ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM VĂN BÌNH XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KỸ NĂNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH PH
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
PHẠM VĂN BÌNH
XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO
HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KỸ NĂNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH
PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11
LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ
HÀ NỘI – 2014
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
PHẠM VĂN BÌNH
XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO
HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KỸ NĂNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH
PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11
LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học (bộ môn Vật lí)
Mã số: 60 14 01 11
Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Kim Chung
HÀ NỘI – 2014
Trang 3i
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành:
Trường Đại học Giáo dục-Đại học Quốc Gia Hà Nội, Các Khoa và các phòng chức năng đã tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn
Thầy giáo hướng dẫn: TS Phạm Kim Chung đã tận tình chỉ dẫn, giúp
đỡ tác giả hoàn thành luận văn này
Gia đình và toàn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Tác giả
Trang 4ii
DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
Trang 5iii
MỤC LỤC
Lời cảm ơn i
Danh mục những chữ viết tắt trong luận văn ii
Danh mục các bảng vi
Danh mục các hình vii
MỞ ĐẦU 1 Lí do chọn đề tài 1
2 Mục đích nghiên cứu 3
3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3
4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu 4
5 Vấn đề nghiên cứu 4
6 Giả thuyết khoa học 4
7 Phạm vi nghiên cứu 4
8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5
9 Phương pháp nghiên cứu 5
10 Cấu trúc của luận văn 5
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 7
1.1 Thí nghiệm Vật lí và vai trò trong dạy học ở trường phổ thông 7
1.1.1 Thí nghiệm Vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí 7
1.1.2 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT 8
1.1.3 Các loại thí nghiệm Vật lí ở phổ thông 15
1.1.4 Một số yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lí trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực của học sinh THPT 17
1.1.5 Xu hướng đổi mới tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm 17
1.2 Hệ thống các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thông trong dạy học Vật lí 20
1.2.1 Khái niệm kĩ năng 20
1.2.2 Kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh trong dạy học Vật lí ở trường THPT 20
1.2.3 Các cấp độ phát triển kĩ năng thí nghiệm của học sinh 25
Trang 6iv
1.2.4 Các giai đoạn phát triển kĩ năng 28
1.3 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 29
1.3.1 Thí nghiệm thực hành Vật lí 29
1.3.2 Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí ở trường THPT 31
1.4 Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lí 35
1.4.1 Khái niệm phần mềm dạy học 35
1.4.2 Những yêu cầu chung đối với phần mềm dạy học 36
1.4.3 Phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí 39
1.5 Thực trạng của việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT 43
1.5.1 Mục đích tìm hiểu 43
1.5.2 Nội dung tìm hiểu 43
1.5.3 Phương pháp tìm hiểu 43
1.5.4 Kết quả tìm hiểu 44
1.6 Kết luận chương 1 47
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ẢO
HỖ TRỢ THỰC HÀNH VẬT LÍ PHẦN QUANG HÌNH HỌC
VẬT LÍ 11 CƠ BẢN THPT 48
2.1 Phân tích nội dung, mục tiêu dạy học bài thí nghiệm thực hành phần Quang hình học 48
2.1.1 Vị trí của bài thực hành trong phần Quang hình học 48
2.1.2 Mục tiêu bài thí nghiệm thực hành phần Quang hình học 49
2.1.3 Nội dung bài TH “Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì” 50
2.1.4 Những khó khăn khi làm thực hành phần Quang hình học 57
2.2 Đề xuất các giải pháp xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành phần Quang hình học 58
2.2.1 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ quá trình tự học, tự nghiên cứu ở nhà của học sinh 58
2.2.2 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ làm quen với các
Trang 7v
thiết bị thí nghiệm thực và xây dựng quy trình thao tác tiến hành thực hành thí
nghiệm thực 60
2.2.3 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ quá trình kiếm tra, đánh giá 61
2.3 Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí phần Quang hình học 63
2.3.1 Ý tưởng xây dựng phần mềm 63
2.3.2 Xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo bằng Flash 65
2.4 Sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí phần Quang hình học 74
2.4.1 Tổ chức thực hành TN với sự hỗ trợ của TN Vật lí ảo 74
2.4.2 Thiết kế tiến trình dạy học thực hành thí nghiệm “Xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ” 78
2.5 Kết luận chương 2 82
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 84
3.1 Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm 84
3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 84
3.1.2 Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm 84
3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 85
3.2.1 Chuẩn bị thực nghiệm 85
3.2.2 Phương thức tổ chức quá trình thực nghiệm sư phạm 86
3.3 Kết quả thực nghiệm sư phạm 89
3.3.1 Phân tích định tính 89
3.3.2 Phân tích kết quả định lượng 92
3.4 Hiệu quả của biện pháp đề tài đã đề xuất 96
3.5 Kết luận chương 3 97
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO 101
PHỤ LỤC 1 CÁC CÂU HỎI KIỂM TRA SỬ DỤNG TRONG PHẦN MỀM 103
PHỤ LỤC 2 PHIẾU CHUẨN BỊ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM 105
PHỤC LỤC 3 BẢNG TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ KĨ NĂNG THÍ NGHIỆM 110
Trang 8vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Đặc trưng của phòng thí nghiệm Tái tạo và phòng TN tìm tòi 19
Bảng 1.2 Bảng các kĩ năng thí nghiệm cơ bản cần rèn luyện cho học sinh THPT trong dạy học vật lí 21
Bảng 1.3 Các cấp độ mục tiêu nhận thức 25
Bảng 1.4 Các cấp độ mục tiêu kĩ năng tâm vận 26
Bảng 1.5 Thang đánh giá sự thực hiện (PRS) 27
Bảng 1.6 Các cấp độ mục tiêu kĩ năng thí nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông 27
Bảng 1.7 Thống kê phiếu khảo sát ở học sinh THPT Lý Tử Tấn 45
Bảng 2.1 Mục tiêu bài thí nghiệm thực hành phần Quang hình học 49
Bảng 2.2 Bảng số liệu bài thực hành số 1 - phương án 1 55
Bảng 2.3 Bảng số liệu bài thực hành số 1 - phương án 2 57
Bảng 3.1 - Bảng thống kê điểm số 93
Bảng 3.2 - Bảng thống kê số hoc sinh đạt từ điểm xi trở xuống (Bảng tần suất luỹ tích hội tụ lùi) 93
Bảng 3.3 - Các tham số thống kê 94
Trang 9vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo Razumôpxki 10
Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế phương án 1, bài thí nghiệm Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì 51
Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế phương án 2, bài thí nghiệm Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì 52
Hình 2.3 Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định ảnh của vật qua thấu kính hội tụ 53
Hình 2.4 Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính phân kì 54
Hình 2.5.Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định ảnh của vật qua thấu kính hội tụ 56
Hình 2.6 Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính phân kì 56
Hình 2.7 Màn hình lựa chọn dụng cụ thí nghiệm 59
Hình 2.9 Màn hình kiểm tra kiến thức trước khi thực hiện phần thí nghiệm 62
Hình 2.10 Màn hình kiểm tra kiến thức lí thuyết 66
Hình 2.11 Hình ảnh các dụng cụ thí nghiệm đưa vào phần mềm 66
Hình 2.12 Màn hình thực hiện thí nghiệm với menu lựa chọn 71
Hình 2.13 Màn hình giới thiệu phần thực hành các phương án thí nghiệm 73
Hình 2.14 Các phần màn hình hiển thị kết quả 74
Sơ đồ 2.1 Sơ đồ kết hợp thí nghiệm ảo và thí nghiệm thật trong thực hành thí nghiệm vật lí phổ thông 75
Hình 3.1 Đồ thị các đường phân bố tần suất luỹ tích hội tụ lùi 93
Trang 101
MỞ ĐẦU
1 Lí do chọn đề tài
Vật lí là một bộ môn khoa học thực nghiệm, vì vậy việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông không chỉ là công việc bắt buộc, mà nó còn là một trong những biện pháp quan trọng giúp nâng cao chất lượng dạy học, góp phần tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh Một trong những tác dụng của thí nghiệm vật lí là tạo ra sự trực quan sinh động trước mắt học sinh và cũng chính vì thế mà sự cần thiết của thí nghiệm trong dạy học vật lí còn được quy định bởi tính chất của quá trình nhận thức của học sinh dưới sự hướng dẫn của giáo viên Thông qua thí nghiệm vật lí, có thể tạo ra những tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan, với sự phân tích các điều kiện mà trong đó
đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới
Hiện nay, mặc dù các phòng thí nghiệm ở các trường phổ thông đã được trang bị một cách đầy đủ về số lượng trong các năm gần đây, nhưng vẫn còn những khó khăn như: nhiều dụng cụ thí nghiệm chưa chính xác, nhân viên quản lí thí nghiệm thì không chuyên trách về môn học nên việc chuẩn bị thí nghiệm cho một tiết học trên lớp là rất khó khăn Đồng thời, khi sử dụng các thí nghiệm dạy học trên lớp còn gặp trở ngại cho cả thầy và học trò vì mỗi tiết học ở trường phổ thông chỉ diễn ra trong thời gian 45 phút, một thời gian rất ngắn đối với bài thực hành Vật lí Trong mỗi bài thực hành Vật lí, việc giới thiệu và lắp ráp thiết bị mất nhiều thời gian, thời gian thực tế để tiến hành thí nghiệm rất ít Như vậy giáo viên phải mất rất nhiều thời gian cho việc chuẩn
bị trước một giờ lên lớp Hơn nữa số tiết dạy liền nhau ở các lớp khác nhau và điều này chỉ có thể thực hiện được bằng cách: một là, học sinh phải đi đến
phòng chức năng thí nghiệm riêng biệt; hai là, các thầy cô phải di chuyển hệ
Trang 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1 Bộ Giáo dục và Đào tạo (2006), Chương trình giáo dục phổ thông, môn Vật
lí NXB Giáo dục, Hà Nội
2 Bộ Giáo dục và Đào tạo (2007), Tài liệu Bồi dưỡng Giáo viên thực hiện
chương trình, sách giáo khoa lớp 11 THPT
3.Trần Tố Chinh (2013), Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo
hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dòng điện không đổi – Vật lí 11 cơ bản Trung học phổ thông (Luận văn Thạc sĩ), Đại học Giáo dục, ĐHQGHN
4 Phạm Xuân Quế (2004), “Xây dựng và sử dụng phần mềm dạy học”, Tạp
chí Giáo dục
5 Vũ Trọng Rỹ (2005), “Các yêu cầu sư phạm đối với thí nghiệm ảo – sản
phẩm multimedia”, Tạp chí Giáo dục, số 107
6.Nguyễn Xuân Thành (2007), Mô phỏng thí nghiệm trên máy tính để sử
dụng phối hợp với thí nghiệm thật trong dạy học vật lí ở trong nhà trường phổ
thông Tạp chí Khoa học, 52(6), tr.82-86
7 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng, Phạm Xuân Quế (2003),
Phương pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông, NXB ĐHSP Hà Nội
8 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng (2001), Tổ chức hoạt động nhận
thức cho học sinh trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, NXB Đại học Quốc
gia Hà Nội, Hà Nội
9 Phạm Hữu Tòng (2001), Lí luận dạy học vật lí ở trường trung học, NXB
Giáo dục, Hà Nội
10 Viện Vật lí kỹ thuật (2006), Tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị Vật lí 11
Trang 123
Tiếng Anh
11.Avi Hofstein, Vincent N Lunetta (2003), The laboratory in Science
Education: Foundation for the twenty-Fisrt Century, Wiley Periodicals, New
York
12 Dimitris Psillos, Hans Niedderer (2002), Teaching and learning in the
science laboratory, Springer, New York
13 Pham Xuan Que, Pham Kim Chung (2007), Role, requiments oF online
interactive physics experiment and how to develop the experiment Journal of
Science, 52(6), pp 87-90
14 Yogesh Kumar Singh, Ruchika Nath (2007), Teaching of General
Science, S.B Nangia, SPH Publishing Corporation, New Delhi, India