Skkn Ứng dụng công nghệ số trong cải tiến thiết bị thí nghiệm Đo gia tốc rơi tự do và tích hợp vào dạy học thực hành vật lí 10 – chương trình gdpt 2018

SÁNG KIẾN Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SỐ TRONG CẢI TIẾN THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO VÀ TÍCH HỢP VÀO DẠY HỌC THỰC HÀNH VẬT LÍ 10 – CHƯƠNG TRÌNH GDPT 2018 Lĩnh vực: Vật lí.

SÁNG KIẾN

Tên đề tài:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SỐ TRONG CẢI TIẾN THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO VÀ TÍCH HỢP VÀO DẠY HỌC THỰC HÀNH VẬT LÍ 10 – CHƯƠNG TRÌNH GDPT 2018

Lĩnh vực: Vật lí

SỞ GD&ĐT NGHỆ AN TRƯỜNG THPT ANH SƠN 3

SÁNG KIẾN

Tên đề tài:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SỐ TRONG CẢI TIẾN THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO VÀ TÍCH HỢP VÀO DẠY HỌC THỰC HÀNH VẬT LÍ 10 – CHƯƠNG TRÌNH GDPT 2018

Lĩnh vực: Vật lí

Tác giả: Hoàng Anh Tài – Giáo viên môn Vật lí

Nguyễn Công Tú – Giáo viên môn Vật lí

Tổ chuyên môn: Tự nhiên

Trường: THPT Anh Sơn 3

Năm thực hiện: 2024 - 2025

Điện thoại: 0946 990 789

1.2.1 Một số ưu điểm và hạn chế của bộ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự

do được cấp khi thực hiện chương trình GDPT 2006

7

1.2.2 Khảo sát thực trạng và việc sử dụng bộ thí nghiệm đo gia tốc

rơi tự do ở các trường THPT trên địa bàn huyện Anh Sơn và Con Cuông

9

2 Giải pháp ứng dụng công nghệ số trong cải tiến thiết bị thí nghiệm đo

gia tốc rơi tự do và tích hợp vào dạy học thực hành Vật lí 10

2.1.6 Khảo sát độ ổn định và độ chính xác của bộ thí nghiệm đã cải

3.6 Phân tích kết quả khảo sát thực nghiệm 50

4 Khảo sát sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp đề xuất 51

4.4 Kết quả khảo sát về sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp 53

Phần 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lý do chọn đề tài

Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 được xây dựng theo hướng tiếp cận năng lực người học, nhằm tạo ra sự chuyển biến căn bản và toàn diện trong chất lượng và hiệu quả giáo dục Để đạt được mục tiêu này, chương trình yêu cầu cụ thể hóa các phẩm chất và năng lực cần hình thành cho học sinh, bao gồm cả năng lực chung và năng lực đặc thù của từng môn học Năng lực chung bao gồm khả năng tự học, giao tiếp, giải quyết vấn đề và hợp tác, trong khi năng lực đặc thù được thiết kế để phát triển kỹ năng và kiến thức sâu hơn trong các lĩnh vực môn học cụ thể Điều này giúp học sinh không chỉ nắm vững kiến thức mà còn phát triển các kỹ năng cần thiết để áp dụng vào thực tiễn và trở thành những công dân toàn cầu năng động và thành công

Trong bối cảnh thực hiện chương trình mới, việc đổi mới phương pháp dạy học trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết nhằm nâng cao chất lượng giáo dục và đáp ứng nhu cầu thực tiễn Đặc biệt, phương pháp dạy học thực hành thí nghiệm đã được chú trọng vì nó giúp học sinh phát huy tính sáng tạo, khả năng giải quyết vấn đề, và nâng cao kỹ năng thực tiễn Việc áp dụng phương pháp này không chỉ tạo cơ hội cho học sinh trải nghiệm trực tiếp các hiện tượng khoa học mà còn góp phần vào hình thành năng lực đặc thù của bộ môn là tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí

Tuy thí nghiệm thực hành đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện chương trình mới nhưng nhiều trường THPT đang phải đối mặt với vấn đề thiếu thiết bị dạy Các bộ thí nghiệm được cấp sẵn từ khi thực hiện chương trình GDPT

2006 do thời gian sử dụng lâu năm nên hư hỏng khá nhiều, các bộ thí nghiệm mới

do kinh phí lớn nên các trường chưa đủ điều kiện mua sắm mới Các thiết bị thí nghiệm không được duy trì và cập nhật thường xuyên dẫn đến việc khó khăn trong việc thực hiện các bài thực hành, làm giảm hiệu quả của phương pháp dạy học thực hành

Thực tế dạy học nội dung “Thực hành: Đo gia tốc rơi tự do” cho thấy các

bộ thí nghiệm xuống cấp và hư hỏng nhiều dẫn tới không đủ bộ thí nghiệm cho việc tổ chức dạy học, đồng thời các thí nghiệm cũng sẽ thiếu độ chính xác Việc mua sắm riêng các bộ phận của thí nghiệm không khả thi vì các công ty cung cấp thiết bị dạy học không bán riêng tùng bộ phận, còn nếu mua nguyên bộ thì các trường sẽ gặp khó khăn vì kinh phí cho mỗi bộ tương đối cao Từ đó, việc cải tiến

và khắc phục bộ thí nghiệm là yêu cầu cấp thiết để đáp ứng yêu cầu của việc thực hiện chương trình mới

Qua tìm hiểu, tôi thấy chưa có đề tài nào nghiên cứu cải tiến các bộ thí nghiệm này Nhằm để GV thấy được tầm quan trọng và những lợi ích rõ rệt từ việc ứng dụng cộng nghệ số vào cải tiến các bộ thí nghiệm thực hành và tích hợp chúng vào tổ chức dạy học thực hành theo hướng phát triển năng lực cho học sinh,

tôi đã chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ số trong cải tiến thiết bị thí nghiệm

đo gia tốc rơi tự do và tích hợp vào dạy học thực hành Vật lí 10 – Chương trình GDPT 2018” làm đề tài sáng kiến Hi vọng sẽ giúp cho các đồng nghiệp có thêm một kênh thông tin để tiếp cận, nghiên cứu và ứng dụng vào việc dạy học

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

2.1 Mục đích nghiên cứu:

Cải tiến các nhược điểm và khắc phục các bộ phận hư hỏng của bộ thí nghiệm thực hành đo gia tốc rơ tự do và kết nối với đầu ra là các thiết bị số như điện thoại thông minh, máy tính bảng hoặc máy tính

Sử dụng bộ thí nghiệm đã cải tiến để hình thành kiến thức mới theo hướng phát triển năng lực góp phần đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo, phát triển năng lực của HS, từ đó nâng cao chất lượng dạy học môn Vật lí

2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn của việc đổi mới phương pháp dạy học đáp ứng yêu cầu chương trình GDPT 2018

- Công nghệ cảm biến

- Các chuẩn kết nối và chuyển đổi tín hiệu từ thí nghiệm sang các thiết bị số

- Kết nối thí nghiệm với các thiết bị số như điện thoại thông minh, máy tính bảng hoặc máy tính

- Quy trình tổ chức hoạt động hình thành kiến thức mới thông qua thí nghiệm thực hành

- Năng lực thực nghiệm hình thành ở học sinh thông qua dạy học thực hành thí nghiệm

- Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng tính hiệu quả, tính cấp thiết và tính khả thi của đề tài nghiên cứu

3 Giả thuyết khoa học

Nếu cải tiến được bộ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do, thì sẽ đáp ứng được yêu cầu về số lượng thiết bị thí nghiệm đồng thời giúp bộ thí nghiệm sử dụng hiệu quả và hiện đại hơn, từ đó nâng cao chất lượng và hiệu quả của bài thực hành trong quá trình dạy học, góp phần kích thích sự hứng thú học tập cho HS và nâng cao chất lượng dạy học đối với môn Vật lí

4 Phạm vi nghiên cứu

- Nội dung thực hành đo gia tốc rơi tự do Vật lí 10 – Chương trình GDPT 2018

- Công nghệ số với thí nghiệm thực hành vật lí Cảm biến và các chuẩn kết nối

- Thực nghiệm sư phạm dạy học các lớp lựa chọn môn Vật lí

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên các tài liệu liên quan đến nội dung của đề tài: Sách giáo khoa Vật lí, sách bài tập, sách tham khảo, báo chí, internet…liên quan để soạn thảo tiến trình dạy học theo định hướng nghiên cứu

- Phương pháp điều tra: theo bảng hỏi nhằm tìm hiểu thực trạng việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học bộ môn Vật lí

- Phương pháp thu thập thông tin: Lấy thông tin từ các giáo viên bộ môn trong trường, một số trường lân cận về các nội dung liên quan đến đề tài Dự giờ, trao đổi ý kiến với các giáo viên trong tổ và ngoài tổ để trao đổi thảo luận và rút kinh nghiệm

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: thực nghiệm giảng dạy ở một số lớp để xem xét tính khả thi và hiệu quả của đề tài

- Phương pháp thống kê toán học: Sử dụng thống kê toán học để phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm

6 Đóng góp của đề tài

Thông qua khảo sát nhận thấy những khó khăn về thiết bị dạy học phục vụ chương trình mới, từ đó cải tiến thí nghiệm thực hành đo gia tốc rơi tự do và ứng dụng nó vào dạy học nhằm đáp ứng yêu cầu chương trình GDPT 2018 môn Vật

lí Đề tài này hoàn toàn được rút ra từ kinh nghiệm bản thân trong quá trình dạy học, thể hiện được tính mới và đóng góp của đề tài cho bộ môn là:

+ Khắc phục nhược điểm của nam châm điện, kết nối phức tạp trong bộ thí nghiệm thực hành đo gia tốc rơi tự do

+ Kết nối bộ thí nghiệm với các thiết bị số phổ biến như điện thoại thông minh, máy tính bảng hoặc máy tính

+ Cải tiến được bộ thí nghiệm đo gia tốc tự do với kết quả ổn định và chính xác hơn bộ thí nghiệm cấp sẵn đã sử dụng lâu năm không còn hoạt động ổn định + Thực hiện được yêu cầu của đổi mới phương pháp dạy học, đa dạng hóa các hình thức thiết kế, tổ chức dạy học môn Vật lí trong giai đoạn hiện nay

+ Xác định phương pháp, kĩ thuật dạy học áp dụng hoạt động dạy học sử dụng bộ thí nghiệm đã cải tiến

+ Xây dựng bộ công cụ đánh giá các năng lực phù hợp với cách vận hành của bộ thí nghiệm

+ Xây dựng kế hoạch bài dạy minh họa cho quá trình dạy học thực hành – Vật lí

10 sử dụng bộ thí nghiệm đã cải tiến

Phần 2 NỘI DUNG

1 Cơ sở lý luận, thực tiễn của đề tài

1.1 Cơ sở lí luận

1.1.1 Cơ sở lí luận về dạy học phát triển phẩm chất và năng lực

1.1.1.1 Những vấn đề chung về dạy học phát triển phẩm chất và năng lực

Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 tập trung vào việc rèn luyện 05 phẩm chất và 10 năng lực cốt lõi của học sinh Cụ thể, 05 phẩm chất bao gồm: Yêu nước, Nhân ái, Chăm chỉ, Trung thực, Trách nhiệm 10 năng lực cốt lõi bao gồm: Tự chủ và tự học, Giao tiếp và hợp tác, Giải quyết vấn đề và sáng tạo, Ngôn ngữ, Tính toán, Khoa học, Công nghệ, Tin học, Thẩm mỹ, Thể chất Chương trình này nhằm mục đích giúp học sinh phát triển toàn diện và có thể đáp ứng được nhu cầu của xã hội

Môn Vật lí góp phần thực hiện các yêu cầu cần đạt về phẩm chất chủ yếu

và năng lực chung theo các mức độ phù hợp với môn học, cấp học đã được quy định trong Chương trình tổng thể Môn Vật lí hình thành và phát triển ở học sinh năng lực vật lí (NL đặc thù), với những biểu hiện cụ thể sau đây: NL nhận thức vật lí, NL tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí và năng lực vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học

1.1.1.2 Nguyên tắc dạy học phát triển phẩm chất và năng lực

+ Nguyên tắc lấy người học làm trung tâm: Đặt học sinh vào vị trí trung tâm của quá trình dạy học, khuyến khích sự chủ động, sáng tạo và tự quản lý của học sinh + Nguyên tắc tích hợp: Kết hợp giảng dạy kiến thức với rèn luyện kỹ năng và phẩm chất, giúp học sinh phát triển toàn diện

+ Nguyên tắc tương tác: Khuyến khích học sinh tương tác với nhau và với giáo viên, tạo ra môi trường học tập tích cực và hợp tác

+ Nguyên tắc thực tiễn: Liên hệ bài học với thực tiễn cuộc sống, giúp học sinh thấy rõ ý nghĩa và ứng dụng của kiến thức và kỹ năng

+ Nguyên tắc phù hợp với đặc thù môn học: Phương pháp dạy học phải phù hợp với đặc thù của từng môn học, giúp học sinh nắm vững kiến thức chuyên môn đồng thời phát triển các phẩm chất và năng lực

1.1.1.3 Phương pháp và kỹ thuật dạy học phát triển phẩm chất và năng lực + Phương pháp dự án: Học sinh thực hiện các dự án thực tế, từ đó phát triển kỹ năng làm việc nhóm, quản lý thời gian, giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo + Phương pháp thảo luận nhóm: Khuyến khích HS trao đổi ý kiến, thảo luận và đưa ra giải pháp cho các vấn đề đặt ra, phát triển KN giao tiếp, tư duy phản biện

+ Phương pháp tình huống: Sử dụng các tình huống thực tế để học sinh phân tích, giải quyết và rút ra bài học kinh nghiệm, từ đó phát triển năng lực giải quyết vấn

1.1.1.4 Thách thức và giải pháp trong dạy học phát triển phẩm chất và năng lực + Thiếu sự chuẩn bị của giáo viên: Nhiều giáo viên chưa được đào tạo đầy đủ về phương pháp dạy học phát triển phẩm chất và năng lực Cần có các chương trình bồi dưỡng, đào tạo nâng cao năng lực cho giáo viên

+ Hạn chế về cơ sở vật chất: Thiếu trang thiết bị, tài liệu và không gian học tập phù hợp có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình dạy học Cần đầu tư và cải thiện cơ sở vật chất, tạo môi trường học tập thuận lợi

+ Sự thay đổi tư duy dạy học: Dạy học phát triển phẩm chất và năng lực đòi hỏi

sự thay đổi tư duy từ giáo viên và học sinh, chuyển từ việc học thuộc lòng sang học hiểu, học làm và học sống Cần có sự hỗ trợ, động viên và hướng dẫn từ phía nhà trường và các cấp quản lý giáo dục

1.1.2 Cơ sở lí luận về dạy học thí nghiệm thực hành

1.1.2.1 Vai trò của thí nghiệm thực ở trường THPT

Thí nghiệm vật lí đóng vai trò quan trọng trong giảng dạy môn Vật lí ở trường THPT Nó không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm lý thuyết

mà còn phát triển các kỹ năng và phẩm chất cần thiết Cụ thể:

+ Tăng cường hiểu biết lý thuyết: Thí nghiệm giúp học sinh trực tiếp quan sát các hiện tượng vật lí, từ đó hiểu rõ hơn các nguyên lý và quy luật tự nhiên

+ Phát triển kỹ năng thực hành: Học sinh học cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm, thiết bị đo lường và phương pháp thí nghiệm, từ đó nâng cao kỹ năng thực hành

+ Khuyến khích tư duy sáng tạo và phản biện: Thí nghiệm yêu cầu học sinh phải suy nghĩ, đặt câu hỏi, đưa ra giả thuyết và kiểm chứng, từ đó phát triển tư duy phản biện và sáng tạo

+ Tạo động lực học tập: Học sinh thường hứng thú hơn khi tham gia vào các hoạt động thực hành, từ đó tăng cường động lực học tập và yêu thích môn học

1.1.2.2 Nguyên tắc dạy học thí nghiệm thực hành

+ Nguyên tắc trực quan: Sử dụng các phương tiện trực quan như dụng cụ thí nghiệm, mô hình, video để giúp học sinh hình dung rõ ràng các hiện tượng và quá trình

+ Nguyên tắc tương tác: Khuyến khích học sinh tham gia tích cực, tương tác với giáo viên và bạn bè, trao đổi và thảo luận về kết quả thí nghiệm

+ Nguyên tắc thực tế: Các thí nghiệm phải liên quan chặt chẽ đến nội dung bài học và có thể áp dụng vào thực tế cuộc sống, giúp học sinh thấy được ý nghĩa và giá trị của kiến thức

+ Nguyên tắc an toàn: Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho học sinh trong quá trình thực hiện các thí nghiệm

+ Nguyên tắc phù hợp với trình độ học sinh: Thiết kế thí nghiệm phù hợp với trình

độ và khả năng của học sinh để đảm bảo hiệu quả học tập

1.1.2.3 Dạy học thí nghiệm thực hành phát triển phẩm chất và năng lực

Ngoài việc phát triển năng lực đặc thù như nhận thức vật lí và vận dụng kiến thức, dạy học thực hành thí nghiệm còn tập trung vào phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí, với các biểu hiện cụ thể theo yêu cầu của chương trình GDPT 2018 do Bộ Giáo dục ban hành như sau:

+ Đề xuất vấn đề liên quan đến vật lí: Nhận ra và đặt được câu hỏi liên quan đến vấn đề; phân tích được bối cảnh để đề xuất được vấn đề nhờ kết nối tri thức, kinh nghiệm đã có và dùng ngôn ngữ của mình để biểu đạt vấn đề đã đề xuất

+ Đưa ra phán đoán và xây dựng giả thuyết: Phân tích vấn đề để nêu được phán đoán; xây dựng và phát biểu được giả thuyết cần tìm hiểu

+ Lập kế hoạch thực hiện: Xây dựng được khung logic nội dung tìm hiểu; lựa chọn được phương pháp thích hợp (quan sát, thực nghiệm, điều tra, phỏng vấn, tra cứu tư liệu); lập được kế hoạch triển khai tìm hiểu

+ Thực hiện kế hoạch: Thu thập, lưu giữ được dữ liệu từ kết quả tổng quan, thực nghiệm, điều tra; đánh giá được kết quả dựa trên phân tích, xử lí các dữ liệu bằng các tham số thống kê đơn giản; so sánh được kết quả với giả thuyết; giải thích, rút

ra được kết luận và điều chỉnh khi cần thiết

+ Viết, trình bày báo cáo và thảo luận: Sử dụng ngôn ngữ, hình vẽ, sơ đồ, biểu bảng để biểu đạt được quá trình và kết quả tìm hiểu; viết được báo cáo sau quá trình tìm hiểu; hợp tác được với đối tác bằng thái độ tích cực và tôn trọng quan điểm, ý kiến đánh giá do người khác đưa ra để tiếp thu tích cực và giải trình, phản biện, bảo vệ được kết quả tìm hiểu một cách thuyết phục

+ Ra quyết định và đề xuất ý kiến, giải pháp: Đưa ra được quyết định xử lí cho vấn đề đã tìm hiểu; đề xuất được ý kiến khuyến nghị vận dụng kết quả tìm hiểu, nghiên cứu, hoặc vấn đề nghiên cứu tiếp

1.1.2.4 Xu hướng đổi mới tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm

Xu hướng đổi mới tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm trong giáo dục hiện nay tập trung vào việc tăng cường tính thực tiễn, sáng tạo và ứng dụng công nghệ hiện đại Một số xu hướng nổi bật bao gồm:

+ Sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông (ICT): Áp dụng các công nghệ như phần mềm mô phỏng, thực tế ảo (VR), thực tế tăng cường (AR) để tạo ra môi trường thí nghiệm ảo, giúp học sinh tiếp cận và thực hiện thí nghiệm một cách dễ dàng và an toàn

+ Học tập dựa trên dự án (PBL): Tổ chức các dự án thực tế, yêu cầu học sinh thực hiện các thí nghiệm và nghiên cứu khoa học liên quan đến các vấn đề thực tiễn,

từ đó phát triển kỹ năng làm việc nhóm, giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo + Tích hợp liên môn: Kết hợp các môn học khác nhau trong quá trình thực hiện thí nghiệm, giúp học sinh thấy được sự liên kết giữa các lĩnh vực khoa học và ứng dụng kiến thức một cách toàn diện

+ Đẩy mạnh hợp tác quốc tế: Tham gia các chương trình hợp tác quốc tế, trao đổi học sinh và giáo viên, tổ chức các cuộc thi và hội thảo khoa học quốc tế để học sinh có cơ hội tiếp cận với những tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới

1.1.2.5 Thách thức trong dạy học thí nghiệm thực hành

+ Thiếu trang thiết bị: Nhiều trường học thiếu trang thiết bị thí nghiệm hiện đại, ảnh hưởng đến chất lượng dạy học Giải pháp có thể là đầu tư vào trang thiết bị,

sử dụng các bộ dụng cụ thí nghiệm đơn giản hoặc phần mềm mô phỏng

+ Hạn chế về thời gian: Thời gian học trên lớp thường hạn chế, không đủ để tiến hành các thí nghiệm phức tạp Giải pháp là chọn lọc các thí nghiệm quan trọng, kết hợp giữa lý thuyết và thực hành một cách hợp lý

+ Khả năng tiếp cận công nghệ: Ở một số trường học, việc tiếp cận với công nghệ hiện đại còn hạn chế Cần có sự hỗ trợ từ phía nhà trường và các cơ quan quản lý giáo dục để đảm bảo học sinh có thể tiếp cận và sử dụng công nghệ trong học tập 1.2 Cơ sở thực tiễn

1.2.1 Một số ưu điểm và hạn chế của bộ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do được cấp khi thực hiện chương trình GDPT 2006

1.2.1.1 Ưu điểm

+ Chính xác cao: Bộ thí nghiệm này có thể đo lường thời gian và gia tốc một cách chính xác nhờ vào các thiết bị cảm biến và bộ hiển thị số

+ Dễ sử dụng: Cấu trúc của thiết bị đơn giản, dễ dàng lắp đặt và vận hành, phù hợp cho học sinh thực hành đo gia tốc rơi tự do

+ Ứng dụng rộng rãi: Có thể áp dụng cho nhiều bài thí nghiệm khác nhau như đo gia tốc trọng trường, nghiên cứu về chuyển động biến đổi đều hoặc nghiên cứu tính chất chuyển động của sự rơi tự do

+ Hiển thị kết quả nhanh: Màn hình số hiển thị ngay lập tức kết quả đo, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu suất trong quá trình thí nghiệm

+ Cổng kết nối phức tạp: Hệ thống có thể yêu cầu nhiều dây dẫn và kết nối phức tạp giữa các thành phần Điều này sẽ khó khăn với những học sinh có kĩ năng thực hành chưa tốt

Kết nối các thiết bị phức tạp + Sử dụng lâu hư hỏng nhiều: Bộ thí nghiệm cung cấp từ khi thực hiện chương trình GDPT 2006 cho đến nay đã qua 18 năm sử dụng nên xuống cấp rất nhiều nhất là các bộ phận liên quan đến điện, điện tử

1.2.2 Khảo sát thực trạng và việc sử dụng bộ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do ở các trường THPT trên địa bàn huyện Anh Sơn và Con Cuông

Để có kết luận chính xác về thực trạng và việc sử dụng thí nghiệm thực hành, đặc biệt là bộ thí nghiệm đo tốc độ chuyển động và xác định gia tốc rơi tự

do ở các trường trên địa bàn, tôi đã tiến hành khảo sát 246 học sinh lớp 10 lựa chọn môn học Vật lí năm học 2023 – 2024 (Đã được học bài thực hành) và 27 giáo viên dạy Vật lí tại địa bàn huyện Anh Sơn và Con Cuông, theo bảng thống

kê sau

10 Học sinh lớp 10D10 THPT Con Cuông 42

11 Học sinh lớp 10D11 THPT Con Cuông 42

1.2.2.1 Kết quả khảo sát giáo viên

Biểu đồ 1: Khảo sát mức độ hiệu quả của thí nghiệm thực hành trong dạy học

Biểu đồ 2: Khảo sát về việc tình trạng thiết bị dạy học

Biểu đồ 3: Khảo sát về tình trạng bộ thí nghiêm đo gia tốc tự do

Biểu đồ 4: Khảo sát các bộ phận hư hỏng của bộ thí nghiệm thực hành đo gia

tốc tự do

Biểu đồ 5: Khảo sát tinh thần tìm tòi cải tiến thí nghiệm của GV

1.2.2.2 Kết quả khảo sát học sinh

Biểu đồ 6: Khảo sát sự hứng thú của HS và hiệu quả khi được học thực hành thí

nghiệm môn Vật lí

Biểu đồ 7: Khảo sát về thực trạng thiết bị thí nghiệm thực hành

Biểu đồ 8: Khảo sát kỹ năng thực hành của HS khi làm thí nghiệm

Biểu đồ 9: Khảo sát sự khó khăn khi làm thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do 1.2.2.3 Kết luận

Từ biểu đồ 1 ta thấy đa số GV sử dụng thiết bị dạy học thường xuyên và có hiệu quả (14,8% đánh giá sử dụng thường xuyên và có hiệu quả; 85,2% đánh giá

sử dụng rất thường xuyên và có hiệu quả cao) Cũng từ biểu đồ này cho thấy đa

số GV đánh giá việc hình thành năng lực cho học sinh qua dạy học thực hành thí nghiệm có hiệu quả cao (74,1% đánh giá rất hiệu quả, 25,9% đánh giá hiệu quả Điều này thể hiện rõ năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí trong yêu cầu cần đạt của chương trình GDPT 2018 chủ yếu được hình thành từ dạy học thực hành thí nghiệm

Dù GV đánh giá cao về dạy học thực hành thí nghiệm, tuy nhiên khi khảo sát về tình trạng thiết bị dạy học lại cho thấy tình trạng thiếu trang thiết bị thí nghiệm thực hành Biểu đồ 2 cho thấy đa số GV các trường đánh giá thiết bị dạy

học hư hỏng nhiều chưa đáp ứng được các yêu cầu của chương trình mới (59,3% đánh giá thiết bị hư hỏng nhiều, chưa đáp ứng được yêu cầu; 14,8% đánh giá thiết

bị dạy học đầy đủ nhưng chất lượng chưa tốt; 11,1% đánh giá đáp ứng về chất lượng nhưng số lượng chưa đủ) Khi khảo sát cụ thể về bộ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do qua biểu đồ 4 cho thấy: 70,4% đánh giá hư hỏng nhiều và sử dụng không hiệu quả, 18,5% đánh giá các bộ thí nghiệm sử dụng lâu một số bộ phận hoạt động không ổn định Ở biểu đồ 4 cho thấy đa số các bộ phận của bộ thí nghiệm này đều

hư hỏng (nhiều nhất là công tắc điện (92,6% GV đánh giá, tiếp theo là đồng hồ đa năng 81,5% GV đánh giá, cổng kết nối và nam châm điện cũng nhiều GV đánh giá hư hỏng nhiều Điều này đánh giá thực trạng về TBDH ở các trường THPT tại địa phương chúng tôi công tác; TBDH phục vụ cho CT mới kinh phí đắt nên các trường chưa đủ điều kiện về kinh tế để tự mua sắm và phải chờ nguồn kinh phí từ trên cấp về, một số trường được cấp bộ thí nghiệm mới Addesstation đáp ứng được yêu cầu nhưng số lượng lại ít (mỗi loại 01 bộ) chỉ đáp ứng được trường số lượng HS ít

Về phía HS, biểu đồ 6 cho thấy đa số HS hứng thú và học tập hiệu quả nội dung thực hành thí nghiệm: 80,9% cảm thấy thú vị và 8,1% cảm thấy rất hứng thú, 63% HS thấy hiểu thêm khá nhiều và 7,3% hiểu thêm rất nhiều kiến thức qua học tập nội dung thí nghiệm thực hành Việc dạy học thực hành thí nghiệm không những tạo sự hào hứng cho học sinh mà còn phát triển được các phẩm chất và năng lực đặc thù cho HS

Tuy nhiên qua khảo sát cho thấy học sinh gặp khó khăn khi hình thành các

kĩ năng, năng lực thực nghiệm Thể hiện qua biểu đồ 8: Số HS thấy khó khăn khi thiết kế thí nghiệm chiếm 88,6%, số HS gặp khó khăn trong thực hiện và thu thập

số liệu thí nghiệm chiếm 68,3% Có thể giải thích các khó khăn này qua khảo sát học sinh về thực trạng thiết bị và khó khăn khi thực hiện thí nghiệm đo gia tốc rơi

tự do: Biểu đồ 7 cho thấy đa số HS đánh giá đa số thiết bị thí nghiệm thiếu và cũ (74,4%), 16,3% đánh giá đủ nhưng không hiện đại Biểu đồ 9 cho thấy HS gặp khó khăn khi thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do: Thao tác khó khăn do kết nối và thao tác của bộ thí nghiệm phức tạp (96,3%), khó khăn khi thao tác căn chỉnh vật rơi

tự do qua cổng quang điện (96,3%), thời gian trên đồng hồ đo thời gian hiện số không ổn định với một quãng đường (74%) và gặp trục trặc từ nam châm điện trong việc kiểm soát thời điểm vật rơi (25.6%) Đây chính là các hạn chế của bộ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do đã sử dụng lâu ngày đã nêu trong mục 1.2.1 và cũng là nguyên nhân gặp khó khăn khi thao tác thí nghiệm thực hành

Từ đó cho thấy việc tìm tòi cải tiến các thiết bị thí nghiệm thực hành và ứng dụng vào tổ chức dạy học cho học sinh yêu cầu cấp thiết; đồng thời qua khảo sát

về thiết bị số của học sinh (trình bày trong phụ lục) cho thấy đa số HS đều được trang bị đầy đủ, vì vậy việc cải tiến các thí nghiệm theo hướng kết nối số là khả thi và là một hướng đi mới mẻ trong giai đoạn trang thiết bị dạy học của các nhà trường còn thiếu và chưa đủ kinh phí để trang bị mới

2 Giải pháp ứng dụng công nghệ số trong cải tiến thiết bị thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do và tích hợp vào dạy học thực hành Vật lí 10

2.1 Ứng dụng công nghệ số cải tiến bộ thí nghiệm bộ thí nghiệm

2.1.1 Nguyên lí chung của bộ thí nghiệm cải tiến sử dụng công nghệ số

Bộ thí nghiệm thực hành đo gia tốc rơi tự do cải tiến sử dụng nam châm điện (có cải tiến), cảm biến cổng quang điện và máng đứng có thước đo (của bộ thí nghiệm cấp sẵn) Tín hiệu điện từ các cảm biến này được chuyển hóa thành tín hiệu âm nhờ đầu nối USB Type-C tích hợp mạch chuyển đổi âm thanh gửi lên thiết bị IT (Điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính) App trên các thiết

bị IT sẽ tiến hành đo thời gian rơi của vật rơi tự do theo đồng hồ bấm giờ âm Sơ

đồ nguyên lí hoạt động như sau:

Nguyên lí của bộ thí nghiệm cải tiến sử dụng công nghệ số

2.1.2 Cải tiến nam châm điện và công tắc điều khiển

2.1.2.1 Vai trò của nam châm điện

Trong thí nghiệm rơi tự do, nam châm điện đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát thời điểm bắt đầu rơi của vật Cụ thể, nam châm điện được sử dụng

để giữ vật tại một độ cao nhất định trước khi thí nghiệm bắt đầu Khi dòng điện qua nam châm điện bị ngắt, lực từ của nam châm biến mất, cho phép vật rơi tự do xuống dưới theo lực hút của trọng lực

Nhờ vào việc sử dụng nam châm điện, thời điểm mà vật bắt đầu rơi có thể được xác định chính xác và dễ dàng điều khiển, từ đó giúp đo được thời gian rơi một cách chính xác hơn Việc này rất quan trọng trong các thí nghiệm liên quan đến việc xác định gia tốc rơi tự do

Với vai trò đó của nam châm điện nên yêu cầu của nam châm điện cũng rất cao, khi ngắt điện đồng hồ bắt đầu đếm thời gian cho nên nam châm điện phải nhả vật rơi ngay lập tức mới có độ chính xác cao

2.1.2.2 Nhược điểm của nam châm điện trong bộ thí nghiệm được cấp sẵn

Nam châm điện trong bộ thí nghiệm thực hành đo gia tốc rơi tự do có công suất lớn, diện tích tiếp xúc với vật rơi cũng lớn nên quá trình làm thí nghiệm vật nặng sẽ nhiễm từ tính dẫn đến bị delay thời gian dẫn đến kết quả về thời gian rơi của vật bị sai số

Nam châm điện trong bộ thí nghiệm được cấp sẵn 2.1.2.3 Cải tiến nam châm điện

Để hạn chế nhược điểm của nam châm điện trong thí nghiệm, tôi chế tạo nam châm điện có công suất nhỏ hơn dùng nguồn 5V lấy từ các thiết bị IT kết nối với thí nghiệm Ngoài ra điểm tiếp xúc được thu rất nhỏ để đảm bảo giữ được vật rơi đồng thời hạn chế nhiễm từ dẫn đến nam châm rất nạy, giúp vật rơi ngay lập tức khi ngắt điện

 Lõi từ (lõi sắt)

Lõi sắt này sẽ giúp tập trung từ thông, làm tăng cường độ từ trường của nam châm điện lên rất nhiều lần Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, lõi sắt sẽ trở thành một nam châm mạnh mẽ Đây cũng là bộ phận hút, nhả vật rơi Để giảm diện tích tiếp xúc, tôi sử dụng một cái đinh ốc làm lõi từ

Lõi sắt của nam châm điện được thu nhỏ

 Cuộn dây nam châm điện

Sức hút của một vật nặng bởi nam châm điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm dòng điện chạy qua cuộn dây, số vòng dây của cuộn dây và đặc tính từ tính của vật liệu Để đảm bảo nam châm có thể hút được vật rơi, về mặt lí thuyết tôi sử dụng các công thức dưới đây để tính toán sơ bộ số vòng dây:

B AF



 (A là diện tích tiếp xúc với vật rơi)

Kết hợp với thử nghiệm thực tiễn để xác định trọng lượng tối đa của vật rơi

mà nam châm điện cải tiến có thể hút được để đưa ra khuyến cáo về vật nặng sử dụng cho thí nghiệm (NC tôi cải tiến có thể hút viên bi điểm tiếp xúc rất nhỏ có trọng lượng từ 4,2N trở xuống)

Cuộn dây nam châm điện

 Nam châm điện hoàn thiện

Nam châm điện cải tiến có thể cấp nguồn khi kết nối thiết bị số

2.1.2.4 Cải tiến công tắc điều khiển nam châm

Trong thí nghiệm công tắc đóng vai trò ngắt điện nam châm để vật rơi đồng

nghiệm được cấp công tắc này là một nút nhấn nhả, theo thời gian sử dụng bị hỏng nhiều nhưng khó thay thế Trong bộ thí nghiệm cải tiến tôi thay bằng một công tắc điện phổ biến trên thị trường dễ dàng mua và thay thế với chi phí rẻ

Nút nhấn nhả bộ thí nghiệm cũ Công tắc trong thí nghiệm cải tiến Video test thử nam châm điện: https://youtu.be/u9UxBCtHIC8

2.1.3 Cải tiến cổng kết nối nam châm và cổng quang điện với thiết bị đầu ra 2.1.3.1 Nhược điểm của các cổng kết nối trên các bộ thí nghiệm thực hành phần động học

Trong bộ thí nghiệm được cấp thì nam châm điện được kết nối đồng hồ đa năng hiện số, cổng quang điện kết nối với đồng hồ đa năng hiện số; cách thức kết nối khá rắc rối đối với các học sinh có năng lực thực hành yếu Mặt khác các cổng kết nối theo kiểu cũ không đa năng, các chân kết nối cũng dễ hỏng hóc trong quá trình sử dụng

Cổng kết nối không đa năng và cách kết nối khá phức tạp

2.1.3.2 Cải tiến cổng kết nối cho bộ thí nghiệm

Để cải tiến các nhược điểm và giúp kết nối đa năng hơn, tôi thay thế bằng chuẩn kết nối USB C rất phổ biến trên các thiết bị hiện nay Với cổng USB C thì

bộ thí nghiệm có thể kết nối được với laptop, tất cả các điện thoại thông minh và máy tính bảng chạy hệ điều hành Android; còn đối với điện thoại, máy tính bảng chạy hệ điều hành IOS cũ thì có thể dùng chuyển đổi USB C to Lightning

Đầu kết nối của bộ thí nghiệm cải tiến có thể kết nối với mọi thiết bị IT Nguyên lí của bộ kết nối: Tín hiệu điện (digital) sẽ chuyển hóa thành tín hiệu âm (audio) để phù hợp với nguyên lý hoạt động của đồng hồ bấm giờ âm phần mềm trên thiết bị IT Để thực hiện được điều này tôi sử dụng đầu nối USB Type-C tích hợp mạch chuyển đổi âm thanh, cách đấu mạch như hình dưới:

Sơ đồ đấu dây cảm biến với cổng kết nối Video test thử hoạt động của cổng kết nối: https://youtu.be/36ocUWmFFIc

2.1.4 Sử dụng các thiết bị số làm đồng hồ đo thời gian

2.1.4.1 Cài đặt ứng dụng trên các thiết bị số

Bộ thí nghiệm được cấp sử dụng đầu ra là đồng hồ đo thời gian đa năng Đây cũng là thiết bị được cấp khi thực hiện chương trình GDPT 2006, do thời gian sử dụng lâu năm nên hiện tại ở các trường số lượng đồng hồ hỏng hóc khá nhiều không đáp ứng được yêu cầu khi thực hiện chương trình mới

Trong cải tiến bộ thí nghiệm này, tôi sử dụng phần mềm Phyphox có sẵn trên các nền tảng Android, IOS và Window của các thiết bị số để làm đồng hồ đo thời gian thay thế cho đồng hồ đa năng hiện số Do tín hiệu từ các cảm biến được chuyển thành tín hiệu âm nhờ đầu nối USB Type-C tích hợp mạch chuyển đổi âm thanh nên có thể dùng ứng dụng đồ hồ bấm giờ âm trên Phyphox để đo thời gian rơi trong thí nghiệm Các bước thiết lập đồng hồ trên thiết bị IT như sau:

Bước 1: Tải phần mềm Phyphox trên kho ứng dụng CH Play (Hệ điều hành Android) hoặc trên AppStore (Hệ điều hành IOS)

Bước 2: Truy cập “đồng hồ bấm giờ âm” trên phyphox

Chọn đồng hồ đo giờ âm trên phyphox Bước 3: Thiết lập thông số để sử dụng làm đồng hồ đo thời gian khi sử dụng

Giao diện đồng hồ đo thời gian trên thiết bị IT

2.1.4.2 Thiết lập thông số trên ứng dụng

Để đồng hồ đo trên ứng dụng của thiết bị số hoạt động chính xác thì cần thiết lập các thông số trên ứng dụng bao gồm ngưỡng và độ trễ

Ngưỡng: Ngưỡng là mức kích thích của tín hiện, khi mức kích thích (gây ra khi tắt nam châm điện, khi viên bi đi vào cổng quang hoặc khi viên bi đi ra khỏi cổng quang) cao hơn mức ngưỡng thì sẽ có một kích hoạt Mức ngưỡng cho app này rất hẹp và cần người thực hiện dò tìm giá trị phù hợp cho mỗi điện thoại

Độ trễ: là cài đặt phẩn mềm bỏ qua các kích thích trong thời gian độ trễ Ví dụ khi viên bi chạy qua cổng quang sẽ tạo ra 2 kích thích khi vật nặng đi vào cổng quang và khi đi ra cổng quang, tuy nhiên ta chỉ muốn có 1 kích thích nên sẽ đặt

độ trễ 0.1s hoặc 0.2s thì khi vật nặng qua cổng quang sẽ tạo ra một kích thích Để

có hai kích thích khi viên bi chạy qua cổng quang, ta nên đặt độ trễ 0.005s hoặc quanh con số này nhưng cần nhỏ hơn thời gian giữa hai kích thích và lớn hơn độ nhiễu của sản phẩn (noise)

a) Khảo sát điện thoại thông minh của học sinh được trang bị

Để hỗ trợ thiết lập ngưỡng nhanh hơn, tôi tiến hành khảo sát 02 lớp học sinh để xem các dòng điện thoại HS đang sử dụng để đưa ra gợi ý thiết lập ngưỡng

và độ trễ trên ứng dụng Phyphox một cách nhanh nhất cho quá trình làm thí nghiệm

Khảo sát các dòng điện thoại thông minh học sinh sử dụng

b) Cách thiết lập thông số trên Phyphox cho các dòng điện thoại

Nội dung Cấu hình thấp Cấu hình tầm

Điện thoại + OppoA16,

Oppo a58, OPPO A38

+ Xaomi Redmi 12C, Redmi note12, Reamlec30s + IP 6, IP 6S + Vivo Y17s, Vivo y15s, Vivoy21s, + Sam sung galaxy đời thấp hơn A14 trở xuống

+ OPPO A9 2020 + Các dòng IP 7, 8

và IP 7 Plus, IP 8 Plus

+ Các dòng Galaxy

A từ 15 trở lên, dòng Galaxy M + Vivo y53s

+ IPhone X, XS + Các dòng IP thường, pro và pro max từ 11 đến mới nhất

+ Các dòng Sam Sung từ S10 đến mới nhất

+ Các dòng Sam Sung Note 10, 20 + Các điện thoại OPPO: Reno10 Pro 5G, OPPO Find N2 Flip, OPPO Reno10 Pro+, OPPO Find N3 Flip, OPPO Find N3 5G Thiết lập

ngưỡng

Từ 0,003 đến 0,009

Từ 0,005 đến 0,015 Từ 0,09 đến 0,025

Độ trễ 0,1 hoặc 0.2 0,1 hoặc 0.2 0,1 hoặc 0.2 Điện thoại cấu hình càng cao thì đồng hồ hoạt động càng ổn định và dễ thiết lập ngưỡng Với điện thoại cấu hình thấp, trước khi làm thí nghiệm cần test thử ngưỡng trong các khoảng trên Khi đặt ngưỡng, cho thí nghiệm vận hành nếu thấy đồng hồ không dừng khi vật rơi qua cổng quang thì giảm ngưỡng xuống cho đến khi thấy kết quả ổn định qua vài lần chạy thử thí nghiệm là ngưỡng thiết lập cho điện thoại đã phù hợp

2.1.5 Các bước vận hành của bộ thí nghiệm đã cải tiến

Bước 1: Đối với thí nghiệm đo gia tốc tự do sử dụng dây dọi và điều chỉ vị trí nam châm sao cho dây dọi từ điểm tiếp xúc viên bi đi qua cổng quang điện để đảo bảo vật rơi qua công quang sẽ che cổng quang điện Đối thí nghiệm đo tốc độ điều chỉnh máng cho viên bi chuyển động đều

Bước 2: Đọc chỉ số quãng đường trên máng của thí nghiệm

Bước 3: Cài ứng dụng phyphox, truy cập đồng hồ bấm giờ âm

Bước 4: Kết nối thí nghiệm với điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng qua cổng Type C hoặc Lightning

Bước 5: Bật công tắc điện, gắn viên bi (vật rơi, vật chuyển động) vào nam châm điện

Bước 6: Tắt công tắc điện cho vật rơi và ghi lại thời gian hiển thị trên điện thoại hoặc máy tính bảng

Link video thí nghiệm: https://youtu.be/bZk6V1oCdOo

Qua các bước trên cho thấy việc thực hiện đo gia tốc tự do bằng bộ thí nghiệm cải tiến ít thao tác hơn so với bộ thí nghiệm được cấp Việc cải tiến không những mang lại sự kết nối đa năng còn cắt giảm các thao tác không cần thiết 2.1.6 Khảo sát độ ổn định và độ chính xác của bộ thí nghiệm đã cải tiến 2.1.6.1 Khảo sát độ ổn định của thí nghiệm

Nhằm đánh giá độ ổn định của bộ thí nghiệm, tôi thiết kế thí nghiệm so sánh kết quả đo đạc thời gian rơi như sau:

cùng 1 quãng đường vật rơi với cùng hai bộ thí nghiệm (Thí nghiệm cấp sẵn và thí nghiệm đã cải tiến) để so sánh tính ổn định

cùng 1 quãng đường vật rơi với nhiều thiết bị IT kết nối với bộ thí nghiệm đã cải tiến để so sánh tính ổn định của thí nghiệm

Bảng 1: Kết quả so sánh độ ổn định của hai bộ thí nghiệm

Qua kết quả thí nghiệm cho với bộ thí nghiệm được cấp sẵn vẫn cho những kết quả chưa đáng tin cậy (lệch nhiều so với các lần đo), điều này được giải thích

do vật rơi bị nhiễm từ hoặc do phản hồi từ đồng hồ với nút nhấn nhả Với bộ thí nghiệm đã cải tiến cho thấy độ ổn định của bộ thí nghiệm được cải tiến có độ ổn định cao hơn, sai số nhỏ hơn so với bộ thí nghiệm được cấp sẵn

Link video độ ổn định thí nghiệm so với thí nghiệm được cấp đã cũ:

S = 40cm

Thời gian Iphone XS Max

S = 40cm

Thời gian Laptop

2.1.6.2 Khảo sát độ chính xác của thí nghiệm

Nhằm đánh giá độ chính xác của bộ thí nghiệm, tôi tiến hành thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do với bộ thí nghiệm đã cải tiến Kết quả như sau:

Bảng 3: Kết quả đo thời gian ứng với các quãng đường rơi khác nhau

2 1 1

2Sgt

2Sgt

2Sg

2Sgt

2Sg

2.2 Tích hợp bộ thí nghiệm đã cải tiến vào dạy học thực hành – Vật lí 10 chương trình GDPT 2018

2.2.1 Xác định mục tiêu dạy học

2.2.1.1 Căn cứ xác định mục tiêu

a) Căn cứ vào YCCĐ của chương trình GDPT 2018

Mục tiêu của nội dung thực hành đo gia tốc rơi tự do theo YCCĐ của chương trình GDPT 2018: Thảo luận để thiết kế phương án hoặc lựa chọn phương

án và thực hiện phương án, đo được gia tốc rơi tự do bằng dụng cụ thực hành b) Căn cứ vào cơ sở vật chất, thiết bị dạy học

Cơ sở vật chất trường THPT trên địa bàn huyện Con Cuông và Anh Sơn đáp ứng đủ điều kiện tổ chức dạy học thực hành: Các trường có phòng dạy thực hành bộ môn Vật lí Phòng học có đầy đủ ti vi, máy tính kết nối mạng internet

Về thiết bị dạy học: Bộ thí nghiệm cải tiến dễ dàng thực hiện với kinh phí

rẻ và số lượng nhiều Đa số học sinh đều có điện thoại thông minh để kết nối với thí nghiệm

c) Căn cứ vào năng lực của học sinh

Tôi chọn đối tượng HS lớp 10 lựa chọn môn học Vật lí năm học 2024 -

2025, kết hợp cùng các đồng nghiệp đánh giá cho thấy: Mức Tốt chiếm 10% - 20%, mức Khá chiếm 30% - 40%, mức Đạt chiếm 35% - 60%) và mức Chưa đạt chiếm 5% - 10%

- Về năng lực: Đa số các em đã tiếp cận được với PP nghiên cứu khoa học, PP GQVĐ đã rèn luyện và phát triển được năng lực tự học, năng lực giao tiếp, hợp tác, năng lực thực hành thí nghiệm HS có năng lực tin học ở mức Khá, đều có điện thoại thông minh

- Về phẩm chất: Đa số các em đã phát triển được phẩm chất kiên trì, tỉ mỉ, cẩn thận trong thực hành thí nghiệm qua các bài thí nghiệm thực hành Một số HS có

ý chí vượt khó tốt

2.2.1.2 Mục tiêu dạy học tối thiểu

- Nhận thức vật lí

+ Viết được công thức tính gia tốc tự do, công thức tính sai số

+ Biết tính sai số của phép đo trực tiếp, sai số phép đo gián tiếp

+ Biết cách viết đúng kết quả phép đo, với số các chữ số có nghĩa cần thiết + Trình bày và so sánh được kết quả thí nghiệm

+ Giải thích được sai số trong quá trình thực hành thí nghiệm

+ Nhận ra điểm sai và chỉnh sửa được nhận thức hoặc lời giải thích; đưa ra được những nhận định phê phán có liên quan đến chủ đề thảo luận

- Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí

+ Đề xuất được phương án đo gia tốc tự do bằng thí nghiệm

+ Thiết kế, lựa chọn và thực hiện phương án đo gia tốc rơi tự do

+ Thực hiện thí nghiệm nhanh, chính xác

+ Nâng cao kĩ năng làm thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lý và phân tích số liệu,

vẽ đồ thị, viết kết quả hợp lý và lập báo cáo thí nghiệm đúng thời gian

+ Rèn luyện năng lực tư duy thực nghiệm; biết phân tích ưu nhược điểm của các phương án TN và chọn ra phương án tối ưu để tiến hành thí nghiệm

2.2.1.3 Mục tiêu nâng cao trong dạy học

- Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí

+ Giải thích được việc lựa chọn, sử dụng dụng cụ đo trong thí nghiệm

+ Đưa ra quyết định xử lí cho vấn đề đã tìm hiểu, đề xuất thêm các thí nghiệm khác để đo gia tốc rơi tự do

- Vận dụng kiến thức và kĩ năng

+ Giải thích được một số vấn đề trong đời sống, kỹ thuật liên quan đến gia tốc rơi

tự do trong trong thiết kế hệ thống an toàn trên xe hơi, chẳng hạn như hệ thống túi khí và hệ thống ABS

- Năng lực chung:

+ Năng lực tự chủ, tự học: Tự tìm kiếm, nghiên cứu ở nhà các video thí nghiệm

đo gia tốc rơi tự do Thực hiện các thí nghiệm đo vận tốc, gia tốc tự do mở rộng tại nhà

+ Năng lực GQVĐ và sáng tạo: Chỉ ra được các nhược điểm của thí nghiệm, đề xuất các phương án khắc phục

- Năng lực số:

+ Sử dụng các phầm mềm kết nối điện thoại

+ Sử dụng các phần mềm tính toán giá trị vận tốc, gia tốc tự do

+ Trình bày, báo cáo được kết quả thí nghiệm thực hành trên Power Point

2.2.2 Lựa chọn phương pháp và kĩ thuật dạy học

Trong phân tích mục tiêu DH tối thiểu, các nội dung dạy học đưa ra yêu cầu HS đo đại lượng vật lí bằng thực nghiệm, năng lực xử lí số liệu; đó là năng lực thí nghiệm, thực hành nên phương pháp dạy học tôi sử dụng là:

+ Phương pháp (PP) trực quan: PP trình bày, minh họa gắn liền với các PTDH trực quan (Thí nghiệm, video, hình ảnh) là PP phù hợp cho giai đoạn đầu dạy học nội dung thực hành đo gia tốc rơi tự do

+ Phương pháp DH GQVĐ: Sử dụng để phát triển năng lực giải quyết vấn đề, năng lực đặc thù vật lí (tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí, vận dụng kiến thức) là PP phù hợp cho giai đoạn thiết kế thí nghiệm đo gia tốc tự do + PP dạy học hợp tác (dạy học theo nhóm): Các bộ thí nghiệm cải tiến có số lượng nhiều nên phân lớp theo nhóm để thực hành nhằm đảm bảo tất cả học sinh đều được tham gia thực hành thí nghiệm

Kết hợp với các phương pháp dạy học trên, về kĩ thuật dạy học chúng tôi lựa chọn:

+ Kĩ thuật Khăn trải bàn: Sử dụng trong tổ chức HĐ hợp tác

+ Kĩ thuật Động não: Giúp HS phát huy ý tưởng đề xuất phương án thí nghiệm, ý tưởng các thị nghiệm khác để đo gia tốc rơi tự do

+ Kĩ thuật Phòng tranh: Sử dụng để phát triển năng lực trình bày, báo cáo kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập

Hoạt động 2 Hình thành thành kiến thức (Hoạt động tại lớp)

biết công dụng, cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm và các sử dụng đồng hồ đo thời gian trên phần mềm

án thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do từ các dụng cụ thí nghiệm

Hoạt động 3 Luyện tập: HS làm việc nhóm tiến hành thí nghiệm theo phương án thiết kế

Hoạt động 4 Vận dụng: Vận dụng kiến thức, kỹ năng làm một số bài tập thực hành

Hoạt động 5 Tìm tòi mở rộng (Hoạt động tại nhà): HS tìm tòi, mở rộng các kiến thức trong bài học và tương tác với cộng đồng

2.2.4 Lựa chọn phương pháp và công cụ đánh giá

Căn cứ vào mục tiêu, phương pháp dạy học các nội dung trên chúng tôi đưa

ra PP và công cụ đánh giá như sau:

2.2.4.1 Phương pháp đánh giá

- Hỏi – đáp: Thực hiện vấn đáp trực tiếp trên lớp

- Quan sát: Quan sát hoạt động của các nhóm trong thực hành thí nghiệm trực tiếp trên lớp học

- Sản phẩm báo cáo, hồ sơ học tập: Dựa vào kết quả báo cáo và hồ sơ học tập của các nhóm để đánh giá

1 Thang đo - Đánh giá hoạt động nhóm

- Đánh giá báo cáo hoạt động nhóm

4 Câu hỏi - Hệ thống các câu hỏi vấn đáp x

2.2.5 Minh họa kế hoạch bài dạy thực hành sử dụng bộ thí nghiệm cải tiến

KẾ HOẠCH BÀI DẠY: THỰC HÀNH ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO

Thời lượng dạy học: 01 tiết

YÊU CẦU CẦN ĐẠT THEO CT GDPT 2018

- Thảo luận để thiết kế phương án hoặc lựa chọn phương án và thực hiện phương

án, đo được gia tốc rơi tự do bằng dụng cụ thực hành

I MỤC TIÊU DẠY HỌC

a Năng lực vật lí

 Nhận thức vật lí

[1.1.1] Viết được công thức sự rơi tự do

[1.1.2] Viết được công thức tính sai số của phép đo trực tiếp, sai số phép đo gián tiếp

[1.1.3] Biết được cách viết kết quả đo

 Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí

[2.1] Phát hiện vấn đề: “Chuyển động rơi tự do” diễn ra nhanh nên khó dùng đồng

hồ bấm thời gian rơi mà phải dùng các cảm biến chuyên dụng

[2.3.1] Giải thích được việc lựa chọn, sử dụng các dụng cụ thí nghiệm

[2.3.2] Nhận ra các bước thực hiện, lập được kế hoạch thực hiện thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do

[2.4.1] Lắp ráp được thiết bị và thực hiện được thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do [2.4.2] Tiến hành được thí nghiệm theo hướng dẫn, thu thập được số liệu về quãng đường và thời gian rơi

[2.5.1] Từ số liệu thu được, tính được giá trị của gia tốc rơi tự do và sai số của phép đo

[2.5.2] Trình bày được kết quả làm việc nhóm trên phiếu học tập Trình bày, báo cáo được kết quả trước lớp, thảo luận, phản biện, bảo vệ kết quả

[2.6] Đưa ra quyết định xử lí cho vấn đề đã tìm hiểu, đề xuất ý kiến thực hiện các thí nghiệm khác để đo gia tốc rơi tự do

c Năng lực giao tiếp và hợp tác

Biết cách làm việc nhóm để thực hiện được các nhiệm vụ học tập

d Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

- Đo được gia tốc tự do bằng camera điện thoại thông minh và phần mềm phân tích video

e Năng lực số

 Vận hành được các thiết bị KTS:

[NLS 1.1] Sử dụng được các thiết bị số như: máy tính, điện thoại

[NLS 1.2] Sử dụng phầm mềm để học tập, kiểm tra đánh giá: Sử dụng được phần mềm liveworksheets.com , quizizz.com và azota.vn trong kiểm tra đánh giá học sinh

 Năng lực giao tiếp KTS:

[NLS 3.1] Kết nối ứng dụng Phyphox giữa các thiết bị số

[e.3] Có tinh thần nhân ái, trách nhiệm trong hoạt động nhóm

II THIẾT BỊ, HỌC LIỆU

a Thiết bị dạy học

- Ti vi (Máy chiếu)

- Smart phone, laptop cá nhân của học sinh

- Bộ thí nghiệm thực hành đo gia tốc rơi tự do

b Học liệu

- Phiếu học tập, phiếu ĐG, câu hỏi, đề kiểm tra

- Phần mềm Phyphox cài đặt trên điện thoại và hướng dẫn sử dụng phần mềm

- Mẫu báo cáo thực hành:

MẪU BÁO CÁO THỰC HÀNH

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

………

II CƠ SỞ LÍ THUYẾT

1 Xác định gia tốc tự do của viên bi theo công thức nào?

………

2 Để xác định gia tốc tự do của viên bi cần đo những đại lượng nào?

3 Làm thế nào để viên bi đi qua cổng quang điện?

………

4 Để đo thời gian thì sử dụng thí nghiệm nào trên phần mềm Phyphox?

……… III TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

t

Gia tốc rơi

tự do 2

2Sgt

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5

……… III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC

A TIẾN TRÌNH

Hoạt động

(Thời gian) Mục tiêu

Nội dung (ND của HĐ)

PP KTDH

Phương án đánh giá Hoạt động

1 Khởi

động (3

phút)

[2.1]; [e.1], [e.2]

- Tạo tình huống thảo luận về phương án thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do

- PP: Dạy học nêu vấn đề

- KTDH:

Vấn đáp

PP: Quan sát, hỏi – đáp Công cụ: Câu hỏi

- PP: Dạy học hợp tác

- KTDH:

Khăn trải bàn

PP: Quan sát, Hỏi – đáp, sản phẩm học tập

Công cụ: Câu hỏi vấn đáp Rubric

- Các nhóm báo cáo kết quả

- PP: Dạy học hợp tác

- KTDH:

Khăn trải bàn

PP: Quan sát, Hỏi – đáp, hồ sơ học tập, sản phẩm học tập Công cụ: Câu hỏi vấn đáp Rubric

[NLS 1.3]

[NLS 3.1]

- Theo phương án tiến hành thí nghiệm thu thập số liệu

- PP: Dạy học hợp tác

- KTDH:

Khăn trải bàn

PP: Quan sát, Hỏi – đáp

Công cụ: Câu hỏi vấn đáp Rubric

- PP: Dạy học nêu vấn đề

- KTDH:

Khăn trải bàn

PP: Quan sát, Hỏi – đáp, sản phẩm học tập

Công cụ: Bài tập phát triển năng lực Hoạt động

kế hoạch làm thí nghiệm đo gia tốc

tự do bằng camera điện thoại thông minh và phân mềm phân tích video

- PP: Dạy học nêu vấn đề

PP: Hồ sơ học tập, sản phẩm học tập Công cụ: Rubric

- Nộp sản phẩm học tập cho GV qua mạng xã hội Zalo, Messenger

B CÁC HOẠT ĐỘNG HỌC

Hoạt động 1 Khởi động

(Phát hiện vấn đề, nhận thức vấn đề cần tìm hiểu, giải quyết)

(Làm thí nghiệm tại lớp, thảo luận nhóm Báo cáo 3 phút)

- Quan sát chuyển động rơi tự do, dùng đồng hồ thử bấm đo thời gian rơi của vật

 Thảo luận, báo cáo

- Thảo luận, nhận xét khả năng đo thời gian của vật rơi Đề xuất phương án đo thời gian tốt hơn cách bấm đồng hồ

- Hoàn thành phiếu học tập số 1

c) Sản phẩm học tập

- Nhận xét của HS về thời gian rơi của vật: Các vật rơi tự do chuyển động rất nhanh nên khó xác định thời gian bằng cách bấm đồng hồ

- Đặt được câu hỏi về vấn đề cần giải quyết: Muốn đo gia tốc rơi tự do cần phải

đo những đại lượng nào?

d) Tổ chức thực hiện

Chuyển giao nhiệm vụ - Yêu cầu HS quan sát sự rơi tự do của vật và

bấm thời gian vật rơi

- Hoàn thành yêu cầu trên PHT số 1

Thực hiện nhiệm vụ - HS thực hiện nhiệm vụ: Quan sát, bấm đồng

hồ xác định thời gian rơi của vật

-Trao đổi thảo luận rút ra nhận xét

Báo cáo, thảo luận

(Tại lớp 3 phút)

- Đại diện các nhóm báo cáo Thảo luận

- GV nhận xét, đánh giá

Kết luận - Các vật rơi tự do chuyển động chuyển động

- Làm thí nghiệm thả vật rơi tự do Dùng đồng hồ bấm giờ đo thời gian rơi

- Sau khi tiến hành đo Hoàn thành các yêu cầu sau:

1 Có đo được thời gian rơi của vật bằng cách bấm đồng hồ hay không?

Hoạt động 2.1 Tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm

(Tìm hiểu công dụng và cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm)

(Thảo luận tại lớp 5 phút)

a) Mục tiêu hoạt động

[1.1.1],[1.1.2],[1.2.1];[2.3.1],[2.4.1][2.5.2]

[e.1],[e.3]

b) Nội dung

 Phát phiếu học tập, tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm và phần mềm

- Theo nhóm nhận phiếu học tập và bản hướng dẫn sử dụng phần mềm Phyphox

- Tìm hiểu công dụng, cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm và cách sử dụng phần mềm Phyphox

 Thảo luận, báo cáo

- Thảo luận, chỉ ra công dụng, cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm và cách sử dụng phần mềm Phyphox

- Viết báo cáo

c) Sản phẩm học tập

HS ghi tên và nêu được công dụng cơ bản của các dụng cụ thí nghiệm Cách sử dụng Phyphox để đo thời gian

d) Tổ chức thực hiện: (Hoạt động 6 nhóm, mỗi nhóm 6 – 7 HS)

Chuyển giao nhiệm vụ

- Đại diện các nhóm báo cáo Thảo luận

- Các nhóm đánh gia chéo Giáo viên nhận xét, đánh giá

Kết luận - Các dụng cụ thí nghiệm:

(1) Máng đứng: Dùng để gắn nam châm điện

và cổng quang điện Đo quãng đường rơi (2) Vật rơi: Dùng làm vật rơi tự do cho thí nghiệm

(3) Nam châm điện: Dùng để giữ và thả vật rơi (4) Cổng quang điện: Xác định thời điểm vật qua cổng quang điện

(5) Cổng kết nối: Dùng để kết nối thí nghiệm với phần mềm Phyphox trên các thiết bị IT

- Cách dùng đồng hồ bấm giờ âm của Phyphox: + Thiết lập độ trễ và ngưỡng trên phần mềm phù hợp với điện thoại đang sử dụng

+ Nhấn Play để bắt đầu đo

+ Nhấn đặt lại để bắt đầu đo thời gian mới