3.4.1.1. Chọn các bài thực nghiệm
Chọn ba bài trong chƣơng trình vật lý đại cƣơng 1 - Trƣờng ĐH Công nghệ giao thông vận tải mà chúng tôi đã xây dựng làm bài thực nghiệm:
Bài 3.1. Khối tâm - chuyển động tịnh tiến của vật rắn
Bài 3.2. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định
Bài 3.3. Các định lý về mô men động lƣợng - Định luật bảo toàn mô men động lƣợng
3.4.1.2. Các giáo viên công tác thực nghiệm sƣ phạm
Tạ Quang Minh - Giảng viên vật lý - Trƣờng ĐH Công nghệ giao thông vận tải, cơ sở Đào tạo Thái Nguyên
3.4.1.3. Lịch lên lớp
Để thuận tiện cho quá trình thực nghiệm sƣ phạm, chúng tôi trao đổi với GV cộng tác để sắp xếp lịch lên lớp cụ thể
3.4.2. Tổ chức thực hiện
- Thực nghiệm sƣ phạm đƣợc thực hiện song song giữa các lớp TN và ĐC + Ở lớp thực nghiệm: Giảng viên dạy theo tiến trình dạy học đã thiết kế. Riêng bài "3.3. Các định lý về mô men động lƣợng - định luật bảo toàn mô men động lƣợng", chúng tôi cho SV nghiên cứu giáo trình, chuẩn bị seminar trƣớc 01 tuần, sau đó tiến hành seminar về chuyển động của con quay.
+ Ở lớp đối chứng: Thày giáo Tạ Quang Minh tiến hành giảng dạy theo tiến trình mà thày đã soạn, trong đó chủ yếu là phƣơng pháp thuyết trình, đàm thoại. Bài " 3.3. Các định lý về mô men động lƣợng - định luật bảo toàn mô men động lƣợng" không tiến hành hoạt động seminar.
- Dự giờ, quan sát hoạt động dạy và học của GV và SV trên lớp, trao đổi với GV cộng tác, phân tích và xử lí số liệu thu đƣợc trong quá trình TNSP một cách khách quan, khoa học.
- Tổ chức cho lớp đối chứng và lớp thực nghiệm cùng làm bài kiểm tra với cùng một nội dung cho ngƣời thực hiện đề tài chuẩn bị, trong cùng thời gian làm bài
81
đê đánh giá định lƣợng kết quả học tập. Để đảm bào khách quan, bài kiểm tra do 02 giảng viên chấm độc lập.
- Trao đổi với SV sau mỗi tiết học nhằm rút ra những kết luận về đề tài nghiên cứu
3.5. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm
3.5.1. Đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm
a) Các buổi học đƣợc thiết kế trên lớp
* Bài " Khối tâm - Chuyển động tịnh tiến của vật rắn"
Khi GV đặt vấn đề về chuyển động tịnh tiến các em chăm chú lắng nghe, thảo luận rất sôi nổi để lấy ví dụ. Hầu hết các em bị nhầm lẫn khi cho rằng chuyển động của buồng đu quay là chuyển động tròn. Rất nhiều sinh viên thắc mắc " Tại sao đu quay lại chuyển động tịnh tiến? Rõ ràng đó là chuyển động tròn". Tuy nhiên sau khi thảo luận và đƣợc GV giải thích, các em cảm thấy thích thú. Ngoài ra, một số sinh viên còn đƣa thêm ví dụ những máng nƣớc trong chiếc guồng đƣa nƣớc từ suối lên cũng là chuyển động tịnh tiến. Sau khi đã hiểu khái niệm, các em nhanh chóng đƣa ra đƣợc các đặc điểm của chuyển động tịnh tiến.
Về vấn đề khối tâm, sau khi GV gợi ý các em đã tự đƣa ra đƣợc hƣớng giải quyết vấn đề. Việc thảo luận nhóm diễn ra khá sôi nổi, các em nhanh chóng giải quyết xong bài toán xác định hợp lực của trọng lực tác dụng lên hai chất điểm M1, M2 từ đó đƣa ra điểm G đại diện cho hai chất điểm đó. Sau đó, các em tự mở rộng đối với trƣờng hợp hệ gồm n chất điểm M1, M2, …, Mn. Tuy nhiên, để đƣa ra biểu thức tọa độ của khối tâm RG
, các em cần GV gợi ý và thảo luận nhóm trong thời gian khá lâu (khoảng 10 phút) mới ra kết quả. Khi đã có kết quả tọa độ khối tâm, các em rất phấn khởi xung phong lên bảng trình bày. Điều đó cho thấy, tính tích cực, tự chủ của sinh viên đã đƣợc phát huy.
Vấn đề phƣơng trình động lực học của vật rắn chuyển động tịnh tiến, sau khi thảo luận, từ phƣơng trình động lực học của chất điểm và phƣơng trình toán học vận tốc bằng đạo hàm của bán kính véc tơ, gia tốc bằng đạo hàm của vận tốc, các em đã tự đƣa ra đƣợc giải pháp và xây dựng đƣợc phƣơng trình.
* Bài " Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định"
Vấn đề khái niệm chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định, sinh viên đều đƣa ra đƣợc ví dụ : chuyển động của cánh quạt trần trong phòng học, bánh xe
82
đang chạy,.. nhƣng khi GV hỏi khái niệm chuyển động quay thì các em gặp khó khăn trong việc khái quát hóa. Các em chuyển sang thảo luận, cùng với gợi ý của GV đó là xét từng điểm trên vật, các em đã tự đƣa ra đƣợc khái niệm và xung phong trình bày. Từ các khái niệm góc quay, vận tốc góc, gia tốc góc trong chuyển động tròn của chất điểm, các em đã nhận xét đƣợc các chất điểm trên vật rắn chuyển động quay đều có cùng góc quay, cùng vận tốc góc và gia tốc góc. Điều đó cho thấy sinh viên đã tích cực, tự chủ trong việc liên hệ kiến thức cũ với kiến thức mới.
Sau khi GV đặt câu hỏi "Làm thế nào để mở cửa dễ dàng?" các em rất hào hứng thảo luận, có thể đó là vấn đề rất quen thuộc trong cuộc sống thƣờng ngày. Nhiều sinh viên xung phong trả lời và cho rằng "tác dụng một lực càng mạnh thì mở cửa càng dễ" nhƣng ý kiến đó lập tức bị các bạn khác phản bác vì nếu tác dụng lực vào bản lề hoặc nhấc cánh cửa lên bằng một lực thẳng đứng thì cửa cũng không quay. Sau đó GV đặt câu hỏi "Đại lƣợng nào đặc trƣng cho tác dụng làm quay của lực? Đại lƣợng đó phụ thuộc vào những yếu tố nào?", hầu hết các em đều tập trung suy nghĩ, tƣ duy và thảo luận. Một số sinh viên xung phong trả lời đại lƣợng đó là mô men lực và cũng đƣa ra đƣợc biểu thức M = F.d, trong đó d là cánh tay đòn. Tuy nhiên sau khi GV đƣa ra trƣờng hợp lực tác dụng F
lên vật rắn có phƣơng bất kì đối với trục quay, các em dƣờng nhƣ bị bế tắc. Sau khi GV gợi ý phân tích lực F
thành các lực thành phần, các em đã thảo luận và tự đƣa ra kết luận mô men của lực F
chỉ bằng mô men lực của thành phần chỉ bằng mô men lực của thành phần Ft
nằm tiếp tuyến với đƣờng tròn đi qua điểm đặt của lực và vuông góc với trục quay. Không khí học tập rất sôi nổi, các em đều cảm thấy hứng thú và phát biểu nhiệt tình, giáo trình cũng đƣợc các em khai thác trong quá trình đƣa ra biểu thức xác định mô men lực đối với một trục.
Vấn đề công thức xác định mô men quán tính của một số vật rắn đồng chất, đối xứng, sau khi GV chuyển giao nhiệm vụ, các em tích cực làm việc cá nhân và làm việc nhóm và tính toán đƣợc kết quả.
Đánh giá chung cho hai bài học trên lớp theo tiến trình dạy học mà ngƣời thực hiện đề tài đã thiết kế là: Đã đạt đƣợc mục tiêu đề ra. Sinh viên tích cực, tự chủ trong học tập. Ngoài ra, sinh viên còn có kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng thuyết trình trƣớc đông ngƣời.
83
*Buổi 1: Sau khi GV chiếu hình ảnh con quay trong trò chơi dân gian, các em rất hào hứng vì đây là một trò chơi phổ biến mà các em đã từng chơi. Các em bắt đầu nhận thức đƣợc vấn đề tại sao khi con quay không quay nó bị đổ, ngƣợc lại khi nó quay thì có thể đứng yên trong thời gian khá lâu. Nhiều sinh viên thắc mắc "tại sao lại thế nhỉ?". GV chiếu tiếp hình ảnh tàu không gian và hỏi "làm thế nào để định hƣớng cho tàu không gian đến đích?" nhiều sinh viên xung phong phát biểu định hƣớng nhờ la bàn nhƣng ngay sau đó có sinh viên phản bác rằng ở ngoài không gian vũ trụ la bàn không hoạt động do không có từ trƣờng của Trái Đất. Chúng tôi chia lớp thành từng nhóm thảo luận và thấy không khí thảo luận diễn ra khá sôi nổi.
Hình 3.1. Sinh viên thảo luận
Sau khi thảo luận, các em đã tự nhận thức đƣợc vấn đề cần nghiên cứu đó là chuyển động của con quay và ứng dụng của con quay, đồng thời dự đoán đƣợc vai trò của con quay trong việc định hƣớng cho tàu không gian trong vũ trụ. Điều đó cho thấy năng lực nhận biết vấn đề cần nghiên cứu của sinh viên đƣợc phát huy.
GV giới thiệu hai chủ đề cần nghiên cứu đó là chuyển động của con quay có trục tự do và chuyển động của con quay có trục tựa trên một điểm cố định - hiệu ứng hồi chuyển và yêu cầu sinh viên chuẩn bị seminar. Các em có rất nhiều thắc mắc nhƣ " viết bài thuyết trình nhƣ thế nào? Bài thuyết trình gồm mấy phần ? Trình bày trong bao lâu?...". Tuy nhiên sau khi GV nêu các yêu cầu của bài thuyết trình thì các em rất húng thú tiếp nhận nhiệm vụ. Thậm chí sau buổi thứ nhất, chúng tôi vẫn nhận đƣợc nhiều câu hỏi thắc mắc của các em, chủ yếu là các em hỏi về vấn đề viết bài trên phần mềm powerpoint, có thể do các em lần đầu làm quen với phần mềm nên vẫn còn bỡ ngỡ.
84
Hình 3.2. GV giới thiệu về con quay
* Buổi 2:
Đại diện các nhóm trình bày bài thuyết trình rất chủ động và tự tin chứng tỏ các nhóm đã có sự chuẩn bị tích cực. Đến phần thảo luận, ban đầu các em còn chƣa mạnh dạn nhƣng sau khi đƣợc GV khuyến khích động viên và đƣa ra những câu hỏi định hƣớng, các em đã hăng hái đƣa ra các ý kiến thắc mắc đối với vấn đề đƣợc trình bày trong bài thuyết trình. Các câu hỏi chủ yếu về vấn đề giải thích chuyển động của con quay bằng các kiến thức đã học. Chúng tôi nhận thấy không khí buổi học rất sôi nổi, điều đó cho thấy việc phát huy tính tích cực, tự cho cho sinh viên đã thành công.
* Sản phẩm của sinh viên trong các buổi học seminar
Các bài thuyết trình powerpoint của sinh viên đáp ứng đƣợc đa số các tiêu chí nhƣ: trình bày rõ ràng, ngắn gọn, phông chữ đủ lớn để cả lớp có thể theo dõi, có những hình ảnh minh họa rất sinh động. Sinh viên trình bày tự tin,giọng nói to, rõ ràng, các vấn đề mà các em trình bày không chỉ trong phạm vi bài thuyết trình mà cả những vấn đề mở rộng thêm. Thông qua sản phẩm của sinh viên đó là bài thuyết trình có thể thấy rằng các em đã rất tích cực trong chuẩn bị cho buổi seminar.
85
Hình 3.3. Đại diện nhóm 2 trình bày về con quay có trục tựa trên một điểm cố định - hiệu ứng hồi chuyển và ứng dụng
3.5.2. Phân tích định lƣợng kết quả kiểm tra
Để đánh giá về mặt định lƣợng, chúng tôi căn cứ vào kết quả của các bài kiểm tra viết. Mục đích của các bài kiểm tra là đánh giá chất lƣợng nắm vững kiến thức và kĩ năng của sinh viên. Thông qua việc so sánh kết quả các bài kiểm tra ở lớp thực nghiệm và đối chứng có thể đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã thiết kế.
3.5.2.1. Các đánh giá, xếp loại
a) Các bài kiểm tra của học sinh đƣợc chúng tôi đánh giá theo thang điểm 10 và phân loại nhƣ sau:
+ Loại giỏi : Điểm 9, 10 + Loại khá : Điểm 7, 8
+ Loại trung bình : Điểm 5, 6 + Loại yếu: Điểm 3,4
+ Loại kém: Điểm 0, 1, 2
Căn cứ vào kết quả bài kiểm tra của học sinh, việc đánh giá đƣợc tiến hành bằng cách sử dụng phƣơng pháp thống kê toán học, phân tích và xử lý kết quả thu đƣợc
86
b) Việc xử lí và phân tích kết quả thực nghiệm sƣ phạm gồm các bƣớc:
- Lập bảng điểm các lớp thực nghiệm và đối chứng, tính % tính điểm trung bình X ( lớp TN) và Y ( lớp ĐC).
- Lập bảng phân phối tần suất, vẽ đƣờng biểu diễn sự phân phối tần suất của nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng qua mỗi lần kiểm tra để so sánh kết quả
- Lập bảng tóm tắt các tham số thống kê theo các công thức :
+ Điểm trung bình : n i i i 1 n X X n ; n i i i 1 n Y Y n Trong đó:
Xi là các giá trị điểm của nhóm TN Yi là các giá trị điểm của nhóm ĐC
ni là số SV đạt điểm Xi (Yi) ở nhóm TN (ĐC) n là số học sinh đƣợc điều tra ở mỗi nhóm
+ Phƣơng sai: n 2 i i 2 i 1 n (X X) S (X) n ; n 2 i i 2 i 1 n (Y Y) S (Y) n + Độ lệch quân phƣơng (độ lệch chuẩn): 2
S(X) S (X) ; S(Y) S (Y) 2 + Hệ số biến thiên: V(X) S(X)(%) X ; S(Y) V(Y) (%) Y Trong đó:
V(X), V(Y) trong khoảng 0 - 10% dao động nhỏ, độ tin cậy cao V(X), V(Y) trong khoảng 11 - 30% dao động trung bình
V(X), V(Y) trong khoảng 31 - 100% dao động lớn, độ tin cậy nhỏ
+ Hiệu trung bình ( dTN - ĐC ): so sánh điểm trung bình cộng của các lớp TN và ĐC. + Hệ số Student tính toán: ttt (X Y) n
D(X) D(Y)
- Lập bảng xếp loại học tập theo 5 mức: Kém, yếu, trung bình, khá, giỏi
- Vẽ biểu đồ xếp loại học tập và biểu đồ giá trị điểm bài kiểm tra để so sánh kết quả học tập giữa nhóm TN và ĐC.
3.5.2.2. Kết quả bài kiểm tra lần 1
87
Thống kê kết quả kiểm tra
Bảng 3.2. Kết quả bài kiểm tra lần 1
Lớp Điểm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TN: 64DCCD13 0 0 0 1 2 8 8 9 7 4 1 ĐC: 64DCCD02 0 0 1 3 4 10 7 7 6 2 0 * Điểm trung bình cộng: + Nhóm TN: X 6, 60 + Nhóm ĐC: Y 5,85
Phân loại kết quả kiểm tra
Bảng 3.3. Phân loại kết quả bài kiểm tra lần 1
Lớp Số SV Xếp loại Kém Yếu Trung bình Khá Giỏi TN 40 0 3 16 16 5 100% 0% 7,5% 40% 40% 12,5% ĐC 40 1 7 17 13 2 100% 2,5% 17,5% 42,5% 32,5% 5%
88
Xử lí kết quả để tính các tham số
Bảng 3.4. Xử lí kết quả để tính các tham số bài kiểm tra số 1
Lớp thực nghiệm Lớp đối chứng i X ni Xi X 2 i (X X) n (Xi i X)2 Yi ni Yi Y 2 i (Y Y) n (Yi i Y)2 0 0 0 0 1 0 1 0 2 0 2 1 -3,85 14,823 14,823 3 1 -3,60 12,96 12,960 3 3 -2,85 8,123 24,369 4 2 -2,60 6,76 13,520 4 4 -1,85 3,423 13,692 5 8 -1,60 2,56 20,480 5 10 -0,85 0,723 7,23 6 8 -0,60 0,36 2,880 6 7 0,15 0,023 0,161 7 9 0,40 0,16 1,440 7 7 1,15 1,323 9,261 8 7 1,40 1,96 13,720 8 6 2,15 4,623 27,738 9 4 2,40 5,76 23,040 9 2 3,15 9,923 19,846 10 1 3,40 11,56 11,560 10 0 40 40 Các tham số đặc trƣng Tham số Đối tƣợng X 2 S S V(%) dTN - ĐC Lớp TN 6,60 2,49 1,58 23,94 0,75 Lớp ĐC 5,85 2,93 1,71 29,23
Phân phối tần suất ( Wi % ) số sinh viên đạt điểm Xi
Bảng 3.5. Bảng phân phối tần suất bài kiểm tra số 1 (Wi)
Lớp n Số % sinh viên đạt điểm Xi
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TN 40 2,5 5 20 20 22,5 17,5 10 2,5
89
Phân phối tần suất ( i %) số sinh viên đạt điểm Xi trở xuống
Bảng 3.6. Bảng phân phối tần suất lũy tích bài kiểm tra số 1 ( i)
Lớp n Số % sinh viên đạt điểm Xi trở xuống
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
TN 40 2,5 7,5 27,5 47,5 70 87,5 97,5 100
ĐC 40 2,5 10 20 45 62,5 80 95 100
Dựa vào các số liệu ở bảng 3.5 và 3.6, chúng tôi vẽ đồ thị phân bố tần suất (Wi) và tần suất tích lũy hội tụ lùi ( i)
Đồ thị 3.1.
Đồ thị phân bố tần suất bài kiểm tra số 1
Đồ thị 3.2.
90
3.5.2.3. Kết quả bài kiểm tra lần 2 ( Sau khi học xong bài " Chuyển động