1.4.1. Đặc điểm của thắ nghiệm Vật lý
Thắ nghiệm vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tắch các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới.
Sau đây là một số đặc điểm của thắ nghiệm vật lý:
- Các điều kiện của thắ nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ
định sao cho thơng qua thắ nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. Mỗi thắ nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động.
- Các điều kiện của thắ nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên
cứu sự phụ thuộc gi a hai đại lượng,, trong khi các đại lượng khác được gi không đổi.
- Các điều kiện của thắ nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như
dự định nhờ sử dụng các thiết bị thắ nghiệm có độ chắnh xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tắch thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các nhiễu ( nghĩa là loại bỏ tối đa một số điều kiện để không làm xuất hiện các tắnh chất, các mối quan hệ không được quan tâm).
- Đặc điểm quan trọng nhất của thắ nghiệm là tắnh có thể quan sát được các
biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của các đại lượng khác. Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc.
- Có thể lặp lại được thắ nghiệm. Điều này có nghĩa là: với các thiết bị thắ nghiệm, các điều kiện thắ nghiệm như nhau thì khi bố trắ lại hệ thắ nghiệm, tiến hành lại thắ nghiệm, hiện tượng, quá trình vật lý phải diễn ra trong thắ nghiệm giống như ở các lần thắ nghiệm trước.
1.4.2. Vai trò của thắ nghiệm Vật Lý
- Thắ nghiệm được sử dụng trong các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy
học từ khâu đề xuất vấn đề nghiên cứu, giải quyết vấn đề, hình thành kiến thức, kĩ năng mới, củng cố kiến thức và kiểm tra đánh giá kiến thức kĩ năng, kĩ xảo của học sinh.
- Thắ nghiệm góp phần vào việc phát triển tồn diện học sinh. Thông qua
tiến hành thắ nghiệm, học sinh hiểu được bản chất của các hiện tượng, định luật, quá trình vật lý... khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của học sinh sẽ linh hoạt và hiệu quả hơn. Thắ nghiệm tạo môi trường và cơ hội để học sinh quan sát và đưa ra nh ng dự đốn, nh ng ý tưởng mới, nhờ đó hoạt động nhận thức của HS sẽ được tắch cực và tư duy của các em sẽ được phát triển.
- Thắ nghiệm là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật
tổng hợp cho học sinh. Thông qua việc tiến hành thắ nghiệm, học sinh có cơ hội trong việc rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành, góp phần thiết thực vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho Họ. Thắ nghiệm còn là điều kiện để Họ rèn luyện nh ng phẩm chất của người lao động mới, như: đức tắnh cẩn thận, kiên trì, trung thực...
- Thắ nghiệm là phương tiện kắch thắch hứng thú học tập, tắnh tò mò, ham
hiểu biết của học sinh, làm cho các em tắch cực và sáng tạo hơn trong quá trình nhận thức, khơi dậy ở các em sự nhu cầu khám phá nh ng điều mới, nh ng điều bắ ẩn và cao hơn là hình thành nên nh ng ý tưởng cho nh ng thắ nghiệm mới. Đó cũng chắnh là nh ng tác động cơ bản, giúp cho quá trình hoạt động nhận thức của họ được tắch cực hơn.
- Thắ nghiệm vật lý là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc độc lập hoặc tập thể qua đó góp phần bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh, phát huy vai trò cá nhân hoặc tắnh cộng đồng trách nhiệm trong công việc của các em.
- Thắ nghiệm vật lắ góp phần làm đơn giản hố các hiện tượng và q trình
vật lắ, tạo trực quan sinh động nhằm hỗ trợ cho tư duy trừu tượng, giúp cho học sinh tư duy trên nh ng đối tượng cụ thể, nh ng hiện tượng và quá trình đang diễn ra trước m t họ. Các hiện tượng trong tự nhiên xẩy ra vơ cùng phức tạp, có mối quan hệ đan xen với nhau, do đó khơng thể cùng một lúc phân biệt nh ng tắnh chất đặc trưng của từng hiện tượng riêng lẻ, cũng như không thể cùng một lúc phân biệt được ảnh hưởng của tắnh chất này lên tắnh chất khác. Thắ nghiệm vật lý góp phần làm nổi bật nh ng khắa cạnh cần nghiên cứu của từng hiện tượng và quá trình, giúp học sinh dễ quan sát, dễ theo dõi và dễ tiếp thu bài.
1.4.3. Các chức năng của thắ nghiệm trong dạy học Vật lý
- Trong hoạt động dạy học, thắ nghiệm là phương tiện của hoạt động nhận
thức của học sinh, giúp học sinh tìm kiếm và thu nhận kiến thức khoa học cần thiết. Thắ nghiệm được sử dụng như một công cụ phân tắch hiện thực khách quan, giúp học sinh thu nhận tri thức về đối tượng, trả lời được các câu hỏi về hiện tượng xảy ra của đối tượngẦ vắ dụ thắ nghiệm về sự khuếch tán của các chất lỏng qua màng bán thấm, đã giúp học sinh hiểu rõ bản chất hiện tượng thẩm thấu, thấy rõ sự phụ thuộc của hiện tượng này vào sự chênh lệch nồng độ chất hịa tan, từ đó tự hình thành khái niệm vật lý mới (Áp suất thẩm thấu)Ầ
- TN là phương tiện kiểm tra tắnh đúng đ n của nh ng tri thức, là Ộhịn đá
thử vàngỢ, nói cách khác, TNVL có chức năng kiểm tra tắnh đúng đ n của tri thức. TNVL góp phần tắch cực vào hoạt động nhận thức của HS, kiểm chứng sự đúng đ n trong suy luận và kiến thức mà họ thu nhận được.
- Thắ nghiệm được sử dụng với tư cách là phương tiện thử nghiệm cho việc vận dụng tri thức vào thực tiễn. Trong dạy học vật lý, thắ nghiệm khơng nh ng có vai trị rất lớn trong việc tắch cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, không nh ng chĩ ở góc độ cung cấp kiến thức, rèn luyện kỹ năng, thao tác, tác động đến giác quan..., mà còn giúp HS củng cố và vận dụng kiến thức một cách v ng ch c.
- Các kiến thức vật lý được giảng dạy trên lớp cần phải được kh c sâu trong
tiềm thức của học sinh, vì vậy, Họ phải thường xuyên củng cố và vận dụng kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, vấn đề này sẽ được thực hiện tốt nếu chúng ta biết vận dụng thắ nghiệm để giải quyết, từ đó xố bỏ dần lối học vẹt, lắ thuyết không g n với thực tế.
- Thắ nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức. Thắ nghiệm
làm xuất hiện vấn đề nghiên cứu, kiểm tra tắnh đúng đ n của các giả thuyết, giúp thu thập các thông tin về đối tượng gốc làm cơ sở cho việc xây dựng mơ hình, qua đó để có thể kiểm tra tắnh đúng đ n của mơ hình được xây dựng và chỉ ra giới hạn áp dụng của nóẦ
1.4.4. Các loại thắ nghiệm được sử dụng trong dạy học Vật lý.
Trong dạy học vật lắ làm thắ nghiệm là một hoạt động khá đặc trưng của bộ môn; Đối với các giờ lắ thuyết thì thắ nghiệm bao gồm hai loại là thắ nghiệm biểu diễn của thầy và thắ nghiệm đồng loại của trò. Chúng ta phân tắch đặc điểm và kĩ thuật tiến hành các loại thắ nghiệm trên
1.4.4.1. Thắ nghiệm biểu diễn của thầy
Ở loại thắ nghiệm này giáo viên sẽ tiến hành thắ nghiệm biểu diễn để khảo sát hoặc minh họa một hiện tượng, quá trình, định luật vật lắ nào đó. Để tiến hành một cách hiệu quả chúng ta lưu ý nh ng điểm sau:
Trƣớc khi làm thắ nghiệm:
- Giới thiệu mục đắch thắ nghiệm: đây là điều đầu tiên giáo viên cần làm
trước khi tiến hành thắ nghiệm; Học sinh phải biết thắ nghiệm này để làm gì từ đó tập trung vào nh ng chỗ cốt lõi, chủ yếu trong kết quả thắ nghiệm.
- Giới thiệu dụng cụ thắ nghiệm: nêu nh ng bộ phận và tác dụng của từng
bộ phận trong thắ nghiệm; Không cần quá đi sâu vào chi tiết kĩ thuật chỉ cần giới thiệu tên gọi, sơ lược cơ chế hoạt động và tác dụng của bộ phận.
- Hướng dẫn học sinh tập trung quan sát vào kết quả cốt lõi của thắ nghiệm,
tránh tập trung vào nh ng kết quả không chủ yếu (xa mục đắch)
Khi làm thắ nghiệm:
- Kết hợp vừa thuyết trình, phân tắch vừa tiến hành thắ nghiệm.
- Kết hợp vừa làm thắ nghiệm vừa đặt câu hỏi cho học sinh vắ dụ như đang
làm thắ nghiệm thì dừng lại, u cầu học sinh dự đốn điều s p xảy ra, yêu cầu học sinh suy nghĩ để lắ giải kết quả thắ nghiệmẦ
- Hướng dẫn học sinh phân tắch, xử lắ số liệu thu được từ thắ nghiệm.
- Chốt lại kết luận sau khi làm xong thắ nghiệm và xử lắ xong d liệu.
Về mặt kĩ thuật cần lƣu ý:Thắ nghiệm phải bố trắ cho cả lớp đều quan sát
được. Nếu dụng cụ quá nhỏ không thể quan sát cả lớp có thể gọi từng bàn lên quan sát lần lượt.
1.4.4.2. Thắ nghiệm thực tập của trò
Hoạt động này thường tiến hành khi nội dung của thắ nghiệm là đơn giản và có đủ dụng cụ cho các nhóm trong lớp tiến hành đồng loạt. Khi tổ chức cho học sinh làm thắ nghiệm đồng loạt tại lớp cần lưu tâm nh ng điểm sau:
Trƣớc khi làm thắ nghiệm: giáo viên cần chia nhóm, giới thiệu mục đắch
thắ nghiệm, dụng cụ thắ nghiệm, hướng dẫn học sinh quan sát kết quả cốt lõi của thắ nghiệm, nêu khoảng thời gian cho thắ nghiệm.
Trong khi làm thắ nghiệm: theo dõi hoạt động của các nhóm, hướng dẫn
nh ng nhóm chưa làm được thắ nghiệm, đặt câu hỏi cho các nhóm trong q trình làm thắ nghiệm.
Kết thúc thắ nghiệm: hướng dẫn học sinh xử lắ số liệu, rút ra kết luận,
1.5. Kết luận chƣơng 1
- Luận văn trình bày về quan điểm dạy học phát triển các hoạt động của
người học thông qua việc tổ chức các hoạt động học tập của HS theo kiểu dạy học giải quyết vấn đề với 5 giai đoạn cơ bản: làm nảy sinh vấn đề, phát biểu vấn đề, lựa chọn giải pháp, giải quyết vấn đề bằng thực nghiệm hoặc lắ thuyết, kết luận và vận dụng.
- Luận văn trình bày về việc phát triển tắnh tắch cực và năng lực sáng tạo
của HS. Đặc biệt là đề ra các biện pháp cụ thể nhằm phát huy tắnh tắch cực và phát triển năng lực sáng tạo.
- Luận văn đề cập đến vai trò, tác dụng của thắ nghiệm vật lắ trong dạy học
theo định hướng của dạy học giải quyết vấn đề theo hình thức hoạt động nhóm nhằm phát huy tắnh tắch cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh.
CHƢƠNG 2
XÂY DỰNG VÀ SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH SỬ DỤNG MỘT SỐ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ
MẶT NGOÀI CHẤT LỎNG VẬT LÝ 10 THPT 2.1. Xây dựng các thiết bị thắ nghiệm.
Từ việc xác định mức độ nội dung và logic trình bày của các phần kiến thức về mặt ngồi chất lỏng, ta có thể thấy khi dạy các phần kiến thức về mặt ngồi chất lỏng có thể tiến hành nh ng thắ nghiệm sau:
- Thắ nghiệm sự co về dạng cầu của khối chất lỏng ở trạng thái không trọng
lượng
- Các thắ nghiệm định tắnh về hiện tượng căng mặt ngoài
Kim khâu, dao cạo, kẹp ghim nổi trên mặt nước.
Sự co của màng xà phòng trong khung dây đồng có sợi chỉ
Hiện tượng chuyển động của màng xà phòng trong phễu.
- Các thắ nghiệm định lượng xác định lực căng mặt ngoài.
Xác định lực căng mặt ngoài bằng cách đo lực tác dụng lên thanh
trượt của màng xà phịng.
Xác định lực căng mặt ngồi bằng cách nâng khung dây đồng ra khỏi
mặt chất lỏng.
- Các thắ nghiệm về hiện tượng mao dẫn.
Sự dâng lên của nước trong các ống thủy tinh có đường kắnh khác
nhau khi nhúng vào nước.
Thắ nghiệm về hiện tượng mao dẫn ở khe dạng nêm.
- Việc chuẩn bị vật liệu, thiết kế thắ nghiệm phải dễ thực hiện.
- Có tác dụng đối với việc chiếm lĩnh kiến thức của học sinh.
- Thời gian thực hiện phải ng n.
Với mỗi phương án đã được lựa chọn, chúng tơi sẽ trình bày trong luận án theo cấu trúc sau:
- Tên thắ nghiệm.
- Mục đắch thắ nghiệm.
- Cơ sở lắ thuyết.
- Dụng cụ thắ nghiệm.
- Tiến hành thắ nghiệm.
- Các lưu ý về mặt kỹ thuật thắ nghiệm.
Sau đây chúng tơi xin trình bày cụ thể các thắ nghiệm nêu trên:
Cách pha dung dịch xà phòng.
Trước khi đi vào trình bày từng thắ nghiệm liên quan đến hiện tượng căng mặt ngồi chúng tơi thấy đa số các thắ nghiệm đều có sử dụng dung dịch xà phòng để tạo màng căng. Dưới đây chúng tơi xin trình bày cách pha dung dịch xà phịng.
Cụ thể như sau:
- Nguyên liệu: 5ml glycerin; 50ml nước rửa bát (sunlight); 400ml
nước sạch (có thể pha tăng theo tỉ lệ này)
- Pha chế: Hòa tan 50ml nước rửa bát với 400ml nước sạch, sau đó
cho thêm 5ml glycerin vào khuấy đều.
- Lưu ý: Dung dịch xà phòng sau khi hòa tan với glycerin phải được
đổ ra chai để gạn bỏ tồn bộ bọt xà phịng trên bề mặt dung dịch đi.
2.1.1. Thắ nghiệm sự co về dạng cầu của khối chất lỏng ở trạng thái không trọng lượng
a) Mục đắch thắ nghiệm
Minh họa hiện tượng một khối chất lỏng ở trạng thái không trọng lượng và nằm trong cùng một mơi trường sẽ co về dạng hình cầu.
b) Cơ sở lắ thuyết
Do mặt ngồi của khối chất lỏng ln bị căng ra và có xu hướng co về để diện tắch mặt ngồi đạt giá trị nhỏ nhất (ứng với giá trị thế năng đạt cực tiểu). Trong trường hợp khối lỏng, với cùng một thể tắch, mặt cầu có diện tắch nhỏ nhất.
c) Dụng cụ:
Một ắt dầu luyn, khoảng 250ml cồn 90O
(hay rượu 60O-70O); một ắt nước
lã; bình thủy tinh cạnh phẳng; ống nhỏ giọt.
Hình 2.1: Dụng cụ thắ nghiệm sự co về dạng cầu của khối chất lỏng ở trạng thái không trọng lượng
d) Tiến hành thắ nghiệm:
Đổ cồn vào bình thủy tinh cạnh phẳng và nhúng đầu ống nhỏ giọt đựng dầu luyn (dầu nhớt) ngập dưới mặt thoáng, cách mặt thoáng khoảng 2 đến 3 cm rồi bóp nhẹ cho một giọt luyn nhỏ tràn ra ngồi, giọt luyn này sẽ chìm xuống dưới. Dùng nước cất đổ chậm theo cạnh bình để giọt luyn này có xu hướng tự nổi lên. Khi đó khối lượng riêng của dầu luyn bằng với khối lượng riêng của dung dịch cồn. Tiếp tục thực hiện việc bóp một lượng cồn to hơn vào bình theo cách trên, ta sẽ có một giọt cồn khá to co lại dạng cầu ngay sau khi ra khỏi miệng ống nhỏ giọt.
Hình 2.2: sự co về dạng cầu của khối chất lỏng ở trạng thái không trọng lượng
e) Lưu ý:
- Nên dùng dầu cặn bỏ ở các hiệu sửa xe máy để có mầu đen dễ quan sát.
Trước khi dùng, cần phải lọc dầu bằng vải bông rồi mới cho vào ống nhỏ giọt để loại các tạp chất.
- Đổ nước từ từ.
- Bơm nhẹ cho giọt tự tách ra và chìm xuống.