Kết quả tìm hiểu

1.5.1 .Mục đích tìm hiểu

1.5.4. Kết quả tìm hiểu

Qua tìm hiểu chúng tơi thấy:

Trường THPT Hồng Hà - Hà Nội là một trường nằm ở trung tâm thành phố, có truyền thống dạy và học tốt nhiều năm liên tục, có thành tích cao trong các kì thi tốt nghiệp, có một cơ sở vật chất khá hoàn thiện cho việc giảng dạy cũng như học tập.

Thông qua các phiếu hỏi khảo sát ý kiến của 147 học sinh. Tổng hợp kết quả điều tra theo bảng 1.2.

Bảng 1.2. Thống kê phiếu khảo sát học sinh THPT Hồng Hà.

Mật độ Kĩ năng

Thƣờng xuyên

Thỉnh

thoảng Hiếm khi

Không bao giờ

Quan sát và phát hiện vấn đề 85% 15% 0% 0%

Đề xuất giả thiết. 70% 25% 5% 0%

Lập luận logic để suy ra hệ

quả 65% 16% 18% 1%

Xây dựng và thực hiện

phương án thí nghiệm. 50% 20% 24% 6%

Phân tích, xử lý và rút ra các

quy luật, định luật. 62% 28% 7% 3%

Quan sát các thí nghiệm

minh họa hỗ trợ bài học. 52% 24% 14% 10%

Tiến hành thí nghiệm có kết

Qua quan sát các giờ dạy và kết quả điều tra cho thấy, việc quan sát và tiến hành thí nghiệm hỗ trợ bài học cũng như các thí nghiệm có kết nối máy tính khơng được chú trọng sử dụng, 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 lí , 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 phòng học được xây dựng một cách khoa học, thoáng, mát và rộng, tạo điều kiện tối đa cho người học.

Có các phịng học chun dụng như phịng thí nghiệm Vật lí , hóa học, sinh học.v.v. được trang bị các thiết bị tương đối đầy đủ, 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, tâm huyết với nghề, ln tìm tịi phương pháp để cải thiện chất lượng dạy và học.

Giáo viên và học sinh đã chuẩn bị thí nghiệm rất cẩn thận nhưng khi tiến hành thí nghiệm học sinh làm không 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 tâm đến bài tập và lý thuyết, ít chú trọng đến thực hành.

1.6. 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 thí nghiệm đối với học tập Vật lí.

- Việc tổ chức hoạt động thí nghiệm vật lí trong giảng dạy Vật lí cịn hạn chế tính sáng tạo, linh hoạt. Chưa có nhiều thiết bị thí nghiệm biểu diễn để phục vụ các bài dạy trên lớp của giáo viên khiến việc giảng dạy trở nên khó khăn, học sinh khó tiếp thu bởi khơng được quan sát trực quan.

- 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 thông 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 thông 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.

CHƢƠNG 2

XÂY DỰNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC PHẦN DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ

DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ – VẬT LÍ 12

2.1. Phân tích nội dung các bài phần Dịng điện xoay chiều và Dao động điện từ - Vật lí 12.

2.1.1. Nội dung các bài phần Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ - Vật lí 12.

Theo chương trình Vật lí 12, phần Dịng điện xoay chiều và Dao động điện từ có các bài cụ thể sau:

1) Bài 21. Dao động điện từ.

Bài này là bài mở đầu của chương 4. Dao động và sóng điện từ, khi

đó học sinh đã được học về dao động cơ, học sinh đã biết về phương trình và dạng đồ thị của dao động cơ, cụ thể là dao động của con lắc đơn, từ đây có thể liên hệ và thấy được mối tương đồng với dao động điện từ.

Mục 1 của bài là Dao động điện từ trong mạch LC có thí nghiệm để chứng minh mạch LC là mạch dao động dựa trên dạng đồ thị hình sin trên dao động kí. Khi trong mạch kín LC có sự phóng nạp của tụ điện thì làm cho dịng điện qua cuộn cảm thay đổi hay dịng trong mạch thay đổi. Sự phóng nạp liên tục và theo chu kì phóng nạp của tụ điện làm cho dòng điện trong mạch tăng giảm theo chu kì. Kết quả tạo ra dao động điện từ.

Trong mục này có bố trí thí nghiệm gồm tụ điện C, cuộn cảm L, pin P và chuyển mạch K. Nối hai đầu của cuộn cảm L với lối vào dao động kí điện tử. Điều chỉnh dao động kí để có hình ảnh ổn định để thấy đồ thì dạng hình sin.

Mục 3 của bài là Dao động điện từ tắt dần. Dao động điện từ trong mạch dao động LC là dao động tắt dần do cuộn dây và các dây nối trong mạch bao giờ cũng có điện trở nên khi dịng điện chạy qua sẽ có sự tỏa nhiệt làm cho năng lượng điện từ trong mạch giảm dần theo thời gian, tương tự như sự mất mát năng lượng trong các hệ dao động cơ học do có lực ma sát của mơi trường. Biên độ của dịng điện trong mạch và điện áp trên tụ điện sẽ giảm dần theo thời gian đến khi bằng khơng.

Hình 2.2. Dạng đồ thị của biên độ dao động trong dao động điện từ tắt dần

Xét một mạch dao động LC có thêm điện trở R. Chọn bản tụ nối với điểm A để khảo sát điện tích của tụ điện và chiều dương của dịng điện theo chiều mũi tên như hình vẽ. Khi đó, ta có: i = - q’.

Mặt khác: uAB = q/C = i.R + Li’’  q/C = - Rq’ – Lq’’

 Lq’’ + Rq’ + q/C = 0

 q’’ + q’ + q/LC = 0

 Đặt ω02

Phương trình trên có dạng tốn học tương tự như phương trình của dao động cơ tắt dần dưới tác dụng của lực ma sát nhớt:

x’’ + 2β.x’ + ω02

.x= 0 với ω02

= k/m; β = b/2m. trong đó 2β được gọi là hệ số tắt dần. Nghiệm của phương trình vi phân trên có dạng:

Q = Q0.e-βtcos(ωt + φ) với ω = (ω02

– β2)1/2 = ( 1/LC – R2/4L2 )

Còn Q0 và φ là các hằng số được xác định bởi điện tích trên bản tụ và cường độ dòng điện trong mạch ở thời điểm ban đầu t = 0.

Tuy nhiên, bộ thí nghiệm này chưa được trang bị đầy đủ. Đồng thời đối với việc sử dụng Dao động kí địi hỏi kĩ năng sử dụng phức tạp, nhiều giáo viên cũng chưa sử dụng thành thạo nên việc tiến hành thí nghiệm biểu diễn cũng trở nên khó thực hiện. Vì vậy giáo viên khơng thể thực hiện thí nghiệm và chỉ có thể giới thiệu các thiết bị thí nghiệm cho học sinh biết thêm.

2) Bài 27.Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, cuộn cảm.

2.1) Đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện:

Hình 2.3. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện

a) Tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều được nghiên cứu định tính bằng TN mắc tụ nối tiếp với một đèn rồi sau đó mới chứng minh định lượng bằng giải tích. Nếu điều kiện cho phép có thể để HS tham gia làm TN để chứng tỏ hiện tượng dòng điện xoay chiều đi qua tụ điện. Việc lí giải hiện tượng dịng điện đi qua tụ điện là yêu cầu mở rộng nên được xếp ở cột phụ. Hai tác dụng cơ bản của tụ điện nắc đến trong bài này là có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều và làm cho dòng điện sớm pha π/2 so với điện áp.

Hình 2.4. Đồ thị biểu diễn sự biễn đổi của UC và IC giữa hai đầu bản tụ theo thơi gian.

b) Khác với SGK cũ, các biểu thức điện áp và cường độ tức thời trong chương V đều được viết dưới dạng côsin như đối với các dao động cơ. Riêng phần chứng minh điện áp giữa hai bản tụ trễ pha đối với dòng điện, ta dùng biểu thức dưới dạng sin : u = U0sinωt. Với biểu thức này của u, cường độ dịng điện có dạng i = I0cosωt. Do đó, trên giản đồ vectơ Inằm trên trục pha (thường vẽ nằm ngang) đúng với giá trị của I trên giản đồ của đoạn mạch chỉ có cuộn cảm và đoạn mạch RLC mắc nối tiếp học ở các tiết sau. Điều đó, nhằm tạo thuận lợi hơn cho HS khi vận dụng kiến thức của bài này vào bài sau.

2.2) Đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm

Hình 2.5. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm

a) Cần chú ý ở mục 1, ta dùng cuộn cảm có lõi sắt dịch chuyển được để chứng tỏ một cách định tính ảnh hưởng của độ tự cảm tới cường độ hiệu dụng của dòng điện trong mạch khi điện áp hiệu dụng của mạch không đổi. Trong TN này, khi mắc A và B với nguồn điện một chiều, ngay sau khi dóng hay ngắt khóa K, dịng điện trong cuộn cảm day chưa ổn định, dịng điện tự cảm có tác dụng qua đèn khi mở khóa K nhưng chỉ có tác dụng tăng hoặc giảm dịng điện khi đóng hay ngắt mạch. Lúc ổn định, cuộn cảm chỉ có tác dụng như một dây dẫn điện trở nhỏ. Trong TN này, ta quan sát độ sáng của bóng

đèn khi dòng điện đã ổn định. Đối với dịng điện xoay chiều, cuộn cảm có tác dụng cản trở dịng điện ngay khi mạch điện đã ổn định. Trong các mục tiếp theo ta dùng cuộn cảm có độ tự cảm khơng đổi.

b) Các cuộn dây trong thực tế đều có điện trở. Nếu ta đặt vào hai đầu cuộn dây có độ tự cảm L và có điện trở thuần R một điện áp xoay chiều u = U0cos(ωt + φ1) rồi đóng mạch lúc t = 0 thì trong mạch có dịng điện cường độ i xác định bởi phương trình: Ri u Ldi

dt

  (1). Do hiện tượng tự cảm nên dòng điện qua cuộn dây biến thên liên tục, lúc t = 0 cường độ dịng điện bằng 0.

Nghiệm của phương trình (1) thỏa mãn điều kiện t = 0, i = 0 là:

  0cos 1 1 R t L iI   t  I e trong đó   0 0 2 2 U I R L     1 0cos 1 I I   với tan L R   

Như vậy, sau thời điểm t = 0 có một q trình chuyển tiếp, trong đó dịng điện tổng hợp qua cuộn dây không biên thiên theo quy luận dạng sin. Tùy theo tỉ số R/L, thành phần 1 Rt

L

I e = I1 có giá trị khơng đổi theo thời gian. Trong thực tế khơng xảy ra điều đó. Như vậy, tuy mục này học về cuộn cảm có điện trở bằng khơng nhưng ta lại sử dụng kết quả thu được cho cuộn cảm có điện trở nhỏ. Chỉ cần cho HS hiểu cuộn cảm thuần là cuộn dây có điện trở nhỏ khơng đáng kể và dòng điện mà ta đề cập tới ở đây là dòng điện ở chế độ ổn định.

Hình 2.6. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của UL và IL giữa hai đầu cuộn cảm thuần theo thời gian

Như vậy trong bài này có hai thí nghiệm biểu diễn để học sinh để học sinh có thể quan sát và rút ra nhận xét. Tuy nhiên các bộ thí nghiệm này chưa được trang bị trong các trường học vì vậy khi dạy đến bài này cả giáo viên và học sinh rất khó trong việc dạy và học.

2.1.2. Xác định mục tiêu các bài học. Stt Bài học Mục tiêu 1 Bài 21. Dao động điện từ. a. Kiến thức

IA1. Biết được cấu tạo của mạch dao động LC và hiểu được khái niệm dao động điện từ.

IA2. Thiết lập được công thức về dao động điện từ riêng của mạch LC (các biểu thức phụ thuộc thời gian của điện tích, cường độ dịng điện, hiệu điện thế, năng lượng điện từ).

IA3. Hiểu được nguyên nhân làm tắt dần dao động điện từ và nguyên tắc duy trì dao động.

IA4. Hiểu được sự tương tự giữa dao động điện và dao động cơ. 2 Bài 27. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, cuộn cảm. a. Kiến thức

IIA1. Phát biểu được khái niệm dung kháng, cảm kháng. IIA2. Hiểu được các tác dụng của tụ điện và của cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều.

b. Kĩ năng

IIB1. Biết cách tính dung kháng, cảm kháng.

IIB2. Biết cách biểu diễn u và i bằng vectơ quay cho đoạn mạch chỉ có tụ điện và đoạn mạch chỉ có cuộn cảm.

2.2. Xây dựng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học phần Dịng điện xoay chiều và Dao động điện từ.

2.2.1. Ý tưởng xây dựng thí nghiệm

Phần Điện học là những nội dung quan trọng trong chương trình Vật lí Trung học cơ sở (lớp 7 và lớp 9) và của chương trình Vật lí phổ thơng (lớp 11 và lớp 12). Các bài thí nghiệm phần Điện học ở THPT cần các thiết bị thí nghiệm chuyên dụng như dao động kí, điện kế, vơn kế, ampe kế, các linh kiện điện tử. Đặc biệt là trong các thí nghiệm biểu diễn của giáo viên, địi hỏi phải có kích cỡ đủ lớn để học sinh có thể quan sát và tham gia thí nghiệm, vì vậy khi giáo viên chuẩn bị thí nghiệm để dạy học trên lớp mất rất nhiều thời gian do di chuyển các thí bị thí nghiệm và chuẩn bị thí nghiệm, nên khi dạy học giáo viên chỉ vẽ sơ đồ thí nghiệm trên bảng và mô tả chúng, thậm trí trong các thí nghiệm thực hành thì học sinh cũng gặp nhiều khó khăn vì mạch điện trên thí nghiệm khác biệt với sơ đồ đã học.

Mặc dù hiện nay các trường phổ thông đã được trang bị các thiết bị thí nghiệm để phục vụ đổi mới chương trình, sách giáo khoa phổ thơng, tuy nhiên