Thiết kế một số thí nghiệm hỗ trợ dạy học phần quang học vật lí lớp 11 THPT

Trong xu hướng đổi mới phương pháp dạy học, việc thiết kế và sử dụng các thí nghiệm đơn giản đang được nhiều nhà nghiên cứu và giáo viên quan tâm để tổ chức hoạt động nhận thức tích cực,

UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

THIẾT KẾ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM HỖ TRỢ DẠY HỌC

PHẦN “QUANG HỌC” VẬT LÍ LỚP 11 THPT

Mã số đề tài: SV2015-03

Thuộc nhóm ngành khoa học: Lý luận và phương pháp dạy học Vật Lý Chủ nhiệm đề tài: Thái Minh Đức

Thành viên tham gia:

1 Nguyễn Kim Thơ

2 Đặng Thùy Trang

3 Đặng Văn Thành

4 Trần Hoàng Hải Yến

5 Phạm Thị Thu

Giảng viên hướng dẫn: Ths Bùi Thị Cẩm Huệ

Tp Hồ Chí Minh, 04/2016

UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

THIẾT KẾ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM HỖ TRỢ DẠY HỌC

PHẦN “QUANG HỌC” VẬT LÍ LỚP 11 THPT

Mã số đề tài: SV2015-03

Xác nhận của Khoa

(ký, họ tên) Giáo viên hướng dẫn (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên)

Ts Võ Thành Lâm Ths Bùi Thị Cẩm Huệ Thái Minh Đức

Tp Hồ Chí Minh, 04/2016

Mục lục

I MỞ ĐẦU 1

II MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1

1. Mục tiêu nghiên cứu: 1

2. Đối tượng nghiên cứu: 1

III TÌNH HÌNH CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH DẠY HỌC PHẦN QUANG HÌNH HỌC LỚP 11 THPT 1

1. Vấn đề sử dụng thí nghiệm thực trong dạy học phần quang hình học: 1

2. Tìm hiểu về những bộ thí nghiệm hiện có ở các trường phổ thông 1

IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2

1 Mô hình mắt: 2

2 Mô hình kính thiên văn đơn giản: 4

3 Mô hình kính thực tế ảo: 8

V KẾT LUẬN – ĐỀ XUẤT 14

1 Kết luận: 14

2 Hướng phát triển 14

VI TÀI LIỆU THAM KHẢO 14

I MỞ ĐẦU

Vật lí là môn khoa học thực nghiệm và gần gũi với đời sống Việc sử dụng các thí nghiệm và mô hình để hỗ trợ giảng dạy môn học này là một trong những vấn đề được quan tâm Thực tế dạy học vật lí cho thấy vấn đề thiết bị, thời gian học và thực hành thí nghiệm, thói quen sử dụng thí nghiệm của cả giáo viên và học sinh vẫn chưa được khai thác tốt và còn nhiều hạn chế Một trong những hạn chế đó là các bài thí nghiệm trong chương trình chưa đa dạng về nội dung, thiết bị và cách sử dụng trong dạy học

Trong xu hướng đổi mới phương pháp dạy học, việc thiết kế và sử dụng các thí nghiệm đơn giản đang được nhiều nhà nghiên cứu và giáo viên quan tâm để tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh trong việc giảng dạy một số kiến thức cụ thể ở trường THPT

Phần quang hình học trong chương trình vật lí 11 THPT là một phần kiến thức trừu tượng cần sự hỗ trợ của các thí nghiệm thực để nâng cao hiệu quả dạy và học của giáo viên và học sinh Đề tài định hướng tìm hiểu và thiết kế một số thí nghiệm và mô hình đơn giản để hỗ trợ việc giảng dạy một số kiến thức liên quan hệ ghép thấu kính và sự điều tiết của mắt Kết quả nghiên cứu sẽ là gợi ý cho giáo viên sử dụng thí nghiệm thực trong quá trình dạy học quang hình học nhằm phát huy tính tích cực và hứng thú học tập của học sinh

1 Mục tiêu nghiên cứu:

Thiết kế một số thí nghiệm đơn giản và mô hình dụng cụ quang học hỗ trợ dạy học các kiến thức phần quang hình học lớp 11 THPT

2 Đối tượng nghiên cứu:

a Kiến thức phần quang hình học lớp 11 THPT

b Các thiết bị thí nghiệm sẵn có và những dụng cụ khác có thể sử dụng

HỌC LỚP 11 THPT

1 Vấn đề sử dụng thí nghiệm thực trong dạy học phần quang hình học:

Qua tìm hiểu, chúng tôi thấy rằng hiện nay, giáo viên giảng dạy phần quang hình học chủ yếu theo phương pháp thuyết trình, giảng giải, kết hợp sử dụng nhiều hình ảnh, đoạn phim thí nghiệm, hoặc thí nghiệm mô phỏng để tạo hứng thú cho học sinh

Tuy nhiên, đa số giáo viên rất hạn chế việc sử dụng các thí nghiệm thực trong giảng dạy kiến thức quang hình học Thí nghiệm thực chủ yếu được sử dụng để giới thiệu hoặc đặt vấn đề mở đầu bài học chứ hầu như không hỗ trợ giảng dạy một khái niệm hoặc rèn luyện kĩ năng thực hành cho học sinh

Các kiến thức ở phần quang hình học lớp 11 tuy gần gũi nhưng lại khá trừu tượng khiến học sinh gặp khó khăn và mắc phải một số sai lầm trong nhận thức, chẳng hạn như các tia sáng đi qua thấu kính mỏng sẽ tạo ảnh như thế nào, có nhất thiết phải sử dụng màn thì mới quan sát được ảnh, cơ chế điều tiết của mắt ra sao hay các hệ thấu kính có ứng dụng như thế nào trong cuộc sống Nguyên nhân chính là do sự hạn chế trong thiết kế và dụng cụ của những bộ thí nghiệm hiện có ở các trường Chẳng hạn, với những bộ thí nghiệm này, giáo viên thường sử dụng nguồn sáng để chiếu vào các dụng cụ quang học, ảnh thật thì được hứng trên màn, do đó đôi khi dẫn đến những quan niệm sai lầm của học sinh về việc quan sát ảnh; hoặc học sinh học lí thuyết về mắt nhưng lúng túng và không hiểu rõ được sự điều tiết của mắt khác gì với sự điều chỉnh ống kính của máy ảnh

2 Tìm hiểu về những bộ thí nghiệm hiện có ở các trường phổ thông

Hiện tại, hầu hết phòng thí nghiệm vật lí ở các trường phổ thông đều được trang bị

ba bộ thí nghiệm quang hình, bao gồm: bộ thí nghiệm quang hình biểu diễn, bộ thí nghiệm quang hình thực hành, bộ thí nghiệm đo chiết suất của nước

Thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì là thí nghiệm thực hành Các thí nghiệm này chỉ có thể cho học sinh thực hiện trong phòng thí nghiệm trong các tiết thực hành Như vậy, chúng ta vẫn thiếu những thí nghiệm phù hợp để hỗ trợ tổ chức hoạt động nhóm cho học sinh Và chúng ta cũng chưa có một mô hình về mắt để học sinh có thể quan sát ngay trong tiết học, các em chỉ có thể quan sát qua hình ảnh

Để đưa ra những gợi ý và giải pháp cho những vấn đề nêu trên, đề tài định hướng sẽ tìm hiểu một số phương án thiết kế mô hình mắt và mô hình đơn giản về ứng dụng của hệ ghép thấu kính trong thực tiễn

1 Mô hình mắt:

a Cấu tạo

Cấu tạo của kính thực tế ảo Đặc điểm

2 Ống nhựa PVC 1 ống có đường kính lớn (3,7cm) và một

ống có đường kính nhỏ hơn (3cm) Chiều dài 2 ống tối thiểu bằng với đường kính quả bóng

b Quy trình làm một kính thực tế ảo

Chuẩn bị dụng cụ

- 1 quả bóng đá (nhựa)

- 1 thấu kính hội tụ 50mm

- Cuộn băng keo trong + keo nến

- Kéo và dao rọc dấy

- 2 Ống nhựa PVC có đường kính

khác nhau Ông lớn đường kính 3,7cm;

ống nhỏ đường kính 3cm

Thực hiện

Bước 1 : Khoét 2 lỗ trên quả bóng đối

xứng qua tâm có đường kính bằng với

đường kính ống nhựa lớn (3,7cm)

Bước 2 : Cho ống nhựa có đường kính

lớn xuyên qua 2 lỗ vừa khoét

Bước 3 : Dùng keo nến cố định thấu kính

hội tụ vào một đầu ống nhựa lớn

Bước 4 : Lấy phần bị khoét của banh

nhựa, dán cố định vào ống nhựa có đường

kính nhỏ hơn (chỉ dán một đầu)

Bước 5 : Cho ống nhựa nhỏ vào ống nhựa

lớn (đã cố định với quả bóng) Quan sát

vật qua ống nhỏ và điều chỉnh ống nhỏ

sao cho nhìn vật rõ nhất Dùng bút lông

vạch vị trí nhìn rõ nhất

c Ưu điểm

- Mô hình sinh động, giúp học sinh dễ hiểu sự tạo ảnh qua mắt

- Dễ tháo ráp, vận chuyển gọn nhẹ, không cồng kềnh

- Học sinh dễ thực hiện, chế tạo

2 Mô hình kính thiên văn đơn giản:

a Cấu tạo

Cấu tạo của kính thiên văn Thông số gợi ý cho mô hình

Vật kính là một thấu kính hội tụ tiêu cự dài

có chức năng đưa hình ảnh vật cần quan sát

lại gần

D1= 2,5÷4 dp  f1 = 25÷40 cm

Thị kính : là một thấu kính hội tụ tiêu cự

ngắn có chức năng phóng đại hình ảnh cần

quan sát Có thể sử dụng kính lúp gấp (còn

gọi là kính soi vải) mua ở nhà sách giá 30

ngàn đồng Kính lúp thường có chất lượng

thấp và gây ra hiện tượng sắc sai, nên có

thể thay bằng các thấu kính trong các thiết

bị quang học như: máy ảnh cũ, máy quay

phim, kính hiển vi…

f2 khoảng 2cm đường kính hơn 1 cm

Thân ống làm bằng ống nhựa bên trong

được làm đen và bìa cứng Ống nước và giấy bìa cứng

b Quy trình làm một kính thiên văn đơn giản

Hoàn thành

Bước thực hiện Hình ảnh minh họa

Chuẩn bị dụng cụ

- Một mắt kính viễn tiêu cự 1 dp làm vật

kính

- 1 kính lúp tiêu cự 2.5 cm

- 1m ống PVC 27cm

- 1m ống PVC 42cm

- 1 co 60-42 cm

- 1 ống chữ T đường kính 42 cm

- 1 ống tăng nhiệt 27 cm

- 1 ống nối 27 cm

- Kéo, bìa cattong

- Băng keo trong

- Băng keo giấy

- Băng keo hai mặt

Lắp đặt thị kính

Bước 1: Cắt ống PVC 27 cm với chiều dài

30 cm và quấn bìa cattong ngay đầu của

ống

Bước 2: Cắt ống PVC 42 cm thành ống nhỏ

chiều dài 30 cm

Bước 3: Lắp mắt kiếng trong kính lúp vào

ống PVC 27cm và kính được giữ cố định

bằng bìa cattong

Bước 4: Lắp hai ống PVC vào với nhau

Lắp đặt vật kính

Bước 1: Cắt ống PVC 42cm thành ống nhỏ

dài 32 cm

Bước 2: Lắp co 60-42 cm vào đầu ống

đồng thời lắp bìa cattong ngoài co để tạo

chỗ cố định giữ kính viễn

Bước 3: Lắp kính viễn vào co và cố định

kính lại bằng bìa cattong

Lắp đặt chân đế

Bước 1: Cắt ống nhựa 27 cm thành 3 ống

nhỏ 2 ống dài 20 cm và 1 ống dài 40 cm

Bước 2: Quấn bìa cattong ngay đầu ống nối

27 cm

Bước 3: Tiến hành lắp 3 ống nhỏ vừa cắt

vào ống tăng nhiệt 27cm Sau đó lắp ống

nổi 27cm vào đầu ống PVC 27cm dài

40cm

c Lưu ý

 Khắc phục sắc sai: vì sắc sai chỉ xảy ra ở mép thấu kính nên để khắc phục ta dùng bìa cứng dán che đi các mép thấu kính, vừa chống sắc sai, vừa bảo vệ thấu kính, vừa trang trí cho đẹp Hoặc cũng có thể giảm sắc sai bằng cách tăng tiêu cự vật kính, khi đó độ bội giác cũng tăng, tuy nhiên lúc đó chiều dài của ống nhòm sẽ tăng lên, không thuận tiện cho ống nhòm cầm tay

 Bảo đảm ghép hệ thấu kính đồng trục :

- Đường kính của các thấu kính phải vừa khớp với đường kính ống nước, để

khi lắp vào thấu kính sẽ chắc chắn không bị nghiêng lệch quang trục

- Khi dán băng keo 2 mặt tạo hệ thống trượt phải dán đúng một vòng quanh

ống, tránh dán dư hoặc thiếu làm hệ thấu kính không đồng trục

- Ảnh kém còn do chất lượng của thị kính và vật kính tìm được

 Ảnh nhìn được mờ do đặt mắt không hợp lý: khoảng nhìn cho ảnh đầy và rõ nhất

là khi bạn đặt mắt cách thị kính bằng tiêu cự của nó Do đó cần di chuyển khoảng cách mắt với thị kính để tìm khoảng rõ

 Hình ảnh đảo lộn : sở dĩ như vậy là do đây là một dụng cụ để quan sát trên bầu trời, việc đảo lộn này không mấy quan trọng khi bốn bề đều là bầu trời tối đen Bạn hãy dần làm quen với việc đảo lộn này

d Ưu điểm

- Giá thành rẻ hơn so với kính thiên văn bán ngoài thị trường

Giá sản phẩm này lên đến 1.990.000 VNĐ

- Dễ tháo ráp, vận chuyển gọn nhẹ, không cồng kềnh

- Học sinh dễ thực hiện, chế tạo

e Gợi ý sử dụng trong dạy học

Hoàn thành

- Học sinh khối lớp 11 được học bài kính thiên văn nhưng chỉ thông qua lý thuyết không

có dụng cụ, thiết bị hỗ trợ để quan sát kỹ lưỡng Vì thế, thông qua kính thiên văn đơn giản này, học sinh sẽ được biết rõ hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách làm một kính thiên văn đơn giản Đồng thời, còn giúp tiết học trở nên trực quan sinh động, tạo sự thích thú, sáng tạo của các em học sinh

3 Mô hình kính thực tế ảo:

a Cấu tạo

Cấu tạo của kính thực tế ảo Đặc điểm

Tấm bìa cattong Tấm bìa cattong có kích thước lớn, tối

thiểu 22cm chiều ngang, 56cm chiều rộng, 1.5mm độ dày để đảm bảo độ bền và kích thước

b Quy trình làm một kính thực tế ảo

Chuẩn bị dụng cụ

- 1 tấm bìa cattong với kích thước

22 cm chiều ngang, 56 cm chiều rộng, 1,5

mm chiều dày

- 2 thấu kính hội tụ 45mm

- Tấm khóa dán Velcro (loại khóa

dán trên áo quần, cái khoá của áo quần

gồm có hai dải bằng sợi nilông, một nhám

một trơn, khi ép lại sẽ dính chặt nhau),

với kích thước các chiều 20x30mm

- Kéo và keo dán

- Một smartphone chạy nền tảng

Android 4.1 trở lên

c Ưu điểm

- Giá thành rẻ hơn so với kính thực tế ảo bán ngoài thị trường

Thực hiện

Bước 1 : Tải bản vẽ mẫu tại Google

Cardboard và in ra giấy theo kích thước

100%

Bước 2 : Đặt giấy đã in lên trên tấm bìa

cattong và định vị nó bằng viết chì Sau

đó cắt bìa cattong theo đường đã được vẽ

Bước 3 : Gấp bìa cattong theo đường vẽ

và tạo thành các nếp gấp vuông góc

Bước 4 : Đặt 2 thấu kính vào bìa cattong

và dán lại bằng keo dán

Bước 5 : Dùng cái khóa Velcro để cố

định chiếc hộp

Hoàn thành

- Dễ tháo ráp, vận chuyển gọn nhẹ, không cồng kềnh

- Học sinh dễ thực hiện, chế tạo

-

- Hình 1a: Khảo sát mức độ hiểu bài phần lý thuyết bài thấu kính mỏng tại lớp 11T1

và 11A3 trường THPT Nguyễn Thị Diệu

-

- Hình 1b: Khảo sát mức độ hiểu bài phần lý thuyết bài thấu kính mỏng tại lớp 11T1

và 11A3 trường THPT Nguyễn Thị Diệu

- Lưu ý: mức độ hiểu bài của học sinh thu được bằng cách cho học sinh làm 20 câu hỏi tự luận ngắn từ cơ bản đến vận dụng, mỗi câu tương ứng 0.5 điểm Sau đó chấm điểm các bài này và kết quả thu được như hình 1

- Về mức độ hiểu bài, học sinh lớp 11T1 đánh giá 8.3 điểm, học sinh lớp 11A3 đánh giá 7.2 điểm Chứng tỏ học sinh lớp 11T1 trả lời đúng hơn 80% nội dung câu hỏi Đối với lớp 11A3, học sinh trả lời được hơn 70% câu hỏi Đây là kết quả rất đáng khích lệ Tuy nội dung câu hỏi phần vận dụng thực tế lớp 11T1 có khó hơn nhưng học sinh vẫn trả lời được đa số câu hỏi và vận dụng trả lời các câu hỏi thực tế khá tốt Còn kết quả thu được với lớp cơ bản 11A3 thể hiện học sinh nắm được phần lớn kiến thức được học

- Trong khi đó, học sinh lớp 11A4 đánh giá với số điểm là 9.5 điểm, học sinh lớp 11A2 đánh giá với mức điểm là 9.7 Chứng tỏ học sinh lớp 11A4 trả lời đúng hơn 95% nội dung câu hỏi Đối với lớp 11A3, học sinh trả lời được hơn 97% câu hỏi Đây là kết quả rất tốt Với cùng nội dung câu hỏi như trường THPT Nguyễn Thị

0

2

4

6

8

10

Trường THPT NTD

Mức độ hiểu bài

0

2

4

6

8

10

11A4(39 hs)

11A2(34 hs)

Trường THTH SG

Mức độ hiểu bài

Diệu, học sinh trường THTH Sài Gòn nắm bắt và hiểu kiến thức tốt hơn nhiều Kết quả thu được đảm bảo sự hợp lý do trường THTH Safi Gòn có điểm đầu vào cao hơn hẳn trường THPT Nguyễn Thị Diệu

-

-

- Hình 2a: Kết quả thực nghiệm phần lý thuyết bài thấu kính mỏng tại lớp 11T1 và 11A3 trường THPT Nguyễn Thị Diệu

-

-

- Hình 2b: Kết quả thực nghiệm dạy lý thuyết bài thấu kính mỏng tại lớp 11A2 và 11A4 trường THTH Sài Gòn

- Trong biểu đồ hình 2 ta nhận thấy học sinh trường đánh giá khá cao việc ứng dụng

mô hình trong việc dạy học Vật Lý 11 THPT Khảo sát tại lớp 11T1 thu được kết quả đánh giá về mặt điểm số của mức độ hứng thú là 9.3 và khả năng làm việc nhóm là 9.8 Trong khi điểm đánh giá của lớp 11A3 về mức độ hứng thú là 9.8 và khả năng làm việc nhóm là 9.5 Kết quả thu được rất khả quan Đặc biệt hơn, lớp

cơ bản 11A3 lại đánh giá cao việc sử dụng mô hình vào dạy học hơn lớp 11T1Thông qua việc làm thảo luận nhóm, thiết kế lại các mô hình và giải thích hiện tượng, học sinh đánh giá khả năng làm việc nhóm của bản thân được cải thiện… Theo thông tin ghi nhận từ phía nhà trường và giáo viên chủ nhiệm lớp, đây là lớp cơ bản, học sinh đa phần không chăm chỉ học tập và lớp có nhiều học sinh cá biệt Điều này một phần chứng tỏ các em học sinh rất thích thú với việc học tập với các mô hình, thiết bị hỗ trợ việc dạy học Đây có thể coi như một lời

0

2

4

6

8

10

11T1 (38 hs) 11A3 (40 hs)

Mức độ hứng thú Làm việc nhóm

9.7 9.3 9.8 9.5 0

2

4

6

8

10

11A4 (39 hs) 11A2 (34 hs)

Trường THTH Sài Gòn

Mức độ hứng thú

Làm việc nhóm