Nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm thí nghiệm vật lí nhằm hỗ trợ thiết kế bài giảng điện tử phần quang hình học vật lí 11 nâng cao

Nhận thức được vai trò quan trọng của công nghệ thông tin trong dạy học hiện nay, Văn kiện Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ 10 đã nêu định hướng phát triển Giáo dục – Đào tạo 2006 - 20

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn PGS

TS Nguyễn Bảo Hoàng Thanh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình làm khóa luận

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Vật Lí trường ĐH Sư Phạm

- ĐH Đà Nẵng đã tận tình giảng dạy và chỉ bảo tôi trong suốt 4 năm học vừa qua

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường THPT Sào Nam, huyện Duy Xuyên, tỉnh Quảng Nam (đặc biệt là tổ Vật lí) đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm

Nhân dịp này, tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động viên để tôi yên tâm học tập và hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng tháng 5 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Võ Văn Phê

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 3

4 Giả thuyết khoa học 3

5 Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 4

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Bố cục luận văn 5

NỘI DUNG 6

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÁC PHẦN MỀM DẠY HỌC 6

1.1 Phương pháp dạy học Vật lí 6

1.2 Cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí hiện nay 7

1.2.1 Khái niệm 7

1.2.2 Phân loại thí nghiệm Vật lí 7

1.2.3 Vai trò của thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh 8

1.2.4 Những khó khăn và hạn chế của các thí nghiệm truyền thống trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh 11

1.3 Phần mềm dạy học và vai trò của phần mềm dạy học trong Vật lí 13

1.3.1 Khái niệm phần mềm dạy học 13

1.3.2 Tổ chức hoạt động dạy học với sự hỗ trợ của các PMDH 13

1.3.3 Vai trò của việc sử dụng các phần mềm hỗ trợ trong dạy học Vật lí 16

1.3.4 Một số ứng dụng của phần mềm trong dạy học Vật lí 17

1.4 Kết luận chương 1 21

CHƯƠNG 2 KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG CÁC PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM TRONG PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11 NÂNG CAO 23

2.1 Đặc điểm và mục tiêu phần Quang hình học Vật lý 11 nâng cao 23

2.1.1 Đặc điểm của phần học 23

2.1.2 Mục tiêu của phần học 24

2.2 Vai trò của máy vi tính trong giảng dạy phần Quang hình học 26

2.3 Thiết kế bài giảng điện tử có sự hỗ trợ của các phần mềm thí nghiệm trong phần Quang hình Vật lí 11 nâng cao 27

2.3.1 Quy trình cơ bản để thiết kế bài giảng điện tử với sự hỗ trợ của các phần mềm dạy học 27

2.3.2 Giới thiệu và thiết kế các thí nghiệm mô phỏng phần Quang hình bằng các phần mềm phổ biến nhất 29

2.4 Thiết kế một số bài dạy học trong phần Quang hình học 39

2.5 Kết luận chương 2 54

CHƯƠNG 3THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 55

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 55

3.1.1 Mục đích 55

3.1.2 Nhiệm vụ 55

3.2 Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm 56

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 56

3.2.2 Nội dung thực nghiệm sư phạm 56

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 56

3.3.1 Chọn mẫu thực nghiệm 56

3.3.2 Quan sát giờ học 57

3.3.3 Tiến hành kiểm tra, thu thập số liệu và xử lý kết quả 57

3.4 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 58

3.4.1 Đánh giá định tính 58

3.4.2 Đánh giá định lượng 59

3.4.3 Kiểm định giả thuyết thống kê 65

3.5 Kết luận chương 3 66

KẾT LUẬN 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ

Bảng 3.1 Số liệu HS được chọn làm mẫu thực nghiệm 57

Bảng 3.2 Bảng thống kê các điểm Xi của bài kiểm tra 60

Biểu đồ 3.1 Phân bố điểm của hai nhóm TNg và ĐC 61

Bảng 3.3 Bảng phân phối tần suất 61

Biểu đồ 3.2 Biểu đồ phân phối tần suất 61

Đồ thị 3.1 Đồ thị phân phối tần suất 62

Bảng 3.4 Bảng thống kê số HS đạt điểm Xi trở xuống 62

Bảng 3.5 Bảng phân phối tần suất luỹ tích 62

Biểu đồ 3.3 Biểu đồ phân phối tần suất lũy tích 63

Đồ thị 3.2 Đồ thị phân phối tần suất lũy tích 63

Bảng 3.6 Bảng phân loại theo học lực của hai nhóm 64

Biểu đồ 3.4 Biểu đồ phân loại theo học lực 64

Bảng 3.7 Bảng các tham số thống kê 64

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Viết đầy đủ

CNTT Công nghệ thông tin

DH Dạy học

ĐC Đối chứng

GV Giáo viên

HS Học sinh PMDH Phần mềm dạy học

PP Phương pháp PPDH Phương pháp dạy học SGK Sách giáo khoa

TN Thí nghiệm TNg Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm THPT Trung học phổ thông

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Ngày nay với sự bùng nổ của Công nghệ thông tin - khoa học kỹ thuật Các công nghệ đã và đang xâm nhập vào hầu hết các lĩnh vực của đời sống xã hội Nhiều vấn đề quan trọng của thời đại đang đặt ra đòi hỏi cần giải quyết, trong đó có giáo dục Làm thế nào để nhận thức và nắm bắt được tri thức khoa học một cách nhanh nhất, hiệu quả nhất

đó là trách nhiệm vô cùng quan trọng của quá trình giáo dục

Trong những năm gần đây, sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ thông tin đã tác động mạnh mẽ đến việc đổi mới nội dung, phương pháp, phương thức dạy học Nhận thức được vai trò quan trọng của công nghệ thông tin trong dạy học hiện nay, Văn kiện Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ 10 đã nêu định hướng phát triển Giáo dục – Đào

tạo 2006 - 2010: “Phát triển mạnh và kết hợp chặt giữa hoạt động khoa học và công nghệ với giáo dục và đào tạo để thực sự phát huy vai trò quốc sách hàng đầu, tạo động lực đẩy nhanh công nghiệp hoá, hiện đại hoá và phát triển kinh tế tri thức…”

Với sự phát triển đó, mọi người đều có trong tay nhiều công cụ hỗ trợ cho quá trình dạy học nói chung và phần mềm dạy học nói riêng Công nghệ phần mềm phát triển mạnh, trong đó các phần mềm giáo dục cũng đạt được những thành tựu đáng kể như: bộ Office, Crocodile, Maple/Mathenatica, ChemWin, LessonEditor, VioLet… hệ thống www, Elearning và các phần mền đóng gói, tiện ích khác Nhờ có sử dụng các phần mềm dạy học này mà học sinh có thể hoạt động tốt trong môi trường học tập Phần mềm dạy học được sử dụng ở nhà cũng sẽ nối dài cánh tay của giáo viên tới từng gia đình học sinh thông qua hệ thống mạng Nhờ có máy tính điện tử mà việc thiết kế giáo án và giảng dạy trên máy tính trở nên sinh động hơn, tiết kiệm được nhiều thời gian hơn so với cách dạy theo phương pháp truyền thống Thông qua giáo án điện tử, giáo viên cũng có nhiều thời gian đặt các câu hỏi gợi mở tạo điều kiện cho học sinh hoạt động nhiều hơn trong giờ học Những khả năng mới mẻ và ưu việt này của công nghệ thông tin và truyền thông đã nhanh

chóng làm thay đổi cách sống, cách làm việc, cách học tập, cách tư duy và quan trọng hơn

cả là cách ra quyết định của con người

Nội dung kiến thức Vật lí chủ yếu là Vật lí thực nghiệm, trong đó có sự kết hợp giữa quan sát, thí nghiệm và suy luận lý thuyết để đạt được sự thống nhất giữa lý luận và thực tiễn, do đó trong quá trình hình thành những kiến thức mới cho học sinh đòi hỏi giáo viên và học sinh phải tiến hành nhiều thí nghiệm, phối hợp âm thanh, hình ảnh, video minh họa, từ đó tạo niềm tin, phát triển tư duy và góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh Ở nước ta, thực tế dạy học các môn khoa học nói chung, Vật lí nói riêng còn mang nặng tính “thông báo, tái hiện”, các phương tiện dạy học hiện đại chưa được chú ý khai thác, sử dụng đúng mức, quá trình dạy học chủ yếu là sự truyền thụ kiến thức một chiều Nhiều nội dung Vật lí trong chương trình khá trừu tượng, giảng viên không thể hình thành chỉ bằng suy luận lý thuyết mà phải quan sát, phân tích hiện tượng, sử dụng thí nghiệm Tuy nhiên vì nhiều lý do khác nhau, không phải bất kỳ thí nghiệm nào cũng có thể thực hiện được Xét về mặt khách quan, các khó khăn gặp phải khi tiến hành các thí nghiệm là do một vài thí nghiệm cần thực hiện với nhiều thao tác phức tạp, mất nhiều thời gian và tốn chi phí, một vài thí nghiệm khác thì có mức độ nguy hiểm cao hoặc không thể thực hiện được trong điều kiện bình thường Ở một số trường còn thiếu hoặc thậm chí chưa có các phòng học bộ môn hoặc phòng thí nghiệm thực hành, những nơi đã có phòng thí nghiệm thực hành thì dụng cụ thí nghiệm kém chất lượng, thiếu số lượng, thiếu cán bộ chuyên trách, diện tích phòng học nhỏ và bố trí bàn ghế cũng như thiết bị ở bên trong không thuận lợi cho việc sử dụng thí nghiệm trên lớp… Xét về mặt chủ quan, một số giáo viên cho rằng việc chuẩn bị dụng cụ phục vụ thí nghiệm tốn thời gian và khi sử dụng thí nghiệm trong giờ học cũng mất thời gian giảng bài Một vài giáo viên khác thì ngại khai thác, sử dụng thí nghiệm vì các dụng cụ thí nghiệm mới được đưa vào sử dụng trong lúc

đó nhiều giáo viên chưa được tiếp cận tài liệu hướng dẫn nên khó sử dụng Vì vậy đòi hỏi giáo viên phải có biện pháp kỹ thuật thay thế để trực quan hóa các sự kiện, hiện tượng Vật

lí đó Bên cạnh đó, việc ra đời các phần mềm dạy học và sử dụng phần mềm là một nhu

cầu lớn trong ngành giáo dục Mỗi phần mềm có một ưu thế riêng trong quá trình giáo dục, chính vì vậy khai thác và sử dụng các phần mềm trong tổ chức dạy học là điều nên làm Tuy nhiên, ở nước ta hiện nay các phần mềm dạy học thường được sử dụng đơn lẻ nên một tiết dạy chưa thực sự phong phú và sinh động, chưa khai thác và sử dụng một cách có hiệu quả trong dạy học môn Vật lí Bởi vậy việc nghiên cứu khai thác ứng dụng kết hợp các phần mềm dạy học và sử dụng một cách có hiệu quả trong tổ chức hoạt động nhận thức môn Vật lí nhằm nâng cao chất lượng dạy học trở thành một yêu cầu cấp bách

Xuất phát từ những lí do trên tôi chọn đề tài tốt nghiệp của mình là:

“Nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm thí nghiệm vật lí nhằm hỗ trợ thiết kế bài giảng điện tử phần Quang hình học Vật lí 11 nâng cao.”

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông

- Xây dựng quy trình thiết kế tiến trình dạy học có sự hỗ trợ của các các phần mềm

dạy học

- Tìm hiểu các phần mềm dạy học, thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng và ứng dụng vào phần Quang hình học Vật lí 11 nâng cao

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy học của phần Quang hình học Vật lí 11 nâng cao với việc sử dụng các thí nghiệm vật lí có sự hỗ trợ của công nghệ thông tin

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Phần Quang hình học lớp 11 nâng cao chương trình Vật lý phổ thông hiện hành

- Áp dụng tại trường THPT Sào Nam, huyện Duy Xuyên, tỉnh Quảng Nam

4 Giả thuyết khoa học

Có thể ứng dụng công nghệ thông tin để hỗ trợ thí nghiệm theo hướng tăng cường tính trực quan giúp học sinh khắc sâu bản chất vật lí của các sự vật, hiện tượng từ đó nâng

cao chất lượng dạy học phần Quang hình học chương trình sách giáo khoa Vật lí 11 nâng cao hiện hành

5 Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài

- Tìm hiểu về phương pháp dạy học phần Quang hình học lớp 11 nâng cao và các thí nghiệm trong phần Quang hình học

- Xây dựng quy trình thiết kế tiến trình dạy học có sự hỗ trợ của các các phần mềm dạy học

- Sưu tầm và lựa chọn các phần mềm dạy học, thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng, hình ảnh, video clip, của phần Quang hình học

- Thiết kế và soạn thảo tiến trình dạy học một số tiết trong phần Quang hình học có

sử dụng các phần mềm dạy học

- Thực nghiệm sư phạm để kiểm tra giả thuyết và rút ra các kết luận cần thiết

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

- Nghiên cứu những văn kiện của Đảng, Nhà nước, các chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào tạo về dạy và đổi mới phương pháp dạy học để nâng cao chất lượng dạy học ở trường phổ thông

- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết nhằm hệ thống hóa, khái quát hóa cơ sở lí luận của tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin

- Nghiên cứu các sách, bài báo, tạp chí chuyên ngành, các luận án, luận văn có liên quan đến đề tài

6.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học

6.3 Phương pháp thống kê toán học

Phương pháp thống kê toán học để xử lí số liệu thu thập được từ thực nghiệm

Để hoàn thiện các phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng dạy học ở nhà trường thì người giáo viên phải vượt qua ba ràng buộc: mục đích dạy học, nội dung dạy học và đối tượng dạy học Như vậy phương pháp dạy học Vật lí chỉ khác với phương pháp dạy học các bộ môn khác ở nội dung dạy học Tính nội dung của phương pháp dạy học đưa đến một yêu cầu: phương pháp dạy học phải làm nổi bật nội dung môn học, giúp học sinh tiếp cận chính những khoa học từ đó cấu tạo nên môn học

Phương pháp dạy học phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc trưng của môn học, đặc điểm đối tượng học sinh, điều kiện của từng lớp học, bồi dưỡng cho học sinh phương pháp tự học, khả năng hợp tác, rèn luyện kỷ năng vận dụng kiến thức và thực tiển tác động đến tình cảm đem lại niềm vui hứng thú và trách nhiệm của học sinh

Do vậy, giáo viên Vật lí phải biết vận dụng tổng hợp về: Vật lí, Tâm lý học, Lý luận dạy học hiện đại, Phương pháp dạy học Vật lí để giải quyết những vấn đề cụ thể trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức kiến thức Vật lí cho học sinh phổ thông

Giáo viên Vật lí cần nắm vững những phương pháp và kĩ năng cơ bản để giảng dạy môn Vật lí ở trường phổ thông như: giảng dạy lý thuyết, rèn luyện kĩ năng giải bài tập cho học sinh, tiến hành các bài thí nghiệm của giáo viên, tổ chức và hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm thực hành

Ngày nay Vật lí học ngày càng phát triển và có nhiều sự kiện mới được phát hiện dẫn đến việc xây dựng những khái niệm mới, định luật mới và lý thuyết mới Trong quá trình đó nội dung của môn học Vật lí cũng cần phải thay đổi kịp thời

Vật lí trong các trường phổ thông chủ yếu là Vật lí thực nghiệm Phương pháp chủ yếu của nó chủ yếu là phương pháp thực nghiệm Đó là phương pháp nhận thức hiệu quả trên con đường đi tìm chân lý khách quan, là một dạng biến đổi khoa học Vật lí sao cho phù hợp với trình độ học sinh, mục đích dạy học và điều kiện của nhà trường

Mặt khác, Vật lí học là một khoa học chính xác đòi hỏi vừa phải có khả năng quan sát tinh tế khéo léo khi làm thí nghiệm, vừa phải có tư duy logic chặt chẽ, biện chứng, vừa phải trao đổi thảo luận để khẳng định chân lý

Vì vậy, dạy học Vật lí phải đảm bảo có những phương tiện vật chất và tinh thần cần thiết để học sinh có thể thực hiện được các hành động học tập Phải đảm bảo sự phát triển liên tiếp mâu thuẫn nội tại của môn học Vật lí mà việc giải quyết chúng sẽ dẫn đến kết quả là hình thành những kiến thức, kĩ năng, năng lực mới Yêu cầu này không chấp nhận lối “truyền thụ một chiều” rất phổ biến trong dạy học hiện nay

Như vậy, một môn học có tính khoa học thực nghiệm như Vật lí thì thí nghiệm

đóng vai trong rất quan trọng

1.2 Cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí hiện nay

1.2.1 Khái niệm

Thí nghiệm Vật lí là một trong những phương pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông Đó là cách thức hoạt động của thầy và trò, giúp cho trò tự chiếm lĩnh kiến thức kĩ năng, kĩ xảo, đặc biệt là kĩ năng, kĩ xảo thực hành Ngoài ra, thí nghiệm Vật lí còn góp phần giúp cho học sinh củng cố niềm tin vào khoa học nhằm hình thành thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh

1.2.2 Phân loại thí nghiệm Vật lí

Có hai loại:

- Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên: do giáo viên tiến hành nhằm giới thiệu một cách tương đối nhanh với học sinh các hiện tượng, các quá trình và các quy luật nghiên cứu

- Thí nghiệm do học sinh thực hiện: do học sinh tiến hành dưới sự tổ chức và hướng dẫn của giáo viên để hình thành kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo cho bản thân

1.2.3 Vai trò của thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh

Theo quan điểm của lí luận nhận thức, TN trong tổ chức hoạt động nhận thức cho

HS có các vai trò sau đây: là phương tiện của việc thu nhận tri thức, là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức thu nhận được, là phương tiện của việc vận dụng tri thức vào thực tiễn

1.2.3.1 Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức

Vật lí học là một khoa học thực nghiệm Tuy nhiên, trong tự nhiên và kĩ thuật, rất ít các hiện tượng, quá trình vật lí xảy ra dưới dạng thuần khiết nên muốn nhận thức được đối tượng vật lí, chúng ta phải tác động vào đối tượng, hiện thực khách quan một cách có chủ định và hệ thống Đó chính là quá trình làm TN vật lí Chính nhờ TN, ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, quá trình trong những điều kiện có thể khống chế được, thay đổi được, có thể quan sát và đo đạc đơn giản, dễ dàng hơn Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới Trong các phương pháp nhận thức vật lí, ở giai đoạn này hay giai đoạn khác, dù trực tiếp hay gián tiếp đều cần các cứ liệu mà TN mang lại để có thể nhận thức được các hiện tượng, quá trình vật lí Chính vì vậy, trong nhận thức khoa học Vật lí nói chung và tổ chức hoạt động nhận thức vật lí cho HS nói riêng, TN đóng một vai trò hết sức quan trọng, là phương tiện của việc thu nhận tri thức

Trong DH Vật lí, nhất là ở các lớp dưới và ở giai đoạn đầu của quá trình nhận thức một hiện tượng, một quá trình vật lí nào đó, khi HS còn chưa có hoặc có hiểu biết ít ỏi về hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu thì TN được sử dụng để cung cấp cho HS những dữ liệu cảm tính về hiện tượng, quá trình vật lí này

Trong chiến lược DH giải quyết vấn đề, việc xây dựng bài toán nhận thức đóng vai trò trung tâm, chủ đạo Để xây dựng được bài toán nhận thức này, trước hết và chủ yếu,

GV phải tìm cách tạo ra tình huống có vấn đề và đưa được HS vào tình huống có vấn đề

Sử dụng TN là một trong những biện pháp hữu hiệu để tạo tình huống có vấn đề Qua quan sát TN, HS thấy rằng không thể dùng kiến thức cũ để giải thích hiện tượng xảy ra trong TN, thậm chí hiện tượng xảy ra trái với dự đoán ban đầu của đại đa số các em Từ

đó làm nảy sinh ở HS nhu cầu đi tìm câu trả lời cho vấn đề đặt ra Thông qua việc giải quyết bài toán nhận thức này dưới sự tổ chức, hướng dẫn, chỉ đạo của GV, HS sẽ thu nhận được kiến thức mới

Ngoài ra, trong quá trình giải quyết vấn đề, có thể bằng con đường suy luận lí thuyết hoặc làm TN và tiến hành quan sát, xử lí các số liệu thu thập được để đưa ra các kết luận và nhận định Ở giai đoạn này, TN cũng thể hiện rõ vai trò là một phương tiện chủ yếu để giải quyết bài toán nhận thức, là phương tiện để thu nhận tri thức

1.2.3.2 Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức

Theo con đường biện chứng của hoạt động nhận thức thế giới khách quan mà

Lê-nin đã chỉ ra, kiến thức chỉ thực sự là chân lí khi nó được thực tiễn kiểm nghiệm Vì thế,

có thể nói TN là hòn đá thử vàng của tri thức nói chung và tri thức vật lí nói riêng

Theo quan điểm của lí luận nhận thức, một trong các vai trò của TN trong DH Vật lí

là dùng để kiểm tra tính đúng đắn của các tri thức mà HS đã thu nhận được trước đó Trong nhiều trường hợp, kết quả của TN phủ định tính đúng đắn của các tri thức đã biết, đòi hỏi phải đưa ra các giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra nó ở các TN khác Nhờ vậy, chúng ta sẽ thu được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức

đã biết trước đó như là những trường hợp riêng, trường hợp giới hạn

Trong DH Vật lí ở trường phổ thông, có một số kiến thức đã được rút ra bằng suy luận lôgic chặt chẽ từ các kiến thức đã biết Trong trường hợp này, cần phải tiến hành các

TN để kiểm nghiệm lại chúng Việc tiến hành các TN đó vừa là yêu cầu mang tính bắt buộc do đặc điểm thực nghiệm của khoa học Vật lí, đồng thời nó còn có tác dụng xây

dựng và củng cố lòng tin của HS vào kiến thức thu được

Ví dụ khi khảo sát dao động biên độ bé của con lắc lò xo nằm ngang, bằng lí thuyết,

từ định luật II Niu-tơn và phương trình vi phân có thể rút ra biểu thức li độ của con lắc là một hàm điều hòa dạng sin Để kiểm nghiệm kết quả này, GV cần sử dụng TN ghép nối với máy vi tính để HS quan sát đồ thị li độ của của dao động Sau khi kiểm nghiệm, HS nhận thấy đồ thị dao động có dạng hình sin, từ đó các em mới tin tưởng vào kết quả thu nhận từ suy luận lí thuyết

Ngoài ra, trong DH Vật lí, do trình độ toán học của HS còn hạn chế hoặc do các thiết

bị TN ở trường phổ thông không cho phép tiến hành các TN phức tạp, với các phép đo định lượng chính xác cao trong khuôn khổ thời gian của tiết học, nên một số kiến thức khó có thể xây dựng bằng con đường lí thuyết cũng như thực nghiệm Trong những trường hợp này, GV phải đưa ra những kết luận khái quát hóa do các nhà khoa học đã tìm

ra và thông báo cho HS Tuy nhiên, để giảm tính áp đặt, GV có thể tiến hành TN để minh họa kiến thức đã đưa ra trong một trường hợp cụ thể, đơn giản

Ví dụ khi dạy nội dung định luật về hiện tượng điện phân của Farađây, trong điều kiện lớp học, GV khó có thể dựa vào TN để thiết lập công thức định lượng của định luật Farađây Nhưng GV có thể tiến hành TN minh họa một cách định tính trên máy tính cho

HS thấy được khi điện phân dung dịch đồng sunfat (CuSO4) thì các iôn đồng đến bám vào điện cực dương của bình điện phân tăng theo thời gian

Như vậy, trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS khi DH Vật lí, trong điều kiện

có thể, các kiến thức thu nhận được, đặc biệt là bằng con đường suy luận lí thuyết, phải được làm TN kiểm tra

1.2.3.3 Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức vào thực tiễn

Trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS thì việc vận dụng tri thức là khâu cuối cùng Nếu cuối mỗi hoạt động nhận thức, HS giải quyết được các bài tập, giải thích được các hiện tượng hay dự đoán được kết quả các TN có liên quan đến kiến thức vừa học thì chứng tỏ HS đã nắm được kiến thức Theo bảng các mức độ nhận thức của

Bloom, mức độ vận dụng, sáng tạo là một mức độ cao của việc lĩnh hội kiến thức

Khi vận dụng tri thức, GV có thể cho HS giải quyết các bài tập tương tự, giải thích các hiện tượng liên quan hay dự đoán kết quả các TN Trong đó đòi hỏi HS phải sử dụng tri thức vừa học để lập luận, suy đoán Do đó, TN là một phương tiện để HS vận dụng tri thức vừa học

Ngoài ra, một số ứng dụng của vật lí trong kĩ thuật cũng được SGK trình bày Khi

đó, cần thiết phải tiến hành các TN để HS hiểu được các ứng dụng của những kiến thức

đã học vào thức tiễn TN không những cho HS thấy được sự vận dụng trong thực tiễn của kiến thức vật lí mà còn là bằng chứng về sự đúng đắn của các kiến thức này

Trên đây, là những vai trò quan trọng của TN trong tổ chức hoạt động nhận thức cho

HS trong DH Vật lí Ngoài ra, về mặt phương pháp luận, TN còn có vai trò là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí được dùng trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS Về mặt tâm lí, TN là phương tiện kích thích hứng thú học tập, làm cho các em tích cực và sáng tạo hơn trong quá trình nhận thức

Qua phân tích ở trên, chúng ta đã làm rõ vai trò hết sức quan trọng của TN trong việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong DH Vật lí Tuy nhiên, vẫn còn những khó khăn nhất định trong việc sử dụng TN để tổ chức hoạt động nhận thức cho HS

1.2.4 Những khó khăn và hạn chế của các thí nghiệm truyền thống trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh

Trong DH Vật lí, việc khai thác hiệu quả vai trò của TN là một trong những vấn đề hết sức cần thiết TN là phương tiện nhằm nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vật lí cho HS, nhờ TN HS có thể hiểu sâu hơn bản chất vật lí của các hiện tượng, khái niệm, định luật… được nghiên cứu Từ đó, khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS sẽ linh hoạt và hiệu quả hơn

Tuỳ theo các đối tượng nghiên cứu cụ thể mà TN và các phương tiện DH truyền thống có thể hoặc không thể hỗ trợ cho việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS Ví dụ

như: khi nghiên cứu về hệ thức giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo, với việc sử dụng nhiều bộ TN khác nhau (một lò xo với những quả nặng có trọng lượng khác nhau) đều có thể thu được các số liệu về sự biến đổi độ biến dạng của lò xo và sự biến đổi về lực đàn hồi tương ứng của lò xo đang xét Nghiên cứu bảng số liệu này, có thể đề xuất dự đoán về mối quan hệ giữa độ biến dạng và lực đàn hồi của lò xo Tuy nhiên, đối với nhiều đối tượng nghiên cứu khác, ví dụ như: va chạm của các vật trong hệ kín, khi nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng, hay chuyển động rơi có sức cản của không khí, chuyển động của các hành tinh trong hệ Mặt trời… thì hiện nay, việc thu thập các số liệu thực nghiệm nhờ các thiết bị TN truyền thống hoặc rất khó, mất rất nhiều thời gian (với TN va chạm) hoặc không thể thực hiện được (với TN về chuyển động rơi có sức cản không khí) Bên cạnh đó, đối với các TN biểu diễn hiện tượng xảy ra rất khó quan sát dụng cụ

TN có kích thước không lớn lắm, một số TN đắt tiền, thiếu an toàn hoặc quá cồng kềnh không thể thực hiện được trong điều kiện của trường phổ thông Có những quá trình vật lí xảy ra quá nhanh ta không thể quan sát bằng mắt thường (TN về sự rơi tự do trong ống chân không của Newton), lại có những quá trình xảy ra quá chậm chỉ trong một tiết học không đủ thời gian để quan sát

Ngoài những khó khăn trên, có nhiều bài học phải thực hiện nhiều TN và tiến hành quá nhiều phép tính toán Điều đó dường như là không thể tiến hành trong khuôn khổ thời gian quy định của tiết học

Những phân tích trên cho thấy trong nhiều trường hợp, nếu chỉ sử dụng TN và các phương tiện DH truyền thống thì việc yêu cầu cao tính tích cực, tự lực của HS tham gia vào việc giải quyết các vấn đề học tập sẽ bị hạn chế Do đó, việc áp dụng các PPDH nhằm tích cực hóa người học cũng hạn chế theo

Nói tóm lại, vẫn còn những khó khăn và hạn chế khi sử dụng TN và các phương tiện

DH truyền thống trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS Cụ thể là, ở phổ thông thiếu những TN định lượng với độ chính xác cao, do hạn chế về thời gian trong khuôn khổ tiết học, do hiện tượng khảo sát quá phức tạp, không dễ gì đơn giản hóa được, hay các hiện

tượng vật lí xảy ra quá nhanh hoặc quá chậm, tính trực quan một số TN chưa cao gây khó khăn cho việc quan sát, thu thập số liệu Vì vậy, việc sử dụng TN với sự hỗ trợ của các phương tiện DH khác Trong đó, việc sử dụng TN với sự hỗ trợ của CNTT là cần thiết để

tổ chức hoạt động nhận thức cho HS có hiệu quả hơn

1.3 Phần mềm dạy học và vai trò của phần mềm dạy học trong Vật lí

1.3.1 Khái niệm phần mềm dạy học

Theo từ điển học Anh – Việt, NXB thanh niên 200: “Phần mềm – Software là các chương trình hay thủ tục chương trình, chẳng hạn như một ứng dụng, một tập tin, hệ thống, chương trình điều khiển thiết bị… cung cấp các chỉ thị cho chương trình máy tính”

PMDH môn Vật Lý là phần mềm được các chuyên gia tin học viết dựa trên cơ sở các kiến thức vật lý, các hiểu biết hợp lý đã được các nhà sư phạm, nhà vật lý soạn sẵn, có thể được GV và HS dùng vào việc dạy và học các kiến thức Vật Lí thông qua MTV

Như vậy, PMDH là sản phẩm được kết tinh từ hai ngành: sư phạm và tin học, nó luôn chứa những tri thức của khoa học giáo dục và các sản phẩm của CNTT Không phải bất

cứ một phần mềm nào hễ được sử dụng vào dạy học thì được gọi là PMDH, mà chỉ có thể nói đến việc khai thác những khả năng của nó để hỗ trợ cho QTDH mà thôi

PMDH là phần mềm được thiết kế nhằm hỗ trợ có hiệu quả cho việc dạy và học của

GV và HS bám sát mục tiêu, nội dung chương trình SGK

Một PMDH có chất lượng nếu nó đảm bảo được những tiêu chuẩn sư phạm của một phương tiện dạy học, tính hiệu quả của việc sử dụng, có khả năng góp phần đổi mới PPDH, phải phát huy tính chủ động trong hoạt động nhận thức của từng HS

1.3.2 Tổ chức hoạt động dạy học với sự hỗ trợ của các PMDH

1.3.2.1 Sử dụng phần mềm dạy học trong bước đề xuất vấn đề

Phương hướng cơ bản của việc tổ chức tình huống học tập trong bước đề xuất vấn đề

là việc GV đưa ra tình huống có vấn đề, hoặc đặt ra nhiệm vụ để hướng HS tới nhu cầu tìm hiểu kiến thức mới

Để thực hiện thành công công việc trên với việc sử dụng PMDH thì GV giao cho HS một nhiệm vụ có tiềm ẩn vấn đề.Dưới sự hướng dẫn của GV,HS quan tâm đến nhiệm vụ đặt ra, sẵn sàng nhận và tự nguyện thực hiện nhiệm vụ Trong quá trình giải quyết nhiệm

vụ đó, quan niệm và giải pháp ban đầu của HS được thử thách và HS ý thức được khó khăn Lúc này vấn đề đối với HS xuất hiện, dưới sự hướng dẫn của GV vấn đề đó được chính thức diễn đạt

Sử dụng PMDH trong bước đề xuất vấn đề GV cần phải thực hiện theo trình tự sau: + Mô tả ngắn gọn TN cần tiến hành và nêu câu hỏi định hướng cho HS quan sát + GV sử dụng PMDH phối hợp với các phương tiện dạy học khác để tổ chức cho HS quan sát hiện tượng Vật Lý cần nghiên cứu

+ GV nêu câu hỏi định hướng HS tư duy, phát hiện và phán đoán kiến thức cần xây dựng

Ví dụ: Đặt vấn đề chiếc bút bị gãy khúc khi cắm vào ly nước

Dùng phần mềm Microsoft Office PowerPoint để giới thiệu hình ảnh

Hình 1.1 Sử dụng PowerPoint trong đề xuất vấn đề

1.3.2.2 Sử dụng phần mềm dạy học trong bước giải quyết vấn đề

Trong bước này: “HS hành động độc lập, tự chủ, trao đổi, tìm tòi giải quyết vấn đề” Sau khi đã phát biểu vấn đề, HS độc lập hoạt động, xoay trở để vượt qua khó khăn GV sẽ định hướng khi thật sự cần thiết Trong quá trình tìm tòi giải quyết vấn đề, HS diễn đạt, trao đổi với người khác trong nhóm về cách giải quyết vấn đề của mình và kết quả thu được, qua đó có thể chính lý, hoàn thiện tiếp Dưới sự hướng dẫn của GV, hành động của

HS được định hướng phù hợp với tiến trình nhận thức khoa học và thông qua các tình huống thứ cấp khi cần

Qua QTDH cùng với sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS, các tình huống thứ cấp sẽ giảm dần Sự định hướng của GV chuyển dần từ định hướng khái quát chương trình hóa (theo các bước tùy theo trình độ của HS) tiệm cận dần đến định hướng tìm tòi sáng tạo, nghĩa là GV chỉ đưa ra cho HS những gợi ý sao cho HS có thể tự tìm tòi, huy động hoặc xây dựng những kiến thức và cách thức hoạt động thích hợp để giải quyết nhiệm vụ mà họ đảm nhận Nghĩa là dần dần bồi dưỡng cho HS khả năng tự xác định hành động thích hợp trong những tình huống không phải là quen thuộc đối với họ

Để có thể thực hiện tốt vai trò định hướng của mình trong QTDH, GV cần phải nắm vững quy luật chung của quá trình nhận thức khoa học, logic hình thành các kiến thức Vật

Lý, những hành động thường gặp trong quá trình nhận thức Vật Lý, những phương pháp nhận thức Vật Lý phổ biến để hoạch định những hành động thao tác cần thiết của HS trong quá trình chiếm lĩnh một kiến thức hay một kỹ năng xác định

Ví dụ: Xét thí nghiệm về hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Dùng phần mềm Phet về Khúc xạ ánh sáng để nghiên cứu sự gãy khúc của tia sáng khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt

Hình 1.2 Sử dụng Phet về khúc xạ ánh sáng để giải quyết vấn đề

1.3.2.3 Sử dụng phần mềm dạy học trong bước kiểm tra, vận dụng kết quả

Trong bước này: “Tranh luận, thể chế hóa, vận dụng tri thức mới” là hoạt động trọng tâm Dưới sự hướng dẫn của GV, HS tranh luận, bảo vệ cái xây dựng được GV chính xác hóa, bổ sung, thể chế hóa tri thức mới HS chính thức ghi nhận tri thức mới và vận dụng

Ví dụ: Làm đề kiểm tra

Dùng phần mềm Mc Mix tạo và trộn đề trắc nghiệm

Hình 1.3 Sử dụng Mc Mix trong kiểm tra, vận dụng kết quả

1.3.3 Vai trò của việc sử dụng các phần mềm hỗ trợ trong dạy học Vật lí

Vật lí ở trường phổ thông là môn khoa học thực nghiệm, kiến thức học sinh được hình thành từ việc quan sát sự vật, hiện tượng Bởi vậy, trong quá trình giảng dạy các phương tiện dạy học như: dụng cụ thí nghiệm, phương tiện nghe – nhìn, trong đó có phần mềm dạy học đóng vai trò hết sức quan trọng

Trước đây, nền giáo dục nước ta rất nặng về lý thuyết rất nhiều học sinh do không hình dung được thí nghiệm xảy ra như thế nào nên không thể tiếp thu kiến thức được tốt, việc hiểu bài nhớ bài là rất khó khăn Lại có em nói thông kiến thức lý thuyết một cách trôi chảy nhưng đến khi cho thực nghiệm thì các em hoàn toàn lúng túng Trong các kỳ thi, khi mà điểm lý thuyết rất cao thì điểm thực hành gần như không đáng kể

Trong khi điều kiện cơ sở vật chất của các trường phổ thông hiện nay không cho phép áp dụng các thí nghiệm thật trong quá trình giảng dạy thì thí nghiệm ảo trực quan với các chức năng cơ bản của thí nghiệm thật cũng có rất nhiều ưu điểm là xu hướng tất yếu

Thí nghiệm ảo được tiến hành theo quy trình nghiên cứu khoa học: bắt đầu là quá trình tìm tòi, thu thập thông tin của học sinh, tiếp đến là thu thập thông tin thu được từ đó

đi đến những kết luận, hình thành tri thức mới Khi học sinh làm thí nghiệm thì họ sẽ đóng vai trò là một nhà nghiên cứu, tích cực suy nghĩ một cách độc lập, tìm kiếm con

đường, cách thức để chiếm lĩnh tri thức khoa học mới: Chủ động tạo ra các hiện tượng, thay đổi các dữ kiện, tạo ra khả năng đi sâu hơn vào bản chất sự vật hiên tượng và mối quan hệ giữa chúng

Ngày nay Công nghệ thông tin đã phát triển mạnh và đi vào hầu hết các lĩnh vực của đời sống xã hội thì một giải pháp được đặt ra là việc sử dụng các phần mền hỗ trợ để xây dựng thí nghiệm ảo thay thế thí nghiệm thật trong các tiết dạy để chất lượng dạy và học ngày càng được nâng cao hơn

Như vậy với chủ trương đổi mới phương pháp giảng dạy như hiện nay thì việc sử dụng các phần mềm hỗ trợ trong dạy học vật lý là hoàn toàn phù hợp và cấp thiết

Tuy nhiên việc để thí nghiệm ảo thay thế cho thí nghiệm thật thì trãi qua rất nhiều công đoạn không dễ dàng gì:

+ Cần phải chọn được các phần mền phù hợp với bộ môn giảng dạy, phần mềm phải có sẵn các thí nghiệm ảo và đầy đủ các dụng cụ để thiết kế thêm các thí nghiệm khác

+ Với các phần mềm đã chọn lựa, cần phải thiết kế được các thí nghiệm phù hợp với chương trình sách giáo khoa đang được giảng dạy trên lớp Thí nghiệm phải chuẩn, phải đưa ra kết quả như mong đợi, đồng thời thí nghiệm phải trực quan sinh động tạo tính

tò mò, gây hứng thú học tập cho học sinh

1.3.4 Một số ứng dụng của phần mềm trong dạy học Vật lí

PMDH giúp GV tiến hành dạy học một cách chủ động và rất tiện lợi trong quá trình

tự học của HS vì việc sử dụng các PMDH này ít phụ thuộc vào không gian, có thể tiến hành ở lớp, ở nhà chỉ cần ở đó máy vi tính

 Sử dụng phần mềm để trình bày kiến thức Vật lí

Xây dựng giáo án điện tử đồng thời phối hợp với các thiết bị hiện đại khác như máy chiếu đa năng, camera, băng đĩa hình… để trình bày các kiến thức trong môn học Vật lí

Giáo án điện tử là các bài giảng được soạn và giảng trên MVT kết hợp máy chiếu,

nó có nhiều ưu điểm:

- Ưu điểm lớn nhất bài giảng điện tử mang lại là nội dung bài giảng được minh họa bằng những âm thanh và hình ảnh sống động, HS tỏ ra thích thú và tiếp thu bài nhẹ nhàng hơn Đối với môn Vật Lý, nhờ sự hỗ trợ của MVT, những định luật, hình ảnh phức tạp được động hóa HS dễ hình dung và hiểu bài nhanh hơn

- Giờ giảng hiệu quả hơn: dễ hiểu, hấp dẫn, kiến thức được trình bày toàn diện hơn, chứa đựng nhiều thông tin Phát huy được các ưu điểm của phương pháp truyền thống

- Có thể tự động hóa công việc dạy học hoặc một khâu nào đó trong QTDH, làm cho GV có nhiều thời gian quan tâm đến HS

- Bài giảng được lồng ghép với thí nghiệm ảo, các đoạn phim minh họa các hiện tượng Vật Lý xảy ra trong thực tế làm tăng thêm sự hấp dẫn của bài giảng Liên kết với các trang web cùng trình bày vấn đề ở các trường, các nước khác nhau

- Cùng một thời gian, khối lượng kiến thức được truyền tải nhiều hơn

- Tuy nhiên, thiết kế một bài giáo án điện tử là một công việc không dễ dàng, đòi hỏi nhiều thời gian và chuẩn bị công phu nên nhiều GV không thực hiện được

Hình 1.4 Giáo án điện tử được thiết kế trên phần mềm Violet

 Sử dụng phần mềm phối hợp TN mô phỏng và TN thật trong dạy học Vật lí

Với việc sử dụng TN trong dạy học vật lý vừa dùng làm phương tiện hỗ trợ trực tiếp hoạt động dạy học dưới hình thức khác nhau nên chúng tôi tiến hành mô phỏng các TN trên máy tính sao cho chúng càng giống TN thật càng tốt Trước hết là về hình

ảnh của các dụng cụ phải giống như trong TN thật cả về hình dạng lẫn màu sắc để qua

đó GV và HS có thể tìm hiểu được tính năng, tác dụng của chúng

Việc lắp ráp, bố trí thí nghiệm và đặc biệt là các bước tiến hành TN phải được mô phỏng hoàn toàn như TN thật để qua đó, GV và HS có thể nắm được cách lắp ráp, bố trí và tiến hành thí nghiệm với dụng cụ thật sau khi đã thao tác trên phần mềm

Như vậy khi sử dụng PMDH, GV và HS đã tìm hiểu được dụng cụ TN, biết cách lắp ráp và bố trí TN, sau đó có thể tự lắp ráp và tiến hành TN này với bộ dụng cụ thật

Hình 1.5 Thí nghiệm mô phỏng về bộ tạo ảnh của thấu kính hội tụ

 Sử dụng phần mềm để phân tích số liệu kết nối từ TN thật

Để hỗ trợ được các TN Vật lí thì MVT cần được ghép nối với các thiết bị thí nghiệm

Hình 1.6 Các thí nghiệm được kết nối với MVT

 Sử dụng phần mềm để phân tích băng hình quá trình vật lí thực

Việc ghi các quá trình Vật lý thực mà bình thường không quan sát được vào băng hình rồi cho quay chậm lại hoặc nhanh lên để khảo sát nhiều lần, tạo điều kiện thuận

lợi cho việc tìm hiểu và nghiên cứu các hiện tượng Vật lý đó là một ưu thế lớn của ứng dụng PMDH trong dạy học

Để thực hiện phần này cần có camera kỹ thuật số để quay các hiện tượng Vật lý

và đưa vào máy tính Trong máy tính phải cài đặt phần mềm phân tích video Tuy nhiên việc thu thập số liệu đo, tính toán, phân tích, xử lý số liệu và trình bày kết quả còn khó khăn và mất nhiều thời gian Để tạo điều kiện thuận lợi cho các công việc trên chúng ta có thể phân tích các băng hình nhờ MVT và các phần mềm tương ứng

Hình 1.7 Phân tích video clip của chuyển động ném xiên

 Sử dụng phần mềm để đánh giá kết quả dạy học

Hiện nay với cách thi cử mới có sử dụng nhiều đề thi trắc nghiệm, việc dùng thủ công để đánh giá kết quả thì rất mất thời gian và tốn công sức Chính vì vậy, nhiều phần mềm ra đời hỗ trợ cho việc đánh giá kết quả một cách nhanh chóng và chính xác

Hình 1.8 Soạn đề trắc nghiệm trên phần mềm Test Pro

1.4 Kết luận chương 1

Trên cơ sở của tâm lí học và lí luận DH, chúng tôi đã tiến hành bổ sung và hệ thống hóa cơ sở lí luận về việc sử dụng TN tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong

DH Vật lí với sự hỗ trợ của CNTT Cụ thể là:

Nghiên cứu cơ sở khoa học của việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS, đó chính

là sự vận dụng chu trình sáng tạo khoa học của các nhà khoa học vào DH Trên cơ sở đó tìm hiểu việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong DH Vật lí theo chiến lược DH giải quyết vấn đề từng phần Bởi vì chiến lược DH giải quyết vấn đề từng phần có thể xâm nhập vào hầu hết các PPDH và làm cho HS hoạt động tích cực, chủ động, và sáng tạo trong việc chiếm lĩnh tri thức

Trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS thì TN vật lí đóng vai trò đặc biệt quan trọng, không thể thay thế Tuy nhiên, vẫn còn những khó khăn và hạn chế nhất định khi sử dụng TN trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS Những khó khăn đó là thiếu những TN định lượng với độ chính xác cao; sự hạn chế về thời gian trong khuôn khổ tiết học không cho phép làm đầy đủ các TN; do hiện tượng khảo sát quá phức tạp, không dễ gì đơn giản hóa được, hay các hiện tượng vật lí xảy ra quá nhanh hoặc quá chậm, tính trực quan một số TN chưa cao gây khó khăn cho việc quan sát, thu thập số liệu Bên cạnh đó, sự xuất hiện của MVT với các phần mềm dạy học chuyên dụng đã đóng vai trò đáng kể trong quá trình dạy học các kiến thức, từ khâu trình bày truyền đạt các kiến thức mới đến việc hỗ trợ kiểm tra đánh giá, vận dụng kiến thức đã học, đặc biệt hữu ích trong việc sử dụng các thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng Đối với các TN cần khảo sát định lượng, có thể dùng các phần mềm dạy học để hỗ trợ trong giai đoạn thu thập, lưu trữ số liệu; tính toán xử lí số liệu; biểu diễn, hiển thị kết quả của TN một cách nhanh chóng, trực quan, khoa học Với các TN định tính, phần mềm dạy học có thể hỗ trợ nhằm trực quan hóa hoặc mô phỏng lại hiện tượng xảy ra trong TN

Về mặt nguyên tắc, không gì có thể thay thế hoàn toàn TN thực trong DH Vật lí, ngay cả những TN ảo được thiết kế tốt nhất Tuy nhiên với sự hỗ trợ của những phần

mềm dạy học, các thí nghiệm mô phỏng được khai thác, sử dụng có thể góp phần khắc phục các khó khăn và hạn chế khi sử dụng TN và các phương tiện DH truyền thống trong

tổ chức hoạt động nhận thức cho HS Ngoài ra, nó còn có tác dụng kích thích hứng thú học tập, tích cực hóa hoạt động nhận thức HS

CHƯƠNG 2 KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG CÁC PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM TRONG PHẦN

QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11 NÂNG CAO 2.1 Đặc điểm và mục tiêu phần Quang hình học Vật lý 11 nâng cao

2.1.1 Đặc điểm của phần học

Quang hình học thuộc chương trình Vật lý 11 nâng cao là một phần của Quang học trong đó dùng phương pháp hình học để giải thích các hiện tượng liên quan đến ánh sáng Trong chương trình Vật lý 11 nâng cao, phần học này được chia thành hai chương; chương “Khúc xạ ánh sáng” được dạy trong 5 tiết gồm 2 tiết nghiên cứu lý thuyết và 3 tiết bài tập; chương “Mắt Các dụng cụ quang học” được giảng dạy trong 15 tiết gồm 8 tiết nghiên cứu lý thuyết, 5 tiết bài tập và 2 tiết thực hành Một số kiến thức ở mức độ cơ bản trong phần học này đã được đề cập trong chương trình Vật lý cấp THCS, trong chương trình Vật lý 11 nâng cao, các kiến thức này được đề cập chi tiết và sâu sắc hơn

Chương “Khúc xạ ánh sáng” đề cập các vấn đề liên quan đến hiện tượng phản xạ

và khúc xạ ánh sáng Kiến thức cơ bản của chương là các khái niệm về chiết suất tỉ đối, chiết suất tuyệt đối, hiện tượng khúc xạ ánh sáng, định luật khúc xạ ánh sáng, nguyên lý thuận nghịch của sự truyền ánh sáng; góc tới giới hạn, góc khúc xạ giới hạn, điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần, ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần để chế tạo sợi quang học và cáp quang…

Trong chương “Mắt Các dụng cụ quang học” HS được nghiên cứu về đường đi của tia sáng và sự tạo ảnh của vật qua các dụng cụ quang học; cấu tạo và hoạt động của mắt, các tật của mắt và cách sửa tật Trong chương này HS được học về lăng kính, tính chất của lăng kính; các khái niệm liên quan đến thấu kính như thấu kính mỏng, quang tâm, trục chính, trục phụ, tiêu điểm chính, tiêu điểm phụ, tiêu diện, tiêu cự, độ tụ, độ phóng đại, các công thức thấu kính, đơn vị đo của các đại lượng; sự điều tiết của mắt khi nhìn vật ở điểm cực cận và cực viễn, năng suất phân li và sự lưu ảnh của mắt, đặc điểm của mắt bị tật và cách khắc phục; cấu tạo, công dụng của kính lúp, kính hiển vi và kính

thiên văn; công thức tính số bội giác của kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn; cách dựng ảnh của vật qua thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì, kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn; thực hành thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính

Vật lý là môn khoa học thực nghiệm nên trong quá trình hình thành những kiến thức mới cho HS thì GV và HS phải tiến hành các thí nghiệm từ đó tạo niềm tin, phát triển tư duy và góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho HS Các thí nghiệm trong phần Quang hình học là khá đơn giản và khả năng thành công rất cao nhưng khi tiến hành trên lớp GV và HS vẫn gặp rất nhiều khó khăn.Vì vậy việc xây dựng một thư viện hình ảnh, thư viện video clip hoặc khai thác các phần mềm nhằm trực quan hóa các thí nghiệm là hết sức cần thiết

- Phát biểu được định luật khúc xạ ánh sáng

- Nêu được chiết suất tuyệt đối, chiết suất tỉ đối là gì và mối quan hệ giữa các chiết suất này với tốc độ của ánh sáng trong các môi trường

- Nêu được tính chất thuận nghịch của sự truyền ánh sáng và chỉ ra sự thể hiện tính chất này ở định luật khúc xạ ánh sáng

- Mô tả được hiện tượng phản xạ toàn phần và nêu được điều kiện xảy ra hiện tượng này

- Mô tả được sự truyền ánh sáng trong cáp quang và nêu được ví dụ về ứng dụng của cáp quang và tiện lợi của nó

+ Kĩ năng

- Vận dụng được hệ thức của định luật khúc xạ ánh sáng

- Giải được các bài tập về hiện tượng phản xạ toàn phần

- Mô tả được lăng kính

- Nêu được lăng kính có tác dụng làm lệch tia sáng truyền qua

nó

- Mô tả được thấu kính mỏng

- Nêu được tiêu điểm, tiêu diện của thấu kính mỏng

- Phát biểu được định nghĩa độ tụ của thấu kính và nêu đơn vị đo độ tụ

- Nêu được số phóng đại tạo bởi thấu kính

- Viết được các công thức về thấu kính

- Nêu được sự điều tiết của mắt khi nhìn vật ở điểm cực cận

và ở điểm cực viễn

- Nêu được đặc điểm của mắt cận, mắt viễn, mắt lão về mặt quang học và cách khắc phục các tật này

- Nêu được góc trông và năng suất phân li

- Nêu được sự lưu ảnh trên màng lưới và ví dụ cụ thể của hiện tượng này

- Mô tả được nguyên tắc cấu tạo và công dụng của kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn

- Nêu được số bội giác

- Viết được công thức tính số bội giác của kính lúp đối với các trường hợp ngắm chừng, công thức tính số bội giác của kính hiển vi và kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực

+ Kĩ năng

- Vận dụng được các công thức về lăng kính để tính được góc ló, góc lệch và góc lệch cực tiểu

- Dựng được ảnh của vật thật tạo bởi thấu kính

- Vận dụng công thức thấu kính và công thức tính số phóng đại để giải các bài tập

- Giải được các bài tập về mắt cận và mắt lão

- Dựng được ảnh của vật tạo bởi kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn

- Giải được các bài tập về kính lúp, kính hiển vi và kính thiên văn

- Giải được các bài tập về hệ quang đồng trục gồm hai thấu kính hoặc một thấu kính và một gương phẳng

- Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì bằng thí nghiệm

2.2 Vai trò của máy vi tính trong giảng dạy phần Quang hình học

Trong quá trình nghiên cứu các hiện tượng, xây dựng các khái niệm và các định luật trong phần Quang hình học, GV và HS thường gặp một số khó khăn:

- Khi nghiên cứu định luật khúc xạ ánh sáng thì cần phải tiến hành thí nghiệm để xác định mối quan hệ giữa các đại lượng Tuy nhiên ở các trường THPT chỉ có một vài bộ dụng cụ thí nghiệm này để GV biểu diễn trên lớp, HS không được tự tay làm các thí nghiệm

- Trong quá trình tiến hành thí nghiệm thì cường độ của các nguồn sáng không đủ mạnh, các thiết bị có kích thước rất nhỏ nên không đảm bảo cho HS cả lớp quan sát rõ hiện tượng

- Các thí nghiệm trong phần Quang hình học thường được tiến hành trong phòng tối mới đảm bảo cho HS dễ quan sát, tuy nhiên ở trường phổ thông hiện nay còn thiếu các phòng học bộ môn

- Việc nghiên cứu sự tạo tạo ảnh qua các dụng cụ quang học khó có thể thực hiện

để cả lớp quan sát cùng lúc; việc nghiên cứu đường đi của các tia sáng qua các dụng cụ quang học bằng hình vẽ không có tính trực quan, sinh động

MVT có thể trợ giúp cho việc giảng dạy phần Quang hình học, GV có thể dùng camera kĩ thuật số hoặc máy ảnh kĩ thuật số để ghi lại các thí nghiệm đã thực hiện trước trong phòng thí nghiệm thành các đoạn video clip, hoặc chụp lại những bức ảnh về các hiện tượng quang học xảy ra trong tự nhiên để tạo thành các file hình ảnh Sau đó, GV có thể sắp xếp các đoạn video clip hoặc các hình ảnh để trình bày theo ý muốn của mình để cả lớp cùng quan sát, GV có thể trình chiếu nhiều lần mà không mất quá nhiều thời gian GV có thể download các video clip, các hình ảnh do các tác giả khác thực hiện trên mạng Internet để làm nguồn tư liệu Ngoài ra, GV cũng có thể mô phỏng thí nghiệm hoặc xây dựng các thí nghiệm ảo thay cho thí nghiệm thực bằng cách sử dụng các phần mềm như phần mềm Crocodile physic 6.05, PhenOpt

2.3 Thiết kế bài giảng điện tử có sự hỗ trợ của các phần mềm thí nghiệm trong phần Quang hình Vật lí 11 nâng cao

2.3.1 Quy trình cơ bản để thiết kế bài giảng điện tử với sự hỗ trợ của các phần mềm dạy học

Trước hết, người GV phải xác định mục tiêu bài học thông qua nghiên cứu chuẩn kiến thức kĩ năng, SGK, sách giáo viên, tài liệu tam khảo Tiếp theo, GV phải xác định các thí nghiệm cần sử dụng trong bài học Sau đó, dự kiến những khó khăn gặp phải khi thực hiện mục tiêu đó, đặc biệt là các khó khăn trong khai thác và sử dụng TN Tiếp đến, GV nghiên cứu khả năng hỗ trợ của CNTT trong các TN cũng như trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS Trên cơ sở những khả năng đó, GV sưu tầm và lựa chọn các thí nghiệm mô phỏng từ các phần mềm dạy học thích hợp và thiết kế tiến trình DH và bài

giảng điện tử tương ứng để sử dụng các TN đó Cuối cùng, GV giảng dạy theo tiến trình đã thiết kế Sau tiết dạy, GV có thể bổ sung những khó khăn gặp phải trong thực tế, từ đó xây dựng, khai thác thêm các TN khác hoặc điều chỉnh tiến trình DH cho các tiết dạy sau tốt hơn Quy trình xây dựng một bài giảng điện tự cơ bản trong đó có sử dụng các phần mềm dạy học nói chung và phần mềm TN Vật Lí nói riêng có thể tóm tắt bằng sơ đồ sau:

Hình 2.1 Quy trình thiết kế bài giảng điện tử với sự hỗ trợ của các phần mềm dạy học

B6 • Thiết kế tiến trình dạy học và bài giảng điện tử tương ứng

B7 • Giảng dạy với tiến trình DH đã thiết kế

B8

• Rút kinh nghiệm và điều chỉnh sau giảng dạy

2.3.2 Giới thiệu và thiết kế các thí nghiệm mô phỏng phần Quang hình bằng các phần mềm phổ biến nhất

2.3.2.1 Thiết kế thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềm PhenOpt

Phần mềm mô phỏng “Cơ sở của quang học – PhenOpt” được các tác giả thuộc trường Đại học Postdam CHLB Đức và Tiến sĩ Phạm Xuân Quế thuộc trường Đại học Sư phạm Hà Nội hoàn thành dùng để hỗ trợ dạy học phần Quang hình học trong chương trình Vật lý phổ thông Phần mềm có thể dùng để GV dạy học trên lớp hay để HS tự học ở nhà

về các hiện tượng quang học như tán xạ; phản xạ tại các gương phẳng, lồi, lõm, parabol; khúc xạ, tán sắc qua lăng kính; tạo ảnh qua các phần tử và các dụng cụ quang học; tạo ảnh qua mắt (mắt bình thường, mắt cận, mắt viễn và mắt người cao tuổi); nguyên lý Huy-ghen; giao thoa sóng

Với ý đồ giúp GV và HS nghiên cứu các hiện tượng, các quá trình quang học về cả mặt định tính lẫn định lượng nên phần mềm đã được xây dựng trong đó các đại lượng Vật

lý liên quan có thể thay đổi định lượng một cách dễ dàng Để sử dụng phần mềm, chúng

ta thực hiện các bước:

- Khởi động phần mềm bằng các kích chuột vào file PhenOpt.exe, sau đó kích chuột vào giữa màn hình

Hình 2.2 Giao diện và các chương trình con của phần mềm PhenOpt

- Kích chuột vào tên chương trình cần sử dụng

- Thay đổi các thông số trong cửa sổ của chương trình con để tiến hành các thí nghiệm mô phỏng

- Thoát khỏi chương trình bằng cách kích chuột vào hình mặt người ở góc màn hình bên phải, phía dưới

Dưới đây là hình ảnh của một số mô phỏng:

Hình 2.3 Một số thí nghiệm mô phỏng với phần mềm PhenOpt

2.3.2.2 Thiết kế thí nghiệm mô phỏng bằng phần mềm Crocodile Physics

Phần mềm Crocodile Physics dùng để mô phỏng các thí nghiệm Vật lý Giao diện của phần mềm gồm có hai phần; phần bên trái là phần điều khiển chứa các mục Contents (chứa các thí nghiệm được thiết kế sẵn), Parts Library (chứa các công cụ), Propeties (chọn thuộc tính của các đối tượng); phần bên phải là Scene (không gian thiết kế các thí nghiệm)

Hình 2.4 Giao diện của phần mềm Crocodile Physics

Nếu chưa biết sử dụng phần mềm Crocodile Physics, người sử dụng có thể khởi động chương trình, chọn mục Tutorials trên hộp thoại lời chào, trong mục này có trình bày các bước để thiết kế một thí nghiệm mô phỏng

Trong Crocodile Physics có nhiều thí nghiệm mô phỏng được thiết kế sẵn chứa trong mục Contents Muốn sử dụng thí nghiệm mô phỏng thuộc phần Quang học, chúng ta vào mục Contents, chọn Optics rồi kích chuột vào mô phỏng cần sử dụng

Để thiết kế thí nghiệm mô phỏng thuộc phần Quang học, chúng ta vào mục Parts Library, chọn Optics Khi đó trong phần Optics xuất hiện các công cụ làm việc bao gồm màn hình nền (Optical Space), các loại tia sáng (Ray Diagrams), nguồn sáng (Light Sources), thấu kính (Lenses), gương (Mirrors), vật trong suốt (Transparent Objects), vật chắn sáng (Opaque Objets) và các công cụ đo (Measurements Tools) Sau đó chúng ta chọn đối tượng cần mô phỏng rồi kéo rê và thả vào trong Sence Để thiết lập thuộc tính cho các đối tượng, chúng ta kích chuột vào đối tượng cần chọn, sau đó thay đổi thuộc tính của các đối tượng trong mục Propeties

Dưới đây là hình ảnh của một số mô phỏng:

Hình 2.5 Một số thí nghiệm mô phỏng với phần mềm Crocodile Physics