Ứng dụng công nghệ thông tin hỗ trợ rèn luyện kỹ năng thí nghiệm cho học sinh phần động học vật lý 10 trung học phổ thông

Hiện nay, việc thí nghiệm vật lí ở trường phổ thông của học sinh thường yêu cầu học sinh tiến hành thí nghiệm với các bộ thí nghiệm đã được hướng dẫn với các phương án thiết kế sẵn theo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN VĂN HẢI

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HỖ TRỢ RÈN LUYỆN

KĨ NĂNG THÍ NGHIỆM CHO HỌC SINH PHẦN ĐỘNG HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

HÀ NỘI – 2012

ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN VĂN HẢI

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HỖ TRỢ RÈN LUYỆN

KĨ NĂNG THÍ NGHIỆM CHO HỌC SINH PHẦN ĐỘNG HỌC

VẬT LÝ 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ CHUYÊN NGHÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

(BỘ MÔN VẬT LÝ)

Mã số: 60 14 10

Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Kim Chung

HÀ NỘI – 2012

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CNTT CSVT

DH DHVL

HS TBTN TNSP TNTH TNVL TNVLPT THPT MTĐT PTDH SGK

SP

VL

Công nghệ thông tin

Cơ sở vật chất Dạy học Dạy học Vật lí Học sinh Thiết bị thí nghiệm Thực nghiệm sư phạm Thí nghiệm thực hành Thí nghiệm Vật lí Thí nghiệm Vật lí phổ thông Trung học phổ thông

Máy tính điện tử Phương tiện dạy học Sách giáo khoa

Sư phạm Vật lí

v

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng các kĩ năng thí nghiệm cơ bản cần rèn luyện cho học sinh THPT

trong dạy học vật lí……….13

Bảng 1.2 Thống kê phiếu khảo sát học sinh THPT Việt Đức……….25

Bảng 3.1 Bảng thống kê điểm số báo cáo chuẩn bị trước khi tiến hành

thí nghiệm ……… 61

Bảng 3.2 Bảng thống kê điểm số báo cáo sau khi tiến hành thí nghiệm……62

Bảng 3.3 Bảng thống kê số học sinh đạt từ điểm xi trở xuống……… 63

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1 Kết quả báo cáo chuẩn bị trước khi tiến hành thí nghiệm……….62 Biểu đồ 3.2 Đồ thị các đường tần suất lũy tích……… ….63

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Khi nhấn công tắc nam châm điện, vật bắt đầu rơi và thời gian vật qua cổng quang hiển thị trên đồng hồ 29 Hình 1.2 Khi nhấn cổng quang cho phép dịch chuyển cổng quang ở các vị trí khác nhau 30 Hình 1.3 Sử dụng công cụ kéo - thả trong Flash xây dựng câu hỏi trắc nghiệm kiểm tra kĩ năng bố trí dụng cụ thí nghiệm 31 Hình 2.1 Sử dụng câu hỏi trắc nghiệm kiểm tra kĩ năng lựa chọn dụng cụ thí nghiệm và bố trí dụng cụ thí nghiệm 41 Hình 2.2 Khi nhấn công tắc nam châm điện, vật bắt đầu rơi và thời gian vật qua cổng quang hiển thị trên đồng hồ 42 Hình 2.3 Khi nhấn cổng quang cho phép dịch chuyển cổng quang ở các vị trí khác nhau 42 Hình 2.4 Chọn dụng cụ thí nghiệm 43 Hình 2.5 Bố trí và lắp ráp dụng cụ TN 43 Hình 2.6 Thí nghiệm xác định hệ số ma sát bằng bộ thí nghiệm với máng CT10

và đồng hồ MC964 44 Hình 2.7 Chọn dụng cụ thí nghiệm 45

MỤC LỤC

1.Lý do nghiên cứu……… 1

2.Mục đích nghiên cứu……… 2

3.Phạm vi nghiên cứu……… 2

4.Mẫu khảo sát……… 2

5.Giả thuyết khoa học……… 3

6.Nhiệm vụ nghiên cứu……… 3

7.Phương pháp nghiên cứu……… 3

8.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài……… 4

9.Cấu trúc luận án……… 5

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI………… 6

1.1.Thí nghiệm Vật lý và đặc điểm thí nghiệm Vật lý ……… 6

1.1.1.Thí nghiệm Vật lý……… 6

1.1.2.Đặc điểm thí nghiệm Vật lý……… 6

1.2.Vai trò thí nghiệm trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông………… 7

1.2.1.Vai trò thí nghiệm trong DHVL ở trường phổ thông theo quan điểm của lý luận nhận thức……… 7

1.2.2.Vai trò thí nghiệm trong DH VL ở trường phổ thông theo quan điểm của lý luận dạy học ……… 8

1.3.Hệ thống các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học vật lý 11

1.3.1.Khái niệm kĩ năng 11

ix

1.3.2.Kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học

vật lý 12

1.4.Vai trò của thí nghiệm thực hành trong rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT 17

1.4.1.Thí nghiệm thực hành Vật lý 17

1.4.2.Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lý THPT 19

1.5 Thực trạng của việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông……… 23

1.5.1.Mục đích tìm hiểu……… 23

1.5.2 Nội dung tìm hiểu……… 23

1.5.3 Phương pháp tìm hiểu……… 24

1.5.4 Kết quả tìm hiểu……… 24

1.6.Ứng dụng CNTT hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông……… 27

1.6.1 Ứng dụng CNTT hỗ trợ quá trình tự học, tự nghiên cứu ở nhà của học sinh (Hỗ trợ tìm kiếm và trao đổi thông tin)……… 27

1.6.2 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm tương tác trên màn hình hỗ trợ làm quen với các thiết bị thí nghiệm thực và xây dựng quy trình thao tác tiến hành thực hành thí nghiệm thực (Hỗ trợ thực hiện Qui trình)……… 27

1.6.3 Xây dựng phần mềm hỗ trợ quá trình kiếm tra, đánh giá ……… 30

1.7 Kết luận chương 1……… 31

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KĨ NĂNG THÍ NGHIỆM CHO HỌC SINH PHẦN ĐỘNG HỌC – VẬT LÝ 10……… 34

2.1 Phân tích nội dung các bài thực hành thí nghiệm phần cơ học trong sách giáo khoa vật lí 10- nâng cao……… 34

2.1.1 Các bài thực hành thí nghiệm phần cơ học……… 34

2.1.2 Xác định mục tiêu các bài thí nghiệm 35

2.3 Xây dựng các phần mềm thí nghiệm hỗ trợ dạy học một số nội dung trong phần động học, động lực học và các định luật bảo toàn thuộc môn học TNVLPT……… 38

2.3.1 Ý tưởng xây dựng phần mềm……… 38

2.3.2 Quy trình xây dựng phần mềm……… 39

2.3.3 Xây dựng phần mềm hỗ trợ dạy học các bài thực hành thí nghiệm phần cơ học……… 40

2.3.3.1 Xây dựng phần mềm hỗ trợ thực hành thí nghiệm xác định gia tốc rơi tự do……… 40

2.3.3.2 Xây dựng phần mềm hỗ trợ thực hành thí nghiệm xác định hệ số ma sát……… 43

2.3.3.3.Xây dựng phần mềm hỗ trợ thực hành thí nghiệm tổng hợp hai lực…… 45

2.4 Thiết kế tiến trình dạy học thí nghiệm phần Cơ học……… 45

2.5.Tổ chức hoạt động thí nghiệm phần cơ học 49

2.6.Các hình thức kiểm tra đánh giá 50

2.7.Thiết kế tiến trình dạy học các bài thí nghiệm phần cơ học 50

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM……… 54

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm……… 54

3.2 Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm……… 54

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm……… 54

3.2.2 Phương thức thực nghiệm sư phạm……… 54

3.3 Thực nghiệm sư phạm……… 56

3.4 Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình TNSP…… 57

3.5 Phân tích định lượng……… 61

xi

3.6 Hiệu quả của biện pháp đã đề xuất……… 66

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ……… 67

1.Kết luận……… 67

2.Khuyến nghị……… 68

Tài liệu tham khảo……… 69

Phụ lục 1……… 93

Báo cáo chuẩn bị bài thực hành: Tổng hợp hai lực……… 93

Báo cáo thực hành: Xác định gia tốc rơi tự do……… 79

Báo cáo thực hành: Tổng hợp hai lực……… 97

Báo cáo thực hành: Xác định hệ số ma sát……… 104

Phụ lục 2……… 104

Phiếu điều tra học sinh……… 110

Kết quả phiếu điều tra học sinh……… 114

MỞ ĐẦU

1 Lý do nghiên cứu

Việc đổi mới chương trình sách giáo khoa Vật lí phổ thông đòi hỏi giáo viên đổi mới cả về nội dung và phương pháp dạy học, hướng tới tự học, tự nghiên cứu của học sinh, chú trọng kĩ năng thí nghiệm của học sinh Vật lý học

ở phổ thông chủ yếu là vật lý thí nghiệm Thí nghiệm được sử dụng như phương tiện để nghiên cứu kiến thức mới, vận dụng, củng cố kiến thức, kiểm tra kiến thức Ngoài ra nó còn có tác dụng bồi dưỡng một số đức tính tốt cho học sinh như trung thực, cẩn thận, kiên trì

Hiện nay, việc thí nghiệm vật lí ở trường phổ thông của học sinh thường yêu cầu học sinh tiến hành thí nghiệm với các bộ thí nghiệm đã được hướng dẫn với các phương án thiết kế sẵn theo các bài thí nghiệm cụ thể theo các bài học trong sách giáo khoa vật lí phổ thông, tương ứng là rèn luyện các kĩ năng cụ thể

Do các hạn chế về thiết bị thí nghiệm, học sinh không có điều kiện tự nghiên cứu trước các thí nghiệm này ở nhà, trước khi tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm (công việc này chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu trên giấy), nên khi làm việc ở phòng thí nghiệm, học sinh mất nhiều thời gian làm quen với các dụng

cụ, tiến hành thí nghiệm, ít có thời gian rèn luyện kĩ năng sử dụng các bộ thí nghiệm đó trong quá trình học

CNTT ngày càng phát triển nhanh chóng, nhiều các trường trên thế giới

đã sử dụng máy tính, mạng máy tính, kết hợp sử dụng phần mềm thí nghiệm trên màn hình máy vi tính hỗ trợ quá trình thực hành với các thí nghiệm truyền thống nhằm rèn luyện kĩ năng thí nghiệm của học sinh phổ thông

Khắc phục những hạn chế về mặt thiết bị thí nghiệm, nhiều giáo viên đã

có nhiều nỗ lực trong việc xây dựng và sử dụng các phần mềm hỗ trợ thực hành thí nghiệm Tuy nhiên, các phần mềm hiện nay chủ yếu mô phỏng lại các thí nghiệm Vì vậy, việc sử dụng các phần mềm hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm của học sinh trong quá trình học tập vật lý ở trường phổ thông là hạn chế

xiii

Phần cơ học là nội dung học sinh được học trong thời gian đầu của chương trình vật lí THPT Các phương pháp dạy và học phần này sẽ tạo nền tảng cho việc học các nội dung sau đó Vì vậy, nội dung trên có vai trò quan trọng trong việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm vật lí cho học sinh phổ thông

Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học thí nghiệm vật lý nói chung và phần cơ học chuyển động thẳng nói riêng nhằm hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông là rất cần thiết Vì vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ thông tin hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh phần Cơ học -Vật lý lớp 10 trung học phổ thông”

4 Giả thuyết khoa học

Khai thác sự hỗ trợ công nghệ thông tin, cụ thể là xây dựng các phần mềm hỗ trợ cho học sinh làm quen, tìm hiểu thí nghiệm thật và thiết kế tiến trình dạy học thực hành thí nghiệm với sự hỗ trợ của phần mềm sẽ nâng cao trình độ kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn về rèn luyện kĩ năng thí nghiệm vật lý cho học sinh PTTH

- Nghiên cứu các biện pháp ứng dụng CNTT hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm vật lý cho học sinh PTTH

- Xây dựng phần mềm hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí

- Thiết kế tiến trình dạy học với sự hỗ trợ của các phần mềm đã xây dựng được nhằm rèn luyện

kĩ năng thí nghiệm cho học sinh

- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của phần mềm và tiến trình dạy học nhằm rèn luyện kĩ năng thí nghiệm với sự hỗ trợ của phần mềm đã xây dựng được

6 Phương pháp nghiên cứu

a Nghiên cứu lí luận

- Nghiên cứu cơ sở lí luận để làm sáng tỏ những quan điểm đề tài sẽ vận dụng về việc ứng dụng CNTT để rèn luyện kĩ năng thí nghiệm Vật lí phần động học – Vật lí 10 THPT

- Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông, nội dung sách giáo khoa vật lí phổ thông và những tài liệu tham khảo có liên quan để xác định mức độ nội dung, yêu cầu kiến thức, kĩ năng mà học sinh cần nắm vững

b Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin hỗ trợ rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường THPT

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về ứng dụng CNTT trong dạy học để làm sáng

tỏ vai trò của CNTT trong việc hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm trong dạy học vật lí cho học sinh

- Nghiên cứu các phần mềm, Website dạy học trong và ngoài nước về nguyên tắc và kĩ thuật xây dựng phần mềm trong dạy học, đặc biệt là các phần mềm hỗ trợ thực hành thí nghiệm vật lí

c Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Tìm hiểu nội dung, chương trình, phương pháp và hình thức tổ chức việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm Vật lí cho học sinh phổ thông, phần trên nói chung và phần Động học, động lực học và các Định luật bảo toàn nói riêng

- Tìm hiểu việc ứng dụng CNTT trong dạy học học phần Thí nghiệm vật lí phổ thông ở trường THPT

d Thực nghiệm sư phạm

- Tiến hành giảng dạy song song nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm

- Trên cơ sở phân tích định tính và định lượng kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và tính hiệu quả của các biện pháp do đề tài đưa ra

xv

7 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và khuyến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục, luận văn gồm 3 chương:

Chương 1 Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2 Ứng dụng công nghệ thông tin hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh phần cơ

học -Vật lý 10, Trung học phổ thông

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

Mục đích của thí nghiệm là tạo ra được hiện tượng và thu được các dữ liệu quan sát, đo đạc, còn mục đích của thực nghiệm khoa học là dựa trên việc tiến hành thí nghiệm để đề xuất hoặc kiểm tra xác minh giả thuyết khoa học Dựa trên việc thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm (thao tác với các vật thể, thiết bị, dụng cụ, quan sát, đo đạc, xử lý số liệu) để thu được thông tin trả lời cho vấn đề đặt ra [10, tr125]

1.1.2 Đặc điểm thí nghiệm Vật lý

Thí nghiệm Vật lý có các đặc điểm sau:

- Quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó (biến phụ thuộc) do sự biến đổi của đại lượng khác (biến độc lập)

- Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu; phương tiện gây tác động lên đối tượng 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, trong khi các đại lượng khác giữ không đổi

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như

dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết

- Có thể lặp lại thí nghiệm [10, tr 286]

xvii

1.2 Vai trò thí nghiệm trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông

1.2.1 Vai trò thí nghiệm trong DHVL ở trường phổ thông theo quan điểm của lý luận nhận thức

 Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức:

Khi học sinh chưa có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng cần nghiên cứu thì thí nghiệm được sử dụng để thu nhận những kiến thức đầu tiên về nó, các dữ liệu này tạo điều kiện cho học sinh đưa ra những giả thuyết Việc thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả quan sát, đo đạc được từ thí nghiệm là cơ sở cho những khái quát về tính chất, mối liên hệ phổ biến, có tính chất quy luật của các đại lượng vật lí trong hiện tượng, quá trình vật lí được nghiên cứu

Như vậy, thí nghiệm được sử dụng như là kẻ phân tích hiện thực khách quan và thông qua quá trình thiết lập nó một cách chủ quan để thu nhận tri thức khách quan [11, tr 289-290]

 Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu

được

Mọi giả thuyết khoa học trong quá trình nghiên cứu vật lí đều phải được kiểm tra bằng thực nghiệm trước khi coi chúng là các quy luật vật lí Trong nhiều trường hợp, kết quả thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của tri thức 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, người ta sẽ thu được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trước đó như là những trường hợp riêng, trường hợp giới hạn Một số kiến thức có thể được rút ra nhờ suy luận logic chặt chẽ từ kiến thức đã biết, cần tiến hành thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của chúng [11, tr 290-291]

 Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào

thực tiễn

Trong việc vận dụng các tri thức lý thuyết vào việc thiết kế, chế tạo các thiết bị kỹ thuật, người ta thường gặp nhiều khó khăn do tính trừu tượng của tri thức cần sử dụng, tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật của các thiết bị cần chế tạo hoặc do lý do về mặt kinh tế hay những nguyên nhân

về mặt an toàn Khi đó thí nghiệm được sử dụng với tư cách như thí nghiệm với mô hình, 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

Việc bồi dưỡng cho học sinh phương pháp nhận thức được dùng phổ biến trong nghiên cứu vật lí (phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình) là một nội dung của việc hình thành những kiến thức cơ bản vật lí ở trường phổ thông Thí nghiệm Vật lí là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật lí nên trong 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 có ý nghĩa quan trọng, vượt qua khỏi giới hạn môn Vật lí [11, tr 292-293]

1.2.2 Vai trò thí nghiệm trong DH VL ở trường phổ thông theo quan điểm của lý luận dạy học

Trong dạy học vật lí, thí nghiệm có vai trò quan trọng, chúng giúp cho học sinh hệ thống kiến thức, trực quan các hiện tượng, hình thành khái niệm, nghiên cứu các định luật một cách trực tiếp trên các đối tượng cần nhận thức trong giờ học Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn

khác nhau của quá trình dạy học: hình thành kiến thức mới, củng cố kiến thức đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh

Vai trò của thí nghiệm vật lí theo quan điểm lí luận dạy học như sau:

a Thí nghiệm là phương tiện tổ chức tình huống, định hướng hành động, kích thích hứng thú học tập Vật lí

Cơ sở định hướng của hành động có tầm quan trọng đặc biệt với chất lượng, hiệu quả của hành động Giáo viên có vai trò quan trọng trong việc giúp đỡ cho sự hình thành cơ sở định hướng khái quát hành động của học sinh Giáo viên cần tổ chức các tính huống học tập đòi hỏi sự thích ứng của học sinh để qua đó học sinh chiếm lĩnh được tri thức đồng thời phát triển trí tuệ và nhân cách toàn diện của mình 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 Do kết quả thí nghiệm mâu thuẫn với kiến thức đã biết, kinh nghiệm sẵn có hoặc trái ngược với dự đoán của học sinh nên nó tạo ra nhu cầu, hứng thú tìm tòi kiến thức mới của học sinh

b Thí nghiệm là phương tiện tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

Trong quá trình thí nghiệm cá nhân hoặc nhóm, học sinh phải tiến hành một loạt các hoạt động trí tuệ - thực tiễn: thiết kế phương án, lập kế hoạch thí nghiệm, thu thập và xử lí số liệu Vì vậy, thí nghiệm là phương tiện hữu hiệu để bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh Quá trình làm việc tự lực với thí nghiệm sẽ khơi gợi sự hứng thú, lòng ham muốn nghiên cứu, tạo niềm vui của sự thành công khi giải quyết được nhiệm vụ đặt ra, góp phần phát triển động lực quá trình học tập của học sinh

c Thí nghiệm là phương tiện để củng cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hóa và vận dụng) kiến thức, kĩ năng của học sinh

Việc củng cố kiến thức, kĩ năng của học sinh 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 khóa ở lớp, ở nhà Các thí nghiệm ở giai đoạn củng cố không phải là sự lặp lại các thí nghiệm đã làm nhằm nhắc lại kiến thức cũ mà phải có những yếu tố mới nhằm đào sâu, mở rộng các kiến thức đã biết của học sinh, giúp học sinh thấy được những biểu hiện trong tự nhiên, các ứng dụng trong đời sống và sản xuất của các kiến thức này

d Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kĩ năng của học sinh

Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kĩ năng của học sinh, giáo viên có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm với nhiều mức độ yêu cầu khác nhau Thông qua các hoạt động trí tuệ-thực tiễn của học sinh trong quá trình thí nghiệm, cho thấy kiến thức, kĩ năng hiện có của học sinh

e Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và phát triển

kỹ năng, kỹ xảo về Vật lí của học sinh

Thí nghiệm luôn có mặt trong quá trình nghiên cứu các hiện tượng, quá trình Vật lí, hình thành khái niệm, định luật Vật lí, xây dựng các thuyết Vật lí, nghiên cứu các ứng dụng trong sản xuất và đời

xix

sống của các kiến thức đã học Thí nghiệm góp phần vào việc phát hiện và khắc phục các sai lầm của học sinh, đồng thời do thí nghiệm là bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí nên học sinh cũng được làm quen và vận dụng các phương pháp này Vì vậy thí nghiệm có tác dụng nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh

Nhờ thí nghiệm ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, các quá trình xảy ra trong những điều kiện

có thể khống chế được, thay đổi được, có thể quan sát, đo đạc đơn giản hơn, dễ dàng hơn để đi tới nhận thức được nguyên nhân của mỗi hiện tượng và mối quan hệ có tính quy luật giữa chúng với nhau Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp học sinh nhanh chóng thu được những thông tin chân thực về các hiện tượng quá trình Vật lí

Trong thí nghiệm do học sinh tự tiến hành, học sinh được rèn luyện các kĩ năng, kĩ xảo thí

có niềm tin trong việc nhận thức được thế giới và sự tồn tại khách quan của các mối liên hệ có tính quy luật trong tự nhiên

Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, việc tổ chức các nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm đòi hỏi sự phân công, phối hợp những công việc tự lực của học sinh trong tập thể, quá trình này bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức, xây dựng các chuẩn mực hành động tập thể cho học sinh [11, tr 310-311]

1.3 Hệ thống các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học vật lý

1.3.1 Khái niệm kĩ năng

Theo Từ điển tiếng Việt, kĩ năng là khả năng vận dụng những kiến thức trong một lĩnh vực nào đó vào thực tế; kĩ xảo là khả năng đạt đến mức thuần thục; năng lực là khả năng, điều kiện chủ quan hoặc

tự nhiên, sẵn có để thực hiện một hoạt động nào đó

Như vậy kĩ năng và kĩ xảo thuộc cùng một phạm trù, chỉ khác nhau ở trình độ cao thấp, đó là phạm trù

hoạt động học và làm, hay nói rõ hơn là hoạt động học tập các kiến thức và vận dụng chúng vào trong việc giải quyết các vấn đề thực tế, coi đó là hành động cần thiết cho việc đạt được mục đích

Kĩ năng là khả năng của con người thực hiện các hoạt động nhất định dựa trên việc sử dụng các kiến

thức và kĩ xảo đã có [14, tr 42] Cơ sở tâm lý của kĩ năng là sự hiểu mối liên hệ tương hỗ giữa mục đích hoạt động, các điều kiện hoạt động và các cách thức thực hiện hoạt động Nhờ quá trình luyện tập, một số kĩ năng nhất định có thể trở thành kĩ xảo

Như vậy, có thể hiểu: Kĩ năng là khái niệm chỉ mức độ thành thạo (của chân, tay) khi thao tác lên một đối tượng vật chất nào đó (kĩ năng hành động) Hay kĩ năng là khái niệm chỉ mức độ linh hoạt của

việc vận dụng một kiến thức vào việc giải một bài tập, một bài toán nào đó (kĩ năng trí tuệ)

1.3.2 Kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học vật lý

Yêu cầu của chương trình giáo dục môn vật lí phổ thông, trong đó cần rèn luyện cho học sinh những kĩ năng như quan sát hiện tượng vật lí trong tự nhiên, trong đời sống hoặc trong các thí nghiệm, sử dụng được các dụng cụ đo phổ biến của vật lí, biết lắp ráp và tiến hành các thí nghiệm vật lí đơn giản, thu thập

và xử lí thông tin thu được để rút ra kết luận, đề ra các dự đoán đơn giản về các mối quan hệ hay bản chất của các hiện tượng hoặc quá trình vật lí, cũng như đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán đề ra Tức là học sinh cần có kĩ năng sử dụng thí nghiệm để nghiên cứu kiến thức vật lí theo các phương pháp nhận thức phổ biến của vật lí phổ thông.[2, tr 5-7]

Trên cơ sở định nghĩa về kĩ năng và dựa trên các hoạt động quan trọng, cơ bản nhất của người nghiên cứu trong tiến trình thực hiện của một thí nghiệm, chúng tôi xác định các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT gồm hai nhóm kĩ năng: Nhóm kĩ năng liên

quan nhiều đến hoạt động trí tuệ, có thể gọi là kĩ năng thiết kế thí nghiệm và nhóm các kĩ năng liên quan nhiều đến các hoạt động tay chân, gọi là kĩ năng tiến hành thí nghiệm Các kĩ năng cụ thể như

bảng 1.1 và được mô tả chi tiết như sau:

a) Nhóm kĩ năng thiết kế thí nghiệm:

1 Kĩ năng xác định mục đích tiến hành một bài thí nghiệm

Mục đích thí nghiệm là những vấn đề khoa học cần nghiên cứu, được đặt ra và phải được giải quyết sau khi làm thí nghiệm Kết quả cụ thể của hoạt động này thường là hình thành được kiến thức mới (hay ở mức sâu, rộng hơn), kĩ năng mới (hoặc trình độ kĩ năng ở bậc cao hơn), thái độ, tình cảm mới, hay sâu sắc hơn Ngoài ra, từng bài thí nghiệm, từng giai đoạn dạy học có thể có những mục đích riêng

+ Trả lời được câu hỏi yêu cầu của bài thí nghiệm là làm gì (đo, xác định, chứng minh, giải thích,…) với đối tượng nào?

+ Tìm được mối quan hệ giữa các hiện tượng cần nghiên cứu với các vấn đề có liên quan

2 Kĩ năng đề xuất phương án thí nghiệm

+ Mô tả được các bước tiến hành thí nghiệm (nhớ được tiến trình thí nghiệm)

+ Khả năng tự đề xuất phương án tiến hành thí nghiệm (khác với các phương án đã được trình bày trong sách giáo khoa)

STT Các kĩ năng thiết kế thí nghiệm Các kĩ năng tiến hành thí nghiệm

1

Xác định mục đích thí nghiệm

xxi

2 Đề xuất phương án thí nghiệm Sử dụng dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, lắp

đặt (lắp ráp) thí nghiệm theo sơ đồ

3 Xây dựng sơ đồ, bố trí thiết bị thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm để đảm bảo xảy ra

và quan sát rõ quá trình, hiện tượng

5 Phân tích, xử lí số liệu để tìm ra dấu hiệu

bản chất, mối liên hệ có tính qui luật

6

Vận dụng kiến thức để giải thích các hiện

tượng, quá trình vật lí quan sát được hay

các số liệu thu thập được

Bảng 1.1 Bảng các kĩ năng thí nghiệm cơ bản cần rèn luyện cho

học sinh THPT trong dạy học vật lí

3 Kĩ năng xây dựng sơ đồ, bố trí thiết bị thí nghiệm

+ Khả năng đọc và hiểu sơ đồ lí thuyết

+ Biết lựa chọn dụng cụ thí nghiệm cho phù hợp

+ Giải thích được công dụng, nguyên tắc hoạt động của từng dụng cụ, thiết bị có trong bài thí nghiệm Đọc và hiểu các kí hiệu, thông số kĩ thuật ghi trên dụng cụ, thiết bị

+ Lắp đúng thí nghiệm theo sơ đồ lí thuyết với các dụng cụ đã chọn

4 Kĩ năng trình bày hiện tượng quan sát được, trình bày số liệu dưới dạng bảng, đồ thị các dạng khác nhau để làm nổi bật dấu hiệu bản chất, mối quan hệ có tính qui luật

+ Kĩ năng trình bày một vấn đề (viết, nói)

+ Kĩ năng trình bày vấn đề bằng đồ thị, hoặc/ và bằng biểu bảng

5 Kĩ năng phân tích, xử lí số liệu để tìm ra dấu hiệu bản chất, mối liên hệ có tính qui luật trong hiện tượng, quá trình nghiên cứu

+ Khả năng phán đoán

+ Kĩ năng tính toán: tính các đại lượng trung bình, tính sai số và làm tròn kết quả thí nghiệm

+ Khả năng đối chiếu, so sánh giữa kết quả thực nghiệm và lí thuyết

+ Biết các phương pháp xác định sai số; phân biệt được sai số do phương án và sai số do dụng

cụ, tìm biện pháp làm giảm sai số

+ Kĩ năng xử lí biểu bảng, vẽ đồ thị (nếu có), từ đồ thị biết rút ra quy luật liên hệ giữa các đại lượng và điều kiện xảy ra hiện tượng

6 Kĩ năng vận dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng, quá trình vật lí quan sát được hay các số liệu thu thập được

+ Kĩ năng viết bài báo cáo thí nghiệm hoàn chỉnh

+ Kĩ năng giải thích hiện tượng nghiên cứu được

b) Nhóm kĩ năng tiến hành thí nghiệm:

1 Kĩ năng lắp đặt thí nghiệm theo sơ đồ

Thông thường các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm trong các bài thực hành được xây dựng đặt sẵn Học sinh chỉ sử dụng các dụng cụ và các thiết bị đó để tiến hành thí nghiệm Chỉ khi thay đổi điều kiện thí nghiệm, học sinh cần biết tháo lắp những bộ phận nhỏ có liên quan đến sự thay đổi điều kiện đó

Các thao tác tháo lắp dụng cụ thí nghiệm mà học sinh cần đạt như sau:

+ Tháo lắp được các bộ phận của dụng cụ khi cần thay đổi điều kiện thí nghiệm

+ Biết lắp ráp các dụng cụ thí nghiệm theo sơ đồ

+ Biết bố trí, sắp đặt các dụng cụ, TBTN cho phù hợp cả về nguyên tắc lí thuyết và cả về vị trí không gian

2 Kĩ năng tiến hành thí nghiệm để đảm bảo xảy ra và quan sát rõ quá trình, hiện tượng vật lí

cần nghiên cứu

+ Tiến hành thí nghiệm đúng các thao tác

+ Khả năng xác định đại lượng cần đo, đại lượng cần giữ nguyên , không thay đổi trong khi làm thí nghiệm

+ Khả năng dự đoán trước kết quả thí nghiệm

+ Kĩ năng điều chỉnh các dụng cụ và thiết bị đo trong quá trình tiến hành thí nghiệm để hiện tượng, quá trình xảy ra rõ và/ hoặc sai số thấp

+ Xác định góc độ quan sát rõ và toàn bộ quá trình hiện tượng vật lí xảy ra

+ Kĩ năng phát hiện và xử lí những sự cố bất thường trong lúc tiến hành thí nghiệm (đối với những thí nghiệm nguy hiểm , phức tạp)

3 Kĩ năng quan sát và thu thập dấu hiệu bản chất của quá trình vật lí nghiên cứu hay các số

liệu thí nghiệm

+ Kĩ năng chọn mốc, chọn vật chỉ thị

+ Kĩ năng lựa chọn phương pháp đo, phương pháp khảo sát

xxiii

+ Kĩ năng đọc và ghi số liệu Chọn góc độ quan sát, đọc số liệu trên dụng cụ đo đúng

+ Kĩ năng quan sát và nhận xét được các biểu hiện trên dụng cụ khi đo

1.4 Vai trò của thí nghiệm thực hành trong rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT

1.4.1 Thí nghiệm thực hành Vật lý

Thí nghiệm thực hành là loại thí nghiệm học sinh thực hiện trên lớp hoặc trong phòng thực hành chức năng, trong đó học sinh phải phát huy tối đa tính tự lực của bản thân Với loại hình thí nghiệm này, học sinh sẽ dựa vào hướng dẫn của giáo viên và sách giáo khoa mà tiến hành thí nghiệm, rồi viết báo cáo thí nghiệm

Thí nghiệm thực hành Vật lý có thể có nội dung định tính hay định lượng, song chủ yếu là kiểm nghiệm lại các định luật, các quy tắc, đo các đại lượng Vật lý, nghiên cứu cấu tạo, vận chuyển của các

cơ chế máy móc kỹ thuật

Do được tiến hành sau khi học sinh đã có những kiến thức lý thuyết về bài thí nghiệm nên thí nghiệm thực hành Vật lý thường có nội dung phong phú, thời gian dành cho mỗi bài thí nghiệm thực hành là 1 tiết học 45 phút đối với học sinh THPT và đòi hỏi thiết bị hoàn chỉnh về mọi phương diện Với loại thí nghiệm này, học sinh phải tự lực thực hiện các giai đoạn của quá trình thí nghiệm khi đã được hướng dẫn rồi, thực hiện nhiều thao tác, tiến hành nhiều phép đo, xử lý nhiều số liệu định lượng mới

có thể rút ra các kết luận cần thiết

Tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu mà thí nghiệm thực hành có thể được tổ chức dưới một trong hai

hình thức sau : Thí nghiệm thực hành đồng loạt (tất cả các nhóm học sinh tiến hành những thí nghiệm

như nhau với dụng cụ giống nhau theo cùng một mục đích) hoặc thí nghiệm thực hành cá thể với nhiều phương án khác nhau: các nhóm tiến hành thí nghiệm về những phương án khác nhau của một bài thí nghiệm với các dụng cụ khác nhau nhằm đạt được những mục đích khác nhau, về cùng một bài học theo cùng một mục đích nhưng với các dụng cụ (phương pháp đo) khác nhau hoặc cùng một bài với cùng một dụng cụ nhưng nhằm giải quyết các nhiệm vụ khác nhau

Thí nghiệm thực hành giảng dạy Vật lý được thực hiện nhằm những mục tiêu sau :

 Giúp học sinh nắm vững nội dung kiến thức một cách tự giác, tích cực

Do trực tiếp sử dụng các dụng cụ thí nghiệm, lắp ráp và vận hành, quan sát hiện tuợng

 Rèn luyện cho học sinh kĩ năng, kĩ xảo trong việc sử dụng các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm và thói quen làm việc khoa học, trung thực, khách quan

 Thí nghiệm giúp cho học sinh áp dụng tri thức đã thu nhận vào thực tiễn, làm quen với các phương pháp nhận thức của khoa học Vật lí như quan

sát, đo lường, vạch kế hoạch nghiên cứu, đánh giá các kết quả đo luờng

 Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, rèn luyện kỹ năng sử dụng thí nghiệm trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

1.4.2 Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lý THPT

Những vấn đề sẽ trình bày sau đây về thí nghiệm thực hành THPT là ngầm hiểu theo hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành theo phương pháp hiện đang dùng ở các trường THPT được diễn ra trên lớp học hoặc trong phòng thí nghiệm chức năng, trong đó diễn ra sự tương tác thường xuyên giữa thầy - trò

và các bạn Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành theo phương pháp này tiến thực hiện theo các giai đoạn sau:

 Giai đoạn chuẩn bị thí nghiệm thực hành

+ Đối với giáo viên:

- Cần tìm hiểu kỹ nội dung bài thí nghiệm thực hành để xác định rõ các nhiệm vụ đã giao cho người học và cách thức kiểm tra, đánh giá việc thực hiện các nhiệm vụ đó

- Chuẩn bị bản hướng dẫn thực hành cho học sinh nghiên cứu và chuẩn bị trước ở nhà, bao gồm hướng dẫn các vấn đề:

- Tóm tắt lí thuyết có liên quan đến thí nghiệm

- Mô tả ngắn gọn dụng cụ thí nghiệm nếu cần thiết

- Phương pháp tiến hành thí nghiệm

- Ghi kết quả và tính toán

- Chú ý về an toàn thí nghiệm (nếu có)

- Có thể bổ sung các hiện tuợng thực nghiệm để phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

- Hướng dẫn học sinh xử lí số liệu, tính sai số

- Chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, tự mình kiểm tra từng dụng cụ và thử tiến hành thí nghiệm để phát hiện những hỏng hóc trong bài thí nghiệm từ đó kịp thời bổ sung trước khi tổ chức cho người học thực hiện thực

xxv

hành thí nghiệm, đồng thời qua đó dự kiến những khó khăn mà học sinh có thể gặp phải trong khi làm thí nghiệm, và cách thức hướng dẫn, giúp đỡ học sinh vượt qua những khó khăn đó

+ Đối với học sinh: Chuẩn bị cơ sở lý thuyết cho bài thí nghiệm thực

hành Thông qua bản hướng dẫn thực hành thí nghiệm học sinh sẽ nghiên cứu trước nội dung bài thí nghiệm thực hành để nắm được mục đích thí nghiệm, ôn tập các kiến thức lý thuyết, trả lời các câu hỏi có liên quan đến bài thí nghiệm thực hành, nắm được nội dung và tiến trình thực hiện các thí nghiệm, điều gì chưa hiểu có thể ghi lại rồi trao đổi với giáo viên trước giờ thực hành thí nghiệm

Bản hướng dẫn thí nghiệm gồm những nội dung sau:

- Mục đích thí nghiệm (nêu lên các mục tiêu cụ thể cần phải đạt được khi người học làm thí nghiệm)

- Cơ sở lý thuyết (nêu lên những điểm chính về nội dung các kiến thức đã biết sẽ được vận dụng trong bài thí nghiệm) Trả lời hệ thống các câu hỏi lý thuyết liên quan

+ Rút ra các kết luận (đáp ứng các mục tiêu đặt ra)

- Viết báo cáo thí nghiệm

Thông thường bài báo cáo thí nghiệm không yêu cầu nêu lại tiến trình thí nghiệm, các thao tác thí nghiệm đã thực hiện mà chỉ trình bày các kết quả quan

sát, đo đạc, tính toán, kết luận rút ra và trả lời các câu hỏi nhằm đào sâu, mở rộng nội dung bài thí nghiệm thực hành Tính toán sai số, ghi kết quả và kết luận

 Giai đoạn học sinh làm thí nghiệm

+ Tổ chức cho học sinh thành theo nhóm (từ 5 đến 7 người) đến bàn thí nghiệm (nếu dụng cụ thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu thì có thể tổ chức 1 bộ thí nghiệm/1 học sinh; thường là không thể đủ cho tất cả các học sinh)

+ Trong quá trình làm thí nghiệm giáo viên luôn quan sát, giúp đỡ, hướng dẫn học sinh các nhóm sử dụng các loại dụng cụ thí nghiệm và phương pháp thí nghiệm Đồng thời giáo viên kiểm tra tình hình và mức độ chuẩn bị kiến thức lý thuyết, kỹ năng sử dụng thí nghiệm, phương pháp tiến hành thí nghiệm của nhóm học sinh

 Sau khi học sinh làm xong thí nghiệm, giáo viên yêu cầu học sinh của các nhóm tháo rời các chi tiết lắp ráp, sắp xếp các dụng cụ gọn gàng như lúc đầu

 Viết báo cáo thí nghiệm

Việc viết báo có thể được người học thực hiện ở trên lớp hoặc ở nhà sau khi đã hoàn tất bài thí nghiệm thực hành

 Kiểm tra đánh giá

Được thực hiện thông qua các bài báo cáo thí nghiệm và thực tế tiến hành thí nghiệm thực hành trên lớp của học sinh

Cách tổ chức thí nghiệm thực hành theo phương pháp đang dùng ở các trường THPT có những ưu, khuyết điểm sau:

Ưu điểm:

xxvii

- Các giờ thực hành thí nghiệm truyền thống trong đó diễn ra sự tương tác thầy - trò và các bạn được tổ chức như trên có sử dụng các phương pháp

dạy học tích cực cũng đã thể hiện rõ những ưu điểm của nó

- Giáo viên kịp thời hướng dẫn, uốn nắn các thao tác, kỹ thuật thí nghiệm, giải đáp những thắc mắc của học sinh

- Giáo viên có thể trực tiếp quan sát, đánh giá học sinh ngay trong quá trình làm thí nghiệm về kiến thức, kỹ năng sử dụng các dụng cụ thí nghiệm, ph- ương pháp tiến hành

- Học sinh được trực tiếp tham gia thực hiện các thí nghiệm thực hành thực, rèn các kỹ năng nhận biết, sử dụng thành thạo các dụng cụ thí nghiệm gắn với thực tế kỹ thuật và cuộc sống

- Học sinh có thể trao đổi và tranh luận với nhau về kiến thức lý thuyết,

về cách thức tiến hành thí nghiệm, cách đo phân tích số liệu, tính sai số, kết quả thí nghiệm,

- Qua đó giúp cho học sinh có những phẩm chất cần thiết trong quá trình làm thí nghiệm thực hành: tính kiên nhẫn, tỉ mỉ, trung thực

hư Giáo viên tốn nhiều công sức trong quá trình chuẩn bị thí nghiệm và hhư ướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm

h Dụng cụ thí nghiệm hạn chế sẽ làm ảnh hưởng đến việc tổ chức hoạt động tiến hành thí nghiệm của học sinh Đặc biệt là sự hạn chế về nội dung do thiếu hệ thống thiết bị thí nghiệm chuẩn theo yêu cầu việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực và tự lực của học sinh Vì vậy, để đáp ứng hình thức dạy học này phải đảm bảo các điều kiện về phòng học, dụng cụ thí nghiệm đầy đủ, đảm bảo tất cả phải hoạt động tốt, thường xuyên được kiểm tra

- Hạn chế trong việc nghiên cứu khảo sát trong phòng thí nghiệm những thí nghiệm cơ học diễn biến nhanh, yêu cầu có không gian rộng, làm lại nhiều lần

1.5 Thực trạng của việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

1.5.1.Mục đích tìm hiểu

Để chuẩn bị cho việc đề xuất các biện pháp ứng dụng công nghệ thông tin hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT, chúng tôi đã tiến hành tìm hiểu tình hình dạy và học vật lý của một số giáo viên và học sinh trường THPT Việt Đức, Hà Nội Từ đó rút ra các

ưu nhược điểm của việc dạy học này, đồng thời rút ra kinh nghiệm và xây dựng tiến trình dạy học cho phù hợp với phương án đã đề xuất

1.5.2 Nội dung tìm hiểu

- Thực trạng trang thiết bị, cơ sở vật chất, đặc biệt quan tâm tới trang thiết bị phòng thí nghiệm phục vụ bộ môn vật lý của nhà trường

- Về tiến trình dạy học: Tìm hiểu các phương pháp dạy học chủ yếu mà giáo viên sử dụng, việc sử dụng các phương tiện vào dạy học vật lý

- Về tình hình học tập của học sinh: Tìm hiểu tình hình học tập của học sinh

ở trên lớp và ở nhà, nhưng khó khăn của học sinh trong quá trình học tập môn vật lý và phần động học nói riêng

1.5.3 Phương pháp tìm hiểu:

xxix

- Gặp gỡ lãnh đạo nhà trường, tham quan cơ sở vật chất, phòng thí nghiệm vật lý, phòng học chất lượng cao (phòng đa năng) của nhà trường

- Dự giờ, gặp và trao đổi với giáo viên bộ môn

- Quan sát học sinh trên lớp và gặp gỡ trao đổi với một số học sinh

1.5.4 Kết quả tìm hiểu:

Qua tìm hiểu chúng tôi thấy:

Trường THPT Việt Đức Hà Nội là một trường nằm ở trung tâm thành phố, có truyền thống dạy và học tốt nhiều năm liên tục, có bề dày thành tích trong các kì thi tốt nghiệp, kì thi đại học cũng như các

kì thi học sinh giỏi (Theo thống kê thuộc 200 trường phổ thông đứng đầu toàn quốc của Bộ giáo dục, năm 2012 nhà trường có thứ hạng 154, một thứ hạng khá cao), có một cơ sở vật chất khá hoàn thiện cho việc giảng dạy cũng như học tập

Thông qua các phiếu hỏi khảo sát ý kiến của 146 học sinh Tổng hợp kết quả điều tra theo bảng 1.2

Mật độ

Kĩ năng

Thường xuyên

Thỉnh thoảng Hiếm khi

Không bao giờ

quy luật, định luật 62% 28% 7% 3% Quan sát các thí nghiệm trên

Bảng 1.2 Thống kê phiếu khảo sát học sinh THPT Việt Đức

Qua quan sát các giờ dạy và kết quả điều tra cho thấy, việc quan sát và tiến hành thí nghiệm trên những phần mềm thí nghiệm ảo chưa được học sinh chú trọng, ngoài ra những kĩ năng tư duy như phát hiện vấn đề, đề xuất giả thuyết thường được quan tâm nhiều hơn Trong khi những kĩ năng cũng rất cần thiết như là xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm; phân tích, xử lý và rút ra các quy luật, định luật chiếm tỉ lệ thấp hơn so với các kĩ năng khác

Để tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến thực trạng trên, chúng tôi tìm hiểu cơ sở vật chất phục vụ môn học vật lý, cụ thể là phòng thí nghiệm và trao đổi với giáo viên bộ môn Kết quả như sau:

Tài liệu học tập của học sinh chủ yếu là SGK phổ thông và tài liệu hướng dẫn thực hành do giáo viên biên soạn Một số phần mềm, bài giảng điện tử đã được giáo viên sử dụng

Các phòng học được xây dựng một cách khoa học, thoáng, mát và rộng, tạo điều kiện tối đa cho người học

Có các phòng học chuyên dụng như phòng học đa năng, phòng thí nghiệm Vật lý, hóa học, sinh học.v.v với các trang thiết bị khá đầy đủ, phong phú Có giáo viên chuyên trách phòng thí nghiệm Nhưng có một số dụng cụ đã cũ và hỏng, gây ra một số hạn chế khi tiến hành thí nghiệm

Đội ngũ giáo viên giảng dạy có nhiều kinh nghiệm, được tuyển kĩ càng, có nhiều giáo viên là thủ khoa tốt nghiệp của các trường đại học trên toàn quốc (hiện có một giáo viên vật lý đang giảng dạy ở trường là thủ khoa tốt nghiệp của trường Đại học Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà Nội)

Giáo viên và học sinh đã chuẩn bị thí nghiệm rất cẩn thận nhưng khi tiến hành thí nghiệm học sinh làm không kịp dẫn đến lúng túng, không đủ thời gian

để rèn luyện kĩ năng thí nghiệm và học sinh sẽ bắt chước theo thao tác của giáo viên

Phương pháp dạy và học đã có nhiều thay đổi theo chiều hướng tích cực khiến tiết học trở nên hứng thú, nhưng vẫn còn một số học sinh học theo lối thụ động và chưa tích cực Một trong những nguyên nhân là do thi tốt nghiệp và thi đại học hiện nay, chủ yếu kiểm tra lý thuyết và bài tập nên học sinh chỉ quan các phần mềm mô phỏng

hoặc các thí nghiệm ảo

xxxi

tâm đến bài tập và lý thuyết, ít chú trọng đến thực hành

1.6 Ứng dụng CNTT hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

1.6.1 Ứng dụng CNTT hỗ trợ quá trình tự học, tự nghiên cứu ở nhà của học sinh (Hỗ trợ tìm kiếm và trao đổi thông tin)

Ứng dụng công nghệ thông tin theo hướng tăng tính tích cực tự lực, sáng tạo, tự học, tự nghiên cứu của học sinh nhằm rèn luyện kĩ năng thí nghiệm với các ứng dụng cụ thể như xây dựng các bài giảng điện tử , học sinh sử dụng bài giảng điện tử khai thác nguồn tài nguyên như tài liệu học tập dạng pdf , file Word, html, ppt ; phần mềm thí nghiệm ảo dưới dạng Java Applet , Swf , các Video, âm thanh minh họa hiện tượng vật lí hoặc các bài giảng , giúp học sinh nghiên cứu sâu về phương pháp dạy học bộ môn

Ngày nay, với sự phát triển của CNTT, nhiều phần mềm hỗ trợ đóng gói

tư liệu như Reload editor, VNUCE, Adbole Presenter … Các phần mềm này cho phép đóng gói các tư liệu học tập thành các trang Web, có thể đưa ra các đĩa

CD hoặc đóng gói theo chuẩn SCORM, cho phép chạy trên các Flatform như Moodle, Ilias, WebCT, Blackboard thuận lợi, dễ dàng mà không đòi hỏi kiến thức, kĩ năng CNTT cao

1.6.2 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm tương tác trên màn hình

hỗ trợ làm quen với các thiết bị thí nghiệm thực và xây dựng quy trình thao tác tiến hành thực hành thí nghiệm thực (Hỗ trợ thực hiện Quy trình)

Phim và băng video quay các thí nghiệm vật lí đã được sử dụng như các phương tiện trực quan nhằm giới thiệu về các thí nghiệm vật lí thực cũng kinh nghiệm trong tiến hành thí nghiệm Những phương tiện này cũng đem lại hiệu quả cho giáo viên, học sinh khi dạy và học, nhưng việc điều khiển là rất hạn chế bởi quá trình chạy và dừng chúng Khi đã chạy đoạn phim hoặc video thì mọi thông tin đều thực hiện theo kịch bản của đoạn phim Khả năng quan trọng nhất của người giáo viên có kinh nghiệm là chọn các đoạn phim cần thiết, thực tế

việc lựa chọn này chiếm rất nhiều thời gian trong khi nhu cầu của giáo viên và học sinh là những nội dung cần thiết phải được đưa ra ngay lập tức khi nhấn nút điều khiển, điều này thì những phim, video thông thường không thực hiện được

Trong các phương tiện truyền thống, thí nghiệm vật lí thực được giới thiệu như các video kĩ thuật số, các đoạn video được số hóa và chạy trên máy vi tính giúp điều khiển các đoạn video dễ dàng hơn, tuy nhiên khi các đoạn video chạy thì các thông tin đưa ra được điều khiển bởi thiết bị chứ không phải từ người học hay người dạy

Thí nghiệm tương tác trên màn hình là kiểu phương tiện mới nhằm giới thiệu các thí nghiệm thực mà trong đó mỗi người sử dụng đều có thể điều khiển theo cách riêng của học sinh, nó khuyến khích học sinh không chỉ học kiến thức nội dung và còn cả kiến thức về quy trình Phương tiện mới này tạo ra tiềm năng to lớn trong việc hỗ trợ học sinh học tập vật lí với các thí nghiệm

Thí nghiệm tương tác trên màn hình hay còn được gọi là video tương tác được xây dựng bằng cách quay các thí nghiệm thực, số hóa và đưa vào máy tính Bằng các ngôn ngữ lập trình, cho phép hiển thị một khung hình mong muốn nào đó dựa vào tương tác của người sử dụng với các đối tượng, hình ảnh (thiết bị thí nghiệm) trên màn hình Người sử dụng cũng có thể duyệt qua từng khung hình hoặc chạy lại với thời gian thực

xxxiii

Hình 1.1 Khi nhấn công tắc nam châm điện, vật bắt đầu rơi và

thời gian vật qua cổng quang hiển thị trên đồng hồ

Ví dụ: Với thí nghiệm rơi tự do, bằng thực hiện thí nghiệm thật và quay video trong các trường hợp cổng quang ở các vị trí khác nhau Lập trình trên máy tính có thể cho phép người sử dụng tương tác với các đối tượng hình ảnh trên màn hình như thao tác thực hiện thí nghiệm thật

Thao tác với phần mềm cụ thể như sau: di chuyển cổng quang, nhấn công tác nam châm điệm, điều khiển đồng hồ như sử dụng thí nghiệm thật Dữ liệu hiển thị trên đồng hồ ghi nhận từ thí nghiệm thật vì vậy nó được dùng như thông tin tham khảo cho quá trình thực hiện trên thí nghiệm thật, tức là nếu thực hiện thí nghiệm thật với các điều kiện về khoảng cách cổng quang, kích thước vật nặng và đặt chế độ đồng hồ như thí nghiệm tương tác trên màn hình thì kết quả là như nhau (Hình 1.1,1.2)

Hình 1.2 Khi nhấn cổng quang cho phép dịch chuyển

cổng quang ở các vị trí khác nhau

1.6.3 Xây dựng phần mềm hỗ trợ quá trình kiếm tra, đánh giá

Để đánh giá hiệu quả kĩ năng thí nghiệm của học sinh cần kết hợp đánh giá xác thực với đánh giá truyền thống, đánh giá thường xuyên và đánh giá định kì, giáo viên đánh giá và học sinh tự đánh giá Với những yêu cầu này, số lượng công việc trở lên rất nhiều, tạo sức ép rất lớn đối với cả giảng viên

và học sinh

Để đảm bảo học sinh đã có chuẩn bị kĩ lưỡng, với lượng thời gian ít ỏi đầu giờ, giáo viên khó lòng kiểm tra tất cả học sinh có đủ kiến thức và kĩ năng cần thiết để tiến hành thí nghiệm hay không, đồng thời giáo viên khó lòng kiểm tra được quá trình chuẩn bị của học sinh thực hiện như thế nào

xxxv

Bằng các phần mềm trắc nghiệm khách quan hoặc phiếu trắc dựa trên các tình huống có tác dụng kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh vừa có tác dụng định hướng quá trình nghiên cứu của học sinh Kết quả kiểm tra trên phần mềm cần thiết được ghi lại để học sinh đưa vào báo cáo chuẩn bị

Hình 1.3 Sử dụng công cụ kéo - thả trong Flash xây dựng câu hỏi trắc nghiệm kiểm tra kĩ năng bố trí dụng cụ thí nghiệm

Ví dụ: sử dụng các chức năng xây dựng câu hỏi trắc nghiệm của phần mềm Flash MX để xây dựng các câu hỏi trắc nghiệm trên máy tính (hình 1.3)

1.7 Kết luận chương 1

Trên đây, chúng tôi đã trình bày cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài luận

án Những vấn đề đã trình bày có thể tóm tắt thành những luận điểm sau:

- Thí nghiệm đóng vai trò quan trọng trong dạy học Vật lí, các nhà giáo dục đã khẳng định lợi ích to lớn của các hoạt động trong phòng thí nghiệm đối với học tập vật lí

- Việc tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm vật lí theo kiểu “tái tạo” hạn chế tính sáng tạo, tự học, tự nghiên cứu của học sinh Ngày nay, kiểu thực

hành thí nghiệm “tìm tòi” đã và đang được nghiên cứu triển khai phổ biến, mô hình phòng thí nghiệm này có thể làm tăng hiệu quả quá trình dạy học vật lí theo hướng tăng cường tính tích cực, tự lực, sáng tạo

- Việc rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí cho học sinh trong dạy học vật lí còn hạn chế

- Việc xác định kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí cần phát triển cho học sinh sư phạm còn thiếu hệ thống, chưa xây dựng được quy trình rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học cho học sinh

- Dựa trên lí luận dạy học nói chung, lí luận dạy học vật lí ở trường phổ thông và các chuẩn nghề nghiệp cho giáo viên THPT, chúng tôi hệ thống hóa kĩ năng thí nghiệm cần hình thành ở học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

- Phân tích vị trí, vai trò, thực trạng việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở các trường phổ thông, chúng tôi nhận thấy thí nghiệm có vai trò quan trọng trong dạy học vật lí ở trường phổ Tuy nhiên việc tổ chức nội dung các bài thí nghiệm chưa có định hướng rèn luyện kĩ năng thí nghiệm; Việc kiểm tra đánh giá kĩ năng thí nghiệm còn hạn chế

- Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, máy vi tính và các phần mềm đã và đang được sử dụng trong dạy học vật lí nói chung và rèn luyện kĩ năng sử dụng thí nghiệm đem đem lại nhiều lợi ích

- Ứng dụng CNTT hỗ trợ thực hành thí nghiệm và rèn luyện kĩ năng sử dụng TN trong DH vật

lí cho học sinh có vai trò: Cung cấp thông tin; Hướng dẫn quy trình thực hiện thí nghiệm; Hỗ trợ kiểm tra - đánh giá; Xây dựng môi trường học tập mở, linh hoạt

- Nghiên cứu ứng dụng CNTT, cụ thể là xây dựng và sử dụng các phần mềm đa phương tiện hỗ trợ dạy học, các chức năng sử dụng phần mềm và máy tính trong việc hỗ trợ rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông gồm: Hỗ trợ tìm kiếm, trao đổi thông tin; Hỗ trợ làm quen với các thiết bị thí nghiệm thực và xây dựng quy trình thao tác tiến hành thực hành thí nghiệm thực; Hỗ trợ kiểm tra-đánh giá

xxxvii

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KĨ NĂNG THÍ NGHIỆM CHO HỌC SINH,

PHẦN CƠ HỌC – VẬT LÝ 10 2.1 Phân tích nội dung các bài thực hành thí nghiệm phần cơ học

2.1.1 Nội dung các bài thực hành thí nghiệm phần cơ học

Theo chương trình vật lí 10 - nâng cao, phần cơ học gồm ba bài thực hành thí nghiệm, cụ thể các bài như sau:

1) Bài 12 Thực hành xác định gia tốc rơi tự do

Bài thực hành này được thực hiện cuối chương 1, khi đó học sinh đã được học về phương pháp khảo sát chuyển động thẳng, học sinh đã biết các bước tiến hành thí nghiệm nói chung (bài 3), biết cách xác định sai số trong bài học sai số trong thí nghiệm thực hành (bài 11) Như vậy, đây là bài thực hành thí nghiệm đầu tiên mà học sinh được tiến hành với thí nghiệm thật

Mục đích của bài thí nghiệm này là đo gia tốc rơi tự do của một vật Về cơ bản, rơi tự do là một chuyển động nhanh dần đều, muốn xác định gia tốc có thể đo quãng đường và thời gian chuyển động của vật dựa vào công thức s=v0t + 1/2gt2 Việc xác định vận tốc v0 là khó khăn nên có thể chọn v0=0, tức là cần đo thời gian rơi của vật từ lúc vật bắt đầu chuyển động Một nguyên nhân có thể làm sai lệch kết quả trong quá trình tiến hành thí nghiệm là khi vật rơi có sức cản có không khí, cần chọn vật rơi thích hợp để làm giảm ảnh hưởng của không khí đến kết quả đo

Ví dụ: Thả một vật ( trụ thép, viên bi…) từ độ cao s trên mặt đất, vật sẽ rơi rất nhanh theo phương thẳng đứng (phương song song với dây dọi) Trong trường hợp này ảnh hưởng của không khí không đáng kể, vật chỉ chuyển động dưới tác dụng của trọng lực, nên có thể coi là vật rơi tự do Khi một vật

có vận tốc ban đầu bằng 0, chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc g, đo quãng đường đi được s sau khoảng thời gian t (tính từ lúc vật bắt đầu chuyển động) hoặc đo thời gian t khi vật chuyển động được quãng đường s, gia tốc được xác định bởi công thức: g=2s/t2

Như vậy, trong thí nghiệm trên, để xác định gia tốc g ta có thể chọn s hoặc t là biến độc lập (có thể đặt trước giá trị) và đo đại lượng còn lại là biến phụ thuộc

Với bài thực hành đo gia tốc rơi tự do trong sách giáo khoa vật lí 10 – nâng cao, phương án thí

nghiệm trên được tiến hành với bộ thí nghiệm với máng CT10-1 và đồng hồ đo thời gian hiện số MC964 (hình 2.1), các dụng cụ thí nghiệm cụ thể như sau:

Hình 2.1 Ảnh chụp bộ thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do

1 Đồng hồ đo thời gian hiện số MC964 (Hình 2.2)

Đồng hồ đo thời gian hiện số là loại dụng cụ đo thời gian chính xác cao (độ chia nhỏ nhất 0,001 - 0,01s) Nó có thể hoạt động như một đồng hồ bấm giây, được điều khiển bằng các cổng quang điện

Hình 2.2 Ảnh chụp đồng hồ đo thời gian hiện

số MC964

Hình 2.3 Nam châm điện và trụ thép

2 Hộp công tắc đóng ngắt điện một chiều cấp cho nam châm điện và bộ đếm thời gian

3 Nam châm điện N (Hình 2.3)

4 Cổng quang điện E

Cổng quang điện gồm một điôt D1 phát ra tia hồng ngoại, và một điôt D2 nhận tia hồng ngoại từ D1

chiếu sang Dòng điện cung cấp cho D1 được lấy từ đồng hồ đo thời gian Khi có vật chắn chùm tia hồng ngoại chiếu từ D1 sang D2, D2 sẽ phát ra tín hiệu truyền theo dây dẫn đi tới đồng hồ, điều khiển

đồng hồ hoạt động tức thì, gần như không có quán tính

xxxix

6 Quả dọi

7 Giá đỡ thẳng đứng có vít điều chỉnh thăng bằng

8 Hộp đựng cát khô

9 Giấy kẻ ô li để vẽ đồ thị Kẻ sẵn bảng ghi số liệu theo mẫu trong SGK

Để tiến hành được thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do, học sinh cần có các kĩ năng sử dụng các dụng cụ thí nghiệm và lắp ráp các dụng cụ thí nghiệm như sau:

+ Sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số MC964, đây là dụng cụ thí nghiệm có độ chính xác cao và nhiều chức năng nên học sinh cần biết chọn đúng chân cắm và chọn đúng chế độ đo Trên mặt đồng

hồ có hai ổ cắm 5 chân, một nút ấn và một cái chuyển mạch Ổ A có 5 chân, được nối với cổng quang điện E, vừa cung cấp dòng điện cho cổng E, vừa nhận tín hiệu từ E gửi về Ổ B được nối với cổng quang điện F, và có chức năng như trên Nút chuyển mạch MODE (kiểu làm việc) dùng để chọn kiểu làm việc cho đồng hồ đo thời gian Việc chọn sai chế độ thì không thể đo được thời gian rơi của vật Trong bài này cần chọn MODE ở vị trí A B Ở chế độ này, khi có tín hiệu từ E chuyển sang thì đồng hồ bắt đầu hoạt động, khi có tín hiệu từ F chuyển sang thì đồng hồ đo ngừng hoạt động, khoảng thời gian ngăn cách từ lúc có tín hiệu thứ nhất đến lúc có tín hiệu thứ hai được hiện trên mặt hiện số của đồng hồ

+ Vật rơi là một trụ thép nên có thể được giữ bằng nam châm điện N lắp trên đỉnh giá đỡ, được nối qua công tắc vào ổ A của đồng hồ đo thời gian Ổ A vừa cấp điện cho nam châm, vừa nhận tín hiệu từ công tắc chuyển về Cổng E lắp ở dưới, được nối với ổ B Khi nhấn công tắc, nam châm điện bị ngắt mạch và vật rơi, đồng thời tín hiệu được gửi về đồng hồ đo thời gian và bắt đầu đo thời gian vật rơi Khi vật rơi qua cổng quang, đồng hồ ngừng đo Như vậy, cần phải điều chỉnh sao cho vật rơi đi đúng qua cổng quang Học sinh cần quan sát quả dọi, phối hợp điều chỉnh các vít ở chân giá để sao cho khi vật rơi qua lỗ tròn của cổng quang điện, như vậy nam châm, vật rơi, cổng quang phải cùng nằm trên một trục thẳng đứng

+ Khi vật rơi, có thể vật sẽ bắn ra, gây mất an toàn trong quá trình thí nghiệm, học sinh cần phải nhận biết, dự đoán được hiện tượng sẽ xảy ra và có giải pháp đảm bảo an toàn trong khi tiến hành thí nghiệm, ví dụ: sử dụng khăn vải bông được đặt nằm dưới để để vật rơi khỏi bắn ra xa

+ Để đảm bảo đo chính xác thời gian, việc nhấn công tắc nam châm điện cũng cần nhấn và thả thật nhanh, vì chuyển động của vật là rất nhanh, việc nếu thả nút công tắc chậm thì có thể sai mất vài phần chục giây trong khi đồng hồ đo chính xác đến 1/100s

Ngoài ra, do hiện tượng từ trễ, nam châm điện có thể làm ảnh hưởng đến chuyển động rơi của vật trong khoảng thời gian đầu

Tóm lại: Thực hành xác định gia tốc rơi tự do là bài thực hành thí nghiệm đầu tiên trong chương trình

vật lí THPT Một số dụng cụ thí nghiệm học sinh mới được tiếp súc, kĩ năng sử dụng các dụng cụ và tiến hành của học sinh còn hạn chế trong khi bài thực hành này đòi hỏi phép đo chính xác với các dụng cụ đo hiện đại, việc lắp ráp, điều chỉnh, bố trí thí nghiệm cũng đòi hỏi sự khéo léo vì vậy đây là bài thực hành mà học sinh có thể gặp nhiều khó khăn cả về kĩ năng thiết kế thí nghiệm và kĩ năng tiến hành thí nghiệm

2) Bài 25 Thực hành xác định hệ số ma sát

Mục đích của thí nghiệm này là xác định hệ số ma sát của mặt phẳng và vật Đây là bài thực hành thuộc chương động lực học chất điểm, học sinh được học về các định luật của Newton và các loại lực

Lực ma sát đã được xác định theo công thức F= µN Như vậy, nếu xác định được lực ma sát và áp lực

N của vật thì sẽ xác định được hệ số ma sát µ, tuy nhiên việc đo lực ma sát là khó khăn

Một cách khác là xét các lực tác dụng lên vật khi trượt trên mặt phẳng nghiên Căn cứ vào sự chuyển

động của vật trên mặt phẳng nghiêng khiα ≥ α0 (α0 là góc nghiêng của máng so với mặt phẳng nằm ngang) Vật chuyển động trượt xuống với gia tốc a, ta có:

a = g (sinα - μ t cosα)

Độ lớn của a phụ thuộc vào α và μt(hệ số ma sát trượt), ta có công thức hệ số ma sát trượt μt:

Xác định được α và a ta xác định được μt α xác định bằng thước đo góc Như vậy nhiệm vụ đặt ra còn lại là xác định gia tốc của vật chuyển động nhanh dần đều trên mặt phẳng nghiêng

Việc thiết kế phương án và cách thức tiến hành thí nghiệm xác định gia tốc của vật chuyển động nhanh dần đều học sinh đã được học trong bài thực hành xác định gia tố rơi tự do Những dụng cụ thí nghiệm tương tự với bài thực hành xác định gia tốc rơi tự do, điểm khác biệt là máng CT10-1 được thay bằng máng nghiêng CT10-2 (hình 2.4)

Hình 2.4 Bộ thí nghiệm thực hành xác định hệ số ma sát

Qua phân tích trên có thể cho thấy ở bài thực hành này không đòi hỏi nhiều về cơ sở lí thuyết để thiết kế phương án thí nghiệm, học sinh đã được học về các định luật Newton, chuyển động biến đổi đều, vậy có thể tự thiết kế được phương án thí nghiệm Đồng thời học sinh đã làm quen với các dụng cụ thí nghiệm, biết cách sử dụng chúng như đồng hồ đo thời gian hiện số MC964, cổng quang, nam châm điện Vấn đề đặt ra là đòi hỏi học sinh thực hiện chính xác, với thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do, học sinh có thể so sánh kết quả của mình với gia tốc rơi tự do đúng Với thí nghiệm này, học sinh không có giá trị chuẩn để so sánh nên học sinh cần xác định rõ sai số để từ đó khẳng định tính tin cậy của phép đo

Tóm lại: Bài thực hành xác định hệ số ma sát thực chất là xác định gia tốc của vật chuyển động nhanh dần đều trên máng nghiêng Các đại lượng cần đo cơ bản vẫn là đo quãng đường và thời gian Các nguyên tắc đo và cách sử dụng các dụng cụ thí nghiệm học sinh đã được học trong bài thí nghiệm xác định gia tốc rơi tự do nên bài học này có nhiều điều kiện để học sinh tự lực rèn luyện

Việc xác định lực tổng hợp từ hai lực, trong trường hợp đơn giản là tổng hợp hai lực P 1 và P 2song song cùng chiều tác dụng lên thanh AB, ở đây P 1 và P 2 có thể xác định nhờ trọng lực của hai vật nặng biết khối lượng (cân hoặc sử dụng quả cân đã biết khối lượng) Hợp của hai lực P 1 và P 2song song cùng chiều tác dụng lên thanh AB là một lực P  song song cùng chiều với hai lực đó Lực P này

có độ lớn bằng tổng độ lớn hai lực P = P1 + P2 Giá của lực P  nằm trong mặt phẳng chứa hai lựcP 1

và P 2, chia khoảng cách giữa hai lực (chia trong) theo tỉ lệ:

OA

OB d

d P

P  

1

2 2

1

(hình 2.5)

Hình 2.5: Sơ đồ tổng hợp hai lực song song cùng chiều

Kết quả tính toán độ lớn và điểm đặt của lực F trên hình 2.5 là cơ sở để tiến hành thí nghiệm tổng hợp hai lực song song cùng chiều Dụng cụ thí nghiệm bao gồm (hình 2.5):

- Hai lò xo xoắn 5N, dài khoảng 60 mm

- Ba dây cao su