Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự làm trong dạy học chương “động lực học chất điểm” vật lý 10 thpt

Do đó trong DH vật lý, muốn kích thích được hứng thú học tập của HS thì việc sử dụng TN tự làm vào tổ chức hoạt động nhận thức cho HS được xem là một trong những phương tiện rất có hiệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Nhị

NGHỆ AN 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kì một công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Tư

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Thị Nhị đã tận tình, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành

luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn tới tập thể các thầy cô giáo trong tổ Phương pháp giảng dạy vật lý, Ban chủ nhiệm khoa Vật lý, phòng Sau đại học, Trường Đại học Vinh đã tạo điều kiện giúp đỡ và cho tôi nhiều ý kiến chỉ dẫn quý báu trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trường THPT Quế Phong, tỉnh Nghệ An đã tạo điều kiện sẵn sàng giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân, các anh các chị đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Xin chân thành cảm ơn!

Quế Phong, tháng 8 năm 2017

Tác giả

Nguyễn Hồng Tư

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Giả thuyết khoa học 2

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Đóng góp của đề tài 4

8 Cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ LÀM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG 5

1.1 Thí nghiệm trong dạy học vật lý 5

1.1.1 Thí nghiệm vật lý 5

1.1.2 Phân loại thí nghiệm vật lý 6

1.1.3 Chức năng của thí nghiệm vật lý 9

1.2 Thí nghiệm tự làm trong dạy học vật lý 12

1.2.1 Thí nghiệm tự làm 12

1.2.2 Chức năng của thí nghiệm tự làm trong dạy học vật lý 13

1.2.3 Các đặc điểm của thí nghiệm tự làm 17

1.2.4 Phân loại thí nghiệm tự làm 17

1.2.5 Yêu cầu của thí nghiệm tự làm 18

1.3 Thí nghiệm tự làm với việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS 19

1.3.1 Quy trình thiết kế và quy trình sử dụng thí nghiệm tự làm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học vật lý 19

1.3.2 Sử dụng thí nghiệm tự làm theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức HS 24 1.4 Thực trạng thiết kế và sử dụng thí nghiệm tự làm trong dạy học vật lý một số trường THPT 25

1.4.1 Mục đích điều tra 25

1.4.2 Phương pháp điều tra 25

1.4.3 Nội dung và kết quả điều tra 25

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 29

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ LÀM TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VẬT LÝ 10 THPT 31

2.1 Mục tiêu, nội dung chương “Động lực học chất điểm” 31

2.1.1 Mục tiêu 31

2.1.2 Nội dung 33

2.2 Hiện trạng và đề xuất lựa chọn phương án tự làm thí nghiệm chương “Động lực học chất điểm” lớp 10 THPT 35

2.3 Thiết kế một số thí nghiệm tự làm chương “Động lực học chất điểm” lớp 10 THPT 42

Thí nghiệm 1: Thí nghiệm tổng hợp và phân tích lực 42

Thí nghiệm 2: Thí nghiệm Galile về định luật I Niu-tơn 42

Thí nghiệm 3: Thí nghiệm định luật II Niu-tơn 42

Thí nghiệm 4: Thí nghiệm khảo sát đặc điểm của lực ma sát nghỉ, ma sát trượt, ma sát lăn 42 Thí nghiệm 5: Thí nghiệm chuyển động ném ngang 42

2.3.1 Thí nghiệm tổng hợp và phân tích lực 42

2.3.2 Thí nghiệm Galile về Định luật I Niu-tơn 44

2.3.3 Thí nghiệm định luật II Niu-tơn 45

2.3.4 Thí nghiệm khảo sát đặc điểm của lực ma sát nghỉ, ma sát trượt, ma sát lăn 47

2.3.5 Thí nghiệm chuyển động ném ngang 50

2.4 Thiết kế một số tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm tự làm trong dạy học chương “Động lực học chất điểm” Vật lý 10 THPT 52

2.4.1 Kế hoạch dạy học 1: Tổng hợp và phân tích lực Điều kiện cân bằng của chất điểm 52

2.4.2 Kế hoạch dạy học 2: Ba định luật Niu-tơn 56

2.4.3 Kế hoạch dạy học 3: Lực ma sát 60

2.4.4 Kế hoạch dạy học 4: Bài toán chuyển động ném ngang 65

2.4.5 Bài tập thí nghiệm ôn tập chương 65

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 73

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 74

3.1 Mục đích, nhiệm vụ Thực nghiệm sư phạm 74

3.2 Đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm 74

3.3 Nội dung Thực nghiệm sư phạm 75

3.3.1 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 75

3.3.2 Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm 75

3.4 Kết quả Thực nghiệm SP 78

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 81

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

PHỤ LỤC Từ P1 đến P5

Thiết bị thí nghiệm

lý ở trường phổ thông TN luôn giữ một vai trò hết sức quan trọng, có tác dụng to lớn trong việc nâng cao chất lượng chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng của HS Mặt khác, sự cần thiết của TN trong DH vật lý ở trường phổ thông còn được quy định bởi quy luật nhận thức chung của con người mà Lênin đã chỉ ra: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng đến trực quan sinh động” Phương tiện DH càng gần gũi với thực tế sẽ giúp cho HS dễ nhớ, dễ hiểu,

dễ tiếp thu kiến thức và lôi cuốn HS tham gia tích cực vào hoạt động nhận thức

Do đó dụng cụ TN là một trong những phương tiện quan trọng của của bộ môn vật lý Hiện nay, trong chương trình vật lý THPT, đã có các bài TN được chỉ định tối thiểu và đã có các thiết bị đi kèm, song vẫn còn rất nhiều nội dung TN khác trong SGK chưa có dụng cụ TN hoặc có nhưng sử dụng không hiệu quả khi làm TN biểu diễn, trong nhiều trường hợp, các TBTN hiện đại có thể che lấp bản chất vật lý của hiện tượng xảy ra trong TN mà HS cần quan sát Để tạo ra

sự phong phú cho hệ thống dụng cụ TN phục vụ nội dung các bài học, việc GV

và HS tự làm đồ dùng DH là hoạt động có ý nghĩa đối với việc dạy và học vật lý

ở trường phổ thông Việc tiến hành TN, giải thích hoặc tiên đoán kết quả TN đòi hỏi HS phải tích cực tư duy, huy động các kiến thức đã học ở nhiều lĩnh vực khác nhau của môn vật lý Do đó, các kiến thức mà HS đã lĩnh hội được củng

cố, mở rộng và hệ thống hoá Vì vậy việc làm ra và sử dụng các dụng cụ TN tự làm trong DH vật lý ở THPT là rất cần thiết Để tạo vấn đề cho HS thì phương pháp sử dụng các TN mở đầu là một trong số các phương pháp rất hiệu quả Bởi

vì tư duy chỉ thực sự bắt đầu khi trong đầu HS xuất hiện một câu hỏi mà chưa có

2

lời giải đáp ngay, khi họ gặp phải mâu thuẫn giữa một bên là nhu cầu, nhiệm vụ nhận thức mới phải giải quyết và một bên là trình độ kiến thức hiện có không đủ

để giải quyết nhiệm vụ đó, cần phải xây dựng kiến thức mới, tìm giải pháp mới,

có sự liên hệ giữa lý thuyết và thực tiễn, đơn giản hóa việc thiết kế, chuẩn bị các bài giảng chương “Động lực học chất điểm” Vật lý lớp 10 THPT theo hướng

phát huy tính tích cực của HS Đó là lý do chúng tôi chọn đề tài: Xây dựng và

sử dụng thí nghiệm tự làm trong dạy học chương “Động lực học chất điểm” Vật lý 10 THPT

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu đề xuất quy trình xây dựng TN tự làm từ đó thiết kê một số thí

TN tự làm từ những vật liệu đơn giản, sẵn có khi DH chương “ Động lực học chất điểm” Vật lý lớp 10 THPT và sử dụng các TN đó vào dạy học, góp phần nâng cao chất lượng DH chương này nói riêng và DH vật lý ở trường phổ thông nói chung

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Hoạt động dạy và học vật lý ở trường THPT

- TN tự làm trong DH vật lý THPT

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Chương “ Động lực học chất điểm” Vật lý lớp 10 THPT

4 Giả thuyết khoa học

Nếu đề xuất được quy trình thiết kế các thí nghiệm tự làm và quy trình sử dụng thí nghiệm tự làm Từ đó làm cơ sở tự làm các thí nghiệm và sử dụng chúng vào DH chương “Động lực học chất điểm” Vật lý 10 thì sẽ phát huy được tính tích cực nhận thức của HS trong học tập, qua đó nâng cao chất lượng DH Vật lý ở trường phổ thông

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

5.1 Nghiên cứu cơ sở lý luận về TN tự làm trong DH vật lý ở trường THPT 5.2 Tìm hiểu thực trạng DH TN vật lý ở trường THPT Quế Phong và một số

3

trường THPT trong tỉnh Nghệ An

5.3 Nghiên cứu chương trình SGK vật lý 10 THPT; đặc biệt là chương “Động lực học chất điểm”

5.4 Đề xuất quy trình chế tạo TN tự làm

5.5 Xây dựng một số TN theo định hướng nghiên cứu của đề tài

5.6 Thiết kế một số tiến trình DH với một số TN đó xây dựng theo hướng phát huy tính tích cực và khả năng vận dụng vào thực tiễn cho HS

5.7 Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của các tiến trình

DH đã đề xuất

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Mục tiêu DH vật lý trong giai đoạn hiện nay, việc rèn luyện tư duy, năng lực sáng tạo cho HS

6.2 Phương pháp điều tra

- Tìm hiểu việc dạy và học thông qua dự giờ, trao đổi với GV và HS ở các trường THPT để nắm bắt thực trạng của việc sử dụng các TBTN trong việc DH

bộ môn Vật lý

- Xây dựng các mẫu phiếu điều tra để có cơ sở cho việc cần đổi mới phương pháp sử dụng cũng như cần sáng tạo thêm các TBTN cho môn Vật lý cấp THPT, đồng thời cũng đánh giá được hiệu quả của việc đổi mới phương pháp

6.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

- Thực nghiệm thiết kế một số TN

- Thực nghiệm sư phạm

4

6.4 Phương pháp thống kê toán học

- Sử dụng thống kê toán học để trình bày kết quả thực nghiệm sư phạm, kiểm định giả thiết, thống kê về sự khác biệt trong kết quả học tập của hai nhóm

- Thiết kế được 4 tiến trình DH có sử dụng hệ thống bài TN đã xây dựng

8 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, phần nội dung của luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc thiết kế và sử dụng thí

nghiệm tự làm trong dạy học vật lý ở trường phổ thông ( 24 Trang)

Chương 2: Thiết kế và sử dụng thí nghiệm tự làm trong dạy học

chương “ Động lực học chất điểm” (42 Trang)

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm (8 Trang)

5

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ LÀM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG

1.1 Thí nghiệm trong dạy học vật lý

1.1.1 Thí nghiệm vật lý

Thí nghiệm Vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người

vào đối tượng của hiện thực khách quan 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 [10]

Một số đặc điểm của thí nghiệm Vật lý [10]

Các điều kiện của TN phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua TN, 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 TN 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

Các điều kiện của TN 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

Các điều kiện của TN phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các TBTN có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các nhiễu (nghĩa là loại bỏ tối đa một số điều kiện để không làm xuất hiện các tính chất, các mối quan hệ không được quan tâm)

Đặc điểm quan trọng nhất của TN 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

1.1.2 Phân loại thí nghiệm vật lý

Có thể phân loại các thí nghiệm Vật lý bao gồm hai dạng chính: Thí nghiệm biểu diễn và Thí nghiệm thực tập.[10]

* Thí nghiệm biểu diễn

Đây là dạng thí nghiệm được quan tâm nghiên cứu và áp dụng nhiều trong thực tiễn dạy học Vật lý Thí nghiệm biểu diễn chiếm vị trí quan trọng trong việc giáo dục và giáo dưỡng HS Đây là loại thí nghiệm dễ tổ chức, có hiệu lực ngay

và không đòi hỏi số lượng thiết bị nhiều

Căn cứ vào mục đích lí luận dạy học của thí nghiệm biểu diễn, có thể phân chúng thành các loại sau:

Thí nghiệm mở đầu

Nhằm mục đích giới thiệu cho HS biết sơ bộ về hiện tượng sáp nghiên cứu Giáo viên cũng có thể giới thiệu thí nghiệm sau khi đã giới thiệu với HS một hiện tượng Vật lý nào đó mà họ thấy hoặc chưa thấy trong thực tế, nhằm minh hoạ cụ thể hiện tượng hay củng cố cho những nhận xét về hiện tượng đó Dùng thí nghiệm mở đầu để tạo ra tình huống có vấn đề, thúc đẩy mâu thuẫn giữa trình độ kiến thức đã có và nhu cầu hiểu biết hiện tượng mới, gây hứng thú học tập cho HS Cần chú ý: Các thí nghiệm mở đầu cần ngắn gọn, có hiệu lực nhanh và không đòi hỏi thiết bị phức tạp

Thí nghiệm nghiên cứu về hiện tượng

Là loại thí nghiệm biểu diễn chủ yếu Tuỳ theo cách trình bày tài liệu, các thí nghiệm này có thể đóng vai trò là thí nghiệm nghiên cứu khảo sát hay thí nghiệm nghiên cứu minh hoạ

7

- Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát: Được tiến hành nhằm đi dẫn một luận

đề khái quát một định luật hay một quy tắc trên cơ sở những kết quả rút ra từ thí nghiệm theo con đường quy nạp Loại thí nghiệm này có ưu điểm là đảm bảo ở mức độ cao sự phát triển tư duy của HS, rèn luyện các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, khái quát hoá Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp không thể và không nên sử dụng thí nghiệm khảo sát khi mà thí nghiệm đó thô sơ đến mức không thể dựa vào kết quả của nó mà khái quát và phát biểu thành định luật, hoặc những thí nghiệm khảo sát đính lượng đòi hỏi chính xác cao, mất nhiều thời gian

- Thí nghiệm nghiên cứu minh hoạ: Được tiến hành theo con đường diễn dịch tức là sau khi giáo viên đã cùng HS tìm ra kết luận lí thuyết (các hệ quả) và dùng thí nghiệm để kiểm chứng lại Chú ý phân biệt hai loại thí nghiệm khảo sát

và minh hoạ do mục đích sử dụng khác nhau nên phương hướng và trình tự tiến hành từng loại thí nghiệm tương ứng khác nhau Cả hai loại có tác dụng hỗ trợ nhau Vấn đề sử dụng loại thí nghiệm nào vào giảng dạy một đề tài cụ thể tuỳ thuộc vào mục đích và nội dung đề tài và trình độ tiếp thu của HS, trong nhiều trường hợp cần dùng cả hai loại thí nghiệm trên

Thí nghiệm củng cố

Bao gồm những thí nghiệm trình bày ứng dụng của các hiện.tượng và định luật Vật lý trong kĩ thuật và đời sống, đòi hỏi HS vận dụng kiến thức đã học để giải thích Qua đó giúp họ đào sâu kiến thức, rèn luyện kĩ năng, đồng thời giáo viên cũng kiểm tra dược mức độ tiếp thu kiến thức của HS Ba loại thí nghiệm biểu diễn trên tác dụng hỗ trợ và bổ sung cho nhau Song không phải bất

cứ lúc nào cũng sử dụng cả ba loại mà tuỳ từng loại và điều kiện ở từng lớp mà chọn thí nghiệm biểu diễn cho thích hợp

* Thí nghiệm thực tập

Các loại thí nghiệm thực tập người ta thường phân loại thí nghiệm thực tập theo các dấu hiệu:

Thí nghiệm trực diện

Thí nghiệm được tiến hành trong quá trình nghiên cứu tài liệu mới Dưới

sự hướng dẫn của giáo viên, mỗi HS hoặc từng nhóm cùng tiến hành những quan sát ngắn, những thí nghiệm đơn giản (thực tập các phép đo đơn giản), từ đó rút ra kết luận hoặc minh hoạ lý thuyết đã học

Thí nghiệm thực hành Vật lý

So với thí nghiệm trực điện, thí nghiệm thực hành Vật lý là hình thức thực tập thí nghiệm cao hơn Trước hết nó đòi hỏi tính tự lực cao hơn ở HS, đòi hỏi cơ sở thiết bị hoàn thiện và phức tạp hơn Thí nghiệm thực hành một mặt có tác dụng giúp HS ôn tập, đào sâu, khái quát hoá những vấn đề cơ bản của chương trình đã học, mặt khác tạo điều kiện rèn luyện các kĩ năng sử dụng các đụng cụ chính xác và phức tạp mà ở thí nghiệm trực diện không có điều kiện sử dụng Thí nghiệm thực hành Vật lý có thể có nội dung định tính hay định lượng trong chủ yếu là kiểm nhiệm lại các định luật, các quy tắc, đo các đại lượng Vật

lý, nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của các đối tượng kĩ thuật (ứng dụng các hiện tượng Vật lý) Thí nghiệm thực hành được tổ chức và tiến hành sau khi đã học xong một đề tài lớn một chương hay một phần của giáo trình, nên thí nghiệm

9

thực hành thường có nội dung phong phú với yêu cầu nhiều mặt, thời gian thí nghiệm kéo dài từ 1 đến 2 giờ đồng hồ Vì thế giáo viên và HS cần chuẩn bị chu đáo về mặt thiết bị, phải có kế hoạch tổ chức tỉ mỉ, chi tiết Trong thí nghiệm thực hành có thể chia ra

Thí nghiệm và quan sát hiện tượng Vật lý ở nhà

Các thí nghiệm và quan sát ngoài lớp học hoặc ở nhà là một loại bài làm của HS Mục đích chủ yếu của loại bài này là bằng các thí nghiệm riêng, quan sát riêng, HS nắm vững hơn nữa các khái niệm Vật lý Những thí nghiệm này hỗ trợ cho việc hoàn thành các nhiệm vụ giảng dạy, gây hứng thú học tập cho HS, tăng cường mối liên kết giữa lí thuyết và thực tế

1.1.3 Chức năng của thí nghiệm vật lý

Theo quan điểm của lí luận nhận thức, trong DH vật lý ở trường phổ

thông, TN có các chức năng sau:

- TN là phương tiện của việc thu nhận tri thức

- TN là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được

- TN là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn

- TN là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lý

Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức

Vai trò của TN trong mỗi giai đoạn của quá trình nhận thức phụ thuộc vào vốn hiểu biết của con người về đối tượng cần nghiên cứu Nếu HS hoàn toàn chưa có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng cần nghiên cứu thì TN được sử dụng

để thu nhận những kiến thức đầu tiên về nó Khi đó, TN được sử dụng như là

“câu hỏi đối với tự nhiên” và chỉ có thể thông qua TN mới trả lời được câu hỏi này Việc tìm cách đặt câu hỏi đối với tự nhiên (thiết kế phương án TN), việc tiến hành TN và việc xử lí các kết quả quan sát, đo đạc sau đó chính là quá trình tìm câu trả lời cho câu hỏi đã đặt ra Như vậy, TN được sử dụng để phân tích hiện thực khách quan và thông qua quá trình thiết lập nó một cách chủ quan để

thu nhận tri thức khách quan

10

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

Các dữ liệu này tạo điều kiện cho HS đưa ra những giả thuyết, là cơ sở cho những khái quát hoá về tính chất hay mối liên hệ phổ biến, có tính qui luật của các đại lượng vật lý trong hiện tượng, quá trình vật lý được nghiên cứu

Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được

Trong DH vật lý các tri thức HS thu được nhất thiết phải được kiểm chứng bằng thực nghiệm TN vật lý giúp thực hiện việc này Trong nhiều trường hợp, kết quả của TN phủ định tính đúng đắn của tri thức đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra nó ở các TN khác Nhờ vậy, thường 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 lý ở trường phổ thông, có một số kiến thức được rút ra bằng suy luận lôgic chặt chẽ từ các kiến thức đã biết Trong những trường hợp này, cần tiến hành

TN để kiểm tra tính đúng đắn của chúng

Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn

Trong việc vận dụng các tri thức lí thuyết vào việc thiết kế, tự làmcác thiết bị kĩ thuật, người ta thường gặp nhiều khó khăn do tính trừu tượng của tri thức cần sử dụng, tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật của các thiết

bị cần tự làmhoặc do lí do về mặt kinh tế hay những nguyên nhân về mặt an toàn Khi đó, TN được sử dụng như là phương tiện tạo cơ sở cho việc vận dụng các tri thức đã thu được vào thực tiễn

11

Lịch sử phát triển của vật lý cũng cho thấy: các TN cơ bản không chỉ dẫn đến hình thành những thuyết vật lý mới mà còn làm xuất hiện nhiều ngành kĩ thuật mới

Chương trình vật lý ở trường phổ thông đề cập tới một loạt các ứng dụng của vật lý trong đời sống và sản xuất Việc tiến hành TN tạo cơ sở để HS hiểu được các ứng dụng của những kiến thức đã học trong thực tiễn

Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lý

TN trong phương pháp thực nghiệm Phương pháp thực nghiệm bao gồm

4 giai đoạn[10] :

- Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời

- Đề xuất giả thuyết

- Từ giả thuyết, dùng suy luận lôgic để rút ra hệ qủa có thể kiểm tra được bằng TN

- Xây dựng và thực hiện phương án TN để kiểm tra hệ quả đã rút ra Nếu kết quả TN phù hợp với hệ quả đã rút ra thì giả thuyết là chân thực, nếu không phù hợp thì phải đề xuất giả thuyết mới

Như vậy, TN đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu và ở giai đoạn cuối của phương pháp thực nghiệm Ở giai đoạn đầu, đa số các thông tin về đối tượng cần nghiên cứu thường được thu nhận trong các TN Ở giai đoạn cuối để kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả rút ra, phải xây dựng và thực hiện phương án TN sao cho loại bỏ được các yếu tố không quan tâm, tập trung vào kết quả chính

Trong phương pháp mô hình, vai trò của TN trong 4 giai đoạn cụ thể như sau:

Thu thập các thông tin về đối tượng gốc: Các thông tin về đối tượng gốc thường được thu thập nhờ TN

Xây dựng mô hình: Thông qua TN, nhờ việc chủ động loại bỏ những yếu

tố không quan tâm, tác động lên đối tượng, bố trí các dụng cụ quan sát, thu thập

và xử lí số liệu, ta mới có thể tìm ra được các thuộc tính, các mối quan hệ bản

Kiểm tra hệ quả trên đối tượng gốc: thông qua TN trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu được từ mô hình với những kết quả thu được trực tiếp trên vật gốc,

ta kiểm tra được tính đúng đắn của mô hình và rút ra giới hạn áp dụng của mô hình

1.2 Thí nghiệm tự làm trong dạy học vật lý

1.2.1 Thí nghiệm tự làm

Trong quá trình nghiên cứu thiết kế, tự làm và sử dụng TN tự làm trong

DH vật lý các tác giả đã đưa ra những định nghĩa khác nhau về TN tự làm Theo tác giả Hans-Joachim Wilke (Đức) “TN tự làm là những TN được dùng trong

DH vật lý và được tự làm ra với những vật liệu và dụng cụ phổ biến trong đời sống hằng ngày” Theo tác giả Lê Cao Phan: “TN tự làm là TN do GV hoặc HS thực hiện bằng các nguyên vật liệu dễ tìm kiếm, rẻ tiền, sẵn có ở địa phương, phù hợp với hoàn cảnh của nhà trường và HS” [9]

Các định nghĩa trên tuy có nội hàm và cách diễn đạt ít, nhiều khác nhau nhưng đều có những điểm chung là:

- Yếu tố quan trọng nhất của TN tự làm là làm bằng tay, bàn tay là phương tiện chủ yếu để tạo ra TN;

- Vật liệu dùng để thiết kế, tự làm TN là những vật dụng phổ biến và dễ tìm kiếm trong đời sống hàng ngày Theo thời gian và cùng với sự phát triển của khoa học thì nội hàm của khái niệm TN tự làm được phát triển và mở rộng Hiện nay, TN tự làm không chỉ là những TN đơn giản, rẻ tiền mà nó có thể là những

TN tự làm phức tạp và có tính hiện đại Do đó, chúng ta có thể hiểu: TN tự làm

là những TN từ đơn giản đến phức tạp được tạo ra chủ yếu bằng tay từ những

13

nguyên vật liệu, thiết bị, linh kiện phổ biến trong đời sống hằng ngày và được sử dụng trong quá trình DH

1.2.2 Chức năng của thí nghiệm tự làm trong dạy học vật lý

Trong DH Vật lý thí nghiệm tự làm có những chức năng sau:

Thí nghiệm tự làm góp phần kích thích hứng thú học tập vật lýcủa HS

Trong hoạt động DH, tính tích cực của HS có liên quan và chịu ảnh hưởng của các yếu tố như: nhu cầu, động cơ và hứng thú Khi HS đã hứng thú đối với một vấn đề học tập nào đó thì các em HS sẽ chú ý, tập trung và tích cực hơn trong học tập Do đó trong DH vật lý, muốn kích thích được hứng thú học tập của HS thì việc sử dụng TN tự làm vào tổ chức hoạt động nhận thức cho HS được xem là một trong những phương tiện rất có hiệu quả, vì TN tự làm thường ngắn gọn, cho kết quả trái với dự đoán của nhiều HS, vì vậy sẽ gây ra cho các

em sự ngạc nhiên bất ngờ và làm cho các yếu tố tiềm ẩn của HS như: tính tò mò, hiếu kì, hiếu động của HS sẽ bị tác động, qua đó sẽ kích thích được hứng thú học tập vật lýcủa HS trong giờ học

Thí nghiệm tự làm là phương tiện phát huy tính tự lực và sáng tạo của HS

Trong quá trình DH để phát huy tính tự lực và sáng tạo của HS trong hoạt động học tập tập thì việc giao nhiệm vụ và hướng dẫn HS thiết kế, tự làm TN nhằm kiểm chứng kiến thức đã thu nhận được là một hoạt động mang tính sáng tạo, đòi hỏi cao về tính tự giác, tự lực của HS, do đó có tác dụng rất tốt trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thưc của HS Việc thiết kế, tự làm TN đòi hỏi

HS phải vận dụng các kiến thức đã học vào thực tiễn trong việc tự đề xuất và lựa chọn phương án TN thích hợp, trên phương án TN đã chọn HS sẽ tìm kiếm các nguyên vật liệu, dụng cụ TN cần thiết; tự gia công, tự làm dụng cụ TN theo phương án đã chọn; sau đó lắp ráp, tiến hành TN và giải thích hiện tượng TN Các hoạt động đó đều góp phần vào việc phát huy tính tích cực nhận thức và rèn luyện kỹ năng thực hành cho HS, làm tăng hứng thú học tập của HS và đặc biệt

là đảm bảo niềm tin của HS đối với kiến thức vật lí Việc vận dụng kiến thức đã

14

biết vào giải thích các kết quả TN đòi hỏi HS phải huy động các kiến thức đó ở nhiều phần khác nhau của chương trình vật lí Nhờ vậy, chất lượng kiến thức của

HS được nâng cao

Thí nghiệm tự làmgóp phần rèn luyện kỹ năng thực hành cho HS

Hoạt động nhận thức vật lý có mối quan hệ rất chặt chẽ với kỹ năng thực hành và TN là một trong những phương tiện quan trọng trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS Khi HS có kỹ năng thực hành thì các em sẽ tham gia tích cực vào quá trình học tập trên lớp cũng như ở nhà Trong DH vật lý rèn luyện kỹ năng thực hành cho HS là một trong những biện pháp nhằm phát huy tính tích cực nhận thức của HS và việc sử dụng TN tự làm trong DH đòi hỏi tính

tự lực cao ở HS, do đó nó góp phần tích cực trong việc rèn luyện cho HS các kỹ năng thực hành TN sau:

- Kỹ năng đề xuất TN: Trong DHVL, kỹ năng cơ bản đầu tiên cần rèn luyện cho HS trong thực hành đó là kỹ năng đề xuất phương án TN Đề xuất phương án TN tức là đưa ra các ý tưởng trong việc thiết kế, tự làm TN nhằm kiểm tra tri thức đã thu nhận được, do đó để việc đề xuất các phương án TN có tính khả thi thì các phương án đề xuất đó phải dựa vào các kiến thức vật lýnhư: đặc điểm của đại lượng, tính chất, công thức hoặc định luật vật lí Trong quá trình đề xuất các phương án TN đòi hỏi tính tự lực của HS trong việc tìm tòi, suy nghĩ đưa ra các phương án TN khác nhau và lựa chọn phương án TN thích hợp, vì cùng một nội dung DH nhưng có các phương án TN khác nhau

- Kỹ năng chế tạo, gia công dụng cụ TN: Việc thiết kế, tự làmTN đòi hỏi

HS phải sử dụng các công cụ thông dụng như: kìm, kéo, cưa sắt, giũa, mũi khoan… để chế tạo, gia công dụng cụ TN Việc tìm kiếm các vật liệu, dụng cụ

để tự làm TN làm cho HS thấy được mối liên hệ gắn bó giữa vật lý và đời sống Việc chế tạo, gia công dụng cụ đòi hỏi HS phải tự lực suy nghĩ trong việc tự làm các dụng cụ đảm bảo theo đúng phương án TN đã đề xuất dựa trên những kiến thức lý thuyết đã học và kinh nghiệm sống của bản thân

15

- Kỹ năng lắp ráp TN: Đối với TN tự làm, việc lắp ráp các dụng cụ TN thường được HS thực hiện thông qua quan sát sơ đồ hình vẽ, ảnh chụp hoặc bảng hướng dẫn của GV, do đó tính tự lực của HS được phát huy trong quá trình học tập Trong quá trình lắp ráp các dụng cụ TN thì HS được rèn luyện cách quan sát hình vẽ, lắp đặt thứ tự trước, sau của các dụng cụ TN; quy trình hướng dẫn lắp ráp TN

- Kỹ năng thao tác tiến hành TN: Đối với TN tự làm được tiến hành trên lớp thì các bước tiến hành TN như: cách bố trí dụng cụ, cách tiến hành TN sẽ được HS thực hiện thông qua tài liệu hướng dẫn hoặc theo trình tự hướng dẫn của GV Do đó để hoàn thành nhiệm vụ học tập đòi hỏi HS phải tích cực, tự lực hoạt động

- Kỹ năng xử lí kết quả TN: Thông qua việc quan sát kết quả TN, HS sẽ thu nhận được các hiện tượng, số liệu liên quan đến TN Vì vậy, để rút ra kết luận cần thiết đòi hỏi HS phải tự lực trong việc xử lí kết quả TN, do đó tính tích cực của HS tronghoạt động nhận thức sẽ được phát huy Trong DH vật lý, TN

tự làm có thể là những TN định tính hoặc định lượng Do đó, tùy vào từng loại

TN mà HS có các kỹ năng xử lí kết quả TN khác nhau

+ Đối với TN tự làm là TN định tính, HS sẽ quan sát kết quả TN xảy

ra Từ đó tìm mối liên hệ giữa các đại lượng có liên quan và bằng suy luận logic hoặc biến đổi toán học để rút ra kết luận

+ Đối với TN tự làm là TN định lượng, HS sẽ lập bảng số liệu về kết quả TN quan sát được Từ đó tiến hành phân tích và xử lí số liệu để rút ra kết luận, trong quá trình xử lí số liệu thì HS được rèn luyện cách tính sai số; làm tròn số và ghi kết quả; cách nhận xét kết quả xem có phù hợp với lý thuyết không

- Kỹ năng sử dụng các dụng cụ đo: Trong quá trình tiến hành TN để thu thập các cứ liệu thực nghiệm về TN tự làm, HS sẽ được rèn luyện cách sử dụng các dụng cụ đo như: sử dụng thước chia độ dài để đo chiều dài, đồng hồ hiện số

16

để đo thời gian dao động; sử dụng lực kế để xác định khối lượng của vật… Ngoài ra, HS còn biết cách lựa chọn các thang đo, cách điều chỉnh thang đo sao cho phù hợp với việc quan sát và thu thập số liệu Kỹ năng sử dụng các dụng cụ

đo sẽ giúp cho HS thu được các cứ liệu thực nghiệm được chính xác, sai số nhỏ

Thí nghiệm tự làm trong kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ năng và kỹ xảo của HS

Trong học tập bộ môn vật lí, kết quả học tập của HS là một dấu hiệu quan trọng của tính tích cực, HS phải tích cực một cách thường xuyên, liên tục và tự giác thì mới có kết quả học tập tốt Trong đổi mới phương pháp DH theo hướng phát huy tính tích cực và sáng tạo của HS thì việc kiểm tra đánh giá kết quả học tập của HS không chỉ tập trung vào đánh giá khả năng tái hiện tri thức vật lýcủa

HS mà việc kiểm tra đánh giá hướng tới hiện nay đó là tăng cường kiểm tra đánh giá kỹ năng thực hành và kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS thông qua TN vật lý nói chung và TN tự làm nói riêng

Trong DH vật lý, việc sử dụng TN tự làm để kiểm tra đánh giá kỹ năng thực hành vật lý của HS nên dựa vào các tiêu chí sau: Xác định mục đích TN;

Bố trí và tiến hành TN; Thu thập và xử lí kết quả TN; Đề xuất phương án TN

Việc kiểm tra đánh giá kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS

có thể được tiến hành trên lớp hoặc hoạt động tự học ở nhà của HS Trong DH vật lý, nếu TN tự làm được sử dụng để kiểm tra đánh giá kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS trên lớp nên dựa vào các tiêu chí sau: Quan sát và giải thích được hiện tượng kết quả TN xảy ra; Bố trí và thực hiện được TN theo sự hướng dẫn của GV; Đề xuất được phương án TN để kiểm tra kiến thức đã thu nhận

Nếu TN tự làm được dùng để kiểm tra đánh giá kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS trong hoạt động tự học ở nhà nên dựa vào các tiêu chí sau: Đề xuất được phương án TN; Gia công, tự làm được các dụng cụ TN; Trình bày được cách lắp ráp, tiến hành TN; Cách thu thập và xử lí kết quả TN

17

Trong quá trình DH vật lý, GV có thể kiểm tra đánh giá kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS trong hoạt động tự học ở nhà thông qua TN tự làm như sau:

- Cho HS trình bày được trước lớp về phương án TN, cách tự làm và gia công dụng cụ, cách lắp đặt TN do nhóm tự thiết kế, tự làm

- Yêu cầu HS trình bày cách tiến hành TN và vận dụng kiến thức vào giải

thích hiện tượng TN

1.2.3 Các đặc điểm của thí nghiệm tự làm

Theo tác giả Hà Văn Hùng TN tự làm có các đặc điểm sau: [5]

- Đơn giản, có hình thức gọn nhẹ, dễ lắp ráp, GV có thể tự làmvà lắp ráp mọi lúc mọi nơi

- Các vật liệu dễ tìm kiếm nên có thể triển khai rộng rãi cho nhiều HS cùng tham gia tự làm TN

- Các TN thường có độ chính xác không cao, nên thường dùng làm TN định tính

1.2.4 Phân loại thí nghiệm tự làm

Dựa vào mức độ phức tạp, quá trình gia công, tự làm dụng cụ và các thiết

bị thí TN, TN tự làm có thể được phân loại như sau:

TN tự làm đơn giản: TN tự làm đơn giản là những TN được tạo ra từ

những vật liệu, dụng cụ thông dụng dễ kiếm như: vỏ lon bia, vỏ chai nước khoáng, gỗ… TN tự làm đơn giản thường là những TN định tính Người ta thường gọi TN tự làm đơn giản là TN đơn giản, rẻ tiền

TN tự làm phức tạp: TN tự làm phức tạp là những TN được tạo ra từ các

dụng cụ thông dụng nhưng có quá trình gia công, tự làmdụng cụ TN phức tạp hơn so với TN tự làm đơn giản

TN tự làm hiện đại: TN tự làm hiện đại là những TN được tạo ra trong đó

có sử dụng các thiết bị và linh kiện điện tử hiện đại như: vi điều khiển, mạch điện tử, bo mạch, led 7 đoạn, pin mặt trời… Những TN này thường là những

18

thiết bị tự động

1.2.5 Yêu cầu của thí nghiệm tự làm

Các TN tự làm được xây dựng và sử dụng trong DH vật lý phải đảm bảo được 4 yêu cầu sau: về mặt khoa học; về mặt sư phạm; về mặt thẩm mĩ và về mặt kinh tế

Về mặt khoa học

- Các TN tự làm được xây dựng phải đảm bảo khi tiến hành TN phải thành công, tạo ra hiện tượng rõ ràng, đúng với bản chất vật lý và điều khiển được các yếu tố tác động

- Quá trình thiết kế, tự làmcần ứng dụng các thành tựu mới trong khoa học; Có cấu tạo gọn nhẹ, thuận tiện trong quá trình sử dụng (tháo lắp, bố trí và tiến hành TN); Đảm bảo an toàn trong sử dụng, dễ sửa chữa, bảo quản và vận chuyển

Về mặt sư phạm

- TN tự làm có thể được sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của quá trình

DH như: sử dụng trong đề xuất vấn đề nghiên cứu, sử dụng trong hình thành kiến thức mới, và sử dụng trong củng cố, vận dụng kiến thức

- Kết quả của TN tự làm phải gắn liền với nội dung bài học, xuất hiện đúng lúc trong tiến trình DH, đồng thời kết quả TN phải được sử dụng cho mục đích DH một cách hợp lí, logic và không gượng ép TN phải ngắn gọn, hợp lí và cho kết quả ngay nhằm đảm bảo về mặt thời gian của tiết học

- Tạo điều kiện cho HS phát huy tích cực nhận thức trong và ngoài giờ học thông qua việc đề xuất và lựa chọn phương án TN, thiết kế và tự làmdụng

cụ TN nhằm kiểm chứng hoặc minh họa lại kiến thức đã thu nhận

Về mặt thẩm mĩ

Các dụng cụ TN tự làm phải có kích thước đủ lớn, đảm bảo cho cả lớp quan sát nhằm giúp cho HS dễ theo dõi diễn biến của TN để có thể rút ra được những kết luận cần thiết TN phải có màu sắc thích hợp và hình dáng đẹp đẽ lôi

1.3 Thí nghiệm tự làm với việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS

Tích cực hóa hoạt động nhận tức của HS trong hoạt động học tập có liên quan đến nhiều vấn đề, trong đó các yếu tố như: động cơ và hứng thú học tập, năng lực, ý chí của cá nhân, không khí DH là rất cần thiết Các yếu tố này liên

hệ chặt chẽ với nhau và có ảnh hưởng đối với việc tích cực hóa hoạt động nhận tức của HS trong DH vật lý Trong hoạt động DH, tính tích cực của HS có liên quan và chịu ảnh hưởng của các yếu tố như: nhu cầu, động cơ và hứng thú Khi

HS đã hứng thú đối với một vấn đề học tập nào đó thì các em HS sẽ chú ý, tập trung và tích cực hơn trong học tập Do đó trong DH vật lý, muốn kích thích được hứng thú học tập của HS thì việc sử dụng TN tự làm vào tổ chức hoạt động nhận thức cho HS được xem là một trong những phương tiện rất có hiệu quả, vì

TN tự làm thường ngắn gọn, cho kết quả trái với dự đoán của nhiều HS, vì vậy

sẽ gây ra cho các em sự ngạc nhiên bất ngờ và làm cho các yếu tố tiềm ẩn của

HS như: tính tò mò, hiếu kì, hiếu động của HS sẽ bị tác động, qua đó sẽ kích thích được hứng thú học tập vật lý của HS trong giờ học

1.3.1 Quy trình thiết kế và quy trình sử dụng thí nghiệm tự làm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học vật lý

* Quy trình thiết kế thí nghiệm tự làm

Quy trình tự làm TN trong DH vật lý ở trường phổ thông hiện nay, việc

tự làm TN và sử dụng TN tự làm vào tổ chức hoạt động DH cho HS theo hướng tích hóa hoạt động nhận thức là việc làm cần thiết, đáp ứng yêu cầu về đổi mới phương pháp DH Chính vì vậy, để việc sử dụng các TN tự làm vào tổ chức hoạt động nhận thức cho HS đạt được hiệu quả thì việc xây dựng các tí nghiệm tự

20

làm phải tuân theo một quy trình nhất định và trong quá trình xây dựng cần phải

bổ sung, điều chỉnh sao cho phù hợp với mục tiêu DH, nội dung kiến thức, tình hình cơ sở vật chất, TBTN và các hình thức tổ chức DH

Qua nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy rằng quy trình tự làm TN có thể được tiến hành theo các bước sau:

Bước 1 Xác định mục tiêu dạy học

Mục tiêu là cái đích đạt tới sau mỗi bài, mỗi chương, mỗi phần do GV đặt

ra để định hướng hoạt động DH Mục tiêu DH ở đây là cái đích đặt ra cho HS cần đạt được, tức là sản phẩm mà HS có được sau mỗi bài học Mục tiêu DH đó

sẽ chỉ đạo toàn bộ nội dung, phương pháp DH và mục tiêu đó gồm 3 thành tố: kiến thức, kỹ năng và thái độ Vì vậy, trước khi sử dụng TN tự làm vào tổ chức hoạt động DH, GV cần xác định mục tiêu cần đạt được sau khi thực hiện TN hoặc qua bài học này GV cần hình thành những kiến thức, kĩ năng gì cho HS

Bước 2 Nghiên cứu nội dung bài học

Nhiệm vụ của việc DH vật lý ở trường phổ thông là nhằm giúp cho HS đạt được một hệ thống kiến thức vật lý cơ bản phù hợp với trình độ nhận thức của HS, những kiến thức đó là các hiện tượng, các khái niệm Vật lý, các định luật Vật lý, thuyết Vật lý và ứng dụng của Vật lý trong đời sống và trong sản xuất Trên cơ sở nghiên cứu mục tiêu DH và nội dung bài học, GV cần xác định những nội dung kiến thức nào trong bài học có thể tự làm TN để hình thành hoặc minh họa kiến thức cho HS, từ đó có thể đề xuất và lựa chọn phương án

TN thích hợp

Bước 3 Tìm hiểu thực trạng cơ sở vật chất, TBTN

Trong quá trình DH, cơ sở vật chất và TBTN Vật lý có vai trò rất quan trọng, là phương tiện giúp cho GV tổ chức hoạt động nhận thức cho HS có hiệu quả nhằm đạt được mục tiêu và nhiệm vụ DH đề ra Chính vì vậy, trong DH vật

lý các TBTN tỏ ra rất có hiệu quả trong việc phát huy tính tích cực nhận thức của HS Ở các trường phổ thông hiện nay, các TBTN đều được cung cấp theo

21

danh mục tối thiểu của Bộ, tuy nhiên qua thời gian sử dụng các TBTN bị xuống cấp cho kết quả TN không chính xác, thậm chí hư hỏng không sử dụng được ảnh hưởng đến hiệu quả DH vật lý ở trường phổ thông Do đó việc thiết kế, chế tạo, cải tiến và sửa chữa các TBTN nhằm khắc phục tình trạng các TBTN thiếu đồng bộ là việc làm thực sự có ý nghĩa và góp phần vào việc thực hiện đổi mới phương pháp DH và tăng cường tính trực quan trong DH

Bước 4 Đề xuất, lựa chọn phương án thí nghiệm

Căn cứ vào mục tiêu bài học và tình hình TBTN mà GV có thể đề xuất, lựa chọn phương án TN Việc đề xuất, lựa chọn phương án TN có thể được thực hiện theo 3 cách sau:

- Phương án TN có sẵn, tự thiết kế, tự làmvà lắp ráp TN;

- Phương án TN có sẵn, cải tiến một số thiết bị cho phù hợp với nội dung DH;

- Tự đề xuất phương án TN và tự làm TN

Bước 5 Chuẩn bị các vật liệu, dụng cụ và linh kiện cần thiết

Dựa trên phương án TN đã đề xuất, GV tiến hành tìm kiếm, chuẩn bị các vật liệu, dụng cụ và linh kiện cần thiết Các vật liệu, dụng cụ và linh kiện dùng trong TN phải có sẵn trong thực tế cuộc sống, dễ tìm kiếm, dễ gia công, dễ mua,

dễ thay thế và sửa chữa thì mới đảm bảo tính khả thi

Bước 6 Gia công, tự làm dụng cụ thí nghiệm

Sau khi đã chuẩn bị các vật liệu, dụng cụ và thiết bị cần thiết cho TN, GV tiến hành gia công các vật liệu, dụng cụ và thiết bị để tạo nên các bộ phận của bộ

TN theo phương án đã đề xuất Đây là việc làm tương đối khó đối với GV, vì vậy đòi hỏi người GV phải có kĩ năng, tay nghề, những am hiểu và kinh nghiệm trong cuộc sống

Bước 7 Lắp ráp thí nghiệm

Các dụng cụ, thiết bị sau khi đã được gia công, tự làm theo phương án TN

đã đề xuất thì việc tiếp theo là tiến hành lắp ráp các dụng cụ TN lại với nhau

22

Bước 8 Tiến hành thí nghiệm

Sau khi đã lắp ráp các dụng cụ TN lại với nhau theo phương án đề xuất thì việc tiến hành TN là để kiểm tra sự vận hành của các dụng cụ, TBTN là rất cần thiết Mục đích của việc tiến hành TN là nhằm phát hiện những sai sót, lỗi trong quá trình gia công, tự làm dụng cụ và lắp ráp Việc tiến hành TN có thể xảy ra hai trường hợp sau:

* Trường hợp 1: TN đạt theo phương án đề ra, cho kết quả như mong

muốn thì tiếp tục thực hiện bước tiếp theo là hoàn thiện TN nhằm tăng cường tính trực quan, thẩm mĩ và đảm bảo an toàn cho TN khi sử dụng

* Trường hợp 2: TN không đạt theo phương án đề ra, không cho kết quả

như mong muốn hoặc các dụng cụ, thiết bị sau khi gia công, tự làm và lắp ráp không vận hành được thì ta tiến hành kiểm tra lại các bước đề xuất phương án, gia công, tự làm và lắp ráp TN như sau:

- Nếu bước đề xuất phương án TN không khả thi thì đề xuất phương án

TN khác

- Nếu bước gia công, tự làmdụng cụ TN chưa tốt, chưa đảm bảo yêu cầu

đề ra thì tiến hành gia công, tự làmlại các dụng cụ TN

- Nếu bước lắp ráp dụng cụ, thiết bị chưa hợp lí thì tiến hành kiểm tra và lắp ráp lại cho hợp lí

Bước 9 Hoàn thiện thí nghiệm

Bước cuối cùng trong quy trình này là hoàn thiện TN nhằm tăng cường tính trực quan, đảm bảo tính thẩm mĩ và an toàn trong quá trình sử dụng Trong quy trình tự làm TN thì bước đề xuất phương án TN là quan trọng nhất, vì trong phương án đề xuất thì các vật liệu, dụng cụ và thiết bị dùng trong TN phải là những dụng cụ có sẵn trong tự nhiên, dễ tìm, dễ gia công và tự làmthì mới đảm bảo tính khả thi Ngoài ra, các bước như: gia công và tự làmdụng cụ, lắp ráp và tiến hành TN cũng rất cần thiết, vì trong quá trình gia công và tự làm đòi hỏi người GV phải có kinh nghiệm và những am hiểu trong cuộc sống, phải khéo

23

tay, phải làm nhiều lần để tìm các phương án tối ưu nhất Còn bước tiến hành

TN là để kiểm tra, phát hiện và điều chỉnh những sai sót, những dụng cụ chưa được tốt và đảm bảo khi tiến hành TN sẽ thành công Như vậy, quy trình tự làm

TN có thể được tóm tắt qua sơ đồ sau:

Sơ đồ 2.2 Quy trình tự làm thí nghiệm dạy học vật lý

* Nguyên tắc sử dụng thí nghiệm tự làm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học vật lý

Để việc sử dụng các TN tự làm trong quá trình DH vật lý phát huy được hiệu quả, cần tuân thủ các yêu nguyên tắc sau:

- Xác định rõ logic của tiến trình DH, trong đó việc sử dụng TN phải là một bộ phận hữu cơ của quá trình DH, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức Trước khi tiến hành TN cần phải xác định được mục đích của TN là dùng để đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức mới hay củng cố và vận dụng kiến thức

Xác định mục tiêu dạy học Nghiên cứu nội dung bài học

Tìm hiểu thực trạng cơ sở vật chất,

thiết bị thí nghiệm

Đề xuất, lựa chọn phương án thí

nghiệm Chuẩn bị vật liệu và dụng cụ cần thiết

24

- Trước khi tiến hành TN, GV cần định hướng HS vào những hiện tượng cần quan sát Xác định các nhiệm vụ của HS trong việc quan sát hoặc tiến hành

TN Đối với TN định lượng, HS phải lập bảng giá trị đo trước khi tiến hành TN,

xử lí kết quả TN và rút ra kết luận về các dấu hiệu, mối liên hệ của bản chất hiện tượng Đối với TN định tính, HS phát biểu các kết quả đã quan sát và vận dụng kiến thức mới vào giải thích hiện tượng

- Xác định rõ các dụng cụ TN cần sử dụng, sơ đồ lắp ráp, các bước tiến hành TN

- Cần phải kiểm tra sự hoạt động của các dụng cụ TN trước giờ học một cách kỹ lưỡng, tiến hành thử TN nhiều lần để đảm bảo khi tiến hành TN phải thành công

- Khi sử dụng các TN vào tố chức hoạt động DH phải tuân theo các quy tắc an toàn, tránh cảm giác lo sợ đối với HS mỗi khi tiến hành TN

1.3.2 Sử dụng thí nghiệm tự làm theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức HS

Các kiến thức vật lý có được thường xuất phát từ cơ sở tri giác, quan sát trực tiếp sự vật, hiện tượng, có thể tái tạo một cách đơn giản các hiện tượng thiên nhiên, cung cấp thông tin về các sự vật và hiện tượng Vì vậy TN tự làm

do HS tự tiến hành sẽ tạo ra cho HS nhiều cơ hội, tình huống phải suy nghỉ, những vẫn đề phải giải quyết Do đó TN tự làm tạo được tình huống có vấn đề trong quá trình DH

So với các TN thiết kế sẵn, trong quá trình tiến hành TN tự làm, những yếu tố tiềm ẩn, bẩm sinh của HS nhý tính tò mò, hiếu kỳ, hiếu động của HS được kích thích, tăng mức độ hứng thú của HS trong giờ học khiến HS say mê, khao khát tìm hiểu những hiện tượng thiên nhiên do đó sẽ chú ý tập trung vào hoạt động học tập hơn Như vậy TN tự làm đã kích thích được hứng thú học tập của HS

Thí nghiêm tự làm giúp HS có điều kiện thu thập và xử lý thông tin, giúp

25

HS chủ động nêu lên các thắc mắc, câu hỏi suy nghỉ của mình trong quá trình gia công, thắc mắc trong quá trình TN Nhiều tình huống xẩy ra có thể nằm ngoài dự đoán của GV và HS, vì vậy TN tự làm tạo ra các vấn đề để HS nghi nghờ, bác bỏ, kiểm tra, khẳng định ý kiến hoặc giả thuyết của mình

TN tự làm kích thích HS hoạt động ngoài giờ, rèn luyện cho HS có thói quen vận dụng kiến thức để giải quyết những vẫn đề nảy sinh trong thực tiễn

1.4 Thực trạng thiết kế và sử dụng thí nghiệm tự làm trong dạy học vật lý một số trường THPT

1.4.1 Mục đích điều tra

Một trong những căn cứ để xây dựng và sử dụng các TN vật lý là những khó khăn của GV và HS gặp phải trong quá trình dạy và học Vì vậy tôi đã tìm hiểu thực trạng các TN vật lý, các quá trình dạy và học của GV cũng như HS ở một số trường THPT tỉnh Nghệ An, qua đó những thông tin mà tôi thu được sẽ giúp các TN mà tôi xây dựng và phương pháp sử dụng các TN đó đáp ứng tốt

nhất nhu cầu thực tế

1.4.2 Phương pháp điều tra

Việc điều tra được tiến hành ở một số trường THPT thuộc tỉnh Nghệ An: THPT Quế Phong, THPT Quỳ Châu, THPT Đô Lương 3 Như sau:

- Điều tra GV: Trao đổi trực tiếp, tham khảo giáo án, dùng phiếu điều tra

- Điều tra HS: Trao đổi trực tiếp, thông qua các bài kiểm tra

- Dự giờ của một số GV

1.4.3 Nội dung và kết quả điều tra

Tình hình DH chương “Động lực học chất điểm”

Kết quả điều tra như sau:

* Vấn đề dạy học của giáo viên

- Giáo án: GV đã phát huy vai trò của SGK, sách GV và các sách tham khảo khác Vai trò tổ chức, định hướng của GV chưa thể hiện rõ

- phương pháp DH: Đã có những chuyển biến về phương pháp, không

26

còn quá nặng sử dụng phương pháp truyền thụ một chiều, tuy nhiên việc tiến hành bài dạy hầu như đều được diễn đạt bằng lời của GV: Mô tả hiện tượng, yêu cầu HS dự đoán kết quả, tìm phương án TN, nhấn mạnh cho HS ghi nhớ những nội dung quan trọng của bài,… Việc đổi mới phương pháp DH như phát hiện và giải quyết vấn đề đã đi vào thực tế, nhưng do thiếu các dụng cụ TN trực quan nên chủ yếu việc dạy kết hợp TN chỉ được thực hiện vào những tiết dự giờ, thao giảng và thường chỉ lựa chọn những bài đã có TN sẵn có, dễ làm, dễ thành công

- Nhiều GV vẫn mong muốn phát huy tính tích cực, tự chủ và sáng tạo của HS bằng việc đặt câu hỏi cho HS suy nghỉ giải quyết nhưng thông thường

đó là những câu hỏi giúp HS tái hiện thông thường mà không có nhiều tác dụng trong việc phát triển tư duy, không có tác dụng kích thích nhu cầu và hứng thú học tập của HS Các vấn đề mà GV đưa ra đôi khi không làm HS tin tưởng hoặc không gây ấn tượng mạnh do thiếu tính thực tế

- Khi dạy GV hầu hết không dùng TN Không để HS tham gia thiết kế TN

mà thông báo luôn sơ đồ, mô tả hiện tượng diễn ra và yêu cầu HS giải thích hiện tượng Do vậy không phát huy được tính tích cực, sáng tạo của HS Một số GV tiến hành TN nhưng không nêu rõ mục đích TN, không yêu cầu cụ thể HS cần phải quan sát điều gì trước khi tiến hành TN nên phải làm lại nhiều lần dẫn tới mất thời gian GV có đưa ra câu hỏi yêu cầu HS giải thích hiện tượng nhưng lại không đưa ra những định hướng phù hợp với trình độ HS, sợ mất thời gian nên

GV giải thích hiện tượng cho HS

- Một số bài hiện chưa có TN thực, mà chỉ cho HS nắm bắt về hình thức, qua mô tả bằng hình vẽ của GV, khiến HS chưa hình dung hết hiện tượng, chưa gây được hứng thú học tập

* Về tình hình học của HS

- Qua phỏng vấn cho thấy, HS luôn có nhu cầu rất lớn trong việc học với

TN, tự làm và thiết kế TN, đặc biệt là các TN có chứa các tình huống có vấn đề, các TN khác với SGK, có những tình huống mà HS chưa từng gặp…

27

- Trong giờ học bài mới, HS còn thụ động trong việc tiếp thu kiến thức mới, ngại suy nghỉ động não, chỉ quen ngồi nghe giảng và đợi GV đọc để ghi chép HS phát biểu xây dựng bài rất ít, hiếm khi đặt câu hỏi thắc mắc đối với

GV về vấn đề đã học ngay cả khi không hiểu bài

- HS ít được quan sát, tiến hành TN trên lớp khi xây dựng kiến thức mới nên không có hứng thú trong học tập dẫn tới không hiểu bài Khi vận dụng kiến thức vào tình huống hơi khác với lý thuyết đã học thì tỏ ra lúng túng, thiếu tự tin

Những khó khăn sai lầm mà HS gặp phải khi học chương “Động lực học chất điểm” lớp 10 THPT

Qua trao đổi trực tiếp và phân tích bài làm của HS, đối chiếu với những nhận xét thu được khi đánh giá các bài kiểm tra và vở bài tập của HS, chúng tôi

nhận thấy HS thường mắc phải những khó khăn chủ yếu sau:

- Khả năng vận dụng các kiến thức vào thực tế như khái niệm lực, cân bằng lực, kĩ năng phân tích, tổng hợp lực, các định luật Niu-tơn và các lực cơ học còn rất hạn chế nếu chỉ học trong sách vở, thông qua mô tả của GV mà không có các hiện tượng thực tế để vận dụng dự đoán hoặc giải thích

- Các đặc điểm của lực ma sát HS có sự nghi ngờ về độ lớn của ma sát không phụ thuộc vào diện tích bề mặt tiếp xúc

- Chuyển động ném ngang với các chuyển động thành phần làm HS có phần mơ hồ, đôi khi không tin tưởng vào thực tế dù lí thuyết đã khẳng định Ví

dụ, khi nêu bài toán về 2 vật được thả từ cùng độ cao, một vật rơi tự do, một vật ném ngang, HS không tin rằng hai vật sẽ chạm đất cùng lúc

Nguyên nhân dẫn tới những khó khăn sai lầm của HS

- Bản thân kiến thức này là khó, đòi hỏi HS phải suy luận, tư duy và kết hợp với các hiểu biết thực tế

- GV tổ chức hoạt động DH theo tiến trình DH giải quyết vấn đề nhưng việc kết hợp với các TN, hiện tượng thực tế còn chưa nhiều nên không lôi cuốn

28

HS vào tham gia xây dựng kiến thức mới không phát huy được tính tích cực, tự chủ tìm tòi, sáng tạo của HS GV chưa khai thác triệt để kiến thức cũ của HS trong quá trình xây dựng kiến thức mới

- Thiết bị TN ở trường THPT mặc dù có nhưng vẫn chưa đủ Trong quá trình DH, GV chưa khai thác hết tiềm năng TN, chưa kết hợp sử dụng có hiệu quả các thiết bị, đồ dùng DH

- HS không nắm chắc các kiến thức liên quan, đặc biệt là toán học và vật

lý Cần nắm vững các lí thuyết trong chương nhưng đồng thời các kĩ năng về toán học cũng rất cần thiết

Với thực trạng TBTN không đồng bộ, bị hỏng không sử dụng được thì việc nghiên cứu tự làm TN và sử dụng TN tự làm trong DH vật lý là rất cần thiết Tuy nhiên, khi được hỏi thì có hơn 75% GV cho rằng chỉ tự làm TN khi tham gia thi đồ dùng DH và thi GV giỏi, có gần 15% cho rằng chỉ tự làm TN khi thao giảng và có hơn 10% dùng cho việc DH thường ngày Bên cạnh đó, kết quả điều tra về những khó khăn mà GV gặp phải khi sử dụng TN tự làm trong DH

được chúng tôi tổng hợp trong Bảng 1.1

Bảng 1.1 Những khó khăn khi sử dụng TN tự làm trong DH

Những khó khăn khi sử dụng TN Tự làm trong DH Tỷ lệ (%)

Khó trong việc di chuyển dụng cụ TN 0

Đối với HS, khi được hỏi trong giờ học Vật lý có sử dụng TN tự làm thì mức độ học tập của các em như thế nào? Thì có gần 55,1% HS cho rằng rất hứng thú, có hơn 44% cho rằng hứng thú, có gần 0,9 % cho rằng bình thường và không hứng thú

29

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Như vậy, trong quá trình DH, GV là người tổ chức, hướng dẫn cho HS thực hiện các hành động nhận thức để tái tạo được tri thức và biến chúng thành vốn liếng của mình, đồng thời làm biến đổi bản thân của HS, hình thành và phát triển những phẩm chất và năng lực của họ Để việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong quá trình DH đạt hiệu quả cao, góp phần đổi mới phương pháp DH theo hướng tích cực hoạt động nhận thức của HS thì đòi hỏi phải khai thác, sử dụng các TBTN có sẵn ở nhà trường và đặc biệt quan tâm nghiên cứu xây dựng

và sử dụng TN tự làm trong DH vật lý

Để việc sử dụng TN tự làm tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong DH vật lý đạt hiệu quả, phát huy được tính tích cực nhận thức của HS thì đòi hỏi việc tự làm TN và sử dụng TN trong quá trình DH phải tuân theo một quy trình nhất định Còn việc sử dụng TN tự làm tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong DH vật lý thì tùy thuộc vào nội dung bài học mà TN tự làm có thể sử dụng

ở các giai ðoạn khác nhau của quá trình DH như: sử dụng trong đề xuất vấn đề nghiên cứu, sử dụng trong giải quyết vấn đề và sử dụng trong củng cố, vận dụng kiến thức Các nghiên cứu này sẽ được vận dụng vào việc tự làm TN và sử dụng

vào tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong DH và được trình bày trong chương 2 của luận văn

Thực trạng của việc thiết kế và sử dụng TN tự làm, qua khảo sát cho thấy,

đa số GV đều nhận thức được tầm quan trọng của việc sử dụng TN Vật lý nói chung và TN tự làm nói riêng trong việc đổi mới phương pháp DH ở các trường phổ thông nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS trong DH vật lý Nhưng thực tế việc ít hoặc không thường xuyên tự làm TN để sử dụng trong DH vật lý là do gặp khó khăn về mặt thời gian, tìm kiếm và tự làmdụng cụ TN Bên

cạnh đó, một số GV vẫn còn quan điểm “thi cái gì, dạy cái nấy”, chậm đổi mới

vẫn sử dụng phương pháp DH theo lối truyền thụ kiến thức theo một chiều, do

30

đó HS không có cơ hội tham gia vào quá trình tìm kiếm kiến thức nên tính tích cực của HS không được phát huy trong quá trình học tập

31

CHƯƠNG 2

THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ LÀM TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM”

- Phát biểu được định luật I Niu-tơn

- Phát biểu được định luật vạn vật hấp dẫn

và viết được hệ thức của định luật này

- Nêu được ví dụ về lực đàn hồi và những đặc điểm của lực đàn hồi của lò xo (điểm đặt, hướng)

- Phát biểu được định luật Húc và viết hệ

Ở lớp 10, trọng lực tác dụng lên vật được hiểu gần đúng là lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên vật

- Nêu được gia tốc rơi tự do là do tác dụng của trọng lực và viết được hệ thức

- Nêu được khối lượng là số đo mức quán tính

- Phát biểu được định luật III Niu-tơn và viết được hệ thức của định luật này

- Nêu được các đặc điểm của phản lực và lực tác dụng

- Nêu được lực hướng tâm trong chuyển động tròn đều là tổng hợp các lực tác dụng lên vật và viết được công thức