SỬ DỤNG THIẾT BỊ ARDUINO NANO xây DỰNG THÍ NGHIỆM NGHIÊN cứu CHUYỂN ĐỘNG CỦA vật TRONG DẠY HỌC vật LÝ 10

Thực tế chothấy rằng, trong các tiết học vật lý có sử dụng thí nghiệm, học sinh hiểu nhanh hơn, hiểusâu hơn về kiến thức đang tìm hiểu cũng như bộc lộ được tư duy sáng tạo, đưa ra những

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 10

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học môn vật lý

Sinh viên thực hiện: Nông Khánh Linh Giảng viên hướng dẫn: TS Tưởng Duy Hải

Hà Nội, năm 2020

Lời cảm ơn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ban giám hiệu, ban chủ nhiệm khoa và tổ

bộ môn Lí luận và phương pháp dạy học Vật lí, khoa Vật lí, trường Đại học Sư phạm HàNội đã quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa luận này

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Tưởng Duy Hải đã luôn độngviên, quan tâm, dành nhiều thời gian hướng dẫn, chỉ dắt tận tình để em có thể hoàn thànhkhóa luận của mình

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp tôi hoàn thành bài khóaluận này

Tác giảNông Khánh Linh

MỤC LỤC

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 4

4 Đối tượng nghiên cứu 4

5 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 4

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 5

7 Đóng góp của đề tài 5

8 Cấu trúc của bài khóa luận 5

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG THPT 6

1.1 Khái niệm năng lực 6

1.2 Các năng lực chung của học sinh THPT 6

1.2.1 Năng lực tự chủ và tự học 6

1.2.2 Năng lực giao tiếp và hợp tác 7

1.2.3 Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 9

1.3 Vai trò, ý nghĩa của việc phát triển năng lực học sinh THPT 9

1.4 Định hướng phát triển năng lực cho học sinh hiện nay 10

1.5 Cơ sở lý luận dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh 11

1.5.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề 11

1.5.2 Dạy học giải quyết vấn đề 12

1.6 Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lý 18

1.6.1 Thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lý ở Việt Nam 18

1.6.2 Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm 18

1.6.3 Quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm 19

1.6.4 Các yêu cầu khi sử dụng thiết bị thí nghiệm 19

1.7 Kết luận chương 1 22

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC VỀ CHUYỂN ĐỘNG BIẾN ĐỔI CHƯƠNG ĐỘNG HỌC CHẤT

ĐIỂM 23

2.1 Mục tiêu dạy học theo chương trình mới 23

2 2 Thực trạng dạy học chương động học chất điểm 23

2.2.1 Phương pháp giảng dạy của giáo viên 23

2.2.2 Phương pháp học tập của học sinh 24

2.2.3 Thực trạng về thiết bị thí nghiệm về chuyển động biến đổi hiện hành 24

2.3 Thiết kế, chế tạo TBTN nghiên cứu chuyển động biến đổi 25

2.3.1 Sự cần thiết của việc chế tạo thiết bị thí nghiệm nghiên cứu chuyển động biến đổi 25

2.3.2 Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của thiết bị thí nghiệm 25

2.3.3 Các thí nghiệm có thể tiến hành 40

2.4 Soạn thảo tiến trình dạy học 46

2.4.1 Tiến trình xây dựng kiến thức 46

2.4.2 Tiến trình dạy học 48

2.5 Kiểm tra, đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh 53

2.6 Kết luận chương 2 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

Danh mục bảng

ST

T

4 2.3: Rubric đánh giá chỉ số hành vi của NL GQVĐ khi dạy học nội

dung kiến thức chuyển động thẳng

4 1.4 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm 15

5 1.5 Sơ đồ xây dựng kiến thức theo con đường lý thuyết 16

7 2.2 Bộ thu phát không dây gắn với máy tính 25

11 2.6 Biểu diễn tín hiệu đầu ra của Encorder quay 28

Danh mục đồ thị

1

T

1 Đồ thị quãng đường, vận tốc theo thời gian của chuyển động thẳng đều 42

2 Đồ thị quãng đường, vận tốc theo thời gian của chuyển động nhanh

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, nước ta đang trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa đổi mới đấtnước Sau hơn 30 năm đổi mới từ năm 1986, nước ta đã đạt được nhiều thành tựu vôcùng to lớn, từ một nước kém phát triển bước vào nhóm nước đang phát triển với thunhập trung bình Sự phát triển kinh tế - xã hội trong bối cảnh toàn cầu hoá đặt ra nhữngyêu cầu mới đối với người lao động, do đó cũng đặt ra những yêu cầu mới cho sự nghiệpgiáo dục thế hệ trẻ và đào tạo nguồn nhân lực Một trong những định hướng cơ bản củaviệc đổi mới giáo dục là chuyển từ nền giáo dục mang tính hàn lâm, xa rời thực tiễn sangmột nền giáo dục chú trọng việc hình thành năng lực hành động, phát huy tính chủ động,sáng tạo của người học

Mục tiêu của giáo dục hiện nay là giáo dục phát huy tính tích cực, chủ động sángtạo của học sinh, đồng thời phát triển năng lực định hướng nghề nghiệp Cùng với sự đổimới phương pháp dạy và học trong nhà trường, đổi mới phương pháp dạy và học mônVật lý là điều tất yếu Môn Vật lý là một môn học mang tính thực nghiệm, đòi hỏi họcsinh vừa được trang bị kiến thức lý thuyết vừa được trang bị các kĩ năng thực nghiệm,cách tiến hành thí nghiệm, Việc sử dụng thí nghiệm trong các tiết học vật lý góp phầnphát huy toàn diện năng lực của người học, thông qua thí nghiệm người học có thể hiểusâu hơn về bản chất vật lý của các hiện tượng, các định luật, cần nghiên cứu Thực tế chothấy rằng, trong các tiết học vật lý có sử dụng thí nghiệm, học sinh hiểu nhanh hơn, hiểusâu hơn về kiến thức đang tìm hiểu cũng như bộc lộ được tư duy sáng tạo, đưa ra những ýtưởng mới giải quyết được vấn đề mà giáo viên, cũng như bản thân các em đặt ra, nhờ đó

mà hoạt động nhận thức của học sinh sẽ được tích cực và tư duy của các em sẽ được pháttriển tốt hơn

Đối với việc dạy và học các dạng chuyển động của vật trong chương Động họcchất điểm của môn vật lý lớp 10, mặc dù đã có nhiều thí nghiệm phụ vụ cho dạy học nộidung này, tuy nhiên các bộ thí nghiệm này có giá thành khá cao và chưa được trang bịđầy đủ đến các trường gây khó khăn cho việc dạy và học

Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, tôi đã lựa chọn đề tài “Sử dụng thiết bị Arduino nano xây dựng thí nghiệm nghiên cứu chuyển động của vật trong dạy học vật lý 10 ”.

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Xây dựng (thiết kế, chế tạo) nghiên cứu chuyển động biến đổi đáp ứng các yêu cầu

về mặt khoa học kĩ thuật, về mặt sư phạm và sử dụng chúng trong dạy học kiến thức vềchuyển động biến đổi chương “Động học chất điểm” - Vật lí 10 nhằm phát triển tính tíchcực, chủ động, sáng tạo và phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh

3

3 Giả thuyết khoa học của đề tài

Nếu xây dựng thiết bị thí nghiệm khảo sát chuyển động của vật đáp ứng các yêucầu về mặt khoa học kĩ thuật, về mặt sư phạm và sử dụng chúng trong dạy chuyển độngbiết đổi chương Động học chất điểm- Vật lí 10 thì sẽ phát triển được năng lực giải quyếtvấn đề của học sinh

4 Đối tượng nghiên cứu

- Quá trình dạy học về các chuyển động biến đổi chương Động học chất điểm –Vật lí 10

- Các thiết bị thí nghiệm được sử dụng trong quá trình dạy học về các chuyển độngbiến đổi

- Năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong học tập các kiến thức về “chuyển động thẳng” chương động học chất điểm – Vật lí 10.

5 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

5.1 Nghiên cứu lí thuyết

- Nghiên cứu CSLL về cấu trúc NL GQVĐ.

- Nghiên cứu CSLL về DH GQVĐ trong dạy học vật lí.

- Nghiên cứu CSLL về việc xây dựng TBTN vật lí.

- Yêu cầu về khoa học - kĩ thuật và sư phạm của TBTN vật lí ở trường

phổ thông

5.2 Nghiên cứu thực tiễn

- Nghiên cứu các đề tài về việc xây dựng TBTN chuyển động biến đổi.

- Nghiên cứu chương trình Vật lí về chuyển động biến đổi để xác định

các kiến thức mà học sinh cần đạt

- Nghiên cứu logic tiến trình DH GQVĐ để xây dựng giáo án dạy học

chuyển động biến đổi - Vật lí 10

- Nghiên cứu các TBTN hiện có để phân tích các ưu, nhược điểm.

- Nghiên cứu các TBTN cần tiến hành để dạy học về chuyển động biến

đổi theo DH GQVĐ

5.3 Xây dựng TBTN nghiên cứu chuyển động của vật

5.4 Thử nghiệm, bổ sung, sửa đổi

5.5 Soạn thảo tiến trình Vật lí 10 dạy học các nội dung kiến thức về chuyển động

biến đổi – Vật lý 10

5.6 Soạn thảo tiêu chí đánh giá năng lực GQVĐ

6 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

7 Đóng góp của đề tài

- Thiết bị thí nghiệm nghiên cứu chuyển động biến đổi có thể thực hiện được một sốthí nghiệm sau đây:

 Thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng đều của vật

 Thí nghiệm khảo sát chuyển động biến đổi đều

- Soạn thảo tiến trình dạy học các nội dung kiến thức về chuyển động biến đổichương Động học chất điểm – Vật lý 10

8 Cấu trúc của bài khóa luận

Ngoài phần mục lục, mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, bài khóaluận gồm 2 chương:

- Chương 1: Cơ sở lý luận của việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trongdạy học vật lý ở trường THPT

- Chương 2: Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học kiến thức vềchuyển động thẳng chương Động học chất điểm

5

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG THPT

1.1 Khái niệm năng lực

Có rất nhiều quan điểm và cách hiểu về năng lực trên thế giới và cả ở Việt Nam:

“Năng lực là khả năng hành động, thành công và tiến bộ dựa vào việc huy động

và sử dụng hiệu quả tổng hợp các nguồn lực để đối mặt với các tình huống trong cuộc sống.” [Denyse Tremblay]

“Năng lực là tổng hợp các khả năng và kĩ năng sẵn có hoặc học được cũng như

sự sẵn sàng của HS nhằm giải quyết những vấn đề nảy sinh và hành động một cách có trách nhiệm, có sự phê phán để đi đến giải pháp” [ F.E.Weinert]

“Năng lực là tổ hợp đặc điểm của cá nhân, giải thích sự khác biệt giữa người này với người khác ở khả năng đạt được những kiến thức và hành vi nhất định” [Cosmovici]

“Năng lực là khả năng tiếp nhận và vận dụng tổng hợp, có hiệu quả mọi tiềm năng của con người (tri thức, kĩ năng, thái độ, thể lực, niềm tin…) để thực hiện công việc hoặc đối phó với một tình huống, trạng thái nào đó trong cuộc sống và lao động nghề nghiệp.” [Trần Khánh Đức, “Nghiên cứu nhu cầu và xây dựng mô hình đào tạo theo năng

lực trong lĩnh vực giáo dục”]

Còn theo tôi, trong bài luận này, tôi sử dụng khái niệm: Năng lực là sự huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí để thực hiện một loại công việc trong một bối cảnh nhất định [2, tr.5]

1.2 Các năng lực chung của học sinh THPT

Theo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể của Bộ GD&ĐT yêu cầu cần đạtcủa học sinh THPT về phát triển năng lực [3, tr.43]:

- Tự điều chỉnh tình cảm, thái độ, hành vi của mình:

+ Đánh giá được những ưu điểm và hạn chế về tình cảm, cảm xúc của bản thân; tựtin, lạc quan

+ Biết tự điều chỉnh tình cảm, thái độ, hành vi của bản thân; luôn bình tĩnh và cócách cư xử đúng

+ Sẵn sàng đón nhận và quyết tâm vượt qua thử thách trong học tập và đời sống

+ Nhận thức được cá tính và giá trị sống của bản thân.

+ Nắm được những thông tin chính về thị trường lao động, về yêu cầu và triểnvọng của các ngành nghề

+ Xác định được hướng phát triển phù hợp sau trung học phổ thông; lập được kếhoạch, lựa chọn học các môn học phù hợp với định hướng nghề nghiệp của bản thân

+ Tự nhận ra và điều chỉnh được những sai xót, hạn chế của bản thân trong quátrình học tập; suy ngẫm cách học của mình, rút kinh nghiệm để có thể vận dụng vào cáctình huống khác; biết tự điều chỉnh cách học

+ Biết thường xuyên tu dưỡng theo mục tiêu phấn đấu cá nhân và các giá trị côngdân

1.2.2 Năng lực giao tiếp và hợp tác

- Xác định mục đích, nội dung, phương tiện và thái độ giao tiếp:

+ Xác định được mục đích giao tiếp phù hợp với đối tượng và ngữ cảnh giao tiếp;

dự kiến được thuận lợi, khó khăn để đạt được mục đích trong giao tiếp

+ Biết lựa chọn nội dung, kiểu loại văn bản, ngôn ngữ và các phương tiện giao tiếpkhác phù hợp với ngữ cảnh và đối tượng giao tiếp

+ Tiếp nhận được các văn bản về những vấn đề khoa học, nghệ thuật phù hợp vớikhả năng và định hướng nghề nghiệp của bản thân, có sử dụng ngôn ngữ kết hợp với cácloại phương tiện phi ngôn ngữ đa dạng

7

+ Biết sử dụng ngôn ngữ kết hợp với các loại phương tiện phi ngôn ngữ đa dạng

để trình bày thông tin, ý tưởng và để thảo luận, lập luận, đánh giá về các vấn đề trongkhoa học, nghệ thuật phù hợp với khả năng và định hướng nghề nghiệp

+ Biết chủ động trong giao tiếp; tự tin và biết kiểm soát cảm xúc, thái độ khi nóitrước nhiều người

- Thiết lập, phát triển các quan hệ xã hội; điều chỉnh và hoá giải các mâu thuẫn:+ Nhận biết và thấu cảm được suy nghĩ, tình cảm, thái độ của người khác

+ Xác định đúng nguyên nhân mâu thuẫn giữa bản thân với người khác hoặc giữanhững người khác với nhau và biết cách hoá giải mâu thuẫn

- Biết chủ động đề xuất mục đích hợp tác để giải quyết một vấn đề do bản thân vànhững người khác đề xuất; biết lựa chọn hình thức làm việc nhóm với quy mô phù hợpvới yêu cầu và nhiệm vụ

- Phân tích được các công việc cần thực hiện để hoàn thành nhiệm vụ của nhóm;sẵn sàng nhận công việc khó khăn của nhóm

- Xác định nhu cầu và khả năng của người hợp tác: Qua theo dõi, đánh giá đượckhả năng hoàn thành công việc của từng thành viên trong nhóm để đề xuất điều chỉnhphương án phân công công việc và tổ chức hoạt động hợp tác

- Tổ chức và thuyết phục người khác: Biết theo dõi tiến độ hoàn thành công việccủa từng thành viên và cả nhóm để điều hoà hoạt động phối hợp; biết khiêm tốn tiếp thu

sự góp ý và nhiệt tình chia sẻ, hỗ trợ các thành viên trong nhóm

- Đánh giá hoạt động hợp tác: Căn cứ vào mục đích hoạt động của các nhóm, đánhgiá được mức độ đạt mục đích của cá nhân, của nhóm và nhóm khác; rút kinh nghiệmcho bản thân và góp ý được cho từng người trong nhóm

- Hội nhập quốc tế:

+ Có hiểu biết cơ bản về hội nhập quốc tế

+ Biết chủ động, tự tin trong giao tiếp với bạn bè quốc tế; biết chủ động, tích cựctham gia một số hoạt động hội nhập quốc tế phù hợp với bản thân và đặc điểm của nhàtrường, địa phương

+ Biết tìm đọc tài liệu nước ngoài phục vụ công việc học tập và định hướng nghềnghiệp của mình và bạn bè

1.2.3 Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

- Biết xác định và làm rõ thông tin, ý tưởng mới và phức tạp từ các nguồn thôngtin khác nhau; biết phân tích các nguồn thông tin độc lập để thấy được khuynh hướng và

độ tin cậy của ý tưởng mới

- Phát hiện và làm rõ vấn đề: Phân tích được tình huống trong học tập, trong cuộcsống; phát hiện và nêu được tình huống có vấn đề trong học tập, trong cuộc sống.

- Hình thành và triển khai ý tưởng mới: Nêu được nhiều ý tưởng mới trong học tập

và cuộc sống; suy nghĩ không theo lối mòn; tạo ra yếu tố mới dựa trên những ý tưởngkhác nhau; hình thành và kết nối các ý tưởng; nghiên cứu để thay đổi giải pháp trước sựthay đổi của bối cảnh; đánh giá rủi ro và có dự phòng

- Đề xuất, lựa chọn giải pháp: Biết thu thập và làm rõ các thông tin có liên quanđến vấn đề; biết đề xuất và phân tích được một số giải pháp giải quyết vấn đề; lựa chọnđược giải pháp phù hợp nhất

+ Đánh giá được hiệu quả của giải pháp và hoạt động

- Tư duy độc lập: Biết đặt nhiều câu hỏi có giá trị, không dễ dàng chấp nhận thôngtin một chiều; không thành kiến khi xem xét, đánh giá vấn đề; biết quan tâm tới các lập

luận và minh chứng thuyết phục; sẵn sàng xem xét, đánh giá lại vấn đề [Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, 2018]

1.3 Vai trò, ý nghĩa của việc phát triển năng lực học sinh THPT

Việc phát triển năng lực của học sinh nói chung và học sinh THPT nói riêng có vaitrò và ý nghĩa vô cùng to lớn:

- Góp phần phát triển nền giáo dục nước nhà: Đưa nền giáo dục Việt Nam theo kịp

sự phát triển của nền giáo dục thế giới, cùng các ngành khác hòa nhập với xã hội ngàycàng tiên tiến và hiện đại Đồng thời góp phần nâng cao chất lượng dạy và học của giáoviên và học sinh Đổi mới phương pháp giảng dạy của giáo viên và nâng cao mức độnhận thức của học sinh Theo nhiều nghiêm cứu cho rằng, học sinh sẽ tiếp nhận kiến thứcnhanh hơn, nhớ lâu hơn và hiểu sâu hơn khi áp dụng phương pháp dạy học phát triểnnăng lực so với phương pháp dạy học truyền thồng

- Tạo tiền đề để phát triển các lĩnh vực khác: Phát triển giáo dục là nền tảng đểphát triển nền kinh tế Trước hết, đổi mới phương pháp giảng dạy theo định hướng pháttriển năng lực góp phần phát triển năng lực cũng như phẩm chất của học sinh, đáp ứngnhư cầu của các ngành nghề, vì mục tiêu theo kịp thời đại và phát triển đất nước

9

1.4 Định hướng phát triển năng lực cho học sinh hiện nay

Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáodục và đào tạo nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướnghiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng củangười học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc Tập trung dạycách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mớitri thức, kỹ năng, phát triển năng lực Chuyển từ học chủ yếu trên lớp sang tổ chức hìnhthức học tập đa dạng, chú ý các hoạt động xã hội, ngoại khóa, nghiên cứu khoa học Đẩymạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học”

Giáo dục phát triển năng lực là dạy học nhằm phát huy tính tích cực, tự giác, chủđộng của người học, hình thành và phát triển năng lực tự học, trên cơ sở đó trau dồi cácphẩm chất linh hoạt, độc lập, sáng tạo của tư duy Dạy học phát triển năng lực không chỉphát triển tính tích cực về mặt trí tuệ mà còn rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề gắn vớicác hoạt động thực tiễn, phát triển năng lực tư duy và định hướng nghề nghiệp cho HS

Những định hướng chung, tổng quát về đổi mới phương pháp dạy học các mônhọc thuộc chương trình giáo dục định hướng phát triển năng lực là: [4]

- Phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động của người học, hình thành và pháttriển năng lực tự học (sử dụng sách giáo khoa, nghe, ghi chép, tìm kiếm thông tin, ), trên

cơ sở đó trau dồi các phẩm chất linh hoạt, độc lập, sáng tạo của tư duy

- Có thể chọn lựa một cách linh hoạt các phương pháp chung và phương pháp đặcthù của môn học để thực hiện Tuy nhiên dù sử dụng bất kì phương pháp nào cũng phảiđảm bảo được nguyên tắc “Học sinh tự mình hoàn thành nhiệm vụ nhận thức với sự tổchức, hướng dẫn của giáo viên”

- Việc sử dụng phương pháp dạy học gắn chặt với các hình thức tổ chức dạy học.Tuỳ theo mục tiêu, nội dung, đối tượng và điều kiện cụ thể mà có những hình thức tổchức thích hợp như học cá nhân, học nhóm; học trong lớp, học ở ngoài lớp Cần chuẩn

bị tốt về phương pháp đối với các giờ thực hành để đảm bảo yêu cầu rèn luyện kỹ năngthực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn, nâng cao hứng thú cho người học

- Cần sử dụng đủ và hiệu quả các thiết bị dạy học môn học tối thiểu đã quy định

Có thể sử dụng các đồ dùng dạy học tự làm nếu xét thấy cần thiết với nội dung học vàphù hợp với đối tượng học sinh Tích cực vận dụng công nghệ thông tin trong dạy học

1.5 Cơ sở lý luận dạy học phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh

1.5.1 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề

* Khái niệm “Vấn đề”: Trong dạy học “vấn đề” được dùng để chỉ những nhiệm

vụ nhận thức mà học sinh không thể giải quyết được chỉ bằng những kinh nghiệm sẵn có,

mà đòi hỏi họ có suy nghĩ độc lập, sáng tạo và kết quả là sau khi giải quyết vấn đề thì họthu được kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo và những năng lực mới [7, tr.66]

* Khái niệm “Năng lực giải quyết vấn đề”:

“Năng lực giải quyết vấn đề là khả năng của một cá nhân hiểu và giải quyết tình huống vấn đề khi mà giải pháp giải quyết chưa rõ ràng Nó bao gồm sự sẵn sàng tham gia vào giải quyết tình huống vấn đề đó – thể hiện tiềm năng là công dân tích cực và xây dựng” [Theo định nghĩa trong đánh giá PISA (2012)]

“Giải quyết vấn đề là hoạt động trí tuệ được coi là trình độ phức tạp và cao nhất

về nhận thức, vì cần huy động tất cả các năng lực trí tuệ của cá nhân Để giải quyết vấn

đề, chủ thể phải huy động trí nhớ, tri giác, lý luận, khái niệm hóa, ngôn ngữ, đồng thời

sử dụng cả cảm xúc, động cơ, niềm tin ở năng lực bản thân và khả năng kiểm soát được tình thế” [Theo Nguyễn Cảnh Toàn, 2012, Xã hội học tập – học tập suốt đời]

Từ những định nghĩa trên, chúng ta có thể hiểu: “Năng lực năng lực giải quyết vấn

đề của học sinh là khả năng của học sinh, vận dụng những tri thức, kinh nghiệm đã có của bản thân kết hợp với những tri thức, kĩ năng của môn học để giải quyết khó khăn mà tình huống đặt ra một cách tích cực.”

Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề được mô tả bởi 4 thành tố và các chỉ số hành

vi được mô tả bởi sơ đồ sau:

Hình 1.1: Cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề

11

1.5.2 Dạy học giải quyết vấn đề

1.5.2.1 Bản chất của dạy học giải quyết vấn đề

Dạy học giải quyết vấn đề là phương pháp dạy học mà giáo viên đặt ra tình huống

có vấn đề, điều khiển học sinh phát hiện vấn đề, sau đó học sinh sẽ chủ động, tự giác,sáng tạo đề xuất giải pháp để giải quyết vấn đề thông qua đó học sinh có thể rèn luyệncác kĩ năng đồng thời phát triển năng lực tự chủ và sáng tạo của bản thân, chiếm lĩnh kiếnthức mới Bản chất của dạy học giải quyết vấn đề là tình huống có vấn đề

“Tình huống có vấn đề” là tình huống mang giáo viên đưa ra mà trong đó có

những khó khăn mà học sinh cảm thấy cần phải vượt qua nhưng không dễ dàng giảiquyết bằng một bài giải mà phải qua nhiều quá trình suy nghĩ, suy luận tích cực, thôngqua hoạt động biến đổi đối tượng hoặc điều chỉnh kiến thức có sắn để giải quyết khó khăn

và chiếm lĩnh kiến thức mới

1.5.2.2 Cấu trúc dạy học giải quyết vấn đề

Quy trình dạy học giải quyết vấn đề được chia làm ba giai đoạn sau đây [7]:

* Giai đoạn 1: Đặt vấn đề

Ở giai đoạn này được tóm tắt bằng ba bước sau đây:

 Bước 1: Tạo tình huống có vấn đề:

 Bước 2: Phát hiện và nhận dạng vấn đề nảy sinh

 Bước 3: Phát biểu vấn đề cần giải quyết

Có nhiều biện pháp để làm nảy sinh vấn đề như sử dụng bài toán vật lý, sử dụngthí nghiệm hay kể các câu chuyện lịch sử để bài học trở nên thú vị hơn Tuy nhiên, vấn đềđược đưa ra trong bài phải làm xuất hiện những mâu thuẫn nhận thức, giúp học sinh xácđịnh rõ nhiệm vụ nhận thức và tiếp nhận nó; kích thích được hứng thú nhận thức của họcsinh sao cho các em phấn khởi, sẵn sàng giải quyết vấn đề một cách liên tục đồng thờiphải đảm bảo tính vừa sức đối với học sinh, đặt học sinh khiến các em phải căng óc rasuy nghĩ giải quyết nhưng không được khó quá để làm mất hứng thú của học sinh

* Giai đoạn 2: Giải quyết vấn đề

Các công việc của giai đoạn này là:

 Đề xuất giả thuyết

 Lập kế hoạch giải quyết vấn đề

 Thực hiện kế hoạc giải

Trong dạy học vật lý, có hai con đường để chứng minh giả thuyết: Con đường diễndịch ngoại suy và con đường diễn dịch tương tự

Hình 1.2: Sơ đồ các bước giải quyết vấn đề

* Giai đoạn 3: Kiểm tra và đánh giá

Các công việc cụ thể của giai đoạn này là:

 Thảo luận kết quả và đánh giá;

 Khẳng định hay bác bỏ giả thuyết đã nêu;

 Phát biểu kết luận;

 Đề xuất vấn đề mới

13

Hình 1.3: Sơ đồ tiến trình dạy học giải quyết vấn đề

1.5.2.3 Mức độ dạy học giải quyết vấn đề

Các mức độ của dạy học giải quyết vấn đề được mô tả theo bẳng sau:

Bảng 1.1: Mức độ dạy học giải quyết vấn đề

giải quyết vấnđề

HS thực hiện,

GV hướng dẫn

Giáo viênđánh giá kếtquả làm việccủa HS

tìm ra cách giảiquyết vấn đề

HS thực hiện,giáo viên giúp

đỡ khi cần

GV và HScùng đánh giá

3 GV cung cấp

thông tin tạo

tình huống

HS phát hiện,nhận dạng, phátbiểu vấn đề nảysinh cần giảiquyết

HS tự lực đềxuất các giảthuyết và lựachọn các giảipháp

HS thự hiện kếhoạch giảiquyết vấn đề

GV và HScùng đánh giá

HS thực hiện

kế hoạch giải

HS tự đánhgiá chấtlượng và hiệu

1.5.2.4 Hai con đường của tiến trình xây dựng kiến thức vật lí theo kiểu dạy học giải quyết vấn đề

Tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DHGQVĐ diễn ra theo một trong hai conđường: Con đường lí thuyết và con đường thực nghiệm [11]

 Tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm

15

1 Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát: kiến thức cũ, kinh nghiệm, TN, bài tập, truyện kể lịch sử,…

2 Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)

3.1 Đề xuất giả thuyết

3.2 Kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết nhờ TN

- Xác định nội dung cần kiểm tra nhờ TN

+ Phân tích xem có thể kiểm tra trực tiếp nhờ TN tính đúng đắn của giả thuyết đã đề xuất không?

+ Nếu không được, suy luận logic từ giả thuyết ra hệ quả kiểm tra được trực tiếp nhờ TN.

-Thiết kế phương án TN để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả của nó: cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, tiến hành TN như thế nào, thu thập những dữ liệu TN định tính và định lượng nào,

xử lí các dữ liệu TN như thế nào?

- Thực hiện TN: lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và tiến hành TN, thu thập, xử lí các dữ liệu để đi tới kết quả

4 Rút ra kết luận

Đối chiếu kết quả TN với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất Có 2 khả năng xảy ra:

-Nếu kết quả TN phù hợp với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất thì giả thuyết trở thành kiến thức mới.

- Nếu kết quả TN không phù hợp với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất thì cần kiểm tra lại quá trình TN và quá trình suy luận từ giả thuyết ra hệ quả Nếu quá trình TN đã đảm bảo điều kiện mà TN cần tuân thủ và quá trình suy luận không mắc sai lầm thì kết quả TN đòi hỏi phải đề xuất giả thuyết mới, rồi lại kiểm tra tính đúng đắn của nó Quá trình này có thể tiếp diễn nhiều lần, cho tới khi xây dựng được kiến thức mới.

3 Giải quyết vấn đề

Hình 1.4: Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm

Hình 1.3 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm của kiểu DH

PH&GQVĐ

 Tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết

3.1 GQVĐ nhờ suy luận lí thuyết, trong đó có suy luận toán học

- Suy đoán giải pháp GQVĐ:

+ Xác định các kiến thức đã biết cần vận dụng.

+ Xác định cách thức vận dụng các kiến thức này để đi tới câu trả lời.

- Thực hiện giải pháp đã suy đoán để tìm được kết quả.

1 Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát: từ kiến thức cũ, kinh nghiệm, TN bài tập, truyện kể lịch sử…

2 Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần câu trả lời)

3.2 Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ SLLT nhờ TN

- Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ TN

+Phân tích xem có thể kiểm nghiệm trực tiếp nhờ TN kết quả thu được từ SLLT không?

+ Nếu không được, suy luận logic từ kết quả này ra hệ quả kiểm nghiệm được nhờ TN - Thiết kế phương

án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu được từ SLLT hoặc hệ quả của nó: cần những dụng cụ nào, bố trí ra sao, tiến hành TN như thế nào, thu thập những dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử lí các dữ liệu

TN này như thế nào?

-Thực hiện TN: Lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và tiến hành TN, thu thập và xử lí các dữ liệu TN để đi tới kết quả.

4 Rút ra kết luận

- Đối chiếu kết quả TN với kết quả đã rút ra từ SLLT Có 2 khả năng xảy ra:

+Nếu kết quả TN phù hợp với kết quả đã tìm được nhờ SLLT thì kết quả này trở thành kiến thức mới.

+ Nếu kết quả TN không phù hợp với kết quả đã tìm được từ SLLT thì cần kiểm tra lại quá trình TN và quá trình suy luận từ các kiến thức đã biết Nếu quá trình TN đã đảm bảo điều kiện mà TN cần tuân thủ và quá trình suy luận không mắc sai lầm thì kết quả TN đòi hỏi phải đề xuất giả thuyết Quá trình kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết này sau đó sẽ dẫn tới kiến thức mới bổ sung, sửa đổi những kiến thức đã vận dụng lúc đầu làm tiền đề cho SLLT

Những kiến thức vận dụng lúc đầu này nhiều khi là trường hợp riêng, trường hợp giới hạn của kiến thức mới Qua đó, phạm vi áp dụng các kiến thức đã vận dụng lúc đầu được chỉ ra.

Hình 1.5: Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết

3 Giải quyết vấn đề

1.6 Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lý

1.6.1 Thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lý ở Việt Nam

Việc sử dụng thiết bị dạy học Vật lý trong các nhà trường hiện nay vẫn còn nhiềuhạn chế: [9]

- Các thiết bị dạy học thường được giáo viên sử dụng đưa trang thiết bị cho họcsinh tự nghiên cứu lập phương án và tiến hành thí nghiệm

- Các thao tác thực hành của giáo viên chưa chuẩn xác kết quả thí nghiệm chưa cótính khoa học nên chưa có tính giáo dục cao

- Một số giáo viên còn ngại sử dụng thiết bị dạy học, trình độ thực hành ở một sốgiáo viên còn hạn chế Giáo viên dạy Vật lý một số không sử dụng đồ dùng dạy học, vì

đồ dùng cồng kềnh nên còn ngại không mang lên lớp

- Một số giáo viên khi lên lớp thiếu sự chuẩn bị, khi thấy đồ dùng hư hỏng nhẹcũng không sửa lại để phục vụ giảng dạy Việc sử dụng thiết bị dạy học trong môn Vật lýđòi hỏi giáo viên phải chuẩn bị bài thật chu đáo cẩn thận, phải chuẩn bị đầy đủ các thiết

bị dạy học cần thiết, phải làm trước các thí nghiệm sao cho đạt kết quả mong muốn

- Nhiều giáo viên khi lên lớp chưa sử dụng được các phương tiện hiện đại mộtcách thường xuyên như đèn chiếu, băng hình Một số giáo viên chưa được tham gia đầy

đủ các lớp tập huấn đồ dùng dạy học hoặc chưa được học tập nghiên cứu tốt các tài liệuhướng dẫn sử dụng đồ dùng dạy học cũng như các phương tiện nghe nhìn

1.6.2 Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm

Theo chúng tôi, quá trình xây sựng TBTN vật lí cần quân theo quy trình sau [17]:

 Căn cứ nội dung kiến thức cần xây dựng cho HS để xác định các TN cần tiếnhành

 Dựa vào thực trạng TBTN để đưa ra các quyệt định:

+ Nếu chưa có TBTN thì cần phải chế tạo mới

+ Nếu đã có TBTN thì xem xét xem các hạn chế còn tồn tại của TBTN có sẵn, từ

đó cải tiến TBTN có sẵn

+ Trong những trường hợp tuy đã có TBTN biểu diễn nhưng cần phải chuyểnthành TBTN thực tập để tăng cường hoạt động thực nghiệm của HS trong DH cần phảinghiên cứu, của tiến TBTN biểu diễn đó thành TBTN thực tập

 Chế tạo mẫu và tiến hành các TN với mẫu để điều chỉnh nhằm đưa ra mẫu hoànchỉnh

 Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của mẫu

17

 Tiếp tục cải tiến, hoàn thiện TBTN.

 Viết hướng dẫn sử dụng TBTN

1.6.3 Quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm

Để TBTN thực hiện đầy đủ các chức năng và phát huy hết vai trò của nó trong DHGQVĐ thì quá trình sử dụng TBTN phải diễn ra theo quy trình sau [17]:

 Giai đoạn 1: Xác định và chuẩn bị TBTN sẽ sử dụng

Xác định mục đích của các TN cần tiến hành:

 Sử dụng TN đơn giản để làm nảy sinh vấn đề (nếu cần)

+ GV mô tả TN và yêu cầu HS dự đoán về hiện tượng sẽ diễn ra trong TN

+ HS dựa vào quan niệm, kinh nghiệm, kiến thức đã có, đưa ra dự đoán về hiệntượng sẽ xảy ra trong TN

+ GV hoặc các nhóm HS tiến hành TN, kết quả TN sẽ trái với dự đoán của HS vàlàm xuất hiện vấn đề cần giải quyết

 Sử dụng TBTN để hỗ trợ việc đề xuất giải thuyết của HS (nếu cần)

+ HS đề xuất phương án TN tạo cơ sở để đề xuất giả thuyết

+ GV giới thiệu sơ lược các bộ phận chính của TBTN có liên quan tới các đại lượngvật lí có mặt trong vấn đề cần giải quyết

+ GV hoặc nhóm HS tiến hành (nhưng không lấy số liệu) để thấy mối liên hệ giữahai đại lượng vật lí dựa vào sự cùng tăng (giảm) hay đại lượng này tăng khi đại lượng kiagiảm mà đề xuất giả thuyết về mối liên hệ định lượng giữa hai đại lượng vật lí này

 Sử dụng TBTN trong giai đoạn GQVĐ

 Giai đoạn 2: Lựa chọn TBTN phù hợp sẽ sử dụng để tiến hành TN đã xác định

 Giai đoạn 3: Sử dụng thí nghiệm vào dạy học

1.6.4 Các yêu cầu khi sử dụng thiết bị thí nghiệm

Các yêu cầu khi sử dụng TBTN vật lí trong DH GQVĐ:

 Xác định và chuẩn bị TBTN sẽ sử dụng

Xác định mục đích của các TN cần tiến hành:

+ GV cần xác định rõ kiến thức mà HS cần học sẽ xây dựng theo con đường lí thuyết haytheo con đường thực nghiệm của kiểu DH GQVĐ

+ Dựa vào tiến trình xây dựng kiến thức đã thiết lập, GV cần xác định chính các mụcđích của các TN cần tiến hành:

 Để làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết, có cần sử dụng TN không?

 Nếu cần, nội dung của TN này là gì?

 Việc sử dụng TN này diễn ra trong giờ học như thế nào?

 Đối với kiến thức được xây dựng bằng con đường SLLT, cần tiến hành TN đểkiểm nghiệm kết luận nào đã rút ra từ SLLT hay hệ quả nào từ kết luận này?

 Đối với kiến thức được xây dựng bằng con đường thực nghiệm, cần tiến hành TN

để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết nào hay hệ quả nào được suy ra giảthuyết? Có cần tiến hành TN hỗ trợ HS đề xuất giả thuyết không?

+ Lựa chọn TBTN phù hợp sẽ được sử dụng

+ Nếu sử dụng TBTN thực tập thì GV cần soạn phiếu học tập bao gồm các hoạt động trí

óc và tay chân chủ yếu mà HS cần thực hiện

+ Trước giờ học, GV kiểm tra sự hoạt động của TBTN và thử nghiệm các TN sẽ tiếnhành, kịp thời thay thế hoặc sửa chữa nếu bị hỏng

 Sử dụng TN đơn giản để làm nảy sinh vấn đề: GV cần xác định rõ: nội dungcủa TN, dụng cụ TN, GV hay HS tiến hành TN?

 Sử dụng TBTN để hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết của HS:

+ GV nên sử dụng TBTN đơn giản, dễ bố trí, lắp ráp và tiến hành TN nhanh chóng chokết quả

+ GV nên sử dụng một số bộ phận của TBTN sẽ được dùng để tiến hành TN kiểm tra giảthuyết ở giai đoạn sau để tiến hành Tn hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết

 Sử dụng TBTN trong giai đoạn GQVĐ

+ Xác định mục đích của TN cần tiến hành: GV hướng dẫn HS thảo luận xác định nội

dung cần kiểm nghiệm nhờ TN

- Chỉ bố trí, kết nối các bộ phận của TBTN sau khi vẽ sơ đồ TN Việc lắp ráp phải loại bỏđược tối đa các hiện tượng phụ không mong muốn, đảm bảo vững chắc, dễ quan sát hiệntượng diễn ra trong TN Dễ đọc các số chỉ trên các dụng cụ đo, dễ kiểm tra sự hoạt độngcủa các bộ phận trong TN và đảm bảo an toàn cho người và TBTN Những bộ phận, dụng

cụ mà HS mới gặp lần đầu cần được GV mô tả, giải thích hoặc có bản hướng dẫn sử dụng

để HS hiểu rõ nguyên tắc cấu tạo (nếu có thể được), nguyên tắc hoạt động và nhất là cách

sử dụng chúng

- Nếu sử dụng TBTN biểu diễn, việc bố trí TN phải đảm bảo sao cho mọi HS đều nhìn rõmọi bộ phận, độ lệch của kim chỉ ở các dụng cụ đo Các bộ phận trong TN phải được lắpráp từng bước trước mắt HS Trong trường hợp không cho phép, phải lắp ráp hoàn chỉnhmột số bộ phận của TBTN trước giờ học thì cần phân tích với HS cách kết nối các bộphận Cần dùng vật chỉ thị (vật làm mốc, chất chỉ thị màu) để làm nổi bật bộ phận chính,đánh dấu sự diễn biến của hiện tượng mà HS cần theo dõi

- Nếu sử dụng TBTN thực tập thì GV cần phát cho HS phiếu học tập Trong quá trình cácnhóm HS bố trí TN, cần hướng dẫn HS dựa vào sơ đồ TN đã vẽ, lắp ráp từng bước các bộphận của TBTN

- TN cần được lặp lại nhiều lần, ít nhất 3 lần để đủ cho việc khái quát hóa, rút ra kết luận.Cần ghi lại trung thực các hiện tượng đã quan sát thấy và các số liệu thu được trong TN

- Đối với TN định lượng, phải tập bảng hợp lí ghi các giá trị đo trước khi tiến hành TN.Kết quả TN phải rõ ràng, đơn trị (yêu cầu này có thể đạt được một phần nhờ lựa chọn cácthông số thuận tiện), Cần làm tròn có ý nghĩa các số liệu đo được, bỏ số liệu khác xa cácgiá trị đo khác

- Đối với TN biểu diễn, trong suốt quá trình tiến hành TN, GV không được đứng chekhuất tầm quan sát của mọi HS Còn đối với TN thực tập, để đảm bảo thời gian tiết học

và làm phong phú các cứ liệu TN thu được, GV có thể chia nội dung TN thành các nộidung bộ phận giao cho các nhóm HS và ngay cả ở một nội dung bộ phận, các nhóm HScũng có thể tiến hành TN với các số liệu khác nhau

+ Xử lí kết quả TN

- Việc xử lí các kết quả TN phải được dành thời gian và được thực hiện một cách chuđáo.

- Đối với TN định tính, HS phát biểu, phân tích các điều đã quan sát thấy để rút ra kếtluận

- Đối với TN định lượng, HS tính toán trị trung bình và sai số Việc viết sai số phải đúngquy tắc làm tròn Có thể biểu diễn các kết quả thu được qua TN dưới dạng biểu bảng, đồthị Nếu TN được tiến hành dưới hình thức TN thực tập, cần yêu cầu HS xác định nguyênnhân sai số, đặc biệt là xác định sai số do nguyên nhân chủ quan và tìm biện pháp làmgiảm nó

- Từ việc xử lí các kết quả TN, GV hướng dẫn HS rút ra kết luận về các dấu hiệu cơ bảntrong hiện tượng, quá trình vật lý, mối liên hệ giữa các đại lượng vật lý, phát biểu chúngbằng lời và bằng những biểu thức toán học

- Đối chiếu kết luận thu được từ TN với mục đích của TN để đi tới kiến thức cần xâydựng [17]

1.7 Kết luận chương 1

Ở chương này, chúng tôi đã khái quát cơ sở lý luận về việc phát triển NL GQVĐcủa học sinh, về kiểu dạy học phát triển năng lực và việc xây dựng và sử dụng TBTNtrong dạy học vật lý

Để đáp ứng yêu cầu phát triển NL GQVĐ của học sinh trong DH vật lí thì vai tròcủa TBTN là vô cùng quan trọng TBTN là phương tiện trực quan, là công cụ để minhhọa kiến thức, tạo điều kiện tổ chức hoạt động dạy học cho học sinh phát hiện vấn đề, đềxuất và lựa chọn giải pháp, thực hiện giải pháp để GQVĐ Việc xây dựng TBTN cần đảmbảo các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật cùng với yêu cầu về mặt sư phạm và thẩm mĩ

Những lí luận trong chương 1 trên đây là cơ sở để chúng tôi vận dụng và tiến hànhcác nội dung dưới đây của chương 2:

- Nghiên cứu mục tiêu DH theo chương trình mới

- Nghiên cứu các nội dung kiến thức về chuyển động biến đổi

- Thiết kế, chế tạo TBTN khải sát chuyển động biến đổi đáp ứng các yêu cầu của TN vật

lí ở trường THPT

- Soạn thảo tiến trình DH các nội dung kiến thức về chuyển động biến đổi

- Xây dựng công cụ đánh giá NL GQVĐ của HS

21

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC KIẾN THỨC VỀ CHUYỂN ĐỘNG BIẾN ĐỔI CHƯƠNG ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM

2.1 Mục tiêu dạy học theo chương trình mới

Theo chương trình giáo dục phổ thông mới (2018) những yêu cầu học sinh cần đạtđược khi học về chuyển động biến đổi là: [10, tr.10]

- Thực hiện thí nghiệm và lập luận dựa vào sự biến đổi vận tốc trong chuyển độngthẳng, rút ra được công thức tính gia tốc; nêu được ý nghĩa, đơn vị của gia tốc

– Thực hiện thí nghiệm (hoặc dựa trên số liệu cho trước), vẽ được đồ thị vận tốc –thời gian trong chuyển động thẳng

– Vận dụng đồ thị vận tốc – thời gian để tính được độ dịch chuyển và gia tốc trongmột số trường hợp đơn giản

– Rút ra được các công thức của chuyển động thẳng biến đổi đều (không đượcdùng tích phân)

– Vận dụng được các công thức của chuyển động thẳng biến đổi đều

– Mô tả và giải thích được chuyển động khi vật có vận tốc không đổi theo mộtphương và có gia tốc không đổi theo phương vuông góc với phương này

– Thảo luận để thiết kế phương án hoặc lựa chọn phương án và thực hiện phương

án, đo được gia tốc rơi tự do bằng dụng cụ thực hành

– Thực hiện được dự án hay đề tài nghiên cứu tìm điều kiện ném vật trong khôngkhí ở độ cao nào đó để đạt độ cao hoặc tầm xa lớn nhất

2 2 Thực trạng dạy học chương động học chất điểm

2.2.1 Phương pháp giảng dạy của giáo viên

Chuyển động biến đổi là một nội dung quan trọng trong phần cơ học của vật lý 10,

vì vậy được giáo viên phổ thông chú trọng và dạy khá kĩ Một số phương pháp mà giáoviên sử dụng để dạy phần này là:

Dạy học theo kiểu truyển thống: Giáo viên chủ yếu chú trọng khắc sâu kiến thức

lý thuyết, cô giảng, trò nghe Đây là phương pháp dạy học của đa số giáo viên ở trườngphổ thông Giáo viên đầu tư vào giáo án, kiến thức lý thuyết và số lượng bài tập học sinhlàm

Dạy học áp dụng công nghệ thông tin: Đây cũng là một phương pháp dạy học phổbiến ở trường phổ thông Ở phương pháp dạy học này, giáo viên phải chuẩn bị kĩ về mặtnội dung dạy học với phương tiện công nghệ thông tin đi kèm Công nghệ thông tin chủyếu được sử dụng để trình chiếu các hiện tượng, mô phỏng các thí nghiệm diễn ra,…

Dạy học sử dụng thiết bị thí nghiệm: Giáo viên sử dụng phương pháp dạy họctruyền thống kết hợp với thí nghiệm trực quan để phát triển một số năng lực cho học sinh.

Dạy học sử dụng kết hợp các phương pháp dạy học phát triển năng lực: Phươngpháp này ít được sử dụng ở trường phổ thông Giáo viên sử dụng kết hợp các kĩ thuât dạyhọc tiên tiến, các phương pháp dạy học hiện đại để tăng sự lôi cuốn của bài học, pháttriển năng lực sáng tạo, giao tiếp, hợp tác,…của học sinh Tuy nhiên khi sử dụng phươngpháp này, giáo viên phải nắm được đặc điểm của học sinh để áp dụng phương pháp chophù hợp, và phương pháp dạy học này khá tốn thời gian, đôi khi thời gian dạy học 45phút trên lớp là không đủ

2.2.2 Phương pháp học tập của học sinh

Ở trên lớp, học sinh chịu sự chi phối mạnh mẽ từ phương pháp dạy của giáo viên,chủ yếu lĩnh hội tri thức từ giáo viên (nghe giảng trên lớp, chép bài vào vở) hoặc tự tìmkiếm và tổng hợp kiến thức

Ở nhà học sinh tìm hiểu kiến thức theo yêu cầu của giáo viên, làm bài tập đượcgiao về nhà

Đa phần học sinh đều thụ động, thiếu tính chủ động, tự giác trong quá trình tiếpnhận và tìm tòi kiến thức

2.2.3 Thực trạng về thiết bị thí nghiệm về chuyển động biến đổi hiện hành

Theo tìm hiểu thiết bị thí nghiệm về chuyển động biến đổi ở trường phổ thông, hầuhết các trường phổ thông đều được trang bị đầy đủ Tuy nhiên vẫn gặp một số vấn đề sauđây:

- Giáo viên vẫn ít sử dụng trong các tiết dạy trên lớp: Vì thiếu năng lực thựcnghiệm, trong một thời gian dài giảng dạy theo phương pháp truyển thống, dẫn tới ngạitriển khai tiết học theo hướng thực nghiệm

- Cần có sự đầu tư nhiều của giáo viên, về cả mặt thời gian cũng như công sứcchuẩn bị Dẫn tới việc các tiết học có sử dụng thí nghiệm chỉ được triển khai trong cácđợt thi giáo viên dạy giỏi, các tiết dự giờ, đánh giá

- Các bộ thí nghiệm đã qua sử dụng nhiều năm đã bị cũ nên dễ bị hỏng trong quátrình sử dụng

- Các bộ thí nghiệm phải tiến hành qua nhiều lần đo, nhiều bước xử lý số liệu gâymất nhiều thời gian khi tiến hành thí nghiệm

23

2.3 Thiết kế, chế tạo TBTN nghiên cứu chuyển động biến đổi

2.3.1 Sự cần thiết của việc chế tạo thiết bị thí nghiệm nghiên cứu chuyển động biến đổi

Với các dụng cụ thí nghiệm có trong phòng thí nghiệm của trường THPT hiện naynhư bộ cần rung điện hay đồng hồ thời gian thì việc xác định nhiều giá trị vận tốc trongquá trình chuyển động của vật đòi hỏi phải tốn nhiều thời gian đo đạc, tính toán cũng nhưviệc có thể biểu diễn đồ thị chuyển động của vật hay đồ thị vận tốc cũng mất nhiệu thờigian nên không thể thực hiện trong một tiết học Hơn nữa với việc sử dụng đồng hồ đothời gian thì việc xác định nhiều vận tốc tức thời trong một chuyển động lại phải thôngqua nhiều chuyển động được coi là giống nhau Như vậy, việc xác định vận tốc của đồngthời hai vật chuyển động để có thể so sánh chúng với nhau rất khó khăn Do đó, việc chếtạo một bộ thiết bị thí nghiệm có thể khắc phục được những khó khăn trên là việc rất cầnthiết

2.3.2 Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của thiết bị thí nghiệm

a Cấu tạo

Bộ thí nghiệm gồm có 3 phần: Xe chạy, đường ray, bộ thu phát tín hiệu không dây

Hình 2.1: Xe và bộ thu phát không dây

Hình 2.2: Bộ thu phát không dây gắn với máy tính

b Sơ lược về một số thiết bị để xây dựng lên bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động.

 Vi điều khiển Arduino Nano

- Sử dụng làm vi điều khiển trung tâm xử lí dữ liệu đo được

Hình 2.3: Vi điều khiển Arduino nano

- Một vài thông số của Arduino Nano

25

Bảng 2.1: Một vài thông số của Arduino Nano

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 8 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân

Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino Uno R3 sử dụng MCUATmega328P-AU dán, vì cùng MCU nên mọi tính năng hay chương trình chạy trênArduino Uno đều có thể sử dụng trên Arduino Nano, một ưu điểm của Arduino Nano là

vì sử dụng phiên bản IC dán nên sẽ có thêm 2 chân Analog A6, A7 so với Arduino Uno

 Encoder quay