Qua quan sát các giờ dạy và kết quả điều tra cho thấy, việc quan sát và tiến hành thí nghiệm trên những phần mềm thí nghiệm ảo chưa được học sinh chú trọng, ngoài ra những kĩ năng tư duy như phát hiện vấn đề, đề xuất giả thuyết thường được quan tâm nhiều hơn. Trong khi những kĩ năng cũng rất cần thiết như là xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm; phân tích, xử lý và rút ra các quy luật, định luật chiếm tỉ lệ thấp hơn so với các kĩ năng khác.
Để tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến thực trạng trên, chúng tơi tìm hiểu cơ sở vật chất phục vụ môn học vật lý, cụ thể là phịng thí nghiệm và trao đổi với giáo viên bộ môn. Kết quả như sau:
Tài liệu học tập của học sinh chủ yếu là SGK phổ thông và tài liệu hướng dẫn thực hành do giáo viên biên soạn. Một số phần mềm, bài giảng điện tử đã được giáo viên sử dụng.
Các phịng học được xây dựng một cách khoa học, thống, mát và rộng, tạo điều kiện tối đa cho người học.
Có các phịng học chun dụng như phịng học đa năng, phịng thí nghiệm Vật lý, hóa học, sinh học.v.v. với các trang thiết bị khá đầy đủ, phong phú. Có giáo viên chun trách phịng thí nghiệm. Nhưng có một số dụng cụ đã cũ và hỏng, gây ra một số hạn chế khi tiến hành thí nghiệm.
Đội ngũ giáo viên giảng dạy có nhiều kinh nghiệm, được tuyển kĩ càng, có nhiều giáo viên là thủ khoa tốt nghiệp của các trường đại học trên tồn quốc (hiện có một giáo viên vật lý đang giảng dạy ở trường là thủ khoa tốt nghiệp của trường Đại học Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà Nội).
Giáo viên và học sinh đã chuẩn bị thí nghiệm rất cẩn thận nhưng khi tiến hành thí nghiệm học sinh làm khơng kịp dẫn đến lúng túng, không đủ thời gian để rèn luyện kĩ năng thí nghiệm và học sinh sẽ bắt chước theo thao tác của giáo viên.
Phương pháp dạy và học đã có nhiều thay đổi theo chiều hướng tích cực khiến tiết học trở nên hứng thú, nhưng vẫn còn một số học sinh học theo lối thụ động và chưa tích cực. Một trong những nguyên nhân là do thi tốt nghiệp và thi đại học hiện nay, chủ yếu kiểm tra lý thuyết và bài tập nên học sinh chỉ quan
các phần mềm mô phỏng hoặc các thí nghiệm ảo
xxxi
tâm đến bài tập và lý thuyết, ít chú trọng đến thực hành.
1.6. Ứng dụng CNTT hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trƣờng phổ thơng
1.6.1. Ứng dụng CNTT hỗ trợ quá trình tự học, tự nghiên cứu ở nhà của học sinh (Hỗ trợ tìm kiếm và trao đổi thơng tin) học sinh (Hỗ trợ tìm kiếm và trao đổi thơng tin)
Ứng dụng cơng nghệ thơng tin theo hướng tăng tính tích cực tự lực, sáng tạo, tự học, tự nghiên cứu của học sinh nhằm rèn luyện kĩ năng thí nghiệm với các ứng dụng cụ thể như xây dựng các bài giảng điện tử , học sinh sử dụng bài giảng điện tử khai thác nguồn tài nguyên như tài liệu học tập dạng pdf , file Word, html, ppt...; phần mềm thí nghiệm ảo dưới dạng Java Applet , Swf..., các Video, âm thanh minh họa hiện tượng vật lí hoặc các bài giảng , giúp học sinh nghiên cứu sâu về phương pháp dạy học bộ môn .
Ngày nay, với sự phát triển của CNTT, nhiều phần mềm hỗ trợ đóng gói tư liệu như Reload editor, VNUCE, Adbole Presenter … Các phần mềm này cho phép đóng gói các tư liệu học tập thành các trang Web, có thể đưa ra các đĩa CD hoặc đóng gói theo chuẩn SCORM, cho phép chạy trên các Flatform như Moodle, Ilias, WebCT, Blackboard thuận lợi, dễ dàng mà khơng địi hỏi kiến thức, kĩ năng CNTT cao.
1.6.2. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm tƣơng tác trên màn hình 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)
Phim và băng video quay các thí nghiệm vật lí đã được sử dụng như các phương tiện trực quan nhằm giới thiệu về các thí nghiệm vật lí thực cũng kinh nghiệm trong tiến hành thí nghiệm. Những phương tiện này cũng đem lại hiệu quả cho giáo viên, học sinh khi dạy và học, nhưng việc điều khiển là rất hạn chế bởi quá trình chạy và dừng chúng. Khi đã chạy đoạn phim hoặc video thì mọi thông tin đều thực hiện theo kịch bản của đoạn phim. Khả năng quan trọng nhất của người giáo viên có kinh nghiệm là chọn các đoạn phim cần thiết, thực tế
việc lựa chọn này chiếm rất nhiều thời gian trong khi nhu cầu của giáo viên và học sinh là những nội dung cần thiết phải được đưa ra ngay lập tức khi nhấn nút điều khiển, điều này thì những phim, video thơng thường không thực hiện được.
Trong các phương tiện truyền thống, thí nghiệm vật lí thực được giới thiệu như các video kĩ thuật số, các đoạn video được số hóa và chạy trên máy vi tính giúp điều khiển các đoạn video dễ dàng hơn, tuy nhiên khi các đoạn video chạy thì các thông tin đưa ra được điều khiển bởi thiết bị chứ không phải từ người học hay người dạy.
Thí nghiệm tương tác trên màn hình là kiểu phương tiện mới nhằm giới thiệu các thí nghiệm thực mà trong đó mỗi người sử dụng đều có thể điều khiển theo cách riêng của học sinh, nó khuyến khích học sinh khơng chỉ học kiến thức nội dung và còn cả kiến thức về quy trình. Phương tiện mới này tạo ra tiềm năng to lớn trong việc hỗ trợ học sinh học tập vật lí với các thí nghiệm.
Thí nghiệm tương tác trên màn hình hay cịn được gọi là video tương tác được xây dựng bằng cách quay các thí nghiệm thực, số hóa và đưa vào máy tính. Bằng các ngơn ngữ lập trình, cho phép hiển thị một khung hình mong muốn nào đó dựa vào tương tác của người sử dụng với các đối tượng, hình ảnh (thiết bị thí nghiệm) trên màn hình. Người sử dụng cũng có thể duyệt qua từng khung hình hoặc chạy lại với thời gian thực.
xxxiii
Hình 1.1. Khi nhấn cơng tắc nam châm điện, vật bắt đầu rơi và thời gian vật qua cổng quang hiển thị trên đồng hồ
Ví dụ: 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.
Thao tác với phần mềm cụ thể như sau: di chuyển cổng quang, nhấn công tác 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 thơng tin tham khảo cho q 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 1.1,1.2)
Hình 1.2. Khi nhấn cổng quang cho phép dịch chuyển cổng quang ở các vị trí khác nhau
1.6.3. Xây dựng phần mềm hỗ trợ quá trình kiếm tra, đánh giá
Để đánh giá hiệu quả kĩ năng thí nghiệm của học sinh cần kết hợp đánh giá xác thực với đánh giá truyền thống, đánh giá thường xuyên và đánh giá định kì, giáo viên đánh giá và học sinh tự đánh giá. Với những yêu cầu này, số lượng công việc trở lên rất nhiều, tạo sức ép rất lớn đối với cả giảng viên và học sinh.
Để đảm bảo học sinh đã có chuẩn bị kĩ lưỡng, với lượng thời gian ít ỏi đầu giờ, giáo viên khó lịng kiểm tra tất cả học sinh có đủ kiến thức và kĩ năng cần thiết để tiến hành thí nghiệm hay khơng, đồng thời giáo viên khó lịng kiểm tra được q trình chuẩn bị của học sinh thực hiện như thế nào.
xxxv
Bằng các phần mềm trắc nghiệm khách quan hoặc phiếu trắc dựa trên các tình huống có tác dụng kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh vừa có tác dụng định hướng quá trình nghiên cứu của học sinh. Kết quả kiểm tra trên phần mềm cần thiết được ghi lại để học sinh đưa vào báo cáo chuẩn bị.
Hình 1.3. Sử dụng cơng cụ kéo - thả trong Flash xây dựng câu hỏi trắc nghiệm kiểm tra kĩ năng bố trí dụng cụ thí nghiệm.
Ví dụ: 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 1.3)
1.7. Kết luận chƣơng 1
Trên đây, chúng tơi đã trình bày cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài luận án. Những vấn đề đã trình bày có thể tóm tắt thành những luận điểm sau:
- Thí nghiệm đóng vai trị quan trọng trong dạy học Vật lí, các nhà giáo dục đã khẳng định lợi ích to lớn của các hoạt động trong phịng thí nghiệm đối với học tập vật lí.
- Việc tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm vật lí theo kiểu “tái tạo” hạn chế tính sáng tạo, tự học, tự nghiên cứu của học sinh. Ngày nay, kiểu thực
hành thí nghiệm “tìm tịi” đã và đang được nghiên cứu triển khai phổ biến, mơ hình phịng thí nghiệm này có thể làm tăng hiệu quả quá trình dạy học vật lí theo hướng tăng cường tính tích cực, tự lực, sáng tạo.
- Việc rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí cho học sinh trong dạy học vật lí cịn hạn chế.
- Việc xác định kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí cần phát triển cho học sinh sư phạm còn thiếu hệ thống, chưa xây dựng được quy trình rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học cho học sinh.
- Dựa trên lí luận dạy học nói chung, lí luận dạy học vật lí ở trường phổ thơng và các chuẩn nghề nghiệp cho giáo viên THPT, chúng tơi hệ thống hóa kĩ năng thí nghiệm cần hình thành ở học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thơng.
- Phân tích vị trí, vai trị, thực trạng việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở các trường phổ thơng, chúng tơi nhận thấy thí nghiệm có vai trị quan trọng trong dạy học vật lí ở trường phổ . Tuy nhiên việc tổ chức nội dung các bài thí nghiệm chưa có định hướng rèn luyện kĩ năng thí nghiệm; Việc kiểm tra đánh giá kĩ năng thí nghiệm cịn hạn chế.
- Cùng với sự phát triển của công nghệ thơng tin, máy vi tính và các phần mềm đã và đang được sử dụng trong dạy học vật lí nói chung và rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm đem đem lại nhiều lợi ích.
- Ứng dụng CNTT hỗ trợ thực hành thí nghiệm và rèn luyện kĩ năng sử dụng TN trong DH vật lí cho học sinh có vai trị: Cung cấp thơng tin; Hướng dẫn quy trình thực hiện thí nghiệm; Hỗ trợ kiểm tra - đánh giá; Xây dựng môi trường học tập mở, linh hoạt.
- Nghiên cứu ứng dụng CNTT, cụ thể là xây dựng và sử dụng các phần mềm đa phương tiện hỗ trợ dạy học, các chức năng sử dụng phần mềm và máy tính trong việc hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thơng gồm: Hỗ trợ tìm kiếm, trao đổi thông tin; 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 kiểm tra-đánh giá.
xxxvii
CHƢƠNG 2
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THƠNG TIN HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KĨ NĂNG THÍ NGHIỆM CHO HỌC SINH,
PHẦN CƠ HỌC – VẬT LÝ 10 2.1. Phân tích nội dung các bài thực hành thí nghiệm phần cơ học
2.1.1. Nội dung các bài thực hành thí nghiệm phần cơ học
Theo chương trình vật lí 10 - nâng cao, phần cơ học gồm ba bài thực hành thí nghiệm, cụ thể các bài như sau:
1) Bài 12. Thực hành xác định gia tốc rơi tự do.
Bài thực hành này được thực hiện cuối chương 1, khi đó học sinh đã được học về phương pháp khảo sát chuyển động thẳng, học sinh đã biết các bước tiến hành thí nghiệm nói chung (bài 3), biết cách xác định sai số trong bài học sai số trong thí nghiệm thực hành (bài 11). Như vậy, đây là bài thực hành thí nghiệm đầu tiên mà học sinh được tiến hành với thí nghiệm thật.
Mục đích của bài thí nghiệm này là đo gia tốc rơi tự do của một vật. Về cơ bản, rơi tự do là một chuyển động nhanh dần đều, muốn xác định gia tốc có thể đo quãng đường và thời gian chuyển động của vật dựa vào công thức s=v0t + 1/2gt2. Việc xác định vận tốc v0 là khó khăn nên có thể chọn v0=0, tức là cần đo thời gian rơi của vật từ lúc vật bắt đầu chuyển động. Một nguyên nhân có thể làm sai lệch kết quả trong q trình tiến hành thí nghiệm là khi vật rơi có sức cản có khơng khí, cần chọn vật rơi thích hợp để làm giảm ảnh hưởng của khơng khí đến kết quả đo.
Ví dụ: Thả một vật ( trụ thép, viên bi…) từ độ cao s trên mặt đất, vật sẽ rơi rất nhanh theo phương thẳng đứng (phương song song với dây dọi). Trong trường hợp này ảnh hưởng của khơng khí khơng đáng kể, vật chỉ chuyển động dưới tác dụng của trọng lực, nên có thể coi là vật rơi tự do. Khi một vật có vận tốc ban đầu bằng 0, chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc g, đo quãng đường đi được s sau khoảng thời gian t (tính từ lúc vật bắt đầu chuyển động) hoặc đo thời gian t khi vật chuyển động được quãng đường s, gia tốc được xác định bởi cơng thức: g=2s/t2.
Như vậy, trong thí nghiệm trên, để xác định gia tốc g ta có thể chọn s hoặc t là biến độc lập (có thể đặt trước giá trị) và đo đại lượng còn lại là biến phụ thuộc.
Với bài thực hành đo gia tốc rơi tự do trong sách giáo khoa vật lí 10 – nâng cao, phương án thí nghiệm trên được tiến hành với bộ thí nghiệm với máng CT10-1 và đồng hồ đo thời gian hiện số MC964 (hình 2.1), các dụng cụ thí nghiệm cụ thể như sau:
Hình 2.1. Ảnh chụp bộ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do
1. Đồng hồ đo thời gian hiện số MC964 (Hình 2.2).
Đồng hồ đo thời gian hiện số là loại dụng cụ đo thời gian chính xác cao (độ chia nhỏ nhất 0,001 - 0,01s). Nó có thể hoạt động như một đồng hồ bấm giây, được điều khiển bằng các cổng quang điện.
Hình 2.2. Ảnh chụp đồng hồ đo thời gian hiện số MC964
Hình 2.3. Nam châm điện và trụ thép
2. Hộp cơng tắc đóng ngắt điện một chiều cấp cho nam châm điện và bộ đếm thời gian. 3. Nam châm điện N (Hình 2.3).
4. Cổng quang điện E .
Cổng quang điện gồm một điôt D1 phát ra tia hồng ngoại, và một điôt D2 nhận tia hồng ngoại từ D1 chiếu sang. Dòng điện cung cấp cho D1 được lấy từ đồng hồ đo thời gian. Khi có vật chắn chùm tia hồng ngoại chiếu từ D1 sang D2, D2 sẽ phát ra tín hiệu truyền theo dây dẫn đi tới đồng hồ, điều khiển đồng hồ hoạt động tức thì, gần như khơng có qn tính.
xxxix
6. Quả dọi.
7. Giá đỡ thẳng đứng có vít điều chỉnh thăng bằng. 8. Hộp đựng cát khô.
9. Giấy kẻ ô li để vẽ đồ thị. Kẻ sẵn bảng ghi số liệu theo mẫu trong SGK.
Để tiến hành được thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do, học sinh cần có các kĩ năng sử dụng các dụng cụ thí nghiệm và lắp ráp các dụng cụ thí nghiệm như sau:
+ Sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số MC964, đây là dụng cụ thí nghiệm có độ chính xác cao và nhiều chức năng nên học sinh cần biết chọn đúng chân cắm và chọn đúng chế độ đo. Trên mặt đồng hồ có hai ổ cắm 5 chân, một nút ấn và một cái chuyển mạch. Ổ A có 5 chân, được nối với cổng quang