Sau quá trình thực hiện, tác giả đã đạt được các kết quả nghiên cứu sau đây:
+ Tìm hiểu phần mềm Coach 7, tập trung vào các chức năng mơ hình hóa, dữ liệu Video và đo lường.
+ Khảo sát các quá trình dao động cơ gồm dao động điều hịa (con lắc lò xo và con lắc đơn); dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, tổng hợp dao động học sử dụng Coach 7: thiết lập mơ hình, thiết kế thí nghiệm khảo sát, xây dựng hệ thống Video để khảo sát.
Với việc sử dụng phương pháp mơ hình hóa, giáo viên và học sinh dễ dàng giải quyết các bài tốn lí thuyết về khảo sát dao động. Với hệ thống Video đã xây dựng, chúng ta có thể sử dụng bất kì phần mềm phân tích Video nào để khảo sát các quá trình dao động. Cũng như thế với các phương án thí nghiệm đã xây dựng cũng có thể sử dụng cảm biến loại khác như Addestation, Phywe… mà kết quả khảo sát cũng tương tự.
Nhờ việc sử dụng các mơ hình hóa và các thí nghiệm khảo sát mà việc tìm hiểu các quá trình dao động cơ học đơn giản và trực quan hơn. Kết hợp với cách thức tổ chức dạy học phù hợp chắc chắn sẽ phát huy được năng lực toàn diện cho học sinh đặc
biệt là năng lực Vật lí cho khơng chỉ học sinh chuyên còn đối với học sinh phổ thơng nói chung.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bernd Meier, Nguyễn Văn Cường (2016), Lí luận dạy học hiện đại, NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội.
2. DĐT (2018), Chương trình giáo dục tổng thể..
3. Bộ GDĐT (2009), chương trình chun sâu THPT chun mơn Vật lí 4. DĐT (2001), Chiến lược giáo dục 2001 – 2010.
5. Tô Giang (2012), Bồi dưỡng HS giỏi Vật lí Trung học phổ thơng, NXB Giáo dục Việt Nam.
6. Tơ Giang, Vũ Thanh Khiết, Nguyễn Thế Khôi (2012), Tài liệu chuyên Vật lí -
Vật lí 12, tập một, NXB Giáo Dục Việt Nam.
7. Heck, A (2009), Bringing reality into the classroom, Teaching Mathematics and its Appliations, 28(4), pp. 164 - 179.
8. Heck, A., Ellermeijer, A. L (2014), Realizing Authentic Inquiry Activities with
ICT , Istanbul: Proceedings of the World Conference on Physics Education (pp.
775-786).
9. Nguyễn Văn Huyên (2008), Chuyên đề dao động. 10. Nguyễn Ngọc Hưng (2018), Bài giảng cao học K27. 11. iáo dục (2007).
12. Hoàng Phê (2003), Từ điển Tiếng Việt, Nhà xuất bản Đà Nẵng, Trung tâm từ điển học.
13. Phạm Xuân Quế (2007), Ứng dụng công nghệ thông tin trong tổ chức HĐ nhận
thức Vật lí tích cực, chủ động và sáng tạo, NXB Đại học Sư phạm.
14. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (2001), Tổ chức HĐ nhận thức cho HS
trong dạy học Vật lí ở trường Phổ thơng, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
15. Nguyễn Đức Thâm (chủ biên), Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002),
Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thơng, NXB Đại học Sư phạm.
16. Đỗ Hương Trà (chủ biên), Nguyễn Văn Biên, Tưởng Duy Hải, Phạm Xuân Quế, Dương Xuân Quý (2019), Dạy học phát triển năng lực mơn Vật lí trung học phổ
thông, Hà Nội: NXB Đại học Sư phạm.
17. Trần Bá Trình (2016), Development of a course on integrating ICT into inquiry-
based science education, Luận án Tiến sĩ khoa học.
Technology into Inquiry-Based Science Education: Relevance in stimulating learners’ authentic inquiry practices, Journal of Science of HNUE, 66 – 74. 19. Trần Bá Trình, & Đỗ Thị Hồng Quyên (2018), Nghiên cứu q trình vật lí thực
ở trường phổ thơng với phương tiện dạy học số, HNUE JOURNAL OF
SCIENCE.
20. Phạm Hữu Tịng (2001), Dạy học Vật lí ở trường phổ thơng theo định hướng phát
PHỤ LỤC
Tổ chức học giải quyết vấn đề nội dung “Dao động cưỡng bức” với học sinh lớp 11 lý – THPT chuyên Lê Hồng Phong nhằm phát huy năng lực tìm hiểu tự nhiên.
I. Kế hoạch bài dạy 1. Mục tiêu
a) Mục tiêu kiến thức
- HS trình bày được khái niệm và đặc điểm DĐCB - HS viết được phương trình DĐCB (giai đoạn ổn định) - HS phát biểu được định nghĩa và điều kiện xảy ra HTCH.
b) Mục tiêu năng lực – phát triển năng lực tìm hiểu tự nhiên
- HS phân tích được vấn đề và nêu ra được giả thuyết:
+ Sử dụng Coach 7 như một cơng cụ nghiên cứu lí thuyết, xây dựng được mơ hình DĐCB và đưa ra được giả thuyết về đặc điểm của DĐCB “Nếu vật chịu tác dụng của một lực cưỡng bức tuần hồn thì trong thời gian đầu vật dao động khơng ổn định, sau đó vật dao động ổn định với biên độ không đổi và tần số ngoại lực cưỡng bức”
+ Sử dụng suy luận tốn học, tìm được biểu thức của biên độ DĐCB, đưa ra được giả thuyết về biên độ DĐCB “Nếu vật dao động cưỡng bức, biên độ của vật phụ thuộc vào biên độ ngoại lực, tần số ngoại lực và ma sát giữa vật với mơi trường”.
+ Từ biểu thức tốn học của biên độ DĐCB, khảo sát hàm toán học để đưa ra được giả thuyết về HTCH “Nếu thay đổi tần số ngoại lực cưỡng bức thì biên độ DĐCB đạt giá trị cực đại khi tần số cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ”
- Lập được kế hoạch triển khai tìm hiểu đủ các bước: + Dụng cụ TN
+ Bố trí TN
+ Các bước tiền hành + Dự kiến thu thập dữ liệu
- Thu thập, lưu trữ dữ liệu và đánh giá được kết quả dựa trên các phân tích, xử lí dữ liệu bằng các hàm thống kê đơn giản:
+ Sử dụng được Coach 7 để thu thập, lưu trữ dữ liệu dạng bảng biểu, đồ thị. + Fix được hàm trên đồ thị DĐCB
+ Đọc đồ thị, phân tích được dữ liệu để đánh giá sự phụ thuộc của biên độ DĐCB vào các yếu tố: biên độ ngoại lực cưỡng bức, tần số cưỡng bức và ma sát của môi trường.
+ Vẽ được đồ thị biên độ DĐCB theo tần số ngoại lực cưỡng bức, xác định được giá trị cộng hưởng.
- So sánh được kết quả với giả thuyết và rút ra kết luận:
+ Khớp được đồ thị thực nghiệm và đồ thị trên mơ hình Coach 7, đưa ra được kết luận về đặc điểm DĐCB.
- Trình bày được kết quả rõ ràng, logic.
2. Chuẩn bị
a) Phương tiện dạy học
- Máy tính có cài phần mềm Coach 7. - Bộ TN khảo sát DĐCB và HTCH.
Số lượng bộ TN và máy tính chuẩn bị theo số lượng nhóm học tập của HS.
b) Các phiếu trợ giúp và phiếu học tập
File Coach 7 với các nội dung: mơ hình, TN ghép nối máy tính, phân tích video (được trình bày trong phần phụ lục 1)
c) Công cụ kiểm tra đánh giá
Bảng cấu trúc đánh giá năng lực tìm hiểu tự nhiên đối với 3 hoạt động học tập (được trình bày trong phần phụ lục 2)
3. Sơ đồ tiến trình hoạt động
3.1 HĐ 1. Khảo sát DĐCB
Pha 1: Đặt vấn đề
1. Làm nảy sinh vấn đề: Bạn được giao nhiệm vụ trông em. Em nhỏ rất thích ngồi võng đung đưa nhưng khi bạn đẩy cho võng dao động thì chỉ được 1 lúc võng lại dừng lại. Có cách nào để võng khơng bị dừng lại? 2. Vấn đề cần giải quyết: Nếu 1 vật chịu tác dụng của ngoại lực tuần hoàn f = F0cos(Ωt) thì nó sẽ dao động như thế nào?
Pha 2: Giải quyết vấn đề
3. Giải quyết vấn đề:
3.1 Suy luận lí thuyết:
- Mơ hình - Kết quả hoạt động mơ hình
Giai đoạn chuyển tiếp Giai đoạn ổn định
Giả thuyết: “Nếu vật chịu tác dụng của một lực cưỡng bức tuần
hồn thì thời gian đầu vật dao động khơng ổn định, sau đó vật dao động ổn định với biên độ khơng đổi và tần số ngoại lực cưỡng bức”. 3.2 Thí nghiệm kiểm tra giả thuyết
* Lập kế hoạch thực nghiệm - Dụng cụ thí nghiệm
- Bố trí thí nghiệm - Các bước thực hành - Dự kiến thu thập số liệu
* Kết quả và phân tích
Thí nghiệm sử dụng cảm biến Phân tích Video
4. Kết luận: Khi vật chịu tác dụng của một lực cưỡng bức tuần hồn thì trong thời gian đầu vật dao động khơng ổn định, sau đó vật dao động ổn định với biên độ không đổi và tần số ngoại lực cưỡng bức.
Pha 3. Thể chế hóa kiến thức, vận dụng
5. Nội dung kiến thức:
+ “DĐCB là dao động chịu tác dụng của ngoại lực cưỡng bức tuần hồn” [6]
+ “DĐCB có biên độ khơng đổi và tần số bằng tần số ngoại lực cưỡng bức.” [6]
- Vấn đề nghiên cứu tiếp theo: Biên độ DĐCB phụ thuộc vào các yếu tố nào và phụ thuộc như thế nào vào các yếu tố đó?
3.4.2 HĐ 2. Khảo sát biên độ DĐCB
Pha 1: Đặt vấn đề
1. Làm nảy sinh vấn đề: Xuất phát từ kết quả của hoạt động 1
2. Vấn đề cần giải quyết: Biên độ DĐCB phụ thuộc vào các yếu tố nào và phụ thuộc như thế nào vào các yếu tố đó?
Pha 2: Giải quyết vấn đề
3. Giải quyết vấn đề:
3.1 Suy luận lí thuyết: Suy luận toán học:
Xét dao dộng của con lắc lị xo có độ cứng k, vật nặng khối lượng m, dao động trong môi trường lực cản tỉ lệ với vận tốc v, hệ số tỉ lệ c. Vật nhỏ chịu tác dụng của ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn f F0
cost
. Phương trình động lực học của con lắc là:
x '' 2 x ' 2
x F0 cost với c ; k
0 m 2m 0 m
Ở giai đoạn ổn định, vật dao động với phương trình:
x = Asin(ωt + φ)
Thế vào phương trình động lực học ta có:
(2 2 ) Asin(t ) 2 Asin(t ) F0 sin(t)
0 2 m
Vế phải là tổng hợp của hai dao động điều hịa vng pha ở vế trái, với biên độ của các dao động thành phần là
(2 2) A và 2 A . Dùng phương pháp
0
giản đồ véc tơ ta tìm được biên độ
A F0
m (2 2 ) 4 22 0
Giả thuyết: “Nếu vật DĐCB thì biên độ của nó phụ thuộc biên độ
3.2 Thí nghiệm kiểm tra giả thuyết * Lập kế hoạch thực nghiệm - Dụng cụ thí nghiệm
- Bố trí thí nghiệm - Các bước thực hành - Dự kiến thu thập số liệu * Kết quả và phân tích
4. Kết luận: Biên độ của vật DĐCB phụ thuộc biên độ ngoại lực, tần số ngoại lực và ma sát giữa vật và môi trường
Pha 3. Thể chế hóa kiến thức.
5. Nội dung kiến thức: Biên độ của vật DĐCB phụ thuộc biên độ ngoại lực, tần số ngoại lực và ma sát giữa vật và môi trường theo công thức
A F0 m (2 2 ) 4 22 0 3.4.3 HĐ 3. Khảo sát HTCH Pha 1: Đặt vấn đề
1. Làm nảy sinh vấn đề: xem Video cầu Tahoma Narrows – cầu treo bắc qua eo biển Tacoma Narbow bị sụp đổ vào tháng 11 năm 1940 sau 4 tháng xây dựng do tác động của gió. Tại sao cây cầu lại bị sập?
2. Vấn đề cần giải quyết: Khi thay đổi tần số lực cưỡng bức thì khi nào biên độ dao động đạt giá trị cực đại?
Pha 2: Giải quyết vấn đề
3.1 Suy luận lí thuyết: Suy luận tốn học
y(2) (2 2)2 422 4 2(2 22)2 4
0 0 0
Nếu 2 2 2
thì biên độ dao động sẽ đạt cực đại tại:
0 2 2 2 . CH 0 0 Khi đó: A F0 / m . max 2 2 2 0 Nếu lực cản nhỏ (β<<) thì ωCH ≈ ω0 và A F0 rất lớn. max 2m . 0
Giả thuyết: “Nếu vật DĐCB thì biên độ dao động sẽ cực đại khi tần
số bằng tần số dao động riêng của hệ”. 3.2 Thí nghiệm kiểm tra giả thuyết * Lập kế hoạch thực nghiệm - Dụng cụ thí nghiệm
- Bố trí thí nghiệm - Các bước thực hành - Dự kiến thu thập số liệu * Kết quả và phân tích
4. Kết luận: Biên độ của vật DĐCB cực đại khi tần số dao động bằng tần
Pha 3. Thể chế hóa kiến thức
5. Nội dung kiến thức:
A F0 / m
khi 2 2 2
max 2 2 CH 0 0
2 0
+ “HTCH là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại khi tần số dao động bằng tần số dao động riêng”[6].
+ Điều kiện của HTCH: f = f0
4.1 HĐ 1. Khảo sát DĐCB (90 phút)
Pha 1. Đặt vấn đề (làm việc cả lớp – 5 phút)
HĐ của HS Trợ giúp của giáo viên
- Các cách làm võng không dừng lại: + Cung cấp cho nó 1 phần năng lượng đúng bằng phần đã mất do ma sát dao động duy trì đã học.
+ Sau mỗi chu kì lại tác dụng lên nó 1 lực.
- Bạn được giao nhiệm vụ trơng em. Em nhỏ rất thích ngồi võng đung đưa nhưng khi bạn đẩy cho võng dao động thì chỉ được 1 lúc võng lại dừng lại. Có cách nào để võng không bị dừng lại?
- Nhận xét, nhắc lại kiến thức về dao động duy trì và đặt ra vấn đề: Nếu 1 vật (giống như cái võng) chịu tác dụng của 1 lực tuần hoàn mà đơn giản nhất là lực điều hịa f = F0cos(Ωt) thì nó sẽ dao động như thế nào?
Pha 2. Giải quyết vấn đề (làm việc nhóm – 75 phút)
HĐ của HS Trợ giúp của giáo viên
- HS làm việc nhóm, xây dựng mơ
hình của DĐCB trên Coach 7:
+ Cơ sở tốn lí: v = v0 + a.t (t <<) x = x0 + v.t (t <<) F = F1 + fc + fdh = ma Fc = - Cv Fdh = - kx F1 = m1a1 = -kx1 = F0cos(Ωt) v1 = v01 + a1.t (t <<) x1 = x01 + v1.t (t <<) + Mơ hình
- Theo dõi và trợ giúp HS khi cần thiết. + Trợ giúp 1 sử dụng khi HS gặp khó khăn ở xây dựng mơ hình lực cưỡng bức nên khơng xây dựng được mơ hình.
+ Trợ giúp 2 sử dụng khi HS gặp khó khăn khi đã sử dụng trợ giúp 1 mà mơ hình vẫn chưa HĐ.
+ Kết quả HĐ của mơ hình
- Đưa ra giả thuyết: “Nếu vật chịu tác dụng của một lực cưỡng bức tuần hồn thì trong thời gian đầu vật dao động khơng ổn định, sau đó vật dao động ổn định với biên độ không đổi và tần số ngoại lực cưỡng bức”.
- Yêu cầu HS phát biểu giả thuyết về đặc điểm DĐCB.
- Chỉnh sửa cho HS nếu giả thuyết các em còn chưa phát biểu đúng về trọng tâm nội dung, cấu trúc hay ngơn ngữ khoa học.
- Thảo luận nhóm, đưa ra phương án
TN
+ Dụng cụ TN + Bố trí TN
+ Các bước tiến hành + Dự kiến thu thấp kết quả
- Yêu cầu HS thiết lập một phương án TN để kiểm tra giả thuyết đã nêu.
- Trợ giúp 1: sử dụng khi HS xây dựng được phương án TN nhưng cịn chưa đầy đủ hoặc chưa chính xác ở một bước nào đó. - Trợ giúp 2: sử dụng khi HS khơng xây dựng được phương án TN chính xác.
- Thu thập dữ liệu
+ Các nhóm làm việc nhóm: Nhóm 1 và 2 thực hiện TN với cảm biến lực, nhóm 3 và 4 thực hiện TN tương tác màn hình (TN phân tích video) theo
- Yêu cầu HS làm việc theo nhóm: hai nhóm thực hiện TN với cảm biến lực, hai nhóm thực hiện phân tích Video.
- Trợ giúp 1: Sử dụng khi HS tiến hành được TN nhưng kết quả ra cịn chưa hợp lí như đồ
đúng kế hoạch (các bước thực hành) đã xây dựng ở trên.
thị cịn nhiễu, cịn chưa có dạng của mơ hình dù đã tiến hành lại nhiều lần.
- Trợ giúp 2: Sử dụng khi HS sử dụng trợ giúp 1 mà vẫn không thu được kết quả như mong muốn.
- Phân tích kết quả
+ Thảo luận nhóm, phân tích đồ thị nhận xét về dạng đồ thị, Fix được hàm ở giai đoạn ổn định để nhận xét về đặc điểm của DĐCB: gồm hai giai đoạn, giai đoạn đầu dao động không ổn định, giao đoạn sau dao động điều hòa với tần số ngoại lực