CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ
Dạy học định hướng phát triển năng lực
1.1.1 Dạy học theo định hướng phát triển năng lực
Mục tiêu dạy học không chỉ bao gồm việc nhận biết và tái hiện kiến thức, mà còn yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức vào các tình huống thực tế Đối với mục tiêu về kỹ năng, học sinh cần phát triển khả năng thực hiện các hoạt động đa dạng Những mục tiêu này được thực hiện thông qua các hoạt động cả trong và ngoài nhà trường.
Phương pháp dạy học hiệu quả không chỉ dựa vào thuyết trình mà còn cần tổ chức các hoạt động học tập thông qua trải nghiệm và giải quyết các nhiệm vụ thực tiễn Qua các hoạt động này, học sinh sẽ phát triển đồng thời nhiều năng lực khác nhau, và việc tách biệt từng thành tố năng lực trong quá trình dạy học là không cần thiết và cũng không khả thi.
- Về nội dung dạy học: Cần xây dựng các hoạt động, chủ đề, nhiệm vụ đa dạng gắn với thực tiễn
Kiểm tra đánh giá năng lực học sinh cần dựa vào khả năng vận dụng kiến thức và kỹ năng trong các tình huống phức tạp Các nhà nghiên cứu trên thế giới đã đề xuất các chuẩn năng lực trong giáo dục, mặc dù khác nhau về hình thức nhưng tương đồng về nội dung Những chuẩn này bao gồm các nhóm năng lực chung, được xây dựng dựa trên yêu cầu của nền kinh tế xã hội mỗi quốc gia Từ các năng lực chung, các nhà lý luận dạy học đã cụ thể hóa thành những năng lực chuyên biệt và các năng lực thành phần, liên quan đến kiến thức và kỹ năng, nhằm định hướng quá trình dạy học và kiểm tra đánh giá của giáo viên.
Khác với tổ chức hoạt động dạy học, các công cụ đánh giá cần xác định rõ từng thành tố của năng lực cần đánh giá và xây dựng các công cụ tương ứng Mối liên hệ giữa mục tiêu, hoạt động dạy học và công cụ đánh giá được minh họa trong hình 1.
Hình 1: Mối quan hệ giữa mục tiêu hoạt động dạy học và đánh giá trong dạy học định hướng phát triển năng lực
1.1.2 Các năng lực chuyên biệt trong bộ môn Vật lí
Có nhiều quan điểm khác nhau trong việc xây dựng chuẩn năng lực chuyên biệt cho từng môn học Bài viết này sẽ giới thiệu hai quan điểm, mặc dù khác biệt nhưng đều mang lại kết quả tương tự Một trong những cách tiếp cận là cụ thể hóa các năng lực chung để phát triển năng lực chuyên biệt.
Bảng 1: Bảng năng lực chuyên biệt môn Vật lí được cụ thể hóa từ năng lực chung
Stt Năng lực chung Biểu hiện năng lực trong môn Vật lí
Nhóm năng lực làm chủ và phát triển bản thân:
1 Năng lực tự học - Lập được kế hoạch tự học và điều chỉnh, thực hiện kế hoạch có hiệu quả
- Tìm kiếm thông tin về nguyên tắc cấu tạo, hoạt động của các ứng dụng kĩ thuật
- Đánh giá được mức độ chính xác nguồn thông tin
- Đặt được câu hỏi về hiện tượng sự vật quanh ta
- Tóm tắt được nội dung vật lí trọng tâm của văn bản
- Tóm tắt thông tin bằng sơ đồ tư duy, bản đồ khái niệm, bảng biểu, sơ đồ khối
- Tự đặt câu hỏi và thiết kế, tiến hành được phương án thí nghiệm để trả lời cho các câu hỏi đó
2 Năng lực giải - Đặc biệt quan trọng là năng lực thực nghiệm
Thành tố 2 Đánh giá: Các thành tố
HĐ dạy học: Phát triển các năng lực
NL giải quyết vấn đề bằng con đường thực nghiệm, hay còn gọi là NL thực nghiệm, đóng vai trò quan trọng trong việc đặt ra những câu hỏi về hiện tượng tự nhiên Điều này bao gồm việc tìm hiểu hiện tượng diễn ra như thế nào, xác định điều kiện cần thiết để hiện tượng xảy ra, cũng như khám phá mối quan hệ giữa các đại lượng trong hiện tượng tự nhiên Bên cạnh đó, việc nghiên cứu nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của các dụng cụ cũng là một phần không thể thiếu trong quá trình này.
- Đưa ra được cách thức tìm ra câu trả lời cho các câu hỏi đã đặt ra
- Tiến hành thực hiện các cách thức tìm câu trả lời bằng suy luận lí thuyết hoặc khảo sát thực nghiệm
- Khái quát hóa rút ra kết luận từ kết quả thu được
- Đánh giá độ tin cậy và kết quả thu được
- Thiết kế được phương án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết (hoặc dự đoán)
- Lựa chọn được phương án thí nghiệm tối ưu
- Giải được bài tập sáng tạo
- Lựa chọn được cách thức giải quyết vấn đề một cách tối ưu
4 Năng lực tự quản lí
Không có tính đặc thù
Nhóm năng lực về quan hệ xã hội:
- Sử dụng được ngôn ngữ vật lí để mô tả hiện tượng
- Lập được bảng và mô tả bảng số liệu thực nghiệm
- Vẽ được đồ thị từ bảng số liệu cho trước
- Vẽ được sơ đồ thí nghiệm
- Mô tả được sơ đồ thí nghiệm
- Đưa ra các lập luận lô gic, biện chứng
- Tiến hành thí nghiệm theo nhóm
- Tiến hành thí nghiệm theo các khu vực khác nhau
Nhóm năng lực công cụ (Các năng lực này sẽ được hình thành trong quá trình hình thành các năng lực ở trên)
7 Năng lực sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông (ICT)
- Sử dụng một số phần mềm chuyên dụng (maple, coachs…) để mô hình hóa quá trình vật lí
- Sử dụng phần mềm mô phỏng để mô tả đối tượng vật lí
8 Năng lực sử dụng ngôn ngữ
- Sử dụng ngôn ngữ khoa học để diễn tả quy luật vật lí
- Sử dụng bảng biểu, đồ thị để diễn tả quy luật vật lí
- Đọc hiểu được đồ thị, bảng biểu
9 Năng lực tính toán - Mô hình hóa quy luật vật lí bằng các công thức toán học
Toán học đóng vai trò quan trọng trong việc suy luận từ những kiến thức đã biết để rút ra hệ quả hoặc phát triển kiến thức mới Đồng thời, việc xây dựng các năng lực chuyên biệt dựa trên đặc thù của từng môn học sẽ giúp nâng cao hiệu quả học tập và phát triển tư duy logic cho người học.
Bài viết này trình bày cách tiếp cận xây dựng hệ thống năng lực dựa trên đặc thù nội dung, phương pháp nhận thức và vai trò của môn Vật lí trong thực tiễn Nhiều quốc gia trên thế giới đã áp dụng phương pháp này, và dưới đây là hệ thống năng lực được phát triển theo chuẩn năng lực chuyên biệt cho học sinh 15 tuổi tại Cộng hòa Liên bang Đức.
Kiến thức + Kiến thức vật lí liên quan đến quá trình cần khảo sát
+ Kiến thức về thiết bị, về an toàn + Kiến thức về xử lí số liệu, kiến thức về sai số
+ Kiến thức về biểu diễn số liệu dưới dạng bảng biểu, đồ thị
Thái độ + Thái độ kiên nhẫn + Thái độ trung thực + Thái độ tỉ mỉ + Thái độ hợp tác + Thái độ tích cực
Kĩ năng + Thiết kế phương án thí nghiệm + Chế tạo dụng cụ
+ Lựa chọn dụng cụ + Lắp ráp dụng cụ thí nghiệm +Thay đổi các đại lượng + Sử dụng dụng cụ đo: hiệu chỉnh dụng cụ đo, đọc số liệu
+ Sửa chưa các sai hỏng thông thường + Quan sát diễn biến hiện tượng + Ghi lại kết quả
+ Biểu diễn kết quả bằng bảng biểu, đồ thị + Tính toán sai số + Biện luận, trình bày kết quả + Tự đánh giá cải tiến phép đo
Môn Vật lí giúp hình thành các năng lực sau:
- Năng lực giải quyết vấn đề
Việc hình thành, phát triển và đánh giá các năng lực một cách toàn diện là một nhiệm vụ khó khăn và tốn thời gian Vì vậy, cần tiếp tục phân chia các năng lực này thành những năng lực thành phần cụ thể hơn.
Để đánh giá một năng lực, cần xác định rõ nội hàm của năng lực đó bằng cách chỉ ra những kiến thức, kỹ năng và thái độ cần thiết làm nền tảng cho sự thể hiện và phát triển năng lực Sau đó, xây dựng các công cụ đo lường kiến thức, kỹ năng và thái độ một cách hiệu quả.
Ví dụ để đánh giá năng lực thực nghiệm, một trong các năng lực quan trọng của
HS trong học tập vật lí, ta cần chỉ ra những thành tố làm nền tảng của năng lực thực nghiệm được trình bày ở Hình 2
Hình 2: Các thành tố của năng lực thực nghiệm
Mặc dù các năng lực hoặc năng lực thành phần có thể khác nhau, khi phân tích chúng thành các thành tố cụ thể, ta nhận thấy rằng các thành tố năng lực cơ bản là giống nhau.
Các phương pháp giảng dạy và kiểm tra đánh giá trong thí nghiệm
1.2.1 Các phương pháp và kĩ thuật dạy học thí nghiệm, thực hành
1.2.1.1 Các phương pháp dạy học thí nghiệm, thực hành [2] , [3], [4]
Phương pháp dạy học là các hình thức và cách thức mà giáo viên và học sinh tương tác trong môi trường học tập Mục tiêu của những phương pháp này là giúp người học tiếp thu tri thức, kỹ năng, thái độ, đồng thời phát triển năng lực và phẩm chất cá nhân.
Có nhiều phương pháp dạy học nhưng trong học phần thí nghiệm ta có thể áp dụng một số phương pháp sau:
Thuyết trình là một phương pháp dạy học đặc trưng, kết hợp giữa việc giáo viên truyền đạt tri thức thông báo và người học tiếp nhận thông tin một cách thụ động Qua đó, học sinh không chỉ tiếp nhận thông tin mà còn xử lý và phát triển khả năng ghi nhớ.
Thuyết trình của giáo viên có thể thực hiện dưới các hình thức khác nhau, độc lập hay kết hợp với nhau:
Báo cáo/ thông tin Mô tả/ kể
Trình bày khách quan về các nội dung cũng như quá trình theo trình tự thời gian, cũng như thông báo các nội dung thời sự
Trình bày được nhấn mạnh về mặt cảm xúc bao gồm các thái độ và đánh giá của người trình bày
Giải thích/ giảng giải Giới thiệu/ làm mẫu
Trình bày khách quan về các đối tượng hay quá trình trong các mối quan hệ và đặc điểm cơ bản
Giới thiệu các nguyên mẫu, mô hình, tài liệu và những giải thích của chúng cũng như giới thiệu phim, ảnh chiếu,…
Tiến trình bài thuyết trình:
Nhập đề - Đánh thức hứng thú và kích thích động cơ
- Làm rõ mục tiêu thuyết trình
Trong việc trình bày nội dung, cần thông báo rõ ràng các thành phần cơ bản, bao gồm các hình thức thuyết trình như báo cáo hoặc thông tin, mô tả hoặc kể chuyện, giải thích hoặc giảng giải, và giới thiệu hoặc làm mẫu Những dạng thuyết trình này giúp người nghe dễ dàng tiếp cận và hiểu rõ hơn về thông điệp được truyền đạt.
Liên hệ - Liên hệ các nội dung với cái đã biết
- Minh họa nội dung qua các ví dụ
Kết thúc - Chỉ dẫn ứng dụng, khả năng chuyển giao, giao bài tập
- Truyền đạt viễn cảnh của chủ đề
Phương pháp dạy học theo nhóm:
Trong dạy học nhóm, học sinh được chia thành các nhóm nhỏ và làm việc độc lập trong thời gian giới hạn để hoàn thành các nhiệm vụ học tập Các nhóm hợp tác và phân công công việc, sau đó trình bày kết quả làm việc của mình và nhận đánh giá từ toàn lớp.
Tiến trình dạy học nhóm:
- Nhập đề: + Giới thiệu chủ đề
+ Xác định nhiệm vụ các nhóm
- Làm việc nhóm: + Chuẩn bị chỗ làm việc
+ Lập kế hoạch làm việc, thỏa thuận quy tắc làm việc + Tiến hành giải quyết nhiệm vụ, chuẩn bị báo cáo kết quả
- Đánh giá: + Các nhóm trình bày kết quả
Ƣu điểm và nhƣợc điểm của dạy học nhóm Ƣu điểm:
Cộng tác trong nhiệm vụ học tập không chỉ giúp phát triển tính tự lực và sáng tạo của học sinh, mà còn nâng cao năng lực xã hội, đặc biệt là khả năng làm việc nhóm và thái độ đoàn kết.
+ Đòi hỏi nhiều thời gian
+ Nếu được tổ chức và thực hiện kém, sẽ dẫn đến kết quả ngược lại với những dự định ban đầu
+ Dễ xảy ra bất đồng, hỗn loạn giữa các thành viên
1.2.1.2 Các kĩ thuật dạy học [4]
Kỹ thuật dạy học bao gồm các phương pháp và hành động của giáo viên và học sinh trong những tình huống cụ thể, nhằm đạt được mục tiêu giảng dạy hiệu quả Những biện pháp này giúp tạo ra môi trường học tập tích cực và khuyến khích sự tham gia của học sinh.
10 khiển quá trình dạy học Các kỹ thuật dạy học là những đơn vị nhỏ nhất của phương pháp dạy học
Có nhiều kĩ thuật dạy học nhưng trong học phần thí nghiệm ta có thể áp dụng một số kĩ thuật sau:
Kỹ thuật Khăn trải bàn
Kỹ thuật khăn trải bàn là phương pháp tổ chức hoạt động học tập hợp tác, kết hợp giữa việc học cá nhân và nhóm của học sinh Phương pháp này sử dụng phiếu học tập được sắp xếp giống như khăn trải bàn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tương tác và trao đổi kiến thức giữa các học sinh.
- Kích thích, thúc đẩy sự tham gia tích cực của HS
- Tăng cường tính độc lập, trách nhiệm của cá nhân HS
- Phát triển mô hình có sự tương tác giữa HS với HS
Bước 1: Giao nhiệm vụ học tập
- Chia học sinh thành các nhóm (4 - 6 học sinh/nhóm), mỗi HS ngồi vào vị trí đã đánh số trên phiếu học tập
- GV giao nhiệm vụ thảo luận có tính mở và phát cho mỗi nhóm một phiếu học tập (dạng một tờ giấy A0 , A1 )
- Sơ đồ phiếu học tập được thể hiện qua hình 2.2
Hình 2.2 Cấu trúc một phiếu học tập của kĩ thuật khăn trải bàn
Bước 2: Làm việc cá nhân
- Mỗi cá nhân làm việc độc lập trong khoảng vài phút, ghi câu trả lời vào phần giấy của mình trên phiếu học tập
Bước 3: Thảo luận, thống nhất ý kiến chung
- Trên cơ sở ý kiến cá nhân, các thành viên chia sẻ, thảo luận, thống nhất ý kiến và viết vào phần chính giữa của phiếu học
- Câu hỏi thảo luận là câu hỏi mở
Khi nhóm học sinh quá đông, có thể phát cho mỗi em những mảnh ghép nhỏ để ghi lại ý kiến cá nhân Sau đó, các em có thể dán những mảnh ghép này xung quanh khăn trải bàn, tạo nên một không gian giao lưu ý tưởng sáng tạo.
- Trong quá trình thảo luận thống nhất ý kiến, đính những ý kiến thống nhất vào phần giữa “khăn trải bàn” Các ý kiến trùng nhau có thể đính chồng lên nhau
Kỹ thuật tổ chức học tập hợp tác kết hợp giữa hoạt động cá nhân và nhóm, đồng thời liên kết các nhóm thông qua việc giải quyết một nhiệm vụ phức tạp với nhiều vấn đề nhỏ.
- Giải quyết một nhiệm vụ phức hợp (có nhiều chủ đề)
- Kích thích sự tham gia tích cực của HS
Nâng cao vai trò của cá nhân trong quá trình hợp tác là yếu tố quan trọng trong kỹ thuật dạy học này, không chỉ yêu cầu hoàn thành nhiệm vụ ở vòng 1 mà còn phải truyền đạt kết quả và hoàn thành nhiệm vụ ở vòng 2.
Hình 2.3 Sơ đồ minh họa kỹ thuật dạy học mảnh ghép Vòng 1: Nhóm chuyên gia
▪ Hoạt động theo nhóm 3 đến 8 người [số nhóm được chia = số chủ đề x n (n 1,2,…)]
▪ Mỗi nhóm được giao một nhiệm vụ [Ví dụ : nhóm 1 : nhiệm vụ A; nhóm 2: nhiệm vụ B, nhóm 3: nhiệm vụ C, … (có thể có nhóm cùng nhiệm vụ)]
▪ Mỗi cá nhân làm việc độc lập trong khoảng vài phút, suy nghĩ về câu hỏi, chủ đề và ghi lại những ý kiến của mình
Trong quá trình thảo luận nhóm, cần đảm bảo rằng mỗi thành viên đều có khả năng trả lời tất cả các câu hỏi trong nhiệm vụ được giao, từ đó trở thành “chuyên gia” trong lĩnh vực của mình.
12 vực đã tìm hiểu và có khả năng trình bày lại câu trả lời của nhóm ở vòng 2
▪ Hình thành nhóm 3 đến 6 người mới (1 – 2 người từ nhóm 1, 1 – 2 người từ nhóm 2, 1 – 2 người từ nhóm 3…)
▪ Các câu trả lời và thông tin của vòng 1 được các thành viên trong nhóm mới chia sẻ đầy đủ với nhau
▪ Khi mọi thành viên trong nhóm mới đều hiểu được tất cả nội dung ở vòng 1 thì nhiệm vụ mới sẽ được giao cho các nhóm để giải quyết
▪ Các nhóm mới thực hiện nhiệm vụ, trình bày và chia sẻ kết quả
Kỹ thuật đặt câu hỏi
Trong phương pháp dạy học cùng tham gia, giáo viên sử dụng câu hỏi để khuyến khích học sinh tìm hiểu và khám phá kiến thức mới, đồng thời đánh giá kết quả học tập Học sinh cũng cần đặt câu hỏi để làm rõ những nội dung bài học chưa rõ ràng từ giáo viên và bạn bè.
Sử dụng câu hỏi có hiệu quả đem lại sự hiểu biết lẫn nhau giữa HS - GV và HS -
HS Kĩ năng đặt câu hỏi càng tốt thì mức độ tham gia của HS càng nhiều; HS sẽ học tập tích cực hơn
Mục đích sử dụng câu hỏi trong dạy học
Kích thích, dẫn dắt HS suy nghĩ, khám phá tri thức mới, tạo điều kiện cho
HS tham gia vào quá trình dạy học
Kiểm tra, đánh giá KT, KN của HS và sự quan tâm, hứng thú của các em đối với nội dung học tập
Thu thập, mở rộng thông tin, kiến thức
1.2.2 Cơ sở lý luận và công cụ kiểm tra đánh giá trong giáo dục [6], [7]
1.2.2.1 Cơ sở lý luận về kiểm tra đánh giá
Vai trò của kiểm tra đánh giá trong giáo dục
- Kiểm tra đánh giá là một bộ phận không thể tách rời của quá trình dạy học
- Kiểm tra đánh giá là công cụ hành nghề quan trọng của giáo viên
- Kiểm tra đánh giá là một bộ phận quan trọng của quản lý giáo dục, quản lý chất lượng dạy và học
Mục đích, mục tiêu của kiếm tra đánh giá
- Xác định mức độ mà người học đạt được các mục tiêu học tập, xác nhận, công khai hóa những thành quả đạt được của người học
- Cung cấp cho người học những thông tin để tự điều chỉnh việc học tập, giúp họ học tập tiến bộ hơn
Việc nâng cao chất lượng dạy học là cần thiết để giáo viên nhận diện được điểm mạnh và điểm yếu trong quá trình giảng dạy Điều này giúp họ tìm ra nguyên nhân và từ đó điều chỉnh các hoạt động dạy và học một cách hiệu quả.
- Giúp cho các cấp quản lí có cơ sở đi đến những quyết định phù hợp (về người học, về chương trình, về bồi dưỡng giáo viên…)
Các mục tiêu học tập cụ thể
- Các mục tiêu về nhận thức
Nhóm mục tiêu cụ thể này tập trung vào việc nắm vững kiến thức, điều này khác với việc chỉ ghi nhớ Nắm vững kiến thức đòi hỏi sự thông hiểu sâu sắc, không chỉ đơn giản là nhớ lại thông tin Các mục tiêu nhận thức cụ thể này chủ yếu thuộc hai cấp độ đầu tiên trong thang nhận thức Bloom, bao gồm nhận biết và thông hiểu.
- Các mục tiêu về suy luận
Nhóm mục tiêu này yêu cầu khả năng suy luận để giải quyết vấn đề, bao gồm các thao tác như phân loại, so sánh, quy nạp, diễn dịch, và trừu tượng hóa Ngoài ra, cần phân tích lí lẽ, đánh giá độ tin cậy của nguồn thông tin, xác định sự chấp nhận và quyết định hành động Các mục tiêu cụ thể về suy luận có thể được phân loại theo 4 cấp độ của thang nhận thức Bloom: áp dụng, phân tích, tổng hợp và đánh giá.
- Các mục tiêu về kĩ năng
Vai trò của thực hành, thí nghiệm Vật lí
1.3.1 Thí nghiệm Vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí [5] a Định nghĩa:
Thí nghiệm Vật lí là quá trình có chủ đích và hệ thống mà con người tác động vào các đối tượng trong hiện thực khách quan Qua việc phân tích các điều kiện và kết quả của sự tác động, chúng ta có thể thu nhận tri thức mới Một số đặc điểm nổi bật của thí nghiệm Vật lí bao gồm tính chính xác, khả năng lặp lại và sự kiểm soát các biến số.
1 Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết 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 cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động
2 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 được giữ không đổi
3 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, nhờ sự phân
Việc thường xuyên tích lũy các yếu tố của đối tượng nghiên cứu giúp giảm thiểu tối đa ảnh hưởng của nhiễu Điều này có nghĩa là loại bỏ những điều kiện không cần thiết để tránh sự xuất hiện của các tính chất và mối quan hệ không được chú ý.
4 Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của các đại lượng khác Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc
5 Có thể lặp lại được thí nghiệm Điều này có nghĩa là: với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tượng, quá trình Vật lí phải diễn ra trong thí nghiệm giống như ở các lần thí nghiệm trước
1.3.2 Chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lí
1.3.2.1 Chức năng của thí nghiệm theo quan điểm lí luận nhận thức
- Thí nghiệm là phương tiện thu nhận tri thức
- Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của những tri thức đã thu nhận
- Thí nghiệm là phương tiện để vận dụng tri thức vào thực tiễn
- Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức
1.3.2.2 Chức năng của thí nghiệm theo quan điểm lí luận dạy học
- Thí nghiệm có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học
- Thí nghiệm góp phần vào việc phát triển toàn diện học sinh
- Thí nghiệm là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh
- Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập của học sinh
- Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức hoạt động của học sinh
- Thí nghiệm vật lí góp phần làm đơn giản hoá các hiện tượng và quá trình vật lí
1.3.3 Nội dung, hình thức tổ chức hướng dẫn thí nghiệm thực hành
1.3.3.1 Phân loại thí nghiệm Vật lí
1.3.3.1.1 Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên a Khái niệm
Thí nghiệm biểu diễn là hoạt động mà giáo viên thực hiện trong lớp học nhằm giới thiệu kiến thức mới hoặc ôn tập, củng cố kiến thức cho học sinh, trong khi học sinh chỉ tham gia ở mức độ hạn chế.
Thí nghiệm biểu diễn giữ một vai trò quan trọng bởi các nguyên nhân sau:
- Nhiều thí nghiệm khá phức tạp đòi hỏi GV phải trực tiếp làm
- Các thí nghiệm thường tinh vi ,nhạy ,dễ vỡ đôi khi có thể gây nguy hiểm , do đó cần có sự khéo léo và kinh nghiệm của GV
Một thí nghiệm được thực hiện đúng kế hoạch và thời gian sẽ mang lại tác động tích cực đến tư duy của học sinh Để đạt được kết quả tốt, giáo viên cần trực tiếp tiến hành thí nghiệm.
Mặc dù học sinh chưa thể trực tiếp thực hiện thí nghiệm, nhưng thí nghiệm biểu diễn vẫn giữ vai trò quan trọng và được áp dụng rộng rãi trong trường phổ thông.
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng trong quá trình dạy học, thí nghiệm biểu diễn được chia thành ba loại chính: thí nghiệm mở đầu, thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng và thí nghiệm củng cố.
- Thí nghiệm biểu diễn mở đầu
Thí nghiệm mở đầu là những thí nghiệm nhỏ do giáo viên thực hiện với mục đích giới thiệu vấn đề nghiên cứu mới, nhằm kích thích sự hứng thú của học sinh trong việc tìm hiểu nội dung bài học.
- Thí nghiệm nghiên cứu hiện tƣợng mới
Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng là những thí nghiệm nhằm xây dựng, chứng minh kiến thức mới, bao gồm :
Thí nghiệm khảo sát xây dựng kiến thức là quá trình điều tra sự kiện và thu thập dữ liệu thực nghiệm, từ đó giúp rút ra những kết luận khái quát và phát triển kiến thức mới.
Thí nghiệm kiểm chứng kiến thức là phương pháp nhằm xác nhận và kiểm tra thực tế các kết luận đã được đưa ra, từ đó xác định những kiến thức mới cần được giảng dạy.
Thí nghiệm củng cố là công cụ quan trọng mà giáo viên sử dụng để giúp học sinh áp dụng kiến thức đã học vào việc giải thích và dự đoán các hiện tượng Qua đó, học sinh có thể nắm vững kiến thức một cách hiệu quả hơn.
1.3.3.1.2 Thí nghiệm học sinh a Khái niệm
THIẾT KẾ NỘI DUNG GIẢNG DẠY VÀ KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ
Giới thiệu các bài thí nghiệm phần Quang và Nhiệt
Trong chương trình sư phạm vật lý, giảng dạy bao gồm các bài thí nghiệm nhằm củng cố hiểu biết về các khái niệm, định lý và định luật trong lĩnh vực Nhiệt học và Quang học.
Bài 1: Làm quen với các dụng cụ đo phần Quang và Nhiệt
Bài 2: Khảo sát vân tròn Newton
Bài 3: Đo chiết suất thủy tinh sử dụng kính hiển vi
Bài 4: Giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng
Bài 5: Đo hệ số căng mặt ngoài của một số chất lỏng
Bài 6: Đo hệ số nở dài của một số vật rắn
- Chuẩn đầu ra của học phần :
STT Chuẩn đầu ra học phần CĐR
1 Sử dụng thành thạo các thiết bị thí nghiệm trong Nhiệt học và Quang học 5
2 Thiết kế, triển khai, vận hành được các bài thí nghiệm Nhiệt học và Quang học đúng quy trình kỹ thuật, hiệu quả và an toàn 5
3 Phân tích và giải thích được các kết quả thí nghiệm 5
4 Phát triển tư duy phân tích và phản biện 9
5 Có thái độ học tập tích cực, chủ động, và có trách nhiệm 9
6 Phát triển kĩ năng làm việc và quản lý nhóm 8
7 Trình bày được kết quả thí nghiệm thông qua bài báo cáo viết và thuyết trình 5, 8
8 Sử dụng được một số thuật ngữ tiếng Anh trong lĩnh vực Nhiệt học và
- Để hoàn thành các bài thí nghiệm thì sinh viên cần thực hiện các nhiệm vụ:
Đọc kỹ tài liệu hướng dẫn thí nghiệm trước khi đến phòng thí nghiệm
Phải thiết kế được quy trình thí nghiệm khi vào phòng thí nghiệm
Tham gia đầy đủ 100% giờ thực hành và có báo cáo kết quả
Tham dự thi kết thúc học phần
Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học
Kết quả đánh giá học phần được xác định dựa trên các hoạt động của sinh viên trong suốt quá trình học, bao gồm kiểm tra giữa kỳ và thi kết thúc Bài đánh giá thể hiện chuẩn đầu ra của học phần, cùng với các tiêu chí, tiêu chuẩn và trọng số của các hình thức đánh giá này.
Bài đánh giá Phương pháp đánh giá
A1.2 Làm việc nhóm Rubric làm nhóm
A1.3 Thuyết trình Rubric thuyết trình
A1.4 Kĩ năng làm thí nghiệm
Rubric đánh giá quá trình thí nghiệm
A1.5 Dự án học tập Báo cáo 10 20%
A2.1 Báo cáo viết và bài thi cuối kỳ
Báo cáo và Tự luận
Thiết kế nội dung dạy và học
BÀI 1: LÀM QUEN VỚI CÁC DỤNG CỤ ĐO QUANG VÀ NHIỆT
- Mô tả được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của kính hiển vi, laser, lực kế xoắn, áp kế
- Sử dụng thành thạo kính hiển vi, lực kế xoắn
- Biết cách đọc giá trị trên áp kế và lực kế xoắn
- Có thái độ học tập tích cực, chủ động, và có trách nhiệm
- Phát triển kĩ năng làm việc và quản lý nhóm
- Phát triển tư duy phân tích và phản biện
STT Tên dụng cụ Hình ảnh
2 Laser (Máy phát lượng tử)
C MÔ TẢ SƠ LƢỢC CÁC DỤNG CỤ
Kính hiển vi là một dụng cụ quang học dùng để quan sát ảnh phóng đại của những vật có kích thước khá nhỏ (cỡ từ milimet trở xuống)
Hình 4.2 Cấu tạo của kính hiển vi
Cấu tạo của kính hiển vi được vẽ trên hình gồm có 4 hệ thống:
Hệ thống giá đỡ gồm:
- Một giá đỡ (2) mang thị kính L 1 ,
- Giá đỡ (3) mang vật kính L 2 ,
Hệ thống phóng đại gồm:
Thị kính L 1 là bộ phận quan trọng của kính hiển vi, cho phép người dùng quan sát mẫu vật Có hai loại thị kính: ống đôi và ống đơn Bản chất của thị kính L 1 là một thấu kính hội tụ với tiêu cự rất ngắn, giúp tạo ra ảnh thật của vật cần quan sát.
Vật kính L 2 là một bộ phận quan trọng của kính hiển vi, hướng về phía vật cần quan sát, với ba độ phóng đại chính là x10, x40 và x100 Nó thực chất là một thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn, hoạt động như một kính lúp để quan sát ảnh thật Trong phòng thí nghiệm, kính hiển vi thường chỉ sử dụng vật kính với độ phóng đại 10x.
Hệ thống chiếu sáng gồm:
- Nguồn sáng (5) (gương hoặc đèn)
Tụ quang là một bộ phận quan trọng trong việc tập trung và hướng ánh sáng vào tiêu bản cần quan sát Nó được đặt ở vị trí giữa gương và bàn để tiêu bản, cho phép người dùng điều chỉnh độ chiếu sáng bằng cách di chuyển tụ quang lên hoặc xuống.
Hai vít (9) và (10), được gọi là vít tiến ngang và tiến dọc, có chức năng di chuyển mâm đặt vật qua lại, giúp đưa ảnh cần quan sát vào đúng thị trường của kính hiển vi.
- Nhờ các vít (7) và (8) ta có thể dịch chuyển mâm đặt vật 4 lên xuống nhẹ nhàng
- Vít (7) dùng đối với những dịch chuyển lớn và nhanh nên gọi là vít tiến nhanh
Vít tiến chậm (hay còn gọi là vít vi động) là thiết bị được sử dụng cho các chuyển động nhỏ, với thước tròn khắc trên vít (8) có 160 độ chia đều, mỗi độ tương ứng với 0,001mm Khi quay vít (8) một độ, mâm đặt vật (4) sẽ dịch chuyển lên xuống 0,001mm, và khi quay một vòng, mâm sẽ dịch chuyển lên xuống một đoạn tương ứng với giá trị tổng cộng.
- Căn cứ vào số vòng quay và số độ chia trên thước tròn của thước 8 ta có thể đo được độ dịch chuyển của mâm đặt vật
2 Cách sử dụng kính hiển vi
- Đặt tiêu bản lên bàn để tiêu bản, dùng kẹp để giữ tiêu bản
Khi chọn vật kính cho kính hiển vi, cần dựa vào mẫu tiêu bản và mục đích quan sát để lựa chọn phù hợp Trong phòng thí nghiệm, thường chỉ sử dụng vật kính có độ phóng đại 10x.
- Hạ vật kính sát vào tiêu bản (mắt nhìn tiêu bản)
- Mắt nhìn thị kính, tay vặn ốc vĩ cấp để đưa vật kính lên cho đến khi nhìn thấy hình ảnh mờ của vi trường
- Điều chỉnh ốc vi cấp để được hình ảnh rõ nét
C2 LASER (MÁY PHÁT LƢỢNG TỬ)
Laser, viết tắt của "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cảm ứng), là bức xạ điện từ có độ đơn sắc cao, cường độ lớn và tính định hướng cao, được tạo ra trong các điều kiện đặc biệt.
Laser là máy phát sóng ánh sáng làm việc dựa trên cơ sở phát xạ cảm ứng
Máy phát lượng tử bao gồm một buồng cộng hưởng, thường là hai gương phẳng phản xạ tốt đặt song song, còn gọi là giao thoa kế Fabry-Pérot Trong buồng này, có một môi trường có khả năng khuếch đại ánh sáng.
Bức xạ cảm ứng, khi truyền theo trục vuông góc với các gương, sẽ được khuếch đại qua nhiều lần phản xạ Khi năng lượng bức xạ đạt ngưỡng đủ lớn, nó sẽ thoát ra khỏi gương của giao thoa kế, tạo thành tia laser Tia laser nổi bật với các đặc điểm như độ đơn sắc cao, tần số ổn định, tính kết hợp và độ định hướng rất cao.
Nguyên tử, do tác dụng của điện từ trường ngoài sẽ hấp thụ photon chuyển lên mức năng lượng cao hơn
W 2 (trạng thái kích thích) Cũng do tác động của điện từ trường, nguyên tử lại chuyển từ mức W 2 xuống mức W 1 và phát ra photon h
Thời gian của nguyên tử ở trạng thái mức W2 ngắn hơn thời gian ở mức W1, dẫn đến số lượng nguyên tử ở mức năng lượng cao giảm.
Để máy phát hoạt động, cần tạo ra trạng thái nghịch đảo với N2 lớn hơn N1, vì N2 nhỏ hơn N1 ở mức năng lượng thấp khiến máy phát không hoạt động Môi trường ở trạng thái nghịch đảo này có khả năng khuếch đại ánh sáng.
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của laser He-Ne [2]
Một trong bốn phương pháp tạo ra trạng thái nghịch đảo là kích thích nguyên tử thông qua va chạm với điện tử, giúp đưa nguyên tử lên các trạng thái có mức năng lượng cần thiết.
Trong thí nghiệm này, laser hoạt động bằng hỗn hợp khí He-Ne được sử dụng Ở trạng thái cơ bản, các nguyên tử khí He ở mức năng lượng E0He Khi bị va chạm với các electron có năng lượng cao, các nguyên tử He nhảy lên mức năng lượng cao hơn E1He ở trạng thái 2s Trong quá trình chuyển động nhiệt, các nguyên tử He ở trạng thái kích thích va chạm với các nguyên tử Ne, dẫn đến sự tương tác giữa chúng.
Khi nguyên tử Ne nhảy lên mức năng lượng E 2Ne ở trạng thái 3s, số lượng nguyên tử Ne ở mức năng lượng này cao hơn nhiều so với mức E 1Ne (trạng thái 2p), dẫn đến trạng thái nghịch đảo giữa hai mức 3s và 2p Sự chuyển tiếp từ mức 3s sang 2p của nguyên tử Ne phát ra photon với năng lượng 1,96 eV và bước sóng 6328 Å, tạo ra ánh sáng đỏ.
Máy đo lực xoắn 0,01 N cho phép đo các lực nhỏ với ma sát nhỏ và không bị dịch chuyển
1: Núm cài đặt số chỉ 0
2 : Số chỉ 0 của cánh tay đòn
5 : Ống bảo vệ cho cánh tay đòn
- Độ chia nhỏ nhất: 0.1mN
- Tải đòn bẩy tối đa: 0.2N
BÀI 2: KHẢO SÁT VÂN TRÕN NEWTON VÀ ĐO BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG
- Mô tả được vân tròn Newton tạo ra bởi hệ thấu kính phẳng lồi và tấm kính phẳng
- Thiết lập được biểu thức tính bước sóng ánh sáng và bán kính vân tròn Newton
- Thiết kế được phương án đo bước sóng ánh sáng và bán kính vân tròn Newton từ dụng cụ đã cho
- Tiến hành được thí nghiệm để đo bước sóng của ánh sáng đơn sắc dựa trên việc khảo sát các vân tròn Newton
- Xác định được bán kính vân tròn Newton với độ chính xác cao
- Phân tích và giải thích được các kết quả thí nghiệm
- Trình bày được kết quả thí nghiệm thông qua bài báo cáo viết và thuyết trình
- Có thái độ học tập tích cực, chủ động, và có trách nhiệm
- Phát triển kĩ năng làm việc và quản lý nhóm
- Phát triển tư duy phân tích và phản biện
B CÂU HỎI CHUẨN BỊ BÀI
Trước khi đến phòng thí nghiệm, sinh viên phải trả lời đầy đủ các câu hỏi sau:
1 Nêu mục đích của bài thí nghiệm?
2 Nêu đặc điểm hệ vân tròn Newton?
3 Cho thấu kính phẳng lồi đặt tiếp xúc với tấm kính phẳng Vẽ hình và giải thích đường đi của tia sáng khi chiếu ánh sáng theo phương vuông góc đến mặt phẳng của thấu kính? Khi đó trên thấu kính phẳng lồi có hiện tượng gì?
4 Thiết lập biểu thức tính bán kính vân tròn thứ k? Nêu tên và đơn vị của từng đại lượng có trong biểu thức
Thiết kế tiến trình học tập
Tuần Chuẩn bị trước ở nhà Tại lớp
1 - Chia nhóm và tìm hiểu thông tin về học phần
- Thảo luận các ý tưởng ban đầu về dự án học tập
2 - Các nhóm đọc và chuẩn bị bài
“Làm quen với các dụng cụ đo phần
- Đề xuất và phác thảo ý tưởng ban đầu của dự án
- Học bài 1 “Làm quen với các dụng cụ đo phần Quang và Nhiệt”
- Báo cáo ý tưởng dự án
3 - Xây dựng mô hình - Báo cáo tiến độ thực hiện dự án lấn 1
4 - Tiếp tục xây dựng mô hình - Báo cáo tiến độ thực hiện dự án lần 2
- Báo cáo sản phẩm ( tổ chức thi sản phẩm dự án giữa các nhóm )
6 - Các nhóm đọc và trả lời các câu hỏi chuẩn bị bài theo phân chia như sau:
+ Nhóm 1: Bài 2 Khảo sát vân tròn
+ Nhóm 2: Bài 3 Đo chiết suất thủy tinh sử dụng kính hiển vi
Nhóm 3: Bài 4 tập trung vào việc đo bước sóng ánh sáng bằng hiện tượng giao thoa qua lưỡng lăng kính Fresnel và đo bề rộng khe hẹp thông qua hiện tượng nhiễu xạ.
+ Nhóm 4: Bài 5 Đo hệ số căng mặt ngoài của một số chất lỏng
+ Nhóm 5: Bài 6 Đo hệ số nở dài của một số vật rắn
- Nộp báo cáo các câu hỏi chuẩn bị bài của cá nhân và nhóm
- Thảo luận, tiến hành thí nghiệm
- Cuối buổi báo cáo nhanh kết quả thí nghiệm làm được
7 - Các nhóm chuẩn bị bài báo cáo cho bài thí nghiệm làm ở tuần 6
- Báo cáo các bài thí nghiệm
8 - Các nhóm đọc và trả lời các câu hỏi chuẩn bị bài theo phân chia như sau:
- Nộp báo cáo các câu hỏi chuẩn bị bài của cá nhân và nhóm
+ Nhóm 5: Bài 2 Khảo sát vân tròn
+ Nhóm 1: Bài 3 Đo chiết suất thủy tinh sử dụng kính hiển vi
Nhóm 2 thực hiện bài 4, trong đó đo bước sóng ánh sáng bằng hiện tượng giao thoa qua lưỡng lăng kính Fresnel và xác định bề rộng khe hẹp thông qua hiện tượng nhiễu xạ.
+ Nhóm 3: Bài 5 Đo hệ số căng mặt ngoài của một số chất lỏng
+ Nhóm 4: Bài 6 Đo hệ số nở dài của một số vật rắn
- Thảo luận, tiến hành thí nghiệm
- Cuối buổi báo cáo nhanh kết quả thí nghiệm làm được
9 - Các nhóm đọc và trả lời các câu hỏi chuẩn bị bài theo phân chia như sau:
+ Nhóm 4: Bài 2 Khảo sát vân tròn
+ Nhóm 5: Bài 3 Đo chiết suất thủy tinh sử dụng kính hiển vi
Bài 4 trong Nhóm 1 hướng dẫn đo bước sóng ánh sáng thông qua hiện tượng giao thoa ánh sáng sử dụng lưỡng lăng kính Fresnel Đồng thời, bài cũng trình bày cách đo bề rộng khe hẹp bằng hiện tượng nhiễu xạ qua khe hẹp.
+ Nhóm 2: Bài 5 Đo hệ số căng mặt ngoài của một số chất lỏng
+ Nhóm 3: Bài 6 Đo hệ số nở dài của một số vật rắn
- Nộp báo cáo các câu hỏi chuẩn bị bài của cá nhân và nhóm
- Thảo luận, tiến hành thí nghiệm
- Cuối buổi báo cáo nhanh kết quả thí nghiệm làm được
10 - Các nhóm đọc và trả lời các câu hỏi chuẩn bị bài theo phân chia như sau:
+ Nhóm 3: Bài 2 Khảo sát vân tròn
+ Nhóm 4: Bài 3 Đo chiết suất thủy tinh sử dụng kính hiển vi
- Nộp báo cáo các câu hỏi chuẩn bị bài của cá nhân và nhóm
- Thảo luận, tiến hành thí nghiệm
- Cuối buổi báo cáo nhanh kết quả thí nghiệm làm được
Bài 4 trong Nhóm 5 khám phá cách đo bước sóng ánh sáng thông qua hiện tượng giao thoa ánh sáng với lưỡng lăng kính Fresnel, đồng thời cũng nghiên cứu việc đo bề rộng khe hẹp bằng hiện tượng nhiễu xạ qua khe hẹp.
+ Nhóm 1: Bài 5 Đo hệ số căng mặt ngoài của một số chất lỏng
+ Nhóm 2: Bài 6 Đo hệ số nở dài của một số vật rắn
11 - Các nhóm đọc và trả lời các câu hỏi chuẩn bị bài theo phân chia như sau:
+ Nhóm 2: Bài 2 Khảo sát vân tròn
+ Nhóm 3: Bài 3 Đo chiết suất thủy tinh sử dụng kính hiển vi
Nhóm 4 thực hiện bài 4 với mục tiêu đo bước sóng ánh sáng thông qua hiện tượng giao thoa ánh sáng qua lưỡng lăng kính Fresnel Bên cạnh đó, nhóm cũng tiến hành đo bề rộng khe hẹp bằng cách áp dụng hiện tượng nhiễu xạ qua khe hẹp.
+ Nhóm 5: Bài 5 Đo hệ số căng mặt ngoài của một số chất lỏng
+ Nhóm 1: Bài 6 Đo hệ số nở dài của một số vật rắn
- Nộp báo cáo các câu hỏi chuẩn bị bài của cá nhân và nhóm
- Thảo luận, tiến hành thí nghiệm
- Cuối buổi báo cáo nhanh kết quả thí nghiệm làm được
12 - Các nhóm chuẩn bị báo cáo cuối kì theo yêu cầu của giáo viên
13 - Ôn tập cuối kì - Thi cuối kì
Thiết kế hướng dẫn học tập trực tuyến
- Sinh viên có thể vào trang web học tập của khoa http://ephy.ued.udn.vn/?redirect=0 và tải các tài liệu liên quan đến học phần như:
+ Các bài hướng dẫn làm thí nghiệm
+ Bộ câu hỏi kiểm tra các bài thí nghiệm