sắc hợp lí, nổi bật bộ phận cần quan sát.
3.1.1.5. Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm biểu diễn và thực tập
TBTN cần đƣợc chế tạo thành bộ, bộ phận quan trọng nhất có thể sử dụng với nhiều phép đo với cùng mục đích TN hoặc thực hiện nhiều TN khác nhau trong cùng một thời gian. Cùng một bộ TBTN có thể cho phép tiến hành nhiều TN trong cùng phạm vi một chƣơng hoặc các phần chƣơng trình vật lí phổ thông. Ví dụ bộ TBTN giao thoa sóng cơ có các bộ phận cơ bản nhƣ khay nƣớc, giá gƣơng, màn hứng ảnh có thể dùng chung trong các TN phần sóng cơ, còn các bộ phận nguồn dao động, máy phát tần số kép có thể sử dụng với nhiều mục đích khác nhau trong dạy học các đơn vị kiến thức nhƣ: Quá trình truyền sóng, khảo sát sự thay đổi bƣớc sóng theo tần số, khảo sát đặc trƣng của hiện tƣợng giao thoa sóng cơ: Khảo sát sự dao động của từng phần tử trong vùng giao thoa, xác định bƣớc sóng, tốc độ truyền sóng. Máy phát tần số kép có thể sử dụng trong nghiên cứu ý nghĩa và ứng dụng của độ lệch pha giữa các đại lƣợng biến thiên điều hòa sau khi ghép nối với máy tính, có thể sử dụng làm nguồn cho đèn hoạt nghiệm…
TBTN cần đáp ứng đƣợc các yêu cầu đa dạng của HS với vai trò là ngƣời nghiên cứu, thực hiện đƣợc các phƣơng án TN với giá trị đo dải rộng mà vẫn hoạt động ổn định. Ví dụ máy phát tần số kép có thể điều chỉnh đƣợc độ lệch pha giữa hai nguồn với các giá trị bất kì từ 1 tới 360o, tần số thay đổi từ 1-200Hz, khoảng cách các nguồn sóng điều chỉnh định lƣợng để thay đổi số vân giao thoa trong miền giao thoa. Nguồn âm trong TBTN khảo sát hiện tƣợng Đốpple có thể thay đổi tần số khi khảo sát các trƣờng hợp khác nhau…
TBTN cần đƣợc chế tạo đơn giản, bằng vật liệu có độ bền cao để sử dụng tần suất lớn khi sử dụng với vai trò TBTN thực tập. Các TBTN sử dụng dòng điện xoay chiều cần có các bộ phận bảo vệ an toàn của thiết bị trƣớc các tình hƣớng quá áp, quá dòng (chập, quá tải…).
TBTN cần đáp ứng đƣợc yêu cầu cao nhất về an toàn cho ngƣời sử dụng. Ví dụ với bộ TBTN khảo sát hiện tƣợng Đốpple, xe chạy với tốc độ cao cần chạy trên giá có kích thƣớc không quá lớn, thiết kế chắc chắn, đai truyền gọn gàng.
TBTN cần có sự lắp ghép cần đƣợc chế tạo dễ dạng lắp ráp, dễ dạng thu thập số liệu. Với TBTN ghép nối máy tính cần đƣợc cài đặt phần mềm, ghép nối phần cứng nhanh chóng tiện lợi. Ví dụ phần ghép nối máy tính của TN khảo sát sóng cơ, khảo sát hiện tƣợng Đốpple đều đƣợc ghép nối qua cổng USB.
3.1.2. Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí
Trên cơ sở xác định các yêu cầu của việc xây dựng TBTN, quy trình tiến hành theo các giai đoạn sau:
- Xác định mục tiêu dạy học (HS cần đạt đƣợc kiến thức, kĩ năng và phát triển tƣ duy gì, nhƣ thế nào trong quá trình chiếm lĩnh kiến thức)
- Xác định lôgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức mô phỏng theo con đƣờng NCVL nhƣ đã trình bày ở trên
- Xác định nhu cầu cần có của thí nghiệm mới và các yêu cầu về khoa học, kĩ thuật, sƣ phạm, kinh tế và mĩ thuật của TBTN đáp ứng hỗ trợ tổ chức hoạt động nhận thức HS theo lôgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức và chức năng cần có của TN đó
- Thiết kế, chế tạo TBTN và thử nghiệm, kiểm tra trong thực nghiệm sƣ phạm. 3.2. XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN CÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRUYỀN THỐNG VÀ KĨ THUẬT SỐ NHẰM HỖ TRỢ DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƢƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÍ 12
3.2.1. Xây dựng và hoàn thiện thiết bị thí nghiệm giao thoa sóng nƣớc