a. Mục tiêu chung
- Sử dụng thành thạo các dụng cụ đo cơ bản. (đồng hồ cần rung, đồng hồ hiện số MC 964, đồng hồ hiện số đa năng, lực kế) nhằm đo được các đại lượng vật lí, xác định (tính) được các đại lượng vật lí nhằm xây dựng các khái niệm vật lí, khảo sát hoặc kiểm chứng các qui luật vật lí ..v..v...
- Xác định được các đại lượng cần đo nhằm khảo sát hoặc kiểm chứng các đại lượng, định luật vật lí.
- Thiết kế thí nghiệm với các bộ thí nghiệm cho trước (bộ thí nghiệm với máng CT10 và đồng hồ đo thời gian hiện số MC964 và bộ thí nghiệm tổng hợp hai lực).
- Tiến hành thí nghiệm nhanh, chính xác, đảm bảo an toàn phòng thí nghiệm.
43
- Phân tích và xử lý số liệu đảm bảo tính khoa học (lập bảng số liệu, vẽ đồ thị, xử lý sai số, rút ra kết luận).
b. Mục tiêu chi tiết
Stt Nội dung/ Bài thực hành Mục tiêu 1 Bài 12. Thực hành xác định gia tốc rơi tự do a. Kiến thức
IA1. Mô tả được thông số kĩ thuật của các dụng cụ đo thời gian: đồng hồ cần rung, đồng hồ MC964, đồng hồ hiện số đa năng.
IA2. Trình bày được phương pháp, nguyên tắc đo các đại lượng vật lí quãng đường, thời gian.
IA3. Trình bày được các phương pháp xử lí số liệu, tính sai số trong các thí nghiệm vật lí ở phổ thông. IA4. Trình bày được các bước tiến hành thí nghiệm xác định gia tốc rơi tự do.
IA5. Giải thích được mối quan hệ của các đại lượng.
b. Kĩ năng
IB1. Sử dụng đồng hồ đo thời gian bằng cần rung, đồng hồ đo thời gian hiện số MC964 và đồng hồ đo thời gian đa năng để xác định thời gian của chuyển động thẳng.
IB2. Lắp ráp các dụng cụ thí nghiệm để đo quãng đường và thời gian.
44
được cách đo các đại lượng đó (với 3 bộ thí nghiệm).
IB4. Vẽ được sơ đồ thí nghiệm và bố trí thí nghiệm (với 3 bộ thí nghiệm).
IB5. Mô tả được các bước tiến hành thí nghiệm, cách lập bảng số liệu và xử lí số liệu.
IB6. Tiến hành thí nghiệm nhanh, thu được số liệu và xử lí số liệu chính xác.
2 Bài 25. Thực hành xác định hệ số ma sát
a. Kiến thức
IIA1. Giải thích được mối quan hệ giữa các thí nghiệm về chuyển động thẳng nhanh dần đều và định luật II Newton.
IIA2. Thiết kế phương án thí nghiệm xác định hệ số ma sát.
IIA3. Đánh giá kết quả thí nghiệm.
b. Kĩ năng
IIB1. Xác định được mục đích của thí nghiệm. IIB2. Xác định được các đại lượng cần đo và chỉ ra được cách đo các đại lượng đó
IIB3. Vẽ được sơ đồ thí nghiệm và bố trí thí nghiệm (với 3 bộ thí nghiệm).
IIB4. Mô tả được các bước tiến hành thí nghiệm, cách lập bảng số liệu và xử lí số liệu.
IIB5. Tiến hành thí nghiệm nhanh, thu được số liệu và xử lí số liệu chính xác.
45 3 Bài 30. Thực
hành tổng hợp hai lực
a. Kiến thức
IIIA1. Mô tả được thông số kĩ thuật của các dụng cụ lực kế, thước đo độ dài,..
IIIA2. Trình bày được phương pháp, nguyên tắc đo các đại lượng vật lí lực tổng hợp, độ dài.
IIIA3. Trình bày được các phương pháp xử lí số liệu, tính sai số trong các thí nghiệm vật lí ở phổ thông.
IIIA4. Trình bày được các bước tiến hành thí nghiệm xác định lực tổng hợp của hai lực đồng quy và hai lực song song cùng chiều.
IIIA5. Giải thích được mối quan hệ của các lực.
b. Kĩ năng
IIIB1. Sử dụng các lực kế và thước độ dài để xác định lực tổng hợp.
IIIB2. Lắp ráp các dụng cụ thí nghiệm để đo lực thành phần và lực tổng hợp.
IIIB3. Xác định được các đại lượng cần đo và chỉ ra được cách đo các đại lượng đó.
IIIB4. Vẽ được sơ đồ thí nghiệm và bố trí thí nghiệm.
IIIB5 Mô tả được các bước tiến hành thí nghiệm, cách lập bảng số liệu và xử lí số liệu.
46 và xử lí số liệu chính xác.
2.3. Xây dựng các phần mềm thí nghiệm hỗ trợ dạy học các bài thực hành thí nghiệm phần cơ học
2.3.1. Ý tưởng xây dựng phần mềm
Để phát huy tính tích cực, tự lực trong học tập, nghiên cứu, tiến hành thí nghiệm trong dạy học một cách sáng tạo, học sinh cần chuẩn bị chu đáo ở nhà trước khi tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, nghiên cứu các phương án tiến hành thí nghiệm đã có, phát hiện các ưu nhược điểm và cải tiến các phương án thí nghiệm đó hoặc xây dựng phương án thí nghiệm mới và lập kế hoạch tiến hành thí nghiệm.
Những công việc này sẽ rất khó khăn cho học sinh khi chỉ nghiên cứu trên giấy, với sự hỗ trợ của các phần mềm trên máy tính có thể hỗ trợ sinh viên những hoạt động sau:
- Kiểm tra một số hiểu biết về thí nghiệm cần thiết trước khi tiến hành thí nghiệm.
- Hỗ trợ nghiên cứu một số phương án thí nghiệm từ việc từ việc chọn dụng cụ thí nghiệm, thực hiện thí nghiệm, xử lí số liệu.
Nghiên cứu quy trình tiến hành thí nghiệm chúng tôi xây dựng cấu trúc chung của phần mềm như sau:
Module 1: Kiểm tra kiến thức, kĩ năng trước khi tiến hành thí nghiệm thật.
Bằng các câu hỏi trắc nghiệm hướng tới mục tiêu kĩ năng nhất định, thực hiện trên máy tính có hạn chế thời gian trả lời yêu cầu học sinh trả lời, nếu đúng thì mới cho tiếp tục thực hiện các nội dung khác.
47
Để học sinh tự xây dựng phương án thí nghiệm đòi hỏi học sinh tìm hiểu các phương án thí nghiệm đã có, đánh giá hiệu quả của các phương án đó, dự đoán những khó khăn khi tiến hành thí nghiệm từ đó. Thông thường để đánh giá được hiệu quả của một thí nghiệm nhất là trong dạy học thì cần tiến hành thí nghiệm và dạy học, tức là phải có sự trải nghiệm cần thiết. Thời gian trải nghiệm càng nhiều thì càng có nhiều thông tin cơ sở để đánh giá và cải tiến các phương án thí nghiệm đã biết.
Module này giúp học sinh nhanh chóng tiếp cận được với bộ thí nghiệm thật, bằng các video tương tác hoàn toàn giống thí nghiệm thật cả về hình ảnh, quy trình và thao tác tiến hành thí nghiệm xây dựng phần mềm bằng hình ảnh của bộ thí nghiệm thật và lập trình bằng phần mềm Flash, phần mềm có dung lượng nhỏ, dễ sử dụng giúp học sinh nhận diện được các dụng cụ đo, biết cách sử dụng chúng, hiểu về sơ đồ lắp ráp và quy trình tiến hành thí nghiệm.
Qua các module 1 và 2 học sinh đã có những hiểu biết nhất định về một số phương án thí nghiệm, với quan điểm hướng tới sự tích cực, tự lực của học sinh trong việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm, khi thực hành trong phòng thí nghiệm học sinh có thể đề xuất phương án thí nghiệm khác, cách tiến hành thí nghiệm theo cách riêng của mình.
2.3.2. Quy trình xây dựng phần mềm
Nghiên cứu việc xây dựng phần mềm bằng Flash MX, chúng tôi thiết lập quy trình xây dựng phần mềm như sau :
1. Tiến hành thí nghiệm thật và quay video. Quá trình này đòi hỏi bố trí thí nghiệm sao cho có thể quan sát dữ liệu trên cảnh quay rõ nét nhất. Chỉ quay thí nghiệm, không nên để người tiến hành thí nghiệm xuất hiện trên cảnh quay.
2. Số hóa các đoạn video vào máy tính. Trong quá trình này có thể sử dụng máy quay kĩ thuật số để thu được các file video dạng số. Nếu không sẽ
48
phải dùng các thiết bị Capture video vào máy tính như Pinical DV 500, Mactrox GT400… chú ý hệ video là PAL hay NTSC để biết số khung hình trong 1 giây.
3. Sử dụng phần mềm Flash lập trình tương tác với các đối tượng để chuyển đến các khung hình cần thiết.
4. Lập trình các module nhập dữ liệu, tính toán, vẽ đồ thị, in báo cáo kết quả thực hiện trên phần mềm.
5. Chạy thử, chỉnh sửa và đóng gói phần mềm dưới dạng file .SWF.
2.3.3. Xây dựng phần mềm hỗ trợ dạy học các bài thực hành thí nghiệm phần cơ học. phần cơ học.
2.3.3.1. Xây dựng phần mềm hỗ trợ thực hành thí nghiệm xác định gia tốc rơi tự do
Để sử dụng được thí nghiệm vào dạy học bài học cụ thể, học sinh cần hiểu biết về kiến thức vật lí phổ thông trong bài học đó, đặc biệt có những thí nghiệm có thể sử dụng trong nhiều bài hoặc có thí nghiệm có thể dùng các bộ dụng cụ khác nhau, như vậy học sinh cần nghiên cứu tài liệu giáo khoa vật lí 10, tìm hiểu các bài liên quan đến chuyển động đều như bài vận tốc trong chuyển động thẳng đều, định luật I Newton, xác định mục đích tiến hành thí nghiệm, xây dựng phương án thí nghiệm, tiến hành thử, đặc biệt là kiểm tra xem phương án đó có phù hợp với kế hoạch dạy học không.
Module 1 : Kiểm tra
Phần này bao gồm các câu hỏi về các phương án thí nghiệm. Mục tiêu của phần này là, sau khi thực hiện xong, học sinh sẽ:
- Lựa chọn được bộ dụng cụ thí nghiệm phù hợp với mục đích thí nghiệm đề ra .
49
Bằng cách sử dụng câu hỏi trắc nghiệm nhiều lựa chọn và câu hỏi dạng kéo-thả, học sinh chọn dụng cụ thí nghiệm phù hợp và bố trí thí nghiệm hợp lí thì cho tiếp tục tiến hành thí nghiệm.
Sử dụng các chức năng xây dựng câu hỏi trắc nghiệm của phần mềm Flash MX để xây dựng các câu hỏi trắc nghiệm trên máy tính.(hình 2.8)
Hình 2.8. Phần mềm kiểm tra kĩ năng
lựa chọn dụng cụ thí nghiệm và bố trí dụng cụ thí nghiệm.
Module 2 : Thực hành thí nghiệm
Với thí nghiệm rơi tự do, bằng thực hiện thí nghiệm thật và quay video trong các trường hợp cổng quang ở các vị trí khác nhau. Lập trình trên máy tính có thể cho phép người sử dụng tương tác với các đối tượng hình ảnh trên màn hình như thao tác thực hiện thí nghiệm thật.
50
Hình 2.9. Khi nhấn công tắc nam châm điện, vật bắt đầu rơi và thời gian vật qua cổng quang hiển thị trên đồng hồ
Thao tác với phần mềm cụ thể như sau: di chuyển cổng quang, nhấn công tắc nam châm điệm, điều khiển đồng hồ như sử dụng thí nghiệm thật. Dữ liệu hiển thị trên đồng hồ ghi nhận từ thí nghiệm thật vì vậy nó được dùng như thông tin tham khảo cho quá trình thực hiện trên thí nghiệm thật, tức là nếu thực hiện thí nghiệm thật với các điều kiện về khoảng cách cổng quang, kích thước vật nặng và đặt chế độ đồng hồ như thí nghiệm tương tác trên màn hình thì kết quả là như nhau. (Hình 2.9,2.10)
51
Hình 2.10. Khi nhấn cổng quang cho phép dịch chuyển cổng quang ở các vị trí khác nhau.
2.3.3.2. Xây dựng phần mềm hỗ trợ thực hành thí nghiệm xác định hệ số ma sát.
Tương tự như đối với thí nghiệm xác định gia tốc rơi tự do. Với bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng với máng CT10-2 và đồng hồ đo thời gian hiện số MC964. Module 2 cũng gồm các phần chọn dụng cụ thí nghiệm (hình 2.11) và bố trí, lắp ráp các dụng cụ thí nghiệm (hình 2.12).
Với bộ thí nghiệm này chúng tôi bố trí thí nghiệm sử dụng 2 cổng quang nối với ổ cắm A, B của đồng hồ MC964, nam châm điện nối với cổng C. Tiến hành thí nghiệm với 2 phương án đặt chế độ đồng hồ A+B và A<->B (có thể nhấn nút chức năng trên đồng hồ để chuyển chế độ đo).
52
Hình 2.11. Phần mềm kiểm tra kiến thức về dụng cụ thí nghiệm
Hình 2.12. Phần mềm thí nghiệm kiểm tra kĩ năng bố trí và lắp ráp dụng cụ TN
Tiến hành thí nghiệm với các trường hợp: giữ nguyên cổng quang A và dịch chuyển cổng quang B cách cổng quang A các khoảng 30 cm, 35 cm và 40 cm (Nhấn vào cổng quang để dịch chuyển), như vậy với mỗi phương án sẽ
53
thu được 4 giá trị thời gian. Như vậy học sinh phải chọn chế độ đo, nhấn nút nam châm điện để viên bi chuyển động, đọc giá trị thời gian trên đồng hồ và điền vào bảng số liệu, đặc biệt học sinh cần nhận rõ chế độ đồng hồ để biết cách tính thời gian vật đi qua các cổng quang. (hình 2.13)
Hình 2.13. Thí nghiệm xác định hệ số ma sát bằng bộ thí nghiệm với máng CT10 và đồng hồ MC964.
2.3.3.3. Xây dựng phần mềm hỗ trợ thực hành thí nghiệm tổng hợp hai lực
54
Hình 2.14. Phần mềm thí nghiệm kiểm tra, tìm hiểu về các dụng cụ thí nghiệm
Tương tự như đối với thí nghiệm xác định gia tốc rơi tự do. Với bộ thí nghiệm tổng hợp hai lực. Module 1 cũng gồm các phần chọn dụng cụ thí nghiệm (hình 2.14) và bố trí, lắp ráp các dụng cụ thí nghiệm.
Với bộ thí nghiệm này chúng tôi bố trí thí nghiệm, và thực hiện tương tự với hai phần mềm trên.
2.4. Thiết kế tiến trình dạy học thí nghiệm phần Cơ học
Trong quá trình tổ chức các hoạt động trong tiết học, chúng tôi luôn định hướng và đưa ra 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.
Quy trình dạy học ở lớp thực nghiệm được tiến hành như sau:
+ 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 lý ở trường phổ thông và kiến thức sử dụng các thiết bị thí
55
nghiệm, từ đó vận dụng vào việc thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm.
Sơ đồ Kết hợp thí nghiệm ảo và thí nghiệm thật trong thực hành thí nghiệm vật lí phổ thông
Phòng thí nghiệm Thực 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. Phân tích dữ liệu mô phỏng.
Lập kế hoạch tiến hành thí nghiệm
Tổng hợp kết quả. Trao đổi thảo luận.
56
+ 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 lý 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.
Học sinh sử dụng các phần mềm thí nghiệm để củng cố kiến thức vật lý 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 lý 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.
Kết quả thực hiện các nhiệm vụ trên thể hiện ở báo cáo của học sinh, đó là:
- 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 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