1.6. Các biện pháp khai thác và sử dụng phương tiện dạy học hiện đại phối hợp thí nghiệm một cách có hiệu quả trong dạy học vật lý ở trường phổ thông
1.6.4. Tăng cường sử dụng thí nghiệm mở đầu để tạo tình huống có vấn đề
lại nữa được không? Hầu hết HS sẽ trả lời rằng nước không thể sôi được nữa vì nhiệt độ giảm. GV lấy một ca nước lạnh đổ lên bên ngoài bình cầu lập tức HS thấy nước sôi trở lại. Đây là một TN thực sự gây ngạc nhiên đối với HS vì nó hoàn toàn trái ngược với quan niệm sẵn có của HS và HS cảm thấy rằng đây là vấn đề cần nghiên cứu.
Tình huống có vấn đề quy định sự khởi đầu của tư duy, hành động tư duy tích cực sẽ diễn ra trong quá trình nêu và giải quyết vấn đề.
Thực tế dạy học cho thấy, việc tạo ra tình huống có vấn đề có thể xây dựng theo nhiều cách, nhiều biện pháp khác nhau tuỳ vào từng nội dung kiến thức. Một trong những biện pháp đó chính là việc sử dụng TN mở đầu, biện pháp mà lâu nay đa số GV gần như lãng quên hoặc thực hiện chưa có hiệu quả.
Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, do đó việc khai thác các TN nhằm tạo ra tình huống có vấn đề là một thế mạnh rất cần được phát huy. Sử dụng TN mở đầu để tạo ra tình huống có vấn đề tạo ra sự hứng thú, thu hút sự chú ý đối với HS, đặt HS vào những tình huống có vấn đề và làm cho HS tích cực, chủ động trong việc tìm hiểu giải quyết vấn đề. Thông qua TN, HS phải thấy được tại sao những gì các em quan sát được có vẻ khác với những dự đoán trong suy luận của chính các em, từ đó dần đưa HS vào những bài toán nhận thức để HS tích cực hoạt động hơn, coi việc giải quyết vấn đề tiếp theo như một nhiệm vụ mà chính các em tự đặt ra, đồng thời tạo cho các em một niềm vui nhận thức mới.
1.7. Kết luận chương 1
Trong chương này, chúng tôi đã tập trung nghiên cứu, trình bày cơ sở lí luận của việc khai thác và sử dụng các PTDH hiện đại trong dạy học TN. Nội dung chính của chương có thể tóm tắt như sau:
- Trên cơ sở tâm lí học và lí luận dạy học đề tài đã xác định được sự cần thiết của việc khai thác và sử dụng PTDH hiện đại trong dạy học vật lý theo yêu cầu của việc đổi mới mục tiêu, nội dung và PPDH.
- Đề tài đã phân tích để làm rõ vai trò và chức năng của PTDH hiện đại trong dạy học vật lý. Cụ thể: PTDH hiện đại là nguồn cung cấp kiến thức chính xác,
hiện đại kích thích hứng thú học tập và hỗ trợ tư duy của HS, góp phần làm giảm thời gian thuyết trình của GV. Qua đó chúng ta có thể thấy rõ được tầm quan trọng của PTDH hiện đại trong dạy học vật lý ở trường phổ thông.
- Thông qua khảo sát thực tế ở một số trường THPT trên địa bàn thành phố Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam, chúng tôi đã đánh giá được thực trạng của việc khai thác và sử dụng PTDH hiện đại và tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học vật lý.
- Trình bày được vai trò của thí nghiệm trong dạy học vật lý cũng như sự cần thiết phải sử dụng PTDH hiện đại trong dạy học thực hành thí nghiệm vật lý.
Từ đó có thể kết luận tổ chức DH thực hành TN với sự hỗ trợ của PTDH hiện đại là một việc làm cần thiết để phát huy tính tích cực, tự lực của HS nhất là trong giai đoạn đổi mới giáo dục hiện nay.
CHƯƠNG 2. QUY TRÌNH THỰC HIỆN VIỆC KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC HIỆN ĐẠI PHỐI HỢP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG
2.1. Một số vấn đề chung về chương trình và sách giáo khoa vật lý 11 2.1.1. Đặc điểm về cấu trúc chương trình vật lý 11
Chương trình vật lý 11 được biên soạn trên cơ sở chương trình vật lý trung học cơ sở (THCS) nghĩa là một số kiến thức vật lý HS đã học ở THCS thì đến lớp 11 không học lại nữa. Chẳng hạn ở THCS, HS đã học về sự phản xạ ánh sáng qua gương phẳng, gương cầu thì trong phần Quang Hình lớp 11 những vấn đề về phản xạ ánh sáng không học nữa mà bắt đầu đề cập đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
Ngoài ra, tác giả còn biên soạn chương trình vật lý 11 trên cơ sở mở rộng chương trình vật lý THCS bằng cách nhắc lại một cách vừa đủ các kiến thức HS đã
học ở THCS. Chẳng hạn như SGK vật lý 11 chỉ đề cập rất ngắn gọn các khái niệm về điện tích, các loại điện tích, định luật Ôm cho đoạn mạch mắc song song, nối tiếp...
Nhằm phát huy tính tích cực, chủ động của HS trong việc tiếp thu kiến thức cũng như tạo điều kiện để HS hoạt động trong giờ học, SGK còn soạn thêm những phần kiến thức in chữ nhỏ hay những câu hỏi. GV có thể đào sâu kiến thức từ những nội dung này nhằm phát triển khả năng tư duy của HS. Một số kiến thức SGK không trình bày chủ nêu kết quả, đây là cơ hội để HS bộc lộ khả năng tư duy sáng tạo của mình.
2.1.2. Cấu trúc về kỹ năng và kiến thức của các chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ”
* Chương Từ trường:
Đối với chương này, nội dung cơ bản của chương này có thể quy thành hai nhóm kiến thức:
- Nhóm thứ nhất là từ trường bao gồm: khái niệm từ trường, đường sức từ, vectơ cảm ứng từ, đường cảm ứng từ, khái niệm từ trường đều, từ trường của những dòng điện trong mạch có dạng khác nhau.
- Nhóm thứ hai là lực từ bao gồm: lực từ tác dụng lên một dây dẫn mang dòng điện, lực từ tác dụng lên một khung dây mang dòng điện, lực từ tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động trong từ trường (lực Lorentz) và ứng dụng của lực từ.
Cấu trúc nội dung chương “Từ trường” có thể được biểu diễn qua sơ đồ sau:
TỪ TRƯỜNG
Từ trường
Từ trường
Lực từ Lực
từ
Khái niệm từ trường
Đường sức từ
Cảm ứng từ
Từ trường đều
Từ trường của một số dòng điện có dạng đơn giản
Từ trường trái đất
Từ tính của các chất
Lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện
Tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song
Lực từ tác dụng lên khung đây dẫn có dòng điện đặt
trong từ trường
Sơ đồ 2.1. Cấu trúc chương “Từ trường”
* Chuẩn kiến thức, kĩ năng của chương Từ trường:
♣ Về kiến thức:
- Nêu được từ trường tồn tại ở đâu, có tính chất gì;
- Nêu được các đặc điểm của từ đường sức từ của thanh nam châm thẳng, của nam châm chữ U, của dòng điện thẳng dài, của ống dây có dòng điện chạy qua;
- Phát biểu được định nghĩa và nêu được phương, chiều của cảm ứng từ tại một điểm của từ trường. Nêu được đơn vị đo cảm ứng từ.
- Viết được công thức tính cảm ứng từ tại một điểm của từ trường gây bởi dòng điện thẳng dài vô hạn, tại tâm của dòng điện tròn và tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua;
- Viết được công thức tính lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đều;
- Nêu được lực Lo-ren-xơ là gì và viết được công thức tính lực này [8].
♣ Về kĩ năng:
- Vẽ được các đường sức từ biểu diễn từ trường của thanh nam châm thẳng, của dòng điện thẳng dài, của ống dây có dòng điện chạy qua và của từ trường đều;
- Xác định được độ lớn, phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường gây bởi dòng điện thẳng dài, tại tâm của dòng điện tròn và tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua;
- Xác định được vectơ lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua được đặt trong từ trường đều;
- Xác định được độ lớn và chiều của mômen lực từ tác dụng lên một khung dây dẫn hình chữ nhật (các cạnh của khung dây này vuông góc với các đường sức từ) có dòng điện chạy qua được đặt trong từ trường đều;
- Xác định được độ lớn, phương, chiều của lực Lo-ren-xơ tác dụng lên một điện tích q chuyển động với vận tốc vr
trong mặt phẳng vuông góc với các đường sức của một từ trường đều [8].
*Chuẩn kiến thức, kỹ năng của chương “Cảm ứng điện từ” :
♣ Về kiến thức:
- Mô tả được TN về hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Viết được công thức tính từ thông qua một diện tích và nêu được đơn vị đo từ thông. Nêu được các cách làm biến đổi từ thông.
- Phát biểu được định luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ và định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng.
- Viết được hệ thức và
- Nêu được dòng điện Fu-cô là gì, tác dụng có lợi và cách hạn chế tác dụng bất lợi của dòng Fu-cô.
- Nêu được hiện tượng tự cảm là gì.
- Nêu được độ tự cảm là gì và đơn vị đo độ tự cảm.
- Nêu được từ trường trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua và mọi từ trường đều mang năng lượng.
- Viết được công thức tính năng lượng của từ trường trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua.
♣ Về kỹ năng:
- Tiến hành được TN về hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Vận dụng được công thức .
- Vận dụng được các hệ thức và .
- Xác định được chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Len-xơ và theo quy tắc bàn tay phải.
- Tính được suất điện động tự cảm trong ống dây khi dòng điện chạy qua nó có cường độ biến đổi đều theo thời gian.
- Tính được năng lượng từ trường trong ống dây.
Theo các tác giả Nguyễn Phúc Thuần, Lê Công Triêm, Nguyễn Thúc Tuấn, phần Từ trường có những nội dung kiến thức trừu tượng (khái niệm từ trường, nguyên lí chồng chất từ trường), khó (cảm ứng từ, lực từ, lực Lo-ren-xơ…), những kiến thức về ứng dụng vật lý khá phức tạp (điện kế khung quay, động cơ điện, lái chùm tia điện tử…). Do đó, việc xây dựng, hình thành các kiến thức gặp nhiều khó khăn [21,[Error:
Reference source not found2]. Chẳng hạn, có những khái niệm như lực từ hay cảm
ứng từ không thể hình thành chỉ trong nội dung một bài học mà phải qua nhiều giai đoạn ở nhiều bài học khác nhau. Phương, chiều của vectơ cảm ứng từ đã được giới thiệu ở bài 26 nhưng đến bài 28 mới hình thành độ lớn của cảm ứng từ thông qua đo lực từ. Sau khi xác định được biểu thức tính độ lớn cảm ứng từ mới suy ra biểu thức tính độ lớn của lực từ. Do vậy HS cần có cái nhìn rộng và khái quát hóa thì mới hiểu đầy đủ được các khái niệm. Bên cạnh đó, GV phải chú ý đến lôgic hình thành kiến thức xuyên suốt các bài học trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS.
Các kĩ năng của chương này chủ yếu là việc xác định phương, chiều của cảm ứng từ, lực từ và việc biểu diễn đường sức từ. Những kĩ năng này đòi hỏi HS cần có được sự hình dung về mặt không gian, nhớ và vận dụng được các quy tắc vào từng trường hợp cụ thể. Bởi vì với các dòng điện (hay nam châm) có dạng khác nhau thì cảm ứng từ của chúng, nói chung cũng được xác định bởi những quy tắc khác nhau.
Trong thực tế, nhiều HS học thuộc lòng các định nghĩa, quy tắc nhưng khi vận dụng để xác định phương, chiều của cảm ứng từ, lực từ thì lại lúng túng, thậm chí không xác định được. Vì vậy, trong dạy học, HS cần được giới thiệu các quy tắc một cách trực quan, có các TN minh họa để HS tin tưởng vào các quy tắc và vận dụng được quy tắc.
2.1.3. Những khó khăn khi thực hiện các TN ở chương “Từ Trường” và chương “ Cảm ứng điện từ” và giải pháp
* TN về cuộn Hem-hôn chưa được cung cấp về trường THPT nên chỉ có thể tải hình ảnh và phim TN từ trên mạng internet về.
* Bộ TN cân lực từ có thể dùng để làm các TN trong 3 bài: bài “Phương và chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện”, bài “Cảm ứng từ- Định luật Ampe” để xác định độ lớn lực từ và bài “Dòng điện Fu-cô”. Tuy nhiên khi thực hiện TN, nhất là TN về dòng điện Fu-cô nhận thấy rằng bộ TN có nhiều điểm bất cập như sau:
- Nam châm điện có 800 vòng dây, chịu được điện áp cực đại là 24V và dòng điện cực đại là 2A. Nếu để nguyên như bộ TN thì dòng điện Fu-cô rất nhỏ do vậy rất khó để thấy được sự tắt dần nhanh của tấm kim loại khi ở trong từ trường so với khi không ở trong từ trường vì từ trường quá yếu. Để khắc phục hiện tượng này, chúng tôi có một số đề xuất chỉnh sửa bộ TN như sau: tháo bớt số vòng dây ở nam châm điện (chỉ cần tháo bớt 40 đến 80 vòng) hoặc thu hẹp khe từ bằng một thanh
- Các tấm kim loại quá nhẹ nên khi thực hiện TN trong những phòng có quạt thì dao động của nó bị ảnh hưởng. Do vậy nên chế tạo tấm kim loại có khối lượng lớn hơn.
- Nên chế tạo thêm một tấm kim loại có xẻ nhiều rãnh hơn để dễ so sánh với dao động tấm kim loại ít rãnh hơn.
- Vì tấm kim loại màu trắng bạc nên khi thực hiện TN, HS ở dưới lớp rất khó quan sát do vậy nên sơn lại tấm kim loại bằng những màu bắt mắt hơn.
* TN khung dây đặt trong từ trường và TN tương tác giữa hai dòng điện chưa được cấp về nên chúng tôi tự tạo hai TN này (hình 1.5 và 1.6) để phục vụ công tác giảng dạy tốt hơn.
* Nội dung của hai chương phù hợp với phương pháp truyền thụ thông qua TN và phương pháp thực nghiệm. Các TN trong chương đa số có thể thực hiện trực tiếp trên lớp. Tuy nhiên các TN này thường xảy ra trên mặt phẳng ngang với các dụng cụ TN có kích thước nhỏ như các TN từ phổ, HS khó quan sát, theo dõi hiện tượng, quá trình diễn biến của TN hay một số TN không thể thực hiện trong phòng TN như hiện tượng cực quang.
* Một số bài có khá nhiều TN như bài 26, 29, GV khó có đủ thời gian để làm TN. Ngoài ra một số nội dung trong chương cần có nhiều hình ảnh minh họa giúp HS dễ dàng nhận thức và hiểu sâu bản chất của các hiện tượng và quá trình vật lý hơn. Cách tốt nhất để truyền đạt kiến thức đến HS một cách hiệu quả, đó là GV nên
Hình 2.1. TN về khung dây trong từ trường Hình 2.2. TN tự tạo về tương tác giữa hai dây dẫn
kết hợp TN với các đoạn phim TN, TN ảo, TN mô phỏng, các hình ảnh minh họa tĩnh hoặc động, phiếu học tập,...
2.2. Quy trình khai thác và sử dụng phương tiện dạy học hiện đại phối hợp thí nghiệm trong dạy học chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” vật lý 11 THPT
2.2.1. Quy trình khai thác và sử dụng
Để khai thác và sử dụng các PTDH hiện đại hỗ trợ dạy TN, đầu tiên, chúng ta phải xác định mục tiêu bài học thông qua nghiên cứu SGK và chuẩn kiến thức kĩ năng. Tiếp theo, GV phải xác định các TN cần sử dụng trong bài học. Sau đó, dự kiến những khó khăn gặp phải khi thực hiện mục tiêu đó. Tiếp đến, GV nghiên cứu khả năng hỗ trợ của các PTDH hiện đại trong các TN cũng như trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS. Trên cơ sở những khả năng đó, GV khai thác hoặc xây dựng các TN với sự hỗ trợ của PTDH hiện đại và thiết kế tiến trình dạy học tương ứng để sử dụng các TN đó. Cuối cùng, GV giảng dạy theo tiến trình đã thiết kế. Sau tiết dạy, GV có thể bổ sung những khó khăn gặp phải trong thực tế, từ đó xây dựng, khai thác thêm các TN khác hoặc điều chỉnh tiến trình dạy học cho các tiết dạy sau tốt hơn. Quy trình khai thác và sử dụng các PTDH hiện đại hỗ trợ TN trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS có thể tóm tắt bằng sơ đồ sau:
Sơ đồ 2.2. Quy trình khai thác, sử dụng các PTDH hiện đại hỗ trợ TN trong dạy học vật lý
2.2.2. Xây dựng kho tư liệu
2.2.1.1. Một số yêu cầu cần lưu ý khi xây dựng kho tư liệu
Kho tư liệu đóng một vai trò vô cũng quan trọng trong việc khai thác các PTDH hiện đại. Mỗi PTDH hiện đại luôn gắn với những tư liệu cần thiết tương ứng, tức là phải có đầy đủ hai khối: khối mang thông tin (kho tư liệu) và khối truyền tải thông tin (kho thiết bị máy móc). Khối mang thông tin càng phong phú thì khả năng khai thác PTDH hiện đại càng cao, càng đa dạng.
Khối mang thông tin trong kho tư liệu, bao gồm các video clips về các TN và hiện tượng vật lý thực, ngoài ra còn có các video clips về các hiện tượng mô phỏng, các hình ảnh động và tĩnh, biểu đồ, hình vẽ, các phần mềm ứng dụng trong dạy học
Giảng dạy với tiến trình dạy học đã thiết kế Nghiên cứu SGK, chuẩn kiến thức, kĩ năng để xác
định mục tiêu của bài học
Dự kiến những khó khăn gặp phải trong dạy học và trong các TN
Nghiên cứu khả năng hỗ trợ của các PTDH hiện đại trong các TN cụ thể cũng như trong quá trình tổ chức hoạt động
nhận thức cho HS
Khai thác (hoặc xây dựng) kho tư liệu dạy TN
Thiết kế tiến trình dạy học trong đó có sử dụng các TN với sự hỗ trợ của PTDH
Xác định các TN cần sử dụng trong bài học