Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm kết nối máy vi tính trong dạy học phần dòng điện xoay chiều và dao động điện từ vật lí 12

Thiết kế tiến trình dạy học sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong phần Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ - Vật lí 12.... Một số bộ thí nghiệm phần Điện học được thiết kế với b

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG NHUỆ

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC PHẦN DÕNG ĐIỆN

XOAY CHIỀU VÀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VẬT LÍ 12

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

HÀ NỘI – 2015

XOAY CHIỀU VÀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VẬT LÍ 12

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 01 11

Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Kim Chung

HÀ NỘI – 2015

3

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới các thầy, cô giảng viên Khoa Sư phạm, Khoa các khoa học giáo dục, phòng Sau Đại học Trường Đại học Giáo Dục - Đại học Quốc Gia

Hà Nội đã quan tâm giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài này

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô trong Ban giám hiệu trường THPT Hồng Hà - Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài này

Đặc biệt, em xin trận trọng cảm ơn TS Phạm Kim Chung đã tận tình hướng dẫn em thực hiện đề tài này

Hà nội - 2015

Học Viên

Nguyễn Thị Phương Nhuệ

Máy tính điện tử Phương tiện dạy học Sách giáo khoa

Sư phạm Vật lí

5

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……… 22 Bảng 1.2 Thống kê phiếu khảo sát học sinh THPT Hồng Hà……… 28 Bảng 2.1 Danh mục các thiết bị thí nghiệm 39 Bảng 3.1 Bảng thống kê điểm số báo cáo chuẩn bị trước khi tiến hành thí nghiệm ……… 63 Bảng 3.2 Bảng thống kê điểm số báo cáo sau khi tiến hành thí nghiệm 64 Bảng 3.3 Bảng thống kê số học sinh đạt từ điểm xi trở xuống………… .65

6

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Mạch dao động LC……… 31

Hình 2.2 Dạng đồ thị của biên độ dao động trong dao động điện từ tắt dần……… 32

Hình 2.3 Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện……… ……… 33

Hình 2.4 Đồ thị biểu diễn sự biễn đổi của UC và IC giữa hai đầu bản tụ theo thời gian……… 34

Hình 2.5 Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm……… 34

Hình 2.6 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của UL và IL giữa hai đầu cuộn cảm thuần theo thời gian……… 35

Hình 2.7 Bộ dụng cụ thí nghiệm Vật lí phần điện, từ và dao động 38

Hình 2.8 Mạch tạo dao động điện từ LC……… 40

Hình 2.9 Bố trí mạch tạo dao động điện từ LC……… 41

Hình 2.10 Mạch dao động LC có thêm điện trở R……… 42

Hình 2.11 Bố trí mạch tạo dao động điện từ tắt dần……… 44

Hình 2.12 Hình ảnh dao động điện từ tắt dần trên màn hình phần mềm Soundcard Oszilloscope……… …… 45

Hình 2.13 Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện……… 46

Hình 2.14 Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm……….… 46

Hình 2.15 Bố trí mạch tạo dao động điện từ LC……….……… 50

Hình 2.16 Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện……….……… 53

Hình 2.17.Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm……… 53

7

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1 Kết quả báo cáo chuẩn bị trước khi tiến hành thí nghiệm…….64 Biểu đồ 3.2 Đồ thị các đường tần suất lũy tích……….……… … 65

8

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

1.Lý do nghiên cứu……… 10

2.Mục đích nghiên cứu……… 11

3.Nhiệm vụ nghiên cứu……… 11

4.Khách thể và đối tượng nghiên cứu… ……… 11

5.Vấn đề nghiên cứu ……… 12

6.Giả thiết khoa học… ……… 12

7.Giới hạn phạm vi nghiên cứu……… 12

8.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài……… 12

9.Phương pháp nghiên cứu……… 13

10.Cấu trúc luận văn……… 13

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1.Thí nghiệm Vật lí và đặc điểm thí nghiệm Vật lí ………… 14

1.1.1.Thí nghiệm Vật lí ……… 14

1.1.2.Đặc điểm thí nghiệm Vật lí ……… 14

1.2.Vai trò thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông 15 1.2.1.Vai trò thí nghiệm trong DHVL ở trường phổ thông theo quan điểm của lý luận nhận thức……… 15

1.2.2.Vai trò thí nghiệm trong DH VL ở trường phổ thông theo quan điểm của lý luận dạy học ……… 16

1.3.Hệ thống các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học Vật lí 19

1.3.1.Khái niệm kĩ năng 19

1.3.2.Kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học Vật lí 20

1.4 Thí nghiệm biểu diễn và những yêu cầu cơ bản khi sử dụng 25

1.5 Thực trạng của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông……… 27

1.5.1.Mục đích tìm hiểu……… 27

1.5.2 Nội dung tìm hiểu……… 27

1.5.3 Phương pháp tìm hiểu……… 27

1.5.4 Kết quả tìm hiểu……… 28

1.6 Kết luận chương 1……… 30

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC PHẦN DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ – VẬT LÍ 12 2.1 Phân tích nội dung các bài phần Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ - Vật lí 12 .……… 31

2.1.1 Nội dung các bài phần Dòng điện xoay chiều và dao động điện từ 31 2.1.2 Xác định mục tiêu các bài học 36

9

2.2 Xây dựng một số thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học phần

Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ - Vật lí 12… 37

2.2.1 Ý tưởng xây dựng thí nghiệm……… 38

2.2.2 Xây dựng một số thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học phần Dòng điện xoay chiều và dao động điện từ……… 38

2.3 Tổ chức hoạt động dạy học sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong phần Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ - Vật lí 12 48

2.4 Thiết kế tiến trình dạy học sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong phần Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ - Vật lí 12 49

2.5 Kết luận chương 2 54

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm……… 55

3.2 Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm………… 55

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm……… 55

3.2.2 Phương thức thực nghiệm sư phạm……… 55

3.3 Thực nghiệm sư phạm……… 57

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

3.5 Phân tích định lượng……… 63

3.6 Hiệu quả của biện pháp đã đề xuất……… 68

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ……… 69

Tài liệu tham khảo……… 72

Phụ lục ……… 76

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 đã đề ra

Do các thiết bị thí nghiệm đắt tiền, cồng kềnh, tốn nhiều thời gian chuẩn bị dụng cụ, việc tiến hành thí nghiệm có nhiều khó khăn cho giáo viên trong dạy học Một số bộ thí nghiệm phần Điện học được thiết kế với bảng mạch lắp sẵn có ưu điểm dễ thao tác tiến hành thí nghiệm và đảm bảo thí nghiệm thành công, tuy nhiên do các bảng mạch và thiết bị nhỏ chỉ phù hợp với các thí nghiệm thực hành của học sinh, việc tiến hành thí nghiệm biểu diễn của giáo viên là hạn chế

Để đáp ứng việc giảng dạy chương trình vật lí ở Trung học phổ thông, việc nghiên cứu, chế tạo bộ thí nghiệm Vật lí bằng các vật liệu rẻ tiền, tiết kiệm, dễ sử dụng trong dạy học, đồng thời nghiên cứu kết hợp thí nghiệm thật

và các phần mềm trên máy tính nhằm nâng cao hiệu quả của các thí nghiệm

Có khả năng thiết kế, lắp ráp các mạch điện linh hoạt, dễ thao tác, thực hiện được nhiều thí nghiệm phần Điện học trong môn Vật lí ở bậc THPT (lớp 11

và lớp 12) các thí nghiệm biểu diễn của giáo viên trên mặt bảng từ, đảm bảo học sinh dễ quan sát, giáo viên dễ tiến hành thí nghiệm nhanh và chính xác là cần thiết

Với những lý do trên, tôi chọn đề tài nghiên cứu: “XÂY DỰNG VÀ SỬ

DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC PHẦN DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VẬT LÍ 12”

11

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng thí nghiệm và thiết kế phương án sử dụng một số thí nghiệm phần Điện học trong dạy học Vật lí lớp 12 nhằm rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh THPT

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về dạy học có sử dụng thí nghiệm trong bộ

môn Vật lí THPT

- Xây dựng bộ thí nghiệm trong môn Vật lí phần Dòng điện xoay chiều

và dao động điện từ kết nối máy vi tính

- Nghiên cứu về nội dung, phương pháp tổ chức dạy học phần Dòng

điện xoay chiều và dao động điện từ - Vật lí 12

- Thiết kế tiến trình dạy học phần Dòng điện xoay chiều và dao động

điện từ - Vật lí 12 với các bộ thí nghiệm đã xây dựng được

- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các

bài thí nghiệm và các tiến trình dạy học đã xây dựng

4 Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu

- Khách thể nghiên cứu:

Quá trình dạy và học thực hành Vật lí của giáo viên và học sinh lớp 12 trường THPT Hồng Hà, thành phố Hà Nội

- Đối tượng nghiên cứu:

+ Thiết bị thí nghiệm Vật lí và sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí

phần Dòng điện xoay chiều và dao động điện từ - Vật lí 12

12

5 Vấn đề nghiên cứu

Đề tài tập trung vào nghiên cứu vấn đề cơ bản sau:

Làm thế nào để xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm kết nối máy vi tính trong việc dạy học phần Dòng điện xoay chiều và dao động điện từ - Vật

lí 12 nhằm rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh THPT

6 Giả thuyết khoa học

Việc xây dựng các thiết bị thí nghiệm phần Dòng điện xoay chiều và dao động điện từ - Vật lí 12 - kết nối máy vi tính bằng các vật liệu đơn giản, dễ chế tạo và thiết kế tiến trình dạy học theo con đường thực nghiệm sẽ nâng cao trình độ kiến thức, kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí phần Dòng điện xoay chiều và dao động điện từ - Vật lí 12

7 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

- Các nghiên cứu khảo sát được tiến hành trên phạm vi các trường trung học phổ thông trên địa bàn thành phố Hà Nội, với đơn cử là trường THPT Hồng Hà - Hà Nội

- Số liệu sử dụng đề tài này được thu thập trong khoảng thời gian từ

2009 đến 2013, những số liệu khảo sát mới được điều tra trong năm 2014

- Thời gian dự kiến thực hiện đề tài: từ tháng 8/2014 đến tháng 5/2015

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa lý luận của đề tài :

Đề tài phát triển lí luận về rèn luyện kĩ năng thí nghiệm Vật lí cho học sinh THPT

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài :

Kết quả nghiên cứu có thể được vận dụng vào việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh THPT môn Vật lí

13

9 Phương pháp nghiên cứu

* Nhóm các phương pháp nghiên cứu lý luận

- Nghiên cứu lý thuyết về sử dụng thí nghiệm trong dạy học bộ môn Vật lí THPT

- Nghiên cứu nội dung và cách thức tổ chức hoạt động sử dụng thí nghiệm trong việc dạy học phần Dòng điện xoay chiều và dao động điện từ – Vật lí 12

* Nhóm các phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Quan sát, điều tra về thực

tiễn hoạt động sử dụng thí nghiệm trong việc dạy học Vật lí

* Nhóm các phương pháp thực nghiệm:

- Tiến hành tổ chức hoạt động dạy học một số nội dung trong phần Dòng điện xoay chiều và dao động điện từ – Vật lí 12 có sử dụng các thí nghiệm tại trường THPT Hồng Hà – Hà Nội

* Nhóm phương pháp xử lý thông tin: Định lượng, định tính, thống kê và

phân tích thống kê

10 Cấu trúc của luận văn

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

Chương 2 Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm kết nối máy tính

trong dạy học phần Dòng điện xoay chiều và dao động điện từ -Vật lí 12

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

dữ liệu [14,tr 124]

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 lí

Thí nghiệm Vật lí 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

15

- 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]

1.2 Vai trò thí nghiệm trong dạy học Vật lí 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

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

17

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

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 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,

19

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 nghiệm

f Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của học sinh

Trong quá trình thí nghiệm đòi hỏi tuân thủ các giai đoạn của quá trình thí nghiệm (lập kế hoạch, lựa chọn và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm và

xử lí số liệu) học sinh được rèn luyện phong cách làm việc khoa học Quá trình tự lực xây dựng kiến thức từ các thí nghiệm, học sinh thu nhận những quan điểm của thế giới quan duy vật, đặc biệt là vai trò thực tiễn trong việc nhận thức thế giới, 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 lí

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

20

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 lí

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

21

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)

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

4

Xác định cách 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

Quan sát và thu thập dấu hiệu bản chất của quá trình vật lí nghiên cứu hay các số liệu (Đọc

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

23

+ 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

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

24

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 nghiê ̣m

+ 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 nh ững sự cố bất thường trong lúc tiến hành thí nghiệm (đối với những thí nghiê ̣m nguy hiểm, phức ta ̣p)

25

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

+ 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 Thí nghiệm biểu diễn và những yêu cầu cơ bản khi sử dụng

Dựa vào hoạt động của GV và HS, có thể phân TNVL thành hai loại: thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm thực hành Đối với thí nghiệm biểu diễn, dựa vào mục đích sử dụng thí nghiệm, có thể phân các loại như sau:

+ TN mở đầu: là những TN được dùng để đặt vấn đề định hướng bài học TN mở đầu đòi hỏi phải hết sức ngắn gọn và cho kết quả ngay

+ TN nghiên cứu hiện tượng mới: được tiến hành trong khi nghiên cứu bài mới TN nghiên cứu hiện tượng mới có thể là TN khảo sát hay TN kiểm chứng

+ TN củng cố: là những TN được dùng để cũng cố bài học Cũng như

TN mở đầu, TN cũng cố cũng phải hết sức ngắn gọn và cho kết quả ngay

Để có thể phát huy tốt vai trò của TN biểu diễn trong dạy học Vật lí, giáo viên cần phải quán triệt các yêu cầu sau đây trong khi tiến hành TN

Thứ nhất, TN biểu diễn phải gắn liền hữu cơ với bài giảng TN là một

khâu trong tiến trình dạy học, do đó nó phải luôn gắn liền hữu cơ với bài giảng, phải là một yếu tố tất yếu trong tiến trình dạy học Nếu TN biểu diễn không gắn liền hữu cơ với bài giảng thì không thể phát huy tốt vai trò của nó trong giờ học Muốn TN gắn liền hữu cơ với bài giảng, trước hết TN phải

26

xuất hiện đúng lúc trong tiến trình dạy học, đồng thời kết quả TN phải được khai thác cho mục đích dạy học một cách hợp lí, lôgic và không gượng ép

Thứ hai, TN biểu diễn phải ngắn ngọn hợp lí Do thời gian của một tiết

học chỉ 45 phút, trong khi đó TN là một khâu trong tiến trình dạy học, vì vậy nếu kéo dài sẽ ảnh hưởng đến các khâu khác, tức là ảnh hưởng đến tiến trình dạy học chung Bởi vậy, phải căn cứ vào từng TN cụ thể để GV quyết định thời lượng cho thích hợp

Thứ ba, TN biểu diễn phải đủ sức thuyết phục Trước hết TN biểu diễn

phải thành công ngay, có như vậy HS mới tin tưởng, TN mới có sức thuyết phục thuyết phục đối với HS Ngoài ra, cần phải chú ý rằng, từ kết quả của

TN lập luận đi đến kết luận phải lôgic và tự nhiên, không miễn cưỡng và gượng ép, không bắt HS phải công nhận Cần phải giải thích cho HS nguyên nhân khách quan và chủ quan của những sai số trong kết quả TN

Thứ tư, TN biểu diễn phải đảm bảo cả lớp quan sát được Phải được bố

trí TN để cho cả lớp có thể quan sát được và phải tập trung được chú ý của

HS vào những chi tiết chính, quan trọng Muốn vậy, GV cần chú ý từ khâu lựa chọn dụng cụ TN đến việc bố trí sắp xếp dụng cụ sao cho hợp lí Nếu cần thiết có thể sử dụng các phương tiện kĩ thuật, như: Camera, đèn chiếu, máy chiếu qua đầu, máy vi tính để hỗ trợ

Thứ năm, TN biểu diễn phải đảm bảo an toàn Trong khi tiến hành TN

biễu diễn không được để TN gây ảnh hưởng đến sức khỏe của HS TN phải an toàn, tránh gây cho HS cảm giác lo sự mỗi khi tiến hành TN

– Để thực hiện những TN một cách có hiệu quả, cần chú ý đến những

kĩ thuật biểu diễn TN cơ bản sau:

+ Sắp xếp dụng cụ: Các dụng cụ TN phải được bố trí và sắp xếp sao cho lôi cuốn được sự chú ý của HS và đảm bảo cho cả lớp quan sát được Muốn vậy phải lựa chọn các dụng cụ TN có kích thước đủ lớn và phải sắp xếp

1.5 Thực trạng của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông

1.5.1.Mục đích tìm hiểu

Để chuẩn bị cho việc đề xuất các thiết kế thí nghiệm hỗ trợ cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT, chúng tôi đã tiến hành tìm hiểu tình hình dạy và học Vật lí của một số giáo viên và học sinh trường THPT Hồng

Hà, 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 lí 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 lí

- 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 lí và phần Dòng điện xoay chiều và dao động điện từ nói riêng

1.5.3 Phương pháp tìm hiểu:

- Gặp gỡ lãnh đạo nhà trường, tham quan cơ sở vật chất, phòng thí nghiệm Vật lí của nhà trường

28

- 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 Hồng Hà - Hà Nội là một trường nằm ở trung tâm thành phố, có truyền thống dạy và học tốt nhiều năm liên tục, có thành tích cao trong các kì thi tốt nghiệp, 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 147 học sinh Tổng hợp kết quả điều tra theo bảng 1.2

Bảng 1.2 Thống kê phiếu khảo sát học sinh THPT Hồng Hà

Mật độ

Kĩ năng

Thường xuyên

Thỉnh thoảng Hiếm khi

Không bao giờ

Quan sát và phát hiện vấn đề 85% 15% 0% 0%

Lập luận logic để suy ra hệ

29

Qua quan sát các giờ dạy và kết quả điều tra cho thấy, việc quan sát

và tiến hành thí nghiệm hỗ trợ bài học cũng như các thí nghiệm có kết nối máy tính không được chú trọng sử dụng, 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 lí , 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 thí nghiệm Vật lí , hóa học, sinh học.v.v được trang bị các thiết bị tương đối đầy đủ, 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, tâm huyết với nghề, luôn tìm tòi phương pháp để cải thiện chất lượng dạy và học

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

30

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

- Việc tổ chức hoạt động thí nghiệm vật lí trong giảng dạy Vật lí còn hạn chế tính sáng tạo, linh hoạt Chưa có nhiều thiết bị thí nghiệm biểu diễn

để phục vụ các bài dạy trên lớp của giáo viên khiến việc giảng dạy trở nên khó khăn, học sinh khó tiếp thu bởi không được quan sát trực quan

- 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

31

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG

DẠY HỌC PHẦN DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ

DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ – VẬT LÍ 12 2.1 Phân tích nội dung các bài phần Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ - Vật lí 12

2.1.1 Nội dung các bài phần Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ - Vật lí 12

Theo chương trình Vật lí 12, phần Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ có các bài cụ thể sau:

1) Bài 21 Dao động điện từ

Bài này là bài mở đầu của chương 4 Dao động và sóng điện từ, khi

đó học sinh đã được học về dao động cơ, học sinh đã biết về phương trình và dạng đồ thị của dao động cơ, cụ thể là dao động của con lắc đơn, từ đây có thể liên hệ và thấy được mối tương đồng với dao động điện từ

Mục 1 của bài là Dao động điện từ trong mạch LC có thí nghiệm để chứng minh mạch LC là mạch dao động dựa trên dạng đồ thị hình sin trên dao động kí Khi trong mạch kín LC có sự phóng nạp của tụ điện thì làm cho dòng điện qua cuộn cảm thay đổi hay dòng trong mạch thay đổi Sự phóng nạp liên tục và theo chu kì phóng nạp của tụ điện làm cho dòng điện trong mạch tăng giảm theo chu kì Kết quả tạo ra dao động điện từ

Hình 2.1 Mạch dao động LC

32

Trong mục này có bố trí thí nghiệm gồm tụ điện C, cuộn cảm L, pin P và chuyển mạch K Nối hai đầu của cuộn cảm L với lối vào dao động kí điện tử Điều chỉnh dao động kí để có hình ảnh ổn định để thấy đồ thì dạng hình sin

Mục 3 của bài là Dao động điện từ tắt dần Dao động điện từ trong mạch dao động LC là dao động tắt dần do cuộn dây và các dây nối trong mạch bao giờ cũng có điện trở nên khi dòng điện chạy qua sẽ có sự tỏa nhiệt làm cho năng lượng điện từ trong mạch giảm dần theo thời gian, tương tự như

sự mất mát năng lượng trong các hệ dao động cơ học do có lực ma sát của môi trường Biên độ của dòng điện trong mạch và điện áp trên tụ điện sẽ giảm dần theo thời gian đến khi bằng không

Hình 2.2 Dạng đồ thị của biên độ dao động trong dao động điện từ tắt dần

Xét một mạch dao động LC có thêm điện trở R Chọn bản tụ nối với điểm A để khảo sát điện tích của tụ điện và chiều dương của dòng điện theo chiều mũi tên như hình vẽ Khi đó, ta có: i = - q’

33

Phương trình trên có dạng toán học tương tự như phương trình của dao động

cơ tắt dần dưới tác dụng của lực ma sát nhớt:

x’’ + 2β.x’ + ω02.x= 0 với ω02

= k/m; β = b/2m trong đó 2β được gọi là hệ số tắt dần

Nghiệm của phương trình vi phân trên có dạng:

Q = Q0.e-βtcos(ωt + φ) với ω = (ω0

2 – β2)1/2 = ( 1/LC – R2/4L2 ) Còn Q0 và φ là các hằng số được xác định bởi điện tích trên bản tụ và cường

độ dòng điện trong mạch ở thời điểm ban đầu t = 0

Tuy nhiên, bộ thí nghiệm này chưa được trang bị đầy đủ Đồng thời đối với việc sử dụng Dao động kí đòi hỏi kĩ năng sử dụng phức tạp, nhiều giáo viên cũng chưa sử dụng thành thạo nên việc tiến hành thí nghiệm biểu diễn cũng trở nên khó thực hiện Vì vậy giáo viên không thể thực hiện thí nghiệm

và chỉ có thể giới thiệu các thiết bị thí nghiệm cho học sinh biết thêm

2) Bài 27.Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, cuộn cảm

2.1) Đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện:

Hình 2.3 Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện

a) Tác dụng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều được nghiên cứu định tính bằng TN mắc tụ nối tiếp với một đèn rồi sau đó mới chứng minh định lượng bằng giải tích Nếu điều kiện cho phép có thể để HS tham gia làm

TN để chứng tỏ hiện tượng dòng điện xoay chiều đi qua tụ điện Việc lí giải hiện tượng dòng điện đi qua tụ điện là yêu cầu mở rộng nên được xếp ở cột phụ Hai tác dụng cơ bản của tụ điện nắc đến trong bài này là có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều và làm cho dòng điện sớm pha π/2 so với điện áp

34

Hình 2.4 Đồ thị biểu diễn sự biễn đổi của U C và I C giữa hai đầu bản tụ

theo thơi gian

b) Khác với SGK cũ, các biểu thức điện áp và cường độ tức thời trong chương V đều được viết dưới dạng côsin như đối với các dao động cơ Riêng phần chứng minh điện áp giữa hai bản tụ trễ pha đối với dòng điện, ta dùng biểu thức dưới dạng sin : u = U0sinωt Với biểu thức này của u, cường độ dòng điện có dạng i = I0cosωt Do đó, trên giản đồ vectơ Inằm trên trục pha (thường vẽ nằm ngang) đúng với giá trị của I trên giản đồ của đoạn mạch chỉ

có cuộn cảm và đoạn mạch RLC mắc nối tiếp học ở các tiết sau Điều đó, nhằm tạo thuận lợi hơn cho HS khi vận dụng kiến thức của bài này vào bài sau

2.2) Đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm

Hình 2.5 Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm

a) Cần chú ý ở mục 1, ta dùng cuộn cảm có lõi sắt dịch chuyển được để chứng tỏ một cách định tính ảnh hưởng của độ tự cảm tới cường độ hiệu dụng của dòng điện trong mạch khi điện áp hiệu dụng của mạch không đổi Trong

TN này, khi mắc A và B với nguồn điện một chiều, ngay sau khi dóng hay ngắt khóa K, dòng điện trong cuộn cảm day chưa ổn định, dòng điện tự cảm

có tác dụng qua đèn khi mở khóa K nhưng chỉ có tác dụng tăng hoặc giảm dòng điện khi đóng hay ngắt mạch Lúc ổn định, cuộn cảm chỉ có tác dụng như một dây dẫn điện trở nhỏ Trong TN này, ta quan sát độ sáng của bóng

35

đèn khi dòng điện đã ổn định Đối với dòng điện xoay chiều, cuộn cảm có tác dụng cản trở dòng điện ngay khi mạch điện đã ổn định Trong các mục tiếp theo ta dùng cuộn cảm có độ tự cảm không đổi

b) Các cuộn dây trong thực tế đều có điện trở Nếu ta đặt vào hai đầu cuộn dây có độ tự cảm L và có điện trở thuần R một điện áp xoay chiều u =

U0cos(ωt + φ1) rồi đóng mạch lúc t = 0 thì trong mạch có dòng điện cường độ

L

I e = I1 có giá trị không đổi theo thời gian Trong thực tế không xảy ra điều đó Như vậy, tuy mục này học về cuộn cảm

có điện trở bằng không nhưng ta lại sử dụng kết quả thu được cho cuộn cảm

có điện trở nhỏ Chỉ cần cho HS hiểu cuộn cảm thuần là cuộn dây có điện trở nhỏ không đáng kể và dòng điện mà ta đề cập tới ở đây là dòng điện ở chế độ

ổn định

Hình 2.6 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của U L và I L giữa hai đầu cuộn

cảm thuần theo thời gian

36

Như vậy trong bài này có hai thí nghiệm biểu diễn để học sinh để học sinh có thể quan sát và rút ra nhận xét Tuy nhiên các bộ thí nghiệm này chưa được trang bị trong các trường học vì vậy khi dạy đến bài này cả giáo viên và học sinh rất khó trong việc dạy và học

IA3 Hiểu được nguyên nhân làm tắt dần dao động điện từ

và nguyên tắc duy trì dao động

IA4 Hiểu được sự tương tự giữa dao động điện và dao động cơ

b Kĩ năng

IIB1 Biết cách tính dung kháng, cảm kháng

IIB2 Biết cách biểu diễn u và i bằng vectơ quay cho đoạn mạch chỉ có tụ điện và đoạn mạch chỉ có cuộn cảm

37

2.2 Xây dựng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học phần Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ

2.2.1 Ý tưởng xây dựng thí nghiệm

Phần Điện học là những nội dung quan trọng trong chương trình Vật lí Trung học cơ sở (lớp 7 và lớp 9) và của chương trình Vật lí phổ thông (lớp

11 và lớp 12) Các bài thí nghiệm phần Điện học ở THPT cần các thiết bị thí nghiệm chuyên dụng như dao động kí, điện kế, vôn kế, ampe kế, các linh kiện điện tử Đặc biệt là trong các thí nghiệm biểu diễn của giáo viên, đòi hỏi phải có kích cỡ đủ lớn để học sinh có thể quan sát và tham gia thí nghiệm, vì vậy khi giáo viên chuẩn bị thí nghiệm để dạy học trên lớp mất rất nhiều thời gian do di chuyển các thí bị thí nghiệm và chuẩn bị thí nghiệm, nên khi dạy học giáo viên chỉ vẽ sơ đồ thí nghiệm trên bảng và mô tả chúng, thậm trí trong các thí nghiệm thực hành thì học sinh cũng gặp nhiều khó khăn vì mạch điện trên thí nghiệm khác biệt với sơ đồ đã học

Mặc dù hiện nay các trường phổ thông đã được trang bị các thiết bị thí nghiệm để phục vụ đổi mới chương trình, sách giáo khoa phổ thông, tuy nhiên các thiết bị này đắt tiền nên việc trang bị chưa được đầy đủ Đồng thời, đối với các thiết bị thí nghiệm hiện đại như Dao động kí đòi hỏi kĩ năng sử dụng phức tạp, nhiều giáo viên cũng chưa sử dụng thành thạo

Từ ý tưởng sản phẩm đồ chơi xếp hình LEGO - một bộ đồ chơi bao gồm những thanh nhựa nhiều màu cài được vào nhau, bất cứ thứ gì đều có thể tháo rời sau khi đã lắp ghép và các mảnh ghép sẽ được dùng để tạo ra những cái mới – Ý tưởng xây dựng bộ thí nghiệm Vật lí phần điện học như sau:

1 Các thiết bị thí nghiệm được gắn trên các tấm mạch điện và được minh họa bằng các kí hiệu, có thể đặt trên các bảng từ (loại bảng này rất phổ biến trong các lớp học hiện nay)

2 Giáo viên có thể nối mạch điện theo các sơ đồ như thường được vẽ trên bảng, tiến hành thí nghiệm ngay trên bảng để học sinh quan sát và học

38

sinh cũng có thể tham gia thí nghiệm với giáo viên Với các thiết kế gọn nhẹ,

dễ sử dụng, chỉ cần mang một hộp nhỏ, giáo viên có thể dạy được rất nhiều bài trong chương trình vật lí phổ thông

3 Sử dụng máy vi tính các phần mềm thay thế các thiết bị hiện đại như dao động kí để thu thập tín hiệu vào, ra nhằm tăng sự chính xác và trực quan của các thí nghiệm Giáo viên có thể sử dụng thí nghiệm trên bảng kết hợp với máy tính và máy chiếu (hoặc màn hình Tivi LCD) để dạy học trên lớp

Các bài thí nghiệm có thể thực hiện

1 Bài 1 Minh họa mạch dao động điện từ LC (Vật lí 12)

2 Bài 2 Khảo sát dao động tắt dần trong mạch LC (Vật lí 12)

3 Bài 3 Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, cuộn cảm (Vật lí 12)

2.2.2 Xây dựng một số thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học các bài phần Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ

Hình 2.7 Bộ dụng cụ thí nghiệm Vật lí phần điện, từ và dao động

39

Bảng 2.1 Danh mục các thiết bị thí nghiệm

2.2.2.1 Thiết kế thí nghiệm kết nối máy tính hỗ trợ dạy học bài Dao động điện từ

BÀI 1 MINH HỌA MẠCH DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ LC

A Mục đích thí nghiệm

- Chứng minh có sự dao động điện từ trong mạch kín LC

- Thí nghiệm ứng dụng trong bài –Dao động điện từ- Vật lí 12

L C1

K

Hình 2.8: Mạch tạo dao động điện từ LC