Tổ chức dạy học các thí nghiệm về sóng ánh sáng vật lý 12 nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh

6 Chương 2 TỔ CHỨC DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ “SÓNG ÁNH SÁNG” VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM.... Cải tiến các bộ thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về “Sóng ánh s

MỤC LỤC

A PHẦN MỞ ĐẦU……… 3

1 Lý do chọn đề tài……… 3

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 3

3 Giả thuyết khoa học của đề tài 3

4 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 4

5 Phạm vi nghiên cứu của đề tài ……… 4

6 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 4

7 Phương pháp nghiên cứu 4

B.PHẦN NỘI DUNG ………5

Dự kiến đóng góp của đề tài……… 5

Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NÓI CHUNG VÀ NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM NÓI RIÊNG ……… 5

1.1 Cơ sở lí luận của việc dạy học định hướng phát triển năng lực 5

1.2 Năng lực thực nghiệm và các biểu hiện cụ thể trong học tập môn Vật lí 6

1.2.1 Khái niệm năng lực thực nghiệm……… ……… 6

1.2.2 Vai trò của việc phát triển năng lực thực nghiệm……… 6

Chương 2 TỔ CHỨC DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ “SÓNG ÁNH SÁNG” VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM 7

2.1 Nội dung kiến thức về “Sóng ánh sáng” Vật lí 12 trong chương trình Vật lí phổ thông 7

2.2 Xây dựng các cấu trúc thí nghiệm về “Sóng ánh sáng” Vật lí 12 theo định hướng phát triển năng lực thực nghiệm .7

2.2.1 Cải tiến các bộ thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về “Sóng ánh sáng” Vật lí 12 nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh 8

Bộ thí nghiệm chồng chập ánh sáng ……… 8

Bộ thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng: ………8

Bộ thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young……… 8

2.2.2 Các thí nghiệm được tiến hành với các bộ thí nghiệm đã được cải tiến nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của HS………9

Thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng……… 9

Thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng: ……….10

Thí nghiệm giao thoa ánh sáng: ……… 10

Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của khoảng vân i theo D, a, : 11

2.2.3 Nội dung chuẩn bị ……… 14

2.2.3.1 Chuẩn bị của Giáo viên ……… 14

2.2.3.2 Chuẩn bị của học sinh ……… 15

2.2.4 Tiến trình xây dựng kiến thức khoa học về “Sóng ánh sáng” Vật lí 12 nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh ………15

2.2.4.1 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức phần Tán sắc ánh sáng ………15

2.2.4.2 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức phần Nhiễu xạ ánh sáng ……… 17

2.2.4.3 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức phần Giao thoa ánh sáng ……….18

2.2.4.4 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức phần sự phụ thuộc của khoảng vân i vào a, D,  19

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 21

KẾT LUẬN CHUNG 22

KIẾN NGHỊ 22

A PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Để đào tạo được nguồn nhân lực cao, năng động và sáng tạo, thích ứng với

nền kinh tế toàn cầu thì giáo dục cần phải đổi mới toàn diện, cần chú trọng pháttriển năng lực cho người học Một trong những năng lực đặc thù trong qua trìnhdạy học Vật lí là năng lực thực nghiệm Tuy nhiên, việc phát triển năng lực thựcnghiệm hiện nay ở trường phổ thông còn chưa được chú trọng, việc vận dụngkiến thức vào thực tiễn hay ứng dụng khoa học, kĩ thuật còn chưa nhiều

Vậy làm thế nào để phát triển NLTN của HS?

Để hình thành, bồi dưỡng và phát triển được năng lực thực nghiệm cho họcsinh, cần phải hình thành các kĩ năng đó là đề xuất giả thuyết, thiết kế phương

án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả thí nghiệm Đây cũng chính làcác thành tố của năng lực thực nghiệm

Qua nghiên cứu cấu trúc và nội dung kiến thức phần “Ánh sáng” trongchương trình Vật lí trung học tôi thấy đây là một kiến thức rất quan trọng Bêncạnh đó, việc tổ chức dạy học cho học sinh phần nội dung kiến thức về ánh sángvẫn chủ yếu là học lý thuyết, việc thực hiện các thí nghiệm liên quan đến cáchiện tượng của ánh sáng còn chưa được quan tâm, học sinh chưa được thực hiệnnhiều hoặc là chỉ được quan sát giáo viên thực hiện Đồng thời, việc thực hiệncác thí nghiệm về các hiện tượng ánh sáng đối với học sinh còn khó khăn Dẫnđến chưa bồi dưỡng và phát triển được năng lực thực nghiệm của học sinh

Với mục đích nhằm bồi dưỡng, phát triển năng lực thực nghiệm của học

sinh, tôi chọn nghiên cứu đề tài: “Tổ chức dạy học các thí nghiệm về “Sóng ánh sáng” Vật lí 12 nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh”.

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Tổ chức dạy học phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh chương “Sóngánh sáng” Vật lí 12.

3 Giả thuyết khoa học của đề tài

- Nếu tổ chức dạy học các kiến thức Sóng ánh sáng theo định hướng phát triểnnăng lực thực nghiệm của học sinh thì sẽ phát triển năng lực thực nghiệm củahọc sinh

4 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

- Học sinh lớp 12 THPT

- Các thí nghiệm về Sóng ánh sáng

5 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Hoạt động dạy học các thí nghiệm về “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12

- Thực nghiệm sư phạm đối với học sinh 12 trường THPT

6 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

- Cơ sở lí luận về dạy học phát triển năng lực, năng lực thực nghiệm

- Xây dựng tiến trình dạy học các thí nghiệm phần “Sóng ánh sáng” Vật lí 12nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường THPT để đánh giá và rút ra kết luận

7 Phương pháp nghiên cứu

1.1.Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của dạy học phát triển năng lực, năng lực thựcnghiệm

1.3 Phương pháp trong phòng thí nghiệm

- Chế tạo và kiểm tra các thí nghiệm về sóng ánh sáng: Tán sắc ánh sáng, nhiễu

xạ ánh sáng, giao thoa ánh sáng

1.4 Thực nghiệm sư phạm

- Đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học các kiến thức “Sóng ánh sáng” Vật

lí 12 nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh

- Đánh giá mục tiêu nghiên cứu của đề tài

B.PHẦN NỘI DUNG

Dự kiến đóng góp của đề tài

- Xây dựng được tiến trình dạy học các thí nghiệm chương “Sóng ánh sáng” Vật

lí 12 nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh

- Cải tiến các thí nghiệm về Sóng ánh sáng để phát triển năng lực thực nghiệmcủa học sinh

Chương 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC

THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NÓI CHUNG

VÀ NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM NÓI RIÊNG

1.1 Cơ sở lí luận của việc dạy học định hướng phát triển năng lực[6][9]

Quá trình hình thành năng lực có thể được mô hình hóa bằng sơ đồ sau:

Hình 1.1 Mô hình phát triển năng lựcGiáo dục định hướng năng lực nhằm đảm bảo chất lượng đầu ra của việcdạy học, thực hiện mục tiêu phát triển toàn diện các phẩm chất nhân cách, chútrọng năng lực vận dụng tri thức trong những tình huống thực tiễn nhằm chuẩn

bị cho con người năng lực giải quyết các tình huống của cuộc sống và nghềnghiệp Chương trình này nhấn mạnh vai trò của người học với tư cách chủ thểcủa quá trình nhận thức

1.2 Năng lực thực nghiệm và các biểu hiện cụ thể trong học tập môn Vật lí 1.2.1 Khái niệm năng lực thực nghiệm[5][6][7]

Theo nghĩa hẹp, NLTN là năng lực đề xuất phương án thí nghiệm khả thi,tiến hành thí nghiệm (thao tác với các vật thể, thiết bị dụng cụ, quan sát, đo đạc)

để thu được thông tin và rút ra câu trả lời cho các vấn đề đặt ra (đó là một nhậnđịnh về một tính chất, một mối liên hệ, một nguyên lí nào đó, cho phép đề xuấtmột kết luận mới hoặc kiểm tra một giả thuyết khoa học)

NLTN với tư cách là một năng lực nhận thức khoa học, là năng lực HS cóthể hình thành và phát triển khi nghiên cứu các bộ môn khoa học thực nghiệm,trong đó có Vật lí học HS phải vận dụng tổng hợp các kiến thức lí thuyết kếthợp hài hòa với kĩ năng và thái độ, hoạt động trí óc và thực hành, các vốn hiểubiết Vật lí, kĩ thuật khoa học và thực tế cuộc sống

1.2.2 Vai trò của việc phát triển năng lực thực nghiệm[6]

Học sinh hiểu rõ và có khả năng thao tác, vận hành, sửa chữa được cácthiết bị, máy móc trong cuộc sống NLTN giúp HS tự tin, chủ động trong việctìm hiểu, vận hành, sửa chữa các thiết bị, máy móc Đồng thời, HS sẽ có khảnăng tiếp nhận thế giới tự nhiên tốt hơn, biết cách tìm hiểu khám phá tự nhiên,

có trực giác nhạy bén trước các tình huống thực tế Đồng thời, phát triển NLTNcũng kích thích hứng thú của HS, giúp các em mở rộng kiến thức và phát triểntoàn diện

Các TN về phần Sóng ánh sáng ở các trường đều có trang bị các bộ thínghiệm: TSAS, GTAS Nhưng do thời lượng của tiết học nội khoá, GV chỉ giớithiệu chức năng của bộ TN đó, cho HS quan sát "mô hình" mà không tiến hành

TN, GV chủ yếu chỉ mô tả thí nghiệm bằng lời nói và hình vẽ Việc dạy và học

“chay” khiến học sinh thụ động, không hiểu rõ bản chất và chỉ cho học sinh cáinhìn mơ hồ về hiện tượng vật lí Kiến thức HS thu nhận được xa rời thực tế, việchọc trở nên khô khan, khăn tiếp nhận, ghi nhớ

Đa số GV đều nhận định, nếu sử dụng được các phương pháp dạy học pháttriển năng lực cho học sinh sẽ kích thích được sự say mê, hứng thú, sáng tạo,góp phần phát triển các năng lực cho HS trong học tập Vật lí

Chương 2

TỔ CHỨC DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ “SÓNG ÁNH SÁNG” VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM

2.1 Nội dung kiến thức về “Sóng ánh sáng” Vật lí 12 trong chương trình Vật lí phổ thông

Tiến trình hình thành và phát triển kiến thức về “Sóng ánh sáng” như sau:

2.2 Xây dựng các cấu trúc thí nghiệm về “Sóng ánh sáng” Vật lí 12 theo định hướng phát triển năng lực thực nghiệm.

Trong quá trình dạy học kiến thức về Sóng ánh sáng, bên cạnh việc tiếpthu, vận dụng các kiến thức, học sinh còn được phát triển các năng lực thựcnghiệm trong quá trình học tập Để phù hợp với mục tiêu đặt ra với thời gianchuẩn bị không dài nên tôi lựa chọn xây dựng, tổ chức dạy học các kiến thứcsóng ánh sáng đó là TSAS, NXAS, GTAS

SÓNG ÁNH SÁNG

Đo bước sóng bằng phương pháp giao thoa

QP liên tục

QP liên tục

QP liên tục

Tán sắc ánh sáng Nhiễu xạ ánh sáng

Giao thao ánh sáng

Máy quang phổ Các loại quang phổ

AS nhìn thấy

Tia X

Tia

tử ngoại

Tia gam ma

2.2.1 Cải tiến các bộ thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về “Sóng ánh sáng” Vật lí 12 nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh

Bộ thí nghiệm chồng chập ánh sáng:

- Gồm hai thiết bị chính: đĩa màu và động cơ làm quay đĩa màu

- Chế tạo đĩa màu: Dùng 1 tấm bìa carton tròn, in một tờ giấy màu có một hìnhtròn chia thành 7 phần tương ứng có 7 màu từ đỏ đến tím và dán lên tấm bìacarton tròn

- Động cơ: Chúng tôi sử dụng loại động cơ 12V

Hình 2.6 Bộ thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng

Bộ thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng:

- Gồm các thiết bị chính: Đèn laze đỏ, khe hẹp, màn quan sát, giá đỡ

- Đèn laze đỏ và giá đỡ chúng tôi lấy từ phòng thí nghiệm của trường

- Khe hẹp chúng tôi chế tạo bằng phương pháp cắt CNC vật liệu nhôm

- Màn quan sát chúng tôi chế tạo 2 loại màn bằng vật liệu ALU kết hợp với giấycan và giấy decan đen nhám

Hình 2.7 Các dụng cụ cải tiến trong bộ thí nghiệm NXAS

Bộ thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young

- Gồm các thiết bị chính: Đèn laze đỏ, laze xanh, khe Young, màn quan sát,giá đỡ

- Đèn laze đỏ và giá đỡ chúng tôi lấy từ phòng thí nghiệm của trường.

- Đèn laze xanh chúng tôi đã tiến hành mua trên thị trường loại có công suất nhỏ(5mW) và cải tiến lại sử dụng nguồn điện 3V

- Khe Young chúng tôi chế tạo bằng phương pháp cắt CNC vật liệu nhôm và cácthanh thép mỏng có bề dày khác nhau

- Màn quan sát thì chúng rôi sử dụng màn quan sát đã chế tạo trong TN NXAS

Hình 2.8 Các dụng cụ cải tiến trong bộ thí nghiệm GTAS

2.2.2 Các thí nghiệm được tiến hành với các bộ thí nghiệm đã được cải tiến nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của HS

Thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng

Mục đích thí nghiệm: Chứng tỏ ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng

đơn sắc bằng cách tổng hợp ánh sáng trắng từ các ánh sáng đơn sắc

Bố trí thí nghiệm:

Phương án thí nghiệm: Dùng tấm bìa carton tròn chia làm 7 phần tương ứng có

7 màu từ đỏ đến tím được gắn vào trục động cơ Quay tấm bìa với tốc độ đủ lớn.Quan sát ánh sáng phản xạ từ tấm bìa và nhận xét

Kết quả: Ánh sáng phản xạ quan sát được từ tấm bìa là ánh sáng trắng.

Kết luận: Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc.

Nhận xét: Với phương án thí nghiệm này, HS sẽ phát triển NLTN ở các hành vi

là phát biểu được vấn đề cần nghiên cứu, đề xuất , lựa chọn được giả thuyết, đềxuất và lựa chọn phương án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết dưới sự giúp đỡ của

GV Với mục đích cho HS làm quen với phương pháp mới nên các chỉ số hành

Phương án thí nghiệm: Chiếu ánh sáng đơn sắc qua một khe hẹp, đo bề rộng

vùng sáng so với bề rộng khe hẹp và kết luận về đường đi của tia sáng

Kết quả: Với bề rộng khe hẹp là 0,1mm, khoảng cách từ khe hẹp đến màn quan

sát là 1m, thì bề rộng chùm sáng trên màn quan sát thu được là 3,5mm

Kết luận: Hiện tượng NXAS là hiện tượng lệch phương truyền so với sự truyền

thẳng của tia sáng khi gặp vật cản

Nhận xét: Với phương án thí nghiệm này, HS sẽ phát triển NLTN ở các hành vi

phát biểu vấn đề cần nghiên cứu, đề xuất và lựa chọn được giả thuyết với chỉ số

ở mức độ 4, các hành vi đề xuất phương án thí nghiệm, lựa chọn được phương

án khả dĩ kiểm tra giả thuyết và lập kế hoạch thực hiện với các chỉ số ở mức độ2,3

Thí nghiệm giao thoa ánh sáng:

Mục đích thí nghiệm: Khảo sát hiện tượng GTAS đơn sắc với khe Young.

Bố trí thí nghiệm:

Phương án thí nghiệm: Chiếu ánh sáng đơn sắc qua khe Young, quan sát ánh

sáng thu được trên màn đặt sau khe Young

Kết quả: Trên màn xuất hiện các vân sáng xen kẽ vân tối Chứng tỏ có hiện

tượng giao thoa với ánh sáng

Kết luận: Hiện tượng GTAS có xảy ra với ánh sáng Chứng tỏ ánh sáng có tính

chất sóng Kết quả GTAS tạo thành những vân sáng vân tối xen kẽ nhau

Nhận xét: Với phương án thí nghiệm này, HS sẽ phát triển NLTN ở các hành vi

tự nêu được giả thuyết của hiện tượng, kết hợp kiến thức phần sóng cơ và quansát thí nghiệm giải thích được hiện tượng giao thoa sóng ánh sáng Các chỉ sốhành vi NLTN đề xuất và lựa chọn giả thuyết đạt mức độ 4, chỉ số hành vi của

đề xuất và lựa chọn phương án thí nghiệm, lập kế hoạch tiến hành thí nghiệm ởmức độ 3,4

Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của khoảng vân i theo D, a, :

Mục đích thí nghiệm: Khảo sát sự phụ thuộc của i theo D, a,  Viết hệ thức

liên hệ giữa các đại lượng

Bố trí thí nghiệm:

Phương án thí nghiệm: - Khảo sát sự phụ thuộc của i theo D: Chiếu chùm

sáng đơn sắc có bước sóng  không đổi qua khe Young có a không đổi Thayđổi khoáng cách D từ khe young đến màn quan sát, sử dụng thước kẹp đo i trongcác trường hợp tương ứng Lập bảng giá trị i và D trong các trường hợp, nhậnxét mối quan hệ và rút ra kết luận

- Khảo sát sự phụ thuộc của i theo : Giữ không đổi khoảng cách D từ khe

Young đến màn quan sát và khoảng cách a của khe Young Chiếu các chùmsáng có  khác nhau qua khe Young, sử dụng thước kẹp đo i trong các trườnghợp tương ứng Lập bảng giá trị i và  trong các trường hợp, nhận xét mối quan

hệ và rút ra kết luận

- Khảo sát sự phụ thuộc của i theo a: Giữ không đổi khoảng cách D từ khe

Young đến màn quan sát và bước sóng  ánh sáng chiếu khe Young Thay đổikhoảng cách a của khe Young và đo giá trị i tương ứng Lập bảng giá trị i và atrong các trường hợp, nhận xét mối quan hệ và rút ra kết luận

Kết quả: - Khảo sát sự phụ thuộc của i vào D:

Bảng 2.2 Bảng số liệu khảo sát sự phụ thuộc i theo D

Phân tích kết quả: Từ bảng số liệu ta thấy D tăng i tăng Tỉ số 3

/ 4,59.10

với phần trăm sai số là 0,9% Với sai số cho phép có thể coi i D/ không đổi

Kết luận:Khi a và  không đổi , i tỉ lệ thuận với D.Tỉ số i D k/  với k là hằng số

- Khảo sát sự phụ thuộc của i vào 

a = 0,15 (mm); D = 1 (m)

TB 6,97.103

Bảng 2.3 Bảng số liệu khảo sát sự phụ thuộc i theo 

Phân tích kết quả: Từ bảng số liệu ta thấy D tăng i tăng Tỉ số i  / 6,97.10 3 vớiphần trăm sai số là 0,8% Với sai số cho phép có thể coi /  không đổi

Kết luận: Khi D và a không đổi,i tỉ lệ thuận với .Tỉ số /  n với n là hằng số

- Khảo sát sự phụ thuộc của i vào a

Bảng 2.4 Bảng số liệu khảo sát sự phụ thuộc i theo a

Phân tích kết quả: Từ bảng số liệu ta thấy D tăng i tăng Tích 6

0,63.10

phần trăm sai số là 4,12% Với sai số cho phép có thể coi .ia không đổi

Kết luận: Khi D và  không đổi thì i tỉ lệ nghịch với a Tích .ia m với m làhằng số

Kết luận chung: Khoảng vân i tỉ lệ thuận với D và , tỉ lệ nghịch với a Hệ thức

liên hệ: i D

a





Nhận xét: Với việc thực hiện lần lượt các phương án thí nghiệm, HS sẽ phát

triển NLTN qua mỗi lần thực hiện các hành vi của NLTN sẽ tăng dần lên và đạtmức độ 4 ở nhiều hành vi như: ở các hành vi như phát biểu được vấn đề cầnnghiên cứu, dự đoán, nêu và lựa chọn được giả thuyết, đề xuất và lựa chọn đượcphương án thí nghiệm khả dĩ kiểm tra giả thuyết, lập được kế hoạch tiến hành thínghiệm với các chỉ số hành vi ở mức cao 3,4; các chỉ số hành vi của tiến hànhphương án thí nghiệm, thu thập, xử lý kết quả, rút ra kết luận biện luận, vậndụng liên hệ, phát hiện vấn đề mới tăng dần qua các thí nghiệm tiến hành từ mức

2 và đạt kết quả cao nhất ở mức 4 sau khi thực hiện xong các thí nghiệm