BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM THÔNG QUA CÁC THÍ NGHIỆM VỀ DAO ĐỘNG CƠ CÓ KẾT NỐI VỚI ĐIỆN THOẠI

BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM

vectorstock.com/10212086

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH THÔNG QUA XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM VỀ DAO ĐỘNG CƠ CÓ KẾT NỐI VỚI ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH WORD VERSION | 2021 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Phùng Thị Thái Hà

BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH THÔNG QUA XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM VỀ DAO ĐỘNG CƠ CÓ KẾT NỐI VỚI ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Thành phố Hồ Chí Minh – 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Phùng Thị Thái Hà

BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH THÔNG QUA XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM VỀ DAO ĐỘNG CƠ CÓ KẾT NỐI VỚI ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH

Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 8140111 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN NGỌC CHẤT

Thành phố Hồ Chí Minh – 2020

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì một công trình khoa học nào khác.

Tác giả

Phùng Thị Thái Hà

LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lí – Bộ môn Phương pháp dạy học Vật lí Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh, và Ban Giám hiệu trường THPT Trần Hữu Trang – nơi tiến hành thực nghiệm đề tài luận văn.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Ngọc Chất đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô trong Khoa Vật lí – Trường Đại học sư phạm thành phố Hồ Chí Minh đã dành nhiều thời gian góp ý cho tác giả trong thời gian nghiên cứu và hoàn thiện luận văn.

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với bố, mẹ, gia đình, bạn bè và những người đã giúp đỡ, động viên tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.

Tác giả

Phùng Thị Thái Hà

MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU ................................................................................................................1 Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng các thí nghiệm về Dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông...................................................................................6 1.1. Cơ sở lý luận về việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm .............................6 1.1.1. Khái niệm năng lực thực nghiệm .........................................................6 1.1.2. Cấu trúc của năng lực thực nghiệm ......................................................7 1.1.3. Năng lực chuyên biệt môn vật lí...........................................................8 1.1.4. Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm Vật lí cho học sinh .........................12 1.1.5. Các biện pháp đo năng lực thực nghiệm .............................................23 1.2. Cơ sở lý luận về việc thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm Vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm. ......................................... 36 1.2.1. Thí nghiệm Vật lí và đặc điểm của thí nghiệm Vật lí .........................36 1.2.2. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT ..........................38 1.2.3. Các loại thí nghiệm sử dụng trong dạy học Vật lí. ..............................42 1.2.4. Các yêu cầu sư phạm của thiết bị thí nghiệm......................................48 1.3. Thiết bị thí nghiệm kết nối với phương tiện số. .......................................49 1.3.1. Thí nghiệm kết nối với máy vi tính. ...................................................49 1.3.2. Thí nghiệm kết nối với điện thoại thông minh. ...................................50 1.3.3. Tìm hiểu ứng dụng của Arduino. .......................................................61 1.4. Điều tra ...................................................................................................63 1.4.1. Cở sở điều tra.....................................................................................63 1.4.2. Điều tra về nhận thức của giáo viên, các nhà quản lí việc sử dụng

thiết bị thí nghiệm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT................................................................................................. 64 1.4.3. Điều tra về nội dung dạy học trong phần dao động cơ chương trình Vật lí THPT. ...................................................................................... 65 1.4.4. Điều tra về việc sử dụng công nghệ số trong dạy học phần dao động cơ chương trình Vật lí THPT. ............................................................ 67 Kết luận chương 1............................................................................................70 Chương 2. Thiết kế, chế tạo và sử dụng một số thí nghiệm về Dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông ............ 72 2.1. Mạch logic kiến thức phần dao động cơ trong chương trình GDPT hiện hành và chương trình GDPT mới (khái quát hóa nội dung kiến thức phần dao động cơ trong chương trình GDPT hiện hành và chương trình GDPT mới). ............................................................................................ 72 2.2.

Các thiết bị thí nghiệm phần dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh. ........................................................................................... 79

2.2.1. Thiết bị thí nghiệm phần dao động cơ hiện có sẵn ..............................79 2.2.2. Chế tạo thiết bị thí nghiệm kết nối với điện thoại thông minh ............82 2.2.3. Xây dựng một số thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh trong dạy học chương “Dao động cơ” nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh .......................................................................... 95 2.3. Thiết kế tiến trình dạy học các bài học chương “Dao động cơ” có sử dụng thiết bị thí nghiệm phần dao động cơ kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh. .................... 99 2.3.1. Xác định mục tiêu dạy học chương “Dao động cơ” ............................99 2.3.2. Ý tưởng sư phạm ............................................................................. 101 2.3.3. Tiến trình dạy học bài “Dao động điều hòa” (Tiết 1) ........................ 106 2.3.4. Tiến trình dạy học bài “Con lắc lò xo” ............................................. 111 2.3.5. Tiến trình dạy học hoạt động ngoại khóa nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS THPT. ............................................................. 115 2.4. Thiết kế công cụ đo năng lực thực nghiệm của học sinh trong việc sử dụng thiết bị thí nghiệm kết nối với điện thoại thông minh. ................. 119

2.4.1. Thiết kế công cụ đo năng lực thực nghiệm của học sinh trong việc sử dụng thiết bị TNKNĐTTM trong hoạt động dạy học trên lớp ...... 119 2.4.2. Thiết kế công cụ đo năng lực thực nghiệm của học sinh trong nhiệm vụ quan sát, phân tích bộ thí nghiệm hiện có và bộ TNKNĐTTM (Phục vụ trong dạy học hoạt động ngoài giờ) ................................... 125 2.4.3. Thiết kế công cụ đo năng lực thực nghiệm của học sinh trong nhiệm vụ chế tạo thiết bị đo chu kì dao động của con lắc đơn (Phục vụ trong dạy học hoạt động ngoài giờ) .................................................. 126 Kết luận chương 2.......................................................................................... 128 Chương 3. Thực nghiệm sư phạm ................................................................... 130 3.1. Mục đích và đối tượng thực nghiệm sư phạm ........................................ 130 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ....................................................... 130 3.1.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm ...................................................... 130 3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ............................................................ 131 3.3. Nội dung của thực nghiệm sư phạm ...................................................... 131 3.4. Phương pháp đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ............................ 129 3.4.1. Các tiêu chí đánh giá ........................................................................ 132 3.4.2. Xử lí, phân tích kết quả thử nghiệm sư phạm ................................... 132 3.5. Kết quả của thực nghiệm sư phạm ......................................................... 133 3.5.1. Đánh giá quá trình bồi dưỡng năng lực thực nghiệm thông quá giáo án giảng dạy trên lớp. ...................................................................... 133 3.5.2. Kết quả thực nghiệm về mặt định tính .............................................. 137 3.5.3. Kết quả thực nghiệm về mặt định lượng........................................... 138 3.5.4. Đánh giá việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm thông qua việc tổ chức hoạt động ngoại khóa .............................................................. 143 3.6. Nhận xét kết quả thực nghiệm sư phạm ................................................. 145 Kết luận chương 3.......................................................................................... 147 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CLĐ

Con lắc đơn

CLLX

Con lắc lò xo

CNTT

Công nghệ thông tin

DH

Dạy học

ĐTTM

Điện thoại thông minh

ĐC

Đối chứng

GDPT

Giáo dục phổ thông

GV

Giáo viên

HĐNK

Hoạt động ngoại khóa

HS

Học sinh

KHCN

Khoa học công nghệ

MVT

Máy vi tính

NLTN

Năng lực thực nghiệm

PPDH

Phương pháp dạy học

PPTN

Phương pháp thực nghiệm

PTDH

Phương tiện dạy học

QTDH

Quá trình dạy học

SGK

Sách giáo khoa

TNKN

Thí nghiệm kết nối

TNKNĐTTM

Thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh

TNKNMT

Thí nghiệm kết nối máy tính

TNTT

Thí nghiệm tự tạo

TNVL

Thí nghiệm vật lí

TN

Thí nghiệm

TBTN

Thiết bị thí nghiệm

TNg

Thực nghiệm

TNSP

Thực nghiệm sư phạm

TNKQ

Trắc nghiệm khách quan

THCS

Trung học cơ sở

THPT

Trung học phổ thông

VTCB

Vị trí cân bằng

DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Bảng mô tả cấu trúc của năng lực thực nghiệm .................................... 11 Bảng 1.2. Bảng tiêu chuẩn đánh giá một Rubric tốt.............................................. 30 Bảng 1.3. Tiêu chí chất lượng các hành vi của NLTN .......................................... 32 Bảng 1.4. Bảng mô tả mẫu điều tra thực trạng...................................................... 63 Bảng 2.1. Bảng nội dung kiến thức chương dao động cơ...................................... 71 Bảng 2.2. Bảng mô tả sơ lược các hoạt động dạy học chương “Dao động cơ” ...... 99 Bảng 2.3. Bảng tiêu chí đánh giá năng lực thực nghiệm của HS trong việc sử dụng TNKNĐTTM theo giáo án dạy học trên lớp .............................. 117 Bảng 2.4. Bảng tiêu chí đánh giá năng lực thực nghiệm của HS trong nhiệm vụ quan sát, phân tích bộ thí nghiệm hiện có và bộ TNKNĐTTM. .......... 123 Bảng 2.5. Bảng tiêu chí đánh giá đo năng lực thực nghiệm của học sinh trong nhiệm vụ chế tạo thiết bị đo chu kì dao động của con lắc đơn............. 124 Bảng 3.1. Bảng kết quả học lực môn Vật lí đầu năm lớp 12 (năm học 20192020) .................................................................................................. 128 Bảng 3.2. Bảng xếp loại điểm kiểm tra .............................................................. 129 Bảng 3.3. Kết quả đánh giá NLTN của nhóm lớp thực nghiệm trong quá trình dạy học theo giáo án trên lớp ............................................................. 130 Bảng 3.4. Bảng thống kê các loại điểm của bài kiểm tra .................................... 135 Bảng 3.5. Tổng hợp các tham số của hai nhóm thực nghiệm và đối chứng ......... 136 Bảng 3.6. Bảng đánh giá kết quả xếp loại điểm kiểm tra .................................... 139 Bảng 3.7. Bảng kết quả đánh giá năng lực thực nghiệm phần quan sát, nhận xét ........................................................................................................... 140 Bảng 3.8. Bảng kết quả đánh giá năng lực thực nghiệm phần thiết kế, chế tạo ... 141

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 2.1.

Hình bộ thí nghiệm thực hành dao động cơ học ................................... 79

Hình 2.2.

Hình ảnh mặt trước và mặt sau của bo mạch Arduino Uno .................. 82

Hình 2.3.

Hình ảnh vi điều khiển ATMEGA328 ................................................. 83

Hình 2.4.

Hình ảnh chi tiết các thành phần của một vi điều khiển Arduino ......... 84

Hình 2.5.

Hình ảnh Module đọc Encoder V2 ...................................................... 86

Hình 2.6.

Hình ảnh thiết bị cổng quang một cảm biến ......................................... 86

Hình 2.7.

Hình ảnh thiết bị cổng quang 11 cảm biến ........................................... 87

Hình 2.8.

Hình ảnh cảm biến Encoder 400 xung ................................................. 87

Hình 2.9.

Hình ảnh Module HC-05 ..................................................................... 88

Hình 2.10. Hình ảnh logo chương trình MIT App Inventor ................................... 90 Hình 2.11. Hình ảnh một số ứng dụng thu thập và hiển thị dữ liệu trên điện thoại thông minh .......................................................................................... 90 Hình 2.12. Hình ảnh ứng dụng Arduino Bluetooth Serial Monitor ........................ 91 Hình 2.13. Hình ảnh ứng dụng Graphical Analysis ............................................... 91 Hình 2.14. Hình ảnh giao diện ứng dụng Serial monitor ....................................... 91 Hình 2.15. Hình ảnh giao diện sử dụng ứng dụng Graphical Analysis ................... 92 Hình 2.16. Hình ảnh bố trí thí nghiệm con lắc lò xo trước và sau khi cải tiến ........ 94 Hình 2.17. Hình ảnh kết quả thí nghiệm con lắc lò xo trên điên thoại.................... 95 Hình 2.18. Hình ảnh bố trí thí nghiệm con lắc đơn trước và sau khi cải tiến .......... 96 Hình 2.19. Hình ảnh kết quả thí nghiệm con lắc đơn trên điện thoại ..................... 97 Sơ đồ 1.1. Sơ đồ cấu trúc năng lực thực nghiệm..................................................... 7 Sơ đồ 1.2. Sơ đồ các năng lực thành phần của năng lực chuyên biệt một vật lí ....... 8 Sơ đồ 1.3. Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm ghép nối với máy vi tính về mặt nguyên tắc ........................................................................................... 49 Sơ đồ 1.4. Sơ đồ các thành phần của một thí nghiệm vật lí ................................... 52 Sơ đồ 1.5. Sơ đồ thành phần của một thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh ... 53 Sơ đồ 2.1. Sơ đồ kiến thức chương dao động cơ .................................................. 73 Sơ đồ 2.2. Sơ đồ thiết kế thiết bị thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh .......... 93

Đồ thị 3.1. Các đồ thị đánh giá NLTN của nhóm thực nghiệm trong quá trình dạy học theo giáo án trên lớp ............................................................ 133 Đồ thị 3.2. Đồ thị phân bố tần suất điểm của bài kiểm tra 15 phút hai nhóm thực nghiệm và đối chứng ......................................................................... 136 Đồ thị 3.3. Đồ thị phân bố tấn suất tích lũy của bài kiểm tra 15 phút hai nhóm thực nghiệm và đối chứng ................................................................. 137 Đồ thị 3.4. Đồ thị xếp loại điểm kiểm tra của nhóm lớp đối chứng và nhóm lớp thực nghiệm ...................................................................................... 139

1

MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trong nhiều thập kỷ qua, đa số giáo viên giảng dạy sử dụng kiểu dạy học lấy người dạy – GV – làm trung tâm, mà mục tiêu được quan tâm trước hết là trang bị cho HS một trình độ kiến thức nhất định. GV xem trách nhiệm chính của mình là truyền đạt sao cho hết nội dung quy định trong chương trình SGK. Nội dung thiên về những kiến thức của các môn khoa học. Điều đó vô tình làm cho HS trở nên thụ động, mất dần đi tính tự chủ, sáng tạo, tích cực trong hoạt động học tập.

Cách dạy trên đã đem lại phần nào kết quả hết sức khích lệ. Tuy nhiên, với sự phát triển của kinh tế - xã hội trong bối cảnh toàn cầu hóa đặt ra những yêu cầu mới đối với người lao động, do đó cũng đặt ra những yêu cầu mới cho sự nghiệp giáo dục thế hệ trẻ và đào tạo nguồn nhân lực. Vì vậy, nền giáo dục hiện tại là nền giáo dục phải đào tạo ra con người có khả năng tạo ra năng suất lao động cao, luôn phấn đấu tích cực đạt hiệu quả cao trong mọi lĩnh vực lao động. Bên cạnh đó sự phát triển như vũ bão của tri thức khoa học và công nghệ thông tin cũng đã cung cấp một lượng lớn tri thức khổng lồ, ngày càng chuyên môn hóa và phức tạp trên mọi lĩnh vực. Trước bối cảnh đó, việc đổi mới phương pháp giáo dục và đào tạo con người đang trở nên cấp bách.

Những yêu cầu mới trong hệ thống giáo dục đã được thể hiện cụ thể trong luật giáo dục, Điều 28 khoản 2 đã ghi “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy được tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của HS, phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học, bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kỹ năng, vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho HS”. Với yêu cầu đó đã đặt “HS là chủ thể của hoạt động nhận thức, thông qua hoạt động tự lực, tự giác, tích cực của bản thân mà chiếm lĩnh kiến thức” (Phó Đức Hòa và Ngô Quảng Sơn, 2008). Trong những năm qua, ngành giáo dục nước ta đã đề cập đến việc sử dụng máy tính, công nghệ thông tin và truyền thông hiện đại như một phương tiện dạy học hiện đại, hỗ trợ GV và HS một cách đắc lực trong việc truyền thụ và lĩnh hội tri thức, giúp tra cứu, tìm hiểu thêm thông tin, đặc biệt là trong giảng dạy bộ môn vật lí.

2

Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm. Vật lí học không chỉ là những mô hình trừu tượng mà là sự phản ánh sinh động, phong phú của thực tiễn khách quan. Các khái niệm, định luật Vật lí hầu hết đều được hình thành từ những biểu hiện của chúng trong thực tiễn. Việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các năng lực cho học sinh như: Năng lực hợp tác, làm việc nhóm năng lực giải quyết vấn đề, năng lực thực nghiệm... và làm cho kiến thức của học sinh được sâu sắc, vững chắc. Tuy nhiên, từ thực tế dạy học cho thấy, học sinh có thể nắm vững được các lý thuyết, các công thức định luật và vận dụng được chúng để giải các bài tập cho các kỳ thi mà chưa thực sự được thực hiện các nghiên cứu vật lí qua các thí nghiệm.

Trong trường THPT hiện nay đã được cung cấp các thiết bị thí nghiêm nhưng với số lượng rất hạn chết và chủ yếu chỉ để thực hiện các thí nghiệm biểu diễn của GV. Mặt khác, các TBTN có độ bền không cao và độ chính xác còn thấp, ảnh hưởng nhiều đến việc tổ chức dạy học. Một trong những cách để cải thiện chất lượng các phòng thí nghiệm đó là sử dụng công nghệ máy tính hiện đại hoặc điện thoại thông minh trong các thí nghiệm biểu diễn và thực hành của học sinh.

Các thí nghiệm vật lí tự động có thể thực hiện được với nhiều điều kiện khác nhau một phần hoặc toàn bộ bởi hệ thống điều khiển bằng các chương trình được lập trình sẵn bằng máy tính. Điều này giúp ta có thể thu thập được nhiều giá trị hơn, tự động tính toán, biểu diễn đồ thị, xử lí thông tin một cách hoàn toàn tự động. Ưu điểm của các thí nghiệm này là tiết kiệm được thời gian thu thập và xử lí số liệu, trực tiếp mô tả được mối quan hệ giữa các đại lượng đang được nghiên cứu. Hơn nữa, các thí nghiệm này giúp chúng ta tiến hành các thí nghiệm mà thời gian diễn ra hiện tượng quá nhanh hoặc quá lâu.

Arduino là một nền tảng vi điều khiển dựa trên vi điều khiển Atmega 328 với phần cứng và phần mềm dễ sử dụng. Arduino được sử dụng để tạo nên các dự án tương tác độc lập và tương tác với phần mềm bên ngoài. Môi trường lập trình của Arduino là mã nguồn mở có thể tạo xuống cho mỗi hệ điều hành thích hợp. Nền tảng Arduino được phát triển trong một môi trường giáo dục giúp ứng dụng cực kì dễ dàng ngay cả đối với những người bắt đầu (Phạm Quang Huy và Trương Đình Nhơn,

3

2017). Những ưu điểm này làm cho Arduino trở thành một công cụ hữu ích trong việc xây dựng các thí nghiệm Vật lí. Do bảng mạch sẵn dùng và môi trường lập trình thân thiện với người dùng, Arduino có thể được đưa vào dạy học Vật lí và có thể thực hiện được ngày từ khối lớp 6. Nó là một thiết bị thí nghiệm đa năng chi phí thấp. Mục đích của giáo dục STEM (Khoa học – Công nghệ - Kĩ thuật – Toán học) là tìm phương tiện kết nối khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học một cách hấp dẫn. Arduino là một phương tiễn hữu hiệu cho việc tích hợp các ngành học này. Đã có một số đề tài nghiên cứu về ứng dụng của Arduino trong dạy học Vật lí.

Năm 2017, McCaughey trình bày một hệ thống từ kế bằng Arduino. Mạch RC, dao động điều hòa đơn giản, mạch RLC,... được nghiên cứu hành công với Arduino. Tuy nhiên các kết quả thu được chủ yếu được trả lên màn hình máy tính hoặc các màn hình LCD, OLED nên còn cồng kềnh, chưa thuận tiện cho người sử dụng.

Từ những nhận định trên, chúng tôi chọn đề tài: “Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh thông qua xây dựng và sử dụng các thí nghiệm về dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh”.

2. Mục đích nghiên cứu Thiết kế, chế tạo và sử dụng một số thiết bị thí nghiệm về phần dao động cơ thuộc chương trình và SGK Vật lí lớp 12, có kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh THPT. 3. Giả thiết khoa học Nếu thiết kế và chế tạo mới được các thiết bị thí nghiệm về phần dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh, và xây dựng được tiến trình sử dụng các thiết bị này với các phương pháp và hình thức tổ chức dạy học phù hợp thì sẽ bồi dưỡng được năng lực thực nghiệm của học sinh.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài - Các công cụ hỗ trợ kết nối giữa thiết bị và điện thoại (cảm biến vật lí, các vi

mạch kết nối, mạch chuyển đổi, hệ thống các cảm biến,…); - Vi điều khiển Arduino và các phần mềm lập trình kèm theo (IDE, mBlock,

App inventor,…);

4

- Các nghiên cứu về bồi dưỡng năng lực thực nghiệm (nghiên cứu trong nước,

ngoài nước); - Lý thuyết về bồi dưỡng và phát triển năng lực; - Các thí nghiệm phần dao động cơ phù hợp việc dạy học Vật lí THPT; - Chương trình và SGK Vật lí phổ thông (chương trình cơ bản, chương trình

nâng cao); - Lý thuyết về kiểm tra đánh giá năng lực; - Thực trạng dạy và học của học sinh, giáo viên tại trường THPT.

5. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn chủ trương đổi mới phương pháp dạy

học Vật lí theo định hướng phát triển năng lực, đặc biệt là năng lực thực nghiệm: + Thiết kế, chế tạo và sử dụng các thiết bị thí nghiệm Vật lí nói chung và các thiết bị kết nối với điện thoại thông minh nói riêng trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông; + Tính tích cực của học sinh trong học tập; + Năng lực thực nghiệm của học sinh.

- Điều tra thực tiễn;

+ Thực trạng dạy học sử dụng thiết bị thí nghiệm tại trường THPT; + Năng lực thực nghiệm của HS; + Thực trạng về dạy học phát triển năng lực của học sinh đặc biệt là năng lực thực nghiệm.

- Nghiên cứu một số nội dung dạy học trong phần dao động cơ Vật lí THPT; - Thiết kế, chế tạo các thiết bị thí nghiệm phần dao động cơ kết nối với điện

thoại thông minh và đề xuất phương án sử dụng các thiết bị thí nghiệm này trong dạy học nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của HS. - Xây dựng tiến trình và tổ chức dạy học có sử dụng các thiết bị thí nghiệm dao

động cơ kết nối với điện thoại thông minh theo hướng phát huy tính tích cực của học sinh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh.

5

- Xây dựng bài kiểm tra tiền kiểm và hậu kiểm theo các tiêu chí đánh giá năng

lực thực nghiệm của học sinh.

- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các thiết bị thí

nghiệm đã xây dựng nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh.

6. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận.

- Điều tra, quan sát thực nghiệm.

- Nghiên cứu thử nghiệm.

- Thực nghiệm sư phạm.

7. Đóng góp của đề tài - Thiết kế và chế tạo được một số thiết bị thí nghiệm phần dao động cơ kết nối

với điện thoại thông minh phục vụ cho việc dạy học thực hành môn Vật lí.

- Góp phần xây dựng quy trình tổ chức dạy học có sử dụng thiết bị thí nghiệm

môn Vật lí nhằm bồi dưỡng và phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh THPT. - Bổ sung vào nguồn tài liệu tham khảo về các thiết bị dạy học trong trường

THPT. 8. Cấu trúc của đề tài Ngoài phần mục lục, mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung của luận văn gồm 3 chương: Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng các thí nghiệm về dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dương năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông Chương 2. Thiết kế, chế tạo và sử dụng một số thí nghiệm về dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông Chương 3. Thực nghiệm sư phạm

6

Chương 1.

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM VỀ DAO ĐỘNG CƠ CÓ KẾT NỐI VỚI ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 1.1. Cơ sở lý luận về việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm 1.1.1. Khái niệm năng lực thực nghiệm Năng lực là khả năng cá nhân có thể vận dụng các kiến thức, kỹ năng, thái độ một cách linh hoạt, có tổ chức và tác động một cách tự nhiên lên những tình huống cụ thể để giải quyết các nhiệm vụ đặt ra với tinh thần trách nhiệm cao và thực hiện thành công những nhiệm vụ đó (Bộ giáo dục và Đào tạo, 2014).

Năng lực bao gồm năng lực chung và năng lực chuyên biệt. Trong đó năng lực chung là những năng lực cần thiết cho nhiều hoạt động khác nhau, là hệ thống những thuộc tính trí tuệ cá nhân, đảm bảo cho cá nhân nắm bắt được tri thức và hoạt động một cách dễ dàng, có hiệu quả. Năng lực chung gồm: Năng lực tự học, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo, năng lực quản lí, năng lực giao tiếp, năng lực hợp tác, năng lực sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông, năng lực ngôn ngữ, năng lực tính toán. Năng lực chuyên biệt là năng lực của một lĩnh vực nào đó, nó vừa thể hiện được những đặc tính của năng lực chung, nhưng đồng thời nó còn có những biểu hiện đặc thù riêng cho lính vực đó (Nguyễn Đức Thâm, 2002).

Năng lực thực nghiệm vật lí là một trong những năng lực chuyên biệt của bộ môn vật lí. Năng lực thực nghiệm vật lí có thể hiểu là khả năng vận dụng các kiến thức, kỹ năng thực nghiệm trong lĩnh vực vật lí cùng với thái độ tích cực để giải quyết các vấn đề đặt ra trong thực tiễn. Đó có thể là khả năng lý giải được một hiện tượng vật lí, thực hiện thành công một TN vật lí, hay khả năng chế tạo các dụng cụ thí nghiệm hoạt động dựa trên các nguyên tắc vật lí để phục vụ cuộc sống... Trong quá trình học tâp ở trường phổ thông thì bồi dưỡng NLTN cho HS là việc hết sức cần thiết.

7

Như vậy, NLTN gắn với khả năng hành động, nghĩa là đòi hỏi HS phải giải thích được, làm được, vận dụng được kiến thức lý thuyết vào thực tiễn chứ không chỉ dừng lại ở hiểu. Mặt khác, quá trình bồi dưỡng NLTN lại dựa trên cơ sở sự phát triển các kiến thức, kỹ năng, thái độ. Tuy nhiên với ý nghĩa nhấn mạnh đến khả năng thực hiện, khả năng hành động thì việc phát triển các kỹ năng thực nghiệm sẽ là yếu tố quan trọng nhất đến sự hình thành và phát triển NLTN. Mặt khác các kỹ năng thực nghiệm vật lí mà học sinh được rèn luyện ở trường phổ thông chính là các kỹ năng trình bày kiến thức về các hiện tượng, định luật, đại lượng, nguyên lý vật lí, các phép đo, các hằng số vật lí, trình bày được mối quan hệ giữa các đại lượng, vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn (Phạm Hữu Tòng, Phạm Xuân Quế và Nguyễn Đức Thâm, 2005).

Nếu hệ thống các kỹ năng này được rèn luyện tốt thì HS sẽ dễ dàng vận dụng chúng để giải quyết các vấn đề của thực tiễn. Với quan điểm này, đề tài sẽ tập trung vào việc bồi dưỡng các kỹ năng về NLTN cho HS trong quá trình dạy học vật lí ở trường THPT (Nguyễn Đình Thước, 2010).

1.1.2. Cấu trúc của năng lực thực nghiệm Cấu trúc năng lực thực nghiệm dựa vào 3 thành tố: kiến thức, kỹ năng, thái độ.

Năng lực thực nghiệm có cấu trúc như sau:

Sơ đồ 1.1. Sơ đồ cấu trúc năng lực thực nghiệm  Kiến thức

- Kiến thức vật lí liên quan đến quá trình cần khảo sát; - Kiến thức về phương pháp nghiên cứu vật lí (phương pháp nhận thức vật lí): Phương pháp thực nghiệm; - Kiến thức về thí nghiệm vật lí; - Kiến thức về thiết bị, về an toàn thiết bị;

8

- Kiến thức về xử lí số liệu, về sai số; - Kiến thức về biểu diễn số liệu dưới dạng bảng biểu, đồ thị.  Kỹ năng

- Kỹ năng đề xuất giả thiết hay dự đoán; - Kỹ năng về suy luận đưa ra hệ quả; - Kỹ năng đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết hay dự đoán; - Kỹ năng thiết kế phương án thí nghiệm; - Kỹ năng lắp ráp, thực hiện thí nghiệm (Quan sát, đo đạc, ghi kết quả, tính toán, biểu diễn kết quả, đánh giá); - Kỹ năng sử dụng các dụng cụ đo; - Kỹ năng chế tạo thiết bị thí nghiệm và tự sữa chữa các hỏng hóc thông thường; - Kỹ năng quan sát diễn biến hiện tượng; - Kỹ năng ghi lại kết quả, biểu diễn kết quả bằng bảng biểu đồ, tính toán sai số; - Kỹ năng biện luận, trình bày kết quả, tự đánh giá nhận xét kết quả đo từ đó đưa ra cải tiến phép đo.  Thái độ

- Thái độ tích cực, tự lực; - Kiễn nhẫn, trung thực, tỉ mỉ; - Tích cực hợp tác trong học tập.

1.1.3. Năng lực chuyên biệt môn vật lí

Sơ đồ 1.2. Sơ đồ các năng lực thành phần của năng lực chuyên biệt một vật lí

9

Trong dạy học vật lí ở trường THPT năng lực chuyên biệt môn vật lí được xác định với 4 năng lực: Năng lực sử dụng kiến thức, năng lực về phương pháp nhận thức vật lí, năng lực trao đổi thông tin, năng lực liên quan đến cá nhân (Bộ giáo dục và Đào tạo, 2014).  Nhóm năng lực thành phần của năng lực sử dụng kiến thức vật lí

- Trình bày được kiến thức về các hiện tượng, đại lượng, định luật, nguyên lý vật lí cơ bản, các phép đo, các hằng số vật lí; - Trình bày được mối quan hệ giữa các kiến thức vật lí; - Sử dụng kiến thức vật lí để thực hiện các nhiệm vụ học tập; - Vận dụng (giải thiết, dự đoán, tư tưởng, đề ra giải pháp, đánh giá...) kiến thức vật lí vào thực tiễn.  Nhóm năng lực thành phần về phương pháp nhận thức

- Đặt ra những câu hỏi về một sự kiện vật lí; đây là bước đầu tiên của NLTN. Nó có vai trò quan trọng, để HS định hướng đúng, đúng phương pháp, làm rõ được bản chất vật lí của một sự vật hiện tượng.

- Mô tả được các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ vật lí, chỉ ra được các quy luật vật lí trong các hiện tượng đó; - Thu thập, đánh giá, lựa chọn, xử lí thông tin từ các nguồn khác để giải quyết vấn đề trong học tập vật lí; - Vận dụng sự tương tự và các mô hình để xây dựng kiến thức vật lí; - Lựa chọn và sử dụng các công cụ toán học phù hợp trong học tập vật lí; - Chỉ ra các điều kiện lý tưởng của hiện tượng vật lí; - Đề ra các giả thuyết, suy ra các hệ quả có thể kiểm tra được; - Xác định mục đích, đề xuất phương án, lắp ráp, tiến hành xử lí kết quả thí nghiệm và rút ra nhận xét; - Biện luận tính đúng đắn của kết quả thí nghiệm và tính đúng đắn các kết luận được khái quát hóa từ kết quả thí nghiệm.  Nhóm năng lực thành phần trao đổi thông tin

- Trao đổi kiến thức và ứng dụng vật lí bằng ngôn ngữ vật lí và cách diễn tả đặc thù của vật lí;

10

- Phân biệt được những mô tả các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ đời sống và ngôn ngữ vật lí; - Lựa chọn, đánh giá các nguồn thông tin khác nhau; - Mô tả được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các thiết bị kỹ thuật công nghệ; - Ghi lại được các kết quả từ các hoạt động học tập vật lí của mình (nghe, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm) phù hợp; - Trình bày kết quả học tập vật lí; - Thảo luận được kết quả học tập; - Tham gia hoạt động nhóm trong học tập vật lí.  Nhóm năng lực thành phần liên quan đến cá nhân học sinh

- Xác định được trình độ hiện có về kiến thức, kỹ năng, thái độ của cá nhân học tập vật lí; - Lập kế hoạch tổng hợp được kế hoạch, điều chỉnh kế hoạch học tập vật lí nhằm nâng cao trình độ bản thân; - Chỉ ra vai trò (cơ hội) và hạn chế của các quy định vật lí đối với các trường hợp cụ thể trong vật lí và ngoài vật lí; - So sánh và đánh giá được khía cạnh vật lí các giải pháp kiến thức khác nhau về mặt vật lí, xã hội và môi trường; - Sử dụng kiến thức vật lí để đánh giá và cảnh báo mức độ an toàn của thí nghiệm, các vấn đề cuộc sống, của công nghệ hiện đại; - Nhận ra được ảnh hưởng của vật lí lên các mối quan hệ xã hội và lịch sử.

Trong quá trình mô tả một hiện tượng bằng ngôn ngữ vật lí các em có thể tìm ra bản chất vật lí của hiện tượng trên hoặc so sánh được bản chất của hiện tượng với một hiện tượng tương tự hoặc tương tự giống nó. Đặc biệt là các hiện tượng có bản chất trái ngược nó. Đồng thời thông qua mô tả cái mới các em có dịp để ôn luyện lại các kiến thức đã được học trước đó.

Trong quá trình tìm hiểu dụng cụ TN, HS sẽ phát hiện những hư hỏng và GV cũng có thể hướng dẫn các em tìm tòi cách khắc phục, hoặc GV cũng có thể hướng dẫn các em chế tạo dụng cụ khác thay thế. Còn trong trường hợp các dụng cụ không

11

có sẵn, GV có thể yêu cầu HS tự chế tạo các dụng cụ phù hợp với phương án đã lựa chọn. Các dụng cụ đó thường đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo và ít tốn kém. Đối với HS khá giỏi có thể yêu cầu chế tạo những dụng cụ phức tạp và tinh tế hơn. Việc rèn luyện kỹ năng chế tạo dụng cụ, ngoài việc giúp HS dễ dàng sử dụng được các dụng cụ, kích thích sự say mê, khám phá thì cũng nhờ đó mà HS thể phát hiện được hư hỏng của các dụng cụ, đồng thời biết cách khắc phục và sửa chữa các dụng cụ đó.

Từ những thành tố chung và các năng lực chuyên biệt môn vật lí ta thu được hệ thống chung về cấu trúc của năng lực thực nghiệm theo bảng sau (Phạm Xuân Quế, 2019): Bảng 1.1. Bảng mô tả cấu trúc của năng lực thực nghiệm Thành tố

Hành vi biểu hiện

1. Nêu câu hỏi khoa 1.1. Phát hiện có vấn đề mới về sự kiện vật lí được quan sát, học và đưa ra dự trải nghiệm. đoán/ giả thuyết.

1.2. Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu/ nêu câu hỏi khoa học (mà khi giải quyết vấn đề đó, cần tiến hành thí nghiệm khảo sát hay kiểm chứng).

1.3. Đưa ra được các dự đoán/ giả thuyết.

2. Đề xuất, lựa chọn 2.1. Đề xuất các phương án thí nghiệm. và lập kế hoạch tiến 2.2. Lựa chọn phương án khả thi. hành thí nghiệm.

2.3. Lập kế hoạch tiến hành thí nghiệm .

3. Thực hiện phương 3.1. Lựa chọn/xây dựng các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm/ vật án thí nghiệm đã liệu kĩ thuật. thiết kế.

3.2. Lắp ráp thiết bị thí nghiệm.

3.3. Kiểm tra thiết bị và phát hiện, sửa chữa những sai hỏng thông thường.

3.4. Tiến hành thí nghiệm/vận hành ứng dụng kĩ thuật.

3.5. Thu thập và ghi lại kết quả từ thí nghiệm/hiện tượng tự nhiên/ quá trình vận hành ứng dụng kĩ thuật.

4.1. Biểu diễn kết quả đo dưới các dạng khác nhau.

12

4. Xử lí, phân tích, 4.2. Xử lí số liệu. trình bày kết quả và 4.3. Biện luận kết quả TN và rút ra kết luận từ khái quát hóa đánh giá.

kết quả TN/ Biện luận những kết quả rút ra được qua quá trình vận hành ứng dụng kĩ thuật.

4.4. Đánh giá, cải tiến phép đo/mô hình của ứng dụng kĩ thuật.

1.1.4. Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm Vật lí cho học sinh  Tầm quan trọng của việc bồi dưỡng NLTN cho HS trong dạy học vật lí

Năng lực thực nghiệm là nhóm vai trò về phương pháp. Phương pháp dẫn đường cho hành động. Phương pháp quan trọng hơn phát minh, vì có phương pháp tốt thì sẽ tìm ra được những phát minh mới quan trọng hơn phát minh đã có (Lev Davidovic Laudau, 1962).

Giáo dục phổ thông ở nước ta cũng đã có sự thay đổi. Mục tiêu giáo dục chuyển từ truyền thụ kiến thức sang phát triển năng lực cho người học. “Đối với giáo dục phổ thông, tập trung phát triển trí tuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, năng lực công dân, phát hiện và bồi dưỡng năng khiếu, định hướng nghề nghiệp cho HS. Nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, chú trọng giáo dục lý tưởng, truyền thống, đạo đức, lối sống, ngoại ngữ, tin học, năng lực và kỹ năng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn” (Bộ giáo dục và Đào tạo, 2014).

Có thể nói, Vật lí học là cơ sở, là nền tảng của đa số các ngành kỹ thuật và các quá trình sản xuất. Trong xã hội ngày nay sự bùng nổ của công nghệ thông tin, khoa học công nghệ phát triển như vũ bão làm cho sự ra đời của các thiết bị kỹ thuật phục vụ cho sản xuất ngày càng nhiều. Những thiết bị này góp phần làm tăng năng suất lao động, tiết kiệm sức lao động cho con người và sự phát triển này càng mạnh mẽ hơn trong tương lai. Sự phát triển đó đòi hỏi người lao động phải luôn theo kịp với sự phát triển này và làm chủ được các công nghệ mới. Nghĩa là họ phải hiểu rõ và có khả năng thao tác, vận hành, sửa chữa được các thiết bị kỹ thuật cả cũ lẫn mới. Với những HS có NLTN vật lí sẽ luôn có tâm thế sẵn sàng, tự tin chủ động trong việc tìm hiểu, xem xét, sửa chữa các thiết bị, máy móc trong cuộc sống. Đồng thời những HS này sẽ có khả năng tiếp cận thế giới tự nhiên tốt hơn, biết cách tìm hiểu và khám phá tự

13

nhiên, có một trực giác nhạy bén đối với các tình huống thực tế. Đặc biệt, Vật lí học là một khoa học thực nghiệm nên với những HS có niềm đam mê vật lí thì NLTN càng có ý nghĩa rất quan trọng. Vì vậy NLTN là một trong những năng lực quan trọng mà người lao động cần có.

Việc bồi dưỡng NLTN sẽ giúp HS hình thành thói quen gắn kết các kiến thức đã học vào thực tế cuộc sống, thấy được mối quan hệ mật thiết giữa lý thuyết và thực tiễn. Sau khi học xong mỗi phần kiến thức, thì khi GV nên yêu cầu, nhắc nhở HS liên hệ kiến thức lý thuyết vào thực tiễn, biết vận dụng các kiến thức trong sách vở vào các tình huống thực trong đời sống hàng ngày. Điều đó có nghĩa quan trọng trong việc kích thích hứng thú học tập của HS, đồng thời giúp các em mở rộng vốn hiểu biết và phát triển toàn diện hơn (Phạm Hữu Tòng, Phạm Xuân Quế và Nguyễn Đức Thâm, 2005).  Các biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh

Biện pháp 1. Tăng cường sử dụng thí nghiệm trong dạy học Việc sử dụng thí nghiệm vật lí trong dạy học góp phần quan trọng vào việc hoàn thiện những phẩm chất năng lực của HS, sự phát triển toàn diện của người học. Nhờ có thí nghiệm HS có thể hiểu sâu hơn bản chất vật lí của các hiện tượng, định luật, quá trình…được nghiên cứu, do đó khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS sẽ linh hoạt và hiệu quả hơn. Nói cách khác, thí nghiệm là cầu nối giữa lý thuyết và thực tiễn. Qua thí nghiệm HS có cơ hội rèn luyện kỹ năng thực nghiệm góp phần thiết thực vào việc bồi dưỡng NLTN cho HS. Như vậy TN có vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển các kỹ năng của NLTN cho HS. Mục đích của việc tăng cường làm TN trước hết là để HS có niềm tin vào việc có thể tự lực làm TN. Từ chỗ đơn giản là bắt chước, làm TN theo hướng dẫn và có phương án cho trước đến việc tự đề xuất phương án TN, tự chế tạo dụng cụ và tiến hành TN độc lập.

Các TN biểu diễn đa phần là GV thực hiện, tuy nhiên nếu tăng cường sử dụng chúng sẽ rèn luyện cho HS kỹ năng quan sát, nhận xét kết quả TN, đồng thời HS có thể bắt chước thực hiện được các thao tác đó. Đó là cơ sở ban đầu cho việc hình thành các kỹ năng của NLTN ở HS. Vì vậy GV cần sử dụng tối đa các TN trong chương

14

trình. Thực hiện các TN một cách bài bản, công phu để qua đó HS khắc sâu kiến thức và rèn luyện một số kỹ năng chuyên biệt môn vật lí.

Khi thực hiện các TN thực tập, HS có cơ hội tiếp xúc trực tiếp với dụng cụ, được lựa chọn, sắp xếp, đo đạc trực tiếp với dụng cụ và xử lí số liệu... Đối với các TN trực diện, HS tiến hành tại lớp do đó được sự hướng dẫn, điều chỉnh trực tiếp của GV. Nhờ đó mà NLTN của các em được bồi dưỡng và phát triển thêm. Do hạn chế về mặt thời gian nên có thể các kỹ năng của NLTN không được rèn luyện hết trên lớp, một số kỹ năng riêng lẻ cũng được rèn luyện. Để phát triển NLTN của mình HS phải tự lực thực hiện các giai đoạn của quá trình TN, thực hiện nhiều thao tác, tiến hành nhiều phép đo, xử lí nhiều số liệu mới rút ra được kết luận cần thiết. Tuy nhiên trong dạy học ở các tiết thực hành thì mức độ tự lực và sự phát triển các kỹ năng thực nghiệm của HS vẫn chưa được phát triển hết mức. Bởi vì các TN thường có bản chỉ dẫn sẵn cụ thể trong SGK. HS thường thực hiện rập khuôn theo bản kế hoạch đó. Để bồi dưỡng và phát triển năng lực sáng tạo, tính tự lực tối đa cho HS, GV cần thường xuyên giao cho các em làm TN và quan sát ở nhà. Thực hiện các TN này đòi hỏi HS phải tự lực giải quyết vấn đề trong điều kiện không có sự trợ giúp điều chỉnh trực tiếp của GV. Do đó TN vật lí làm thử ở nhà có vai trò quan trọng đến sự phát triển nhiều kỹ năng thực nghiệm như: lập kế hoạch TN, chế tạo hoặc lựa chọn dụng cụ, bố trí và tiến hành TN, xử lí kết quả TN thu được nhằm hoàn thành nhiệm vụ được giao. Nếu thường xuyên giao cho HS các TN quan sát vật lí ở nhà thì NLTN của học sinh ngày càng hoàn thiện và phát triển hơn.

Biện pháp 2. Tổ chức cho học sinh giải thích các hiện tượng trong tự nhiên và chế tạo dụng cụ thí nghiệm dựa trên các nguyên tắc vật lí Các kỹ năng mà HS được rèn luyện chủ yếu được thực hiện trên lớp theo một lôgic nhất định và thường áp dụng với TN vật lí. Nếu các kỹ năng này được biến hóa và vận dụng vào đời sống thông qua việc chế tạo và sửa chữa dụng cụ thì nó sẽ càng hoàn thiện và phát triển nhanh hơn.

Việc rèn luyện NLTN được thực hiện trên lớp với thời gian khá hạn chế nên không phải tất cả các HS đều có điều kiện để rèn luyện kỹ năng đó. Khi thực hiện các TN thực hành tại phòng TN, thông thường GV chia theo nhóm hoặc theo tổ, khi đó

15

chỉ một vài HS trong nhóm tiến hành thao tác với các dụng cụ, còn lại một số khác chỉ quan sát, ghi chép số liệu. Vì vậy, để tạo điều kiện cho hầu hết các em được rèn luyện các kỹ năng thực nghiệm thì GV cần tổ chức cho HS chế tạo các dụng cụ có ứng dụng các nguyên tắc vật lí bắt đầu từ các dụng cụ đơn giản sau đó nâng dần lên.

Sau mỗi phần kiến thức đã được học, GV cần cho các em vận dụng các kiến thức đã học để giải thích một số hiện tượng trong tự nhiên, nguyên tắc hoạt động của một số thiết bị trong đời sống hàng ngày, chế tạo các dụng cụ TN đơn giản. Vận dụng, giải thích được càng nhiều càng tốt, càng rèn luyện kỹ năng cho HS. Nhờ đó mà HS có thể diễn tả chính xác các vấn đề bằng ngôn ngữ vật lí, đề xuất được những phương án TN. Chẳng hạn sau khi học xong về hiện tượng cảm ứng điện từ có thể tổ chức cho HS làm TN tự cuốn các cuộn dây, cho cuộn dây dịch chuyển lại gần hoặc ra xa thanh nam châm, kiểm tra kim đồng hồ điện kế có quay không. Với HS khá giỏi GV yêu cầu các em thay thế nam châm vĩnh cữu bằng nam châm điện, mô tả quá trình làm TN bằng ngôn ngữ vật lí. Bằng con đường như vậy các kỹ năng về sử dụng ngôn ngữ vật lí, kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tế, kỹ năng sử dụng kiến thức liên quan, kỹ năng hợp tác, kỹ năng xử lí thông tin… của học sinh được rèn luyện và phát triển.

Việc tổ chức cho HS tự làm các TN là cần thiết, bởi đó là cơ hội tốt giúp các em tự rèn luyện các kỹ năng thực nghiệm, bồi dưỡng NLTN cho HS. Quy trình chế tạo các dụng cụ TN tạo điều kiện tốt cho các em rèn luyện các thao tác tay chân và giúp các em nắm vững lý thuyết hơn, rèn luyện các đức tính tốt như: tính cận thận, tỷ mỷ, chính xác khoa học, khả năng tự lập. Nó cũng giúp hiện thực hóa những gì các em đã học trong sách vở vào thực tiễn cuộc sống. Đó chính là những kỹ năng của NLTN mà chúng ta cần bồi dưỡng cho HS. Nhằm phát huy hiệu quả việc phát triển năng lực thực nghiệm cho HS trong quá trình tổ chức GV cần lưu ý: - Động viên, khuyến khích, khích lệ các em tham gia chế tạo các dụng cụ, đồ dùng học tập.

- Tăng cường giao cho HS các nhiệm vụ có ứng dụng các nguyên tắc vật lí vào việc lý giải các hiện tượng trong tự nhiên, đời sống hàng ngày. Căn cứ vào

16

năng lực HS mà giao nhiệm vụ với các mức độ khác nhau và hướng dẫn các mức độ khác nhau. Với HS trung bình, GV có thể đưa ra yêu cầu cụ thể và hướng dẫn chi tiết các bước thực hiện để hoàn thành nhiệm vụ. Còn những HS khá giỏi, GV chỉ đưa ra yêu cầu, bằng khả năng các em có thể thực hiện theo ý tưởng và sự sáng tạo mà vẫn đảm bảo yêu cầu ban đầu.

- Công việc này GV nên tổ chức theo nhóm. Trong quá trình đó, GV cần thường xuyên kiểm tra hoạt động của các nhóm. Trước hết là yêu cầu HS trình bày ý tưởng trước lớp, thông qua nhóm này trình bày, các nhóm khác có thể góp ý, và bổ sung thêm vào để hoàn thiện hơn. Nhờ đó mà kỹ năng giải quyết vẫn đề sẽ được bồi dưỡng.

- Sau khi hoàn thành, GV nên tổ chức cho HS báo cáo trước lớp, thậm chí trước khối. Tổ chức các cuộc thi nhỏ giữa các nhóm rồi giữa các lớp về sản phẩm của mình nhằm khuyến khích, động viên HS, đồng thời đánh giá cao những nỗ lực mà các em đã đạt được. Tạo cho học sinh niềm tin trong khám phá tri thức, tự tin hơn và sẵn sàng thực hiện nhiệm vụ trong những lần sau.

- Từ việc thực hiện trên lớp, GV có thể tạo điều kiện, khích lệ, động viên các em tham gia vào các cuộc thi làm dụng cụ học tập, thi sáng tạo KHCN của ngành giáo dục tổ chức.

- Một điểm cần lưu ý là khi giao nhiệm vụ cho HS thì GV đưa ra phải vừa sức, không quá dễ, cũng không quá khó. Có như vậy thì mới kích thích được sự hứng thú tham gia khám phá của HS mới mang lại hiệu quả tốt.

Biện pháp 3. Thường xuyên sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học Trong quá trình dạy học, đặc biệt với bộ môn vật lí thì phương pháp thực nghiệm được dùng khá phổ biến. Đó cũng là một phương pháp được sử dụng để dạy thành công nhiều bài học trong chương trình phổ thông.

Trong chương trình phổ thông, có rất nhiều phần kiến thức được xây dựng bằng con đường thực nghiệm. Đó chính là cơ hội tốt để các em bồi dưỡng và phát triển NLTN. Vì vậy, trong quá trình dạy học, GV cần tăng cường sử dụng PPTN. Để thực hiện tốt công việc này, GV cần lưu ý:

17

- Khai thác và sử dụng tối đa các bài học có thể sử dụng PPTN - Khi thực hiện phương pháp này cần phát huy tối đa khả năng của HS như đề xuất phương án, nêu vấn đề, xử dụng kiến thức liên quan, kiểm tra đánh giá…

- Tạo điều kiện cho HS làm TN nhằm cũng cố niềm tin cho các em, đồng thời tạo cơ hội cho các em tiếp xúc trực tiếp và rèn luyện các thao tác tay chân.

- Các kết quả thực nghiệm mà các em thu được có thể có những sai số nhỏ so với các kết quả mà nhà khoa học đã tìm ra trước đó. GV cần hướng dẫn HS cách xử lí kết quả và tìm ra nguyên nhân, biện pháp khắc phục chứ tuyệt đối không được điều chỉnh số liệu ,để đi đến những kiến thức mới phù hợp. Qua đó kỹ năng tính toán, kỹ năng thu thập và xử lí thông tin được phát triển.

Biện pháp 4. Đổi mới cách thức kiểm tra đánh giá theo hướng chú trọng phát triển năng lực thực nghiệm Đánh giá theo hướng chú trọng phát triển NLTN nghĩa là trong quá trình học tập cũng như trong các đề kiểm tra trên lớp, đề thi ... nên tăng cường các câu hỏi yêu cầu HS phải vận dụng các kỹ năng thực nghiệm để giải quyết.

Trước đây việc kiểm tra đánh giá hầu như chỉ chú trọng đến học thuộc lý thuyết mà chưa chú trọng tối phát triển NLTN cho học sinh. Từ việc kiểm tra miệng, kiểm tra thường xuyên, kiểm tra định kì, hầu như GV chỉ đề cập đến các khái niệm, các định luật hoặc các bài tập mang tính chất tính toán… HS chỉ cần học thuộc lý thuyết và nắm vững các công thức là có thể trả lời cơ bản. Các câu hỏi vận dụng các kỹ năng thực nghiệm đã thoáng bắt gặp trong các đề thi học sinh giỏi, đề thi đại học. Hiện nay việc kiểm tra đánh giá đã có phần thay đổi trong các đề thi tốt nghiệp THPT, đề thi đại học cũng đã xuất hiện một vài câu vận dụng NLTN trong đề thi trắc nghiệm. Tuy nhiên số lượng câu hỏi còn ít, mức độ các câu hỏi đó còn nhẹ. Vật lí học là bộ môn khoa học thực nghiệm, vì vậy trong kiểm tra đánh giá kết quả học tập của HS, GV ngoài kiểm tra đánh giá mức độ nắm vững lý thuyết thì cần quan tâm đánh giá năng lực vận dụng kiến thức, đặc biệt chú trọng đến kỹ năng thực nghiệm của HS. Việc xem nhẹ NLTN trong kiểm tra đánh giá sẽ làm cho HS không thấy được vai trò, tầm quan trọng của NLTN, và tự bồi dưỡng NLTN cũng bị hạn chế. Bên cạnh đó, chính GV cũng ít chú trọng đến việc bồi dưỡng NLTN cho HS. Vì vậy mục đích của việc

18

đổi mới trong kiểm tra đánh giá là giúp HS ý thức được tầm quan trọng của NLTN, từ đó các em mới vạch được kế hoạch tự rèn luyện và bồi dưỡng các kỹ năng thực nghiệm cho bản thân. Để thực hiện tốt việc đổi mới cách thức kiểm tra đánh giá theo hướng chú trọng phát triển NLTN, mỗi GV cần: - Trong các lần kiểm tra, kể cả kiểm tra miệng nên tăng cường các câu hỏi, các bài tập thí nghiệm. Đó là những bài tập đòi hỏi các em phải vận dụng linh hoạt tổng hợp các kiến thức lý thuyết, kỹ năng thực nghiệm, vốn hiểu biết về vật lí, kỹ thuật và thực tế trong cuộc sống để xác định mục tiêu, lựa chọn phương án, lựa chọn dụng cụ, thực hiện thí nghiệm theo quy trình, thu thập và xử lí số liệu để giải quyết nhiệm vụ đặt ra. Tóm lại, những bài tập này yêu cầu HS giải theo con đường thực nghiệm, hoặc đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lý thuyết.

- Các bài tập thí nghiệm ở trường phổ thông thường sử dụng cụ thiết bị có thể khai thác ở phòng thí nghiệm trong nhà trường hoặc sử dụng các thiết bị tự làm. Đa dạng hóa các hình thức kiểm tra đánh giá bằng cách sử dụng kết hợp nhiều hình thức như đánh giá quy trình thực hiện và đánh giá kết quả. Đánh giá quy trình sẽ là cần thiết và hiệu quả nếu GV cần đánh giá sự tuân thủ đúng quy trình, sự chuẩn xác của các thao tác tay chân trong quy trình thực hiện và thời gian hoàn thành công việc. Đánh giá kết quả là cần thiết khi hoàn thành công việc là yếu tố tác động ngược lên quy trình thực hiện.  Quy trình bồi dưỡng năng lực thực nghiệm vật lí cho học sinh Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm trong dạy học vật lí cần tập trung bồi dưỡng hệ thống các kỹ năng thực nghiệm cho HS. Do đó, trước khi bồi dưỡng GV cần xác định rõ các kỹ năng thực nghiệm cần bồi dưỡng cho HS. Từ việc nghiên cứu hệ thống các kỹ năng thực nghiệm và căn cứ vào nội dung bài học, GV xem bài học đó có thể bồi dưỡng những kỹ năng nào. Mỗi bài học GV có thể bồi dưỡng cho HS nhiều kỹ năng. Tuy nhiên, tùy thuộc vào tình hình thực tế, GV cần lựa chọn những kỹ năng quan trọng để bồi dưỡng với hiệu quả cao (Nguyễn Đức Thâm, 2002) Quy trình bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh gồm 5 bước:

19

Bước 1. Xác định hình thức tổ chức bồi dưỡng Hiện nay, các hình thức tổ chức dạy học vật lí ở trường phổ thông chủ yếu là hình thức bài lên lớp, còn hình thức tham quan, ngoại khoá, hình thức tự học ở nhà thực hiện khá hạn chế. Quá trình bồi dưỡng NLTN có thể thực hiện lồng ghép khi GV triển khai các hình thức này. Đối với hình thức dạy học theo bài lên lớp, GV có thể bồi dưỡng với loại bài nghiên cứu kiến thức mới, bài luyện tập cũng cố kiến thức hay bài thực hành TN. Với hình thức tự học ở nhà, GV có thể giao nhiệm vụ chế tạo dụng cụ dựa trên các nguyên tắc vật lí hay làm các bài tập TN. Bước 2. Xác định kỹ năng và mục tiêu cần đạt được Căn cứ vào nội dung và hình thức bồi dưỡng mà GV lựa chọn những kỹ năng thực nghiệm phù hợp để bồi dưỡng cho HS. Mỗi kỹ năng lại có nhiều mức độ khác nhau, GV cần dựa vào năng thực tế của HS mà đề ra mục tiêu về các mức độ hình thành kỹ năng cho phù hợp. Đối với những HS học lực yếu, kỹ năng xây dựng giả thuyết chỉ đặt ra ở mức dự đoán được câu trã lời dưới sự hướng dẫn của GV. Còn với HS khá, giỏi GV cần đề ra mức độ cao hơn là thực hiện từ giả thuyết suy ra hệ quả mà không cần sự hướng dẫn của GV. Các mục tiêu đưa ra cần được lượng hoá cụ thể, chi tiết để GV lấy đó làm cơ sở đánh giá hiệu quả quá trình bồi dưỡng.

Bước 3. Lập kế hoạch và tổ chức bồi dưỡng Việc thiết kế kế hoạch bồi dưỡng cần được chuẩn bị kị càng và chu đáo. Một kế hoạch tốt sẽ giúp GV có định hướng rõ ràng khi tiến hành tổ chức bồi dưỡng. Các công đoạn GV cần thực hiện khi lập kế hoạch và tổ chức bồi dưỡng: + Xác định các điều kiện về phương tiện, thiết bị, không gian, thời gian Trong quá trình bồi dưỡng NLTN cho HS thì phương tiện, thiết bị là không thể thiếu. Do đó khi lập kế hoạch bồi dưỡng, GV cần chuẩn bị trước các phương tiện, thiết bị cần sử dụng. Bên cạnh đó việc lập kế hoạch cũng cần chú ý đến điều kiện về không gian (lớp học truyền thống, phòng thực hành hay không gian ngoài trời), chú ý đến thời gian tổ chức bồi dưỡng là bao lâu. + Dự kiến cách thức tổ chức bồi dưỡng: Để việc bồi dưỡng diễn ra có hiệu quả GV cần định hình trước cách thức tổ chức bồi dưỡng. + Xây dựng kế hoạch tổ chức kiểm tra đánh giá

20

Kiểm tra đánh giá là một khâu không thể thiếu trong quá trình dạy học. Mục đích của kiểm tra đánh giá là công khai hoá về năng lực, kết quả học tập của mỗi HS đồng thời GV cũng nhận ra những điểm mạnh, yếu để tự hoàn thiện hoạt động dạy, phấn đấu nâng cao chất lượng dạy học. Kiểm tra đánh giá cần dựa vào mục tiêu ban đầu đã đặt ra và được GV lên kế hoạch rõ ràng, chi tiết. Trong kế hoạch cần thể hiện các yếu tố như: phương thức tiến hành kiểm tra (quan sát HS làm việc, lập bảng theo dõi HS trong quá trình bồi dưỡng), cách cho điểm HS (dựa trên hoạt động của HS hay hiệu quả công việc).

Thực chất, đây là khâu hiện thực hoá kế hoạch bồi dưỡng đã được chuẩn bị.

Trước khi tiến hành tổ chức bồi dưỡng, GV cần nêu mục tiêu kỹ năng cần đạt được để các em có định hướng trong quá trình thực hiện. Dù tổ chức theo hình thức nào thì GV cũng phải là người định hướng, cố vấn, giúp đỡ các em khi cần thiết. Kết thúc hoạt động GV cần tổng kết lại nội dung làm việc theo mục tiêu đã xác định.

Bước 4. Tổ chức kiểm tra đánh giá Dựa vào kế hoạch đã chuẩn bị, GV tiến hành đánh giá theo quy trình đã đề ra.

Việc kiểm tra, đánh giá phải đảm bảo công bằng, khách quan và đúng thực chất. Có như vậy thì HS mới ý thức rõ năng lực của bản thân để cố gắng phấn đấu. Tránh sự đánh giá sơ sài, qua loa, thiếu trung thực làm HS “ngộ nhận” về năng lực của bản thân. Kiểm tra đánh giá cũng là cơ sở để GV xem xét hiệu quả đạt được, nhận ra những thiếu sót để rút kinh nghiệm cho lần bồi dưỡng tiếp theo.

Bước 5. Bổ sung và cải tiến Đây cũng là khâu quan trọng trong quá trình bồi dưỡng. Có thể trong quá trình bồi dưỡng các kỹ năng của HS chưa hoàn thiện, chưa đạt đúng mục tiêu đề ra thì GV có thể bổ sung thêm trong lần bồi dưỡng tiếp theo. Hoặc nếu phương pháp GV đưa ra chưa thực sự hiệu quả thì GV cũng cần điểu chỉnh cho phù hợp. Thậm chí nếu quy trình chưa hợp lí thì GV sẽ phải cải tiến, hoàn thiện lại toàn bộ quy trình.  Những nguyên tắc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm vật lí Năng lực không thể tách rời hoạt động có mục đích của con người, thông qua hoạt động mà hình thành năng lực. Trong nhận thức cũng vậy, hoạt động nhận thức là mảnh đất để hình thành NLTN. Sau đây là những nguyên tắc cần quán triệt và đặc

21

biệt lưu ý khi tiến hành dạy học theo hướng bồi dưỡng NLTN vật lí, ngoài những nguyên tắc của dạy học nói chung.

Nguyên tắc tính mục đích của bài học Đây là nguyên tắc đầu tiên cần quán triệt. Mỗi một bài học, một chương, một phần của vật lí học nhằm giải quyết một vấn đề nhất định để đạt đến một mục đích nào đó. Các cách thức, con đường, biện pháp, thủ pháp…để đạt đến mục đích ấy, chính là phương pháp, là NLTN. Tư duy bắt đầu từ vấn đề nhận thức, từ mục đích nhận thức. Đó là khởi nguồn của quá trình nhận thức.

Tính mục đích cần quán triệt trong mọi hoạt động từ vĩ mô đến vi mô. Đặt vấn đề cho một bài học, một chương, một phần, nêu nổi bật được mục đích là biện pháp hữu hiệu. Vấn đề xuất phát từ thực tiễn hoặc từ những lý thuyết đã có. Đây là quá trình làm xuất hiện câu hỏi nhận thức trước HS. Đặt vấn đề như thế nào để thông qua việc xây dựng tình huống có vấn đề của GV. “Tạo nên một tình huống có vấn đề, điều đó có nghĩa là đặt trước HS một vấn đề sao cho các em thấy rõ được lợi ích về mặt nhận thức hay về mặt thực tế của việc giải quyết nó nhưng đồng thời cảm thấy có một số khó khăn về mặt trí tuệ do thiếu kiến thức cần thiết, nhưng sự thiếu sót này có thể khắc phục được nhờ nỗ lực gần tầm với nhất”.

Lý thuyết dạy học nêu vấn đề đã bàn về các biện pháp xây dựng tình huống có vấn đề. Thông thường cơ sở của tình huống có vấn đề là những hiện tượng, những sự kiện vật lí và những mối liên hệ nhân quả giữa chúng mà HS phải nghiên cứu trong bài học (đó thực sự là những điều mới mẻ mà HS chưa biết). Tuy nhiên chúng phải xuất hiện trước HS dưới những mối quan hệ gây được cho các em những cảm giác ngạc nhiên vì tính bất ngờ của chúng, vì giá trị nhận thức và thực tiễn cao, vì những mối liên hệ bất ngờ, vì tính chất nghịch lý, vì tính có vẻ “không thể xảy ra”, vì tính “bí ẩn”… Tuy nhiên vẫn có thể gây cảm giác ngạc nhiên cho HS không phải bằng cách đặt ra các vấn đề lớn lao mà bằng cách xét các hiện tượng dưới những góc độ khác thường, vạch ra những mối liên hệ chưa từng được chú ý. Có thể gây ra tình huống có vấn đề trong dạy học vật lí bằng những câu hỏi độc đáo, bằng cách đàm thoại mở đầu đặc biệt, bằng thí nghiệm, bằng hình vẽ và bằng nhiều phương tiện khác mà GV có thể sáng tạo.

22

Nguyên tắc liên hệ chặt chẽ giữa bồi dưỡng năng lực và nội dung Nguyên tắc này xuất phát từ bản chất của năng lực, được xây dựng trên những hiểu biết về các quy luật khách quan của sự phát triển của sự vật, của nội dung bài học cần đạt được. Các năng lực không phải tự nhiên mà có được mà phải được rèn luyện, bồi dưỡng từng kỹ năng thông qua tính chất, đặc điểm của đối tượng nhận thức.

Chính vì trong quá trình HS chiếm lĩnh kiến thức khoa học cũng là lúc họ nắm được cách thức xây dựng kiến thức ấy trong quá trình dạy học kiến thức đơn thuần.

NLTN cũng dần dần hình thành ở HS một cách tự phát, đây là điều kiện thuận lợi, là cơ sở để thực hiện bồi dưỡng NLTN cho HS. Việc GV lên một kế hoạch chặt chẽ thì NLTN của HS mới hình thành một cách hệ thống và hoàn chỉnh.

Quy trình bồi dưỡng NLTN phải bám sát nội dung giáo trình vật lí. Vật lí phổ thông chủ yếu là vật lí thực nghiệm nên chương trình phải dành một thời lượng đáng kể cho việc bồi dưỡng NLTN từ lớp 7 đến lớp 12 dần từng bước hoàn thiện. Cấu trúc lôgic của giáo trình và của từng vấn đề có thể thay đổi để phù hợp với việc bồi dưỡng NLTN. Nguyên tắc hệ thống và phân hóa: Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm phải đi từ đơn giản đến phức tạp, từ chưa hoàn thiện đến hoàn thiện phù hợp với năng lực nhận thức của học sinh Năng lực thực nghiệm là một khái niệm có mức độ khái quát lớn, phức tạp ở những mức độ khác nhau. Ngay trong một năng lực cụ thể, mức độ nông sâu, rộng hẹp cũng khác nhau. Dạy học phải quán triệt nguyên tắc vừa sức, phải đi từ đơn giản đến phức tạp, từ chưa hoàn thiện đến hoàn thiện. Đó là một yêu cầu nghiêm ngặt.

Không thể dạy học cho HS đo gián tiếp một đại lượng vật lí nếu chưa có kỹ năng đo trực tiếp một đại lượng có liên quan. Cũng không thể bồi dưỡng NLTN hoàn chỉnh nếu HS chưa biết nêu giả thuyết sơ bộ trên cơ sở quan sát hiện tượng nào đó.

Ngay khi bồi dưỡng năng lực nhận thức nào đó cũng phải tiến hành các mức độ khác nhau từ thấp đến cao theo hướng tăng dần sự tham gia của HS vào các giai đoạn của việc sử dụng cấp độ của nhận thức: Từ chỗ xem, nghe đến chỗ làm ở một vài khâu, đến chỗ tự lực hoàn toàn trong nghiên cứu.

23

Nguyên tắc lặp đi lặp lại Tri thức về phương pháp có đặc thù riêng: Phải hình thành thông qua hoạt động, NLTN hình thành ở HS thông qua hoạt động nhận thức, hoạt động thực nghiệm. Một năng lực thực nghiệm có tần số xuất hiện lớn trong một giáo trình vật lí là điều kiện thuận lợi cho việc rèn luyện và bồi dưỡng năng lực đó cho HS. Nếu có sự chú ý thích đáng của GV vào việc dạy học theo con đường xây dựng tri thức thì hiệu quả sẽ là đáng kể. Điều đó cũng đúng cho việc bồi dưỡng NLTN cho HS. Tuy nhiên việc thực hiện nguyên tắc này gặp phải sự hạn chế về mặt thời gian.

Rõ ràng việc thông báo nội dung một định luật sẽ nhanh hơn nhiều so với việc tiến hành xây dựng định luật đó bằng suy diễn lý thuyết hoặc bằng thực nghiệm. Song cái lợi của việc dạy học bằng phương pháp bồi dưỡng NLTN đã cho ta thấy những ưu điểm nỗi trội của nó. Vì thế cần phải dành thời gian thích đáng để đảm bảo tính lặp đi lặp lại của dạy học bằng phương pháp thực nghiệm và đặc biệt là bồi dưỡng NLTN cho học sinh. Đồng thời việc lựa chọn, lên kế hoạch cụ thể cho từng bài học, cho từng nội dung kiến thức và lựa chọn phương pháp bồi dưỡng phù hợp là hết sức cần thiết để nâng cao chất lượng dạy học, bồi dưỡng và phát triển NLTN cho HS. 1.1.5. Các biện pháp đo năng lực thực nghiệm Các biện pháp và hình thức kiểm tra, đánh giá năng lực thực nghiệm chúng tôi dựa trên cơ sở xây dựng theo định hướng phát triển năng lực của học sinh bao gồm (Phạm Xuân Quế, 2019):  Đánh giá kết quả và đánh giá quá trình Đánh giá kết quả thường được sử dụng vào khi kết thúc một chủ đề học tập hoặc cuối một học kỳ, một năm, một cấp học. Cách đánh giá này thường sử dụng hình thức cho điểm và nó giúp cho người học biết được khả năng học tập của mình. Đánh giá quá trình được sử dụng trong suốt thời gian học của môn học. Cách đánh giá này là việc GV hoặc HS cung cấp thông tin phản hồi về hoạt động học của người học, giúp GV điều chỉnh hoạt động dạy phù hợp hơn, giúp HS có được các thông tin về hoạt động học và từ đó cải thiện những tồn tại.Việc đánh giá quá trình có ý nghĩa hơn,nếu HS cùng tham gia đánh giá chính bản thân mình vì khi HS đảm nhận vai trò tích cực trong việc xây dựng tiêu chí chầm điểm, tự đánh giá và đề ra

24

mục tiêu thì tức là HS đã sẵn sàng chấp nhận cách thức đã được xây dựng để đánh giá khả năng học tập của họ.

Một số đặc điểm của đánh giá quá trình: - Các mục tiêu học tập phải được đề ra rõ ràng, phù hợp; - Các nhiệm vụ học tập cần hướng tới việc mở rộng, nâng cao hoạt động học tập.

- Việc chấm điểm hoặc cung cấp thông tin phản hồi chỉ ra các nội dung cần chỉnh sửa, đồng thời đưa ra lời khuyên cho các hành động tiếp theo.

- Đánh giá quá trình nhấn mạnh đến tự đánh giá mức độ đáp ứng các tiêu chí của bài học và phương hướng cải thiện để đáp ứng tốt hơn.

- Một số cách thức đánh giá quá trình - Cách đánh giá nhu cầu của người học - Cách khích lệ tự định hướng, như tự đánh giá, thông tin phản hồi từ bạn bè và học tập hợp tác.

- Cách giám sát sự tiến bộ.

- Cách kiểm tra sự hiểu biết.  Đánh giá theo chuẩn và đánh giá theo tiêu chí Đánh giá theo tiêu chí, người học được đánh giá dựa trên các tiêu chí đã định rõ về thành tích, thay vì được xếp hạng trên cơ sở kết quả thu được. Khi đánh giá theo tiêu chí, chất lượng thành tích không phụ thuộc vào mức độ cao thấp về năng lực của người khác mà phụ thuộc chính mức độ cao thấp về năng lực của người được đánh giá so với các tiêu chí đã đề ra. Thông thường, đánh giá theo tiêu chí dùng để xác lập mức độ năng lực của một cá nhân. Đánh giá theo chuẩn là hình thức đánh đưa ra những nhận xét về mức độ cao thấp trong năng lực của cá nhân so với những người khác cùng làm bài thi. Đây là hình thức đánh giá kết hợp với đường cong phân bố chuẩn, trong đó giả định rằng một số ít sẽ làm bài rất tốt, một số rất kém, số còn lại nằm ở khoảng giữa được đánh giá trung bình. Bài kiểm tra IQ là ví dụ rõ nhất về đánh giá theo chuẩn, hay cách xếp loại học tập của HS ở nước ta hiện nay cũng là cách đánh giá theo chuẩn.

25

Khác với đánh giá theo tiêu chí, đánh giá theo chuẩn thường tạo nên mối quan hệ căng thẳng giữa HS với nhau, làm giảm đi tính hợp tác trong học tập. Đánh giá theo chuẩn thường sử dụng các câu hỏi TNKQ vì thế khó có thể đánh giá được một số năng lực của HS, ví dụ như: - Vận dụng (giải thích, dự đoán, tính toán, đề ra giải pháp, đánh giá giải pháp) kiến thức vật lí vào các tình huống thực tiễn.

- Mô tả được các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ vật lí và chỉ ra các quy luật vật lí trong hiện tượng đó - Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau để giải quyết vấn đề trong học tập vật lí - Vận dụng sự tương tự và các mô hình để xây dựng kiến thức vật lí - Đề xuất được giả thuyết; suy ra các hệ quả có thể kiểm tra được.

Mặt khác, việc đánh giá thông qua các kỳ thi đầu vào có tính tham chiếu chuẩn cho phép một tỉ lệ HS vượt qua thì đồng nghĩa với việc các tiêu chuẩn có thể khác nhau giữa các năm tùy thuộc chất lượng HS thi vào. Trong khi đó đánh giá theo tiêu chí không khác nhau giữa các năm, trừ phi chính các tiêu chí này được thay đổi.  Tự suy ngẫm và tự đánh giá Tự suy ngẫm và tự đánh giá là việc HS tự đưa ra các quyết định đánh giá về công việc và sự tiến bộ của bản thân. Hai hình thức đánh giá này góp phần thúc đấy học tập suốt đời, bằng cách giúp HS đánh giá thành tích học tập của bản thân và của bạn một cách thực tế, không khuyến khích sự phụ thuộc vào đánh giá của GV. Tự đánh giá rất hữu ích trong việc giúp HS nhận thức sâu sắc về bản thân, nhận ra được điểm mạnh và điểm yếu của mình. Từ đó rút ra những bài học kinh nghiệm thiết thực để điều chỉnh hoạt động học kịp thời. Vì vậy, tự suy ngẫm, tự đánh giá cần được diễn ra trong suốt quá trình học tập và được sử dụng như một phần của đánh giá quá trình.

Tự đánh giá khác với tự chấm điểm: Tự chấm điểm là cho điểm băng cách sử dụng các tiêu chí do người khác quy định. Trong khi đó tự đánh giá là quy trình xem xét, phản ánh,đồng thời là sự suy ngẫm về lựa chọn tiêu chí.

Trong thực tiễn đánh giá, trách nhiệm cuối cùng vẫn thuộc về GV vì GV là người phải đảm nhận vai trò điều tiết, có thể phủ quyết nếu HS không cung cấp đủ

26

minh chứng để bổ trợ cho số điểm tự cho mình. Đồng thời trên thực tế tự đánh giá có thể kết hợp với hình thức đánh giá đồng đẳng, nên có thể điều tiết điểm số tự đánh giá.  Đánh giá đồng đẳng Đánh giá đồng đẳng là loại hình đánh giá trong đó HS tham gia vào việc đánh giá sản phẩm công việc của các bạn học. Khi đánh giá HS phải nắm rõ nội dung mà họ dự kiến sẽ đánh giá trong sản phẩm của các bạn học.  Đánh giá qua thực tiễn Đánh giá qua thực tiễn đưa ra cho HS những thách thức thực tế và thường được đánh giá thông qua năng lực thực hiện các nhiệm vụ trong thực tiễn. Trong dạy học vật lí sử dụng hình thức đánh giá này đánh giá được một số năng lực của HS như: - Sử dụng được kiến thức vật lí, kỹ năng … để thực hiện các nhiệm vụ học tập.

- Vận dụng kiến thức vật lí, kỹ năng vào các tình huống thực tiễn (giải thích, dự đoán, tính toán, đề ra giải pháp, thực hiện giải pháp, đánh giá giải pháp … ).

- Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau để giải quyết vấn đề trong học tập vật lí.

- Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau để giải quyết vấn đề trong học tập vật lí.

- Lựa chọn và sử dụng các công cụ toán học phù hợp trong học tập vật lí.

- Mô tả được cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của các thiết bị kĩ thuật,công nghệ - So sánh và đánh giá được - dưới khía cạnh vật lí- các giải pháp kĩ thuật khác nhau về mặt kinh tế, xã hội và môi trường.

- Sử dụng được kiến thức vật lí để đánh giá và cảnh báo mức độ an toàn của thí nghiệm, của các vấn đề trong cuộc sống và của các công nghệ hiện đại.

- Nhận ra được ảnh hưởng của vật lí lên các mối quan hệ xã hội và lịch sử. Đánh giá qua thực tiễn giúp đánh giá một tập hợp các kỹ năng. Đây là hình thức đánh giá khả năng học tập của HS đáng tin cậy bởi vì nó không phụ thuộc vào một phương pháp đánh giá duy nhất, mặt khác HS được đánh giá rất nhiều kỹ năng qua các tình huống khác nhau. Đánh giá qua thực tiễn cho thấy có điểm mạnh và điểm

27

yếu của mỗi cá nhân. Hình thức đánh giá này mang tính chất đánh giá quá trình nên thúc đẩy việc học của HS có động lực và hiệu quả.  Một số phương pháp kiểm tra, đánh giá hoạt động học tập truyền thống Phương pháp dùng lời (vấn đáp, kiểm tra miệng) Phương pháp dùng lời là cách thức GV đưa ra cho HS lần lượt một số câu hỏi và HS trả lời trực tiếp với GV. Thông qua câu trả lời, GV đánh giá mức độ lĩnh hội tài liệu học tập của HS. Phương pháp dùng lời được sử dụng ở tất cả các giai đoạn của quá trình dạy học. Phương pháp dùng lời giúp GV dễ dàng nắm bắt được tư tưởng, cách suy luận của HS để kịp thời uốn nắn những sai sót, đồng thời giúp HS nhớ lâu tài liệu nhờ trình bày qua ngôn ngữ của mình, mạnh dạn phát biểu ý kiến,luyện tập khả năng diễn đạt ý tưởng được chính xác,suy nghĩ phán đoán nhanh chóng, rèn kỹ năng ứng xử.

Tuy nhiên, .Phương pháp dùng lời có một số hạn chế:áp dụng kiểm tra cho cả lớp mất nhiều thời gian, mà ý kiến của một số HS thì không phải lả ý kiến chung cả lớp. Các câu hỏi phân phối cho các HS không đồng đều.

Phương pháp dùng giấy bút (kiểm tra viết) Phương pháp dùng giấy bút là cách thức HS làm những bài kiểm tra viết trong những khoảng thời gian khác nhau tùy theo yêu cầu của môn học.

Phương pháp dùng giấy bút thường được sử dụng để kiểm tra định kỳ theo yêu cầu chương trình môn học.

Phương pháp dùng giấy bút giúp GV trong một thời gian ngắn có thể kiểm tra toàn thể HS trong lớp về một số nội dung môn học, do đó đánh giá được trình độ chung của HS trong lớp và từng HS, để kịp thời điều chỉnh hoạt động dạy. Đồng thời giúp HS có đủ thời gian suy nghĩ để trả lời và biểu đạt bằng ngôn ngữ của chính mình.Hạn chế của phương pháp này là khó đảm bảo tính chính xác nếu không được tổ chức kiểm tra một cách nghiêm túc, khó có điều kiện để đánh giá kỹ năng thực hành, thí nghiệm, cách sử dụng công nghệ thông tin…

Phương pháp kiểm tra thực hành

28

Phương pháp kiểm tra thực hành là cách thức HS làm những bài kiểm tra có tính chất thực hành như: đo đạc, làm thí nghiệm, chế tạo các mô hình, thiết bị kĩ thuật…ở trên lớp, trong phòng thí nghiệm, xưởng trường trường và ngoài thiên nhiên.

Phương pháp kiểm tra thực hành dùng để kiểm tra kỹ năng, kỹ xảo thực hành, không đơn thuần kiểm tra kỹ năng biết thực hiện một cái gì đó mà còn kiểm tra kỹ năng vận dụng kiến thức vật lí vào cuộc sống.

Phương pháp kiểm tra thực hành là phương pháp hữu hiệu để dánh giá kỹ năng, kỹ xảo về thí nghiệm và vận dụng kiến thức vật lí vào cuộc sống. Tuy nhiên, khiáp dụng của phương pháp này là thiếu cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm và nguồn nhân lực (GV) tham gia kiểm tra đánh giá HS.  Một số công cụ đánh giá theo hướng phát triển năng lực Xây dựng phiếu hướng dẫn đánh giá theo tiêu chí (Rubric) Rubric chính là bảng thang điểm chi tiết mô tả đầy đủ các tiêu chí mà người học cần phải đạt được. Nó là một công cụ đánh giá chính xác mức độ đạt chuẩn của HS và cung cấp thông tin phản hồi để HS tiến bộ không ngừng. Một tiêu chí tốt cần có những đặc trưng: Được phát biểu rõ ràng; Ngắn gọn; Quan sát được; Mô tả hành vi; Được viết sao cho HS hiểu được. Hơn nữa phải chắc chắn rằng mỗi tiêu chí là riêng biệt, đặc trưng cho dấu hiệu của bài kiểm tra.

Nội dung Rubric là một tập hợp các tiêu chí liên hệ với mục tiêu học tập và được sử dụng để đánh giá hoặc thông báo về sản phẩm, năng lực thực hiện hoặc quá trình thực hiện nhiệm vụ học tập.

Rubric bao gồm một hoặc nhiều khía cạnh như năng lực thực hiện được đánh giá, các khái niệm và/ hoặc ví dụ làm sáng tỏ yếu tố đang được đánh giá. Các khía cạnh được gọi là tiêu chí, thang đánh giá gọi là mức độ và định nghĩa được gọi là thông tin mô tả. Nên giới hạn số tiêu chí và . Nếu cần phân biệt HS Đạt hoặc Không đạt thì sử dụng các mức độ theo số chẵn ( thường 4 hoặc 6).Nếu muốn có mức năng lực trung bình thì sử dụng các mức độ theo số lẻ. GV cần cùng HS đặt tên cho các mức độ.

Nguyên tắc thiết kế Rubric:

29

- Các mô tả tiêu chí cần phải được diễn đạt theo phổ đi từ mức cao nhất đến mức thấp nhất hoặc ngược lại.

- Các mô tả tiêu chí cần phải chỉ ra được ranh giới giữa các mức độ hoàn thành đối với từng HS và giữa các HS với nhau.

- Các mô tả tiêu chí cần phải thể hiện được hết các đặc tính khía cạnh của hoạt động hoặc kết quả sản phẩm thực hiện theo mục tiêu.

- Các mô tả tiêu chí cần phải chỉ ra được những định hướng mà HS hoặc GV cần hướng tới để thực hiện mục tiêu, giúp họ tự đánh giá và cùng đánh giá.

Quy trình thiết kế Rubric - Bước 1: Xác định chuẩn kiến thức kỹ năng của kiến thức ở nội dung bài học.

- Bước 2: Xác định mục tiêu dạy học theo cấp độ nhận thức, nhiệm vụ công việc.

- Bước 3: Xác định các tiêu chí cùng HS: + Liệt kê các tiêu chí và thảo luận để lựa chọn, phân loại tiêu chí, từ đó xác định các tiêu chí cần thiết. + Bổ sung thông tin cho từng tiêu chí. + Phân chia các mức độ của mỗi tiêu chí. Các mức độ phân bậc này cần mô tả chính xác mức độ chất lượng tương ứng. + Gắn điểm cho mỗi mức độ, điểm cao nhất ứng với mức cao nhấtLập bảng Rubric - Bước 4. Áp dụng thử. HS thử nghiệm Rubric đối với các bài làm mẫu do GV cung cấp. Phần thực hành này có thể gây sự tự tin ở HS bằng cách chỉ cho HS cách GV sử dụng Rubric để đánh giá bài làm của các em thế nào. Đồng thời nó cũng thúc đẩy sự thống nhất giữa HS và GV về độ tin cậy của Rubric; - Bước 5: Điều chỉnh Rubric cho phù hợp dựa trên thông tin phản hồi từ việc áp dụng thử.

- Bước 6: Sử dụng Rubric cho hoạt động dánh giá và tự đánh giá hoặc đánh giá đồng đẳng đối với HS và GV. Tiêu chuẩn đánh giá một Rubric tốt được trình bày trong bảng sau:

30

Bảng 1.2. Bảng tiêu chuẩn đánh giá một Rubric tốt Phạm trù đánh giá Mức độ

Tiêu chí

Các tiêu chí đánh giá phản ánh đầy đủ nội dung, mục tiêu học tập không?

Hướng dẫn có các mức độ khác nhau được đặt tên và giá trị điểm số phù hợp không?

Các thông tin có mô tả rõ ràng, thể hiện theo một chuỗi liên kết và đảm bảo cho sự phát triển của HS không?

Thân thiện với HS

Ngôn ngữ có rõ ràng, dễ hiểu đối với HS không?

Thân thiện với GV

Có dễ sử dụng với GV không?

Có thể đánh giá sản phẩm công việc được không? Nó có thể

Tính phù hợp

được dụng dể đánh giá nhu cầu không? HS có thể xác định dễ dàng những lĩnh vực phát triển cần thiết không?

Một số lưu ý khi xây dựng Rubric: - GV nên xác định tiêu chí cùng với HS. - Việc lựa chọn tiêu chí nào đưa vào Rubric phụ thuộc vào mong đợi của HS và mục tiêu của đánh giá.

- Rubric cần thể hiện rõ chức năng, không những đánh giá kiến thức kỹ năng mà còn dánh giá năng lực thực hiện và các năng lực khác nhau của HS. Hồ sơ học tập Hồ sơ học tập là bộ sưu tập có hệ thống các hoạt động học tập của HS trong thời gian liên tục. Nó giúp GV và HS đánh giá sự phát triển và trưởng thành của HS.Thông qua hồ sơ học tập, HS hình thành ý thức sở hữu hồ sơ học tập của bản thân, từ đó biết được bản thân tiến bộ đến đâu, cần hoàn thiện ở mặt nào.

Nội dung hồ sơ học tập khác nhau ứng với cấp độ của HS và phụ thuộc vào nhiệm vụ môn học mà HS được giao. Hồ sơ học tập không nên chứa quá nhiều thông tin, GV và HS cần thống nhất các mục chính và tiêu chí lựa chọn các mục để đưa sản phẩm vào hồ sơ một cách hợp lí.

Việc đánh giá hồ sơ học tập được thực hiện ở 3 đối tượng:

31

- Bản thân HS: Mô tả ngắn gọn mỗi nội dung trong hồ sơ, nêu rõ lí do chọn nội dung đó, nội dung nào đã học được, mục tiêu tương lai của mình và đánh giá tổng thể hố sơ học tập của bản thân.

- Bạn cùng lớp tham gia đánh giá hồ sơ, chỉ ra những điểm mạnh, những câu hỏi cho hồ sơ và đề xuất một số công việc tiếp theo cho bạn mình.

- GV đánh giá hồ sơ học tập dựa trên chính các đánh giá của HS và bạn học.

Mặc dù GV hoàn toàn có quyền cho điểm hồ sơ học tập của HS, nhưng quan trọng hơn là GV thảo luận điều đó với HS để tìm được tiếng nói chung cho mục đích tương lai.

Gợi ý cấu trúc một hồ sơ học tập - Trang bìa: trang trí theo sở thích cá nhân, bao gồm tên HS, lớp, trương, môn học, hình ảnh.

- Trang giới thiệu: Viết theo sở thích cá nhân, có thể là: Ảnh cá nhân, lời nói đầu, thông tin cá nhân quá trình học tập, tiểu sử, sở thích… thậm chí cả âm nhạc, phim ảnh đối với hồ sơ học tập điện tử.

- Bảng chú dẫn: Đưa ra các chú dẫn về cấu trúc hồ sơ học tập và các ký hiệu sử dụng trong hồ sơ.

- Thư mục tài liệu: Liệt kê các phần trong hồ sơ học tập theo thứ tự để tiện tra cứu.

- Các minh chứng: những sản phẩm chứng minh năng lực của HS. - Kế hoạch phát triển cá nhân.

Tiêu chí đánh giá hồ sơ học tập: - Bố cục của hồ sơ học tập: Cấu trúc, hoàn chỉnh, tính đa dạng, sáng tạo độc đáo.

- Về chất lượng minh chứng: Tính xác thực, giá trị thời sự, phù hợp tính đa dạng, số lượng.

- Về chất lượng của việc tự nhận thức và tự đánh giá: Nhận thức về chủ đề, nhận thức về năng lực và trải nghiệm, nhận thức có chiều sâu, sự tiến bộ, tư duy phê phán, tự nhận thức có ý nghĩa.

Một số công cụ đánh giá năng lực khác

32

Ghi chép ngắn là việc đánh giá thường xuyên thông qua quan sát HS trong lớp học.

Thẻ kiểm tra nhằm đánh giá kiến thức của HS trước, trong và sau mỗi bài học hoặc sau mỗi chủ đề học tập.

Tập san có thể được sử dụng để đánh giá quy trình học tập và sự phát triển của HS. Chúng có thể ở dạng mở hoặc GV viên cung cấp các câu hỏi, hướng dẫn cách làm.  Tiêu chí đánh giá năng lực thực nghiệm Để xây dựng công cụ đo năng lực thực nghiệm chúng tôi sử dụng công cụ đánh giá bằng cách xây dựng một Rubric đánh giá dựa trên các tiêu chí sau: Mỗi hành vi của NLTN được mô tả cụ thể ở mức độ thực hiện khác nhau, gọi là tiêu chí chất lượng (Phạm Xuân Quế, 2019).

Bảng 1.3. Tiêu chí chất lượng các hành vi của NLTN Thành tố

Chỉ số hành vi

Mức độ

Tiêu chí chất lượng

1. Nêu 1.1. Phát hiện có M1.1.1

HS phát hiện vấn đề mới về sự kiện vật lí

câu hỏi vấn đề mới về sự

được quan sát, trải nghiệm dưới sự hướng

khoa

kiện vật lí được

học và quan

sát,

dẫn của GV nhưng chưa chính xác.

trải M2.1.1

HS phát hiện vấn đề mới về sự kiện vật lí

đưa ra nghiệm.

được quan sát, trải nghiệm chính xác dưới

dự

sự hướng dẫn của GV.

đoán/

M3.1.1

lí được quan sát, trải nghiệm chính xác.

giả thuyết;

HS tự phát hiện vấn đề mới về sự kiện vật

1.2. Phát biểu M1.1.2 vấn

đề

cần

HS phát biểu vấn đề cần nghiên cứu/ nêu câu hỏi khoa học dưới sự hướng dẫn của

nghiên cứu/ nêu

GV nhưng chưa chính xác.

câu hỏi khoa học M2.1.2

HS phát biểu vấn đề cần nghiên cứu/ nêu

(mà

câu hỏi khoa học chính xác dưới sự hướng

khi

giải

quyết vấn đề đó,

dẫn của GV.

33

cần tiến hành thí M3.1.2

HS tự phát biểu vấn đề cần nghiên cứu/ nêu

nghiệm khảo sát

câu hỏi khoa học chính xác.

hay kiểm chứng) 1.3. Đưa ra được M1.1.3

HS đưa ra được các dự đoán/ giả thuyết

các dự đoán/ giả

dưới sự hướng dẫn của GV nhưng chưa hợp

thuyết

lí.

M2.1.3

HS đưa ra được các dự đoán/ giả thuyết hợp lí dưới sự hướng dẫn của GV.

M3.1.3

HS tự đưa ra được các dự đoán/ giả thuyết hợp lí.

2.

Đề 2.1. Đề xuất các M1. 2.1

HS đề xuất được phương án thí nghiệm

xuất,

phương án thí

dưới sự hướng dẫn của GV nhưng không

lựa

nghiệm

khả thi.

chọn

M2. 2.1

HS đề xuất được phương án thí nghiệm khả thi dưới sự hướng dẫn của GV khả thi.

và lập kế

M3. 2.1

hoạch

HS tự đề xuất được phương án thí nghiệm khả thi.

tiến

2.2. Lựa chọn M1. 2.2

HS không lựa chọn phương án thí nghiệm

hành

phương án khả

khả thi dưới sự hướng dẫn của GV.

thí

thi

M2. 2.2

HS lựa chọn được phương án thí nghiệm khả thi dưới sự hướng dẫn của GV.

nghiệm M3. 2.2

HS tự lựa chọn được phương án thí nghiệm khả thi.

2.3.

Lập

kế M1. 2.3

HS lập được kế hoạch tiến hành thí nghiệm

hoạch tiến hành

dưới sự hướng dẫn của GV nhưng chưa hợp

thí nghiệm

lí.

M2. 2.3

HS lập được kế hoạch tiến hành thí nghiệm hợp lí dưới sự hướng dẫn của GV.

34

M3. 2.3

HS tự lập được kế hoạch tiến hành thí nghiệm hợp lí.

3. Thực 3.1. hiện

HS lựa chọn/xây dựng các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm/ vật liệu kĩ thuật dưới sự hướng

chọn/xây dựng

phương các án

Lựa M1. 3.1

dụng

cụ,

dẫn của GV nhưng chưa đầy đủ/chưa chính

bị

thí

xác.

thí thiết

nghiệm nghiệm/ vật liệu M2. 3.1

HS lựa chọn/xây dựng các dụng cụ, thiết bị

đã thiết kĩ thuật

thí nghiệm/ vật liệu kĩ thuật đầy đủ và chính

kế

xác dưới sự hướng dẫn của GV. M3. 3.1

HS tự lựa chọn/xây dựng các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm/ vật liệu kĩ thuật đầy đủ và chính xác.

3.2. Lắp ráp thiết M1. 3.2

HS lắp ráp thiết bị thí nghiệm dưới sự

bị thí nghiệm

hướng dẫn của GV nhưng chưa chính xác.

M2. 3.2

HS lắp ráp thiết bị thí nghiệm chính xác dưới sự hướng dẫn của GV.

M3. 3.2

HS tự lắp ráp thiết bị thí nghiệm chính xác.

3.3. Kiểm tra M1. 3.3

HS kiểm tra thiết bị và phát hiện, sửa chữa

thiết bị và phát

những sai hỏng thông thường dưới sự

hiện, sửa chữa

hướng dẫn của GV nhưng chưa đầy

những sai hỏng

đủ/chưa chính xác.

thông thường

M2. 3.3

HS kiểm tra thiết bị và phát hiện, sửa chữa những sai hỏng thông thường đầy đủ và chính xác dưới sự hướng dẫn của GV.

M3. 3.3

HS tự kiểm tra thiết bị và phát hiện, sửa chữa những sai hỏng thông thường đầy đủ và chính xác.

35

3.4. Tiến hành M1. 3.4

HS tiến hành thí nghiệm/vận hành ứng

thí nghiệm/vận

dụng kĩ thuật dưới sự hướng dẫn của GV

hành ứng dụng

nhưng chưa chính xác.

kĩ thuật

M2. 3.4

HS tiến hành thí nghiệm/vận hành ứng dụng kĩ thuật chính xác dưới sự hướng dẫn của GV.

M3. 3.4

HS tự tiến hành thí nghiệm/vận hành ứng dụng kĩ thuật chính.

3.5. Thu thập và M1. 3.5

HS thu thập và ghi lại kết quả từ thí

ghi lại kết quả từ

nghiệm/hiện tượng tự nhiên/ quá trình vận

thí nghiệm/hiện

hành ứng dụng kĩ thuật dưới sự hướng dẫn

tượng tự nhiên/

của GV nhưng chưa đầy đủ/chưa chính xác.

quá trình vận M2. 3.5

HS thu thập và ghi lại kết quả từ thí

hành ứng dụng

nghiệm/hiện tượng tự nhiên/ quá trình vận

kĩ thuật

hành ứng dụng kĩ thuật đầy đủ và chính xác dưới sự hướng dẫn của GV. M3. 3.5

HS tự thu thập và ghi lại kết quả từ thí nghiệm/hiện tượng tự nhiên/ quá trình vận hành ứng dụng kĩ thuật đầy đủ và chính xác.

4.

Xử 4.1. Biểu diễn M1. 4.1

HS biểu diễn kết quả đo dưới sự hướng dẫn

lí, phân kết quả đo dưới

của GV nhưng chưa chính xác.

tích,

các dạng khác M2. 4.1

HS biểu diễn kết quả đo chính xác dưới sự

trình

nhau

hướng dẫn của GV.

bày kết

M3. 4.1

HS tự biểu diễn kết quả đo chính xác.

quả và 4.2. Xử lí số liệu M1. 4.2

HS xử lí số liệu dưới sự hướng dẫn của GV

đánh

nhưng chưa chính xác.

giá.

M2. 4.2

HS xử lí được số liệu chính xác dưới sự hướng dẫn của GV.

36

M3. 4.2

HS tự xử lí được số liệu chính xác.

4.3. Biện luận M1. 4.3

HS biện luận được kết quả TN và rút ra kết

kết quả TN và

luận từ khái quát hóa kết quả TN/ Biện luận

rút ra kết luận từ

những kết quả rút ra được qua quá trình vận

khái quát hóa kết

hành ứng dụng kĩ thuật dưới sự hướng dẫn

quả TN/ Biện

của GV nhưng chưa hợp lí/chưa chính xác.

luận những kết M2. 4.3

HS biện luận được kết quả TN và rút ra kết

quả rút ra được

luận từ khái quát hóa kết quả TN/ Biện luận

qua quá trình

những kết quả rút ra được qua quá trình vận

vận hành ứng

hành ứng dụng kĩ thuật hợp lí và chính xác

dụng kĩ thuật

dưới sự hướng dẫn của GV. M3. 4.3

HS tự biện luận được kết quả TN và rút ra kết luận từ khái quát hóa kết quả TN/ Biện luận những kết quả rút ra được qua quá trình vận hành ứng dụng kĩ thuật hợp lí và chính xác.

4.4. Đánh giá, M1. 4.4

HS đánh giá, cải tiến phép đo/mô hình của

cải

ứng dụng kĩ thuật dưới sự hướng dẫn của

tiến

phép

đo/mô hình của

GV nhưng chưa phù hợp.

ứng

HS đánh giá, cải tiến phép đo/mô hình của

dụng

kĩ M2. 4.4

ứng dụng kĩ thuật phù hợp dưới sự hướng

thuật

dẫn của GV. M3. 4.4

HS tự đánh giá, cải tiến phép đo/mô hình của ứng dụng kĩ thuật phù hợp.

1.2. Cơ sở lý luận về việc thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm Vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm 1.2.1. Thí nghiệm Vật lí và đặc điểm của thí nghiệm Vật lí Thí nghiệm Vật lí (TNVL) là sự tác động một cách có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các

37

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 (Nguyễn Đức Thâm et at., 2002).

Theo một số định nghĩa thì thí nghiệm là: - Một sự thử nghiệm trong điều kiện có thể kiểm soát được nhằm minh hoạ cho

một chân lí đã biết, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết khoa học, xác định tính hiệu quả của cái gì đó mà chưa được xác nhận.

- Một sự thử nghiệm hay một quá trình trong điều kiện có thể kiểm soát được

nhằm kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết khoa học hay đưa ra một phát hiện mới.

Thí nghiệm Vật lí có các đặc điểm sau: - Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập một cách

có chủ định sao cho thông qua quá trình thí nghiệm, có thể trả lời được các câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được các giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết.

- Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ, bao gồm 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 thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu

sự phụ thuộc giữa hai đại lượng nào đó, trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi.

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát theo như dự định

nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ quá trình phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các tác động gây nhiễu.

- Đặc điểm đóng vai trò quan trọng của thí nghiệm là khả năng có thể quan sát

được những biến đổi của đại lượng nào đó được gây ra bởi sự biến đổi của 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.

- Đặc tính có thể lặp lại của thí nghiệm. Tức là: với các thiết bị thí nghiệm, các

điều kiện thí nghiệm như nhau, khi bố trí lại hệ thống thí nghiệm, tiến hành lại

38

thí nghiệm thì hiện tượng, quá trình Vật lí phải diễn ra trong thí nghiệm giống như các lần thí nghiệm trước đó (Phạm Hữu Tòng, 2001).

Trong nghiên cứu khoa học nói chung, đặc biệt trong nghiên cứu vật lí thì thí nghiệm đóng vai trò hết sức quan trọng.

Các định nghĩa này đề cập đến các nội dung sau: - Mục đích của thí nghiệm (kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết, đưa ra một

phát hiện mới hay minh hoạ cho một qui luật đã biết).

- Đặc điểm của hoạt động thí nghiệm (sự thử nghiệm hay một quá trình trong

điều kiện có thể kiểm soát được).

- Trong các định nghĩa trên, nội hàm đầy đủ của hoạt động gọi là thí nghiệm với

tư cách là một quá trình chưa được chú ý trình bày.

1.2.2. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT  Vai trò thí nghiệm theo quan điểm lý luận nhận thức Tùy thuộc vào vốn hiểu biết của con người, khối kiến thức đã có về đối tượng cần nghiên cứu mà thí nghiệm có những vai trò quan trọng khác nhau. Trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, thí nghiệm có các vai trò sau (Nguyễn Đức Thâm et al., 2002) (Phạm Hữu Tòng, 2001): - Thí nghiệm là phương tiện để học sinh thu nhận tri thức.

Khi học sinh hoàn toàn chưa có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng cần nghiên cứu thì thí nghiệm được sử dụng như là một phương tiện để phân tích hiện thực khách quan thông qua quá trình thiết lập đối tượng nghiên cứu một cách chủ quan như: Thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lí kết quả quan sát và đo đạc được từ thí nghiệm để từ đó thu nhận những kiến thức đầu tiên về đối tượng cần nghiên cứu.

- Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức mà học sinh

đã thu được.

Trong nhiều trường hợp, kết quả thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của tri thức học sinh đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra nó ở các thí nghiệm khác. Nhờ vậy, học sinh sẽ thu được những tri thức có tính

39

khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó như là những trường hợp riêng, trường hợp giới hạn.

- Thí nghiệm là phương tiện học sinh vận dụng những tri thức đã tiếp thu được

vào thực tiễn.

Trong quá trình vận dụng các tri thức lý thuyết vào việc thiết kế, vận dụng, học sinh sẽ gặp phải những khó khăn do tính trừu tượng của tri thức cần sử dụng, tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật hoặc các lí do khách quan khác. Khi đó thí nghiệm được sử dụng như một phương tiện tạo cơ sở cho việc vận dụng các tri thức đã thu được vào thực tiễn.

- Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật lí.

Thí nghiệm Vật lí đặc biệt đóng vai trò quan trọng đối với các phương pháp nhận thức phổ biến trong nghiên cứu Vật lí, đó là phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình, cụ thể như sau: + Phương pháp thực nghiệm, là phương pháp thu thập các sự kiện trong những điều kiện được tạo ra một cách đặc biệt (tạo ra kinh nghiệm mới, lý thuyết mới để khẳng định những mối liên hệ dự kiến sẽ có trong những điều kiện mới) đảm bảo cho sự thể hiện tích cực, chủ động của các hiện tượng, sự kiện nghiên cứu. + Phương pháp thực nghiệm khoa học là một trong các phương pháp cơ bản trong nghiên cứu khoa học. Song chỉ được sử dụng khi và chỉ khi đặt ra bài toán làm sáng tỏ các mối liên hệ, sự phụ thuộc, giữa các hiện tượng nghiên cứu và sự thể hiện các giả định, kiểm định các giả thuyết. Có 3 điều kiện để sử dụng phương pháp thực nghiệm khoa học: - Biết được chính xác những yếu tố nào ảnh hưởng đến sự nảy sinh và diễn biến của các hiện tượng nghiên cứu.

- Xác định được những nguyên nhân của các hiện tượng do vạch ra được các điều kiện ảnh hưởng.

- Lặp lại thí nghiệm nhiều lần tuỳ theo ý muốn và như vậy sẽ thu được, tích luỹ được những tài liệu định lượng mà từ đó có thể phán đoán về tính điển hình hay ngẫu nhiên của các hiện tượng nghiên cứu. + Phương pháp thực nghiệm được chia ra gồm 4 giai đoạn:

40

1. Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời.

2. Đề xuất giả thuyết.

3. Từ giả thuyết, dùng suy luận lôgíc rút ra hệ quả có thể kiểm tra bằng thí nghiệm.

4. Xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả đã rút ra.

Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với hệ quả đã rút ra thì giả thuyết là chân thực, nếu kết quả thu được không phù hợp thì phải đề xuất giả thuyết mới. Như vậy thí nghiệm đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối của phương pháp thực nghiệm. + Phương pháp mô hình, là một phương pháp khoa học để nghiên cứu các đối tượng, các quá trình … bằng cách xây dựng các mô hình của chúng (các mô hình này bảo toàn các tính chất cơ bản được trích ra của đối tượng đang nghiên cứu) và dựa trên mô hình đó để nghiên cứu trở lại đối tượng thực. Phương pháp mô hình gồm 4 giai đoạn: 1. Thu thập các thông tin về đối tượng gốc. Ở giai đoạn này các thông tin về đối tượng gốc thường được thu thập nhờ thí nghiệm, qua thí nghiệm có thể loại bỏ những yếu tố không quan tâm, tìm ra các thuộc tính, các mối quan hệ bản chất của đối tượng gốc.

2. Xây dựng mô hình. Căn cứ trên các thông tin thuộc tính và mối quan hệ bản chết của đối tượng gốc, ta xây dựng nên mô hình cho đối tượng. Nếu mô hình là vật chất người ta sẽ phải tiến hành các thí nghiệm thực với nó.

3. Thu thập các thông tin trên mô hình để suy ra các hệ quả lý thuyết.

4. Kiểm tra lại hệ quả trên đối tượng gốc. Trong giai đoạn này, thông qua thí nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu được trên mô hình với những kết quả thu được trên vật gốc, kiểm tra được tính đúng đắn của mô hình và rút ra giới hạn áp dụng của mô hình.  Vai trò thí nghiệm theo quan điểm lý luận dạy học Theo quan điểm của lý luận dạy học, thí nghiệm có các vai trò sau:

41

─ Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học như: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu; hình thành kiến thức, kỹ năng mới; củng cố kiến thức, kỹ năng đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh.

Việc sử dụng thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề, đặc biệt có hiệu quả trong giai đoạn đề xuất vấn đề cần nghiên cứu. Các thí nghiệm được sử dụng để tạo tình huống có vấn đề thường là các thí nghiệm đơn giản, tốn ít thời gian chuẩn bị cũng như thời gian tiến hành thí nghiệm.

Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, thí nghiệm cung cấp một cách có hệ thống các cứ liệu thực nghiệm, để từ đó quy nạp, khái quát hoá, kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả lôgic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới.

Thí nghiệm có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hoá và vận dụng) kiến thức, kỹ năng của học sinh.

Những thí nghiệm loại này được tiến hành ngay ở mỗi bài học nghiên cứu tài liệu mới, trong các bài học dành cho việc luyện tập, các tiết ôn tập và các giờ thí nghiệm thực hành sau mỗi chương, trong các giờ ngoại khoá ở lớp, ở nhà.

Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng của học sinh. Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh trong quá trình thí nghiệm (Thiết kế phương án thí nghiệm, dự đoán hoặc giải thích hiện tượng vật lí hay quá trình vật lí diễn ra trong thí nghiệm, lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm cần thiết, lắp ráp các dụng cụ và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lí kết quả thí nghiệm...), học sinh sẽ chứng tỏ những kiến thức về hiện tượng vật lí đang đề cập, kiến thức về phương pháp và cả kỹ năng của bản thân mình. Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kỹ năng của học sinh, giáo viên cần có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm ở nhiều mức độ yêu cầu khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp. Mức độ tự lực của học sinh trong quá trình thí nghiệm cũng có thể khác nhau, từ việc tiến hành thí nghiệm theo bảng hướng dẫn chi tiết cho sẵn đến việc học sinh hoàn toàn tự lực trong tất cả các giai đoạn của thí nghiệm.

42

─ Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của học sinh. Hiện nay dạy học không chỉ truyền thụ kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo mà còn góp phần phát triển nhân cách cho học sinh một cách toàn diện. Cho nên trong dạy học vật lí nói chung và thí nghiệm vật lí nói riêng cũng không nằm ngoài quy luật đó. Qua thí nghiệm vật lí làm cho học sinh hứng thú học tập và quá trình thu nhận thông tin của học sinh ngày càng mang rõ nét tính tích cực, tự lực sáng tạo khi học tập môn vật lí. Như vậy quá tình tiếp cận các thí nghiệm vật lí dần dần trong học sinh xuất hiện sự ham muốn tìm hiểu, ham muốn nghiên cứu, xóa dần sự ngăn cách ý thức của học sinh giữa vật lí và cuộc sống muôn màu muôn vẻ để tạo cho học sinh hứng thú nhận thức.

Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo về vật lí của học sinh. Bởi vì thí nghiệm luôn có mặt trong quá trình nghiên cứu các hiện tượng, quá trình vật lí, soạn thảo khái niệm, định luật vật lí, xây dựng các thuyết vật lí, đề cập các ứng dụng trong sản xuất và đời sống của các kiến thức đã học. ─ Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lí, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh. ─ Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh. ─ Thí nghiệm là phương tiện giúp đơn giản hoá và trực quan các kiến thức trong dạy học vật lí.

Do thí nghiệm vật lí là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí nên thông qua mối quan hệ với các quá trình thí nghiệm, học sinh sẽ được làm quen và vận dụng có ý thức các phương pháp nhận thức này. Các kiến thức về phương pháp mà học sinh lĩnh hội được có ý nghĩa quan trọng, mở rộng vượt qua khỏi giới hạn môn Vật lí sang các môn học khác, lĩnh vực khác.

1.2.3. Các loại thí nghiệm sử dụng trong dạy học Vật lí Có nhiều cách phân loại TN trong DH vật lí, tuỳ vào từng tiêu chí khác nhau, sẽ có các kết quả phân loại khác nhau. Khi căn cứ vào đối tượng sử dụng, TN vật lí ở trường phổ thông có thể chia thành hai loại: TN biểu diễn (TN do GV tiến hành là

43

chính, tuy có thể có sự hỗ trợ của HS) và TN thực tập (TN do HS tự tiến hành dưới sự hướng dẫn của GV) (Thái Duy Tuyên, 2003). Khi căn cứ vào môi trường trình diễn TN, TN vật lí có thể phân loại thành TN thực và TN trên thiết bị hỗ trợ như máy vi tính (MVT), điện thoại di động trông minh (ĐTTM). Trong phạm vi nghiên cứu, đề tài tập trung vào các loại hình TN thường được sử dụng nhất trong DH vật lí ở trường phổ thông, bao gồm: - Đối với TN thực, tập trung vào hai loại hình chính: TN được trang cấp ở trường phổ thông (gọi tắt là TN) và TN tự tạo; - Đối với TN kết nối công nghệ số (MVT, ĐTTM) mặc dù các thiết bị này hỗ trợ TN dưới nhiều hình thức khác nhau, nhưng căn cứ vào tình hình thực tế ở trường phổ thông, luận án tập trung khai thác các loại hình: mô phỏng TN, TN mô phỏng, TN ảo, phim TN và gọi chung là TN kết nối công nghệ số trong nghiên cứu này.  Thí nghiệm được trang cấp TN được trang cấp được định nghĩa là những TN vật lí được trang bị đồng loạt, đồng bộ giữa các trường phổ thông, theo phân phối, quy định phần lớn thuộc danh mục thiết bị DH tối thiểu của Bộ Giáo dục và đào tạo ban hành. Đây là những TN vật lí được trang bị sẵn cho GV và HS sử dụng, thường được có sẵn tại các phòng TN vật lí ở trường phổ thông. Những TN này được sử dụng trong các giờ học vật lí tại lớp học hoặc các giờ thực hành tại phòng học bộ môn. Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm được trang cấp trong dạy học vật lí - Ưu điểm: + Đây là những TN được cung cấp đồng bộ, thống nhất với nội dung, chương trình sách giáo khoa vật lí THPT. Mỗi trường phổ thông đều có chính sách quản lí và bảo quản các dụng cụ chặt chẽ, số lượng dụng cụ của mỗi bộ TN được cung cấp tương đối đầy đủ. Tính chính xác của những bộ TN này tương đối cao, do đó tạo điều kiện thuận lợi và cơ sở khoa học cho GV trong các giờ học vật lí. + Những TN này đã được kiểm định chặt chẽ trước khi tiến hành sản xuất hàng loạt, do đó phần lớn có tính thẩm mĩ và được thiết kế phù hợp.

44

- Hạn chế: + Vì nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan mà một số dụng cụ TN có chất lượng không cao, dễ hỏng hóc trong quá trình sử dụng. Một số khác lại thiếu chính xác, sai số nhiều trong các phép đo, do đó chưa mang lại hiệu quả như mong muốn của GV trong QTDH. + Một số TN thường cồng kềnh, không thuận tiện trong việc di chuyển từ phòng TN đến các phòng học, gây trở ngại cho GV khi dạy các bài có TN tại lớp học. + Để sử dụng hiệu quả các TN này đòi hỏi GV cần có kỹ năng thực hành nhất định. Đặc biệt, một số TN phức tạp có thể mất rất nhiều thời gian để chuẩn bị và thao tác thuần thục trên dụng cụ, do đó khiến một số GV ngần ngại khi sử dụng TN trong QTDH.  Thí nghiệm tự tạo TN tự tạo là một trong những PTDH hiệu quả, góp phần nâng cao chất lượng DH vật lí ở trường phổ thông. TN tự tạo là những TN định tính, hoặc định lượng, do GV hoặc HS tự thiết kế, chế tạo một cách đơn giản hoặc phức tạp, sử dụng trong QTDH ngay tại lớp học, hoặc ngoài không gian lớp học, bằng những dụng cụ đơn giản, phổ biến trong cuộc sống (Nguyễn Hoàng Anh, 2015). Ưu điểm, hạn chế của thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lí Trong DH vật lí ở trường phổ thông, TN tự tạo có những ưu điểm và hạn chế nhất định (Nguyễn Hoàng Anh, 2015), (Nguyễn Viết Thanh Minh, 2016).

- Ưu điểm: Ngoài các ưu điểm về mặt tư duy của TN vật lí, TN tự tạo còn có những ưu điểm mang tính đặc trưng riêng: + Về vật liệu, linh kiện được sử dụng để chế tạo TN: là những vật liệu, linh kiện dễ kiếm, dễ mua sắm với giá thành thấp, thường phổ biến trong đời sống hàng ngày. + Về gia công, lắp ráp TN: việc gia công đơn giản, không đòi hỏi nhiều KN khó nên GV và HS đều có thể tự tạo được. + Về khả năng sử dụng TN: thuận tiện trong sử dụng vào DH, TN thường ngắn gọn, dễ thành công, ít ảnh hưởng đến tiến trình DH chung nên GV dễ

45

chủ động và thuận lợi trong việc vận dụng TN vào DH. Vì thế, TN tự tạo còn được sử dụng trong nhiều giai đoạn của QTDH như: TN mở đầu, TN nghiên cứu kiến thức mới, TN củng cố, vận dụng hoặc TN luyện tập, thực hành ở lớp và ở nhà... Hiện nay, TN tự tạo được xem là một trong những phương tiện hỗ trợ hiệu quả cho các PPDH tích cực trong DH vật lí như: phương pháp thực nghiệm, phương pháp dạy học theo nhóm, phương pháp dạy học dự án, phương pháp bàn tay nặn bột... bởi vì trong các PPDH tích cực, HS không những được đề xuất các phương án TN mà còn trực tiếp lắp ráp, tiến hành TN để chủ động tìm ra kiến thức vật lí cần nghiên cứu.

- Hạn chế: TNTT thường được chế tạo bằng tay, với các dụng cụ thô sơ, đơn giản nên độ bền và tính thẩm mỹ không cao như các TN được sản xuất theo dây chuyền công nghiệp.

Một số yêu cầu đối với thí nghiệm tự tạo ngoài những yêu cầu chung của TN trong DH, khi chế tạo TN tự tạo cần đặc biệt chú ý đến các yêu cầu sau (Lê Văn Giáo, 2004): - Phải đảm bảo tính khoa học kết quả TN phải đúng với bản chất vật lí của sự vật, hiện tượng, bảo đảm tính đúng đắn, khoa học, không được xa rời thực tế.

Do đó, TN tự tạo cần thể hiện đúng trọng tâm của hiện tượng cần nghiên cứu, tránh rườm rà, khó quan sát, gây nhiễu cho HS trong việc rút ra kết luận về hiện tượng vật lí. Dù TN tự tạo có đơn giản, cho kết quả nhanh chóng, thì những kết quả đó cũng phải rõ ràng, chính xác, và thuyết phục.

- Phải đảm bảo tính sư phạm dụng cụ TN phải tuân theo những nguyên tắc sư phạm, không được đi ngược lại mục tiêu giáo dục, không sử dụng các dụng cụ nguy hiểm, gây tổn hại đến HS như: súng, đạn, thuốc nổ,…

- Phải đảm bảo tính thẩm mĩ TN sẽ tác động đến các giác quan của người học, trong đó trước hết là tác động đến thị giác. Mặt khác, quan sát TN sẽ giúp HS bước đầu rút ra những kết luận riêng về sự vật, hiện tượng liên quan. Do đó, các dụng cụ TN tự tạo phải được gia công cẩn thận. Bên cạnh đó, cần phải chú ý đến các chi tiết được làm nổi bật trong dụng cụ TN, tránh hiện tượng

46

quá nhiều chi tiết phụ, khiến HS hoang mang, không xác định được đối tượng chính cần quan sát.

- Phải đảm bảo tính khả thi TN tự tạo không nên quá phức tạp, yêu cầu quá cao đối với người sử dụng. Các TN càng dễ thao tác, cho kết quả càng nhanh, dễ quan sát và rõ ràng thì tính khả thi càng cao, từ đó mới có thể được ứng dụng rộng rãi trong QTDH.  Thí nghiệm trên máy vi tính Trong DH, MVT với tư cách là PTDH hiện đại, được sử dụng vào các môn học nói chung và vật lí nói riêng nhằm nâng cao hiệu quả QTDH. MVT được sử dụng vào những giai đoạn khác nhau của QTDH với các chức năng cơ bản: chức năng thông tin, chức năng điều khiển hoạt động học tập, chức năng luyện tập và thực hành, chức năng minh họa, chức năng trực quan hóa, chức năng hỗ trợ thiết kế, chức năng mô hình hoá và mô phỏng, chức năng hoạt hình, chức năng liên lạc, chức năng kiểm tra đánh giá. MVT hỗ trợ DH nói chung và DH vật lí nói riêng thông qua hai đối tượng chính là internet và các phần mềm DH. Trong giới hạn nghiên cứu của đề tài này, chỉ tập trung khai thác MVT với vai trò là công cụ hỗ trợ TN vật lí, cụ thể: các TN mô phỏng, mô phỏng TN, TN ảo, phim TN, và gọi chung lại là TN trên MVT. ─ TN mô phỏng, mô phỏng TN “Mô phỏng” là quá trình thiết kế mô hình của một hệ thống thực và thực hiện thao tác với mô hình đó nhằm mục đích tìm hiểu về hoạt động của hệ thống. “Mô phỏng” cũng có thể hiểu là một đối tượng hoặc hệ thống các đối tượng được tạo ra trên MVT mang đầy đủ các thuộc tính của một đối tượng hay hệ thống đối tượng thực mà khi thao tác trên các đối tượng đó thì làm xuất hiện các thuộc tính bên trong từng đối tượng hay mối quan hệ giữa các đối tượng. Nhờ đó mà người nghiên cứu hiểu được đối tượng riêng lẻ hoặc hệ thống đối tượng cần nghiên cứu (Trần Huy Hoàng, 2006). Từ những quan điểm đó, TN mô phỏng được hiểu là các TN được xây dựng từ những dụng cụ và đối tượng mô phỏng trên cơ sở các đối tượng thực. Khi tiến hành TN trên các đối tượng mô phỏng đó sẽ thu được kết quả phù hợp với các quy luật như các TN thực. Do vậy, khi tiến hành TN loại này, HS có thể khám phá được những thuộc tính hay các mối quan hệ giữa các đối tượng (Trần Huy Hoàng, 2006), (Lê Công Triêm, 2008).

47

─ TN ảo “Ảo” nghĩa là giống như thật, nhưng không có thật (Hoàng Phê, 2008).

Ngoài ra, thuật ngữ “ảo” có thể được hiểu là toàn bộ môi trường, sự vật, hiện tượng… được tạo ra trên MVT như là môi trường làm việc thật nhưng lại không phải là môi trường, sự vật và hiện tượng thật (Trần Huy Hoàng, 2006). TN ảo là TN được xây dựng từ các dụng cụ TN, các đối tượng được tạo ra trong môi trường ảo của MVT. Khi tiến hành TN trên các đối tượng ảo sẽ cho kết 48 quả như trên TN thực. Hay có thể nói, TN ảo là TN vật lí tồn tại thực trong môi trường ảo do MVT tạo ra (Trần Thị Ngọc Anh, 2010). Trong TN ảo, các đối tượng, các thiết bị, các công cụ,… được sử dụng rất giống với các đối tượng, các thiết bị, các công cụ,… trong thực tế. ─ Phim thí nghiệm Theo Brophy, video clip là một đoạn phim ngắn, một loại hình đa phương tiện kết hợp nghe nhìn, được trích từ một bộ phim, một bài hát, hay một đoạn phim ghi lại một quá trình, một sự kiện (Hoàng Đức Mạnh và Trần Huy Hoàng, 2010). Phim TN có thể hiểu là một video clip ghi lại các hiện tượng vật lí diễn ra trong thực tế, nó được ghi hình lại và được trình diễn trong tiết học. Thông thường, đây là những hiện tượng không thể tiến hành trong phạm vi trường học, nhưng nó có thể quan sát trong thực tế cuộc sống. Căn cứ vào nội dung của các đoạn phim TN, có thể phân loại như sau: + Đoạn phim quay lại quá trình tiến hành TN vật lí bằng TN được trang cấp ở trường phổ thông + Đoạn phim quay lại quá trình tiến hành TN vật lí bằng TN tự tạo ở ngoài phạm vi không gian lớp học + Đoạn phim quay lại một hiện tượng thực tế liên quan đến kiến thức vật lí + Đoạn phim xâu chuỗi nhiều mô phỏng hoạt hình để làm sáng tỏ một kiến thức vật lí Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm trên máy vi tính - Ưu điểm: + GV có thể chủ động tuỳ chỉnh tốc độ TN nhanh hay chậm, tạm dừng hoặc tua đi tua lại nhiều lần để phân tích, làm rõ nội dung kiến thức có liên quan; + Có thể truyền thụ cho HS khối lượng kiến thức lớn, chính xác và diễn cảm trong thời gian tương đối ngắn;

48

+ HS có thể dễ dàng quan sát ở mọi góc lớp khác nhau khi sử dụng màn hình lớn để trình chiếu các TN trên MVT; + Tăng cường tính trực quan của quá trình dạy học; + Đây là PTDH hỗ trợ tích cực cho việc kiểm tra, đánh giá của GV đối với HS và tự kiểm tra, đánh giá của HS. - Hạn chế: + Việc khai thác và sử dụng TN trên MVT vào DH vật lí ít nhiều đòi hỏi trình độ CNTT ở mức độ nhất định của GV. Đặc biệt, khi GV tự mình thiết kế, chỉnh sửa các TN trên MVT theo đúng ý đồ DH riêng của bản thân thì yêu cầu về trình độ CNTT và đầu tư về thời gian tương đối cao; + TN trên MVT rất thu hút HS, do đó làm HS dễ bị phân tán tư tưởng nếu không có sự định hướng hợp lí vào đối tượng chính cần quan sát; + Trong một số trường hợp, sử dụng TN trên MVT đòi hỏi HS phải tham gia tích cực, tốc độ nhanh, nên những HS ở mức trung bình, yếu có thể không theo kịp.

1.2.4. Các yêu cầu sư phạm của thiết bị thí nghiệm Trước khi xây dựng các thiết bị thí nghiệm, yêu cầu phải đảm bảo các tiêu chuẩn cơ bản như: đảm bảo về mặt khoa học - kĩ thuật, về mặt sư phạm, về mặt kinh tế và về mặt thẩm mĩ (Nguyễn Văn Biên và Nguyễn Anh Thuấn, 2019).

Yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật - Tạo ra hiện tượng rõ ràng, hạn chế được các yếu tố tác động.

- Các số liệu thu thập từ thí nghiệm đảm bảo độ chính xác chấp nhận được ở trường THCS và trường THPT. - Chất lượng vật liệu dùng để chế tạo thiết bị thí nghiệm phải đảm bảo tuổi thọ cao và có độ bền chắc.

- Quy trình chế tạo thiết bị thí nghiệm cần áp dụng các thành tựu công nghệ chế tạo mới của khoa học - kĩ thuật.

Yêu cầu về mặt sư phạm - Các thiết bị thí nghiệm cần đơn giản: số chi tiết không nhiều, cấu tạo gọn, ít hỏng, dễ sửa chữa, dễ dàng vận chuyển và bảo quản.

49

- Cần thiết kế, chế tạo các bộ thí nghiệm vật lí sao cho có thể làm được nhiều thí nghiệm không chỉ ở một chương, một phần mà còn dùng cho những phần khác nhau của phận trong thiết bị phải được bố trí sao cho học sinh toàn lớp quan sát được diễn biến của hiện tượng chính diễn ra trong thí nghiệm.

1.3. Thiết bị thí nghiệm kết nối với phương tiện số 1.3.1. Thí nghiệm kết nối với máy vi tính Trong các ứng dụng của máy vi tính vào dạy học vật lí thì việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ các thí nghiệm vật lí được ghép nối với máy vi tính là một trong các ứng dụng đặc trưng nhất của nó. Để hỗ trợ được các thí nghiệm vật lí thì máy vi tính cần được ghép nối với các thiết bị thí nghiệm. Dưới đây là sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm ghép nối với máy vi tính về mặt nguyên tắc:

Sơ đồ 1.3. Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm ghép nối với máy vi tính về mặt nguyên tắc Theo sơ đồ này, việc thu thập các số liệu đo về đối tượng nghiên cứu được đảm nhiệm bởi bộ phận có tên là “bộ cảm biến”. Nguyên tắc làm việc của bộ cảm biến như sau: trong bộ cảm biến, các tương tác của đối tượng đo lên bộ cảm biến dưới các dạng khác nhau như cơ, nhiệt, điện, quang, từ… đều được chuyển thành tín hiệu điện.

Mỗi một bộ cảm biến nói chung chỉ có một chức năng hoặc chuyển tín hiệu cơ sang tín hiệu điện hoặc chuyển tín hiệu quang sang tín hiệu điện… Vì vậy, ứng với từng phép đo khác nhau mà người ta phải dùng các bộ cảm biến khác nhau.

Sau khi tín hiệu điện được hình thành tại bộ cảm biến, nó sẽ được chuyển qua dây dẫn đến bộ phận tiếp theo trong hệ thống có tên là “thiết bị ghép tương thích”.

Tại thiết bị ghép tương thích này, các tín hiệu điện sẽ được số hoá một cách hợp lí để đưa vào máy vi tính (bởi vì máy vi tính chỉ làm việc với các tín hiệu đă được số hoá).

Như vậy, các tín hiệu đã được số hoá này được coi là cơ sở dữ liệu và có thể lưu trữ lâu dài trong MVT. Để thu thập số liệu đo, ứng với mỗi phép đo các đại lượng khác nhau, ta thường phải dùng các bộ cảm biến khác nhau. Để số hoá các tín hiệu

50

điện từ bộ cảm biến chuyển tới, với một bộ ghép tương thích (Interface) ta có thể số hoá các tín hiệu điện của nhiều loại bộ cảm biến khác nhau như: chuyển động, gia tốc, lực, áp suất, nhiệt độ, âm, ánh sáng… Các bộ ghép tương thích này có thể được lắp đặt vào bên trong của MVT. Để các bộ ghép tương thích này có thể hoạt động sau khi đã lắp vào trong máy vi tính hay sau khi đã nối với MVT, cần phải có một phần mềm cài đặt. Phần mềm này được cung cấp kèm theo bộ ghép tương thích khi ta mua. Cần chú ý rằng, các bộ ghép tương thích này có thể dùng cho các loại máy vi tính hoạt động trong môi trường Macintosh hoặc máy vi tính hoạt động trong môi trường MS- DOS hay Windows…

Sau khi các tín hiệu đã được số hoá, có thể sử dụng máy vi tính (đã cài đặt phần mềm thích hợp) để tính toán, xử lí các tín hiệu số này theo mục đích của người nghiên cứu. Ví dụ như ta có thể lập bảng số liệu về mối quan hệ giữa các đại lượng mà bộ cảm biến đã thu thập được hay vẽ đồ thị về mối quan hệ này, hoặc xử lí tuỳ theo ý muốn nếu phần mềm cho phép. Thường thì các chuyên gia khi viết phần mềm đã lường hết tất cả các thuật toán mà người nghiên cứu có thể dùng đến để đưa nó vào nội dung của phẩn mềm cài đặt trong MVT. Như vậy, sau khi máy vi tính đã tính toán, xử lí xong, tất cả các kết quả đều có thể được hiện thị dưới dạng số, bảng biểu, đồ thị trên màn hình hoặc in ra giấy qua máy in hoặc được lưu trữ lại trong MVT...

Trong quá trình tìm hiểu thì TN kết nối với MVT đã và đang là đề tài nghiên cứu cả trong và ngoài nước, hiện nay ở Việt Nam có rất nhiều đề tài nghiên cứu việc sử dụng thí nghiệm kết nối với máy vi tính trong dạy học Vật lí nhằm đáp ứng nhu cầu dạy học. Dựa trên nền tảng tìm hiểu về thí nghiệm kết nối với MVT đề tài này nghiên cứu tới thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh.

1.3.2. Thí nghiệm kết nối với điện thoại thông minh  Khái niệm thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh Thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh trong dạy học vật lí cũng được coi là một thí nghiệm vật lí. Vì vậy, để xác định khái niệm thí kết nối điện thoại thông minh trong dạy học vật lí, xuất phát từ khái niệm thí nghiệm vật lí (đã được trình bày trong mục 1.2.1).

51

Theo Từ điển tiếng Việt, thí nghiệm (TN) là gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu, kiểm tra hay chứng minh (Hoàng Phê, 2016). Một số quan điểm khác lại cho rằng: TN là một sự thử nghiệm hay kiểm tra một lý thuyết khoa học bằng cách thao tác với yếu tố trong môi trường để quan sát kết quả có phù hợp với các tiên đoán lý thuyết hay không (Phạm Đình Cương, 2002), (Đồng Thị Diện, 2005), (Phạm Thị Phú, 1999), (Nguyễn Minh Tân, 2010), (Nguyễn Đức Nhâm và Nguyễn Ngọc Hưng, 1999). Thí nghiệm còn được hiểu là: Quá trình tạo dựng một sự quan sát hay thực hiện một phép đo. Thí nghiệm là sự quan sát hiện tượng nghiên cứu trong các điều kiện được kiểm tra chính xác, cho phép theo dõi tiến trình của hiện tượng và tái tạo nó mỗi lần lặp lại các hiện tượng này (Đỗ Hương Trà, 2011), (Thái Duy Tuyên, 2008), (Phan Gia Anh Vũ, 2000).

Như vậy, có thể hiểu TN là quá trình con người tác động một cách có chủ đích, hệ thống lên một đối tượng trong một điều kiện nhất định nhằm một mục đích xác định. Cũng từ khái niệm đó, thí nghiệm vật lí (TNVL) được hiểu là TN để nghiên cứu các hiện tượng, quá trình vật lí.

Tuy nhiên, tùy vào các tiêu chí khác nhau, ta có thể có nhiều loại thí nghiệm vật lí khác nhau trong dạy học. Nếu căn cứ vào mục đích lý luận dạy học của TN, ta có các loại sau: TN biểu diễn và TN thực tập của HS (Phạm Đình Cương, 2002), (Nguyễn Đức Thâm và Nguyễn Ngọc Hưng, 1999). Nếu dựa vào môi trường làm việc của TN, ta lại có thể chia TN ra thành hai loại TN thật và TN ảo. Trong đó, TN ảo là các TN được xây dựng trên môi trường máy vi tính, điện thoại thông minh kể cả thiết bị thí nghiệm lẫn chủ thể nghiên cứu, học sinh tương tác thông qua màn hình máy tính, màn hình cảm ứng điện thoại và hệ thống chuột, bàn phím. Thí nghiệm thật là những TN được học sinh thực hiện trực tiếp, tương tác trực tiếp với chủ thể nghiên cứu và thiết bị đo. Với sự ra đời và phát triển mạnh của công nghệ: máy vi tính, điện thoại thông minh, ngày càng có nhiều công đoạn của TN được thực hiện hoặc hỗ trợ nhờ điện thoại thông minh và cảm biến. Nếu dựa vào tiêu chí này, ta lại chia TN thật làm hai loại:

52

- Thí nghiệm truyền thống là TN trong đó người học thực hiện TN và không có sự hỗ trợ của máy vi tính, điện thoại thông minh.

- Thí nghiệm kết nối máy tính, điện thoại thông minh (hay thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy tính, điện thoại thông minh) là TN trong đó việc tiến hành TN được thực hiện như TN truyền thống nhưng có sự xuất hiện của máy tính, điện thoại thông minh được sử dụng như là một công cụ hỗ trợ việc thu thập và xử lí số liệu nhờ kết nối với các cảm biến hoặc các thiết bị thu thập số liệu khác.

Như vậy có thể định nghĩa TNKNĐTTM là các thí nghiệm vật lí được tiến hành trực tiếp và có sự kết nối với điện thoại thông minh nhằm thu thập và xử lí số liệu.  Các thành phần của thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh Thí nghiệm là quá trình con người tác động lên một một đối tượng vật lí trong một điều kiện nhất định, từ đó quan sát hoặc đo đạc các thông số nhằm một mục đích xác định (tìm hiểu bản chất đối tượng, tìm hiểu quy luật đối tượng, kiểm chứng lý thuyết hoặc xây dựng mô hình ứng dụng). Như vậy, ngoài mục đích thí nghiệm, các thành phần còn lại của thí nghiệm là: (1) Một đối tượng vật lí cần nghiên cứu; (2) Các thao tác và công cụ tác động lên đối tượng vật lí theo một trình tự nhất định và trong những điều kiện xác định; (3) Các thiết bị đo đạc hoặc quan sát thí nghiệm; (4) Các công cụ hỗ trợ xử lí kết quả thí nghiệm. Các thành phần của một thí nghiệm vật lí như vậy, có thể hình dung qua sơ đồ sau.

Sơ đồ 1.4. Sơ đồ các thành phần của một thí nghiệm vật lí

53

Các TNKNĐTTM số liệu thí nghiệm được thu thập nhờ các cảm biến (thiết bị đo), kết nối trực tiếp (hoặc thông qua các bộ kết nối) với điện thoại thông minh, gửi dữ liệu qua điện thoại và được xử lí nhờ phần mềm, ứng dụng (công cụ hỗ trợ xử lí số liệu). Trong luận án này, chúng tôi gọi tên cụm thiết bị đo cảm biến + thiết bị kết nối điện thoại thông minh (nếu có) + phần mềm, ứng dụng xử lí số liệu là thiết bị kết nối điện thoại thông minh. Nói cách khác, thiết bị kết nối điện thoại thông minh là bộ công cụ hỗ trợ các thí nghiệm, giúp thu thập số liệu và xử lí số liệu nhờ cảm biến và các phần mềm, ứng dụng trên điện thoại thông minh. Hiểu theo cách này, ngoài mục đích thí nghiệm, một TNKNĐTTM sẽ gồm 3 thành phần sau: - Đối tượng vật lí cần nghiên cứu (a).

- Các thao tác hoặc công cụ tác động lên đối tượng vật lí theo một trình tự nhất

định và trong những điều kiện xác định (b).

- Thiết bị kết nối điện thoại thông minh (c).

Sơ đồ 1.5. Sơ đồ thành phần của một thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh Bằng việc phân tích rõ các thành phần của TNKNĐTTM như trên, chúng ta thấy rằng, một TNKNĐTTM chỉ khác thí nghiệm thông thường ở sự có mặt của thiết bị kết nối điện thoại thông minh. Chất lượng thí nghiệm và kết quả mang lại của thí nghiệm phụ thuộc rất nhiều vào khả năng và chất lượng của thiết bị kết nối. Việc xây dựng TNKNĐTTM vì vậy cũng tập trung nhiều nhất ở việc lựa chọn hoặc chế tạo thiết bị kết nối máy tính phù hợp với mục đích thí nghiệm và đảm bảo có các chức năng, khả năng xử lí số liệu đáp ứng được yêu cầu của thí nghiệm.  Vai trò, chức năng của thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh Thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh trong dạy học vật lí cũng được coi là một thí nghiệm vật lí, vì vậy cũng có các vai trò và chức năng như các thí nghiệm vật lí nói chung (vấn đề này đã được trình bày rõ ở phần 1.2.2)

54

Nếu phân tích dựa trên quan điểm của lý luận nhận thức, TN có các vai trò và chức năng như sau: - Thí nghiệm là phương tiện nhận thức, giúp con người tìm kiếm và thu nhận

kiến thức khoa học cần thiết.

- Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của tri thức, kiểm chứng

sự đúng đắn trong suy luận và kiến thức mà người làm thí nghiệm thu nhận được.

- Thí nghiệm là phương tiện thử nghiệm cho việc vận dụng tri thức vào thực

tiễn.

- Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức.

Nếu phân tích dựa trên quan điểm của lý luận dạy học, TN cũng có vai trò và chức năng quan trọng trong dạy học vật lí, thể hiện ở các mặt: - Thí nghiệm có thể được sử dụng trong hầu hết các giai đoạn khác nhau của

tiến trình dạy học - Thí nghiệm góp phần vào việc phát triển toàn diện học sinh.

- Thí nghiệm là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật

tổng hợp cho học sinh.

- Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập, tính tò mò, ham hiểu

biết của học sinh, làm cho các em tích cực và sáng tạo hơn trong quá trình nhận thức, khơi dậy ở các em nhu cầu khám phá những điều mới, những điều bí ẩn và cao hơn là hình thành nên những ý tưởng cho những thí nghiệm mới.

- Thí nghiệm vật lí 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 tính cộng đồng trách nhiệm trong công việc của các em.

- Thí nghiệm vật lí góp phần làm đơn giản hoá các hiện tượng và quá trình vật

lí, tạo trực quan sinh động nhằm hỗ trợ cho tư duy trừu tượng, giúp cho học sinh tư duy trên những đối tượng cụ thể, những hiện tượng và quá trình đang diễn ra trước mắt họ.

55

Các hiện tượng trong tự nhiên xảy ra vô cùng phức tạp, có mối quan hệ đan xen với nhau, do đó không thể cùng một lúc phân biệt những tính chất đặc trưng của từng hiện tượng riêng lẻ, cũng như không thể cùng một lúc phân biệt được ảnh hưởng của tính chất này lên tính chất khác. Thí nghiệm vật lí góp phần làm nổi bật những khía 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.

Như vậy có thể thấy, TN nói chung và TNKNĐTTM nói riêng có vai trò và chức năng quan trọng trong quá trình tổ chức dạy học, nhất là trong bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh. Dạy học với TN không những giúp HS hiểu đúng bản chất của hiện tượng vật lí, làm cơ sở nghiên cứu sâu hơn các kiến thức vật lí, hình thành và phát triển năng lực học sinh, mà còn thu hút sự chú ý của học sinh, tạo đam mê, hứng thú, kích thích học sinh chủ động tích cực bồi dưỡng năng lực thực nghiệm.

Vì vậy, tổ chức dạy học vật lí cần chú ý đến việc tăng cường sử dụng các TN trong dạy học, cải tiến các TN nhằm tăng cường bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí với TN, TNKNĐTTM.  Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh trong dạy học vật lí  Ưu điểm của TNKNĐTTM trong thực hiện mục đích thí nghiệm Để thấy rõ ưu và nhược điểm của TNKNĐTTM so với TN truyền thống, trước hết, cần phân tích ưu và nhược điểm của TNKNĐTTM trong việc thực hiện mục đích của TN. Xét trên phương diện này, dù thí nghiệm có kết nối hay không kết nối điện thoại thông minh cũng phải trải qua các bước như sau: - Bước 1: Tiến hành thí nghiệm để có thể quan sát được (bằng mắt hay bằng

các phương tiện hỗ trợ) hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu; - Bước 2: Thu thập số liệu đo; - Bước 3: Xử lí số liệu đo (tính toán, đối chiếu, so sánh...) và trình bày kết quả; - Bước 4: Từ các kết quả xử lí đó, tìm ra hay chứng tỏ sự tồn tại các mối quan

hệ có tính qui luật trong hiện tượng, quá trình đang nghiên cứu.

Từ tiến trình đó, có thể phân tích thấy ưu điểm của TNKNĐTTM so với TN truyền thống thể hiện ở các điểm sau:

56

- Ở bước tiến hành TN, sẽ không có sự khác nhau giữa TN truyền thống hay

TNKNĐTTM vì đều phải thể hiện được hiện tượng, quá trình vật lí quan sát. Chỉ có sự khác nhau nhỏ trong việc sắp xếp thí nghiệm đảm bảo đo đạc được các thông số cần đo. Khi đó, vì số liệu đo đạc trong TNKNĐTTM được thực hiện tự động bởi các cảm biến và có thể không tiếp xúc nên quá trình tiến hành TN đối với TNKNĐTTM thường sẽ tiết kiệm thời gian hơn so với TN truyền thống.

- Ở bước thu thập số liệu đo ở các TN truyền thống, trong quá trình quan sát

ta đã phải đo, đếm hay đánh dấu sẵn. Trong mỗi lần TN thường phải đo từ 2 đại lượng trở lên và lại phải đo nhiều giá trị khác nhau. Rồi cùng một TN lại phải tiến hành nhiều lần, đo nhiều lần. Nói chung, thời gian và công sức thu thập số liệu là rất đáng kể và ở nhiều TN công việc này là khó khăn đối với GV và HS, nhất là các TN với các hiện tượng xảy ra nhanh. Song ở các TNKNĐTTM, các số liệu đã được tự động thu thập nhờ cảm biến rồi truyền đến bộ kết nối truyển qua điện thoại thông minh. Do được tự động hoá hoàn toàn nên việc thu thập số liệu đo này ở TNKNĐTTM xảy ra cực kì nhanh, trong vài chục giây, ta có thể có ngay nhiều số liệu đó trên màn hình điện thoại.

- Ở bước xử lí số liệu, cũng nhờ điện thoại thông minh và phần mềm, ứng

dụng, TNKNĐTTM có thể phân tích, xử lí số liệu (Theo các chương trình do phần mềm, ứng dụng định sẵn) nhanh và mạnh mẽ hơn so với xử lí số liệu trong TN truyền thống. Ý định phân tích, xử lí số liệu như thế nào là hoàn toàn do người nghiên cứu (giáo viên hay học sinh) đặt ra. Còn các phép tính toán cụ thể như: cộng, trừ, nhân, chia, bình phương, khai căn..., lập các biểu bảng, vẽ các đồ thị về các mối quan hệ giữa các đại lượng đang nghiên cứu đều do điện thoại thông minh thực hiện. Các kết quả tính toán, các biểu bảng cũng như các đồ thị này cũng được hiển thị ngay trên màn hình điện thoại. Quá trình tính toán, lập biểu bảng hay vẽ đồ thị này điện thoại chỉ làm trong trong vài chục giây tới một vài phút. Kết quả hiển thị trên màn hình là hoàn toàn chính xác và rất khoa học, đẹp mắt. Còn trong thí nghiệm truyền thống, việc lập biểu bảng, tính toán hay vẽ đồ thị trong quá trnh xử lí số liệu được thực hiện “thủ công” thường chiếm rất nhiều thời gian, và không phải tác vụ xử lí nào cũng có thể thực hiện được, hoặc thể hiện trực quan được.

57

- Ở bước tìm ra hoặc chứng tỏ quy luật vật lí tồn tại trong hiện tượng,

TNKNĐTTM cũng thể hiện ưu điểm vượt trội, do khả năng xử lí và thể hiện kết quả nhanh, đa dạng, trực quan hơn TN truyền thống.

Có thể tổng kết lại những ưu điểm của TNKNĐTTM so với TN truyền thống là: - Trực quan cao hơn trong việc trình bày số liệu đo, hiển thị kết quả; - Tiết kiệm rất nhiều thời gian do thu thập, xử lí số liệu hoàn toàn tự động; - Cho phép thu thập nhiều kiểu dữ liệu với số lượng lớn trong thời gian rất

ngắn; - Số liệu đo được có độ chính xác cao hơn; - Tiết kiệm thời gian lắp đặt thí nghiệm;

 Ưu điểm của TNKNĐTTM trong thực hiện mục đích dạy học Trong quá trình tổ chức dạy học vật lí ở trường THPT, một số TN truyền thống hoàn toàn có thể được thay thế bằng TNKNĐTTM, bên cạnh đó cũng có thể xây dựng mới các TNKNĐTTM hỗ trợ tổ chức dạy học một số kiến thức mà không thể thực hiện TN truyền thống. Nếu xét về mặt tổ chức hoạt động dạy học bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS THPT, TNKNĐTTM cũng có nhiều ưu điểm so với các TN truyền thống, thể hiện ở các khả năng cụ thể như sau: - Dụng cụ TN gần gũi với học sinh, tạo cho học sinh hứng thú tìm tòi, đa số

học sinh hiện nay đều được trang bị thiết bị điện thoại thông minh; - Thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh mở ra khả năng tìm hiểu vấn đề

nhanh và dễ dàng bộc lộ bản chất hiện tượng nhất. Với khả năng đo nhanh, tốc độ, chính xác và đặc biệt thể hiện ngay lập tức dưới dạng trực quan (đồ thị, bảng biểu), TNKNĐTTM giúp hiện tượng vật lí trong dạy học hiện rõ bản chất của mình một các rõ ràng. Nhờ vậy, khâu đặt vấn đề, quan sát hiện tượng trong các giai đoạn dạy học trở lên hấp dẫn HS và kích thích HS hứng thú tham gia vào bài học.

- Thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh mở ra khả năng tìm hiểu các vấn

đề vật lí khó quan sát. Nhiều hiện tượng vật lí xảy ra nhanh và không trực quan, ví dụ như rơi tự do, dao động, sóng, dòng điện xoay chiều, … và vì vậy, rất khó để học sinh có hứng thú trong các giờ học tìm hiểu các kiến thức này nếu không có thiết bị

58

giúp HS hình dung về hiện tượng. Các TNKNĐTTM đã mở ra cơ hội rõ nét cho việc trực quan hóa các hiện tượng như vậy, nhờ đó HS hoạt động tìm hiểu hiện tượng và các quy luật của nó một cách tích cực hơn.

- Thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh mở ra khả năng tìm hiểu sâu hơn

về các hiện tượng – quy luật vật lí. Với khả năng xử lí mạnh mẽ của ứng dụng trên điện thoại, thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh cho khả năng xử lí số liệu nhanh, mạnh, vượt xa khả năng tính toán bằng tay lẫn tư duy của con người. Điều này có ý nghĩa cực kì quan trọng khi giáo dục hướng đến tư duy của học sinh, mà ở đó, với khả năng nhạy bén của mình, nhiều học sinh có những thắc mắc, tìm tòi xa hơn nhiều vấn đề đặt ra của bài học. Khi đó, các TNKNĐTTM có thể giúp những học sinh đó tiến xa hơn rất nhiều trong việc quan tâm đến vấn đề học tập. Đó cũng là một khía cạnh cao của bồi dưỡng năng lực thực nghiệm hoạt động học tập.

- Thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh mở ra nhiều phương án tìm hiểu

hiện tượng và quy luật vật lí. Với mỗi hiện tượng và quy luật vật lí, luôn có nhiều phương án để nghiên cứu, kiểm tra, kiểm chứng, nhưng do giới hạn về khả năng, về thiết bị, con người vốn không thỏa mãn với các phương án mà mình thực hiện. Và một khi, một phương án mới được thực hiện, bản chất vật lí hiện rõ hơn, thậm chí xuất hiện quy luật mới. Vì vậy, thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh giúp GV và HS rộng mở hơn trong việc đề xuất và thực hiện các phương án thí nghiệm, từ đó HS cảm thấy vấn đề trở lên lí thú và tích cực tìm hiểu từ đó năng lực thực nghiệm sẽ được rèn rũa và bồi dưỡng thêm.

- Thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh tạo hứng thú với nhiệm vụ học tập.

Do tính chất hiện đại của thiết bị, gần gũi với những ứng dụng tân tiến trong cuộc sống, các TNKNĐTTM mang lại cảm xúc mới mẻ, hứng thú, tâm lí muốn tìm hiểu cho HS. Điều này, bước đầu giúp HS hăng hái tìm hiểu kiến thức, khám phá hiện tượng, và từ đó hiệu quả dạy học cũng được nâng cao.  Hạn chế của thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh.

Tuy có nhiều ưu điểm, nhưng TNKNĐTTM cũng có một số hạn chế như: - Đòi hỏi người sử dụng có thời gian làm quen với máy vi tính, điện thoại thông

minh và với việc sử dụng các phần mềm, ứng dụng;

59

- Hầu hết các TNKNĐTTM sử dụng công nghệ hiện đại trong đo đạc và xử lí

số liệu (cảm biến và lập trình), vượt quá kiến thức sẵn có của HS, điều này đôi khi dẫn đến những khó khăn nhất định trong quá trình thuyết phục HS tin tưởng với kết quả TN. - Mặc dù các TNKNĐTTM với các thiết bị và công nghệ hiện đại, giúp thể

hiện trực quan quy luật vật lí, nhưng nhiều trường hợp có thể làm phân tán sự tập trung của HS trong các hoạt động nhận thức.

- Và cuối cùng, TNKNĐTTM có thể làm giảm tác dụng rèn luyện các thao tác

đo đạc trong thí nghiệm, do các thao tác này đã được tự động hóa nhờ các cảm biến.

Chính vì vậy, việc lựa chọn kiến thức nào, giai đoạn dạy học nào nên sử dụng TNKNĐTTM để dạy học cần được người tổ chức hoạt động dạy học (GV) cân nhắc, sao cho có thể bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh và đạt được mục đích dạy học.  Các yêu cầu về thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh trong dạy học vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh TNKNĐTTM như đã phân tích có vai trò quan trọng trong dạy học vật lí và có nhiều ưu thế trong việc thực hiện mục đích tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, qua đó giúp HS nắm vững kiến thức, phát triển kỹ năng, hình thành phương pháp.

Nhưng, nói như vậy, không phải TNKNĐTTM nào cũng thực hiện tốt được tác dụng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS. Vì vậy, một TNKNĐTTM trong dạy học vật lí cần thỏa mãn các yêu cầu về thiết bị, về khả năng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS và cả về tính khả thi trong triển khai thực tiễn. Những yêu cầu dưới đây được chúng tôi xây dựng dựa trên những yêu cầu về thiết bị TN sử dụng trong dạy học nói chung (được trình bày ở mục 1.2.4) và sự hiểu biết về các thành tố của TNKNĐTTM cũng như khả năng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS trong dạy học vật lí của TNKNĐTTM.  Những yêu cầu về thiết bị - Đối với thiết bị là phần cứng

+ Quy trình chế tạo thí nghiệm phải chính xác, dễ dàng chế tạo hàng loạt với sản phẩm đồng đều, được áp dụng các thành tựu công nghệ mới.

60

+ Cần có các biện pháp và giải pháp đảm bảo sự an toàn cho người sử dụng và cho thiết bị thí nghiệm khi sử dụng trong dạy học. + Thiết bị thí nghiệm phải có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, thuận tiện trong sử dụng, dễ sửa chữa, bảo quản, vận chuyển. + Các cảm biến phải có phổ đo đủ rộng và sai số dưới 5%, đảm bảo thực hiện được các TNVL ở trường THPT. + Các kết nối phải ổn định, không đòi hỏi các thao tác phức tạp trong kết nối.

Ngoài kết nối với điện thoại thông minh, nên có các phương án kết nối với các thiết bị khác như máy tính, máy tính bảng … để tăng giá trị sử dụng.

- Đối với thiết bị là phần mềm trên máy tính và trên điện thoại thông minh

+ Phần mềm, ứng dụng phải dễ dàng cài đặt, hoạt động ổn định, và có hướng dẫn sử dụng. + Phần mềm, ứng dụng phải hiển thị được số liệu đo trực tiếp với quá trình xảy ra hiện tượng, dưới dạng bảng số liệu và đồ thị. Độ trễ dữ liệu đo so với hiện tượng xảy ra dưới 40ms (để không thể nhận ra độ trễ bằng mắt thường). + Vùng hiển thị đồ thị, số liệu trên phần mềm, ứng dụng phải chiếm diện tích tối thiểu 40% màn hình, màu sắc phải làm nổi bật các yếu tố cần quan sát (đồ thị, số liệu, các chức năng, …) và đảm bảo làm việc lâu mà không mỏi mắt. + Phần mềm, ứng dụng xử lí phải có các chức năng phục vụ nghiên cứu TN cơ bản như: Tính trung bình, sai số tuyệt đối, sai số tương đối, tính đạo hàm và các toán tử cơ bản khác. + Phần mềm,ứng dụng phải có chức năng giúp phát hiện quy luật của số liệu, ví dụ như: Dự đoán hàm quy luật, tạo đồ thị hàm chuẩn để so sánh với đồ thị của số liệu thu về. + Thao tác trên số liệu phải đơn giản, linh hoạt, có thể xem và xử lí một đoạn số liệu hoặc một đoạn đồ thị bất kì. + Giao diện phần mềm,ứng dụng đơn giản, sắp xếp các nút chức năng phải dễ thấy, dễ hiểu và dễ dàng trong thao tác, có hướng dẫn và có ngôn ngữ tiếng Việt.

61

+ Phần mềm, ứng dụng phải cho phép lưu trữ dữ liệu và truy ngược lại để nghiên cứu sau đó.  Những yêu cầu về khả năng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh - Thí nghiệm cần thời gian ngắn trong lắp ráp, hiệu chỉnh, thực hiện lấy số

liệu…

- Có thể sử dụng để tiến hành các thí nghiệm ở nhiều giai đoạn khác nhau của

quá trình dạy học như: làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức mới, củng cố (trong đó có thí nghiệm thực hành), kiểm tra đánh giá.

- Tạo điều kiện cho các hoạt động tích cực, sáng tạo của học sinh, nhất là đáp

ứng yêu cầu của các phương án thí nghiệm khác nhau do học sinh đề xuất trong giai đoạn giải quyết vấn đề.

- Phù hợp với tâm sinh lí học sinh trung học phổ thông.

 Những yêu cầu về tính khả thi trong triển khai thực tế - Các thiết bị phải dễ dàng chế tạo với số lượng lớn và giá thành rẻ, vật liệu

chế tạo dễ tìm, giá rẻ, công nghệ chế tạo không quá phức tạp, đáp ứng khả năng mua sắm của các trường THPT hiện nay. Thiết bị kết nối có thể cho phép xây dựng nhiều TN. 1.3.3. Tìm hiểu ứng dụng của Arduino

Arduino chính thức được đưa vào giới thiệu vào năm 2005 làm việc trên nguồn mở dựa vào nền tảng mạch mẫu điện tử (Kit), bao gồm một vi điều khiển, một ngôn ngữ lập trình, và một IDE (trình soạn thảo). Arduino là một công cụ để thực hiện các ứng dụng tương tác, được thiết kế để nhằm làm đơn giản những tác vụ dành cho người mới bắt đầu sử dụng vi điều khiển cho nhiều mục đích (như tạo Robot, trang trí quảng cáo sử dụng LED, quang báo, điều khiển động cơ, điều khiển nhiệt độ, áp suất độ ẩm…) Arduino được lắp ráp với các linh kiện điện tử, thiết bị điện… tương tự như trò chơi lắp ráp Lego, nhưng Arduino vẫn đủ linh hoạt trong quá trình phát triển các dự án phức tạp (Hà Quang Phúc và Phạm Quang Huy, 2020).

Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Arduino giống

62

như một máy tính nhỏ để người dùng có thể lập trình và thực hiện các dự án điện tử mà không cần phải có các công cụ chuyên biệt để phục vụ việc nạp code.

Arduino tương tác với thế giới thông qua các cảm biến điện tử, đèn, và động cơ.

Arduino gồm: - Phần cứng gồm một board mạch mã nguồn mở (thường gọi là vi điều khiển):

có thể lập trình được.

- Các phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp IDE (Integrated Development

Environment) dùng để soạn thảo, biên dịch code và nạp chương cho board.

Arduino có rất nhiều ứng dụng hữu ích tùy vào sự sáng tạo của người dùng. Ứng dụng của Arduino trong dạy học vật lí: Đã có rất nhiều nghiên cứu sử dụng vi điều khiển Arduino trong dạy học vật lí ở trường phổ thông như: “Xây dựng một số thí nghiệm sử dụng cảm biến siêu âm và phần mềm Labview để dạy học chương động học vật lí 10” – Ngô Minh Nhựt, Mai Hoàng Phương, 2015; “Ứng dụng vi điều khiển Arduino và cảm biến cường độ ánh sáng để thiết kế bộ thí nghiệm khảo sát sự phân bố cường độ các vân giao thoa nhiễu xạ” – Nguyễn Thành Phúc, ĐH sư phạm TPHCM,2019; “Ứng dụng vi điều khiển Arduino và cảm biến lực chế tạo bộ thí nghiệm khảo sát lực từ tác dụng lên dòng điện thẳng phục vụ giảng dạy vật lí 11” – Lê Lâm Anh Phi, ĐH sư phạm TPHCM, 2019; “Sử dụng thiết bị Arduino Nano xây dựng thí nghiệm nghiên cứu chuyển động của vật trong dạy học vật lí 10” – Nông Khánh Linh, 2020;….

Bên cạnh đó, Ứng dụng Arduino còn xây dựng chủ đề dạy học theo định hướng STEM – tự động hóa. Arduino đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, và ngày càng chứng tỏ được sức mạnh của chúng thông qua vô số ứng dụng độc đáo của người dùng trong cộng đồng nguồn mở (open-source). Hiện nay tại Việt Nam, tuy chưa phổ biến nhưng Arduino dần được các trường phổ thông sử dụng nhiều. Trong đề tài này bộ phận cảm biến của bộ thí nghiệm sẽ đựa sử dụng dựa trên nền tảng vi điều khiển Arduino với một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.

63

1.4. Điều tra 1.4.1. Cở sở điều tra  Đối tượng điều tra Đối tượng điều tra là GV giảng dạy bộ môn vật lí, các nhà quản lí, cán bộ phòng thí nghiệm vật lí, HS lớp 12 đã học qua chương “Dao động cơ” và các thiết bị TN vật lí liên quan đến chương “Dao động cơ” ở các trường THPT. Cụ thể, chúng tôi điều tra GV bộ môn vật lí, cán bộ quản lí, cán bộ phòng thí nghiệm vật lí và HS đang học lớp 12 tại các trường: THPT Trần Hữu Trang (Quận 5), THPT Nguyễn Khuyến (Quận 10), THPT Nguyễn Thái Bình (Quận Tân Bình), THPT Trưng Vương (Quận 1).

Cỡ mẫu điều tra được mô tả trong bảng sau: Bảng 1.4. Bảng mô tả mẫu điều tra thực trạng Đối tượng

Cỡ mẫu

Phiếu khảo sát 1 Giáo viên vật lí + Cán bộ quản lí THPT

20

Phiếu khảo sát 2 Giáo viên vật lí + Cán bộ quản lí THPT

20

Phiếu khảo sát 3 Giáo viên vật lí THPT

20

Phiếu khảo sát 4 Học sinh đang học lớp 12

100

 Phương pháp điều tra Nội dung 1: Điều tra thực trạng của GV, các nhà quản lí về việc sử dụng TBTN trong dạy học vật lí ở trường phổ thông và sử dụng TBTN trong dạy học vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS THPT. Điều tra nhận thức về tầm quan trọng của TN trong hoạt động dạy học vật lí, góp phần nâng cao chất lượng dạy học. Trong nội dung này chúng tôi sử dụng: Phiếu điều tra 1: Phiếu điều tra nhận thức của GV và các nhà quản lí về việc sử dụng TBTN trong dạy học vật lí ở trường phổ thông nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS. Phiếu điều tra này thực hiện điều tra đối tượng là GV giảng dạy bộ môn vật lí và các nhà quản lí giáo dục (Hiệu trường, Hiệu phó, Tổ trưởng) tại các trường THPT. Nội dung 2: Điều tra về thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” ở các trường THPT với TBTN nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS, tập trung ở những

64

điểm: Hoạt động dạy học chương “Dao động cơ” thường được tổ chức dưới những hình thức nào? Thường sử dụng phương pháp dạy học nào? GV có quan tâm đến việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS không? GV sử dụng những TN nào trong dạy học? GV có thường xuyên sử dụng TN trong dạy học không? GV có sử dụng TNKNĐTTM trong dạy học không? Trong nội dung này chúng tôi sử dụng đồng thời ba phiếu điều tra dành cho GV bộ môn vật lí và HS THPT (Ba phiếu này cũng dùng để sử dụng điều tra nội dung 3) Phiếu điều tra 2: Điều tra thực trạng thiết bị TN và TNKNĐTTM liên quan đến chương “Dao động cơ” ở trường THPT. Phiếu điều tra 3: Điều tra (Giáo viên) về thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” ở các trường THPT. Phiếu điều tra 4: Điều tra (Học sinh) về thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” ở các trường THPT. Nội dung 3: Điều tra thực trạng thiết bị TN và việc sử dụng công nghệ số liên quan đến chương “Dao động cơ” ở trường THPT, tập trung ở các điểm: Các trường THPT đã có những thiết bị TN truyền thống và thiết bị sử dụng công nghệ số nào liên quan đến chương “Dao động cơ”? Các thiết bị TN truyền thống và thiết bị sử dụng công nghệ số đó có đáp ứng yêu cầu tổ chức hoạt động dạy học chương “Dao động cơ” hay không?

1.4.2. Điều tra về nhận thức của giáo viên, các nhà quản lí việc sử dụng thiết bị thí nghiệm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT Với câu hỏi số 1, phiếu số 1 (Thầy/cô đánh giá như thế nào về tầm quan trọng của việc HS được bồi dưỡng năng lực thực nghiệm trong mục đích nâng cao chất lượng dạy học?) có điểm trung bình là 4.70, rơi vào mức độ rất quan trọng.

Bên cạnh đó kết quả điều tra câu hỏi số 3, phiếu số 1 (. Thầy/cô có thường xuyên tìm cách bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS trong tổ chức dạy học vật lí tại trường không?) là 3.35 thuộc mức độ thỉnh thoảng. Điều này cho chúng tôi kết luận: “Hầu hết giáo viên vật lí và cán bộ quản lí đều đã nhận thức được tầm quan trọng của việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS”.

65

Về nhận thức của GV về vai trò của TN trong việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS, kết quả điều tra cho thấy GV đánh giá TN có vai trò rất quan trọng trong việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm, thể hiện ở mức điểm trung bình là 4.45 ở câu hỏi số 4, phiếu số 1. Các GV được điều tra cũng khẳng định vẫn chưa thường xuyên (thỉnh thoảng) sử dụng TN để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS, thể hiện ở mức điểm trung bình là 3.30 ở câu hỏi số 6, phiếu số 1.Các GV cũng đa phần cho rằng sử dụng TN trong dạy học vật lí ở trường THPT có thể giúp HS hiểu sâu và hiểu rõ hơn kiến thức (90%), giúp HS hình thành và phát triển phương pháp nhận thức thực nghiệm (100%),…

Bên cạnh đó các điều tra cho thấy các GV cho rằng “đã có nghe qua TNKNĐTTTM”, thể hiện qua điểm trung bình câu hỏi số 7, phiếu số 1 (Thầy/cô đã biết về TNKNĐTTM chưa?) là 2.55. Đồng thời, các GV được điều tra cho rằng TNKNĐTTM có thể hỗ trợ tốt cho việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS, thể hiện qua điểm trung bình câu hỏi số 8, phiếu số 1 (Theo thầy/cô, TNKNĐTTM có thể sử dụng dạy học vật lí ở trường THPT nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS tốt ở mức độ nào?) là 4.00.

Từ những phân tích ở trên, chúng tôi kết luận: Giáo viên vật lí và cán bộ quản lí đều đã nhận thức được tầm quan trọng của việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS khi tổ chức hoạt động dạy học và tầm quan trọng của việc sử dụng TBTN nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS. Các GV cũng nhận thức được TNKNĐTTM là gì đánh giá việc sử dụng TNKNĐTTM trong dạy học vật lí có vai trò bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS. Đây là nền tảng tốt để chúng tôi có thể triển khai các biện pháp nhằm giúp GV có thể tổ chức thành công dạy học vật lí với TNKNĐTTM. Tuy nhiên TNKNĐTTM hiện còn khá mới mẻ vì theo điều tra các GV đều mới chỉ đã được nghe qua chứ chưa biết và thấy TBTN này.

1.4.3. Điều tra về nội dung dạy học trong phần dao động cơ chương trình Vật lí THPT Kết quả điều tra câu hỏi số 1, phiếu số 3 (Trong quá trình tổ chức hoạt động dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô thường sử dụng các hình thức dạy học nào?) cho thấy đa số GV (95%) chọn là thường sử dụng hình thức dạy học lớp – bài trên phòng

66

học. Và kết quả điều tra câu hỏi số 2, phiếu số 3 (Trong quá trình tổ chức hoạt động dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô sử dụng các phương pháp/kĩ thuật dạy học sau có thường xuyên không?). Từ đó, chúng tôi cho rằng, hình thức dạy học ở chương “Dao động cơ” phổ biến hiện nay là hình thức lớp – bài tại các phòng học và phương pháp dạy học phổ biến mà GV sử dụng là phương pháp đàm thoại, gợi mở để HS tham gia xây dựng bài. Các hình thức, phương pháp dạy học dự án và hướng dẫn học sinh tự làm một số TN ở nhà chưa được GV quan tâm sử dụng.

So sánh kết quả điều tra GV này so với kết quả điều tra HS ở câu hỏi số 1, phiếu số 4 (Trong quá trình học chương “Dao động cơ”, GV tổ chức cho lớp bạn học theo cách nào sau đây? Cách nào là thường xuyên nhất? Cách nào bạn thích nhất?). Chúng tôi thấy, có sự sai khác giữa điều tra của GV và HS về phương pháp dạy học nào thường được sử dụng trên lớp khi dạy và học chương “Dao động cơ”. Trong khi các GV cho rằng họ thường xuyên sử dụng phương pháp đàm thoại, hỏi đáp với HS thì các HS được điều tra cho rằng họ thường xuyên được GV dạy bằng phương pháp thuyết trình, giảng giải (chiếm 70%). Bên cạnh đó, phương pháp mà HS cho rằng mình thích được học nhất lại là “GV cho HS trực tiếp làm thí nghiệm từ đó phân tích và rút ra kiến thức” (chiếm 32% kết quả điều tra).

Bên cạnh đó, câu hỏi số 7, phiếu khảo sát số 4 (Theo ý kiến chủ quan của bạn, khi học chương “Dao động cơ”, lớp bạn đã tham gia tích cực vào hoạt động bồi dưỡng năng lực thực nghiệm ở mức độ như thế nào?) lại cho kết quả là HS chỉ tham gia ở mức độ trung bình, bình thường. Những điều này cho thấy, sự chênh nhau giữa GV nhận thức được tầm quan trọng của việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS đến việc GV tìm cách để bồi dưỡng năng lực này và kết quả của việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS. Một phần nguyên nhân thực trạng này, theo chúng tôi, là do GV sử dụng phương pháp bồi dưỡng thực nghiệm ở mức thấp chưa đạt mức cao như: Đa dạng hình thức và phương pháp dạy học; Sử dụng các phương pháp dạy học tích cực; Sử dụng TN và TNKN công nghệ số hỗ trợ dạy học; Giao cho học sinh các dự án học tập, các nhiệm vụ thực tiễn để HS thực hiện;…

Về khía cạnh sử dụng TN trong tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, kết quả khảo sát câu số 4, phiếu số 3 (Trong quá trình tổ chức hoạt động dạy học chương

67

“Dao động cơ”, thầy/cô có sử dụng TN hỗ trợ dạy học ở những bài nào?) các bài “Dao động điều hòa”, “Con lắc lò xo”, “Con lắc đơn”, “Dao động tắt dần” là thỉnh thoảng; “Tổng hợp dao động” là chưa bao giờ; bài thực hành ở mức độ thường xuyên.

Bên cạnh đó, kết quả khảo sát HS ở câu hỏi số 8, phiếu khảo sát số 4 (Trong quá trình học chương “Dao động cơ”, lớp của bạn có thường xuyên được học với các TNKNĐTTM không?) là ở mức độ chưa bao giờ với điểm trung bình là 1.00. Kết quả này cho chúng tôi nhận xét, hầu như chưa có trường nào sử dụng TNKNĐTTM vào hỗ trợ tổ chức hoạt động dạy học chương “Dao động cơ”.

Từ những phân tích trên, chúng tôi cho rằng thực trạng tổ chức dạy học chương “Dao động cơ” ở các trường THPT hiện nay còn diễn ra chủ yếu ở hình thức diễn giảng có hỏi đáp với HS, ít sử dụng TN hỗ trợ dạy học. Khi tổ chức hoạt động dạy học, các GV đã ý thức được tầm quan trọng của việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm, nhưng kết quả còn chưa như mong đợi. Việc sử dụng các TBTN kết nối với phương tiện số như TNKNMT hay TNKNĐTTM nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh chưa được thực hiện, mặc dù GV đánh giá các TBTN này dùng rất tốt trong chương “Dao động cơ” và chương này có nhiều kiến thức vật lí trừu tượng cần sự hỗ trợ của các thí nghiệm kết nối phương tiện số này.

Nguyên nhân những thực trạng trên có thể là do kiến thức chương “Dao động cơ” còn trừu tượng, nhiều kiến thức khó hình dung, HS đa phần chấp nhận những kiến thức này. Bên cạnh đó các TBTN cũng chưa đáp ứng được yêu cầu bồi dưỡng năng lực cho HS. 1.4.4. Điều tra về việc sử dụng công nghệ số trong dạy học phần dao động cơ chương trình Vật lí THPT

Kết quả điều tra thực tế tại các phòng thí nghiệm của các trường cho thấy hầu hết các trường THPT đã được trang bị bộ thí nghiệm thực hành dao động cơ, là bộ thí nghiệm được cung cấp bởi công ty thiết bị trường học, có thể thực hiện được các thí nghiệm về dao động cơ của con lắc lò xo, con lắc đơn, thí nghiệm về dao động tắt dần và cộng hưởng dao động. Tuy nhiên, kết quả khảo sát qua câu 1, phiếu khảo sát số 2 (Ở trường của các thầy/cô, liên quan đến chương “Dao động cơ” đã có sẵn những bộ thiết bị giúp thực hiện các TN nào dưới đây?) lại cho kết quả như sau:

68

Thí nghiệm con lắc lò xo

15

75%

Thí nghiệm con lắc đơn

20

100%

Thí nghiệm dao động tắt dần

7

35%

Thí nghiệm cộng hưởng dao động

7

35%

Có thể thấy, có sự không đồng đều trong kết quả khảo sát. Câu trả lời “có” cao nhất ở thí nghiệm con lắc đơn (100%) và khá thấp ở thí nghiệm dao động tắt dần (35%) và cộng hưởng dao động (35%). Chúng tôi cho rằng, nguyên nhân là do nhiều GV thường sử dụng TN con lắc đơn, nhất là trong bài thực hành và rất ít sử dụng TN ở các bài dao động tắt dần, cộng hưởng dao động hoặc có thể do nhiều GV chưa biết bộ thí nghiệm tại trường mình lại có thể làm được các TN dao động tắt dần, cộng hưởng dao động.

Quan sát thêm kết quả điều tra câu hỏi số 2, phiếu số 2 (Với các TN đã sẵn có thầy/cô vui lòng đánh giá các TBTN có đáp ứng được yêu cầu dạy học chương “Dao động cơ” không?) Và kết quả điều tra câu hỏi số 4 trong phiếu số 3 (Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô có sử dụng TN hỗ trợ dạy học những bài nào?). Cũng như kết quả điều tra HS câu hỏi số 2, phiếu số 4 (Trong quá trình học chương “Dao động cơ”, GV của bạn có thường xuyên sử dụng TN hay không?) là ở mức độ ít khi. Chúng ta có thể thấy rằng kết luận các trường THPT đã được trang bị thiết bị TN nhưng GV chưa thường xuyên sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương “Dao động cơ”, nhất là các thí nghiệm dao động tắt dần và cộng hưởng dao động là kết luận hoàn toàn có cơ sở.

Về TNKN công nghệ số như TNKNMT, TNKNĐTTM, kết quả điều tra thực tế tại các trường THP cho phép chúng tôi nhận định là hầu như chưa có trường THPT nào có thiết bị TNTN này. Kết quả khảo sát câu 3 và câu số 4 của phiếu khảo sát số 2 cho thấy điều này khi có tới 100% GV/cán bộ phòng TN trả lời là chưa có thiết bị TNKNĐTTM ở trường và 100% trả lời là chưa có thiết bị TNKNĐTTM liên quan đến chương “Dao động cơ”.

Từ những kết quả khảo sát đó, chúng tôi cho rằng: Thực trạng tại các trường THPT hiện nay hầu hết đã được trang bị các thiết bị TN truyền thống nhưng chưa vẫn chưa được trang bị thiết bị TNKN công nghệ số như TNKNMT, TNKNĐTTM. Các

69

TN truyền thống đáp ứng được các TN con lắc đơn và con lắc lò xo ở mức độ thể hiện được trực quan dao động, tuy nhiên chưa nói được bản chất dao động điều hòa, đồng thời chưa thể hiện tốt các TN dao động tắt dần, TN cộng hưởng dao động cơ.

70

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Với mục đích nghiên cứu của chương là xây dựng cơ sở lý luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng các thí nghiệm về dao động cơ có kết nối điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, chúng tôi tiến hành nghiên cứu các vấn đề sau: - Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc tổ chức hoạt động dạy học nhằm bồi dưỡng

năng lực thực nghiệm của học sinh. Tập trung phân tích năng lực thực nghiệm là gì? Các cách tổ chức dạy học như thế nào để đáp ứng nhu cầu bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh?

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc xây dựng sử dụng TNKNĐTTM trong dạy

học vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS, tập trung là rõ khái niệm TNKNĐTTM, các thành tố của một TNKNĐTTM, các ưu nhược điểm của TNKNĐTTM và những yêu cầu của TNKNĐTTM trong dạy học nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong chương này cho phép chúng tôi đưa ra được các kết luận sau: Một là, việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS là một hoạt động cần thực hiện thường xuyên, được hình thành và duy trì từ bản thân HS, từ quá trình học và chịu sự ảnh hưởng tác động trong quá trình dạy học của GV. Hai là, các thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh – được hiểu là các bộ thí nghiệm trong đó số liệu thí nghiệm được thu thập bởi các cảm biến, kết nối lên điện thoại thông minh nhờ các bộ kết nối và được xử lí bởi các phần mềm, ứng dụng trên điện thoại – thể hiện nhiều ưu điểm trong việc tìm hiểu bản chất vật lí, nhất là các hiện tượng vật lí xảy ra nhanh, khó quan sát Ba là, để có thể tổ chức dạy học vật lí với TNKNĐTTM nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS thì các TNKNĐTTM cần đảm bảo các yêu cầu về thiết bị, về khả năng hỗ trợ bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh và cả về khả năng triển khai trong điều kiện thực tiễn. Việc xác định những yêu cầu cụ thể này làm cơ sở để chúng tôi lựa chọn hoặc xây dựng mới các TNKNĐTTM trong dạy học vật lí nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS.

71

Bốn là, tại các trường THPT hiện nay hầu hết đã được trang bị các thiết bị TN truyền thống nhưng chưa vẫn chưa được trang bị thiết bị TNKN công nghệ số như TNKNMT, TNKNĐTTM. Các TN truyền thống đáp ứng được các TN con lắc đơn và con lắc lò xo ở mức độ thể hiện được trực quan dao động, tuy nhiên chưa nói được bản chất dao động điều hòa, đồng thời chưa thể hiện tốt các TN dao động tắt dần, TN cộng hưởng dao động cơ.

Dựa vào những kết luận trên, chúng tôi sẽ tiến hành xây dựng và sử dụng các thí nghiệm về dao động cơ có kết nối điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông. Quá trình xây dựng và sử dụng sẽ được trình bày chi tiết ở chương 2.

72

Chương 2.

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM VỀ DAO ĐỘNG CƠ CÓ KẾT NỐI VỚI ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 2.1. Mạch logic kiến thức phần dao động cơ trong chương trình GDPT hiện hành và chương trình GDPT mới (khái quát hóa nội dung kiến thức phần dao động cơ trong chương trình GDPT hiện hành và chương trình GDPT mới) Nội dung dạy học của chương “Dao động cơ” vật lí 12 trung học phổ thông gồm các mảng sau: Dao động điều hòa; Con lắc lò xo; Con lắc đơn; Dao động tắt dần; Dao động duy trì; Dao động cưỡng bức; Cộng hưởng dao động; Tổng hợp dao động; Thực hành khảo sát thực nghiệm các quy luật dao động của con lắc đơn. Nội dung chi tiết của các kiến thức được mô tả trong bảng sau (Bộ giáo dục và đào tạo, 2016): Bảng 2.1. Bảng nội dung kiến thức chương dao động cơ Kiến thức

Nội dung cụ thể

Dao động điều - Khái niệm dao động điều hòa; hòa

- Các đặc trưng của dao động điều hòa: biên độ, chu kì, pha, pha

ban đầu, đồ thị dao động; - Quy luật biến đổi vận tốc, gia tốc trong dao động điều hòa; - Các dấu hiệu nhận biết dao động điều hòa.

Con lắc lò xo

- Cấu tạo con lắc lò xo; - Tính điều hòa trong dao động của con lắc lò xo; - Đặc tính tự do trong dao động của con lắc lò xo; - Sự bảo toàn cơ năng của con lắc lò xo.

Con lắc đơn

- Cấu tạo con lắc đơn; - Tính điều hòa trong dao động của con lắc đơn; - Đặc tính tự do trong dao động của con lắc đơn; - Sự bảo toàn cơ năng của con lắc đơn.

Dao động tắt dần - Khái niệm dao động tắt dần;

73

Dao động cưỡng - Sự phụ thuộc tốc độ tắt dần vào sức cản môi trường; bức

- Các trường hợp dao động không bị tắt dần: Dao động duy trì

và dao động cưỡng bức; - Sự phụ thuộc của biên độ dao động cưỡng bức vào tần số ngoại

lực cưỡng bức, sự cộng hưởng.

Dao động tổng - Nguyên tắc tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, hợp

cùng tần số; - Phương pháp giản đồ quay Fresnel áp dụng trong tổng hợp hai

dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số.

Thực hành khảo - Thực nghiệm kiểm chứng các quy luật dao động của con lắc sát dao động của

đơn, cụ thể là chu kì không phụ thuộc vào cách kích thích,

con lắc đơn

khối lượng vật nặng và tỉ lệ với căn bậc hai của chiều dài.

Nội dung các kiến thức được chương trình vật lí 12 lựa chọn trình bày như trên là vừa sức với năng lực nhận thức của học sinh THPT, đồng thời có sự sắp xếp theo logic nhận thức. Có thể thấy logic đó thể hiện ở việc kiến thức của chương được chia thành hai mảng rõ rệt. Đầu tiên, chương trình tìm hiểu các kiến thức cơ bản của một loại dao động lí tưởng là dao động điều hòa, trong đó minh họa bằng hai chuyển động thực tế là dao động của con lắc lò xo và của con lắc đơn. Hai ví dụ minh họa này vừa giúp học sinh hiểu rõ hơn về dao động điều hòa vừa giúp học sinh nhận thấy rằng: “Chu kì dao động của các cơ hệ chỉ phụ thuộc cấu tạo của hệ, gọi là chu kì riêng của hệ”. Sau khi đã có được kiến thức này, chương trình giới thiệu đến học sinh các dao động trong thực tế. Sự khác nhau đầu tiên mà cũng là cơ bản giữa dao động trong thực tế với dao động điều hòa lí tưởng đó là “sự tắt dần”. Mọi dao động trong thực tế luôn bị tắt dần do ma sát. Tuy nhiên, một số trường hợp trong thực tế, dao động lại không bị tắt dần (như con lắc đồng hồ), thậm chí còn dao động ngày càng mạnh lên (dao động của cây cầu Tacoma năm 1940). Điều này dẫn đến nhu cầu cần tìm hiểu để có được kiến thức: “Các dao động không bị tắt dần có thể rơi vào hai trường hợp: Một là đang được duy trì bởi ngoại lực tuần hoàn, hai là đang bị cưỡng bức bởi ngoại lực điều hòa. Người ta quan tâm nhiều đến dao động bị cưỡng bức, bởi nhẽ, đó là dao động “bị động” và vì vậy con người phải đối phó và phòng tránh. Kết quả nghiên cứu

74

dao động cưỡng bức dẫn đến kết quả là kiến thức về sự cộng hưởng cơ. Trong thực tế, một cơ hệ hoàn toàn có thể bị cưỡng bức bởi hai hay nhiều nguồn dao động điều hòa, khi đó, dao động của vật ta gọi là dao động tổng hợp và việc nghiên cứu quy luật của dao động tổng hợp là rất cần thiết. Với khả năng của học sinh, chương trình chỉ giới thiệu sự tổng hợp của hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số. Cuối cùng, để củng cố niềm tin, cũng là logic nhận thức đặc thù của vật lí, chương trình thiết kế một nội dung thực hành cho HS là “Khảo sát thực nghiệm các quy luật dao động của con lắc đơn”. Nội dung khảo sát thực nghiệm là các quy luật chu kì con lắc đơn không phụ thuộc khối lượng, không phụ thuộc cách kích thích, tỉ lệ với chiều dài con lắc đơn. Nội dung dạy học này vừa giúp HS rèn luyện phương pháp thực nghiệm, kỹ năng thực hành, vừa giúp kiến thức lý thuyết được xây dựng ở các phần trước được kiểm chứng.

Ta cũng có thể sơ đồ hóa cấu trúc logic kiến thức như sau:

Dao động tự do Sơ đồ 2.1. Sơ đồ kiến thức chương dao động cơ Câu hỏi đặt ra sẽ là, với những nội dung dạy học cùng với logic kiến thức như vậy thì những nội dung nào cần và có khả năng xây dựng và sử dụng TNKNĐTTM trong dạy học bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS? Chúng tôi cho rằng, hầu hết

75

các nội dung dạy học trên đều cần và có khả năng xây dựng TNKNĐTTM trong dạy học nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS, cụ thể là các nội dung sau: Nội dung dạy học “Dao động điều hòa” được phân bố trong 2 tiết học, đề cập đến việc hình thành các khái niệm dao động, dao động tuần hoàn, dao động điều hòa, chu kì, tần số, biên độ, pha dao động, pha ban đầu, vị trí cân bằng, li độ; các quy luật về li độ, vận tốc, gia tốc của dao động điều hòa; mối quan hệ giữa các đại lượng li độ, vận tốc, gia tốc; đồ thị dao động điều hòa; mối quan hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều. Những kiến thức này là những kiến thức mới đối với HS, và là kiến thức nền tảng cho các bài sau. Việc xây dựng khái niệm dao động điều hòa theo sách giáo khoa vật lí 12 xuất phát từ hình chiếu của chuyển động tròn đều trên một trục tọa độ đi qua tâm. Cách làm này giúp HS vừa hình dung được dao động (thông qua chuyển động qua lại tâm đường tròn của hình chiếu), vừa giúp HS thấy được quy luật thay đổi theo thời gian tuân theo hàm cosin của tọa độ. Tuy nhiên cách này bắt đầu từ một chuyển động tròn, chứ không phải bắt đầu từ một dao động, ít nhiều làm giảm sự tập trung tư duy của HS vào yếu tố dao động. Vận tốc và gia tốc của dao động điều hòa là các hàm biến đổi điều hòa theo thời gian, điều này dễ dàng thấy được qua việc sử dụng công thức xác định vận tốc v = x’ và xác định gia tốc a = v’. Nhưng thực tế nhiều HS chưa nắm được vì sao có 2 công thức đó nên đây cũng là một khó khăn trong tổ chức dạy học bài này. Như vậy có thể thấy, nội dung dạy học bài học này hiện nay không có thực hiện thí nghiệm, cũng không xây dựng khái niệm dao động điều hòa từ sự phân tích một dao động thực tế. Vì thế, nếu tổ chức dạy học bài này theo gợi ý của SGK thì không thể dùng TNKNĐTTM để hỗ trợ dạy học. Tuy nhiên, hoàn toàn có thể thiết kế lại nội dung dạy học bài này sao cho đạt được mục đích dạy học trên, HS vẫn hiểu được bản chất của dao động điều hòa, nhờ sử dụng TNKNĐTTM. Quy trình tổ chức dạy học bài này theo hướng như vậy có thể hình dung như sau: Nhắc lại các kiến thức về chuyển động cơ đã học năm lớp 10, nhất là các kiến thức về hệ quy chiếu, vận tốc, gia tốc, phương trình chuyển động và việc mô tả chuyển động bằng đồ thị → Giới thiệu một số dao động trong thực tế → Hình thành các khái niệm dao động, vị trí cân bằng, biên, chu kì, tần số → Mô tả dao động bằng đồ thị chuyển động, hình thành khái niệm li độ, biên độ → Giới thiệu thiết bị

76

TNKNĐTTM giúp xác định đồ thị chuyển động của vật → Sử dụng thiết bị TNKNĐTTM kiểm chứng quy luật một số chuyển động: Rơi tự do, chuyển động thẳng đều, dao động con lắc lò xo, dao động con lắc đơn → Định nghĩa dao động điều hòa → Tìm hiểu quy luật vận tốc, gia tốc dao động điều hòa, và mối quan hệ giữa chúng → Xác lập quan hệ dao động điều hòa với chuyển động tròn đều. Một tiến trình hoạt động dạy học cụ thể hơn sẽ được chúng tôi trình bày ở phần bên dưới.

Nội dung dạy học “Con lắc lò xo” và “Con lắc đơn” là hai nội dung dạy học có sự tương đồng. Đây là hai nội dung dạy học giới thiệu hai cơ hệ trong thực tế, ở những điều kiện lí tưởng sẽ dao động điều hòa. Điều kiện lí tưởng đó là không có ma sát đối với con lắc lò xo và thêm điều kiện dao động nhỏ đối với con lắc đơn. Nội dung trọng tâm là giới thiệu con lắc lò xo, con lắc đơn, chứng tỏ chúng dao động điều hòa, chỉ ra đặc điểm đặc biệt về chu kì dao động của cả hai dao động này, tìm hiểu sự chuyển hóa năng lượng trong quá trình chúng dao động. Với nội dung dạy học như vậy, trong điều kiện các TN truyền thống không thể giúp kiểm chứng tính chất “điều hòa” của 2 dao động nên SGK chọn con đường chứng minh lý thuyết, cụ thể là khảo sát động lực học, dẫn ra phương trình động lực học, từ đó kết luận 2 dao động là điều hòa, sau đó tiến hành tìm hiểu các kiến thức về năng lượng dựa trên những năng lượng cơ học đã được học ở lớp 10. Với gợi ý tổ chức như vậy, các thiết bị TN truyền thống chỉ có tác dụng quan sát dao động, sau đó nếu được thì có thể kiểm chứng quy luật của chu kì dao động, qua đó khẳng định lý thuyết là đúng. Đây cũng là lí do vì sao SGK vật lí 12 thiết kế bài thực hành cuối chương là khảo sát quy luật dao động của con lắc đơn, trong đó tập trung khảo sát quy luật của chu kì dao động, coi như là bằng chứng thực nghiệm của việc con lắc lò xo và con lắc đơn dao động điều hòa. Ở đây, cũng có hai vấn đề cần đề cập đến: - Một là muốn chứng minh dao động con lắc điều hòa, cần căn cứ vào đâu? SGK

đã căn cứ vào phương trình động học có dạng x’’ + ω2x = 0. Điều này là đúng, nhưng theo trình bày trong SGK, dấu hiệu này không được nhắc đến ở bài trước đó, tức là HS không có được tâm thế chủ động khi đi khảo sát động lực học các loại chuyển động này. Thực tế cho thấy khi tổ chức dạy nội dung này, chúng tôi thường phải đặt câu hỏi “Dấu hiệu nào cho biết một vật dao động

77

điều hòa?” trước khi đặt vấn đề chứng minh dao động con lắc là điều hòa. Vấn đề này sẽ hoàn toàn được khắc phục nếu ở bài 1, GV đã đề cập đến, hoặc được tổ chức như ý tưởng sử dụng TNKNĐTTM như chúng tôi mô tả ở đoạn trên, vì ở đó HS đã có tâm thế sử dụng đồ thị li độ để kiểm chứng một dao động nào đó có điều hòa hay không.

- Hai là, dao động của con lắc trong thực tế làm tại lớp học không thể là dao

động điều hòa do ma sát với không khí. Tuy nhiên, ma sát không khí thường là rất nhỏ nên vật dao động trong thời gian ngắn gần như là điều hòa, hoàn toàn có thể dùng TN để kiểm chứng dao động điều hòa của con lắc.

Với sự phân tích như vậy, chúng ta thấy cả hai nội dung dạy học này đều là những nội dung dạy học cực kì thích hợp cho việc tổ chức dạy học với TNKNĐTTM nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS. Một ý tưởng như vậy có thể được mô tả qua dòng chảy tổ chức hoạt động hai nội dung dạy học này như sau: Giáo viên giới thiệu cấu tạo con lắc, thực hiện cho con lắc dao động → Đặt vấn đề nghiên cứu: Dao động của con lắc có phải điều hòa không? → Tiến hành phân tích 2 cách để biết một vật dao động điều hòa hay không: Khảo sát thực nghiệm hoặc dùng thiết bị TNKNĐTTM vẽ đồ thị dao động → Tiến hành chứng minh con lắc dao động điều hòa bằng cả hai cách → Kết luận con lắc dao động điều hòa, nhấn mạnh điều kiện và tính chất chu kì không phụ thuộc điều kiện bên ngoài → Khảo sát năng lượng con lắc.

Cũng cần chú ý rằng, con đường chứng minh con lắc dao động điều hòa bằng thực nghiệm đơn giản và HS có thể bồi dưỡng năng lực thực nghiệm nhưng không thể dẫn ra công thức tính chu kì, vì vậy ở ý tưởng trên, chúng tôi sử dụng cả hai cách chứng minh. Thứ hai, vì cả hai nội dung dạy học là con lắc lò xo và con lắc đơn đều có nhiều đặc điểm tương đồng, nên nếu sử dụng TNKNĐTTM trong dạy học như ý tưởng trên, hoàn toàn có thể phân chia lại phần nội dung 2 bài học này thành: Bài “Con lắc lò xo và con lắc đơn” với trọng tâm là giới thiệu hai con lắc và chứng minh hai con lắc dao động điều hòa và bài “Cơ năng của con lắc lò xo và con lắc đơn” tìm hiểu về biến đổi cơ năng của hai con lắc và vận dụng các kiến thức về con lắc. Tổ chức như vậy sẽ tiết kiệm được thời gian ở các khâu đặt vấn đề, giải quyết vấn đề vì có quá nhiều sự tương đồng ở cả hai nội dung này, đồng thời HS sẽ tập trung, hứng

78

thú tham gia giải quyết vấn đề, bồi dưỡng năng lực thực nghiệm. Hoặc có thể tận dụng phần nghiên cứu quy luật bằng đồ thị nhờ TNKNĐTTM đã thực hiện ở chương 1 để lược bỏ bớt nội dung chứng minh dao động con lắc lò xo và con lắc đơn điều hòa bằng thực nghiệm, dành thời gian chứng minh động lực học, sau đó ngay lập tức kiểm tra quy luật chu kì sau khi khảo sát động lực học.

Nội dung dạy học “Dao động tắt dần” mở ra mảng kiến thức mới, đó là đề cập đến các dao động trong thực tế. Cụ thể nội dung dạy học này bao gồm các khái niệm về dao động tắt dần, dao động duy trì, dao động cưỡng bức, cộng hưởng dao động và các đặc điểm của chúng. Nội dung dạy học này theo SGK không sử dụng TN để minh họa và giúp HS hiểu sâu các kiến thức. Tuy nhiên nhận thấy đây là kiến thức liên quan đến thực tế, là cơ hội sử dụng TN bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS, chúng tôi cho rằng hoàn toàn có thể sử dụng TNKNĐTTM vào hỗ trợ dạy học nội dung này. Các nội dung có thể sử dụng TNKNĐTTM vào hỗ trợ dạy học nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS là: Dao động tắt dần (quan sát dao động tắt dần, quan sát đồ thị dao động để thấy biên độ dao động giảm dần theo thời gian); Dao động cưỡng bức (quan sát đồ thị dao động để thấy chu kì dao động tăng theo chu kì cưỡng bức; Cộng hưởng dao động (quan sát đồ thị dao động để thấy biên độ tăng nhanh đến cực đại khi tần số tiến về tần số riêng của hệ dao động. Các TNKNĐTTM như vậy và ý tưởng sử dụng chúng hỗ trợ tổ chức hoạt động dạy học nội dung này sẽ được chúng tôi trình bày ở các phần tiếp theo.

Nội dung dạy học “Thực hành khảo sát các quy luật dao động điều hòa của con lắc đơn” đề cập đến các khảo sát thực nghiệm kiểm chứng các quy luật dao động của con lắc đơn, đó là quy luật chu kì không phụ thuộc cách kích thích (biên độ) và tỉ lệ thuận với căn bậc hai của chiều dài con lắc và tỉ lệ nghịch với căn bậc hai của gia tốc trọng trường tại điểm làm thí nghiệm. SGK tổ chức dạy học nội dung này dưới hình thức bài thực hành tại phòng TN của HS, sử dụng các thiết bị TN truyền thống để thực hiện, cụ thể là cổng quang điện hoặc đồng hồ để đo chu kì. Tuy nhiên, hoàn toàn có thể sử dụng TNKNĐTTM để dạy học nội dung này. Đó là sử dụng TNKNĐTTM để thay thế các TN truyền thống, vừa giúp HS tiết kiệm thời gian đo đạc số liệu, vừa bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh.

79

Nội dung dạy học “Bài tập của con lắc lò xo và con lắc đơn” là nội dung dạy học nhằm củng cố và khắc sâu các kiến thức về dao động điều hòa của con lắc lò xo và con lắc đơn, cụ thể là các kiến thức: chu kì, tần số, cơ năng, quan hệ giữa li độ với vận tốc và gia tốc. Các bài tập cho HS thực hiện tại lớp và về nhà là những bài tập tính toán chứ không có bài tập thí nghiệm. Do đó, việc sử dụng TNKNĐTTM vào hỗ trợ dạy học chương này, cụ thể là thiết kế các bài tập thí nghiệm, sẽ giúp HS khắc sâu kiến thức và hứng thú học tập, tích cực nhận thức.

Những phân tích trên giúp chúng tôi xác định được 6/7 nội dung dạy học chương “Dao động cơ” cần và có khả năng xây dựng và sử dụng TNKNĐTTM trong dạy học nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS. Từ đó, chúng tôi sẽ tiếp tục rà soát, phân tích thực tiễn TN để xác định được những TNKNĐTTM nào cần cải tiến hoặc xây dựng mới, đáp ứng yêu cầu sử dụng trong dạy học nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS. 2.2. Các thiết bị thí nghiệm phần dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh 2.2.1. Thiết bị thí nghiệm phần dao động cơ hiện có sẵn Hiện nay các trường phổ thông đều có trang bị bộ thí nghiệm khảo sát dao động cơ, phần này sẽ tìm hiểu về mục đích, dụng cụ, cách khảo sát và ưu nhược điểm của bộ thí nghiệm hiện có.  Mục đích sử dụng bộ thí nghiệm - Khảo sát thực nghiệm nhằm tìm mối quan hệ giữa biên độ, khối lượng, chiều

dài và chu kì của con lắc đơn, con lắc lò xo; - Khảo sát thực nghiệm hiện tượng cộng hưởng dao động; - Từ việc khảo sát thực nghiệm suy ra các công thức tính chu kì của con lắc đơn,

con lắc lò xo, khảo sát tính gia tốc trọng trường g; - Nhận biết có 2 phương pháp dùng để phát hiện ra một định luật vật lí:

+ Phương pháo suy diễn toán học: Dựa vào một thuyết hay một định luật đã biết để suy ra định luật mới rồi dùng thí nghiệm để kiểm tra sự đúng đắn của nó.

80

+ Phương pháp thực nghiệm: Dùng một hệ thống thí nghiệm làm bộc lộ mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng có liên quan nhằm tìm ra định luật mới.  Bộ thí nghiệm gồm (1) Giá đỡ bằng nhôm, cao 75 cm, đặt thẳng đứng.

(2) Thanh ngang bằng nhôm, dài 35 cm, dùng treo các con lắc.

(3) Đế ba chân bằng sắt, có hệ vít chỉnh cân bằng.

(4) Thước thẳng dài 700 mm gắn trên giá đỡ.

(5) Dây sợi tổng hợp, mảnh, không dãn, dài 100 cm.

(6) Ròng rọc bằng nhựa, đường kính 5 cm, có khung đỡ trục quay.

Hình 2.1. Hình bộ thí nghiệm thực hành dao động cơ học

(7) Thanh ke nhôm, dài 10 cm.

(8) Đồng hồ đo thời gian hiện số, có hai thang đo 9,999 s và 99,99 s.

(9) Cổng quang điện hồng ngoại, dây nối và giắc cắm 5 chân.

(10)Các vật nặng có đường kính 25 mm và 20 mm.

Ngoài ra bộ thí nghiệm còn gồm có 2 lò xo với độ cứng khác nhau, và thanh treo các con lắc đơn có độ đài khác nhau phục vụ cho khảo sát dao động cộng hưởng, 4 quả nặng hình trụ với khối lượng tương ứng 50gam/1 quả.  Quy trình sử dụng bộ thí nghiệm tìm hiểu kiến thức - Sử dụng bộ thí nghiệm xác định thời gian chuyển động của vật cản khi đi qua

cổng quang, thời gian sẽ hiển thị trên đồng hồ hiện số, ghi lại các thời gian; - Thay đổi các đại lượng (chiều dài con lắc, khối lượng vật nặng, lò xo với độ

cứng khác nhau) thực hiện thao tác tương tự xác định thời gian vật chắn cổng quang; - Sử dụng kết quả thời gian thu được rút ra các quy luật công thức của chu kì,

xây dựng các đại lượng biên độ, tần số, tần số góc,…

81

- Sử dụng kết quả vẽ đồ thị phụ thuộc tỉ lệ của các đại lượng rút ra kết luận về

sự phụ thuộc của các đại lượng cần khảo sát.  Ưu nhược điểm của bộ thí nghiệm hiện có  Ưu điểm: - Đây là TN được cung cấp đồng bộ, thống nhất với nội dung, chương trình

sách giáo khoa vật lí THPT. Mỗi trường phổ thông đều có chính sách quản lí và bảo quản các dụng cụ chặt chẽ, số lượng dụng cụ của mỗi bộ TN được cung cấp tương đối đầy đủ. Tính chính xác của những bộ TN này tương đối cao, do đó tạo điều kiện thuận lợi và cơ sở khoa học cho GV trong các giờ học vật lí.

- Những TN này đã được kiểm định chặt chẽ trước khi tiến hành sản xuất

hàng loạt, do đó phần lớn có tính thẩm mĩ và được thiết kế phù hợp.

- Tiến hành thí nghiệm thao tác lắp ráp đơn giản, số liệu hiển thị trực quan.

 Hạn chế: - Vì nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan mà một số dụng cụ TN có

chất lượng không cao, dễ hỏng hóc trong quá trình sử dụng. Một số khác lại thiếu chính xác, sai số nhiều trong các phép đo, do đó chưa mang lại hiệu quả như mong muốn của GV trong QTDH. - Một số TN thường cồng kềnh, không thuận tiện trong việc di chuyển từ

phòng TN đến các phòng học, gây trở ngại cho GV khi dạy các bài có TN tại lớp học.

- Để sử dụng hiệu quả các TN này đòi hỏi GV cần có kỹ năng thực hành nhất

định. Đặc biệt, một số TN phức tạp có thể mất rất nhiều thời gian để chuẩn bị và thao tác thuần thục trên dụng cụ, do đó khiến một số GV ngần ngại khi sử dụng TN trong QTDH. - Học sinh tốn nhiều thời gian trong quá trình xử lí số liệu, vẽ đồ thị; - Bộ thí nghiệm chỉ xác định được thời gian vật chuyển động qua một ví trí

cố định, không đưa ra được đồ thị chuyển động của vật, chỉ khảo sát được các đại lượng như chu kì, biên độ không nhìn ra được đồ thị dạng sin/cos.

82

2.2.2. Chế tạo thiết bị thí nghiệm kết nối với điện thoại thông minh Những phân tích ở chương 1 đã chỉ ra nội dung dạy học chương “Dao động cơ” có liên quan đến hiện tượng dao động, xảy ra rất nhanh và khó quan sát trực quan quy luật chuyển động, vì vậy việc xây dựng TNKNĐTTM hỗ trợ dạy học chương này nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS là hết sức cần thiết. Tuy nhiên, những phân tích ở trên lại cho thấy các thiết bị thí nghiệm hiện có trên thị trường còn có những hạn chế nhất định. Trên cơ sở đó, chúng tôi thiết kế và chế tạo một thiết bị thí nghiệm nhằm khắc phục được những hạn chế đó cũng như bồi dưỡng được năng lực thực nghiệm cho HS, từ đó xây dựng các TNKNĐTTM cụ thể dùng dạy học chương “Dao động cơ”. Những đặc tả kĩ thuật thiết kế (phần cứng và phần mềm, ứng dụng), chức năng của phần mềm, ứng dụng và thử nghiệm đánh giá ổn định của thiết bị TNKNĐTTM như sau:  Đặc tả về mặt kĩ thuật Về mặt kĩ thuật, bộ thiết bị TNKNĐTTM gồm hai phần: Phần cứng (gồm 3 cụm: hệ thống điều khiển trung tâm, hệ thống các cảm biến, thiết bị đầu cuối: điện thoại thông minh) và phần mềm, ứng dụng hiển thị thu thập và hiển thị dữ liệu lên màn hình điện thoại. Sau đây chúng tôi sẽ mô tả nguyên tắc thiết kế phần cứng và phần mềm cụ thể: Phần cứng  Hệ thống điều khiển trung tâm:

Hệ thống điều khiển trung tâm là một vi điều khiển Arduino Uno. Vi điều khiển trong bo mạch Arduino như là một máy tính, đây là bộ não của một hệ thống nhúng. Arduino là sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm chạy trong một môi trường dễ dàng phát triển tạo thiết bị thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh dưới đây.

Vi điều khiển Arduino là nền tảng thiết bị điện tử mã nguồn mở có thể sử dụng để dễ dàng giao tiếp với phần cứng và nhiều thiết bị cảm biến. Đặc điểm nổi bật của Arduino là KIT phát triển trên nền tảng chip AVR, hỗ trợ đa chứ năng tích sẵn mạch nạp, có các cổng giao tiếp,… Người dùng viết chương trình để lập trình cho Arduino sẽ thông qua phần mềm Arduino IDE (Integrated Development Enviroment)

83

dựa trên ngôn ngữ lập trình C. Với giá thành rẻ thông dụng trrên thị trường và do kích thước nhỏ gọn dễ lắp đặt nên Arduino Uno được sử dụng trong bộ thí nghiệm này.

Các thành phần trên bo Arduino Uno được trình bày trên hình bên là một bo mạch điện tử dựa trên vi điều khiển Atmega328.

Hình 2.2. Hình ảnh mặt trước và mặt sau của bo mạch Arduino Uno Thông số kĩ thuật bo mạch như sau: Arduino Uno có 14 chân kỹ thuật số vào/ra (trong đó có 6 chân có thể sử dụng như là đầu ra PWM (Pulse Width Modulation, một dạng điều chế tín hiệu (signal modulation) để lấy dạng sóng analog từ các đầu vào kỹ thuật số), 6 đầu vào tương tự, một thạch anh 16 MHz, một kết nối USB, một jack cắm điện, một đầu ICSP (ICSP là viết tắt của In Circuit serial Lập trình , đại diện cho một trong một số phương pháp có sẵn để lập trình bảng Arduino. Thông thường, chương trình bộ nạp khởi động Arduino được sử dụng để lập trình bảng Arduino, nhưng nếu bộ nạp khởi động bị thiếu hoặc bị hỏng, ICSP có thể được sử dụng thay thế. ICSP có thể được sử dụng để khôi phục bộ tải khởi động bị thiếu hoặc bị hỏng) , và một nút Reset. Nó có tất cả thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển, như có thế kết nối bo mạch Arduino cùng chuyển đổi AC – DC với đầu ra tương thích với đầu cấp nguồn Arduino. Một máy tính bằng cáp USB hoặc cấp điện cho bo mạch từ bộ Arduino Uno. Arduino Uno đã và đang được cập nhật phiên bản mới nhất trong các bo Arduino USB. Đặc tính kỹ thuật của bo mạch Arduino Uno như sau (Hà Quang Phúc và Phạm Quang Huy, 2020):  Vi điều khiển (Microcontroller): Atmega328;  Điện áp hoạt động (Openrating Voltage): 5V;  Điện áp vào (Input Voltage): 7 – 12V;

84

 Điện áo vào giới hạn (Input Voltage limits): 6 – 20V;  Ngõ vào/ra số (Digital I/O): 14 (6 ngõ ra PWM);  Ngõ vào Analog (Analog Input): 6;  Dòng một chiều (DC Current) cho các chân vào/ra (I/O): 40 mA;  Dòng một chiều (DC Current) cho các chân 3.3 V: 50 mA;  Bộ nhớ Flash (Flash Memory): 32 KB (Atmega328) với 0.5 KB được dùng cho Bootloader;  SRAM: 2 KB (Atmega328);  EEPROM: 1KB (Atmega328);  Clock Speed: 16 MHz. ATMEGA328 Là vi điều khiển trong bo mạch Arduino, ATMEGA328 có thên đầy đủ là ATMEGA328PPU. ATMEGA328 (hình) là linh hồn của bo mạch Arduino, sức mạnh phần cứng của Arduino Uno có được là từ đây. Sơ đồ chân của ATMEGA328 (như hình). Các vi điều khiển ATMEGA328 đều được ghi sẵn Boothloader Arduino. Bootloader Arduino cho phép bạn gửi mã chương trình cho

Hình 2.3. Hình ảnh vi điều khiển ATMEGA328

ATMEGA328 thông qua giao thức Serial (dùng cổng COM) mà không yêu cầu bạn phải có một bộ nạp ROM đặc biệt nào cả Các thông số chính của vi điều khiển Atmega328P-PU như sau: - Kiến trúc: AVR 8 bit; - Xung nhịp lớn nhất: 20 MHz; - Bộ nhớ chương trình (FLASH): 32 KB; - Bộ nhớ EEPROM: 1 KB; - Bộ nhớ RAM: 2 KB; - Điện áp hoạt động: 1.8 V – 5.5 V; - Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit;

85

- Số kênh xung PWM: 6 kênh (1 timer 2 kênh)

Hình bên dưới minh họa chi tiết các thành phần và chức năng của vi điều khiển Arduino Uno

Hình 2.4. Hình ảnh chi tiết các thành phần của một vi điều khiển Arduino (1) Power USB: Bo Arduino có thể được cấp nguồn bằng cách sử dụng cáp USB từ máy tính; bằng cách sử dụng cáp kết nối USB; (2) Công suất (Barrel Jack): Bo Arduino có thể được cấp nguồn trực tiếp từ nguồn điện AC bằng cách kết nối nó với Barrel Jack. Nguồn cấp cho bo mạch Arduino Uno có thể được hỗ trợ thông qua kết nối USB hoặc với một nguồn cung cấp điện bên ngoài.

(3) Điều chỉnh điện áp: Chức năng của bộ điều chỉnh điện áp là điều khiển điện áp cho bo Arduino và ổn định điện áp DC được sử dụng bởi bộ xử lí và các yếu tố khác.

(4) Dao động tinh thể: Bộ dao động tinh thể giúp Arduino trong việc xử lí các vấn đề về thời gian. Arduino tính toán thời gian bằng cách sử dụng bộ dao động tinh thể, số được in trên đầu của tinh thể là 16.000, nó cho chúng ta biết tần số 16 MHz. (5)(17) Đặt lại Arduino: Có thể thiết lập lại bo Arduino, bắt đầu chương trình lại ngay từ đầu (hai nút Reset (5),(17)); (6) Chân 3.3V: Cung cấp đầu ra 3.3 V; (7) Chân 5 V: Cung cấp đầu ra 5 V;

86

(8) Chân GND (Ground): Có một số chân GND trên Arduino, bất kỳ trong số đó có thể sử dụng để nối đất cho mạch.

(9) Chân Vin: Chân này được sử dụng để cấp nguồn cho bo Arduino từ nguồn điện bên ngoài, như nguồn điện AC (10) Chân tương tự (Analog): Bo Arduino Uno có 6 chân đầu vào tương tự A0 đến A5; (11) Vi điều khiển chính: Mỗi bo Arduino có vi điều khiển riêng, có thể giả định đây là bộ não bo mạch; (12) Chân ICSP: Chủ yếu, ICSP (12) là một AVR, một tiêu đề lập trình nhỏ cho Arduino bao gồm MOSI, MISO, SCK, RESET, VCC và GND; (13) Đèn LED báo nguồn: Đèn LED này sẽ sáng lên khi cắm Arduino vào nguồn điện để chỉ báo rằng bo mạch đã được cấp nguồn đúng cách. Nếu ánh sáng không bật thì có sự cố kết nối; (14) Đèn LED TX và RX: Trên bo Arduino sẽ tìm thấy hai nhãn: TX (truyền) và RX (nhận). Có hai vị trí chứa nhãn này.

(15) Input/Ouput (I/O) kĩ thuật số: Bo Arduino Uno gồm có 14 chân I/O kỹ thuật số; (16) AREF: viết tắt của Analog Reference. Đôi khi được sử dụng để đặt điện áp tham chiếu ngoài (từ 0 đến 5 V) làm giới hạn cho các chân đầu vào tương tự (Hà Quang Phúc và Phạm Quang Huy, 2020)  Hệ thống các cảm biến:

Về nguyên tắc là hệ thống cảm biến độc lập, thực hiện các vai trò đo đạc khác nhau như: cảm biến siêu âm đo khoảng cách, cảm biến đo nhiệt độ, cảm biến đo độ pH, cảm biến đo điện áp, cảm biến đo cường độ dòng điện,… Các cảm biến hoạt động theo các nguyên lí khác nhau và được cung cấp sẵn trên thị trường. Thiết bị thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh chúng tôi sử dụng Module cảm biến quang chữ U V2 (đọc Encoder) và cảm biến Encoder 400 xung.

Cảm biến quang chữ U V2 (mắt đọc Encoder)

87

Module đọc Encoder (cảm biến chữ U) V2 dùng để đọc đĩa encoder trong các ứng dụng cần nhận biết tốc độ, vị trí của động cơ. Hoặc làm cảm biến hành trình (Homing sensor). Có thiết kế nhỏ gọn dễ dàng tích hợp vào hệ thống. Cho độ chính xác cao.

Nguyên tắc hoạt động của mạch bao gồm 1 mắt phát và 1 mắt thu hồng ngoại đặt cách nhau qua 1 khe hở, khi ánh sáng từ mắt phát đi được tới mắt thu (xuyên qua

Hình 2.5. Hình ảnh Module đọc Encoder V2

lỗ của dĩa encoder) thì sẽ có tín hiệu mức cao (5V) phát ra khỏi chân out, khi bị che lại thì chân out phát ra tín hiệu mức thấp (0V).

Thông số kỹ thuật: - Điện áp sử dụng: 3.3V ~ 5V DC; - Cường độ dòng sử dụng: 15Ma; - Mức tín hiệu xuất ra: Digital TTL; - Khoảng cách giữa hai mắt phát và thu: 5mm

Sơ đồ chân: - VCC: Cấp nguồn 3.3V - 5V DC; - GND: Cấp nguồn Mass 0V DC; - DO: Xuất Digital Low (0V DC) hoặc High (3.3V - 5V DC).

Trong thiết bị thí nghiệm này chúng tôi chế tạo gồm: ─ Bộ phận cổng quang sử dụng một cảm biến gắn vào một thanh chữ U, bằng cách nối dài khoảng cách giữa mắt phát và mắt thu cho vật cản có thể đi qua, khoảng cách nối dài là 4 cm. Cổng quang này có nhiệm vụ tương tự như cổng quang có sẵn trong bộ thí nghiệm hiện có, đó là gắn tại một vị trí cố định và xác định các khoảng thời gian liên tiếp vật cản đi qua cổng quang (chính là nửa

Hình 2.6. Hình ảnh thiết bị

chu kì, ứng dụng thiết bị này để khảo sát chu kì

cổng quang một cảm biến

88

dao động của các vật, sẽ nêu rõ chi tiết các khảo sát ở phần sau) ─ Bộ thiết bị sử dụng 11 cảm biến gắn cố định tại các vị trí, các cảm biến đặt cách nhau 1 cm, khoảng cách giữa mắt phát và mắt thu là 4 cm.

Nhiệm vụ của các cảm biến này là xác định thời gian vật cản đi qua các vị trí cố định. Khi ánh sáng từ mắt phát đi được tới mắt thu thì sẽ có tín hiệu mức cao (5V) phát ra khỏi chân out, khi vật cản đi qua, ánh sáng phát ra bị che lại thì chân out phát ra tín hiệu mức thấp (0V), đồng thời lúc này truyền

Hình 2.7. Hình ảnh thiết bị

tín hiệu phát thời điểm t1 là thời điểm mà vật cản

cổng quang 11 cảm biến

bắt đầu chắn tia sáng, và thời điểm t2 là thời điểm mà vật cản này chắn tia sáng. Từ đó để xác định được thời gian vật cản đi qua vị trí cảm biến ta sử dụng công thức t 

t1  t2 ta sẽ xác định được các thời gian t vật đi qua 2

các vị trí cảm biến được lắp đặt ở các vị trí cố định.

Cảm biến Encoder 400 xung Encoder 400 xung hay còn gọi là bộ mã hóa vòng quay sử dụng đĩa quay chia vạch tạo xung, khi Encoder quay các khe đĩa chắn sáng tạo xung, vi điều khiển đếm xung từ đó có thể xác định được góc quay, tốc độ quay, gia tốc, chiều dài… của vật thể.

Trong thiết bị thí nghiệm chúng tôi sử dụng Encoder đo li độ góc theo thời gian của con lắc đơn, góc quét này được tính theo công thức:   n.

360 .

400

Hình 2.8. Hình ảnh cảm biến Encoder 400 xung

Góc này được tính theo đơn vị độ với n là số xung Encoder đếm được ứng với các vị trí con lắc đơn dịch chuyển.

Thông số kỹ thuật

89

- Hiệu suất : 400 xung/vòng - Điện áp: DC 5-24V - Tốc độ tối đa : 5000 vòng/phút - Đường kính trục 6mm

Trong thiết bị thí nghiệm này chúng tối chế tạo sử dụng một cảm biến, con lắc được treo cố định trên cảm biến. Trong quá trình con lắc dao động, con lắc quét những góc tương ứng với góc quét của Encoder, từ đó ta xác định được li độ góc (góc quét) theo thời gian, vẽ đồ thị thu đồ thị hàm sin/cos.  Thiết bị đầu cuối: - Thiết bị thu, phát tín hiệu: Module Bluetooth HC-05

Bluetooth là chuẩn truyền thông không dây để trao đổi dữ liệu ở khoảng cách ngắn. Chuẩn truyền thông này sử dụng sóng radio ngắn (UHF radio) trong dải tần số ISM (2.4 tới 2.485 GHz). Khoảng cách truyền của module này vào khoảng 10m.

Hình 2.9. Hình ảnh Module HC-05

Module HC-05 được thiết kế dựa trên chip BC417. Con chip này khá phức tạp và sử dụng bộ nhớ flash ngoài 8 Mbit.

Nhưng việc sử dụng module này hoàn toàn đơn giản bởi nhà sản xuất đã tích hợp mọi thứ trên Module HC-05. Module Bluetooth được mô tả như hình: Sơ đồ chân HC-05 gồm có: - KEY: Chân này để chọn chế độ hoạt động AT Mode hoặc Data Mode; - VCC: Chân này có thể cấp nguồn từ 3.6V đến 6V bên trong module đã có

một IC nguồn chuyển về điện áp 3.3V và cấp cho IC BC417; - GND nối với chân nguồn GND, chân nối điện thế đất; - TXD, RND: Đây là hai chân UART để giao tiếp truyền, nhận dữ liệu,

module hoạt động ở mức logic 3.3V; - STATE: Chân dùng để thông báo trạng thái của Bluetooth.

- ENB: Chân dùng để chuyển đổi qua lại giữa hai chế độ AT mode và Data

mode.

90

Các chế độ hoạt động - HC-05 có hai chế độ hoạt động là Command Mode và Data Mode. Ở chế độ Command Mode ta có thể giao tiếp với module thông qua cổng serial trên module bằng tập lệnh AT quen thuộc. Ở chế độ Data Mode module có thể truyền nhận dữ liệu tới module bluetooth khác. Chân KEY dùng để chuyển đổi qua lại giữa hai chế độ này. Ở chế độ Data Mode HC-05 có thể hoạt động như một master hoặc slave tùy vào việc bạn cấu hình.

- Ở chế độ SLAVE: bạn cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dò tìm module sau đó pair với mã PIN là 1234. Sau khi pair thành công, bạn đã có 1 cổng serial từ xa hoạt động ở baud rate 9600.

- Ở chế độ MASTER: module sẽ tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác (1 module bluetooth HC-06, usb bluetooth, bluetooth của laptop...) và tiến hành pair chủ động mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặc smartphone.

Trong đề tài này, thiết bị bluetooth HC-05 được sử dụng để truyền nhận dữ liệu cảm biến ánh sáng theo vị trí từ bộ thí nghiệm về điện thoại thông minh. Đây là một thiết bị cho phép giao tiếp bằng sóng radio ở băng tần 2,4 đến 2,480 GHz với tầm thu phát tối đa là 10 m. Thiết bị này có hai trạng thái hoạt động: Master – Slave.

Trạng thái Slave là chế độ mặc định, các thiết bị bluetooth khác có thể tìm và kết nối với bluetooth đang ở chế độ này. Ở trạng thái Master: bluetooth sẽ tự động tìm kiếm và giao tiếp với bluetooth khác ở chế độ Slave. Trong bộ thí nghiệm này, vi điều khiển Arduino sẽ kết nối với Bluetooth HC-05 ở trạng thái Slave, điện thoại thông minh đóng vai trò như là trạng thái Master. Khi ghép nối với nhau, Arduino sẽ truyền tín hiệu về cảm biến ánh sáng, thời gian về điện thoại thông minh, để ĐTTM xử lí dữ liệu.

- Thiết bị nhận và xử lí dữ liệu: Điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành

Android.

Phần mềm, ứng dụng  Phần mềm điều khiển vi mạch Arduino:

Để giao tiếp với Arduino Uno điều khiển cảm biến thực hiện một hành động nào đó ta phải sử dụng ngôn ngữ lập trình. Ngôn ngữ lập trình của Arduino chính là

91

C/C++. Trong đề tài này để thiết kế thiết bị thí nghiệm chúng tôi sử dụng phần mềm Arduino IDE. IDE là viết tắt của Integrated Development Environtment (Môi trường phát triển tích hợp) là công cụ dùng để lập trình cho Arduino. IDE gồm có các chức năng như: Tạo mới một chương trình, mở một chương trình có sẵn, chỉnh sửa một nội dung chương trình… Các chương trình này người dùng sử dụng để viết code điều khiển Arduino. Chúng ta có thể cài đặt phần mềm này một cách đơn giản trên máy tính của mình và tiến hành soạn thảo câu lệnh điều kiển cảm biến thực hiện nhiệm vụ  Phần mềm tạo ứng dụng thu nhận tín hiện trên điện thoại thông minh:

Chúng tôi sử dụng MIT App Inventor. Đây là một môi trường phát triển tích hợp ứng dụng web ban đầu được cung cấp bởi Google và hiện được duy trì bởi Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Nó cho phép những người mới học lập trình máy tính tạo phần mềm ứng dụng (app) cho hai hệ điều hành (OS): Android và

Hình 2.10. Hình ảnh

iOS. Đề tài này sử dụng MIT App Inventor để tạo ứng

logo chương trình

dụng thu thập dữ liệu, hiển thị trên điện thoại thông

MIT App Inventor

minh.  Ứng dụng thu thập và hiển thị dữ liệu trên điện thoại thông minh: Có rất nhiều

ứng dụng có khả năng thu thập và hiển thị dữ liệu trên ĐTTM như: Bluetooth Terminal/Graphics; Serialize Bluetooth-Potter, terminal&controller; …

Hình 2.11. Hình ảnh một số ứng dụng thu thập và hiển thị dữ liệu trên điện thoại thông minh Và các ứng dụng này dễ dàng cài đặt, sử dụng trên điện thoại với giao diện đơn giản, gần gũi. Đối với thí nghiệm này sau khi nghiên cứu chúng tôi thấy ứng dụng Arduino Bluetooth Serial Monitor là phù hợp với yêu cầu của để tài.

92

Hình 2.12. Hình ảnh ứng dụng Arduino Bluetooth Serial Monitor Giao diện của ứng dụng dễ dàng sử dụng, HS không tốn quá nhiều thời gian để làm quen với cách sử dụng ứng dụng này, số liệu hiển thị rõ ràng, chi tiết với từng vị trí, thời gian cần đo đạc, tính toán.  Ứng dụng xử lí số liệu:

Sau khi tiến hành thu thập dữ liệu, có thể sử dụng phần mềm Excel trên máy tính vẽ đồ thị và khớp hàm đưa ra quy luật. Tuy nhiên việc thu thập dữ liệu đã thực hiện trên điện thoại, nên chúng

Hình 2.13. Hình ảnh ứng

tôi sẽ sử dụng ứng dụng Graphical Analysis xử lí

dụng Graphical Analysis

số liệu.  Đặc tả các tính năng  Ứng dụng thu thập dữ liệu Serial monitor

Giao diện của ứng dụng Serial monitor: Ứng dụng chia các phần hiển thị và điểu khiển ứng dụng rõ ràng: (1) Output: Phần hiển thị dữ liệu thu được từ cảm biến; (2) Phần này dùng để gửi một dữ liệu nào đó cho vi điều khiển (3) “Click here to connect”: Nút lệnh này giúp thực hiện các thao tác kết nối điện thoại thông minh với Module Bluetooth HC-05 với điện thoại thông minh.

(4) Home: Nút lệnh giúp quay trở lại màn hình hiển thị khi thực hiện một thao tác nào đó trên ứng dụng;

Hình 2.14. Hình ảnh giao diện ứng dụng Serial monitor

93

(5) Settings: Các cài đặt trên ứng dụng. Trong phần Settings ta có thể điều chỉnh chế độ sáng tối của màn hình hiển thị (chế độ Dark mode); điều chỉnh để dữ liệu thu thập chạy liên tục (Auto scroll down); điều chỉnh tự động xóa dữ liệu khi màn hình đầy (Auto clear),…  Ứng dụng xử lí dữ liệu, khớp hàm Graphical Analysis

Các thành phần cơ bản của ứng dụng: (1) Sensor Data Collection: Thu nhận dữ liệu từ cảm biến (2) Data Sharing: Chia sẻ dữ liệu từ nguồn khác (3) Manual Entry: Dữ liệu tự nhập từ bàn phím điện thoại (4) Choose File: Chọn tệp dữ liệu đã có sẵn trên điện thoại di động (5) Phần hiển thị đồ thị (6) Phần nhập số liệu, phần (5) và (6) là khung hiển thị trên màn hình điện thoại ứng với nút lệnh “Manual Entry”.

Hình 2.15. Hình ảnh giao diện sử dụng ứng dụng Graphical Analysis  Sơ đồ thiết kế bộ thí nghiệm

94

Sơ đồ 2.2. Sơ đồ thiết kế thiết bị thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh Sơ đồ của bộ thí nghiệm khảo sát dao động điều hòa của con lắc lò xo, con lắc đơn được mô tả như hình trên. Bộ thí nghiệm được thiết kế bao gồm một bộ các cảm biến gồm 11 cảm biến được giữ cố định, mỗi cảm biến cách nhau 1 cm, và khoảng cách giữa mắt thu và mắt phát của cảm biến là 4 cm. Và một cảm biến tách rời cũng được bố trí tương tự như vậy. Vi điều khiển Arduino đóng vai trò quan trọng trong bộ thí nghiệm. Ngoài nhiệm vụ là trung tâm xử lí điểu khiển các tác vụ, vi điều khiển xuất tín hiệu, truyền tín hiệu cho điện thoại thông minh, và điện thoại thông minh giao tiếp dựa trên công nghệ không dây với vi điều khiển nhờ Module Bluetooth HC06. Các dữ liệu sẽ được hiển thị và xử lí trên điện thoại thông minh qua giao diện của ứng dụng Arduino Bluetooth Serial Monitor và Graphycal Analysis trên điện thoại.  Quy trình tiến hành thí nghiệm với các thiết bị kết nối điện thoại thông minh Cũng như các bộ thí nghiệm truyền thống khác, bộ thí nghiệm có sử dụng thiết bị kết nối điện thoại thông minh cũng có quy trình tương tự, tuy nhiên có sự khác biệt trong khâu thu thập và xử lí số liệu, cụ thể gồm các bước sau: - Bước 1: Xác định mục đích thí nghiệm; - Bước 2: Lựa chọn dụng cụ thí nghiệm, lắp ráp dụng cụ thí nghiệm; - Bước 3: Kết nối thiết bị TNKNĐTTM với nguồn; - Bước 4: Kết nối điện thoại thông minh với Bluetooth HC-05; - Bước 4: Khởi động bộ thu thập số liệu; - Bước 5: Tiến hành thí nghiệm;

95

- Bước 6: Thu thập dữ liệu hiển thị trên màn hình điện thoại; - Bước 7: Xử lí số liệu để tìm kết quả thí nghiệm nhờ Excel hoặc ứng dụng

trêm điện thoại; - Bước 8: Đưa ra kết luận.

2.2.3. Xây dựng một số thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh trong dạy học chương “Dao động cơ” nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh  Thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh khảo sát dao động điều hòa của con lắc lò xo  Bố trí thí nghiệm như hình

Hình 2.16. Hình ảnh bố trí thí nghiệm con lắc lò xo trước và sau khi cải tiến  Kết quả thí nghiệm

Tiến hành kích thích con lắc dao động, kết quả thu được như sau:

96

Hình 2.17. Hình ảnh kết quả thí nghiệm con lắc lò xo trên điên thoại  Các chú ý khi làm thí nghiệm - Cần chọn lò xo loại mềm, độ cứng nhỏ và treo vật nặng có khối lượng lớn

(trong thí nghiệm chúng tôi chọn hai quả nặng 3 quả nặng 100 gam) để chu kì dao động lớn, dễ quan sát bằng mắt thường.

- Trước khi tiến hành thí nghiệm: Kiểm tra các dây kết nối, chỉnh đế ba chân

cho con lắc nằm cân bằng, không bị nghiêng. Con lắc cân bằng mới tiến hành kích thích dao động. Đảm bảo thanh chắn di chuyển trong vùng cảm biến.

- Trong khi thí nghiệm, những sai sót thường xảy ra ảnh hưởng tới kết quả

đo: Đặt cảm biến không thẳng với trục dao động, kích thích dao động không khéo nên dao động không thẳng, sai số nhiều, thanh chắn bị lệch ra bên ngoài trong quá trình dao động. Đồng thời cần lưu ý không để các vật cản nằm trong cảm biến và hạn chế tác động bên ngoài (gió quạt, cửa sổ…)

97

 Gợi ý sử dụng thí nghiệm: Thí nghiệm có thể dùng để kiểm chứng CLLX

dao động điều hòa, khảo xát các quy luật của chu kì CLLX, khảo sát dao động tắt dần của CLLX.  Thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh khảo sát dao động điều hòa của con lắc đơn  Bố trí thí nghiệm như hình

Hình 2.18. Hình ảnh bố trí thí nghiệm và kết quả thu được trên điện thoại thí nghiệm con lắc đơn trước và sau khi cải tiến

98

Hình 2.19. Hình ảnh kết quả thí nghiệm con lắc đơn trên điện thoại  Kết quả thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm CLĐ thu được kết quả như trên  Các chú ý khi làm thí nghiệm - Cần chọn thiết kế sợ dây dài tối thiểu 40 cm để chu kì dao động lớn, dễ quan

sát và phân tích bằng mắt thường.

- Trong khi thí nghiệm, những sai sót thường xảy ra: Đặt cảm biến không

thẳng với trục dao động, kích thích con lắc dao động không khéo, dễ bị lắc, sai số (lí do này xảy ra thường xuyên do con lắc đơn dễ bị xoay).

- Tắt các thiết bị gây nhiễu xung quanh (gió quạt).

 Gợi ý sử dụng thí: Thí nghiệm có thể dùng để kiểm chứng CLĐ dao động điều hòa, khảo sát các quy luật của chu kì CLĐ, khảo sát dao động tắt dần của con lắc đơn.  Thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh khảo sát dao động tắt dần của con lắc lò xo và con lắc đơn  Bố trí thí nghiệm

99

Sử dụng bộ thí nghiệm của con lắc lò xo và con lắc đơn, trong đó để tạo dao động tắt dần, chúng tôi gắn thêm tấm cản phẳng vào quả nặng để tăng sức cản của không khí.  Gợi ý sử dụng thí nghiệm Thí nghiệm có thể dùng thể hiện quy luật giảm biên độ của dao động tắt dần, tìm quy luật giảm biên độ của dao động tắt dần, kiểm chứng ảnh hưởng của ma sát đến dao động tắt dần.

2.3. Thiết kế tiến trình dạy học các bài học chương “Dao động cơ” có sử dụng thiết bị thí nghiệm phần dao động cơ kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh 2.3.1. Xác định mục tiêu dạy học chương “Dao động cơ” Sau khi phân tích nội dung dạy học chương “Dao động cơ” để xác định các TNKNĐTTM cần xây dựng (được trình bày ở mục 2.2.3); Rà soát và phân tích thực tiễn thiết bị TN nói chung và TNKNĐTTM nói riêng để chỉ ra các hạn chế nếu có (được trình bày ở mục 1.4.3); Cải tiến và xây dựng các TNKNĐTTM trong dạy học chương dao động cơ nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS (được trình bày ở mục 2.2.3). Bước tiếp theo, chúng tôi tiến hành soạn thảo các tiến trình dạy học chương “Dao động cơ” với các TNKNĐTTM đã xây dựng nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS. Muốn vậy, trước khi soạn thảo các tiến trình dạy học, chúng tôi xác định rõ các mục tiêu cần đạt được trong dạy học chương “Dao động cơ”. Các mục tiêu dạy học được chúng tôi nêu ra ở đây dựa trên chuẩn kiến thức kỹ năng được Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam quy định, đồng thời bổ sung thêm một số mục tiêu cao hơn mà chúng tôi cho rằng hoàn toàn có thể đạt được nếu dạy học chương “Dao động cơ” với các TNKNĐTTM đã xây dựng. Các mục tiêu cụ thể là: Về kiến thức - Phát biểu được định nghĩa dao động điều hoà; - Nêu được li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha, pha ban đầu là gì; - Nêu được quá trình biến đổi năng lượng trong dao động điều hoà; - Hiểu và giải thích được mối quan hệ giữa vận tốc và gia tốc;

100

- Nêu được hai phương pháp chứng minh một dao động nào đó có phải dao động

điều hòa hay không: phương pháp thực nghiệm và phương pháp động lực học; - Viết được phương trình động lực học và phương trình dao động điều hoà của

con lắc lò xo và con lắc đơn; - Viết được công thức tính chu kì (hoặc tần số) của con lắc lò xo và con lắc đơn; - Nêu được ứng dụng của con lắc đơn trong việc xác định gia tốc rơi tự do; - Trình bày được nội dung của phương pháp giản đồ Fresnel; - Nêu được cách sử dụng phương pháp giản đồ Fresnel để tổng hợp hai dao động

điều hoà cùng tần số và cùng phương dao động; - Nêu được dao động riêng, dao động tắt dần, dao động cưỡng bức là gì; - Nêu được điều kiện để hiện tượng cộng hưởng xảy ra; - Nêu được đặc điểm của dao động tắt dần, cưỡng bức, duy trì.

Về kỹ năng - Giải được những bài toán đơn giản về dao động của CLLX và CLĐ; - Sử dụng được các phương pháp chứng minh dao động điều hòa vào chứng

minh dao động của CLLX và CLĐ là dao động điều hòa; - Biểu diễn được một dao động điều hoà bằng vectơ quay; - Xác định chu kì dao động của con lắc đơn và gia tốc rơi tự do bằng thí nghiệm.

- Sử dụng được các TNKNĐTTM để khảo sát thực nghiệm các dao động trong

chương “Dao động cơ”; - Vận dụng được các kiến thức về dao động để giải thích được các tình huống

dao động trong thực tế (tắt dần, cưỡng bức, cộng hưởng); - Vận dụng được kiến thức chu kì của CLLX và CLĐ trong việc xác định khối

lượng nhà du hành vũ trụ và gia tốc rơi tự do.

Về thái độ - Có thái độ tích cực trong hoạt động học tập, nhận thức; - Có hứng thú với việc nghiên cứu các dao động và tâm thế ứng dụng các kiến

thức dao động vào thực tế; - Có ý thức trong việc giải thích các trường hợp dao động trong thực tế.

101

2.3.2. Ý tưởng sư phạm Sau khi xác định được các mục tiêu dạy học cụ thể, chúng tôi tiến hành soạn thảo các tiến trình dạy học chi tiết chương “Dao động cơ” với các TNKNĐTTM đã xây dựng, cụ thể là lựa chọn hình thức và phương pháp tổ chức dạy học và thiết kế các hoạt động dạy học cụ thể sao cho có thể bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS. Trước hết, về mặt ý tưởng sư phạm, chúng tôi không thay đổi phân phối chương trình dạy học chương “Dao động cơ” (gồm 6 bài học, tổ chức trong 11 tiết học), mà tập trung vào việc thay đổi ở từng tiết học. Ý tưởng dạy học cụ thể được mô tả như sau: Bảng 2.2. Bảng mô tả sơ lược các hoạt động dạy học chương “Dao động cơ” Bài học (Tiết học)

Phương pháp/kĩ Mô tả sơ lược các hoạt động tổ chức dạy học chính Chú ứng với từng bài học

thuật

ý

dạy học HĐ 1: GV giới thiệu về dao động, hình thành các khái niệm: dao động, quỹ đạo, vị trí cân bằng, li độ, đồ thị Đàm thoại, hỏi đáp

Dao

với HS

động

để tìm

điều hòa

hiểu

(Tiết 1)

kiến thức từng phần.

li độ của dao động, dao động tuần hoàn, chu kì, tần số, mỗi quan hệ giữa chu kì và tần số.

HĐ 2: GV xây dựng khái niệm dao động điều hòa (dựa vào đồ thị li độ và phương trình chuyển động), hình thành khái niệm biên độ, pha và pha ban đầu.

HĐ 3: GV hướng dẫn HS lấy ví dụ về một số dao động trong thực tế (con lắc đơn, con lắc lò xo, lắc quyển sách,…). Đặt vấn đề kiểm tra một dao động thực tế có phải là điều hòa hay không?

HĐ 4: GV giới thiệu thiết bị TNKNĐTTM để khảo sát đồ thị chuyển động, hướng dẫn HS sử dụng TN để tìm hiểu đồ thị một số chuyển động (quả bóng, quyển sách di chuyển,…)

Sử dụng TN

102

HĐ 5: GV tổ chứng cho HS tiến hành kiểm tra xem các dao động thực tế ở trên có dao động điều hòa hay không? (Bằng cách sử dụng TN khảo sát đồ thị dao động xem có phải dạng hàm sin/cos không?) Đàm thoại, hỏi đáp Dao

với HS

động

để tìm

điều hòa

hiểu

(tiết 2)

kiến thức từng phần.

Sử dụng TN

HĐ 1: GV củng cố kiến thức trong tiết 1 HĐ 2: GV tổ chứng cho HS khảo sát vận tốc, gia tốc của dao động điều hòa bằng lý thuyết. Kiểm chứng các đặc điểm đã nhận xét ở trên. Thiết lập công thức liên hệ giữa gia tốc và vận tốc, giữa gia tốc và li độ.

HĐ 3: GV thiết lập mối quan hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều. Thiết lập công thức tính chu kì theo tần số góc.

HĐ 4: GV hướng dẫn HS ghi nhận cách thứ 2 (PP động lực học) để kiểm chứng một vật là dao động điều hòa hay không điều hòa?

HĐ 1: GV định nghĩa con lắc lò xo.

HĐ 2: GV hướng dẫn HS khảo sát động lực học con lắc lò xo để chứng minh: CLLX chỉ dao động điều hòa khi bỏ qua ma sát và chu kì CLLX chỉ phụ thuộc vào khối lượng và độ cứng của lò xo.

Con lắc lò xo (tiết 3)

Nêu và giải quyết vấn đề

HĐ 3: GV tổ chức cho học sinh kiểm chứng chu kì của

Sử

CLLX tỉ lệ với căn bậc hai khối lượng và tỉ lệ nghịch dụng với căng bậc hai độ cứng.

TN

HĐ 4: GV tổ chức cho HS khảo sát cơ năng của con lắc lò xo.

HĐ 5: GV tổ chức cho HS kiểm chứng thực nghiệm

Sử

sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng của CLLX (nếu dụng còn thời gian) HĐ 1: GV định nghĩa con lắc đơn.

TN

103

HĐ 2: GV hướng dẫn HS khảo sát động lực học con lắc đơn để chứng minh: CLĐ chỉ dao động điều hòa khi bỏ qua ma sát và chu kì CLĐ chỉ phụ thuộc vào chiều dài con lắc và gia tốc trọng trường tại nơi đặt CLĐ.

Con lắc đơn (tiết 4)

Nêu và giải quyết vấn đề

HĐ 3: GV tổ chức cho HS kiểm chứng thực nghiệm

Sử

chu kì của CLĐ tỉ lệ với căn bậc hai chiều dài con lắc dụng và tỉ lệ nghịch với căn bậc hai gia tốc trọng trường.

TN

HĐ 4: GV tổ chức cho HS khảo sát cơ năng của con lắc đơn.

HĐ 5: GV tổ chức cho HS kiểm chứng thực nghiệm

Sử

sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng của CLĐ (nếu còn dụng thời gian)

TN

HĐ 1: GV yên cầu HS nhắc lại các kiến thức về dao Nêu và

Bài tập con lắc lò xo và con lắc đơn (tiết 5)

động điều hòa của CLLX và CLĐ.

giải

HĐ 2: GV tổ chức cho HS làm việc độc lập trả lời các

quyết

câu hỏi/ bài tập cơ bản sau đó trình bày bài giải/ thảo

vấn đề

luận trước lớp.

+ HS trực tiếp làm TN

HĐ 3: GV tổ chức cho HS làm việc theo nhớm giải bài tập TN.

để giải

HĐ 4: GV giao 3 nội dung thực tế cho HS về nhà

quyết

nghiên cứu, chuẩn bị cho bài học sau:

bài tập

- Nội dung tìm hiểu 1: Các dao động của CLLX sau

TN tại

một thời gian sẽ tắt dần, nguyên nhân có thể do

phòng

đâu?

học

- Nội dung tìm hiểu 2: Nhóm hãy tìm 3 ví dụ về các trường hợp dao động tồn tại trong thực tế mà

Sử dụng TN

104

không thấy bị tắt dần. Đề xuất quan điểm giải thích của nhóm.

- Nội dung tìm hiểu 3: Nhóm hãy sử dụng Internet, tìm với từ khóa “Tecoma Bridge”, rồi tìm hiểu về câu chuyện liên quan đến chiếc cầu này.

HĐ 1: GV tổ chức cho HS tìm hiểu dao động tắt dần.

Chỉ ra quy luật biên độ của dao động tắt dần giảm dần theo thời gian. Mức độ giảm nhanh hay chậm tùy thuộc vào lực cản của môi trường.

Dao

HĐ 2: GV tổ chức cho HS tìm hiểu dao động duy trì

động tắt

và dao động cưỡng bức. Chỉ ra quy luật dao động

dần.

Nêu và

Dao

giải

động

quyết

HĐ 3: GV tổ chức cho HS tìm hiểu cộng hưởng dao

cưỡng

vấn đề

động. Chỉ ra được đặc điểm biên độ dao động cưỡng

cưỡng bức có cùng tần số với ngoại lực cưỡng bức.

bức tăng nhanh và đạt cực đại khi tần số cưỡng bức

bức

tiến dần về giá trị tần số riêng của dao động.

(tiết 6)

HĐ 4: GV tiến hành thí nghiệm biểu diễn minh họa dao động tắt dần và cộng hướng dao động.

khảo sát thực nghiệm các định luật dao động

dụng TN

HĐ 1: GV nêu mực đích thực hành (khảo sát quy luật

Thực hành

Sử

dao động của CLĐ).

HS trực tiếp làm TN tại phòng TN

HĐ 2: HS làm việc theo nhóm khảo sát quy luật chu

Sử

kì CLĐ không phụ thuộc biên độ dao động, cách kích dụng thích.

HĐ 3: HS làm việc theo nhóm khảo sát quy luật chu kì CLĐ không phụ thuộc vào khối lượng.

TN Sử dụng TN

105

của

HĐ 4: HS làm việc theo nhóm khảo sát quy luật chu

CLĐ

kì con lắc đơn tỉ lệ với căn bậc hai của chiều dài con dụng

(tiết 7,8)

lắc.

Sử

TN

HĐ 5: HS viết báo cáo thực hành nộp cho GV, kết thúc buổi thực hành Như vậy, có thể thấy chúng tôi cũng đã cố gắng tăng cường sử dụng TNKNĐTTM nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS trong các hoạt động dạy học, các giai đoạn khác nhau của quá trình tổ chức hoạt động dạy học, thể hiện ở chỗ chúng tôi sử dụng TNKNĐTTM ở hầu hết các giai đoạn của hoạt động tổ chức dạy học: Giai đoạn tạo ra tình huống học tập (HĐ 1, tiết 2; HĐ 1, 3, 4, tiết 6); Giai đoạn giải quyết vấn đề (HĐ 5, tiết 1; HĐ 3,5 tiết 3; HĐ 3,5 tiết 4;); Giai đoạn củng cố, luyện tập (HĐ 3, tiết 5); Giai đoạn rèn luyện các kỹ năng thực hành (HĐ 2, 3, 4, tiết 7,8).

Bên cạnh đó, chúng tôi đã tăng cường tổ chức cho HS trực tiếp thao tác với TNKNĐTTM theo nhóm hoặc cá nhân. Các hoạt động có sử dụng TNKNĐTTM được chúng tôi tổ chức với sự tham gia trực tiếp của HS. Thậm chí, ở các hoạt động đó, HS chính là đối tượng trực tiếp thực hiện TN với sự hỗ trợ vòng ngoài của GV. Chúng tôi cũng đã sử dụng phối hợp các hình thức tổ chức và phương pháp dạy học như: Dạy học đàm thoại, hỏi đáp với HS để tìm hiểu kiến thức từng phần (tiết 1 và 2); Dạy học nêu và giải quyết vấn đề (tiết 3, 4, 5, 6); Dạy học cá thể phối hợp dạy học theo nhóm (tiết 5, 7, 8); Dạy học tại phòng học (tiết 1, 2, 3, 4, 5, 6) phối hợp với dạy học tại phòng thí nghiệm (tiết 7, 8); Sử dụng TN biểu diễn của GV (tiết 1, tiết 6) phối hợp với HS trực tiếp làm TN tại lớp (tiết 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8).

Bên cạnh đó, chúng tôi tăng cường giao các nhiệm vụ thực tế, nhiệm vụ nghiên cứu, nhiệm vụ sáng tạo có sử dụng TNKNĐTTM cho HS thực hiện, thể hiện ở các hoạt động: Tìm ví dụ thực tế về dao động (tiết 1); Làm bài tập TN thực tế (tiết 5); Tìm hiểu 3 nội dung thực tế về dao động (tiết 6); Cuối cùng, chúng tôi muốn bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS ở mức độ cao hơn không chỉ dừng lại ở nhận biết các hiện tượng, thực hiện các thí nghiệm có sẵn, thu thập, xử lí kết quả thí nghiệm,… HS còn có khả năng tự tạo ra cho mình một

106

dụng cụ thí nghiệm có những tính năng tương tự như bộ thí nghiệm giáo viên cung cấp thông qua hoạt động ngoại khóa trải nghiệm sáng tạo.

Như vậy, có thể thấy về mặt ý tưởng sư phạm, chúng tôi đã cố gắng tối đa trong việc sử dụng TNKNĐTTM trong dạy học chương “Dao động cơ” nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS. Hiệu quả của các biện pháp này như thế nào cần được thể hiện qua việc thiết kế các tiến trình dạy học cụ thể cho từng tiết học, sau đó tiến hành TNSP tại các trường THPT, rồi đánh giá kết quả thu được. Dưới đây, chúng tôi trình bày nội dung soạn thảo tiến trình dạy học 3 tiết học: Dao động điều hòa (2 tiết); Con lắc lò xo (1 tiết). Các tiến trình dạy học còn lại của chương “Dao động cơ” được chúng tôi trình bày ở phụ lục 2.1 và tiến trình dạy học hoạt động ngoại khóa trải nghiệm sáng tạo.

2.3.3. Tiến trình dạy học bài “Dao động điều hòa” (Tiết 1)  Mục tiêu dạy học của bài Mục tiêu kiến thức - HS phát biểu được các khái niệm: dao động, dao động tuần hoàn, chu kì, tần số, vị trí cân bằng, biên.

- HS phát biểu được định nghĩa dao động điều hoà.

- HS nêu được ý nghĩa li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha, pha ban đầu.

- HS mô tả được cách kiểm chứng một dao động nào đó có phải là điều hòa hay không bằng cách kiểm tra đồ thị li độ xem có phải đồ thị hàm sin/cos hay không?

Mục tiêu kỹ năng - HS viết được phương trình li độ của dao động điều hòa.

- HS vẽ được đồ thị li độ của một dao động điều hoàn theo thời gian.

- HS sử dụng được thiết bị TNKNĐTTM để kiểm tra dao động của CLLX và CLĐ là có dao động điều hòa hay không?

- HS giải được các bài tập đơn giản liên quan đến quan hệ giữa chu kì và tần số của dao động tuần hoàn.  Hình thức – phương pháp tổ chức dạy học chủ đạo

107

Sử dụng hình thức dạy học lớp – bài tại các phòng học; phương pháp dạy học đàm thoại, hỏi đáp với HS để tìm hiểu từng phần kiến thức.  Những nội dung cần chuẩn bị Những phương tiện dạy học cần chuẩn bị: - Bàn ghế sắp xếp phù hợp với việc quan sát bảng, quan sát giáo viên làm thí nghiệm và phù hợp với việc học sinh thảo luận nhóm khi cần.

- Các bộ thí nghiệm CLLX treo thẳng đứng, CLĐ và thiết bị TNKNĐTTM. Những nội dung cần chuẩn bị: - Giáo viên phải chuẩn bị trước phiếu học tập.

- Học sinh phải ôn lại các kiến thức về chuyển động cơ như: tọa độ, phương trình chuyển động, vận tốc, gia tốc, đồ thị chuyển động, ...  Các hoạt động tổ chức dạy học cụ thể Hoạt động của GV

Hoạt động (dự kiến) của HS

Hoạt động 1: GV giới thiệu về dao động (10 phút) - GV đưa ra tình huống: “Ở lớp 10 chúng ta - Học sinh gọi tên các loại chuyển đã biết, có nhiều loại chuyển động khác động mà GV đưa ra: nhau. Các em hãy gọi tên các loại chuyển

+ Một viên phấn rơi: chuyển động

động sau: Một viên phấn rơi, đoàn tàu khi thẳng nhanh dần đều. chuyển động ổn định trên đường ray thẳng,

+ Đoàn tàu khi chuyển động ổn

đoàn tàu vào ga, chuyển động của quả lắc định trên đường ray thẳng: chuyển đồng hồ”.

động thẳng đều. + Đoàn tàu vào ga: chuyển động chậm dần. + Quả lắc đồng hồ???

- GV giúp HS gọi tên chuyển động của quả - HS định nghĩa dao động. lắc đồng hồ là “Dao động”, sau đó yêu cầu

Biên

O

HS chỉ ra các dấu hiệu khác nhau của dao động so với các loại chuyển động khác, từ

VTCB

Biên

108

đó định nghĩa dao động và các đại lượng đặc - HS phát biểu ý nghĩa các đại lượng. trưng.

(C1) Dao động là gì?

- HS phát biểu ý nghĩa chu kì, tần số, viết biểu thức liên hệ.

(C2) Chu kì của dao động là gì?

(C3) Tần số của dao động là gì?

(C4) Hãy viết công thức liên hệ giữa chu kì và tần số của dao động?

- GV giới thiệu cách mô tả chuyển động bằng phương trình và đồ thị chuyển động.

- GV hướng dẫn HS chọn gốc tọa độ, trục tọa độ để hướng đến mô tả chuyển động của vật qua mô tả quy luật thay đổi tọa độ (đồ thị và phương trình chuyển động).

- Gợi ý HS chấp nhận khái niệm li độ thay cho tọa độ, vì có nghĩa là “độ lệch xa” khỏi - HS dự đoán đồ thị tọa độ của dao VTCB.

động.

- GV yêu cầu HS dự đoán quy luật thay đổi li độ của một vật đang dao động (biến đổi qua lại quanh trục thời gian).

Hoạt động 2: GV xây dựng khái niệm dao động điều hòa (5 phút) - Từ đồ thị dự đoán li độ của một dao động, GV đưa định hướng: “Nếu dao động của vật có đồ thị li độ dạng như hàm sin như sau thì dao động đó, trong vật lí được gọi là dao động điều hòa.”

(C5) Vậy dao động điều hòa là gì?

(C6) Li độ dao động điều hòa phụ thuộc theo thời gian phải được mô tả bởi hàm như thế nào?

- HS viết ra phương trình mô tả li độ của dao động điều hòa: x = Acos(ωt + φ)

109

- GV cùng với HS gọi tên các đại lượng - HS định nghĩa dao động điều hòa trong phương trình dao động điều hòa. Ghi và ghi nhận ý nghĩa các đại lượng. nhận vào phiếu học tập Hoạt động 3: GV hướng dẫn HS đề xuất cách thức kiểm tra một dao động nào đó có phải là dao động điều hòa hay không? (5 phút) - GV đặt vấn đề: (C7) Từ định nghĩa thế nào là dao động - HS suy nghĩ và trả lời: Kiểm tra điều hòa, em hãy nêu nguyên tắc để kiểm tra xem li độ/đồ thị li độ theo thời gian một vật dao động nào đó có phải là dao động có tuân theo hàm sin/cos hay không? điều hòa không?

(C8) Nhưng làm thế nào để biết li độ của - HS trả lời: một vật có tuân theo hàm sin/cos hay không?

 Đo li độ theo thời gian, vẽ đồ thị

và xem đồ thị có phải hàm sin/cos không.

(C9) Có thể xác định ngược lại là tìm thời

 Tại các vị trí (li độ) cố định, xác

gian vật di chuyển qua các vị trí (li độ)

định thời gian vật chuyển động

không?

qua các vị trí (li độ) này và xem

(C10) Làm thể nào có thể đo li độ của một vật đang dao động? Làm thể nào để xác định

đồ thị có phải hàm sin/cos không?

thời gian qua các vị trí li độ xác định?

Hoạt động 4: GV giới thiệu thiết bị TNKNĐTTM (5 phút) - GV: Hôm nay cô sẽ giới thiệu với các em - HS lắng nghe. một thiết bị giúp chúng ta đo được li độ của - HS thực hiện thí nghiệm với GV, vật theo thời gian cũng như xác định thời lắng nghe hướng dẫn thu số liệu. gian qua các vị trí li độ xác định với tốc độ rất nhanh, đó là thiết bị TNKNĐTTM. - GV giới thiệu TBTN, tính năng và cách sử - HS ghi nhận vào phiếu học tập dụng.

110

- GV gọi một HS lên dùng quyển sách chắn cảm biến, dịch chuyển quyển sách để xem tọa độ quyển sách thay đổi trên đồ thị.

- GV chốt lại: “Chúng ta có thể sử dụng TBTN đo li độ theo thời gian, xác định thời gian qua các vị trí li độ cố đinh, vẽ đồ thị, đối chiếu đồ thị thu được với đồ thị hàm sin/cos từ đó khẳng định dao động có phải điều hòa hay không?

Hoạt động 5: GV tổ chức cho HS dùng thiết bị TNKNĐTTM kiểm chứng CLLX và CLĐ có dao động điều hòa hay không? (15 phút) - GV đặt vấn đề sử dụng TBTN kiểm chứng xem một dao động nào đó là dao động điều hòa hay không?

- GV giới thiệu 3 ví dụ cần kiểm chứng.

- HS quan sát các ví dụ.

+ Con lắc lò xo treo thẳng đứng. + Con lắc đơn. + Quyển sách dao động bởi tay người.

- GV yêu cầu và hướng dẫn HS nêu lên các - HS thảo luận để thống nhất các bước để tiến hành kiểm tra một dao động bước. nào đó là điều hòa hay không?

+ Bố trí các thiết bị thí nghiệm có sẵn giáo viên cung cấp, hướng cảm biến vào vật để có thể đo li độ dao động, bố trí cảm biến để vật cản có thể đi lần lượt qua các cảm biến ở các vị trí li độ xác định. + Cho vật dao động, thu số liệu về, vẽ lại đồ thị bằng cách sử dựng công cụ vẽ đồ thị trong Excel rồi đối chiếu

111

với đồ thị dạng sin/cos để phát hiện quy luật số liệu. Từ đó kết luận.

- HS tiến hành kiểm chứng 3 trường - Sau khi thống nhất các bước làm GV tổ hợp theo nhóm, thông báo kết quả chức cho HS tiến hành làm TN theo nhóm với lớp, đối chiếu kết quả với các kiểm chứng 3 dao động trên có phải dao nhóm còn lại và ghi nhận vào phiếu động điều hòa không, sau đó ghi nhận kết học tập. quả vào phiếu học tập.

- Hình thức tổ chức: + Chia lớp thành ba nhóm, ba nhóm lần

lượt tiến hành thí nghiệm và vẽ đồ thị. + Sau khi thu được đồ thị, báo cáo các

nhóm đối chiếu với nhau, kết luận

+ Đồ thị thu được từ các nhóm có

dạng như nhau và phù hợp với dao động của hàm sin/cos. + Kết luận một vật dao động điều

hòa thì phương trình li độ theo thời gian sẽ tuân theo làm sin/cos?

- HS ghi chép vào phiếu học tập

Hoạt động 6: Kết thúc tiết học (5 phút) - GV hệ thống lại những điểm đã học: mục - HS phối hợp với GV để xâu chuỗi đích của bài học là tìm hiểu một loại chuyển lại các vấn đề đã học. động mới là “Dao động điều hòa”; các đặc điểm của dao động điều hòa (li độ, đồ thị, chu kì, tần số) và cách để biết một vật có dao động điều hòa hay không bằng cách sử dụng thiết bị TNKNĐTTM.  Các chú ý và dự kiến các tính huống phát sinh khi dạy học GV lưu ý là trong tiết học này, chưa yêu cầu HS biết và hiểu mối quan hệ giữa chu kì và tần số góc, mặc dù có thể sử dụng tính chất tuần hoàn của hàm sin/cos để suy ra. Quan hệ này sẽ được đề cập đến ở tiết thứ 2 ở mục mối quan hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều.

2.3.4. Tiến trình dạy học bài “Con lắc lò xo”  Mục tiêu dạy học của bài

112

Mục tiêu kiến thức - HS chỉ ra được điều kiện để CLLX dao động điều hòa.

- HS nêu được công thức tính chu kì của con lắc lò xo.

- HS phát biểu được công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của CLLX. - HS mô tả được đặc điểm của lực kéo về trong dao động của CLLX. Mục tiêu kỹ năng - HS giải được bài tập trong sách giáo khoa liên quan đến công thức tính chu kì, tính động năng – thế năng.

- HS thực hiện được TN khảo sát chu kì CLLX với thiết bị TNKNĐTTM.  Hình thức – phương pháp tổ chức dạy học chủ đạo Sử dụng hình thức dạy học lớp – bài tại phòng học, phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề.  Những nội dung cần chuẩn bị - Bàn ghế sắp xếp phù hợp với việc quan sát bảng, quan sát giáo viên làm thí nghiệm và tiến hành làm TN theo nhóm.

- Các cơ sở vật chất thông thường khác: Bảng, máy chiếu, điện, …

- Các bộ thí nghiệm CLLX treo thẳng đứng và thiết bị TNKNĐTTM cho HS thực hiện tại lớp. Chú ý chọn lò xo có độ cứng phù hợp để đảm bảo dao động CLLX được quan sát tốt nhất.

- Giáo viên phải chuẩn bị trước phiếu học tập.

- Học sinh phải được học trước bài dao động điều hòa, trong đó đã được nhấn mạnh 2 phương pháp kiểm tra một dao động nào đó là điều hòa hay không và đã sử dụng phương pháp khảo sát li độ bằng TBTNKNĐTTM để chứng tỏ CLLX dao động điều hòa.  Các hoạt động tổ chức dạy học cụ thể Hoạt động của GV

Hoạt động (dự kiến) của HS

Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ (8 phút) - GV đặt câu hỏi và yêu cầu học sinh trả lời - HS trả lời các câu hỏi C1, C2 và trước lớp.

C3.

113

(C1) Thế nào là dao động điều hòa? Lấy 2 ví dụ về dao động điều hòa?

(C2) Viết biểu thức tính gia tốc theo li độ của một vật dao động điều hòa.

(C3) Hãy mô tả các cách để kiểm tra một dao động nào đó là điều hòa hay không?

- GV nhận xét câu trả lời của HS, chú ý nhấn - HS lắng nghe. mạnh cách kiểm tra dao động điều hòa bằng phương pháp khảo sát động lực học.

Hoạt động 2: GV định nghĩa con lắc lò xo (2 phút) - GV yêu cầu HS định nghĩa CLLX.

- HS định nghĩa CLLX.

Hoạt động 3: GV tổ chức cho HS khảo sát động lực học dao động CLLX (10 phút) - GV đặt vấn đề: Ở bài trước, chúng ta đã sử dụng thiết bị TNKNĐTTM kiểm chứng chúng dao động điều hòa. Tuy nhiên, để chắc chắn, hôm nay chúng ta sẽ dùng phương pháp khảo sát động lực học để kiểm chứng xem CLLX có thật dao động điều hòa hay không?

- GV mô tả tình huống một CLLX nằm ngang.

(C4) Các em hãy sử dụng phương pháp khảo sát động lực học để kiểm tra xem CLLX có dao động điều hòa hay không?

- GV hướng dẫn HS thực hiện khảo sát động - HS thực hiện khải sát động lực học CLLX dưới sự hướng dẫn

lực học.

F dh  P  N  ma (*)

(*)/Ox:  kx  ma  a   Đặt:  

k m

k k x  x '' x  0 m m

của GV.

114

 a   2 x  x ''  2 x  0

- GV hướng dẫn HS kết luận và ghi vào phiếu học tập: CLLX khi bỏ qua ma sát sẽ dao động điều hòa với tần số góc  

k . m

(C5) Từ kết quả thu được hãy viết biểu thức tính chu kì của CLLX? Nhận xét?

- HS kết luận và ghi vào phiếu học tập.

- HS viết biểu thức chu kì T  2

m và nhận xét. k

Hoạt động 4: GV cho HS kiểm chứng biểu thức tính chu kì của CLLX? (10 phút) - GV đặt câu hỏi định hướng.

(C7) Làm thế nào có thể kiểm chứng biểu thức - HS thảo luận đề xuất phương án: tính chu kì mới tìm được?

Đo khối lượng, đo độ cứng, tính

- Nếu HS gặp khó khăn trong việc xác định độ chu kì sau đó sử dụng TN đo lại cứng, GV có thể gợi ý HS treo quả nặng vào chu kì dao động của CLLX để so CLLX, đo độ dãn ở VTCB, rồi tính độ cứng dựa sánh. vào điều kiện cân bằng lực của vật.

- GV yêu cầu HS làm TN theo nhóm để kiểm chứng biểu thức chu kì của CLLX.

- HS tiến hành TN, ghi số liệu và kết luận vào phiếu học tập

Hoạt động 5: GV hướng dẫn HS khảo sát cơ năng của con lắc lò xo (10 phút) - Đặt vấn đề, mọi hiện tượng vật lí phải đều - HS thảo luận theo nhóm và tìm được khảo sát về mặt năng lượng, vậy:

ra 2 dạng năng lượng mà CLLX

(C8) Con lắc lò xo khi dao động có những chắc chắn luôn có. dạng năng lượng nào?

+ Động năng của quả nặng. + Thế năng đàn hồi của lò xo.

115

- GV định hướng HS: Có rất nhiều dạng năng lượng CLLX có thể có, kể cả nhiệt năng (quả nặng nóng),… Nhưng ta quan tâm đến năng lượng mà CHẮC CHẮN có. Các em hãy liên hệ đến các dạng năng lượng đã học ở lớp 10 để kể cho chính xác.

- HS nhớ lại biểu thức.

- Giáo viên chốt lại 2 dạng năng lượng, sau đó - HS ghi nhận vào phiếu học tập. yêu cầu HS nêu lại công thức tính 2 dạng năng lượng trên.

Wđ 

1 2 1 mv ; Wt  kx 2 .

2 2

W  Wđ  Wt 

1 2 1 2 mv  kx .

2 2

Hoạt động 6: Kết thúc bài học (5 phút) - Hệ thống hóa lại kiến thức bằng cách yêu cầu - Phối hợp với giáo viên và giải học sinh làm phần củng cố.

bài trong phần củng cố

- Giáo viên nhận xét hoạt động, khen các em HS đã tích cực và kết thúc buổi học.

2.3.5. Tiến trình dạy học hoạt động ngoại khóa nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS THPT.  Nội dung HĐNK: Xây dựng phương án, thiết kế công cụ đo chu kì dao động của con lắc đơn.

Nội dung HĐNK mà chúng tôi xây dựng chủ yếu là các nhiệm vụ ở nhà thực nghiệm giao cho HS về nhà thực hiện. Để phù hợp với trình độ và điều kiện của HS, các nhiệm vụ thực hiện này chỉ đòi hỏi HS thiết kế, chế tạo và tiến hành các TN với dụng cụ TN đơn giản.

Các đặc điểm cơ bản của dụng cụ TN đơn giản: - Việc chế tạo dụng cụ TN đòi hỏi ít vật liệu, vật liệu đơn giản, rẻ tiền, dễ kiếm

kể cả đối với các TN định lượng.

116

- Dụng cụ TN phải dễ làm bằng các công cụ thông dụng như kìm, búa, cưa

giũa,…

- Dễ lắp ráp, tháo rời các bộ phận của dụng cụ thí nghiệm. Vì vậy với cùng

một dụng cụ TN đơn giản, trong nhiều trường hợp, ta chỉ cần thay thế các chi tiết phụ trở là có thể làm được TN khác.

- Dễ bảo quản, vận chuyển và an toàn trong quá trình chế tạo cũng như tiến

hành thí nghiệm.

- Việc bố trí và tiến hành thí nghiệm với những dụng cụ thí nghiệm này đơn

giản không tốn nhiều thời gian.

- Hiện tượng diễn ra trong thí nghiệm phải rõ ràng, dễ quan sát, đạt được yêu

cầu của mục đích chế tạo thiết bị  Các nhiệm vụ chuẩn bị tổ chức hoạt động ngoại khóa  Nội dung hoạt động: Tổ chức hoạt động ngoại khóa về phần dao động cơ (dao động của con lắc đơn) với hai nội dung: - Giáo viên giao và hướng dẫn các nhóm học sinh thiết kế, chế tạo dụng cụ

và tiến hành một số thí nghiệm đo chu kì con lắc đơn.

- Tổ chức một buổi để học sinh báo cáo kết quả thực hiện các nhiệm thực

nghiệm được giao kết hợp với thi giữa các nhóm.  Các nhiệm vụ nhận thức giao cho học sinh HS được giao nhiệm vụ thiết kế, chế tạo dụng cụ và tiến hành một số thí nghiệm nhằm đo chu kì của con lắc đơn thông qua các nhiệm vụ nhận thức. Hệ thống những nhiệm vụ này yêu cầu HS phải hoạt động cả trí óc và chân tay, nhằm củng cố, mở rộng kiến thức, rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn và rèn luyện kỹ năng thực nghiệm, phát huy tính tích cực và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của HS. Phần 1: Quan sát, nhận xét bộ thí nghiệm hiện có tại phòng thí nghiệm và TNKNĐTTM (Hai bộ thí nghiệm này học sinh đã được tiếp xúc và thực hành trong các tiết dạy trên lớp và phòng thí nghiệm) Nhiệm vụ 1: Nêu các thành phần chính của hai bộ thí nghiệm hiện có và TNKNĐTTM.

117

Nhiệm vụ 2: Tìm ra những điểm tương đồng của hai bộ thí nghiệm (về cấu tạo, chức năng, nhiệm vụ của các bộ phận) Phần 2: Thiết kế chế tạo Nhiệm vụ 3: Sau khi tìm hiểu hai bộ thí nghiệm hiện có, đưa ra phương án thiết kế thí nghiệm cho nhóm mình gồm những thành phần chính nào? Thiết kế bản vẽ mô tả thiết bị thí nghiệm. Thảo luận tìm ra bản thiết kế tối ưu nhất Nhiệm vụ 4: Chọn dụng cụ phù hợp cho bản thiết kế tối ưu (Sau khi HS hoàn thành ba nhiệm vụ 1,2,3 GV sẽ định hướng cho học sinh sử dụng các dụng cụ vi điều khiển Arduino, các cảm biến ánh sáng, cảm biến đo khoảng cách, cảm biến góc,…)

Nhiệm vụ 5: Thiết kế dụng cụ thí nghiệm đo chu kì của con lắc đơn.

Nhiệm vụ 6: Mô tả thiết bị thí nghiệm đã tạo thành: cấu tạo, cách sử dụng, mục đích sử dụng Các nhiệm vụ này HS thực hiện ở nhà dưới sự trao đổi, giúp đỡ từ GV, Các nhiệm vụ này được GV phổ biến và hướng dẫn sau khi HS học xong bài “Con lắc đơn” HS sẽ tiến hành thu thập các dữ liệu trong quá trình học. Thời gian thực hiện là bốn tuần tương ứng với sáu nhiệm vụ.  Tổ chức cho học sinh báo cáo kết quả thông qua ngoại khóa trải nghiệm sáng tạo GV tổ chức cho HS một buổi ngoại khóa dưới dạng một cuộc thi giữa các nhóm trong lớp. Cuộc thi gồm 2 phần thi, có chấm điểm để tổng kết và trao giải thưởng.

CHỦ ĐỀ: HỘI THI “VẬT LÍ TRẢI NGHIỆM SÁNG TẠO”  Mục tiêu - Giúp HS nắm vững kiến thức về phần dao động cơ - HS biết vận dụng kiến thức đã được học để giải một số bài tập TN. - Vận dụng kiến thức để giải thích một số hiện tượng trong đời sống.

- Giúp HS rèn luyện kỹ năng thực nghiệm, làm việc nhóm, kỹ năng thuyết

trình.

- Đa dạng hóa các hình thức học tập, tạo ra một sân chơi để HS thể hiện tầm

hiểu biết về Vật lí.  Nội dung hoạt động ngoại khóa

118

Phần 1: Thuyết trình về sản phẩm, bộ thí nghiệm tự tạo HS tiến hành trình bày bộ dụng cụ thí nghiệm tự tạo, mỗi nhóm có 10 phút để trình bày và 10 phút trả lời các câu hỏi của các nhóm khác, giáo viên liên quan đến sản phẩm,… Điểm của phần trình bày sẽ được tính bằng cách lấy trung bình điểm của các nhóm khác và điểm của giáo viên bộ môn vật lí trong tổ.

Phần 2: Thử nghiệm thí nghiệm - Tiến trình tổ chức hội thi:

Hoạt động 1: Khai mạc + Ổn định tổ chức; + Tuyên bố lí do; + Các nhóm giới thiệu các thành viên trong nhóm.

Hoạt động 2: Hội thi trải nghiệm sáng tạo + GV đọc thể lệ cuộc thi. + Các nhóm bước vào các phần thi chính: Phần 1: Thuyết trình về sản phẩm, bộ thí nghiệm tự tạo Phần 2: Thử nghiệm thí nghiệm Hoạt động 3: GV công bố kết quả và trao giải. + Sau mỗi phần thi, GV thông báo số điểm mỗi nhóm; + Kết thúc hội thi, GV trao phần thưởng cho nhóm dành chiến thắng.  Đối tượng tham gia, ban tổ chức - Đối tượng tham gia: HS lớp - Đại biểu: Ban giám khảo: GV trong tổ Vật lí - Ban tổ chức: Chuẩn bị cơ sở vật chất

 Hình thức tổ chức: Lớp chọn ra 4 nhóm thi  Đánh giá: Trong phần tổ chức HĐNK này, đánh giá các nhóm qua hai phần thi với những tiêu chí đánh giá NLTN chúng tôi đề cập ở phần sau (phân 2.4)  Phương tiện cần sử dụng: Âm thanh, dụng cụ: Máy ảnh, máy chiếu, máy tính, các nhóm chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm, bút, giấy.  Thời gian, địa điểm tổ chức:

119

- Thời gian tổ chức: Kết thúc chương “Dao động cơ” - Địa điểm tổ chức: Tại lớp

2.4. Thiết kế công cụ đo năng lực thực nghiệm của học sinh trong việc sử dụng thiết bị thí nghiệm kết nối với điện thoại thông minh 2.4.1. Thiết kế công cụ đo năng lực thực nghiệm của học sinh trong việc sử dụng thiết bị TNKNĐTTM trong hoạt động dạy học trên lớp Bảng 2.3. Bảng tiêu chí đánh giá năng lực thực nghiệm của HS trong việc sử dụng TNKNĐTTM theo giáo án dạy học trên lớp Năng lực thành

Các mức độ biểu hiện của hành vi Chỉ số hành vi

tố

Mức 1

Mức 2

Mức 3

(Không đạt)

(Trung bình)

(Đạt)

1.1. Phát hiện có vấn đề mới về sự kiện vật lí được quan

sát,

trải

1. Nêu nghiệm. (Trong các câu hỏi chuyển động: Một khoa

viên phấn rơi, đoàn

học và tàu

khi

chuyển

đưa ra động ổn định trên dự

đường ray thẳng,

đoán/

đoàn tàu vào ga,

giả

chuyển động của

thuyết;

quả lắc đồng hồ có sự khác biệt là nó chuyển động xung quanh một vị trí cân bằng xác định)

Sau Sau

khi

GV

GV hướng dẫn HS

khi

hướng dẫn HS phát hiện vấn phát hiện có sự đề mới về sự khác biệt giữa khác biệt giữa động chuyển

chuyển của

quả

lắc của

quả

động lắc

đồng hồ so với đồng hồ so với những động nhưng

chuyển những chuyển khác động khác là nó không chuyển

động

biết khác biệt ở qua lại quanh đâu.

một vị trí cân bằng xác định.

Sau khi GV hướng dẫn HS phát hiện ra chuyển động của quả lắc đồng hồ

là

chuyển động qua lại xung quanh một vị trí cân bằng xác định và tự gọi tên cho chuyển động này là “Dao động”.

120

1.2. Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu/ nêu câu hỏi khoa học (mà khi giải quyết vấn đề đó, Dưới sự hướng cần tiến hành thí dẫn của GV HS nghiệm khảo sát chưa phát biểu hay kiểm chứng) được vấn đề cần (Muốn

biết

dao nghiên cứu là đồ

động đó có phải thị li độ của vật dao động điều hòa theo thời gian. hay không thì tiến

Dưới sự hướng dẫn của GV HS HS tự phát phát biểu được biểu vấn đề đề

vấn

cần cần

nghiên

nghiên cứu là cứu là đồ thị li đồ thị li độ của độ

của

vật

vật theo thười theo thời gian. gian.

hành khảo sát đồ thị li độ của vật theo thời gian) Dưới sự hướng dẫn của GV HS 1.3. Đưa ra được các dự đoán/ giả thuyết (Một vật dao động có đồ thị li độ theo thời gian dạng hàm sin/cos thì dao động đó, trong vật lí được gọi là dao động điều hòa)

nêu ra được câu hỏi để biết một dao

động

có

điều hòa hay không thì ta sẽ khảo sát đồ thị li độ

theo

thời

gian của dao động,

nhưng

chưa phát hiện được phải khảo sát xem có phải

Dưới sự hướng dẫn của GV HS nêu ra được câu hỏi để biết một dao

động có

điều hòa hay không thì ta sẽ khảo sát đồ thị li độ theo thời gian của dao động có dạng hàm không.

sin/cos

HS tự phát biểu vấn đề cần

nghiên

cứu là đồ thị li độ của vật và tự

nêu

thiết

giả chính

xác là một vật dao động có đồ thị li độ theo thời gian dạng

hàm

sin/cos thì dao động đó, trong

121

hàm

vật lí được gọi

sin/cos

là dao động

không.

điều hòa.

2.1. Đề xuất các phương

thí HS đề xuất được HS

án

nghiệm (Xác định li phương án thí được

đề

xuất

phương HS tự đề xuất

độ của vật theo thời nghiệm dưới sự án thí nghiệm được phương gian, hoặc xác định hướng dẫn của khả thi dưới sự án thí nghiệm thời gian của vật di GV

nhưng hướng dẫn của khả thi.

chuyển các vị trí li không khả thi.

2.

Đề

xuất, lựa chọn và lập kế hoạch tiến hành thí nghiệm

GV khả thi.

độ cố định) 2.2.

Lựa

chọn HS không lựa HS lựa chọn

phương án khả thi chọn phương án được

phương

(Xác định thời gian thí nghiệm khả án thí nghiệm vật di chuyển qua thi

dưới

sự khả thi dưới sự

các vị trí li độ cố hướng dẫn của hướng dẫn của định)

GV.

GV.

HS

tự

lựa được

chọn

phương án thí nghiệm

khả

thi.

2.3. Lập kế hoạch tiến

hành

thí

nghiệm (Xác định được thời HS lập được kế HS lập được kế gian vật di chuyển hoạch tiến hành hoạch tiến hành HS

tự

lập

qua các vị trí li độ thí nghiệm dưới thí nghiệm hợp được kế hoạch cố định => Thu sự hướng dẫn lí

dưới

sự tiến hành thí

thập số liệu => của GV nhưng hướng dẫn của nghiệm hợp lí.

Tiến hành vẽ đồ thị chưa hợp lí. => So sánh với đồ thị hàm sin/cos => Đưa ra kết luận)

GV.

122

HS

lựa

3.1. Lựa chọn/xây chọn/xây dựng dựng các dụng cụ, các

dụng cụ,

thiết bị thí nghiệm/ thiết

bị

thí

vật liệu kĩ thuật nghiệm/ vật liệu (Con lắc đơn, con kĩ thuật dưới sự lắc lò xo, giá đỡ, hướng dẫn của cảm biến xác định GV nhưng chưa thời gian, …)

đầy

đủ/chưa

chính xác.

HS

lựa

chọn/xây dựng các dụng cụ, thiết

bị

thí

nghiệm/ vật liệu kĩ thuật đầy đủ và chính xác dưới sự hướng dẫn của GV.

HS

tự

lựa

chọn/xây dựng

các

dụng cụ, thiết bị thí nghiệm/ vật

liệu

kĩ

thuật đầy đủ và chính xác.

3.2. Lắp ráp thiết bị 3. Thực thí nghiệm (Đối với hiện

con lắc lò xo phải

phương lắp đặt các cảm án

thí biến sao cho vật

nghiệm cản có thể đi qua đã thiết các cảm biến thì kế

Arduino Uno mới

HS lắp ráp thiết bị thí nghiệm dưới sự hướng dẫn

của

GV

nhưng

chưa

chính xác.

HS lắp ráp thiết bị thí nghiệm chính xác dưới sự hướng dẫn của GV.

HS tự lắp ráp thiết

bị

thí

nghiệm chính xác.

thu đươc tin hiệu) 3.3. Kiểm tra thiết HS

kiểm

tra

bị và phát hiện, sửa thiết bị và phát chữa

những

sai hiện, sửa chữa

hỏng thông thường những sai hỏng (Thiết

bị

không thông

thường

chạy, không cung dưới sự hướng cấp nguồn, điện dẫn thoại

không

được

tín

Bluetooth,...)

của

GV

thu nhưng chưa đầy hiệu đủ/chưa xác.

chính

HS

kiểm

tra

thiết bị và phát hiện, sửa chữa những sai hỏng thông

thường

đầy đủ và chính xác

dưới

sự

hướng dẫn của GV.

HS tự kiểm tra thiết

bị

và

phát hiện, sửa chữa

những

sai

hỏng

thông thường đầy

đủ

chính xác.

và

123

3.4. Tiến hành thí nghiệm/vận

hành

ứng dụng kĩ thuật (Đảm bảo quá trình HS tiến hành thí HS tiến hành thí tiến

hành

thí nghiệm/vận

nghiệm/vận

nghiệm dao động hành ứng dụng hành ứng dụng của con lắc lò xo là kĩ thuật dưới sự kĩ thuật chính theo phương thẳng hướng dẫn của xác

dưới

sự

đứng, và con lắc GV nhưng chưa hướng dẫn của đơn là điều kiện chính xác.

GV.

HS

tự

hành

tiến thí

nghiệm/vận ứng

hành

dụng kĩ thuật chính.

dao động biên độ nhỏ thì mới tạo ra dao động điều hòa) HS thu thập và 3.5. Thu thập và ghi ghi lại kết quả từ lại kết quả từ thí thí nghiệm/hiện nghiệm/hiện tượng tượng tự nhiên/ tự nhiên/ quá trình quá trình vận vận hành ứng dụng hành ứng dụng kĩ thuật (Thu thập kĩ thuật dưới sự kết quả hiển thị trên hướng dẫn của điện thoại ứng với GV nhưng chưa dao động của con đầy

đủ/chưa

lắc lò xo và con lắc chính xác. (thu đơn ổn định nhất, thập hết kết quả xác định ý nghĩa hiển

thị

các số liệu thu màn được)

trên hình,

không có tính chọn lọc)

HS thu thập và ghi lại kết quả từ

thí

nghiệm/hiện tượng tự nhiên/ quá trình vận hành ứng dụng kĩ thuật đầy đủ và chính xác dưới sự hướng dẫn của GV. (chọn lọc các kết

quả

thu

được từ màn hình điện thoại

HS tự thu thập và ghi lại kết quả

từ

thí

nghiệm/hiện tượng

tự

nhiên/

quá

trình vận hành ứng dụng kĩ thuật đầy đủ và chính xác.

124

để ghi lại số liệu) 4.

HS biểu diễn

Xử 4.1. Biểu diễn kết

lí, phân quả đo dưới các tích,

dạng

khác

nhau

trình

(biểu diễn kết quả

bày kết đo được bằng đồ thị quả và sử dụng Excel, ứng đánh

dụng

giá.

thoại)

trên

điện

kết

quả

đo

HS biểu diễn kết chính xác dưới quả đo dưới sự sự hướng dẫn HS tự biểu hướng dẫn của của GV. (thu diễn kết quả GV nhưng chưa được đồ thị li độ đo chính xác. chính xác.

theo thời gian dạng

hàm

sin/cos) HS xử lí số liệu HS xử lí được

4.2. Xử lí số liệu dưới sự hướng số liệu chính HS tự xử lí (tìm được các mối dẫn liện hệ)

của

nhưng

GV xác

dưới

sự được số liệu

chưa hướng dẫn của chính xác.

chính xác.

GV.

4.3. Biện luận kết HS biện luận HS biện luận quả TN và rút ra được kết quả được kết quả kết luận từ khái TN và rút ra kết TN và rút ra kết quát hóa kết quả luận TN/

Biện

từ

khái luận

luận quát hóa kết quả quát

từ

khái

hóa

kết

những kết quả rút ra TN/ Biện luận quả TN/ Biện được qua quá trình những kết quả luận những kết vận hành ứng dụng rút ra được qua quả rút ra được kĩ thuật (So sánh quá trình vận qua quá trình với đồ thị hàm số hành ứng dụng vận hành ứng sin/cos nhận xét đồ kĩ thuật dưới sự dụng kĩ thuật thị thu được có hướng dẫn của hợp lí và chính dạng tương tự)

GV nhưng chưa xác

dưới

sự

HS tự biện luận được kết quả TN và rút ra kết luận từ khái quát hóa kết quả TN/ Biện

luận

những kết quả rút ra được qua quá trình vận hành ứng dụng kĩ thuật

125

hợp

lí/chưa hướng dẫn của hợp

chính xác.

GV.

lí

và

chính xác.

4.4. Đánh giá, cải tiến phép đo/mô HS đánh giá, cải hình của ứng dụng tiến phép đo/mô kĩ thuật (cải tiến hình của ứng tăng số cảm biến dụng kĩ thuật trên

đạo dưới sự hướng

quỹ

chuyển động của dẫn

của

GV

vật sẽ thu được kết nhưng chưa phù quả

chính

xác hợp.

HS đánh giá, cải tiến phép đo/mô hình của ứng

kĩ

dụng

thuật phù hợp dưới sự hướng dẫn của GV.

HS tự đánh giá, cải tiến phép

đo/mô

hình của ứng dụng kĩ thuật phù hợp.

hơn,...)

2.4.2. Thiết kế công cụ đo năng lực thực nghiệm của học sinh trong nhiệm vụ quan sát, phân tích bộ thí nghiệm hiện có và bộ TNKNĐTTM (Phục vụ trong dạy học hoạt động ngoài giờ) Bảng 2.4. Bảng tiêu chí đánh giá năng lực thực nghiệm của HS trong nhiệm vụ quan sát, phân tích bộ thí nghiệm hiện có và bộ TNKNĐTTM Mức độ Tiêu chí

Mức 1

Mức 2

Mức 3

(Không đạt)

(Trung bình)

(Đạt)

Quan sát, nhận Không nhận xét Đưa ra nhận xét nhưng Đưa ra nhận xét đầy xét

sự

tương được các yêu cầu chưa đầy đủ.

đủ, rõ ràng.

đồng, khác biệt nhiệm của nhiệm của hai bộ thí vụ. nghiệm Nhận dạng dụng Không

nhận Biết được tác dụng của Biết và sử dụng

cụ, tiến hành thí dạng được dụng từng dụng cụ, biết được từng dụng cụ, nghiệm theo mô cụ, không bố trí cách sử dụng, biết lắp biết lắp ráp, bố trí và tả của từng bộ thí và nghiệm.

tiến

hành ráp nhưng bố trí còn tiến hành TN theo

126

được TN theo lộn xộn, thao tác lúng mô tả ở đề bài, thao mô tả ở đề bài.

túng.

tác rõ ràng.

Lập kế hoạch Không đưa ra Đưa ra được mô hình Lập kế hoạch đầy thiết kế, bản vẽ, được mô hình nhưng các nhưng các đủ, thiết kế được mô hình thiết kế

thiết

kế

thí cách thiết kế còn lộn bản vẽ thiết bị chi xộn, chưa tối ưu

nghiệm.

tiết, tối ưu

Lựa chọn dụng Không lựa chọn Lựa chọn dụng cụ chế Lựa chọn dụng cụ được dụng cụ.

cụ thiết kế

tạo được với mục đích tối ưu, phù hợp với đề ra nhưng chưa tối mục đích thiết bị ưu nhất, cần sự hướng dẫn của GV

2.4.3. Thiết kế công cụ đo năng lực thực nghiệm của học sinh trong nhiệm vụ chế tạo thiết bị đo chu kì dao động của con lắc đơn (Phục vụ trong dạy học hoạt động ngoài giờ) Bảng 2.5. Bảng tiêu chí đánh giá đo năng lực thực nghiệm của học sinh trong nhiệm vụ chế tạo thiết bị đo chu kì dao động của con lắc đơn Mức độ Tiêu chí

Mức 1

Mức 2

Mức 3

(Không đạt)

(Trung bình)

(Đạt)

Xác định cơ sở lý Không đưa ra được Đưa ra cơ sở lý Đưa ra cơ sở lý thuyết cho việc cơ sở lý thuyết cho thuyết cho việc thuyết cho việc chế chế tạo các thiết việc chế tạo các chế tạo các thiết bị tạo thiết bị, trình bị.

thiết bị.

nhưng trình bày bày hợp lí, rõ ràng. còn lộn xộn, chưa hợp lí.

Đưa

ra

các Không đưa ra được Đưa ra được một Đưa ra được nhiều

phương án để thiết phương án nào. kế, chế tạo thiết bị.

phương án.

phương án.

127

Chế tạo thiết bị.

Không tạo ra được Tạo ra dụng cụ Tạo ra thiết bị theo thiết bị theo yêu theo

yêu

cầu yêu cầu từ các vật

nhưng chưa chú ý liệu đơn giản, rẻ

cầu.

đến tính thẩm mỹ, tiền. Dụng cụ tạo ra giá cả.

Hoạt

có tính thẩm mỹ.

động của Thiết bị đã tạo ra Thiết bị đã tạo ra Thiết bị đã tạo ra không hoạt động hoạt động được hoạt động được,

thiết bị.

được.

nhưng chưa chính cho kết quả chính xác.

xác.

Đưa ra được các Không đưa ra được Đưa ra được biện Đưa ra được các biện pháp nhằm biện nâng

cao

lượng thiết bị.

chất nâng

pháp

nhằm pháp nhưng chưa biện pháp khả thi

cao

chất chú ý đến tính khả để nâng cao chất

lượng của thiết bị.

thi.

lượng của thiết bị.

128

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Với mục đích nghiên cứu của chương là xây dựng và sử dụng TNKNĐTTM trong dạy học chương “Dao động cơ” nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu các vấn đề sau: - Phân tích nội dung dạy học chương “Dao động cơ”, tập trung làm rõ logic kiến

thức của chương, phân tích và chỉ ra những nội dung nào cần và có khả năng sử dụng TNKNĐTTM trong dạy học bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS. - Lựa chọn hoặc chế tạo thiết bị kết nối điện thoại thông minh phù hợp, sau đó

xây dựng các TNKNĐTTM dùng trong dạy học chương “Dao động cơ” nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh.

- Lên ý tưởng sư phạm và soạn thảo tiến trình dạy học một số kiến thức cụ thể

của chương “Dao động cơ” với TNKNĐTTM đã xây dựng nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. Bên cạnh đó tiến hành soạn thảo hoạt động ngoài giờ lên lớp theo định hướng trải nghiệm sáng tạo vật lí.

- Thiết kế các công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh dựa trên các

Rubric đánh giá Kết quả nghiên cứu được trình bày trong chương này cho phép chúng tôi đưa ra được các kết luận sau: Một là, chúng tôi khẳng định nội dung, logic hình thành các kiến thức như trong sách giao khoa vật lí 12 hiện hành là tối ưu, đảm bảo tốt cho quá trình tổ chức dạy học nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS. Trọng tâm của chương là các kiến thức về dao động: dao động điều hòa, dao động tắt dần, dao động duy trì, dao động cưỡng bức, cộng hưởng dao động, dao động tổng hợp, và hai cơ hệ dao động trong thực tế là con lắc lò xo và con lắc đơn. Nội dung kiến thức được trình bày trong 6 bài với thời lượng 11 tiết học. Các nội dung dạy học: Dao động của CLLX; Dao động của CLĐ; Dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, cộng hưởng cơ, bài tập CLLX và CLĐ, thực hành khảo sát quy luật dao động của CLĐ) rất cần và hoàn toàn có khả năng xây dựng và sử dụng TNKNĐTTM trong dạy học bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS.

129

Hai là, các TNKNĐTTM đã xây dựng, chúng tôi đã lên ý tưởng sư phạm , soạn thảo tiến trình dạy học các bài trong chương “Dao động cơ” với phương pháp chủ đạo là dạy học nêu và giải quyết vấn đề nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS làm cơ sở để chúng tôi triển khai nghiên cứu thực nghiệm, đánh giá tính khả thi của các TNKNĐTTM đã xây dựng, khẳng định giả thiết của đề tài.

Cuối cùng là, các nhiệm vụ, yêu cầu thực hiện đối với HS trong quá trình bồi dưỡng năng lực thực nghiệm được chúng tôi nghiên cứu các tiêu chí đánh giá cụ thể theo các các mức năng lực của năng lực thực nghiệm.

130

Chương 3.

THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đích và đối tượng thực nghiệm sư phạm 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm Mục đích của TNSP là kiểm tra tính đúng đắn của giả thiết khoa học mà đề tài đã đặt ra Kết quả TNSP phải trả lời được các câu hỏi sau: - Các thiết bị thí nghiệm khi được thiết kế và chế tạo mới từ các thiết bị thí

nghiệm về phần dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh có góp phần bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS hay không?

- Tiến trình sử dụng các thiết bị này kết hợp với các phương pháp và hình thức

tổ chức dạy học được nêu trong đề tài có góp phần bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS hay không?

Trên cơ sở các câu trả lời sẽ tìm ra những đóng góp của đề tài, nhận ra những hạn chế, thiếu sót của đề tài, từ đó bổ sung và hoàn thiện hơn.

3.1.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm Tiến hành thực nghiệm sư phạm với đối tượng là học sinh lớp 12 tại trường THPT Trần Hữu Trang, quận 5, thành phố Hồ Chí Minh, và trường THPT Nguyễn Thái Bình, quận Tân Bình, thành phố Hồ Chí Minh. Để đảm bảo tính khách quan của TNSP chúng tôi tiến hành chọn lớp thực nghiệm và lớp đối chứng theo nguyên tắc sĩ số và kết quả học tập môn Vật lí phải tương đương nhau.  Trường THPT Trần Hữu Trang, quận 5 Thực nghiệm sư phạm theo đối tượng là các lớp - Lớp thực nghiệm (lớp 12A2) được dạy học theo phương pháp thực nghiệm và

chú trọng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS - Lớp đối chứng (lớp 12A1) dạy học theo phương pháp truyền thống

Đặc điểm cụ thể của HS lớp đối chứng và lớp thực nghiệm được tổng hợp qua bẳng sau:

131

Bảng 3.1. Bảng kết quả học lực môn Vật lí đầu năm lớp 12 (năm học 2019-2020) Lớp

Sĩ số

TNg ĐC

Kết quả học lực môn Vật lí Giỏi

Khá

Trung bình

Yếu

Kém

34

3

12

16

3

0

34

2

16

12

4

0

 Trường THPT Nguyễn Thái Bình, quận Tân Bình Thực nghiệm sư phạm theo đối tượng là nhóm học sinh lớp 12 tham gia câu lạc bộ Vật lí.

- Nhóm thực nghiệm: sáu học sinh được dạy học theo phương pháp thực nghiệm

và chú trọng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS - Nhóm đối chứng: sáu học sinh dạy học theo phương pháp truyền thống

Đặc điểm cụ thể của 12 học sinh này đều có học lực môn vật lí ở mức độ khá và đều có tham gia các hoạt động thiết kế chế tạo thiết bị của câu lạc bộ.

3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm Để đạt được mục đích trên, TNSP thực hiện những nhiệm vụ sau: - Lớp thực nghiệm (nhóm thực nghiệm), sẽ tổ chức dạy học các bài trong phần

“Dao động cơ” và tổ chức ngoại khóa cho HS làm một số dụng cụ thí nghiệm.

Lớp thực nghiệm sẽ áp dụng các biện pháp và quy trình bồi dưỡng NLTN mà đề tài đã đưa ra, dạy theo các giáo án đã thiết kế trong đề tài.

- Lớp đối chứng (nhóm đối chứng) tổ chức dạy theo phương pháp truyền trống.

So sánh, đối chiếu kết quả học tập và xử lí kết quả thu được để đánh giá tính khả thi của đề tài.

3.3. Nội dung của thực nghiệm sư phạm Quá trình TNSP thực hiện những nhiệm vụ sau: - Kiểm tra thái độ và năng lực của HS trong việc lĩnh hội các kỹ năng của NLTN,

năng lực chuyên biệt môn vật lí.

- Đánh giá mức độ vận dụng các kỹ năng chuyên biệt vật lí vào thực tiễn.

- Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc bồi dưỡng NLTN vào dạy học vật

lí ở trường phổ thông và từ đó so sánh xem hiệu quả mang lại như thế nào so với các phương pháp thông thường.

132

3.4. Phương pháp đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 3.4.1. Các tiêu chí đánh giá  Tiêu chí đánh giá của năng lực thực nghiệm Đánh giá theo bảng Bảng 1.3. Tiêu chí chất lượng các hành vi của NLTN đã trình bày ở chương 1.  Đánh giá qua kết quả bài kiểm tra Tiến hành cho HS lớp ĐC và lớp thực nghiệm làm cùng bài kiểm tra và đánh giá chất lượng làm bài của từng lớp. Đánh giá, xếp loại điểm kiểm tra dựa vào thang điểm 10 theo cách xếp loại như Bảng 3.2 dưới đây: Bảng 3.2. Bảng xếp loại điểm kiểm tra Xếp loại

Kém

Yếu

Trung bình

Khá

Giỏi

Điểm

0; 1; 2

3; 4

5; 6

7; 8

9; 10

Bài kiểm tra được chấm theo biểu điểm chung cho cả lớp đối chứng và lớp thực nghiệm.

Căn cứ vào kết quả bài kiểm tra của HS, bằng phương pháp thống kê toán học, xử lí và phân tích kết quả thu được từ thực nghiệm cho phép đánh giá chất lượng, hiệu quả của quá trình dạy học, mức độ hiểu biết và vận dụng kiến thức của HS, từ đó rút ra các nhận xét, kết luận nhằm kiểm tra, đánh giá giả thuyết mà đề tài đã đặt ra.

3.4.2. Xử lí, phân tích kết quả thử nghiệm sư phạm Gồm các bước sau: - Thu thập các thông tin định tính của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm, phân

tích thống kê các kết quả thu được, nhận xét kết quả thu được.

- Lập bảng thống kê, xếp loại các loại điểm các bài đã được kiểm tra, vẽ biểu

đồ học tập theo 5 mức: Giỏi, khá, trung bình, yếu, kém. Để so sánh kết quả học tập giữa nhóm TNg và ĐC. - Lập bảng phân phối tần suất, vẽ đồ thị các đường biểu diễn sự phân phối tần

suất, vẽ đường biểu diễn lũy tích điểm của nhóm TNg và nhóm ĐC qua mỗi bài kiểm tra để so sánh kết quả học tập.

133

3.5. Kết quả của thực nghiệm sư phạm 3.5.1. Đánh giá quá trình bồi dưỡng năng lực thực nghiệm thông quá giáo án giảng dạy trên lớp Một trong những phương pháp để đánh giá chuẩn xác quá trình bồi dưỡng NLTN của HS là thông qua các sản phẩm học tập như các câu hỏi, các nhiệm vụ học tập, các bài kiểm tra, báo cáo tiểu luận, các dự án học tập (được trình bày ở chương 1 trong mục 1.1.5. Các biện pháp đo năng lực thực nghiệm). GV dựa vào các tiêu chí đã xây dựng, để thiết kế các đề kiểm tra, các phiếu đánh giá, các bài báo cáo phù hợp với trình độ nhận thức của mỗi lớp và mục đích, mục tiêu cần đánh giá. Thông qua quan sát, ghi nhận quá trình trên lớp, cho thấy quá trình bồi dưỡng năng lực được hình thành ở lớp thực nghiệm như sau: Bảng 3.3. Kết quả đánh giá NLTN của nhóm lớp thực nghiệm trong quá trình dạy học theo giáo án trên lớp (tương ứng với phiếu quan sát 1 và 2 – Phụ lục 3.2) Thành

Giáo án 1

Giáo án 2

HS

%

HS

%

Nêu 1.1. Phát hiện vấn đề mới Không đạt

19

55.9

3

8.8

câu hỏi về sự kiện vật lí được quan Trung bình

10

29.4

8

23.5

5

14.7

23

67.7

Hành vi

tố 1.

khoa

sát, trải nghiệm

Mức độ

Đạt

học

và 1.2. Phát biểu vấn đề cần Không đạt

18

52.9

3

8.8

đưa

ra nghiên cứu

Trung bình

11

32.3

7

20.6

Đạt

5

14.8

24

70.6

dự đoán/ giả

1.3. Đưa ra các dự đoán/ Không đạt

18

52.9

2

5.9

thuyết;

giả thiết

Trung bình

11

32.3

7

20.6

Đạt

5

14.8

25

73.5

12

35.3

6

17.6

2.

Đề 2.1. Đề xuất các phương Không đạt

xuất, lựa án thí nghiệm.

Trung bình

18

52.9

15

44.1

chọn và

Đạt

4

11.8

13

38.3

10

29.4

2

5.9

17

50.0

13

38.2

lập hoạch

kế 2.2. Lựa chọn phương án Không đạt khả thi

Trung bình

134

Đạt

tiến

7

20.6

19

55.9

hành thí 2.3. Lập kế hoạch thí Không đạt

10

29.4

2

5.9

nghiệm

Trung bình

15

44.1

13

38.2

Đạt

9

26.5

19

55.9

3. Thực 3.1 Lựa chọn các dụng cụ Không đạt

10

29.4

2

5.9

hiện

Trung bình

15

44.1

10

29.4

Đạt

9

26.5

22

64.7

14

41.2

2

5.9

Trung bình

15

44.2

15

44.1

Đạt

5

14.6

17

50.0

Không đạt

10

29.4

2

5.9

Trung bình

16

47.1

10

29.4

Đạt

8

23.5

22

64.7

3.4. Thu thập kết quả thí Không đạt

5

14.7

1

2.9

nghiệm

Trung bình

20

58.8

13

38.2

Đạt

9

26.5

20

58.8

17

50.0

3

8.8

Trung bình

12

35.3

17

50.0

Đạt

5

14.7

14

41.2

12

35.3

1

2.9

nghiệm

thí nghiệm

phương

thí 3.2. Lắp ráp thiết bị thí Không đạt

án

nghiệm

nghiệm

đã thiết kế

3.3. Tiến hành thí nghiệm

4. Xử lí, 4.1. Xử lí số liệu, biểu diễn Không đạt kết quả thu được

phân tích,

4.2. Biện luận những kết Không đạt

trình

bày kết quả rút ra từ TN

Trung bình

14

41.2

13

38.2

quả

Đạt

8

23.5

20

58.9

và

đánh

4.3. Đánh giá cải tiến phép Không đạt

20

58.9

5

14.7

giá.

đo

Trung bình

13

38.2

19

55.9

Đạt

1

2.9

10

29.4

Ban đầu khi cho HS làm quen với phương pháp thực nghiệm trong dạy học, HS có nhiều bỡ ngỡ nên còn rụt rè trong việc xây dựng bài học và đưa ra những suy luận của mình. Bản thân mỗi HS đã được hình thành năng lực thực nghiệm từ trước tuy nhiên do không được luyện tập và thực hành nhiều năng lực này HS có được đa phần

135

là ở mức độ thấp hoặc đã mất hoàn toàn. Sau khi đã quen dần với phương pháp dạy học, HS chủ động hơn trong các bước và đưa ra được những suy luận sắc bén. Từ đó, năng lực thực nghiệm được hình thành lại và bồi dưỡng đạt mức độ cao hơn.

Tiết học đầu tiên (khi HS mới bắt đầu được chú trọng hình thành NLTN) đa số HS chưa có NLTN, một số ít có hình thành năng lực này nhưng ở mức độ thấp, thể hiện ở tất cả các tiêu chí (trong bảng 1.3 tiêu chí đánh giá NLTN và phiếu quan sát NLTN) HS đều không đạt. Khi GV tiến hành đặt các câu hỏi mở đầu bài “Dao động điều hòa”, HS không nhận ra được vấn đề cần đi nghiên cứu là gì (5/34 HS – 14.7%).

Khi yêu cầu HS suy nghĩ, thiết kế phương án TN để nghiên cứu sự phụ thuộc của li độ theo thời gian của một vật dao động điều hòa, thì HS không đưa ra được phương án TN (4/34 HS – 11.8%). Khi nhận xét đồ thị HS không nhận ra được mối liên hệ giữa li độ và thời gian (8/34 HS 23.5%) Trong tiết học tiếp theo, HS đã có thể nhận ra được vấn đề cần nghiên cứu (23/34 HS 67.7%), có thể đưa ra giả thiết, thiết kế phương án TN để kiểm tra giả thiết, tiến hành được TN “Khảo sát chu kì của con lắc lò xo phụ thuộc vào khối lượng vật nặng và độ cứng của lò xo” (25/34 HS – 73.5%). Từ kết quả thí nghiệm, HS đã nhận ra được chu kì của con lắc lò xo tỉ lệ thuận với căn bậc hai khối lượng và tỉ lệ nghịch với căn bậc hai của độ cứng k (20/34 HS – 58.9%).

Thông qua hai giáo án, chúng tôi tập trung vào thành tố thực hiện phương án thí nghiệm đã thiết kế và xử lí, phân tích, trình bày kết quả và đánh giá. Dựa vào phiếu quan sát và phiếu báo cáo kết quả khảo sát thực nghiệm (phụ lục 3.2) thu được kết quả: 32/34 HS (94.1%) tiến hành lựa chọn, lắp ráp và tiến hành thí nghiệm ở mức độ trung bình và đạt. 33/34 HS (97.1%) thu thập kết quả thí nghiệm ở mức độ trung bình và đạt. 14/34 HS (41.2%) xử lí, biểu diễn kết quả thu được bằng đồ thị ở mức độ đạt, và 17/34 HS (50%) ở mức độ trung bình (trợ giúp dưới sự hướng dẫn của GV và HS ). 20/34 HS (58.8%) biện luận và rút ra nhận xét kết quả thí nghiệm ở mức độ đạt.

Chúng tôi tiến hành vẽ các đồ thị so sánh sự thay đổi mức độ các hành vi tương ứng với các thành tố thực hiện phương án thí nghiệm đã thiết kế và xử lí, phân tích, trình bày kết quả và đánh giá thông qua giáo án 1 và giáo án 2.

136

MỨC ĐỘ HÀNH VI 3.1 Giáo án 1

Giáo án 2

80

Giáo án 1 60

64.7

60 40

MỨC ĐỘ HÀNH VI 3.2

44.1 29.4

29.4

20

40 26.5 5.9

0

Đạt

Trung bình

Không đạt

MỨC ĐỘ HÀNH VI 3.3 Giáo án 1

Giáo án 1 80

64.7

60

20

29.4

20

5.9

0

58.8

38.2

40

23.5

Giáo án 2

58.8

60

47.1 29.4

Đạt

Trung bình

MỨC ĐỘ HÀNH VI 3.4

Giáo án 2

80

26.5 14.7 2.9

0 Không đạt

Đạt

Trung bình

Không đạt

MỨC ĐỘ HÀNH VI 4.1 Giáo án 1 50

Giáo án 2

Giáo án 1

Giáo án 2

80 41.2

35.3

58.9

60 40

14.7

8.8

Đạt

Trung bình

MỨC ĐỘ HÀNH VI 4.2

50

40 20

14.6

20

5.9

Không đạt

60

50

44.244.1

41.2

0

40

Giáo án 2

23.5

20

0

41.238.2

35.3 2.9

0 Không đạt

Trung bình

Đạt

Không đạt

Trung bình

Đạt

MỨC ĐỘ HÀNH VI 4.3 Giáo án 1 80 60

58.9

55.9 38.2

40 20

Giáo án 2

29.4

14.7 2.9

0 Không đạt

Trung bình

Đạt

Đồ thị 3.1. Các đồ thị đánh giá NLTN của nhóm thực nghiệm trong quá trình dạy học theo giáo án trên lớp

137

Từ các đồ thị hình 3.1, chúng tôi thấy rằng mức độ không đạt của giáo án 2 giảm dần và mức độ đạt tăng dần so với giáo án 1. Mức độ không đạt của giáo án 1 đạt tỉ lệ cao chiếm 58.9% (20/34 HS) và 55.9% (19/34 HS) ứng với các hành vi 4.3 đánh giá cải tiến phép đo. Và đạt tỉ lệ thấp chiếm 14.7% (5/34 HS) tương ứng với hành vi 3.4 thu thập kết quả thí nghiệm. Đối với giáo án 2, nhìn chung mức độ không đạt giảm đều ở tất cả các hành vi và tập trung ở mức độ trung bình và đạt, số lượng HS đạt mức độ trung bình có xu hướng tăng dần, một phần tăng lên mức độ đạt, một phần ở mức độ không đạt chuyển lên. Đối với các hành vi mức độ không đạt giảm còn 2,9% (1/34 HS) ở hành vi biện luận các kết quả thu được. Mức độ đạt cao nhất chiếm 64.7% (22/34 HS) ở hành vi lựa chọn và tiến hành thực hành thí nghiệm 3.5.2. Kết quả thực nghiệm về mặt định tính Thông qua quá trình theo dõi trong giờ học kết hợp với kết quả bài kiểm tra (phụ lục 3.1,3.2) cho thấy: Đối với lớp TNg: Do được bồi dưỡng các kỹ năng của NLTN nên HS hiểu vấn đề một cách sâu sắc, lý giải được nhiều hiện tượng vật lí hơn. Mặt khác sau khi học xong phần này theo tiến trình GV đặt ra HS có kỹ năng thực nghiệm cao hơn so với HS ở lớp ĐC. HS được làm quen với việc xây dựng phương án TN, lựa chọn, lắp ráp TN, quan sát, đo đạc các đại lượng vật lí, thu thập ghi chép số liệu TN, lý giải, vận dụng kỹ năng vật lí vào thực tiễn. Đối với HS lớp thực nghiệm ngoài việc nắm vững kiến thức một cách sâu sắc, HS còn có khả năng giải quyết vấn đề, khả năng vận dụng kiến thức trong những tình huống khác nhau của quá trình dạy học.

Về thái độ của HS trong giờ học: Bằng việc vận dụng các kỹ năng vật lí chuyên biệt đặc biệt là kỹ năng thực nghiệm vào dạy học giúp HS thấu hiểu kiến thức một cách sâu sắc hơn và tạo niềm tin cho HS khi tiếp nhận tri thức đó. Đồng thời HS thấy được ý nghĩa của môn học đối với cuộc sống thực tiễn, chính vì vậy trong những tiết học HS có thái độ học tập nghiêm túc từ đó có thể phát hiện những HS có khả năng và tư duy tốt... Đối với lớp ĐC: HS tiếp nhận kiến thức một cách thụ động theo tiến trình. Vì vậy, tiết học không đem lại hiệu quả cao như lớp TNg, bên cạnh đó kỹ năng thực nghiệm và việc vận dụng kiến thức vào thực tế của HS rất nhiều hạn chế.

138

3.5.3. Kết quả thực nghiệm về mặt định lượng Sau khi dạy thử nghiệm và so sánh mức độ hiểu biết và vận dụng kiến thức giữa lớp thực nghiệm và đối chứng thông qua phân tích và xử lí kết quả bài kiểm tra, sau khi xử lí kết quả bài kiểm tra nhận xét mức độ hiểu biết và vận dụng kiến thức của HS từng lớp. Kết quả bài kiểm tra (bài kiểm tra 15 phút sau khi học xong chương “Dao động cơ”) và tần suất được trình bài trên bảng 3.4. Để thấy rõ tần số lặp lại của kết quả các bài kiểm tra, chúng tôi tiến hành tính các tham số thống kê của hai nhóm được trình bày trong bảng 3.5 và vẽ các biểu đồ như hình 3.2, hình 3.3.

Tính toán các tham số cụ thể như sau: - Giá trị trung bình cộng: Là tham số đặc trưng cho sự tập trung của số liệu và 1 n  fi X i . Trong đó X là giá trị trung bình cộng, fi là n i 1

tính theo công thức X 

tấn số ứng với điểm số Xi, n là tổng số bài kiểm tra n

 f (X

- Phương sai:  2 

i 1

i

i

 X )2

n 1

- Độ lệch chuẩn: Cho biết độ phân tán quanh giá trị X được tính theo công thức n

   2



ni  X i  X i 1



2

n 1

;  càng nhỏ tức số liệu càng ít phân tán

- Hệ số biến thiên: Là tỉ số giữa độ lệch chuẩn và giá trị trung bình, cho phép so

sánh mức độ phân tán của các số liệu C 

 X

.100%

Bảng 3.4. Bảng thống kê các loại điểm của bài kiểm tra Điểm Xi 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Tần số (ni) 0 0

0

1

2

5

8

10

7

1

0

0

2.9

5.9

(12A2)

nghiệm

Thực

Lớp

Tần suất fi (%)

0 0

14.7 23.5 29.5 20.6 2.9

0

139

Tần suất tích lũy

0 0

0

2.9

8.8

Tần số (ni) 0 0

1

3

4

23.5 47.0 76.5 97.1 100 100

Đối chứng (12A1)

(%)

Tần suất fi

0 0 2.9

(%)

8.8

7

11

6

11.8 20.6 32.4 17.6

2

0

0

5.9

0

0

Tần suất tích lũy

0 0 2.9 11.7 23.5 44.1 76.5 94.1 100 100 100

(%)

Bảng 3.5. Tổng hợp các tham số của hai nhóm thực nghiệm và đối chứng Nhóm

Tổng HS

X

2



C(5%)

Thực nghiệm

34

6.44

1.89

1.37

21.27

Đối chứng

34

5.47

2.14

1.46

26.69

TẦN SUẤT (%)

35

30 25

20 15

10 5 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ĐIỂM Thực nghiệm

Đối chứng

Đồ thị 3.2. Đồ thị phân bố tần suất điểm của bài kiểm tra 15 phút hai nhóm thực nghiệm và đối chứng Từ đồ thị 3.2, nhìn chung xu hướng của lớp thực nghiệm tăng dần từ điểm 4 đến điểm 7 và giảm mạnh đến điểm 10, còn đối với lớp đối chứng đồ thị có xu hướng

140

tăng dần từ điểm 1 đến điểm 6 và giảm dần về điểm 9. Một cách chi tiết đường biểu diễn phân bố tần suất của lớp thực nghiệm có tần số lớn nhất là điểm 7, còn lớp đối chứng phân bố tần suất cao ở điểm 6. Bên cạnh đó đối với câu hỏi số 6 trong đề kiểm tra (câu hỏi liên quan đến đồ thị dao động) lớp thực nghiệm có 19/34 HS (55,9%) trả lời đúng, lớp đối chứng có 8/34 HS (23.5%) trả lời đúng. Điểm trung bình lớp thực nghiệm (6.44) cao hơn lớp đối chứng (5.47). Hệ số biến thiên giá trị điểm số của lớp thực nghiệm (21.27%) nhỏ hơn lớp đối chứng (26.69%) nghĩa là độ phân tán về điểm số quanh điểm trung bình của lớp thực nghiệm là nhỏ

TẦN SUẤT TÍCH LŨY (%)

hơn lớp đối chứng.

120 100

80 60 40 20 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ĐIỂM Thực nghiệm

Đối chứng

Đồ thị 3.3. Đồ thị phân bố tấn suất tích lũy của bài kiểm tra 15 phút hai nhóm thực nghiệm và đối chứng Đường phân bố tần suất lũy tích hội tụ lùi của lớp thực nghiệm nằm bên phải và ở phía dưới của đường phân bố tần suất lũy tích hội tụ lùi của lớp đối chứng, chứng tỏ kết quả bài báo cáo thực hành ở lớp thực nghiệm tốt hơn lớp đối chứng.

Song vấn đề đặt ra là các kết quả khác nhau thực sự là do sự hỗ trợ của thiết bị thí nghiệm kết nối với điện thoại thông minh không? Các số liệu có đáng tin cậy không? Để trả lời câu hỏi này, chúng tôi áp dụng bài toán kiểm định trong thống kê toán học.  Kiểm định sự khác nhau của các phương sai

141

Mẫu 1: Lớp đối chứng: n1 = 34, 12 = 2.14, X 1 = 5.47 Mẫu 2: Lớp thực nghiệm: n2 = 34,  2 2 = 1.89, X 2 = 6.44 Giả thuyết không H0: “Sự khác nhau giữa các phương sai 12 và  2 2 ở hai mẫu không có ý nghĩa” nói cách khác “Phương sai ở các tổng thể chung là bằng nhau 12 =  22 .

Giả thuyết đối H1: 12   2 2 Giá trị đại lượng kiểm định là F 

12 2.14   1.13  22 1.89

Tra giá trị F từ bảng phân phối F, ứng với mức α = 0.05 và các bậc tự do là: fTNg = f1 = 34; fĐC = f2 = 34, ta có F = 1.69 Vì F < Fα nên giả thiết H0 được chấp nhận, tức là sự khác nhau về phương sai của hai mẫu là không có ý nghĩa. Tức là phương sai của tổng thể chung là bằng nhau.  Kiểm định sự khác nhau của hai giá trị trung bình cộng (từ tổng thể chung có phương sai bằng nhau).

Giả thiết không H0: X 1 = X 2 (Sự khác nhau của các trung bình cộng của hai mẫu là không có ý nghĩa, tức là chưa đủ để kết luận có sử dụng thiết bị thí nghiệm kết nối điện thoại thông minh hỗ trợ nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm tốt hơn khi không sử dụng).

Giả thiết đối H1: X 1  X 2 (Sự khác nhau của các hai giá trị trung bình là có ý nghĩa. Tức là có sử dụng thiết bị thí nghiệm hỗ trợ tốt hơn khi không sử dụng).

Ta chọn xác suất sai lầm là α = 0.05. Đại lượng kiểm định là : t 

X1  X 2

12 n1



 22 n2

Thay số liệu và tính toán ta được: t = 2.8 Vì ta chọn α = 0.05, n1 = n2 = 34 nên ta có t1 = t2 = 2.8. Từ đó ta có tα = 2.0. Vậy t > tα, chấp nhận giả thiết H1 tức là có sự khác nhau giữa các trung bình cộng của hai mấu là có ý nghĩa.

142

Như vậy chúng tôi thấy rằng thông qua bài kiểm tra nhận thất kết quả thử nghiệm đối với lớp thực nghiệm cao hơn lớp đối chứng. Điều này cho thấy việc sử dụng TN vào dạy học một số kiến thức chương “Dao động cơ” nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm có tính khả thi.

Bảng 3.6. Bảng đánh giá kết quả xếp loại điểm kiểm tra Nhóm

Kém

Sỉ

Yếu

T.Bình

Khá

Giỏi

số

[0;2]

%

[3;4]

%

[5;6]

%

[7;8]

%

[9,10]

%

TNg

34

0

0

3

8.8

13

38.2

17

50

1

2.9

ĐC

34

1

2.9

7

20.6

18

52.9

8

23.5

0

0

Thực nghiệm

Đối chứng

60

TỈ LỆ (%)

50 40 30 20 10 0 Kém

Yếu

Trung bình

Khá

Giỏi

XẾP LOẠI Đồ thị 3.4. Đồ thị xếp loại điểm kiểm tra của nhóm lớp đối chứng và nhóm lớp thực nghiệm So sánh điểm số giữa hai lớp vẫn cho thấy lớp thực nghiệm cao hơn lớp đối chứng. Điều này cũng cho thấy khả năng phân tích và hiểu kiến thức của HS lớp TNg cũng cao hơn lớp ĐC. Lớp ĐC có tỉ lệ điểm ở điểm TB cao nhất và không có điểm giỏi. Ngược lại, với lớp TNg có tỉ lệ điểm ở điểm khá cao và đã có 1 điểm giỏi. Kết quả thử nghiệm sư phạm đối với lớp 12A2 đạt kết quả tốt. Song vấn đề đặt ra là kết quả TNg cao hơn lớp ĐC có thực sự do cách tổ chức dạy học mới đem lại hay không?

Các số liệu của bài kiểm tra có tin cậy không? Đồng thời để kiểm chứng rằng phương pháp thực nghiệm vào việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS giúp HS ghi nhớ

143

kiến thức lâu hơn hay không, tiến hành cho lớp thực nghiệm tham gia buổi hoạt động ngoại khóa với chủ đề “Trải nghiệm sáng tạo” 3.5.4. Đánh giá việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm thông qua việc tổ chức hoạt động ngoại khóa Qua thực tế tổ chức và hướng dẫn các nhóm HS thiết kế, chế tạo dụng cụ đo chu kì dao động của con lắc đơn dưới hình thức hoạt động ngoại khóa “Trải nghiệm sáng tạo” ở nhóm lớp thực nghiệm, chúng tôi đã theo dõi, ghi lại như sau: - Thời gian: Hoàn thành xong chương “Dao động cơ” - Địa điểm: Tại phòng học lớp 12A2 - Số lượng HS: 34 HS

Lớp 12A2 thành lập bốn nhóm (hai nhóm tám thành viên, hai nhóm chín thành viên), các nhóm tham gia thực hiện hai phần tương ứng với các nhiệm vụ giáo viên đề ra. Các nhóm thực hiện các nhiệm vụ ngoài giờ lên lớp dưới sự giám sát của giáo viên và của các thành viên trong nhóm, và trình bày sản phẩm trong buổi ngoại khóa.

Các nhiệm vụ, sản phẩm của mỗi nhóm sẽ đánh giá thông qua giáo viên và các thành viên của nhóm khác.

Dựa theo các tiêu chí và mức độ đã đã đưa ra ở các bảng 2.4 và 2.5, chúng tôi đã tiến hành đánh giá như sau: GV quan sát đánh giá cho từng nhóm,và mỗi HS tiến hành tự đánh giá, kết quả dựa trên trung bình của hai mẫu đánh giá này. Thông kê kết quả, thu được các bảng sau:  Phần 1: Quan sát, nhận xét Bảng 3.7. Bảng kết quả đánh giá năng lực thực nghiệm phần quan sát, nhận xét Mức độ

Nhiệm vụ

Mức 1

Mức 2

Mức 3

(Không đạt)

(Trung bình

(Đạt)

HS

%

HS

%

HS

%

0

0

9

26.47

25

73.53

Quan sát, nhận xét sự tương dồng, khác biệt của hai bộ dụng cụ thí nghiệm

144

Nhận dạng dụng cụ, tiến hành thí nghiệm theo mô tả ở đề bài.

Lập kế hoạch thiết kế, bản vẽ, mô hình thiết kế Lựa chọn dụng cụ thiết kế

0

0

0

0

34

100

0

0

17

50

17

50

0

0

9

24.67

25

73.53

Dựa vào kết quả thống kê từ bảng cho thấy ứng với các nhiệm vụ giáo viên đề ra tất cả các nhóm (34 HS – 100%) đều đạt từ mức độ trung bình trở lên. Nổi bật nhất tương ứng với nhiệm vụ nhận dạng dụng cụ, tiến hành thí nghiệm theo mô tả có 34/34 HS đều tham gia thực hiện và đạt mức độ cao nhất. Đối với nhiệm vụ lập kế hoạch thiết kế, bản vẽ, mô hình thiết kế hầu hết đều đưa ra được bản vẽ thiết kế mô hình của nhóm, 50% sau khi GV định hướng có khả năng rút ra được mô hình tối ưu nhất, 50% còn lại các sau khi được GV định hướng phần lớn đều chọn được phương án tối ưu, nhưng trong quá trình lên kế hoạch, vẽ bản mô tả còn gặp nhiều khó khăn trong công đoạn trình bày, sắp xếp vị trí các thiết bị chưa hợp lí cần sự trợ giúp của giáo viên.  Phần 2: Thiết kế, chế tạo thiết bị đo chu kì của con lắc đơn Bảng 3.8. Bảng kết quả đánh giá năng lực thực nghiệm phần thiết kế, chế tạo Mức độ

Tiêu chí

Mức 1

Mức 2

Mức 3

(Không đạt)

(Trung bình)

(Đạt)

HS

%

HS

%

HS

%

0

0

0

0

34

100

0

0

9

26.47

25

73.53

Chế tạo thiết bị

0

0

26

76.47

8

23.53

Hoạt động của thiết bị

0

0

34

100

0

0

0

0

34

100

0

0

Xác định cơ sở lý thuyết cho việc chế tạo các thiết bị Đưa ra các phương án thiết kế, chế tạo thiết bị

Đưa ra các biện pháp nhằm nâng cao chất lượng thiết bị

Nhìn vào các bảng cho biết, việc bồi dưỡng NLTN cho HS qua các nhiệm vụ là có tác dụng rõ rệt. Không có HS ở mức độ không đạt, ở mức độ trung bình và mức

145

độ đạt tăng dần. Nếu có điều kiện làm thêm một số hoạt động nữa và tiến hành với nhiều nhóm hơn thì kết quả sẽ chính xác hơn rất nhiều. Như vậy năng lực thực nghiệm không những được bồi dưỡng ở mức độ cao hơn mà còn có khuynh hướng phát triểu.

Qua quá trình theo dõi, hướng dẫn HS HĐNK, cho thấy: - Về nội dung của HĐNK: Nhìn chung là phù hợp với kiến thức mà HS đã được

học trong nội khóa. + HS tham gia vào HĐNK rất nhiệt tình, các thành viên trong nhóm luôn có mặt đầy đủ, đúng giờ trong các buổi họp do nhóm tự tổ chức. + HS luôn cố gắng tìm hiểu để hoàn thành được nhiệm vụ và đã có nhiều sáng kiến trong hai phần thi “Quan sát, giải thích” và “Thiết kế, chế tạo” cũng như tiến trình công việc. Các nhóm đều có sản phẩm để báo cáo trong buổi tổng kết. + HS rất tích cực, háo hức chuẩn bị cho những câu hỏi bằng thí nghiệm để đưa ra cho đội bạn, từ lời thuyết trình sản phẩm, các bài báo cáo,...để mang lại hiệu quả tốt nhất cho công việc chung của cả nhóm. + Trong các phần thi, GV chỉ đóng vai trò là người hướng, giám sát, làm giám khảo, còn các hoạt động khác đều là do học sinh tiến hành. + Sau khi kết thúc HĐNK, chúng tôi thu được những phản hồi rất tích cực từ phía HS. - Về hình thức tổ chức HĐNK: Về cơ bản là đúng dự kiến kế hoạch đã đề ra.

+ Việc phân chia HS thực hiện nhiệm vụ theo nhóm khiến cho HS đều hiểu rõ về nhiệm vụ của mình được giao. Mỗi nhóm đều có thời gian đủ để thực hiện nhiệm vụ của mình, không có nhóm nào phải bỏ dở công việc khi chưa hoàn thành. + Trong quá trình các nhóm hoạt động, tất cả các hoạt động của nhóm đều do nhóm trưởng và các thành viên trong nhóm tự xắp sếp thực hiện. Chỉ khi cần giúp đỡ hoặc báo cáo thì nhóm trưởng sẽ liên lạc với GV. Qua đó có thể thấy rằng, nếu được tiến hành thường xuyên sẽ có tác dụng rất tốt trong việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm và nâng cao chất lượng kiến thức, học sinh tin yêu vào môn vật lí.

3.6. Nhận xét kết quả thực nghiệm sư phạm Qua kết quả thu nhận được từ quá trình thực nghiệm, rút ra nhận xét:

146

- Đối với lớp thực nghiệm, kiến thức mà HS thu thập được thể hiện trong quá

trình HS tham gia vào học tập. Điểm quá trình đánh giá được toàn bộ hoạt động học tập của HS chứ không phải chỉ thiên về mặt kiến thức, đáp ứng được nhu cầu bồi dưỡng năng lực thực nghiệm và vẫn đảm bảo đầy đủ kiến thức.

- Thực tế, HS lớp TNg có tinh thần hào hứng hơn trong giờ học vật lí, trong

buổi thảo luận trên lớp HS tỏ ra hăng hái phát biểu, xây dựng kiến thức bài học. Thông qua việc được sử dụng thiết bị thí nghiệm và phần hướng dẫn tự tạo TN ở nhà cho HS tỏ ra rất thích thú hào hứng với môn học. Trái lại, HS lớp ĐC chưa được tích cực trong các giờ vật lí biểu hiện qua sự chưa chú ý, còn mất trật tự, chỉ có HS khá giỏi có ý thức học tập tích cực, HS còn lại không tập chung và tỏ ra hời hợt trong quá trình tiếp thu kiến thức, HS không có cơ hội trải nghiệm các hoạt động kích thích khả năng thực nghiệm.

- Thông qua phân tích, xử lí số liệu về điểm kiểm tra của hai lớp TNg và ĐC

cho thấy khả năng hiểu và phân tích kiên thức của HS lớp TNg cao hơn so với lớp ĐC. HS lớp TNg được dạy các bước làm TN, cách sử dụng ngôn ngữ vật lí, cách làm TN đơn giản. Vì thế HS có sự hiểu biết sâu sắc về kiến thức đồng thời có những kỹ năng riêng của HS học vật lí. Đối với HS lớp ĐC được giảng dạy theo phương pháp truyền thống nên dẫn đến HS thụ động, HS ghi nhớ kiến thức thông qua ghi chép và nghe giảng nên không hiểu rõ hiện tượng, quy luật vật lí.

- Xét về mặt vận dụng kiến thức, khả năng vận dụng kiến thức đã học để giải

quyết các vấn đề thực tiễn, đặt ra những vấn đề sâu vào kiến thức của bài, tìm tòi, vận dụng chế tạo các dụng cụ đơn giản của lớp TNg. Đây là dấu hiệu đáng mừng để có thể áp dụng phương pháp dạy học có sử dụng TN theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm này vào trường phổ thông.

- Việc học sinh mới tiếp cận công nghệ Arduino vào xây dựng thiết kế thí

nghiệm ban đầu còn khó khăn trong khâu xử lí các thuật toán, đa phần với các thiết bị HS thiết kế đều dưới sự hướng dẫn của GV về mặt thuật toán điều kiển Arduino.

Tuy khó khăn nhưng thông qua đó kích thích sự sáng tạo của học sinh, có thể chế tạo các thiết bị thiết yếu khác, cũng như giải thích được các cơ chế của các thiết bị tự động.

147

- Thông qua HĐNK, HS không chỉ được bổ trợ, củng cố về kiến thức phần dao

động cơ mà bên cạnh đó, HS được bồi dưỡng năng lực thực nghiệm, rèn luyện thêm những kỹ năng cần thiết như: kỹ năng thuyết trình, kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giao tiếp, kỹ năng tiến hành TN, kỹ năng giải quyết vấn đề, kỹ năng thu thập và xử lí thông tin,...

148

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 Trong quá trình TNSP, thông qua việc tổ chức, theo dõi và phân tích diễn biến các giờ dạy thực nghiệm, qua việc xử lí kết quả thu được từ bài kiểm tra NLTN về mặt định tính và định lượng, tôi rút ra một số kết luận sau: Một là với các giáo án có sử dụng thiết bị TNKNĐTTM đã đề xuất, HS tham gia tích cực hơn vào các hoạt động, HS tỏ ra hứng thú, tự giác, chủ động trong các hoạt động của giờ học. Năng lực thực nghiệm được nhắc lại và bỗi dưỡng thông qua từng giai đoạn của giáo án, và thể hiện rõ rệt các mức độ bồi dưỡng năng lực thực nghiệm.

Hình thành cho học sinh cơ sở để phát huy khả năng thực nghiệm.

Hai là kết quả thống kê bài kiểm tra của nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng cho thấy: NLTN của HS ở nhóm thực nghiệm là cao hơn so với HS ở nhóm đối chứng.

Những kết quả trên cho phép khẳng định: Nếu thiết kế và chế tạo mới được các thiết bị thí nghiệm về phần dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh, và xây dựng được tiến trình sử dụng các thiết bị này với các phương pháp và hình thức tổ chức dạy học phù hợp thì sẽ bồi dưỡng được năng lực thực nghiệm của học sinh. Điều đó có nghĩa rằng, giả thuyết khoa học mà đề tài đã đặt ra là đúng đắn, và kết quả nghiên cứu của đề tài hoàn toàn có thể vận dụng vào thực tế giảng dạy vật lí ở các trường THPT hiện nay.

149

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Mục đích nghiên cứu của đề tài là thiết kế, chế tạo và sử dụng một số thiết bị thí nghiệm về phần dao động cơ thuộc chương trình và SGK Vật lí lớp 12, có kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh THPT. Và nếu giả thuyết khoa học của đề tài là “Nếu thiết kế và chế tạo mới được các thiết bị thí nghiệm về phần dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh, và xây dựng được tiến trình sử dụng các thiết bị này với phương pháp và hình thức tổ chức dạy học phù hợp thì sẽ bồi dưỡng được năng lực thực nghiệm của học sinh”. Chúng tôi đã xác định và triển khai các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể. Dựa trên kết quả mà chúng tôi nghiên cứu, được trình bày trong luận văn, chúng tôi có một số kết luận như sau: Luận văn đã cơ bản hoàn thành các nhiệm vụ nghiên cứu đạt ra, khẳng định được giả thuyết khoa học của đề tài, cụ thể - Luận văn đã hệ thống được cơ sở lý luận của việc xây dựng và sử dụng các thí

nghiệm về dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông. Cụ thể, đã làm rõ các cơ sở lý luận về việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm, về việc thiết kế, chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm vật lí, về thiết bị kết nối với phương tiện số.

- Luận văn đã tìm hiểu và nêu lên được thực trạng chương “Dao động cơ” trong

việc sử dụng thiết bị thí nghiệm và bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh. Từ đó là cơ sở xây dựng và sử dụng TNKNĐTTM trong dạy học nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh.

- Luận văn đã phân tích được nội dung chương trình và SGK Vật lí 12 THPT

chương “Dao động cơ”.

- Luận văn đã nghiên cứu, chế tạo thành công bộ thí nghiệm “Dao động cơ” có

kết nối với ĐTTM và soạn thảo các tiến trình dạy học (3 giáo án) chương “Dao động cơ” với TNKNĐTTM đã xây dựng nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS. - Luận văn đã tổ chức thực nghiệm sư phạm các tiến trình dạy học được soạn

thảo. Kết quả TNSP đã cho thấy việc xây dựng và sử dụng TNKNĐTTM đã chế tạo trong dạy học chương “Dao động cơ” theo ý tưởng sư phạm và các tiến trình dạy học

150

đã soạn thảo là khả thi, và đã bồi dưỡng được năng lực thực nghiệm của HS, góp phần nâng cao chất lượng dạy học.

Một số hạn chế trong kết quả nghiên cứu của luận văn - Kết quả TNSP mang tính thống kê chưa cao vì mẫu điều tra và thực nghiệm

còn nhỏ. Số lượng bài dạy theo hướng đề xuất của đề tài còn ít nên chưa đánh giá được hết tính khả thi của đề tài.

- Bộ thiết bị TNKNĐTTM được thiết kế còn một số chức năng chưa hoàn thiện,

chưa tích hợp được các cảm biến nên thiết bị còn rườm rà, chưa đạt thẩm mĩ.

- Việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS trong dạy học vật lí muốn đem

lại hiệu quả cao phải có nhiều công sức, thời gian chuẩn bị của GV và phải được tiến hành trong suốt quá trình dạy học, tuy nhiên thời gian thực nghiệm lại ngắn nên hiệu quả chưa cao.

Những hạn chế trên, do các nguyên nhân - Thời gian nghiên cứu và kinh nghiệm nghiên cứu của tác giả còn nhiều hạn

chế, tuy cố gắng nhưng không tránh khỏi chủ quan khi nghiên cứu.

- Thực tế tổ chức dạy học chương “Dao động cơ” hiện nay có tác động không

hề nhỏ từ mục đính thi đại học của HS, vì vậy gây khó khăn trong việc triển khai hoạt động thực nghiệm sư phạm.

Một số kiến nghị - Đối với các cơ quan quản lí giáo dục, cần quan tâm hơn nữa đến việc chỉ đạo

kiểm tra đánh giá kết quả học tập của HS dựa vào năng lực, đặc biệt đối với bộ môn vật lí cần chú trọng nhiều đến NLTN. Cần tăng cường đầu tư trang thiết bị, dụng cụ TN đầy đủ và chất lượng tạo điều kiện tốt cho HS và GV trong quá trình dạy học.

- Đề nghị thực hiện tiếp các nghiên cứu để hoàn thiện và phát triển thiết bị

TNKNĐTTM, cải tiến, nâng cao xây dựng thêm các thiết bị khác đáp ứng nhu cầu thí nghiệm trong chương trình vật lí.

Hướng phát triển mới của đề tài Cải tiến các bộ phận của thiết bị, xây dựng các thiết bị khác mở rộng phạm vi nghiên cứu cho các chương, các phần khác trong chương trình vật lí phổ thông

151

TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ giáo dục và đào tạo. (2016). Sách giáo khoa Vật lí 12. Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam. Bộ Giáo dục và Đào tạo. Vụ Giáo dục Trung học. (2014). Tài liệu tập huấn dạy học và kiểm tra đánh giá kết quả học tập theo định hướng phát triển năng lực học sinh môn vật lí cấp Trung học phổ thông. Đỗ Hương Trà. (2011). Các kiểu tổ chức dạy học hiện đại trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông. Nhà xuất bản Đại học Sư phạm Hà Nội. Đồng Thị Diện. (2005). Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm đơn giản trong dạy học kiến thức thuộc phần cơ học lớp 6 theo định hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh. Luận án Tiến sĩ Giáo dục học. Đại học Sư phạm Vinh.

Hà Quang Phúc, Phạm Quang Huy. (2020). Lập trình điều khiển trên Arduino cho hệ vạn vật kết nối. Nhà xuất bản Thanh niên.

Hoàng Đức Mạnh, Trần Huy Hoàng. (2010). Vai trò của videoclip trong hoạt động dạy học. Tạp chí giáo dục, (230), tr. 28-29.học. Trường Đại học Sư phạm Huế.

Hoàng Phê. (2008). Từ điển tiếng Việt. Nhà xuất bản Đà Nẵng.

Lê Công Triêm. (2008). Bài giảng sử dụng máy vi tính trong dạy học vật lí ở trường Trung học phổ thông. Giáo trình đào tạo Thạc sĩ Giáo dục học. Trường Đại học Sư phạm Huế.

Lê Văn Giáo. (2004). Thí nghiệm và phương tiện trực quan trong dạy học vật lí ở trường phổ thông. Trường Đại học Sư phạm Huế.

Nguyễn Đăng Thuấn. (2015). Xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy vi tính trong dạy học chương Dao động cơ vật lí 12 trung học phổ thông. Luận văn Tiến sĩ Giáo dục học.

Nguyễn Đình Thước. (2010). Phát triển tư duy cho học sinh trong dạy học bài tập vật lí. Bài giảng dùng cho học viên Cao học. Đại học Sư phạm Vinh.

152

Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế. (2002). Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông. Nhà xuất bản Đại học Sư phạm Hà Nội.

Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng. (1999). Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.

Nguyễn Hoàng Anh. (2015). Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học phần “Cơ học” Vật lí lớp 12 nâng cao. Luận án Tiến sĩ Giáo dục học. Đại học Sư phạm Huế.

Nguyễn Minh Tân. (2010). Một số vấn đề về sử dụng thí nghiệm vật lí và các phương tiện dạy học theo quan điểm công nghệ dạy học hiện đại. Tạp chí khoa học Đại học Thái Nguyên, số 3/2010.

Nguyễn Văn Biên, Nguyễn Anh Thuấn. (2019). Quy trình xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí phần “Nhiệt học” lớp 8 nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh nước cộng hòa dân chủ nhân dân Lào.

Nguyễn Viết Thanh Minh. (2016). Khai thác, sử dụng thí nghiệm tự tạo hỗ trợ tổ chức dạy học nhóm một số kiến thức phần điện học, điện từ học vật lí lớp 9 trung học cơ sở. Luận án Tiến sĩ Giáo dục học. Đại học Sư phạm Huế.

Phó Đức Hòa, Ngô Quảng Sơn. (2008). Ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học tích cực. Nhà xuất bản Giáo dục.

Phạm Đình Cương. (2002). Thí nghiệm Vật lí ở trường Trung học phổ thông. Nhà xuất bản Giáo dục.

Phạm Hữu Tòng, Phạm Xuân Quế, Nguyễn Đức Thâm. (2005). Tài liệu bồi dưỡng thường xuyên giáo viên Trung học phổ thông chu kì 3(2004-2007). Viện nghiên cứu sư phạm – Đại học Sư phạm Hà Nội.

Phạm Hữu Tòng. (2001). Lý luận dạy học Vật lí ở trường trung học. Nhà xuất bản Giáo dục. Hà Nội.

Phạm Quang Huy và Trương Đình Nhơn. (2017). Hướng dẫn sử dụng Arduino. Nhà

153

xuất bản Thanh niên.

Phạm Thị Phú. (1999). Bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm cho học sinh nhằm nâng cao hiệu quả dạy học cơ học lớp 10 Trung học phổ thông. Luận án Tiến sĩ Giáo dục học. Đại học Sư phạm Vinh.

Phạm Xuân Quế. (2019). Kiểm tra đánh giá kết quả học tập của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông. Bài giảng dùng cho học viên Cao học. Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh.

Phan Gia Anh Vũ. (2000). Nghiên cứu và xây dựng phần mềm dạy học cho chương trình động học và động lực học lớp 10 Trung học phổ thông. Luận án tiến sĩ Giáo dục học. Đại học Sư phạm Vinh.

Tập thể tác giả. (2007). Tài liệu bồi dưỡng Giáo viên thực hiện chương trình SGK Vật lí lớp 12. Nhà xuất bản Giáo dục.

Thái Duy Tuyên. (2003). Phát huy tính tích cực hoạt động nhận thức của người học.

Tạp chí nghiên cứu giáo dục số 48/2003.

Thái Duy Tuyên. (2008). Phương pháp dạy học truyền thống và đổi mới. Nhà xuất bản Giáo dục.

Trần Huy Hoàng. (2006). Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm có sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học một số kiến thức cơ học và nhiệt học trung học phổ thông. Luận án Tiến sĩ Giáo dục học. Đại học Sư phạm Vinh.

Trần Huy Hoàng. (2012). Ứng dụng tin học trong dạy học vật lí. Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam. Trần Thị Ngọc Ánh. (2010). Sử dụng phối hợp thí nghiệm tự tạo với thí nghiệm có sự hỗ trợ của máy vi tính vào dạy học phần Cơ – Nhiệt lớp 10 Trung học phổ thông.

Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học.

PL1

PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1.1: CÁC PHIỂU ĐIỀU TRA VÀ KẾT QUẢ ĐIỀU TRA Phiếu 1: PHIẾU ĐIỀU TRA NHẬN THỨC CỦA GV VÀ CÁC NHÀ QUẢN LÍ (về tầm quan trọng của TN và TNKNĐTTM nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS THPT) 1. Thầy/cô đánh giá như thế nào về tầm quan trọng của việc HS được bồi dưỡng năng lực thực nghiệm trong mục đích nâng cao chất lượng dạy học?

1

2

Không quan

Có hay không

trọng

cũng được

3 Quan trọng

4

5

Khá quan

Rất quan

trọng

trọng

2. Theo thầy/cô, các yếu tố sau đây có tầm quan trọng như thế nào đến việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí ở trường THPT. (Với mỗi yếu tố, xin thầy/cô cho điểm từ 1 đến 5, với ý nghĩa: 1 là không quan trọng, 2 là có hay không cũng được, 3 là quan trọng, 4 là khá quan trọng, còn 5 là rất quan trọng) Các yếu tố

Đánh giá

Nội dung dạy học hấp dẫn, sáng tạo với HS Phương pháp dạy học của GV phù hợp Nhận thức của GV và các nhà quản lí về việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS Phương tiện dạy học và TN dạy học hiện đại Hình thức tổ chức dạy học (theo lớp, theo nhóm, tại phòng TN, …)

Tương tác của GV với HS trên lớp (khen, chê, động viên, …)

Tác động từ môi trường (gia đình, bạn bè, xã hội, …)

Bản thân HS có là người tự giác học tập hay không?

3. Thầy/cô có thường xuyên tìm cách bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS trong tổ chức dạy học vật lí tại trường không?

1

2

3

Chưa bao

Ít khi

Thỉnh thoảng

giờ

4 Thường xuyên

5 Luôn luôn

PL2

4. Theo thầy/cô, TN có tầm quan trọng như thế nào trong việc tổ chức cho HS hoạt động bồi dưỡng năng lực thực nghiệm ở trường THPT? 1

2

Không quan

Có hay không

trọng

cũng được

3 Quan trọng

4

5

Khá quan

Rất quan

trọng

trọng

5. Theo thầy/cô, việc sử dụng TN trong dạy học vật lí ở trường THPT giúp HS đạt được những mục tiêu nào dưới đây? (có thể chọn nhiều đáp án) Giúp HS hiểu sâu và hiểu rõ hơn kiến thức vật lí

□

Giúp hoạt động nêu vấn đề trở lên hấp dẫn hơn

□

Giúp HS hứng thú, hăng hái tich cực hoạt động

□

Giúp HS rèn luyện các kỹ năng thực hành

□

Giúp HS hình thành và phát triển phương pháp nhận thức thực nghiệm

□

6. Thầy/cô có thường xuyên sử dụng TN trong tổ chức dạy học vật lí ở trường nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS không?

1

2

Chưa bao giờ

Ít khi

3 Thỉnh thoảng

4 Thường xuyên

5 Luôn luôn

7. TNKNĐTTM được hiểu là các thí nghiệm thật nhưng có sự hỗ trợ của điện thoại thông minh trong việc thu thập số liệu (thông qua các cảm biến và thiết bị ghép nối) và xử lí số liệu (phần mềm). Thầy/cô đã biết về TNKNĐTTM chưa?

1

2

3

4

Chưa nghe thấy

Đã có nghe

Đã biết và

Đã từng sử

bao giờ

qua

thấy

dụng

5 Biết rất rõ

8. Nếu đã biết về TNKTĐTTM thì theo thầy/cô, TNKNĐTTM có thể sử dụng dạy học vật lí ở trường THPT nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS tốt ở mức độ nào?

1 Không tốt

2 Có, nhưng

3 Bình thường

4

5

Tốt

Rất tốt

không nổi bật XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN Ý KIẾN ĐÓNG GÓP CỦA QUÝ THẦY CÔ!

PL3

Phiếu 2: PHIẾU ĐIỀU TRA GV VÀ CÁN BỘ PHÒNG THÌ NGHIỆM (Về thực trạng thiết bị TN và TNKNĐTTM liên quan đến chương “Dao động cơ”) 1. Ở trường của các thầy/cô, liên quan đến chương “Dao động cơ” đã có sẵn những bộ thiết bị giúp thực hiện các TN nào dưới đây?

Thí nghiệm con lắc lò xo

□

Thí nghiệm con lắc đơn

□

Thí nghiệm dao động tắt dần

□

Thí nghiệm cộng hưởng dao động

□

Thiết bị thí nghiệm khác: ..................................................................................................................................

2. Với các TN đã sẵn có, thầy/cô vui lòng đánh giá các thiết bị TN có đáp ứng được tốt yêu cầu dạy học chương “Dao động cơ” không? (Thầy cô đánh giá mức độ đáp ứng của từng TN) Không

Trung bình

Khá

Tốt

Rất tốt

1

2

3

4

5

Thí nghiệm con lắc lò xo

□

□

□

□

□

Thí nghiệm con lắc đơn

□

□

□

□

□

Thí nghiệm dao động tắt dần

□

□

□

□

□

Thí nghiệm cộng hưởng dao động □

□

□

□

□

3. Ở trường của các thầy/cô, đã có thiết bị TNKNĐTTM vật lí hay chưa? Nếu có, xin vui lòng kể tên và số lượng bộ TNKNĐTTM đã được trang bị? □ Không có thiết bị TNKNĐTTM nào. □ Đã có những bộ: ..................................................................................................................................

4. Trong các thiết bị TNKNĐTTM đã được trang bị ở trường của thầy cô (nếu có), có mấy thiết bị TNKNĐTTM nào liên quan đến chương “Dao động cơ”? □ Không có thiết bị TNKNĐTTM nào. □ Đã có những bộ: ..................................................................................................................................

PL4

5. Nếu đã biết về TNKNĐTTM và đã sử dụng qua các TNKNĐTTM, thầy cô đánh giá TNKNĐTTM có những ưu điểm nào? □ Đo đạc tự động và chính xác. □ Đo được nhiều kiểu số liệu cùng lúc. □ Hiển thị kết quả trực quan. □ Xử lí số liệu nhanh, mạnh. □ Tăng cường chú ý của HS. □ Làm được những TN khó quan sát.

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN Ý KIẾN ĐÓNG GÓP CỦA QUÝ THẦY CÔ!

PL5

Phiếu 3: PHIẾU ĐIỀU TRA GIÁO VIÊN BỘ MÔN VẬT LÍ (về thực trạng tổ chức hoạt động dạy học chương “Dao động cơ”) 1. Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô thường sử dụng các hình thức dạy học nào? □ Hình thức lớp – bài trên phòng học.

□ Hình thức nhóm.

□ Hình thức lớp – bài tạp phòng TN.

□ Hình thức tự học.

□ Hình thức giao dự án, đề tài nghiên cứu.

□ Phối hợp nhiều hình thức.

2. Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô sử dụng các phương pháp/kĩ thuật dạy học sau có thường xuyên không?

Chưa

Thỉnh

Thường

bao giờ

thoảng

xuyên

□

□

□

□

□

□

Nêu và giải quyết vấn đề

□

□

□

Mô phỏng nghiên cứu của các nhà vật lí

□

□

□

Dạy học dự án

□

□

□

Sử dụng thí nghiệm biểu diễn của giáo viên

□

□

□

Cho học sinh làm thí nghiệm đồng loạt tại lớp

□

□

□

Hướng dẫn học sinh làm một số thí nghiệm ở nhà

□

□

□

Hướng dẫn học sinh tự học trong SGK

□

□

□

Phương pháp Thông báo, diễn giải Đàm thoại, gợi mở để học sinh tham gia xây dựng bài từng phần

3. Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô thường tìm cách bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS bằng những cách nào?

Chưa

Thỉnh

Thường

bao giờ

thoảng

xuyên

□

□

□

Sử dụng các phương pháp dạy học tích hợp

□

□

□

Sử dụng các phương tiện trực quan (video, TN ảo,

□

□

□

Cách thức Thiết kế các tình huống dạy học hấp dẫn, gần gũi với HS

PL6

mô phỏng, máy chiếu, …)

Sử dụng TN truyền thống

□

□

□

Sử dụng TNKNMT

□

□

□

Sử dụng TNKNĐTTM

□

□

□

□

□

□

□

□

□

Thường xuyên khuyến khích HS thực hiện thí nghiệm, quan sát diễn biến của hiện tượng Giao bài tập về nhà liên quan đến thực tiễn

4. Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô có sử dụng TN hỗ trợ dạy học ở những bài nào?

Chưa bao

Thỉnh

Thường

giờ

thoảng

xuyên

Dao động điều hòa

□

□

□

Con lắc lò xo

□

□

□

Con lắc đơn

□

□

□

Dao động tắt dần

□

□

□

Tổng hợp dao động

□

□

□

Thực hành

□

□

□

Bài

5. Nếu ít sử dụng TN trong dạy học chương “Dao động cơ”, xin thầy/cô cho biết lí do nào thầy/cô ít sử dụng? □ Không đủ dụng cụ thí nghiệm.

□ Không có phụ tá thí nghiệm.

□ Bài học dài, không đủ thời gian.

□ TN khó thành công ở trên lớp.

□ Các TN chưa thấy được quy luật điều hòa.

□ HS không hứng thú với làm TN.

□ Không đáp ứng yêu cầu thi cử.

□ Chương này không cần có TN.

□ Lí do khác: ...........................................................................................................

6. Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô có sử dụng TNKNMT hoặc TNKNĐTTM dạy học ở những bài nào?

Bài Dao động điều hòa

Chưa bao

Thỉnh

Thường

giờ

thoảng

xuyên

□

□

□

PL7

Con lắc lò xo

□

□

□

Con lắc đơn

□

□

□

Dao động tắt dần

□

□

□

Tổng hợp dao động

□

□

□

Thực hành

□

□

□

7. Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô gặp những khó khăn gì trong dạy học? □ Kiến thức trừu tượng, khó hình dung. □ Thí nghiệm chưa đáp ứng được yêu cầu. □ Kỹ năng toán học của HS còn yếu. □ Nhiều bài tập yêu cầu quá khó. □ Khó khăn khác: ....................................................................................................

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN Ý KIẾN ĐÓNG GÓP CỦA QUÝ THẦY CÔ!

PL8

Phiếu 4: PHIẾU ĐIỀU TRA HỌC SINH LỚP 12 (về thực trạng tổ chức hoạt động dạy học chương “Dao động cơ”) 1. Trong quá trình học chương “Dao động cơ”, GV tổ chức cho lớp bạn học theo cách nào sau đây? (Có thể chọn nhiều hơn một cách) □ GV đọc, HS chép. □ GV thuyết trình, giảng giải. □ GV đàm thoại, hỏi đáp với HS. □ GV sử dụng mô hình, thí nghiệm ảo trên máy tính. □ GV thí nghiệm biểu diễn trên lớp. □ GV cho HS trực tiếp làm thí nghiệm từ đó phân tích và rút ra kiến thức. □ GV giao bài tập nhóm về nhà, nghiên cứu và thuyết trình. □ GV yên cầu HS chế tạo sản phẩm ứng dụng kiến thức đã học. □ Khác: ...................................................................................................................

Trong đó: + Cách học được sử dụng thường xuyên nhất đó là:.............................................. + Cách học bạn thích nhất là: ...............................................................................

2. Trong quá trình học chương “Dao động cơ”, GV của bạn có thường xuyên sử dụng TN hay không?

1

2

3

Chưa bao giờ

Ít khi

Thỉnh thoảng

4 Thường xuyên

5 Luôn luôn

3. Theo bạn, những ưu điểm của việc học vật lí với thí nghiệm thực là: □ Trực quan, dễ hình dung hiện tượng. □ Kiến thức vật lí trở nên có ý nghĩa. □ Hứng thú, nhớ lâu. □ Ưu điểm khác: ......................................................................................................

4. Theo bạn những hạn chế khi học vật lí thông qua thí nghiệm là: □ Mất nhiều thời gian. □ Không đáp ứng yêu cầu thi cử. □ Thiếu chính xác.

PL9

□ Nhiều HS không tham gia hoạt động. □ Hạn chế khác: .......................................................................................................

5. Những khó khăn của bạn khi học chương “Dao động cơ” là gì? □ Nhiều kiến thức trừu tượng, khó hình dung. □ Nhiều kiến thức toán phức tạp. □ GV giảng dạy khó hiểu, thiếu hấp dẫn. □ Khó vận dụng để giải bài tập. □ Thời gian học ít mà kiến thức quá nặng. □ Đề kiểm tra, thi khó. □ Khó khăn khác: ....................................................................................................

6. Trong quá trình học chương “Dao động cơ”, GV của bạn có thường xuyên tìm nhiều cách để giúp HS bồi dưỡng năng lực thực nghiệm không?

1

2

3

4

Chưa bao

Ít khi

Thỉnh

Thường

thoảng

xuyên

giờ

5 Luôn luôn

7. Theo ý kiến chủ quan của bạn, khi học chương “Dao động cơ”, lớp của bạn đã tham gia rèn luyện năng lực thực nghiệm ở mức độ như thế nào (thể hiện ở đặc điểm các bạn trong lớp tập trung chú ý, hăng hái phát biểu, nhiều thảo luận với GV, các bạn hiểu bài, hăng hái làm thí nghiệm …)?

1 Không tích cực

2

3

Ít tích cực

Bình thường

4 Tích cực

5 Rất tích cực

8. TNKNĐTTM được hiểu là các thí nghiệm thật nhưng có sự hỗ trợ của điện thoại thông minh trong việc thu thập số liệu (thông qua các cảm biến và thiết bị ghép nối) và xử lí số liệu (bằng phần mềm). Trong quá trình học chương “Dao động cơ”, lớp của bạn có thường xuyên được học với các TNKNĐTTM như vậy không?

1

2

3

4

Chưa bao

Ít khi

Thỉnh

Thường

thoảng

xuyên

giờ

5 Luôn luôn

PL10

PHỤ LỤC 1.2: KẾT QUẢ ĐIỀU TRA CÁC PHIẾU KẾT QUẢ ĐIỀU TRA NHẬN THỨC CỦA GV VÀ CÁN BỘ QUẢN LÍ (về tầm quan trọng của TN và TNKNĐTTM nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS) TỔNG SỐ PHIẾU KHẢO SÁT: 20 phiếu 1. Thầy/cô đánh giá như thế nào về tầm quan trọng của việc HS được bồi dưỡng năng lực thực nghiệm trong mục đích nâng cao chất lượng dạy học?

Không quang trọng

Có hay không cũng Quan trọng được

Khá quan

Rất quan

Trung

trọng

trọng

bình

0

0

0

6

14

0%

0%

0%

30%

70%

4.70

Xếp loại

Rất quan trọng

2. Theo thầy/cô, các yếu tố sau đây có tầm quan trọng như thế nào đến việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí ở trường THPT. (Với mỗi yếu tố, xin thầy/cô cho điểm từ 1 đến 5, với ý nghĩa: 1 là không quan trọng, 2 là có hay không cũng được, 3 là quan trọng, 4 là khá quan trọng, còn 5 là rất quan trọng) Các yếu tố

Trung bình

Xếp loại

Nội dung dạy học hấp dẫn, gần gũi với HS

4.50

Rất quan trọng

Phương pháp dạy học của GV phù hợp

4.60

Rất quan trọng

4.50

Rất quan trọng

4.0

Khá quan trọng

4.0

Khá quan trọng

4.0

Khá quan trọng

3.2

Quan trọng

Nhận thức của GV và các nhà quản lí về việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS Phương tiện dạy học và TN dạy học hiện đại Hình thức tổ chức dạy học (theo lớp/ nhóm, tại phòng TN, …)

Tương tác của GV với HS trên lớp (khen, chê, động viên, …)

Tác động từ môi trường (gia đình, bạn bè, xã hội, …)

PL11

Bản thân HS có là người tự giác học tập hay không?

4.4

Rất quan trọng

3. Thầy/cô có thường xuyên tìm cách bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS trong tổ chức dạy học vật lí tại trường không?

Chưa bao giờ

Ít khi

Thỉnh

Thường

thoảng

xuyên

Luôn luôn

0

0

15

3

2

0%

0%

75%

15%

5%

Trung bình 3.35

Xếp loại Thỉnh thoảng

4. Theo thầy/cô, TN có tầm quan trọng như thế nào trong việc tổ chức cho HS hoạt động bồi dưỡng năng lực thực nghiệm ở trường THPT? Không quan trọng

Có hay không cũng được

Quan

Khá quan

Rất quan

Trung

trọng

trọng

trọng

bình

0

0

4

3

13

0%

0%

20%

15%

65%

4.45

Xếp loại

Khá quan trọng

5. Theo thầy/cô, việc sử dụng TN trong dạy học vật lí ở trường THPT giúp HS đạt được những mục tiêu nào dưới đây? (có thể chọn nhiều đáp án) Giúp HS hiểu sâu và hiểu rõ hơn kiến thức vật lí

18

90%

Giúp hoạt động nêu vấn đề trở lên hấp dẫn hơn

15

75%

Giúp HS hứng thú, tích cực hoạt động

18

90%

Giúp HS rèn luyện các kỹ năng thực hành

20

100%

Giúp HS hình thành và phát triển PP nhận thức thực nghiệm

18

90%

6. Thầy/cô có thường xuyên sử dụng TN trong tổ chức dạy học vật lí ở trường nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS không?

Chưa bao giờ

Ít khi

Thỉnh

Thường

thoảng

xuyên

Luôn luôn

0

1

14

3

2

0%

5%

70%

15%

10%

Trung bình 3.30

Xếp loại Thỉnh thoảng

7. TNKNĐTTM được hiểu là các thí nghiệm thật nhưng có sự hỗ trợ của điện thoại thông minh trong việc thu thập số liệu (thông qua các cảm biến và thiết bị

PL12

ghép nối) và xử lí số liệu (bằng phần mềm). Thầy/cô đã biết về TNKNĐTTM chưa?

Chưa nghe Đã có nghe Đã biết và Đã từng sử

Biết rất rõ

bao giờ

qua

đã thấy

dụng

0

11

8

1

0

0%

55%

40%

5%

0%

Trung bình 2.55

Xếp loại Đã có nghe qua

8. Nếu đã biết về TNKTĐTTM thì theo thầy/cô, TNKNĐTTM có thể sử dụng dạy học vật lí ở trường THPT nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS tốt ở mức độ nào?

Không tốt

Có, nhưng

Bình

không nổi bật thường

Tốt

Rất tốt

0

0

2

16

2

0%

0%

10%

80%

10%

Trung bình 4.00

Xếp loại

Tốt

PL13

KẾT QUẢ KHẢO SÁT GV VÀ CÁN BỘ PHÒNG THÍ NGHIỆM (về thực trạng thiết bị TN và TNKNĐTTM liên quan đến chương “Dao động cơ”) TỔNG SỐ PHIẾU KHẢO SÁT: 20 phiếu 1. Ở trường của các thầy/cô, liên quan đến chương “Dao động cơ” đã có sẵn những bộ thiết bị giúp thực hiện các TN nào dưới đây?

Thí nghiệm con lắc lò xo

15

75%

Thí nghiệm con lắc đơn

20

100%

Thí nghiệm dao động tắt dần

7

35%

Thí nghiệm cộng hưởng dao động

7

35%

2. Với các TN đã sẵn có, thầy/cô vui lòng đánh giá các thiết bị TN có đáp ứng được tốt yêu cầu dạy học chương “Dao động cơ” không? (Thầy cô đánh giá mức độ đáp ứng của từng TN) Thí nghiệm

Không

Trung bình

Khá

Tốt

Rất

Trung

Xếp

tốt

bình

loại

TN con lắc lò xo

0

4

10

1

0

2.80

Khá

TN con lắc đơn

0

0

8

10

2

3.70

Tốt

TN dao động tắt dần

0

0

7

0

0

3.00

Khá

TN cộng hưởng dao động

0

0

7

0

0

3.00

Khá

3. Ở trường của các thầy/cô, đã có thiết bị TNKNĐTTM vật lí hay chưa? Nếu có, xin vui lòng kể tên và số lượng bộ TNKNĐTTM đã được trang bị?

Chưa có

20

100%

Đã có

0

0%

4. Trong các thiết bị TNKNĐTTM đã được trang bị ở trường của thầy cô (nếu có), có mấy thiết bị TNKNĐTTM nào liên quan đến chương “Dao động cơ”?

Chưa có

20

100%

Đã có

0

0%

5. Nếu đã biết về TNKNĐTTM và đã sử dụng qua các TNKNĐTTM, thầy cô đánh giá TNKNĐTTM có những ưu điểm nào? Đo đạc tự động và chính xác

8

40%

PL14

Xử lí số liệu nhanh, mạnh

8

40%

Đo được nhiều kiểu số liệu cùng lúc

8

40%

Tăng cường chú ý của HS

8

40%

Hiển thị kết quả trực quan

8

40%

Làm được những TN khó quan sát

8

40%

PL15

KẾT QUẢ KHẢO SÁT GIÁO VIÊN BỘ MÔN VẬT LÍ (về thực trạng tổ chức hoạt động dạy học chương “Dao động cơ”) TỔNG SỐ PHIẾU KHẢO SÁT: 20 phiếu 1. Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô thường sử dụng các hình thức dạy học nào?

Hình thức lớp – bài trên phòng học

19

95%

Hình thức lớp – bài tại phòng TN

6

30%

Hình thức nhóm

4

20%

Hình thức giao dự án, đề tài nghiên cứu

0

0%

Hình thức tự học

0

0%

Phối hợp nhiều hình thức

6

30%

2. Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô sử dụng các phương pháp/kĩ thuật dạy học sau có thường xuyên không?

Phương pháp Thông báo, diễn giảng

Chưa

Thỉnh Thường Trung

bao giờ thoảng xuyên

bình

Xếp loại

0

14

6

2.30 Thỉnh thoảng

0

10

10

2.50

0

14

6

2.30 Thỉnh thoảng

6

14

0

1.70 Thỉnh thoảng

15

5

0

1.25 Chưa bao giờ

0

18

2

2.10 Thỉnh thoảng

0

18

2

2.10 Thỉnh thoảng

Hướng dẫn HS làm một số TN ở nhà

16

4

0

1.20 Chưa bao giờ

Hướng dẫn HS tự học trong SGK

0

18

2

2.10 Thỉnh thoảng

Đàm thoại, gợi mở để HS tham gia xây dựng bài Nêu và giải quyết vấn đề Mô phỏng con đường nghiên cứu của các nhà vật lí Dạy học dự án Sử dụng thí nghiệm biểu diễn của GV Cho HS làm thí nghiệm đồng loạt tại lớp

Thường xuyên

PL16

3. Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô thường tìm cách bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS bằng những cách nào?

Chưa

Cách thức

Thỉnh Thường Trung

bao giờ thoảng xuyên

Thiết kế các tình huống dạy học

bình

Xếp loại

0

12

8

2.40

Thường xuyên

0

15

5

2.25

Thỉnh thoảng

0

11

9

2.45

Thường xuyên

Sử dụng TN truyền thống

0

17

3

2.15

Thỉnh thoảng

Sử dụng TNKNMT

18

2

0

1.10

Chưa bao giờ

Sử dụng TNKNĐTTM

20

0

0

1.00

Chưa bao giờ

0

11

9

2.45

Thường xuyên

4

14

2

1.90

Thường xuyên

hấp dẫn, gần gũi với HS Sử dụng các phương pháp dạy học tích cực Sử dụng các phương tiện trực quan

Thường xuyên khuyến khích HS thực hiện thí nghiệm, quan sát diễn biến của hiện tượng Giao bài tập về nhà liên quan đến thực tiễn

4. Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô có sử dụng TN hỗ trợ dạy học ở những bài nào?

Chưa

Thỉnh

Thường

Trung

bao giờ

thoảng

xuyên

bình

Dao động điều hòa

6

14

0

1.70

Thỉnh thoảng

Con lắc lò xo

6

14

0

1.70

Thỉnh thoảng

Con lắc đơn

2

18

0

1.90

Thỉnh thoảng

Dao động tắt dần

6

14

0

1.70

Thỉnh thoảng

Tổng hợp dao động

20

0

0

1.00

Chưa bao giờ

Thực hành

0

11

9

2.45

Thường xuyên

Bài

Xếp loại

PL17

5. Nếu ít sử dụng TN trong dạy học chương “Dao động cơ”, xin thầy/cô cho biết lí do nào thầy/cô ít sử dụng?

Không đủ dụng cụ thí nghiệm

18

90%

Không có phụ tá thí nghiệm

0

0%

Bài học dài, sợ không đủ thời gian

20

100%

TN khó thành công ở trên lớp

4

20%

Các TN chưa thấy được quy luật điều hòa

6

30%

HS không hứng thú với làm TN

0

0%

Không đáp ứng yêu cầu thi cử

5

25%

Chương này không cần có TN

0

0%

6. Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô có sử dụng TNKNMT hoặc TNKNĐTTM dạy học ở những bài nào?

Bài

Chưa

Thỉnh Thường Trung

bao giờ thoảng

xuyên

bình

Xếp loại

Dao động điều hòa

20

0

0

1.00

Chưa bao giờ

Con lắc lò xo

20

0

0

1.00

Chưa bao giờ

Con lắc đơn

20

0

0

1.00

Chưa bao giờ

Dao động tắt dần

20

0

0

1.00

Chưa bao giờ

Tổng hợp dao động

20

0

0

1.00

Chưa bao giờ

Thực hành

20

0

0

1.00

Chưa bao giờ

7. Trong quá trình tổ chức dạy học chương “Dao động cơ”, thầy/cô gặp những khó khăn gì trong dạy học?

Kiến thức trừu tượng, khó hình dung

15

75%

Kỹ năng toán học của HS còn yếu

18

90%

Thí nghiệm chưa đáp ứng được yêu cầu

14

70%

Nhiều bài tập yêu cầu quá khó

10

50%

PL18

KẾT QUẢ KHẢO SÁT HỌC SINH LỚP 12 (về thực trạng tổ chức hoạt động dạy học chương “Dao động cơ”) TỔNG SỐ PHIẾU KHẢO SÁT: 100 phiếu 1. Trong quá trình học chương “Dao động cơ”, GV tổ chức cho lớp bạn học theo cách nào sau đây? (Có thể chọn nhiều hơn một cách) Thường

Được sử dụng

Cách học

xuyên nhất

HS thích nhất

GV đọc, HS chép

42

42%

23

23%

2

2%

GV thuyết trình, giảng giải

70

70%

55

55%

11

11%

GV đàm thoại, hỏi đáp với HS

43

43%

12

12%

13

13%

25

25%

5

5%

15

15%

25

25%

1

1%

22

22%

13

13%

1

1%

32

32%

11

11%

2

2%

3

3%

3

3%

0

0%

1

1%

GV sử dụng mô hình, thí nghiệm ảo trên máy tính GV thí nghiệm biểu diễn trên lớp GV cho HS trực tiếp làm thí nghiệm từ đó phân tích và rút là kiến thức GV giao bài tập nhóm về nhà, nghiên cứu và thuyết trình GV yêu cầu HS chế tạo sản phẩm ứng dụng kiến thức đã học

2. Trong quá trình học chương “Dao động cơ”, GV của bạn có thường xuyên sử dụng TN hay không?

Chưa bao giờ

Ít khi

Thỉnh

Thường

Luôn

Trung

thoảng

xuyên

luôn

bình

22

23

40

13

2

22%

23%

40%

13%

2%

Xếp loại Thỉnh

2.50

thoảng

3. Theo bạn, những ưu điểm của việc học vật lí với thí nghiệm thực là: Trực quan, dễ hình dung hiện tượng

90

90%

Hứng thú, nhớ lâu

76

76%

Kiến thức vật lí trở lên có ý nghĩa

86

86%

PL19

4. Những hạn chế khi học vật lí thông qua thí nghiệm là: Mất nhiều thời gian

63

63%

Thiếu chính xác

15

15%

Không đáp ứng yêu cầu thi cử

54

54%

Nhiều HS không tham gia hoạt động

4

4%

5. Những khó khăn của bạn khi học chương “Dao động cơ” là gì?

Nhiều kiến thức trừu tượng, khó hình dung

63

63%

Nhiều kiến thức toán phức tạp

39

39%

GV giảng dạy khó hiểu, thiếu hấp dẫn

21

21%

Khó vận dụng để giải bài tập

22

22%

Thời gian học ít mà kiến thức quá nặng

49

49%

Đề kiểm tra, thi khó

35

35%

6. Trong quá trình học chương “Dao động cơ”, GV của bạn có thường xuyên tìm nhiều cách để giúp HS bồi dưỡng năng lực thực nghiệm không?

Chưa bao giờ

Ít khi

Thỉnh

Thường

Luôn

Trung

thoảng

xuyên

luôn

bình

16

18

33

23

10

16%

18%

33%

23%

10%

2.93

Xếp loại Thỉnh thoảng

7. Theo ý kiến chủ quan của bạn, khi học chương “Dao động cơ”, lớp của bạn đã tích cực rèn luyện được năng lực thực nghiệm ở mức độ như thế nào (thể hiện ở đặc điểm các bạn trong lớp tập trung chú ý, hăng hái phát biểu, nhiều thảo luận với GV, các bạn hiểu bài, hăng hái làm thí nghiệm …)?

Không tích cực 7 7%

Ít tích cực 19 19%

Bình thường

Tích cực

54

15

54%

15%

Rất tích

Trung

cực

bình

5 5%

2.92

Xếp loại Bình thường

8. TNKNĐTTM được hiểu là các thí nghiệm thật nhưng có sự hỗ trợ của điện thoại thông minh trong việc thu thập số liệu (thông qua các cảm biến và thiết bị ghép nối) và xử lí số liệu (bằng phần mềm). Trong quá trình học chương “Dao

PL20

động cơ”, lớp của bạn có thường xuyên được học với các TNKNĐTTM như vậy không?

Chưa bao giờ

Ít khi

Thỉnh

Thường

Luôn

Trung

thoảng

xuyên

luôn

bình

100

0

0

0

0

100%

0

0

0

0

1.00

Xếp loại Chưa bao giờ

PL21

PHỤ LỤC 2.1: CÁC TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI “DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA” (TIẾT 2) 1. Mục tiêu dạy học của bài: Mục tiêu kiến thức - HS nêu được cách xác định biểu thức vận tốc và gia tốc từ biểu thức li độ.

- HS chỉ ra được các đặc điểm của li độ, vận tốc, gia tốc của dao động điều hòa.

- HS hiểu và phát biểu được mối quan hệ giữa li độ, vận tốc, gia tốc.

- HS mô tả được mối quan hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều.

- HS nêu được cách xác định chu kì dao động từ tần số góc.

- HS mô tả và phân biệt được 2 phương pháp kiểm chứng một dao động nào đó có phải là điều hòa hay không?

Mục tiêu kỹ năng - HS viết được phương trình vận tốc và gia tốc từ phương trình li độ của dao động điều hòa.

- HS vẽ được đồ thị vận tốc, gia tốc, li độ trên cùng một hệ trục.

- HS tự chứng minh được mối liên hệ giữa li độ, vận tốc, gia tốc.

- HS sử dụng được thiết bị TNKNĐTTM để tính toán và vẽ được đồ thị vận tốc, gia tốc của một vật dao động điều hòa?

- HS giải được các bài tập cơ bản trong SGK về mối quan hệ giữa giữa li độ, vận tốc và gia tốc.

- HS tính được chu kì khi biết tần số góc.

2. Hình thức – phương pháp tổ chức dạy học chủ đạo Sử dụng hình thức dạy học lớp – bài tại các phòng học; phương pháp dạy học đàm thoại, hỏi đáp với HS để tìm hiểu từng phần kiến thức.

3. Những nội dung cần chuẩn bị Những phương tiện dạy học cần chuẩn bị:

PL22

- Bàn ghế sắp xếp phù hợp với việc quan sát bảng, quan sát giáo viên làm thí nghiệm và phù hợp với việc học sinh thảo luận nhóm khi cần.

- Các bộ thí nghiệm CLLX treo thẳng đứng, CLĐ và thiết bị TNKNĐTTM. - Các cơ sở vật chất thông thường khác: Bảng, máy chiếu, loa, … Những nội dung cần chuẩn bị: - Giáo viên phải chuẩn bị trước phiếu học tập.

- Học sinh phải ôn lại các kiến thức ở tiết 1: Dao động điều hòa, đồ thị li độ, cách xác định vật dao động điều hòa hay không bằng TBTN, ...

4. Các hoạt động tổ chức dạy học cụ thể Hoạt động của GV

Hoạt động (dự kiến) của HS

Hoat động 1: GV tổ chức cho HS củng cố các kiến thức về dao động điều hòa Hoạt động 2: GV hướng dẫn HS khảo sát biểu thức vận tốc, gia tốc DĐĐH bằng lý thuyết (15 phút) - GV đặt vấn đề: “Làm thế nào có thể xác định vận tốc của một vật khi biết phương trình chuyển động (phương trình li độ) của vật?”

- GV hướng dẫn HS sử dụng định nghĩa đạo - HS dưới sự hướng dẫn của GV, hàm và biểu thức tính vận tốc tức thời (lớp 10) tìm ra biểu thức vận tốc và gia tốc để suy ra kết luận:

theo li độ.

+ Vận tốc: v = x’ + Gia tốc tốc: a = v’ (C4) Từ kết luận đó, giả sử một vật dao động - HS độc lập viết biểu thức vận điều hòa có phương trình li độ x = Acos(ωt + tốc và gia tốc của dao động điều φ). Hãy tìm biểu thức vận tốc, gia tốc theo thời hòa. gian của dao động này?

- GV: Từ biểu thức vận tốc và gia tốc, hãy nhận xét và trả lời các câu hỏi sau:

- HS dưới sự hướng dẫn của GV,

(C5) Dạng đồ thị vận tốc gia tốc và các đặc trả lời câu hỏi. điểm cực đại, cực tiểu, biến thiên của vận tốc

PL23

gia tốc có giống như nhận xét ở phần trên không?

(C6) Hãy tìm các biểu thức liên hệ giữa li độ x, vận tốc v, gia tốc a?

- GV hướng dẫn HS tìm ra công thức liên hệ: Từ: sin 2   cos 2   1 Và

x v a  cos  ;   sin  ; 2   cos  ; A A  A

Suy ra các biểu thức liên hệ.

- HS dưới dự hướng dẫn của GV về tính chất hàm sin/cos để tìm ra biểu thức liên hệ: 2

2

x  v      1  A   A  2

2

 a   v   2    1  A A a   2 x

Hoạt động 3: GV hướng dẫn HS phân tích để rút ra kết luận về hai cách để chứng minh một vật dao động điều hòa (5 phút) - GV giới thiệu: “Do li độ dao động điều hòa là hàm số cosin theo thời gian, dẫn đến kết quả là gia tốc của vật dao động điều hòa ngược chiều và tỉ lệ với li độ (a = - ω2x). Đây là một tính chất đặc biệt mà chỉ dao động điều hòa mới có.

Vì vậy người ta còn dùng dấu hiệu này để kiểm chứng một dao động nào đó có điều hòa hay không?”

(C7) Nhưng câu hỏi đặt ra là làm thế nào để xác định gia tốc của một vật? Để từ đó mới có thể sử dụng cách kiểm chứng trên?

- GV gợi ý HS nhớ lại kiến thức lớp 10 về - HS nhớ lại kiến thức lớp 10 về phương pháp động lực học giúp khảo sát gia tốc phương pháp động lực học, gồm của một vật.

các bước: + Phân tích lực.

PL24

- GV: Từ đó, chúng ta có 2 cách để xác định

+ Viết phương trình động lực

một dao động nào đó có phải là điều hòa hay học không? Đó là: + Sử dụng TBTN khảo sát li độ.

 F  ma

+ Chiếu lên trục tọa độ. + Rút gọn để có gia tốc.

+ Sử dụng phương pháp động lực học khảo sát gia tốc của vật.

- HS lắng nghe và ghi nhận vào

- GV nhắc và nhấn mạnh dấu hiệu nhận biết vật phiếu học tập. dao động điều hòa từ hai cách trên.

Hoạt động 4: GV xây dựng mối quan hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều (10 phút).

- GV đặt vấn đề, hướng dẫn HS tìm ra biểu thức - HS dưới sự hướng dẫn của GV tọa độ của hình chiếu H.

tìm ra biểu thức tọa độ của hình chiếu H là XH = Acos(ωt + φ)

- GV yêu cầu HS nhận xét về chuyển động của - HS nhận xét điểm H dao động điểm H.

điều hòa.

- GV gợi ý HS đưa đến kết luận, ghi vào phiếu - HS đưa ra kết luận, ghi nhận vào học tập và gạch chân những ý quan trọng.

phiếu học tập và gạch chân ý quan trọng.

- GV yêu cầu HS nhắc lại công thức liên hệ giữa - HS nhắc lại, ghi nhận vào phiếu tốc độ góc và chu kì.

học tập.

Hoạt động 6: Kết thúc tiết học (5 phút) - GV hệ thống lại những điểm đã học:

- HS phối hợp với GV để xâu

+ Đặc điểm của vận tốc, gia tốc trong dao chuỗi lại các vấn đề đã học. động điều hòa; các công thức liên hệ giữa vận tốc, gia tốc và li độ; + Hai cách để biết một vật có dao động điều hòa hay không;

PL25

+ Mối quan hệ của dao động điều hòa và chuyển động tròn đều.

- HS làm các bài tập trong SGK

- GV yêu cầu HS làm các bài tập trong SGK. 5. Các chú ý và dự kiến các tình huống phát sinh khi dạy học Đây là tiết thứ 2 của bài dao động điều hòa, mà một số trường xếp thời khóa biểu 2 tiết liền nhau, nên chúng tôi không thiết kế hoạt động kiểm tra/nhắc lại kiến thức cũ.

PL26

TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI “CON LẮC ĐƠN” 1. Mục tiêu dạy học của bài Mục tiêu kiến thức - HS nêu được biểu thức tính chu kì, thế năng, động năng và cơ năng của CLLX. - HS chỉ ra được điều kiện để CLĐ dao động điều hòa.

- HS mô tả được đặc điểm của lực kéo về trong dao động của CLĐ.

Mục tiêu kỹ năng - HS giải được các bài tập trong sách giáo khoa có liên quan đến công thức tính chu kì, động năng – thế năng.

- HS thực hiện được TNKNMT khảo sát chu kì CLĐ.

2. Hình thức – phương pháp tổ chức dạy học chủ đạo Sử dụng hình thức dạy học lớp – bài tại phòng học, phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề.

3. Những nội dung cần chuẩn bị Những phương tiện dạy học cần chuẩn bị: - Bàn ghế sắp xếp phù hợp với việc quan sát bảng, quan sát giáo viên làm thí nghiệm và tiến hành làm TN theo nhóm.

- Các bộ thí nghiệm CLĐ treo thẳng đứng và thiết bị thí nghiệm kết nối ĐTTM cho giáo viên biểu diễn trên lớp.

Những nội dung cần chuẩn bị: - Giáo viên phải chuẩn bị trước phiếu học tập.

- Học sinh phải được học trước bài dao động điều hòa, và bài CLLX. 4. Các hoạt động tổ chức dạy học cụ thể Hoạt động của GV

Hoạt động (dự kiến) của HS

Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ (3 phút) - GV đặt câu hỏi và yêu cầu học sinh trả lời - HS trả lời câu hỏi C1, C2 và C3. trước lớp.

(C1) Nêu cấu tạo CLLX.

PL27

(C2) Nêu điều kiện dao động điều hòa của CLLX? (C3) Hãy mô tả 2 phương án để kiểm chứng một vật là dao động điều hòa?

- GV nhận xét câu trả lời của HS, chú ý nhấn - Học sinh chú ý nghe GV nhấn mạnh hai phương án chứng minh một vật là dao mạnh lại 2 phương án. động điều hòa.

Hoạt động 2: GV định nghĩa con lắc đơn (2 phút) - GV yêu cầu HS định nghĩa CLĐ.

- HS định nghĩa CLĐ.

Hoạt động 3: GV hướng dẫn HS khảo sát động lực học dao động CLĐ? (10 phút) - GV đặt vấn đề: Tương tự CLLX, để chắc chắn, hôm nay chúng ta sẽ dùng phương pháp khảo sát động lực học để kiểm chứng xem CLĐ có dao động điều hòa hay không?

- GV mô tả tình huống một CLĐ. Chú ý tọa độ của CLĐ được kí hiệu là s và s  .

(C4) Các em hãy sử dụng phương pháp khảo - HS thực hiện khảo sát động lực sát động lực học để kiểm tra xem CLĐ có dao học CLLX dưới sự hướng dẫn động điều hòa hay không?

- GV hướng dẫn HS thực hiện khảo sát động lực học.

P  T  ma (*)

(*)/Ox:  mg sin   ma Nếu α < 10o   mg  ma  a   g

Đặt  

g

s

 s ''

g

s0

 a   2 s  s ''  2 s  0

của GV.

PL28

- GV hướng dẫn HS kết luận và ghi vào phiếu học tập: CLĐ dao động nhỏ và không ma sát sẽ dao động điều hòa với tần số góc  

g

- HS kết luận và ghi vào phiếu học tập.

(C5) Từ kết quả thu được hãy viết biểu thức - HS viết biểu thức tính chu kì tính chu kì của CLĐ? Nhận xét?

T  2

g

và nhận xét.

Hoạt động 4: GV hướng dẫn HS kiểm chứng biểu thức chu kì của CLĐ? (10 phút) - GV đặt câu hỏi định hướng.

- HS thảo luận đề xuất phương án:

(C7) Làm thế nào có thể kiểm chứng biểu thức Đo chiều dài, tính chu kì sau đó tính chu kì mới tìm được?

sử dụng TBTN đo lại chu kì dao

- GV cung cấp cho HS thông tin gia tốc rơi tự động của CLĐ để so sánh. do tại thành phố Hồ Chí Minh g = 9,78 m/s2.

- GV yêu cầu HS làm TN theo nhóm để kiểm - HS tiến hành TN, ghi số liệu và chứng biểu thức chu kì của CLĐ. Ghi số liệu và kết luận vào phiếu học tập kết luận vào phiếu học tập.

Hoạt động 5: GV hướng dẫn HS khảo sát cơ năng của con lắc đơn (10 phút) - Đặt vấn đề, mọi hiện tượng vật lí phải đều - HS thảo luận theo nhóm và tìm được khảo sát về mặt năng lượng, vậy:

ra 2 dạng năng lượng mà CLĐ

(C8) Con lắc đơn khi dao động có những dạng chắc chắn luôn có. năng lượng nào?

+ Động năng của quả nặng.

- GV định hướng HS: Có rất nhiều dạng năng

+ Thế năng của quả nặng.

lượng CLĐ có thể có, kể cả nhiệt năng (quả nặng nóng), … Nhưng ta quan tâm đến năng lượng mà luôn tồn tại. Các em hãy liên hệ đến các dạng năng lượng đã học ở lớp 10 để kể cho chính xác.

- HS nhớ lại biểu thức.

PL29

- Giáo viên chốt lại 2 dạng năng lượng, sau đó - HS ghi nhận vào phiếu học tập. yêu cầu HS nêu lại công thức tính 2 dạng năng lượng trên, và yêu cầu HS ghi lại kết luận vào phiếu học tập.

Hoạt động 6: Kết thúc bài học - Hệ thống hóa lại kiến thức bằng cách yêu cầu - Phối hợp với giáo viên và giải học sinh làm phần củng cố.

- Giáo viên nhận xét hoạt động, khen các em HS đã tích cực và kết thúc buổi học.

bài trong phần củng cố.

PL30

TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI “BÀI TẬP CON LẮC LÒ XO, CON LẮC ĐƠN” 1. Mục tiêu dạy học của bài Mục tiêu kiến thức - HS tóm tắt và hệ thống hóa được các kiến thức về dao động điều hòa của con lắc lò xo và con lắc đơn. Đồng thời biết các ứng dụng của dao động trong thực tế.

Mục tiêu kỹ năng - HS giải được các bài tập cơ bản về CLLX và CLĐ.

- HS thực hiện được TN xác định khối lượng vật chưa biết bằng CLLX. - HS vận dụng được mối quan hệ của chu kì CLLX với khối lượng để xây dựng được phương án xác định khối lượng vật chưa biết.

2. Hình thức – phương pháp tổ chức dạy học chủ đạo Sử dụng hình thức dạy học lớp – bài tại phòng học, phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề.

3. Những nội dung cần chuẩn bị Những phương tiện dạy học cần chuẩn bị: - Phiếu bài tập (xem phụ lục …).

- Các bộ thí nghiệm con lắc đơn, con lắc lò xo và thiết bị thí nghiệm kết nối ĐTTM dành cho các nhóm học sinh thực hiện trên lớp.

4. Các hoạt động tổ chức dạy học cụ thể Hoạt động của GV

Hoạt động (dự kiến) của HS

Hoạt động 1: GV yêu cầu HS tóm tắt kiến thức (10 phút) - GV đặt câu hỏi và yêu cầu học sinh trả lời trước - HS trả lời câu hỏi. lớp.

(C1) Hãy so sánh CLLX và CLĐ về: cấu tạo, điều kiện dao động điều hòa, chu kì, cơ năng, sau đó ghi vào phiếu học tập.

- GV nhận xét câu trả lời của HS.

PL31

- HS ghi nhận nội dung trả lời vào phiếu học tập.

Hoạt động 2: GV yêu cầu HS giải bài tập vận dụng (Bài tập 1 và 2) (10 phút) - GV: Chia nhóm và yêu cầu HS giải hai bài tập 1 - HS giải theo nhóm ra bảng và 2 trong phiếu học tập, sau đó mời một nhóm nhỏ rồi mang lên trước lớp trình bày kết quả, nhóm còn lại phản biện.

trình bày theo yêu cầu của GV.

Hoạt động 3: GV hướng dẫn HS giải bài tập thực hành (Bài tập 3) (20 phút) - GV chia nhóm, yêu cầu HS thảo luận giải quyết - HS làm việc theo nhóm đưa ra câu a và đề xuất giải pháp cho câu b.

giải thích tại sao có thể tìm được khối lượng m chưa biết.

- GV yêu cầu HS làm việc theo nhóm, tiến hành - HS tiến hành thực hiện thí thực nghiệm đo các giá trị chu kì T1, T2 từ đó tính

nghiệm, tính khối lượng m,

m.

ghi lên bảng nhỏ các giá trị đo và tính được, trình bày trước lớp kết quả của mình.

Hoạt động 4: GV giao nhiệm vụ nghiên cứu thực tiễn ở nhà (5 phút) - GV yêu cầu HS quan sát lại dao động của con - HS lắng nghe và ghi nhận. lắc (mà HS mới thực hiện dao động) sau một thời gian dài và yêu cầu các em về nhà tìm hiểu, trả lời các câu hỏi sau để chuẩn bị cho bài mới (theo nhóm): + Nhóm 1: Các dao động sau một thời gian sẽ tắt dần, nguyên nhân có thể do đâu? + Nhóm 2: Hãy tìm tối thiểu 3 ví dụ về các trường hợp dao động trong thực tế bị tắt dần và 3 trường hợp dao động không bị tắt dần. + Nhóm 3: Hãy sử dụng Internet, tìm với từ khóa “Tacoma Bridge”, rồi tìm hiểu về câu chuyện liên quan đến chiếc cầu này, chuẩn bị cho buổi học sau.

PL32

TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI “DAO ĐỘNG TẮT DẦN. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC” 1. Mục tiêu dạy học của bài Mục tiêu kiến thức - HS nhận biết được trong thực tế mọi dao động đều bị tắt dần do ma sát.

Những trường hợp dao động tồn tại lâu dài mà không bị tắt chỉ có thể rơi vào 3 trường hợp: Ma sát rất nhỏ nên dao động tắt dần rất chậm; Dao động được bổ sung năng lượng đã bị mất nhờ một cơ chế nào đó; Dao động đang bị cưỡng bức bởi ngoại lực.

- HS chỉ ra được vai trò của ma sát trong việc làm cho dao động bị tắt dần, ma sát càng lớn thì dao động tắt dần càng nhanh.

- HS giải thích được một số trường hợp trong thực tế con người tăng ma sát để dao động tắt dần nhanh hơn (lò xo giảm xóc, …)

- HS phân biệt được dao động duy trì và dao động cưỡng bức.

- HS mô tả và chỉ ra được điều kiện xảy ra cộng hưởng cơ.

Mục tiêu kỹ năng - HS phân loại được một số trường hợp dao động trong thực tế: Dao động của đồng hồ quả lắc, dao động của võng, dao động của lò xo giảm xóc của xe máy,…

- HS thu thập được một số ví dụ về cưỡng bức và cộng hưởng trong thực tế.

2. Hình thức – phương pháp tổ chức dạy học chủ đạo Sử dụng hình thức dạy học tổ chức theo nhóm, và tổ chức dạy học lấy phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề làm trung tâm.

3. Những nội dung cần chuẩn bị Những phương tiện dạy học cần chuẩn bị: - Bộ TNKNĐTTM khảo sát dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, cộng hưởng cơ.

- Một số hình ảnh và tư liệu minh họa cho các ứng dụng, kiến thức về dao động tắt dần, cộng hưởng dao động.

Những nội dung cần chuẩn bị:

PL33

- Học sinh phải chuẩn bị trước các nội dung GV giao cho ở bài trước.

- GV chuẩn bị phiếu học tập để HS tiện ghi nhận kiến thức.

4. Các hoạt động tổ chức dạy học cụ thể Hoạt động của GV

Hoạt động (dự kiến) của HS

Hoạt động 1: GV tổ chức cho HS tìm hiểu về dao động tắt dần (10 phút) - GV yêu cầu nhóm 1 lên trình bày kết quả tìm - HS nhóm chỉ định cử đại diện hiểu số 1, đồng thời yêu cầu các nhóm khác trình bày kết quả tìm hiểu của thảo luận, hướng đến trả lời các câu hỏi sau:

nhóm mình.

(C1) Trong thực tế, các dao động tắt dần do - Các nhóm thảo luận trả lời các nguyên nhân nào?

câu hỏi GV đưa ra.

(C2) Điều gì ảnh hưởng đến dao động tắt dần là nhanh hay chậm?

- GV yêu cầu HS thảo luận và đưa ra quan điểm - HS ghi nhận các kiến thức vào dao động tắt dần là có lợi hay có hại? Sau đó phiếu học tập. yêu cầu HS ghi nhận vào phiếu học tập.

Hoạt động 2: GV tổ chức cho HS tìm hiểu dao động duy trì và dao động cưỡng bức (10 phút) - GV yêu cầu nhóm 2 lên trình bày kết quả tìm - HS nhóm chỉ định cử đại diện hiểu số 2, đồng thời yêu cầu các nhóm khác trình bày kết quả tìm hiểu của thảo luận, tập trung phân tích từng ví dụ của HS nhóm mình. đưa ra về khía cạnh nguyên nhân vật dao động lâu dài mà không tắt dần. Nếu chưa đủ ví dụ đảm bảo nói lên dao động duy trì và cưỡng bức thì GV phải cho thêm ví dụ, từ đó giúp HS nhận thức được dao động duy trì và dao động cưỡng bức. Có thể sử dụng bộ câu hỏi định hướng sau: (C3) Từ các ví dụ được phân tích, hãy cho biết - Các nhóm thảo luận trả lời các các dao động không bị tắt dần là do nguyên câu hỏi GV đưa ra. nhân gì?

PL34

(C4) Có sự khác nhau nào giữa dao động lâu dài của chiếc đồng hồ và của xy-lanh trong chiếc xe máy?

- GV giới thiệu tên gọi 2 loại dao động: duy trì và cưỡng bức, cung cấp sự khác nhau giữa hai loại dao động này (về chu kì).

- GV hướng dẫn HS ghi nhận vào phiếu học tập. - HS ghi nhận vào phiếu học tập.

Hoạt động 4: GV tiến hành thí nghiệm biểu diễn về dao động tắt dần, cưỡng bức, cộng hưởng (10 phút) - GV tiến hành làm thí nghiệm về dao động tắt - HS theo dõi và thảo luận (nếu dần, cưỡng bức và cộng hưởng để HS nắm rõ có) hơn về các kiến thức đã học.

Hoạt động 5: Kết thúc bài học (5 phút) - GV yêu cầu HS nhắc lại tên gọi các loại dao - HS nhớ lại kiến thức và trả lời động được nhắc đến trong bài và yêu cầu HS câu hỏi của GV. nêu đặc điểm của từng loại dao động.

PL35

TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI “THỰC HÀNH: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM CÁC ĐỊNH LUẬT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN” 1. Mục tiêu dạy học của bài Mục tiêu kiến thức - HS trình bày được các định luật dao động của con lắc đơn: Chu kì không phụ thuộc vào cách kích thích, khối lượng quả nặng mà tỉ lệ với căn bậc hai của chiều dài và tỉ lệ nghịch với căn bậc hai của gia tốc trọng trường.

- HS tóm tắt được các thao tác chung của phương pháp thực nghiệm: Đề xuất phương án, dự đoán kết quả, tiến hành thí nghiệm, xử lí kết quả, …

Mục tiêu kỹ năng - HS thực hiện được TN khảo sát các định luật dao động của CLĐ với thiết bị TNKNĐTTM. 2. Hình thức – phương pháp tổ chức dạy học chủ đạo Sử dụng hình thức học theo nhóm tại phòng TN, phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề.

3. Những nội dung cần chuẩn bị Những phương tiện dạy học cần chuẩn bị: - Bàn ghế sắp xếp phù hợp với học theo nhóm và có làm thí nghiệm.

- Các bộ thí nghiệm đủ cho mỗi nhóm.

- Các cơ sở vật chất thông thường khác: Bảng, máy chiếu, điện, …

4. Các hoạt động tổ chức dạy học cụ thể Hoạt động của GV

Hoạt động (dự kiến) của HS

Hoạt động 1: GV xác định mục đích buổi thực hành (10 phút) - GV đặt câu hỏi và yêu cầu học sinh trả lời - HS trả lời câu hỏi C1, C2. trước lớp.

(C1) Hãy nêu cấu tạo con lắc đơn? Điều kiện nào CLĐ dao động điều hòa?

PL36

(C2) Hãy nêu các đặc điểm của chu kì con lắc đơn.

- GV nhận xét và ghi nhận 3 quy luật của chu - Học sinh chú ý nghe. kì: không phụ thuộc cách kích thích (biên độ), không phụ thuộc khối lượng, tỉ lệ với căn bậc hai chiều dài.

- GV thông báo mục đích buổi thực hành: Khảo - HS ghi nhận vào phiếu học tập. sát các định luật dao động của CLĐ bằng thực nghiệm, cụ thể là các định luật: + Chu kì không phụ thuộc biên độ. + Chu kì không phụ thuộc khối lượng. + Chu kì tỉ lệ với chiều dài con lắc.

Hoạt động 2: GV hướng dẫn HS đề xuất phương án thực hành? (10 phút) - Giáo viên đặt câu hỏi:

- HS đề xuất phương án: Thay đổi

(C3) Bạn nào hãy đề xuất phương án thực cách kích thích, mỗi lần như vậy nghiệm, trong đó chúng ta có thể kiểm chứng đo chu kì dao động của vật, sau quy luật 1?

nhiều lần sẽ kết luận được quy luật 1 có đúng hay không. Nếu chu kì không thay đổi thì quy luật 1 đúng và ngược lại.

- GV nhận xét và thống nhất phương án thực hành.

- Giáo viên đặt câu hỏi: (C4) Bạn nào hãy đề xuất phương án thực - HS đề xuất phương án: Thay đổi nghiệm, trong đó chúng ta có thể kiểm chứng khối lượng vật nặng, mỗi lần như quy luật 2?

vậy đo chu kì dao động của vật, sau nhiều lần sẽ kết luận được quy luật 1 có đúng hay không.

PL37

- GV nhận xét và thống nhất phương án thực - HS đề xuất phương án: Thay đổi hành.

chiều dài CLĐ, mỗi lần như vậy

- Giáo viên đặt câu hỏi:

đo chu kì dao động của vật, sau

(C5) Bạn nào hãy đề xuất phương án thực nhiều lần, ta vẽ đồ thị chu kì theo nghiệm, trong đó chúng ta có thể kiểm chứng căn bậc hai của chiều dài, nếu quy luật 3?

quan hệ là đường thẳng thì suy ra

- GV hướng dẫn HS nhận ra biện pháp để biết chu kì tỉ lệ với căn bậc hai của 2 đại lượng tỉ lệ với nhau hay không, đó là khảo chiều dài (tức quy luật 3 đúng), sát đồ thị phụ thuộc giữa chúng xem có phải còn không thì quy luật 2 sai. đường thẳng không hoặc lập tỉ lệ.

Hoạt động 3: Học sinh khảo sát thực nghiệm 3 định luật? (60 phút) - GV: Chúng ta sẽ tiến hành khảo sát 2 định luật - HS lắng nghe. theo phương án đã thảo luận. Các em sẽ khảo sát theo nhóm, cử một thư kí ghi kết quả và hoàn thành báo cáo.

- GV: Báo cáo sẽ gồm: Mục đích, Phương án thực nghiệm, Kết quả thực nghiệm, Kết luận như trong phiếu học tập đã đề xuất.

- GV yêu cầu các nhóm bắt đầu thực hành.

- HS bắt đầu thực hành theo

- GV theo dõi và hỗ trợ các nhóm thực hành.

nhóm.

- Còn 10 phút cuối, GV nhắc HS hoàn thiện báo cáo.

- HS hoàn thiện báo cáo.

Hoạt động 4: Kết thúc bài học (10 phút) - GV gọi đại diện các nhóm đứng dậy báo cáo - HS đứng dậy báo cáo kết quả kết quả thực hành của nhóm, tập trung nhận xét: theo yêu cầu của GV. Đã kiểm chứng được định luật nào?

- GV yêu cầu thu dọn thiết bị và ra về.

- HS thu dọn thiết bị và ra về 5. Các chú ý và dự kiến các tính huống phát sinh khi dạy học

PL38

Hoạt động nhóm, đặc biệt là hoạt động thực hành, thường rất dễ xảy ra tình trạng một số học sinh ỷ lại, không tham gia tích cực vào hoạt động nhóm. Giáo viên phải thường xuyên đi nhắc nhở các em. Hoặc có thể sử dụng biện pháp cho điểm theo nhóm, rồi nhóm tự chia điểm cho các thành viên trong nhóm, miễn sao trung bình điểm của tất cả các thành viên không vượt qua điểm của nhóm do GV cho.

PL39

PHỤ LỤC 2.2: CÁC PHIẾU HỌC TẬP CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ BÀI 1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 1. Khái niệm dao động, chu kì và tần số của dao động a. Dao động: ......................................................................................................... .............................................................................................................................. ..............................................................................................................................

Mỗi dao động đều có một ...................................... và hai ............................... b. Dao động tuần hoàn: ......................................................................................... .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. c. Chu kì dao động là: ........................................................................................... .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. d. Tần số dao động là: ........................................................................................... .............................................................................................................................. ..............................................................................................................................

Công thức liên hệ giữa chu kì và tần số là:

2. Dao động điều hòa a. Định nghĩa: ....................................................................................................... .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. b. Phương trình li độ/ chuyển động: .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ..............................................................................................................................

PL40

c. Đồ thị li độ:

3. Làm thế nào để kiểm chứng một vật dao động là điều hòa hay không?

Muốn biết một vật có dao động điều hòa hay không, chúng ta có thể dùng cách: Kiểm tra xem đồ thị li độ của vật có phải là ........................................ hay không (bằng cách sử dụng thiết bị TNKNĐTTM).

4. Khảo sát dao động của một số dao động thực tế a. Khảo sát dao động của con lắc lò xo Kết quả khảo sát: Kết quả thu được khi sử dụng thiết bị TNKNĐTTM cho thấy dao động của con lắc lò xo ............................................................................ b. Khảo sát dao động của con lắc đơn Kết quả khảo sát: Kết quả thu được khi sử dụng thiết bị TNKNĐTTM cho thấy dao động của con lắc đơn .............................................................................. c. Khảo sát dao động của quyển sách được di chuyển dao động bằng tay Kết quả khảo sát: Kết quả thu được khi sử dụng thiết bị TNKNĐTTM cho thấy dao động của quyển sách ......................................................................................

5. Khảo sát vận tốc, gia tốc của một vật dao động điều hòa bằng lý thuyết Khi một vật chuyển động trên trục Ox, có phương trình chuyển động x = x(t). + Vận tốc của vật: ................................................................................................ + Gia tốc của vật: ................................................................................................

Xét một vật dao động điều hòa có phương trình chuyển động: x = Acos(ωt + φ). + Vận tốc của vật sẽ là: ........................................................................................

PL41

.............................................................................................................................. + Gia tốc của vật sẽ là: .........................................................................................

..............................................................................................................................

Các nhận xét: + Về giá trị cực đại: .............................................................................................

.......................................................................................................................... .......................................................................................................................... + Về pha: ............................................................................................................. + Về sự biến thiên: .............................................................................................

.......................................................................................................................... .......................................................................................................................... + Về giá trị tức thời: ............................................................................................

.......................................................................................................................... .......................................................................................................................... ..........................................................................................................................

PL42

BÀI 2: CON LẮC LÒ XO 1. Cấu tạo con lắc lò xo .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

2. Khảo sát động lực học con lắc lò xo Xét một con lắc lò xo nằm ngang như hình vẽ.

Chọn trục tọa độ Ox trùng với quỹ đạo, gốc tọa độ O tại VTCB, chiều dương như hình vẽ.

Kích thích cho quả nặng dao động quanh VTCB. Xét vật tại vị trí có li độ x, theo định luật II Newton ta được: ..............................................................................................................................

Chiếu lên chiều dương: .......................................................................................... .............................................................................................................................. ..............................................................................................................................

Kết luận: ............................................................................................................... .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ..............................................................................................................................

3. Kiểm chứng biểu thức chu kì con lắc lò xo bằng thực nghiệm a. Tiến hành TN: b. Kết quả TN: + Số liệu đo khối lượng: ...................................................................................... + Số liệu đo độ cứng: ............................................................................................ + Chu kì theo tính toán: ........................................................................................ + Chu kì dao động đo bằng TBTNKNĐTTM: ......................................................

c. Kết luận: ................................................................................................................ .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

4. Khảo sát cơ năng của con lắc lò xo a. Năng lượng của con lắc gồm những dạng năng lượng nào?

PL43

+ Động năng của vật nặng: .................................................................................. + Thế năng của lò xo: ..........................................................................................

b. Cơ năng của con lắc có đặc điểm gì nổi bật? .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

5. Bài tập củng cố tại lớp Câu 1: Có … phương án để xác định một vật nào đó có dao động điều hòa hay không?

Phương án 1: Khảo sát các………….. tác dụng lên vật → viết phương trình định luật………Newton → Chiếu lên phương dao động → So sánh với biểu thức ……→ Kết luận.

Phương án 2: Đo ………. của vật theo thời gian → Vẽ …………..li độ → Kiểm tra xem đồ thị li độ có dạng………………….hay không? → Kết luận.

Câu 2: Con lắc lò xo có cấu tạo gồm ………….. và …………….

Câu 3: Dao động của con lắc lò xo khi bỏ qua ma sát là dao động ………………………. với chu kì chỉ phụ thuộc vào ……………… và …………….

Câu 4: Một con lắc lò xo gồm vật nặng khối lượng 200g gắn vào đầu một lò xo nhẹ có độ cứng k = 200 N/m. Con lắc treo thẳng đứng. Bỏ qua mọi ma sát. Chu kì dao động của con lắc là ……..giây.

Câu 5: Con lắc lò xo khi dao động chắc chắn có 2 dạng năng lượng: + ………….. năng của ………….., có biểu thức là .............................................. + ……………năng của ………….., có biểu thức là .............................................

PL44

BÀI 3: CON LẮC ĐƠN 1. Cấu tạo con lắc đơn .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

2. Khảo sát động lực học con lắc đơn ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... ....................................................................................... .......................................................................................

Kết luận: ............................................................................................................... .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

3. Kiểm chứng công thức tình chu kì CLĐ bằng thực nghiệm a. Tiến hành TN: b. Kết quả TN: + Số liệu gia tốc rơi tự do: ................................................................................... + Số liệu đo chiều dài: .........................................................................................

.............................................................................................................................. + Chu kì theo tính toán: ....................................................................................... + Chu kì dao động đo bằng TNKNĐTTM: ..........................................................

c. Kết luận: .............................................................................................................................. ..............................................................................................................................

4. Năng lượng của con lắc đơn

PL45

a. Năng lượng của con lắc đơn gồm + Động năng của quả nặng: ................................................................................. + Thế năng của quả nặng: ....................................................................................

b. Cơ năng của con lắc có đặc điểm gì nổi bật? .............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ..............................................................................................................................

5. Củng cố Câu 1: Con lắc đơn có cấu tạo gồm ………….. và …………….

Câu 2: Dao động của con lắc đơn khi bỏ qua ma sát và dao động …………… là dao động ………………. với chu kì chỉ phụ thuộc vào ……………… và …………….

Câu 3: Biểu thức tính chu kì của con lắc đơn là: ………………….

Câu 4: Một con lắc đơn gồm vật nặng khối lượng 200g gắn vào đầu một sợi dây nhẹ, không dãn, có chiều dài 1 m. Bỏ qua mọi ma sát. Kích thích cho con lắc đơn dao động với biên độ 5o tại nơi có gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2. Chu kì dao động của con lắc đơn đó là giây.

Câu 5: Con lắc đơn khi dao động chắc chắn có 2 dạng năng lượng đó là: + …………… năng của quả nặng, có biểu thức là ………………. + …………… năng của quả nặng, có biểu thức là ……………….

PL46

PHỤ LỤC 2.3: PHIẾU BÁO CÁO THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CON LẮC LÒ XO I. Mục đích - Kiểm chứng dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa.

- Khảo sát thực nghiệm nhằm xác định hình dạng đồ thị li độ x theo thời gian t của dao động điều hòa. Từ đó suy ra phương trình li độ x theo thời gian t.

- Khảo sát thực nghiệm nhằm phát hiện ảnh hưởng của biên độ, khối lượng, độ cứng lò xo của con lắc lò xo đối với chu kì dao động T. II. Cơ sở lý thuyết Trình bày tóm tắt các nội dung sau 1. Dao động điều hòa: định nghĩa, phương trình dao động, hình dạng đồ thị dao động. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

2. Con lắc lò xo: Công thức tính chu kì con lắc lò xo, chú thích, đơn vị: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

III. Kết quả thí nghiệm 1. Thí nghiệm 1: Xác định dạng đồ thị của dao động điều hòa

PL47

Nhận xét: Vẽ đồ thị, từ đó suy ra phương trình dao động điều hòa x theo t .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

2. Thí nghiệm 2: Kiểm chứng mối liên hệ giữa khối lượng và độ cứng của lò xo đối với chu kì của con lắc lò xo Độ cứng của lò xo: k = Lần đo

Khối lượng m (kg)

N/m t = 10T

Chu kì T

Tỉ số

T2 m

1 2 3 Nhận xét: Mối liên hệ giữa khối lượng và chu kì của con lắc lò xo .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

Nhận xét về kết quả đo được và kết quả từ lý thuyết, tìm hiểu nguyên nhân nếu có sự khác biệt. Đề xuất hai phương án khắc phục: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

PL48

KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CON LẮC ĐƠN I. Mục đích - Kiểm chứng dao động của con đơn.

- Khảo sát thực nghiệm nhằm xác định hình dạng đồ thị li độ x theo thời gian t của dao động điều hòa. Từ đó suy ra phương trình li độ x theo thời gian t.

- Khảo sát thực nghiệm nhằm phát hiện ảnh hưởng của biên độ, chiều dài con lắc đơn đối với chu kì dao động T. - Xác định gia tốc trọng trường nơi làm thí nghiệm.

II. Cơ sở lý thuyết Trình bày tóm tắt các nội dung sau 1. Dao động điều hòa: định nghĩa, phương trình dao động, hình dạng đồ thị dao động. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

2. Con lắc đơn: Công thức tính chu kì con lắc lò xo, chú thích, đơn vị: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

III. Kết quả thí nghiệm 1. Thí nghiệm 1: Xác định dạng đồ thị của dao động điều hòa

PL49

Nhận xét: Vẽ đồ thị, từ đó suy ra phương trình dao động điều hòa x theo t .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

2. Thí nghiệm 2: Xác định chu kì của con lăc đơn Chiều dài dây treo:     .............  ................

Lần đo

t = 10T

Chu kì T

T

1 2 3 Trung bình Kết quả: T  T  T  .............  ................

Nhận xét về kết quả đo được và kết quả từ lý thuyết, tìm hiểu nguyên nhân nếu có sự khác biệt. Đề xuất hai phương án khắc phục: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

PL50

PHỤ LỤC 3.1: ĐỀ KIỂM TRA 15 PHÚT CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” KIỂM TRA 15 PHÚT CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” Họ và tên: .............................................................. Lớp: .......................................

Câu 1. Con lắc lò xo gồm một vật nhỏ khối lượng m gắn vào đầu một lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể. Kích thích cho con lắc dao động điều hòa theo phương thẳng đứng. Chu kì dao động của con lắc là A. T  2

m . k

B. T  2

1 2

m . k

D. T 

C. T 

1 2

k . m k m

Câu 2. Một vật dao động điều hòa với phương trình x= Acos(t+ ). Biểu thức nào sau đây là phương trình vận tốc của vật?

A. v= -Acos(t+ ).

B. v= -Asin(t+ ).

C. v= -2Asin(t+ ).

D. v= -2Acos(t+ ).

Câu 3. Một chất điểm dao động điều hòa có phương trình x = 5cos(5πt -

π ) cm, t tính 4

bằng giây. Dao động này có A. chu kì 0,2s.

B. tần số góc 5 rad/s.

C. biên độ 0,05 cm.

D. tần số 2,5 Hz.

Câu 4. Một con lắc lò xo treo thẳng đứng dao động với chu kì 0,5s. Khối lượng quả nặng 400g. Lấy π2 ≈ 10, cho g = 10m/s2. Độ cứng của lò xo là A. 640 N/m.

B. 64 N/m.

C. 25 N/m.

D. 32 N/m.

Câu 5. Con lắc đơn dao động điều hòa, khi tăng khối lượng của vật nặng lên 4 lần thì tần số dao động của vật A. tăng lên 4 lần.

B. tăng lên 2 lần.

C. giảm đi 2 lần.

D. không thay đổi.

Câu 6. Trong dao động điều hòa thì A. đồ thị li độ theo thời gian có dạng hàm sin/cos.

B. biên độ biến thiên liên tục.

PL51

C. cơ năng biến thiên liên tục.

D. vận tốc luôn không đổi.

Câu 7. Đồ thị dao động điều hòa như hình vẽ. Phương trình dao động có dạng nào dưới đây π 2

A. x = 10cos(2πt + ) cm.

B. x = 10cos(2πt -

π ) cm.

2

C. x = 10cos(πt +

π ) cm.

2

D. x = 10cos(πt -

π ) cm.

2

Bài giải: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

Câu 8. : Một con lắc đơn có khối lượng vật nặng m = 0,2kg, chiều dài dây treo , dao động nhỏ với biên độ S0 = 5cm và chu kì T = 2s. Lấy g =  2 = 10m/s2. Cơ năng của con lắc là A. 25.10-5 J.

B. 25.10-4 J.

C. 25.10-3 J.

D. 5.10-5 J.

Câu 9. Một vật tham gia đồng thời hai dao động điều hòa có phương trình x1 = 3cos(10πt) cm và x 2 = 4cos(10πt - π) cm. Biên độ dao động tổng hợp là

A. 7 cm.

B. 1 cm.

C. 5 cm.

D. -1 cm.

Câu 10. Dao động cơ tắt dần A. có biên độ tăng dần theo thời gian.

B. có biên độ giảm dần theo thời gian.

C. có li độ tăng dần theo thời gian.

D. có li độ giảm dần theo thời gian.

PL52

PHỤ LỤC 3.2: PHIẾU QUAN SÁT NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH Phiếu 1: PHIẾU QUAN SÁT NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH BÀI “ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA”

PHIẾU QUAN SÁT NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH Họ và tên học sinh:

Nhóm:

Người quan sát: Tên bài học: Lớp: 12A2

Tiết 1+2 - Bài 1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA Sĩ số: 34/34

Số học sinh vắng mặt: 0

MỤC TIÊU: Xác định đồ thị của li độ/vận tốc/gia tốc theo thời gian của một vật dao động điều hòa có dạng hàm sin/cos (Làm việc nhóm) Mức độ Hành vi Phát hiện vấn đề mới về sự kiện vật lí được quan sát, trải nghiệm Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu Đưa ra các dự đoán/ giả thiết Đề xuất các phương án thí nghiệm.

Lựa chọn phương án khả thi Lập kế hoạch thí nghiệm Lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm Lắp ráp thiết bị thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm Thu thập kết quả thí nghiệm Xử lí số liệu, biểu diễn kết quả thu được Biện luận những kết quả rút ra từ TN

Mức 1

Mức 2

Mức 3

(Không đạt)

(Trung bình)

(Đạt)

PL53

Đánh giá cải tiến phép đo Nhận xét: .................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

PL54

Phiếu 2: PHIẾU QUAN SÁT NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH BÀI “ CON LẮC LÒ XO”

PHIẾU QUAN SÁT NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH Họ và tên học sinh:

Nhóm:

Người quan sát: Tên bài học: Lớp: 12A2

Tiết 4 - Bài 2: CON LẮC LÒ XO Sĩ số: 34/34

Số học sinh vắng mặt: 0

MỤC TIÊU: Xác định sự phụ thuộc của tần số góc, chu kì, tần số của con lắc lò xo theo khối lượng vật nặng và độ cứng của lò xo.

(Làm việc nhóm) Mức độ Hành vi

Mức 1

Mức 2

Mức 3

(Không đạt)

(Trung bình)

(Đạt)

Phát hiện vấn đề mới về sự kiện vật lí được quan sát, trải nghiệm Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu Đưa ra các dự đoán/ giả thiết Đề xuất các phương án thí nghiệm.

Lựa chọn phương án khả thi Lập kế hoạch thí nghiệm Lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm Lắp ráp thiết bị thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm Thu thập kết quả thí nghiệm Xử lí số liệu, biểu diễn kết quả thu được Biện luận những kết quả rút ra từ TN Đánh giá cải tiến phép đo Nhận xét: ..................................................................................................................

PL55

Phiếu 3: PHIẾU QUAN SÁT NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH THAM GIA HOẠT ĐỘNG NGOẠI KHÓA (phần 1)

PHIẾU QUAN SÁT NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH Họ và tên học sinh:

Nhóm:

Người quan sát: Giáo viên Phùng Thị Thái Hà HOẠT ĐỘNG NGOẠI KHÓA TRẢI NGHIỆM SÁNG TẠO Phần 1: Tìm hiểu, quan sát các thiết bị hiện có, thu thập dữ liệu cần thiết cho việc lên phương án thiết kế thiết bị thí nghiệm đo chu kì con lắc đơn Lớp: 12A2

Sĩ số: 34/34

Số học sinh vắng mặt: 0

MỤC TIÊU: Đánh giá năng lực thực nghiệm với nhiệm vụ của các nhóm.

(Làm việc nhóm) Mức độ Nhiệm vụ

Mức 1

Mức 2

Mức 3

(Không đạt)

(Trung bình

(Đạt)

Quan sát, nhận xét sự tương đồng, khác biệt của hai bộ dụng cụ thí nghiệm Nhận dạng dụng cụ, tiến hành thí nghiệm theo mô tả ở đề bài.

Lập kế hoạch thiết kế, bản vẽ, mô hình thiết kế Lựa chọn dụng cụ thiết kế Nhận xét: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

PL56

Phiếu 4: PHIẾU QUAN SÁT NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH THAM GIA HOẠT ĐỘNG NGOẠI KHÓA (phần 2)

PHIẾU QUAN SÁT NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH Họ và tên học sinh:

Nhóm:

Người quan sát: Giáo viên Phùng Thị Thái Hà HOẠT ĐỘNG NGOẠI KHÓA TRẢI NGHIỆM SÁNG TẠO Phần 2: Thiết kế, chế tạo thiết bị đo chu kì con lắc đơn Lớp: 12A2

Sĩ số:

Số học sinh vắng mặt: 0

MỤC TIÊU: Đánh giá năng lực thực nghiệm với nhiệm vụ của các nhóm.

(Làm việc nhóm) Mức độ Tiêu chí

Mức 1

Mức 2

Mức 3

(Không đạt)

(Trung bình)

(Đạt)

Xác định cơ sở lý thuyết cho việc chế tạo các thiết bị Đưa ra các phương án thiết kế, chế tạo thiết bị Chế tạo thiết bị Hoạt động của thiết bị Đưa ra các biện pháp nhằm nâng cao chất lượng thiết bị Nhận xét: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

PL57

PHỤ LỤC 3.3: PHIẾU LẤY Ý KIẾN CỦA HỌC SINH PHIẾU LẤY Ý KIẾN HỌC SINH SAU KHI THAM GIA HOẠT ĐỘNG NGOẠI KHÓA (Phiếu trao đổi ý kiến phục vụ cho nghiên cứu khoa học không có mục đích đánh giá chất lượng học sinh, rất mong các em cộng tác và trả lời trung thực các câu hỏi dưới đây) Họ và tên: ....................................................................... Lớp: ................................ Đánh dấu “X” vào lựa chọn em cho là phù hợp nhất.

Danh sách ý kiến đánh giá

Không đồng ý

I. Về kiến thức 1. HĐNK giúp em củng cố, mở rộng kiến thức đã học trong các tiết học trên lớp.

2. HĐNK giúp em vận dụng được lý thuyết vào thực tiễn; thấy được những ứng dụng của kiến thức đã học trong đời sống kỹ thuật.

II. Về kỹ năng 1. HĐNK giúp em biết cách chế tạo một số dụng cụ TN và tiến hành TN. 2. Sau thi tham gia HĐNK, em được rèn luyện kỹ năng giải quyết vấn đề khi chế tạo dụng cụ TN. 3. Em được rèn kỹ năng làm việc nhóm hiệu quả thông qua HĐNK 4. Thông qua HĐNK, em được bồi dưỡng năng lực thực nghiệm.

Đồng ý một phần

Đồng ý

Hoàn toàn đồng ý

PL58

5. Được rèn luyện ngôn ngữ và kỹ năng phát biểu trước đám đông thông qua các bài thuyết trình, báo cáo, thảo luận nhóm.

III. Về thái độ 1. Có hứng thú học vật lí , yêu cầu tìm tòi khoa học; trân trọng đối với những nhóm đóng của vật lí học đối với công lao của các nhà khoa học.

2. Có tinh thần hợp tác trong học tập; có thái độ khánh quan, trung thực; có tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác.

3 Có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lí vào đời sống nhằm cải thiện đk sống, học tập cũng như để bảo vệ giữ gìn môi trường tự nhiên.  Những đóng góp, kiến nghị của bản thân sau khi tham gia hoạt động ngoại khóa: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. ..................................................................................................................................

PL59

PHỤ LỤC 3.4. MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM

Hình 1. Giáo viên hướng dẫn học sinh tìm hiểu các thành phần của thiết bị thí nghiệm

Hình 2. Giáo viên hướng dẫn học sinh làm thí nghiệm

PL60

Hình 3. Các nhóm tiến hành quang sát thiết bị thí nghiệm

Hình 4. Học sinh tiến hành thí nghiệm

PL61

Hình 5+6. Học sinh thu thập và xử lí kết quả thí nghiệm trên điện thoại

Hình 7+8. Học sinh thảo luận tìm hiểu thiết bị thí nghiệm

PL62

Hình 9+10. Học sinh tiến hành thí nghiệm và thu thập số liệu

Hình 11. Đồ thị học sinh thu được

PL63

Hình 12. Sơ đồ thiết kế và các sản phẩm thu được của học sinh