học sinh (Hỗ trợ tìm kiếm và trao đổi thông tin)
Ứng dụng công nghệ thông 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 không đòi 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
xxxii
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 thông 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 không 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 còn 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 ngôn 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 công 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 thông tin tham khảo cho quá 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)
xxxiv
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 lòng kiểm tra tất cả học sinh có đủ kiến thức và kĩ năng cần thiết để tiến hành thí nghiệm hay không, đồng thời giáo viên khó lòng kiểm tra được quá 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 công 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 tôi 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 trò quan trọng trong dạy học Vật lí, các nhà giáo dục đã khẳng định lợi ích to lớn của các hoạt động trong phòng 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
xxxvi
hành thí nghiệm “tìm tòi” đã và đang được nghiên cứu triển khai phổ biến, mô hình phòng 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 còn 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 tôi hệ thống hóa kĩ năng thí nghiệm cần hình thành ở học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông.
- Phân tích vị trí, vai trò, thực trạng việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở các trường phổ thông, chúng tôi nhận thấy thí nghiệm có vai trò 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 còn 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.
- 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 trò: Cung cấp thông 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 thông 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 THÔNG 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 quá trình tiến hành thí nghiệm là khi vật rơi có sức cản có không khí, cần chọn vật rơi thích hợp để làm giảm ảnh hưởng của không 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 không khí không 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 công 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:
xxxviii
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 công 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 không có quán 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 điện E, vừa cung cấp dòng điện cho cổng E, vừa nhận tín hiệu từ E gửi về. Ổ B được nối với cổng quang điện F, và có chức năng như trên. Nút chuyển mạch MODE (kiểu làm việc) dùng để chọn kiểu làm việc cho đồng hồ đo thời gian. Việc chọn sai chế độ thì không thể đo được thời gian rơi của vật. Trong bài này cần chọn MODE ở vị trí A B. Ở chế độ này, khi có tín hiệu từ E chuyển sang thì đồng hồ bắt đầu hoạt động, khi có tín hiệu từ F chuyển sang thì đồng hồ đo ngừng hoạt động, khoảng thời gian ngăn cách từ lúc có tín hiệu thứ nhất đến lúc có tín hiệu thứ hai được hiện trên mặt hiện số của đồng hồ.
+ Vật rơi là một trụ thép nên có thể được giữ bằng nam châm điện N lắp trên đỉnh giá đỡ, được nối qua công tắc vào ổ A của đồng hồ đo thời gian. Ổ A vừa cấp điện cho nam châm, vừa nhận tín hiệu từ công tắc chuyển về. Cổng E lắp ở dưới, được nối với ổ B. Khi nhấn công tắc, nam châm điện bị ngắt mạch và vật rơi, đồng thời tín hiệu được gửi về đồng hồ đo thời gian và bắt đầu đo thời gian vật rơi. Khi vật rơi qua cổng quang, đồng hồ ngừng đo. Như vậy, cần phải điều chỉnh sao cho vật rơi đi đúng qua cổng quang. Học sinh cần quan sát quả dọi, phối hợp điều chỉnh các vít ở chân giá để sao cho khi vật rơi qua lỗ tròn của cổng quang điện, như vậy nam châm, vật rơi, cổng quang phải cùng nằm trên một trục thẳng đứng.
+ Khi vật rơi, có thể vật sẽ bắn ra, gây mất an toàn trong quá trình thí nghiệm, học sinh cần phải nhận biết, dự đoán được hiện tượng sẽ xảy ra và có giải pháp đảm bảo an toàn trong khi tiến hành thí nghiệm, ví dụ: sử dụng khăn vải bông được đặt nằm dưới để để vật rơi khỏi bắn ra xa.
+ Để đảm bảo đo chính xác thời gian, việc nhấn công tắc nam châm điện cũng cần nhấn và thả thật nhanh, vì chuyển động của vật là rất nhanh, việc nếu thả nút công tắc chậm thì có thể sai mất vài phần chục giây trong khi đồng hồ đo chính xác đến 1/100s.
Ngoài ra, do hiện tượng từ trễ, nam châm điện có thể làm ảnh hưởng đến chuyển động rơi của vật trong khoảng thời gian đầu.
Tóm lại: Thực hành xác định gia tốc rơi tự dolà bài thực hành thí nghiệm đầu tiên trong chương trình vật lí THPT. Một số dụng cụ thí nghiệm học sinh mới được tiếp súc, kĩ năng sử dụng các dụng cụ và