Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học chương các định luật bảo toàn vật lí 10 thpt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH MAI ĐẠI PHƯƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG "CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN" VẬT LÍ 10 THPT Chu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

MAI ĐẠI PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VỚI SỰ

HỖ TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG "CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN"

VẬT LÍ 10 THPT

Chuyên ngành: Lý luận và PPDH bộ môn Vật lí

Mã số: 60 14 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Nhị

Nghệ An - 2012

2

Lêi C¶m ¥n

Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của nhiều tập thể, cá nhân trong và ngoài trường

Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc tới cô giáo

TS Nguyễn Thị Nhị, trường Đại học Vinh, người đã định hướng đề tài, luôn tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các Thầy, Cô khoa Vật lý, phòng Sau Đại học đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu

Trong quá trình làm đề tài, tôi còn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của Trường THPT Nghi Lộc 3, Nghi Xuân, Nghi Lộc, Nghệ An Nơi tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm của đề tài luận văn này

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp, những người luôn bên tôi, động viên tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.

Vinh, th¸ng 10 n¨m 2012

Mai §¹i Ph-¬ng

3

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT 07

MỞ ĐẦU 08

1 Lý do chọn đề tài 08

2 Mục đích nghiên cứu ……… 10

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ……… 10

4 Giả thuyết khoa học ……… 10

5 Nhiệm vụ nghiên cứu ……… 10

6 Phương pháp nghiên cứu ……… 11

7 Đóng góp của luận văn ……… 12

8 Cấu trúc luận văn ……… 12

NỘI DUNG ……… 14

Chương 1 Cơ sở lý luận của việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường THPT ……… 14

1.1 Vai trò của thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS … 14 1.1.1 Thí nghiệm ……… 14

1.1.2 Vai trò, chức năng của thí nghiệm ……… 15

1.1.3 Các loại thí nghiệm sử dụng trong dạy học vật lí ……… 19

1.2 Sử dụng máy vi tính và phần mềm hỗ trợ thí nghiệm trong dạy học vật lí ……… 22

1.3 Thiết bị kết nối thí nghiệm với máy vi tính ……… 23

1.3.1 Thiết bị Cobra trong thí nghiệm vật lý kết nối máy vi tính ……… 23

4

1.3.2 Phần mềm Measure ……… 24

1.3.3 Vai trò của thí nghiệm kết nối máy vi tính ……… 24

1.3.4 Những yêu cầu về mặt kỹ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm ghép nối MVT trong dạy học vật lí ở trường phổ thông ……… 26

1.3.5 Thiết bị camera - máy quay phim ……… 26

1.4 Phần mềm thiết kế thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử ……… 27

1.4.1 Thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử ……… 27

1.4.2 Phần mềm Power Point ……… 29

1.4.3 Phần mềm Crocodile Physics ……… 31

1.4.4 Phần mềm Macromedia Flash MX ……… 32

1.4.5 Phần mềm Adobe Presenter ……… 33

1.4.6 Phần mềm Lecture Maker ……… 34

Kết luận chương 1 ……… 36

Chương 2 Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương "Các định luật bảo toàn" Vật lí 10 THPT chương trình nâng cao với sự hỗ trợ của máy vi tính ……… 37

2.1 Phân tích nội dung chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao ……… 37

2.1.1 Vị trí ……… 37

2.1.2 Đặc điểm ……… 37

2.1.3 Chuẩn kiến thức, kỹ năng chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao ……… 37 2.1.4 Nội dung chương “Các định luật bảo toàn” vật lí 10 THPT chương 38

5

trình nâng cao ………

2.1.5 Cấu trúc chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao 42

2.2 Thí nghiệm đã được sử dụng trong dạy học chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao Thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng với bộ cần rung ……… 43

2.3 Khai thác, lắp ráp thí nghiệm thuộc chương "Các định luật bảo toàn" vật lý 10 chương trình nâng cao sử dụng bộ thí nghiệm đệm không khí ghép nối với máy vi tính thông qua thiết bị Cobra và phần mềm Measure 45 2.3.1 Các dụng cụ của bộ thí nghiệm ……… 45

2.3.2 Cách lắp ráp và sử dụng bộ thí nghiệm vào dạy học chương các định luật bảo toàn ……… 47

2.3.2.1 Thí nghiệm về định luật bảo toàn động lượng ……… 47

2.3.2.2 Thí nghiệm va chạm đàn hồi ……… 52

2.3.2.3 Thí nghiệm va chạm mềm ……… 55

2.3.2.4 Những ưu điểm và lưu ý khi sử dụng bộ thí nghiệm đệm không khí kết nối máy vi tính ……… 58

2.3.3 Quay và biên tập video clips thí nghiệm thực ……… 59

2.4 Thiết kế và sưu tầm các thí nghiệm ảo, video clips thí nghiệm ……… 61

2.4.1 Phần mềm Power point ……… 61

2.4.2 Phần mềm Crocodile Physics ……… 62

2.4.3 Phần mềm Macromedia Flash MX ……… 63

2.4.4 Sưu tầm các video clips làm tư liệu hỗ trợ dạy học chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao ……… 65 2.5 Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương "Các định luật bảo 67

6

toàn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao có sử dụng các thí nghiệm đã

xây dựng, sưu tầm được ………

2.5.1 Bài 31 Định luật bảo toàn động lượng ……… 67

2.5.2 Bài 37 Định luật bảo toàn cơ năng ……… 75

2.5.3 Bài 38 Va chạm đàn hồi và không đàn hồi ……… 81

Kết luận chương 2 ……… 87

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm ……… 89

3.1 Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ……… 89

3.2 Đối tượng ……… 89

3.3 Nội dung thực nghiệm sư phạm ……… 90

3.4 Chọn mẫu thực nghiệm ……… 90

3.5 Phương pháp thực nghiệm sư phạm ……… 90

3.6 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ……… 91

3.6.1 Đánh giá định tính ……… 91

3.6.2 Đánh giá định lượng ……… 92

3.6.3 Kiểm định giả thuyết thống kê ……… 96

Kết luận chương 3……… 98

KẾT LUẬN ……… 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 100

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã mở ra triển vọng to lớn trong việc đổi mới phương pháp dạy học Các trường học dần dần trang bị MVT, thiết bị thí nghiệm hiện đại Nghị quyết Hội nghị lần thứ hai ban chấp hành Trung ương Đảng khoá VIII chỉ rõ: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục - đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học ” [09]

Văn kiện Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ XI trong phương hướng, nhiệm

vụ phát triển kinh tế - xã hội 5 năm 2011 – 2015 đã chỉ rõ: "Phát triển, nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo, chất lượng nguồn nhân lực; phát triển khoa học, công nghệ và kinh tế tri thức …".[11]

Chỉ thị số 3397/CT-BGDĐT và Công văn số 5358/BGDĐT-GDTrH ngày

12 tháng 8 năm 2011 của Bộ Giáo dục và Đào tạo chỉ rõ: "Chú trọng việc dạy học thực hành trong giờ chính khoá; bảo đảm cân đối giữa việc truyền thụ kiến thức và rèn luyện kỹ năng cho HS; chú trọng liên hệ thực tế phù hợp với nội dung bài học Tích cực ứng dụng CNTT trong dạy học Tăng cường tổ chức các hoạt động như: Hội thi thí nghiệm - thực hành của HS, Ngày hội tự làm và sử dụng thiết bị dạy học của GV, Ngày hội CNTT, … nhằm khuyến khích GV và

HS tăng cường sử dụng hợp lý, khai thác tối đa hiệu năng các thiết bị dạy học, phương tiện nghe nhìn, phòng học bộ môn …"[07], [08]

9

Chỉ thị 55/2008/CT-BGDĐT ngày 30 tháng 9 năm 2008 của Bộ Giáo dục

và Đào tạo về tăng cường giảng dạy, đào tạo và ứng dụng CNTT trong ngành giáo dục giai đoạn 2008-2012 Nâng cao nhận thức về vai trò, vị trí của CNTTvà triển khai có kết quả cao yêu cầu đẩy mạnh ứng dụng CNTT trong năm học 2008-2009 là “Năm học đẩy mạnh ứng dụng CNTT, đổi mới quản lý tài chính

và xây dựng trường học thân thiện, HS tích cực” [03] Xây dựng hệ thống đơn vị công tác chuyên trách về CNTT trong ngành; phát triển mạng giáo dục (EduNet)

và các dịch vụ công về thông tin giáo dục trên Internet; đẩy mạnh một cách hợp

lý việc triển khai ứng dụng CNTT trong đổi mới phương pháp dạy và học ở từng cấp học; đẩy mạnh ứng dụng CNTT trong điều hành và quản lý giáo dục Tăng cường giảng dạy, đào tạo và nghiên cứu ứng dụng về CNTT

Thực trạng giáo dục cho thấy, vấn đề đổi mới phương pháp dạy học chưa được thực hiện tốt, chưa thật sự phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo cũng như khả năng giải quyết vấn đề, năng lực tư duy và kỹ năng thực hành của người học Báo cáo của Ban chấp hành Trung ương Đảng khoá IX nêu rõ: “ Chất lượng giáo dục còn nhiều yếu kém, khả năng chủ động, sáng tạo của HS, sinh viên còn yếu Chương trình, phương pháp dạy học còn lạc hậu, nặng nề, chưa thật phù hợp ” [10]

SGK THPT đã được biên soạn lại với hình thức và nội dung khá phong phú Tuy nhiên, trong khuôn khổ SGK đưa hình ảnh còn ít, các thí nghiệm có sử dụng MVT còn ít đặc biệt là các phương tiện hiện đại trung gian giữa thiết bị thí nghiệm truyền thống và MVT Các định luật bảo toàn là chương khá quan trọng trong suốt cả quá trình học môn vật lí của HS, nhưng kiến thức còn khá trừu tượng đối với HS MVT cộng với thiết bị hỗ trợ Cobra3 và các thí nghiệm thực hoặc ảo sẽ tạo khả năng xử lý, thiết kế, lưu trữ và hiển thị lại một khối lượng thông tin dưới dạng bảng số liệu, đồ thị, hàm, … Ngoài ra, người sử dụng có thể tương tác, nhanh, chậm, phóng to, thủ nhỏ, nhập - xuất số liệu, … nên có thể được sử dụng khảo sát các quy luật Vật lí xẩy ra trong chương này Xuất phát

từ cơ sở lý luận và thực tiễn nói trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng

- Nội dung, phương pháp dạy học vật lí THPT

- Thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường THPT

- MVT, thiết bị Cobra3, camera, projector

- Phần mềm Measure, Power Point, Crocodile Physics, Front Page, photoshop, Studio, Macromedia Flash MX, Adobe Presenter, Lecture Maker,

…

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Dạy học chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương chình nâng cao

4 Giả thuyết khoa học

Nếu sử dụng các thí nghiệm vật lí có sự hỗ trợ của MVT vào dạy học một cách hợp lý thì có thể nâng cao tính tích cực và tự lực trong hoạt động chiếm lĩnh kiến thức của HS, góp phần nâng cao chất lượng học tập dạy học vật lí ở trường THPT

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

11

+ Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc sử dụng thí nghiệm có sự hỗ trợ của MVT và phương tiện dạy học hiện đại trong quá trình dạy học vật lý ở trường phổ thông

+ Nghiên cứu nội dung chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương chình nâng cao

+ Nghiên cứu thực trạng sử dụng TN trong dạy học chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 chương trình nâng cao ở một số trường THPT tại một số trường tại địa bàn Nghệ An

+ Tìm hiểu và sử dụng MVT kết nối với thiết bị Cobra3

+ Tìm hiểu và sử dụng phần mềm Power Point, Crocodile Physics, Macromedia Flash MX, Power Point , Adobe Presenter, Lecture Maker trong thiết kế thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử

+ Thiết kế các thí nghiệm thực và ảo có sự hỗ trợ của MVT và các phần mềm trong chương “Các định luật bảo toàn” vật lí lớp 10 THPT chương trình nâng cao

+ Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao với sự hỗ trợ của các TN đã xây dựng được

+ Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các thí nghiệm và tiến trình dạy học đã được thiết kế

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu những văn kiện của Đảng, các chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào tạo, các sách, bài báo, tạp chí chuyên ngành về dạy học và đổi mới phương pháp dạy học để nâng cao chất lượng dạy học ở trường THPT

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của việc sử dụng thí nghiệm có sự hỗ trợ của MVT và phương tiện dạy học hiện đại trong quá trình dạy học

12

- Nghiên cứu nội dung chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao

6.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Điều tra thực trạng sử dụng TN trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” vật lí lớp 10 chương trình nâng cao ở một số trường THPT tại địa bàn Nghệ An

- Nghiên cứu thiết kế thí nghiệm thực và ảo với sự trợ giúp của MVT và phần mềm trong chương “Các định luật bảo toàn” vật lí 10, chương trình nâng cao

- Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương "Các định luật bảo

toàn" vật lí 10 chương trình nâng cao

6.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm và thống kê toán học

Sử dụng phương pháp thống kê toán học và phần mềm Excel nhằm xử lý số liệu thu được từ kết quả thực nghiệm sư phạm Từ kết quả đó, sử dụng phương pháp tổng kết kinh nghiệm để rút ra những kết luận về sự khác nhau trong kết quả học tập của hai nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng

7 Đóng góp của luận văn

7.1 Về lý luận

- Góp phần hệ thống hóa cơ sở lý luận của việc sử dụng MVT hỗ trợ thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường THPT

7.2 Về thực tiễn

- Lắp ráp vận hành được 3 thí nghiệm thực với sự hỗ trợ của MVT

- Thiết kế và sưu tầm được 16 thí nghiệm ảo trong dạy học chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao

- Quay và sưu tầm được 15 video clips liên quan đến chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao; trong đó có 4 video clips thí nghiệm tự quay

13

- Thiết kế được 3 tiến trình dạy học với các thí nghiệm đã xây dựng, sưu tầm

8 Cấu trúc luận văn

Kết luận

Phần 3: Phụ lục và tài liệu tham khảo

14

NỘI DUNG CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG MÁY VI TÍNH

HỖ TRỢ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG THPT

1.1 Vai trò của thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS 1.1.1 Thí nghiệm

Môn học vật lí là một trong những môn học có tính chất thực nghiệm vì nội dung của nó gắn bó chặt chẽ với các sự kiện thực tế và có ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, đời sống và kỹ thuật Do đó thí nghiệm là phương tiện rất quan trọng, có tác dụng to lớn đến việc nâng cao chất lượng lĩnh hội tri thức của HS

1.1.1.2 Đặc điểm [16]

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động

- Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi

15

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như

dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân 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 thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của các đại lượng khác Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc

- Có thể lặp lại được thí nghiệm Điều này có nghĩa là: với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tượng, quá trình vật lí phải diễn ra trong thí nghiệm giống như ở các lần thí nghiệm trước

1.1.2 Vai trò, chức năng của thí nghiệm

1.1.2.1 Theo quan điểm của lý luận nhận thức [16]

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

Khi thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả quan sát, đo đạc, lúc này thí nghiệm có tác dụng phân tích hiện thực khách quan

và thông qua quá trình thiết lập một cách có chủ quan, để thu được tri thức khách quan

Trong dạy học vật lí ở giai đoạn đầu của quá trình nhận thức một hiện tượng một quá trình vật lí nào đó, khi HS còn chưa biết hoặc biết quá ít về các quá trình đó, hiện tượng đó thì thí nghiệm vật lí 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 lí Tạo điều kiện cho HS đưa ra những giả thuyết là cơ sở cho những tính chất, những mối liên hệ phổ biến, có tính quy luật của các đại lượng vật lí trong các quá trình hiện tượng nghiên cứu

Ở trường phổ thông có một số kiến thức rút ra bằng quy luật logic chặt chẽ từ các kiến thức đã biết, trong những trường hợp này cần tiến hành thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của chúng

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

Trong việc vận dụng các tri thức lý thuyết vào thiết kế chế tạo các thiết

bị kỹ thuật, người ta gặp nhiều khó khăn do: Tính trừu tượng của tri thức, lý do

về mặt kinh tế… khi đó người ta thường sử dụng thí nghiệm tạo cơ sở cho việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn

Thí nghiệm không những cho HS thấy được sự vận dụng trong thực tiễn

mà còn kiểm chứng sự đúng đắn của tri thức

Thí nghiệm cơ bản không chỉ dẫn đến hình thành những thuyết vật lí mới mà còn làm xuất hiện nhiều ngành kỹ thuật mới

- Thí nghiệm là một bộ phận của phương pháp nhận thức vật lí

Thí nghiệm bồi dưỡng cho HS các phương pháp nhận thức được dùng phổ biến trong nghiên cứu (phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình)

Phương pháp thực nghiệm bao gồm 4 giai đoạn:

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

+ Đề xuất được giả thuyết

+ Xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả đã rút

ra Nếu hệ quả thí nghiệm phù hợp với hệ quả đã rút ra thì giả thuyết là chân thực, nếu không phù hợp thì phải xây dựng gỉa thuyết mới

17

Như vậy thí nghiệm đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối của phương pháp thực nghiệm ở giai đoạn đầu các thông tin về đối tượng cần được nghiên cứu được thu nhập nhờ thí nghiệm ở giai đoạn cuối của thí nghiệm lại được dùng để kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả đã được rút ra Phương pháp mô hình có 4 giai đoạn:

+ Thu nhập thông tin về đối tượng gốc

+ Xây dựng mô hình

+ Thao tác trên mô hình để rút ra các hệ quả lý thuyết

+ Kiểm tra hệ quả lý thuyết trên đối tượng gốc

Ở giai đoạn đầu các thông tin về đối tượng thường thu nhập được nhờ thí nghiệm Thông qua thí nghiệm, 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 nhập và

xử lý số liệu, ta mới có thể tìm ra được thuộc tính, các mối quan hệ bản chất của đối tượng gốc

Ở giai đoạn 3 đối với mô hình vật chất người ta phải tiến hành thí nghiệm thực với nó

Ở giai đoạn 4 thông qua thí nghiệm 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

1.1.2.2 Theo quan điểm của lý luận dạy học [16]

- Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học

+ Sử dụng thí nghiệm để củng cố trình độ xuất phát, tạo động cơ hứng thú học tập

Bằng việc sử dụng các thí nghiệm đơn giản có tính nghịch lý ta có thể đưa HS vào tình huống có vấn đề, tạo nên nhu cầu nhận thức hứng thú tìm tòi kiến thức mới của HS

18

+ Sử dụng thí nghiệm để hình thành kiến thức mới, kỹ năng mới cho HS Thí nghiệm đóng vai trò quan trọng, không gì có thể thay thế được trong giai đoạn hình thành kiến thức mới Nó cung cấp một cách hệ thống các dữ liệu thực nghiệm để từ đó khái quát hóa quy nạp, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả logic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới

Trong chương trình vật lí phổ thông một kiến thức đã được rút ra từ các phép suy luận logic chặt chẽ để làm tăng thêm sự tin tưởng của HS về kiến thức thu được, GV cần phải tiến hành làm thí nghiệm kiểm chứng lại chúng

- Sử dụng thí nghiệm để củng cố ôn luyện và giúp HS vận dụng kiến thức,

kỹ năng mà họ tiếp thu được

Việc sử dụng các thí nghiệm ở giai đoạn củng cố không phải là sự lặp lại nguyên xi các thí nghiệm đã làm nhắc lại kiến thức cũ mà phải có những yếu tố mới đào sâu, mở rộng các kiến thức đã biết của HS, giúp HS thấy được các biểu hiện trong tự nhiên, các ứng dụng trong đời sống và sản xuất của các kiến thức này

Trong các thí nghiệm được sử dụng trong giai đoạn củng cố, thí nghiệm thực hành của HS có vai trò nổi bật trong công việc củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng của HS

+ Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng của

HS

Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của HS trong quá trình thí nghiệm, HS sẽ chứng tỏ không những kiến thức mà cả kiến thức về phương pháp, không những kiến thức mà còn cả kỹ năng của mình

- Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của

HS

+ Việc sử dụng thí nghiệm vật lí góp phần quan trọng vào việc phát triển nhân cách toàn diện của HS

19

+ Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiển thức và rèn luyện

kỹ năng, kỹ xảo về vật lí của HS

+ Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lí, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của HS

+ Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của HS

- Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hóa và trực quan hóa trong dạy học vật lí

Nhờ thí nghiệm, ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, quá trình xảy ra trong những điều kiện có thể khống chế được, thay đổi, có thể quan sát đo được đơn gỉan hơn, dễ dàng hơn để đi tới nhận thức được nguyên nhân của mỗi hiện tượng

và mối quan hệ có tính quy luật của chúng với nhau

Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp HS nhanh chóng thu được những thông tin chân thật về các hiện tượng, quá trình vật lí

1.1.3 Các loại thí nghiệm sử dụng trong dạy học vật lí

1.1.3.1 Căn cứ vào mục đích lý luận dạy học của thí nghiệm vật lí

Trong quá trình nhận thức của HS, căn cứ vào mục tiêu đổi mới chương trình, nội dung và phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông, thí nghiệm vật lí được sử dụng ở nhiều các hình thức khác nhau Thông thường người ta chia thí nghiệm làm hai loại : Thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm thực tập

- Thí nghiệm biểu diễn: Là thí nghiệm được GV tiến hành ở trên lớp trong các giờ học nghiên cứu kiến thức mới hoặc giờ học củng cố kiến thức và nó bao gồm:

+ Thí nghiệm biểu diễn mở đầu: Là thí nghiệm nhằm giới thiệu cho HS biết qua về hiện tượng sắp nghiên cứu để tạo tình huống có vấn đề, tạo nhu cầu hứng thú cho học tập của HS, lôi cuốn HS vào hoạt động nhận thức Đây là thí nghiệm đơn giản dễ thực hiện và thực hiện nhanh, các thiết bị dễ kiếm và dễ chế tạo

20

+ Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng: Là loại thí nghiệm nhằm xây dựng nên hoặc kiểm chứng lại kiến thức mới được sử dụng trong giai đoạn nghiên cứu kiến thức mới Nó bao gồm:

Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát: Là thí nghiệm nhằm cung cấp các cứ liệu thực nghiệm để từ đó khái quát hóa quy nạp, kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc logic rút ra từ giả thuyết

Thí nghiệm nghiên cứu minh họa: Là thí nghiệm nhằm kiểm chứng lại kiến thức đã được xây dựng bằng con lý thuyết, dựa trên những phép suy luận logic chặt chẽ

+ Thí nghiệm củng cố: Là thí nghiệm nêu lên những biểu hiện của kiến thức đã học trong tự nhiên, đề cập các ứng dụng các kiến thức đã học để dự đoán hoặc giải thích hiện tượng hay cơ chế hoạt động của các thiết bị, dụng cụ kỹ thuật

- Thí nghiệm thực tập: Là thí nghiệm do HS tự tiến hành trên lớp (trong phòng thí nghiệm) ngoài nhà trường hoặc ở nhà với các mức độ tự lập khác nhau Thí nghiệm thực tập bao gồm:

+ Thí nghiệm trực diện: Là thí nghiệm được tổ chức định dạng thí nghiệm đồng loạt (giáo viên chia HS thành các nhóm thí nghiệm cùng một lúc làm các thí nghiệm như nhau với các dụng cụ thí nghiệm giống nhau để giải quyết cùng một nhiệm vụ) hoặc dưới hình thức cá nhân (các nhóm HS cùng lúc tiến hành các thí nghiệm khác nhau nhằm giải quyết nhiệm vụ bộ phận, để đi tới giải quyết được nhiệm vụ tổng quát)

+ Thí nghiệm thực hành: Là loại thí nghiệm do HS tiến hành trên lớp (trong phòng thí nghiệm) mà sự tự lực làm việc cao hơn so với thí nghiệm trực diện

HS dựa vào tài liệu hướng dẫn đã in sẵn mà tiến hành thí nghiệm, rồi viết báo cáo thí nghiệm theo mẫu

Thí nghiệm thực hành có thể được tổ chức dưới một trong hai hình thức

là thí nghiệm thực hành đồng loạt (tất cả các nhóm HS tiến hành những thí

21

nghiệm như nhau với dụng cụ giống nhau theo một mục đích) hoặc thí nghiệm thực hành cá thể

+ Thí nghiệm quan sát ở nhà:

Là loại bài làm mà GV giao cho từng HS hoặc từng nhóm HS thực hiện

ở nhà HS tự lực tiến hành thí nghiệm và quan sát vật lí trong điều kiện không có

sự giúp đỡ trực tiếp của GV Vì vậy, loại thí nghiệm này đòi hỏi cao độ tính tự giác, tự lực của HS trong học tập Loại thí nghiệm này sử dụng các thí nghiệm thông dụng trong đời sống, vật liệu dễ kiếm, dễ tìm Chính đặc điểm trên mà thí nghiệm quan sát vật lí ở nhà tạo nhiều cơ hội để phát triển năng lực tư duy sáng tạo của HS trong việc thiết kế, chế tạo sử dụng các dụng cụ nhằm hoàn thành nhiệm vụ được giao

Ta thấy do tác dụng nhiều mặt của thí nghiệm thực tập nên việc tăng cường các thí nghiệm thực tập là một trong những nội dung của việc đổi mới các chương trình, nội dung, phương pháp dạy học vật lí phổ thông

Các loại thí nghiệm có thể tóm tắt theo sơ đồ sau:

Sơ đồ 1.1 Phân loại thí nghiệm trong dạy học vật lí

TN tổng hợp luân phiên

TN quan sát ở nhà

TN khảo sát

22

1.1.3.2 Căn cứ vào phương tiện thực hiện thí nghiệm

Theo chúng tôi có thể phân loại theo phương tiện thực hành thí nghiệm như sau:

- Thí nghiệm thực (truyền thống):

+ Thí nghiệm sử dụng phương tiện truyền thống đã mô hình hóa

+ Thí nghiệm sử dụng phương tiện là các dụng cụ đời sống, kỹ thuật hàng ngày của con người

- Thí nghiệm ảo (hiện đại): Đó là thí nghiệm sử dụng các phần mềm để lập trình, thiết kế ảo trên MVT (phương tiện hiện đại) nhằm mô phỏng các thí nghiệm thực Có thể là dạng mô phỏng mô hình hóa hoặc gần giống với phương tiện thật

- Thí nghiệm kết hợp phương tiện truyền thống và phương tiện hiện đại (kết hợp thí nghiệm thực và ảo): Sử dụng cả thí nghiệm truyền thống, thông qua các cảm biến kết nối với MVT, sử dụng các phần mềm mô hình hóa hảy ảo lại quá trình vật lí để đo đạc, xử lý số liệu

Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi xin trình bày về hai loại thí nghiệm (theo kiểu phân chia này) đó là thí nghiệm ảo và thí nghiệm kết hợp thực

và ảo

1.2 Sử dụng MVT và phần mềm hỗ trợ thí nghiệm trong dạy học vật lí

- Vì MVT có khả năng tính toán, xử lý thông tin vô cùng lớn trong thời gian rất ngắn với độ chính xác cao dưới dạng các dự liệu dạng biểu bảng, biểu

đồ, đồ thị, hàm chuẩn, trong việc nghiên cứu

- Có thể ghép nối với các thiết bị khác để tạo thành một hệ thiết bị mới có tính ưu việt hơn khi tách chúng ra nhờ các cảm biến và phần mềm hỗ trợ

- Nhiều phần mềm được cài trong MVT có thể điều khiển hoàn toàn tự động các quá trình theo chương trình đặt sẵn

- Trình bày thông tin đa phương tiện theo trình tự tùy ý nhanh chóng, chính xác, tiện lợi

23

- Mô phỏng minh họa quá trình vật lí trừu tượng

- Phóng to - thu nhỏ, làm nhanh - chậm - dừng lại hiện tượng và quá trình vật lí

- Sử dụng phần mềm mô phỏng, minh họa hiện tượng, quá trình vật lí (Macromedia Flash MX, Power point, front page, …)

- Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo (Virtual Physics, Crocodile Physics, Java, …)

- Sử dụng phần mềm hỗ trợ thí nghiệm (Measure, Cassy Lab, …)

1.3 Thiết bị kết nối thí nghiệm với MVT

Hiện nay có rất nhiều thiết bị kết nối MVT như GQY, Comex, Cobra, Pasco, Addestation, … Số liệu dưới dạng tín hiệu điện (sau đó được máy tính số hóa chuyển sang các dạng thông tin hiện trên màn hình MVT do các phần mềm

hỗ trợ như đã nói ở mục 1.2.2.4) Tín hiệu điện này được các cảm biến (nhiệt, quang) lấy từ các thí nghiệm, quá trình hay hiện tượng vật lí nào đó Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi chỉ giới thiệu bộ thí kết nối MVT thông qua thiết bị Cobra và phần mềm Measure

1.3.1 Thiết bị Cobra trong thí nghiệm vật lí kết nối MVT

Đây là thiết bị điện tử do hãng Phywe của

Đức sản xuất dùng để đo lường trong giáo dục

và nghiên cứu khoa học, là vật trung gian giữa

MVT và các cảm biến (dùng để đọc các số liệu

thí nghiệm) Được kết nối với MVT thông qua

cổng USB hoặc cổng COM để đo lường kết quả

thí nghiệm do các cảm biến cung cấp Chúng có thể mở rộng đo nhiều đại lượng vật lí khác thông qua ghép nối thêm các mô-đun Với Thiết bị này chúng ta có thể đo một lúc nhiều đại lượng vật lí thông qua số cảm biến kết nối với nó Hiện tại phiên bản mới nhất là Cobra 3 Được trang bị hầu hết ở các trường có đào tạo

cử nhân vật lí Để sử dụng được thiết bị này thường nhà sản xuất có hướng dẫn

đi kèm

Hình 1.2 Thiết bị Cobra 3

24

1.3.2 Phần mềm Measure

Là phần mềm kèm theo thiết bị ngoại vi khi kết nối với MVT (Cobra) cũng

do hãng Phywe của Đức lập trình ra đi kèm với thiết bị Cobra Phiên bản mới nhất là Measure 4.6 Cũng giống như các phần mềm kèm theo các thiết bị thí nghiệm ghép nối máy tính khác, phần mềm này sẽ xử lý và đọc số liệu đo được dưới dạng bảng số liệu với dạng đồ thị với nhiều đại lượng vật lí cùng một lúc Với phiên bản mới này ngoài dạng text và hình ảnh, còn có tính năng đọc số liệu bảng và đồ thị bằng âm thanh Sử dụng phần mềm này cũng tương đối đơn giản cũng giống như một số phần mềm tương tự khác Một số nét khác biệt, đặc biệt

là cài đặt các thông số ban đầu, người dùng có thể đọc ở tài liệu hướng dẫn đính kèm với phần mềm

1.3.3 Vai trò của thí nghiệm kết nối MVT

1.3.3.1 Những ƣu điểm của thí nghiệm ghép nối máy tính

- Thí nghiệm có ghép nối máy tính làm tăng tính trực quan cho người học Trong một số trường hợp, khi quá trình thí nghiệm xảy ra nhanh và liên tục làm hạn chế sự quan sát và đo đạc Khi đó, việc lấy kết quả thí nghiệm sẽ rất khó khăn cũng như hạn chế sự chính xác Thí nghiệm có ghép nối máy tính sẽ khắc phục khó khăn này Khi ta sử dụng MVT và các phần mềm hỗ trợ khác chúng ta

có thể tự động hóa quá trình đo đạc trong thí nghiệm và kết quả thí nghiệm sẽ hiện lên trên màn hình máy tính Như vậy, thí nghiệm có ghép nối máy tính giúp chúng ta có thể quan sát thí nghiệm cũng như kết quả thí nghiệm trên màn hình làm tăng tính trực quan

- Thí nghiệm ghép nối máy tính tăng sự chính xác của các thí nghiệm Khi máy tính cài đặt các phần mềm hỗ trợ thí nghiệm nó sẽ tự động hóa ghi lại số liệu, kết quả thí nghiệm Như vậy, các số liệu thí nghiệm sẽ được ghi lại chính xác mà không có sai số chủ quan của người làm thí nghiệm

- Thí nghiệm có ghép nối máy tính kích thích sự hứng thú của người học

25

Do đặc tính trực quan và sự tự động hóa trong thí nghiệm có ghép nối máy tính mà làm cho HS có tính tò mò khám phá của người học, làm kích thích sự hứng thú của người học, người làm thí nghiệm

- Bộ thí nghiệm ghép nối MVT có thể khai thác cho nhiều thí nghiệm khác nhau

Bộ thí nghiệm ghép nối máy tính có thể cài đặt các phần mềm khác nhau để

sử dụng nhiều thí nghiệm khác nhau, như vậy ta tránh được sự lãng phí trong việc khai thác các thí nghiệm

- Bộ thí nghiệm ghép nối MVT có thể đo đồng thời được nhiều đại lượng vật lí diễn ra cùng lúc

1.3.3.2 Những hạn chế của thí nghiệm có ghép nối MVT

Thí nghiệm ghép nối MVT có nhiều ưu điểm tuy nhiên bên cạnh đó có những hạn chế sau:

- Bộ thí nghiệm có ghép nối MVT có nhiều thiết bị cồng kềnh và sử dụng phức tạp hơn các bộ thí nghiệm khác: ngoài các dụng cụ thí nghiệm thông thường ta cần tới máy tính, phần mềm, các dữ liệu,… như vậy, khi cần di chuyển bộ thí nghiệm cũng như dùng nó để dạy học trong phòng học là rất khó khăn

- Kinh phí cho bộ thí nghiệm lớn: các bộ thí nghiệm ghép nối máy tính có kinh phí khá lớn nên việc trang bị các bộ thí nghiệm có ghép nối cho các trường THPT là rất khó khăn

- Để sử dụng bộ thí nghiệm có ghép nối máy tính thì người sử dụng cần phải có những hiểu biết nhất định về MVT, đòi hỏi hiểu biết về sử dụng các phần mềm Hiện nay, HS các trường THPT chưa được trang bị nhiều về kiến thức này

1.3.3.3 Cách khắc phục những hạn chế trong thí nghiệm có ghép nối MVT

- Xây dựng các phòng học bộ môn ở trường THPT

- Thiết kế các bộ thí nghiệm ghép nối máy tính có thể sử dụng, khai thác nhiều thí nghiệm khác nhau

26

- Có thể xây dựng các clip thí nghiệm để dùng trong dạy học

1.3.4 Những yêu cầu về mặt kỹ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm ghép nối MVT trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

Để thí nghiệm ghép nối MVT phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong dạy học vật lí thì việc sử dụng phải tuân theo một số yêu cầu chung về mặt kỹ thuật và phương pháp dạy học:

- Xác định rõ logic của tiến trình dạy học trong đó việc sử dụng thí nghiệm phải là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức Trước mỗi thí nghiệm phải đảm bảo cho HS ý thức được sự cần thiết của thí nghiệm và hiểu rõ mục đích của thí nghiệm

- Xác định rõ dụng cụ cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, các bước tiến hành thí nghiệm Để đạt được mục đích thí nghiệm cần sử dụng thiết bị thí nghiệm như thế nào? Bố trí thí nghiệm ra sao? Tiến hành như thế nào? cần quan sát đo đạc đại lượng nào?

- Đảm bảo cho HS ý thức được rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả các giai đoạn thí nghiệm bằng cách giao cho HS những nhiệm vụ cụ thể trong quá trình tiến hành thí nghiệm

- Thử nghiệm kỹ lưỡng mỗi thí nghiệm trước giờ học, đảm bảo thí nghiệm phải thành công

- Việc sử dụng thí nghiệm phải an toàn

1.3.5 Thiết bị camera - máy quay phim

Camera là một loại thiết bị ghi hình ( dưới dạng tín hiệu số - digital hoặc tín hiệu tương tự - analog) dùng để ghi lại diễn biến xung quanh chúng ta trong một không gian và thời gian nhất định Nhưng hình được ghi đó, chúng ta thường gọi

là phim hay video clips Các video clips này có thể xem lại bất cứ lúc nào, có thể lưu trữ dưới nhiều hình thức (phim, băng từ, đĩa CD, USB, HDD, …) Hiện nay nhờ sự phát triển của khoa học và công nghệ hình được ghi với độ nét cao, hình ảnh trung thực và chân thật

27

Nhờ một số phần mềm ứng dụng của MVT chúng ta có thể xử lý, dàn dựng, thiết kế, lắp ghép, phóng to, thu nhỏ, làm nhanh - chậm, lồng tiếng, lồng nhiều đoạn video clips cùng lúc hoặc liên tục, tạo các hiệu ứng đặc biệt về hình ảnh, âm thanh cho các video clips đó mà chỉ có phần mềm được cài đặt trong MVT mới làm được Hai tín hiệu của video clips có thể được chuyển đổi cho nhau nhờ MVT

Nhờ các tính năng đặc biệt của MVT khi xử lý các video clips do camera quay được nên nó được ứng dụng trong cả lĩnh vực thiết kế các video clips thí nghiệm vật lí một cách trực quan nhất Vì không phải thí nghiệm vật lí nào HS cũng có thể quan sát được Có thể do một số lý do như hiện tượng, quá trình vật

lí diễn ra quá nhanh, thiết bị thí nghiệm cồng kềnh, đắt đỏ, trường THPT không thể trang bị được, hiện tượng, quá trình vật lí diễn ra quá chậm, hình ảnh quá nhỏ hoặc quá lớn Vậy với video clips thí nghiệm kết hợp với MVT sẽ khắc phục được một số hạn chế nhờ một số tính năng ưu việt đã trình bày ở trên

1.4 Phần mềm thiết kế thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử [22]

1.4.1 Thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử

Thí nghiệm ảo và các bài giảng điện tử là những thuật ngữ ngày càng trở nên quen thuộc với chúng ta, với sự phát triển mạnh mẽ của CNTT và truyền thông, cùng với Internet và học tập điện tử, thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử trở nên một thành phần thiết yếu trong giáo dục ngày nay

Phạm vi của thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử, không chỉ giới hạn trong lĩnh vực dạy học mà mở rộng trong mọi ngành, mọi lĩnh vực của đời sống từ quảng

bá sản phẩm, dịch vụ trên web, đến trong các hình thức huấn luyện đa phương tiện dùng trong doanh nghiệp, dịch vụ tư vấn, chăm sóc khách hàng, làm việc cộng tác

Để có một cái nhìn khái quát và cụ thể chúng ta hãy tìm hiểu xem thế nào là thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử, khả năng ứng dụng và cách để chúng ta có thể xây dựng được một phần mềm thực hiện tính năng thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử:

28

1.4.1.1.Thí nghiệm ảo

Là tập hợp các tài nguyên số đa phương tiện dưới hình thức đối tượng học tập, nhằm mục đích mô phỏng các hiện tượng vật lí, hóa học, sinh học xảy ra trong tự nhiên hay trong phòng thí nghiệm, có đặc điểm là có tính năng tượng tác cao, giao diện thân thiện với người sử dụng và có thể mô phỏng những quá trình, điều kiện tới hạn khó xảy ra trong tư nhiện hay khó thu được trong phòng thí nghiệm Thí nghiệm ảo giúp giảm thiểu việc học chay, dậy chay thường gặp

do thiếu phương tiện, điều kiện thí nghiệm giúp người học chủ động học tập phù hợp với tinh thần người học là trung tâm của giáo dục hiện đại

Thí nghiệm ảo có ưu điểm là có thể giả lập những tình huống, điều kiện tới hạn, khó xảy ra trong thế giới thực giúp người học nắm được bản chất của vấn

đề Tuy nhiên, thí nghiệm ảo không thể thay thế được kinh nghiệm thực tiễn, hãy thử tưởng tượng phi công lái máy bay hạ cánh khi chỉ toàn thực tập trên mô hình ảo, hay một bác sĩ phẫu thuật mỗ tim trong khi lại chỉ toàn kinh nghiệm với dao mổ ảo trên máy tính

1.4.1.2 Bài giảng điện tử

Bài giảng điện tử giống bài giảng truyền thống đều nhằm giải quyết một hay một số mục tiêu học tập cụ thể, tuân thủ nhưng nguyên tắc sư phạm Tuy nhiên có nhiều nét đặc thù là bài giảng truyền thống hường được có nhấn mạnh vai trò của người thầy, bài giảng điện tử là hình thức học tập khai thác các tính năng hỗ trợ của CNTT nên vai trò của người thầy dường như “mờ” đi, chủ yếu qua các phương tiện giao tiếp điện tử như forum, chat, công cụ làm việc nhóm, audio, video confference

Thời gian và địa lý cũng bị xóa nhòa, người học tự học theo nhu cầu và năng lực của mình và được hỗ trợ bởi các công cụ hỗ trợ học tập

Trong việc thiết kế bài giảng điện tử cũng có nhiều vai trò so với thiết kế bài giảng truyền thống, cách thiết kế cũng khác biệt với thiết kế bài giảng truyền thống Với bài giảng điện tử, người học được phép tự chọn một lộ trình học tập phù hợp nhất với khả năng của mình, do vậy bài giảng điện tử có thể hỗ trợ hình

29

thức học tập thích nghi đòi hỏi phải thiết kế một cách cẩn thận và cần nhưng chương trình đặc biệt để chạy được những bài giảng thiết kế kiểu này (phần mềm quản trị học tập, trình điều khiển khóa học )

1.4.1.3 Công nghệ đa phương tiện (Multimedia)

Tính năng và sự hỗ trợ của công nghệ đa phương tiện là yếu tố quan trọng nâng cao hiệu quả của thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử Hãy thử tưởng tượng một chương trình Tivi show mà không có tiếng, hay một game trò chơi mà không hoạt hình (animation) một châm ngôn xưa “trăm nghe không bằng một thấy” là minh họa cho trường hợp này, nhờ các tính năng multimedia, sự buồn chán của việc đọc text trên Internet được giảm thiểu, không còn giới hạn 20 dòng trên một trang màn hình nữa vì với một đoạn hoạt hình kèm theo âm thanh

sẽ giúp người học tiếp thu bài học nhanh chóng và dễ nhớ hơn

Một yếu tố cần tính đến là những hoạt cảnh và âm thanh thường tốn nhiều băng thông (bandwidth), sử dụng những công nghệ nén đi kèm với Flash, cùng với sự cải tiến không ngừng về băng thông của Internet, rào cản này có thể vượt qua được

Để minh họa cho các vấn đề nêu trên, chúng ta sẽ trình bày ở các phần mềm và các ví dụ cụ thể ở các phần sau đây

1.4.2 Phần mềm Power Point

Microsoft Power point là một phần mềm

trong bộ phần mềm Microsoft Office của hãng

Microsoft, các phiên bản hiện có của Microsoft

Powerpoint là Power Point 97, 2000, 2002, XP,

2003, 2007 và 2010 Phiên bản được sử dụng rỗng

rãi giờ là 2003 và 2010 Với GV thì hầu như

không còn xa lạ với phần mềm này

Microsoft Power point được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực như trình diễn, thuyết trình, báo cáo Ngày nay, Power Point không dừng lại dành cho cách hội thảo, các diễn đàn mà còn được dùng rất nhiều trong học tập, giảng

Hình 1.3 Cửa số giao diện Power point 2010

30

dạy, dưới hình thức là bài giảng điện tử Nó là công cụ rất hữu hiệu giúp GV cung cấp thông tin đến cho HS một cách nhanh nhất, dễ nhìn nhất và cập nhật nhất

Chúng ta có thể đưa được rất nhiều loại thông tin lên màn hình trình chiếu như: văn bản, hình ảnh, video clips, flash, âm thanh, bảng tính, biểu đồ, …

Làm việc trên Power point là làm việc trên các tệp

trình diễn (có phần mở rộng là *.ppt hoặc *.pptx) Mỗi tệp

trình diễn bao gồm các bản trình diễn (Slides) chúng được

sắp theo một thứ tự Các bản trình diễn này chứa nội dung

thông tin bạn muốn trình bày Có thể minh hoạ cấu trúc

một tệp trình diễn theo các bản trình diễn (Slides) như

sau:

Qui trình để tạo và sử dụng một tệp trình diễn như sau:

Bước 1: Xác định rõ ràng các nội dung sẽ trình bày Từ đó sẽ định ra được cấu trúc của tệp trình diễn là: Chọn nền của slide theo mẫu nào cho phù hợp? Cần bao nhiêu slides? Nội dung mỗi Slide là gì?

Bước 2: Dùng Power point để xây dựng nội dung các slide đó

Bước 3: Trình diễn Slide Khi đó nội dung từng Slide sẽ được phóng to lên toàn bộ màn hình máy tính Nếu MVT của chúng ta nối với một máy chiếu (Multimedia Projector chẳng hạn), nội dung các slide trình chiếu sẽ được đưa lên các màn hình lớn, nhiều người có thể quan sát một cách dễ dàng

Ngoài tính năng cơ bản như trên Power point còn tích hợp một số hiếu ứng đặc biệt về màu sắc, hình ảnh, âm thanh, chuyển động, biểu tượng, … cho các đối tượng được trình bày trong các slide Đặc biệt hiếu ứng chuyển động đặt theo thời gian, quy luật, chuyển tiếp, … sẽ được sử dụng để tạo một số thí nghiệm ảo trong một số thí nghiệm định tính của vật lí

Slide 1 Slide 2 Slide n Một tệp trình diễn

31

1.4.3 Phần mềm Crocodile Physics

Phần mềm Crocodile Physics là phần mềm được dùng để thiết kế các thí nghiệm ảo môn vật lí trong nhà trường phổ thông, có rất nhiều phiên bản của phần mềm đã được đưa ra và phiên bản mới nhất hiện nay là phiên bản Crocodile Physics 605, ra đời vào năm 2006 với rất nhiều tính năng mới so với các phiên bản trước đó

- Phần mềm này có giao diện thiết kế và thực hiện thí nghiệm là toàn bộ màn hình, thêm vào đó có bổ sung phần “Getting Start” trong folder “Contents” giúp cho người sử dụng học một số bước cơ bản nhất để có thể thiết kế và sử dụng phần mềm này

- Contents: Đây là một số phần và mô-đun xây dựng sẵn phù hợp với các chủ điểm trong chương trình giảng dạy tại trường phổ thông Phần Contents là các ví dụ có sẵn theo chủ đề, như đã nói đây là phần rất mới gồm các ví dụ đã được xây dựng sẵn theo các chủ đề như mô tả chuyển động, các mạch điện, … với mỗi mô-đun đã có các dụng cụ thí nghiệm phù hợp với chủ đề và chúng ta chỉ cần chọn dụng cụ thích hợp để thực hiện thí nghiệm Nhưng đây chỉ là một

số chủ đề cơ bản, để có thể thiết kế được toàn bộ các thí nghiệm phục vụ cho giảng dạy và học tập thì cần thiết phải xem các ví dụ này và sau đó bạn tự thiết

kế các thí nghiệm phù hợp với bài giảng trên lớp bằng các dụng cụ được lấy trong phần Part Library

- Không gian sóng 2D: Trước đây công cụ quan sát các dải sóng là 1D, tức

là các đường sóng hình sin hay cosin nhưng trong phiên bản này chúng ta có thể quan sát sóng ở dạng 2D, như trong hình bên bạn có thể quan sát thấy một thí nghiệm khá trực quan, sống động, gây chú ý cho HS bởi vì trông nó giống một hòn bi được thả vào nước và ta nhìn thấy sóng nước đang lan truyền

- Dây nối thiết bị điện: Mặc định dây nối giữa các thiết bị điện là căng ngay

cả khi di chuyển các thiết bị như hình bên

- Quang học: Phần này cũng được cải tiến nhiều so với phiên bản trước về giao diện sử dụng

32

- Máy móc: Như hình bên ta có thể thấy hình ảnh dụng cụ thí nghiệm ảo này rất gần với vật thật, đây là một bước đột phá rất quan trọng góp phần đưa các thí nghiệm trực quan hơn, giúp cho HS dễ dàng liên hệ với thực tế và nhớ bài dễ dàng hơn

- Chuyển động: Chuyển động là một cải tiến mới và được sử dụng linh hoạt

- Đồ thị: Đồ thị giúp dễ dàng thiết lập thí nghiệm hơn

- Mô tả: Đây là phần trợ giúp để thiết kế các thí nghiệm nhìn chuyên nghiệp hơn

- Ngữ cảnh: Chúng ta có thể tạo ngữ cảnh vào và ra logic của mình trên một ảnh nền

- Parts Library: Đây là thư viện các dụng cụ thí nghiệm vật lí ảo, với các dụng cụ này chúng ta hoàn toàn có thể thiết kế toàn bộ các thí nghiệm vật lí trong trường phổ thông, tuy nhiên để cho thí nghiệm trở nên chuyên nghiệp hơn thì phải kết hợp sử dụng các dụng cụ này kết hợp các dụng cụ hỗ trợ thực hiện thí nghiệm trong foder Presentation của phần này

- Các công cụ hỗ trợ thiết kế thí nghiệm: Giới thiệu các công cụ hỗ trợ thiết

kế thí nghiệm chuyên nghiệp hơn đó là foder Presentation trong thư viện các dụng cụ thí nghiệm Parts Library Ngoài các dụng cụ thí nghiệm ảo còn có các dụng cụ hỗ trợ như thước đo, đồ thị, tranh vẽ, các nút dừng thí nghiệm hay thực hiện lại thí nghiệm, …

- Phần thực đơn (menu) ngang và dọc của cửa sổ giao diện phần mềm này cũng tương tự như menu của các phần mềm ứng dụng khác đã biết Chúng ta đã thành thục một phần mềm nào đó (ví dụ word) thì cũng dễ dàng tiếp cận menu của phần mềm này

1.4.4 Phần mềm Macromedia Flash MX

Phần mềm Macromedia Flash MX là phần mềm thiết kết đồ họa với hình ảnh động, flash và các thí nghiệm mô phỏng một cách tỉ mỉ và sinh động Phụ

33

thuộc vào trình độ đồ họa có thể các mô hình gần giống thật Công thêm với ngôn ngữ lập trình Action Script, người dùng có thể tương tác với thí nghiệm ảo giống như với thí nghiệm thật

Khi kết hợp chương trình Power point để soạn các giáo án điện tử, sẽ làm cho các tiết dạy có khả năng sinh động , trực quan , mới, có khả năng thu hút sự chú ý tò mò gây sự hứng thú học tập của HS, nhằm nâng cao chất lượng học tập của HS

Phần mềm này cũng tương tự như các phần mềm ứng dụng và độ họa khác Ngoài các menu như một phần mêm thông dụng nó chứa các công cụ vẽ ứng với thời điểm và thời gian chuyển động (nếu là dạng hoạt hình, hình dạng của vật thể vẽ thay đổi theo không gian và thời gian), nếu vật không thay đổi hình dạng trong thời gian chuyển động thì người dùng có thể gắn một số hiệu ứng chuyển động cho nó Sản phẩm chỉ là một thí nghiệm mô phỏng (như một đoạn video clips) Người dùng muốn tương tác được nó như một vật thật (thay đổi các đại lượng vật lí gắn với nó) thì phải gán cho nó những đoạn mã (ngôn ngữ lập trình) Action Script

1.4.5 Phần mềm Adobe Presenter

Phần mềm Adobe Presenter là một sản phẩm của hãng Adobe, nó dễ dàng tạo ra các bài trình chiếu từ các slide trên Powerpoint thành bài giảng điện tử tương tác tuân thủ theo chuẩn E-learning và có thể dạy và học qua mạng

Cho phép chèn flash lên bài giảng, ghi âm thanh, hình ảnh, video và đưa lên bài giảng, Cho phép chèn các câu hỏi tương tác (bao gồm cả câu hỏi trắc nghiệm) lên bài giảng, Cho phép xuất bài giảng ra nhiều loại định dạng khác nhau (nổi bật là Flash, website, đĩa CD và đưa lên hệ thống Adobe Connect Pro

để có thể dạy và học trực tuyến) tuân thủ các chuẩn E-learning như SCORM, AICC , … Adobe Presenter sau khi cài đặt sẽ nhúng vào trong phần mềm Power point

34

1.4.6 Phần mềm Lecture Maker

Lecture Maker là phần mềm soạn thảo bài

giảng điện tử đa phương tiện, sản phẩm của công

ty Daulsoft Hàn Quốc Với Lecture Maker, bất kỳ

ai cũng có thể tạo được bài giảng đa phương tiện

nhanh chóng và dễ dàng Khi cài đặt ra, nó chạy

độc lập với phần mềm Power point Nhưng chúng

ta còn có thể tận dụng lại các bài giảng đã có trên những định dạng khác như Power point, PDF, Flash, HTML, Audio, Video,… vào nội dung bài giảng của mình Bài giảng được tạo ra từ Lecture Maker hoàn toàn tương thích với chuẩn SCORM để làm bài E-learning

Nếu chúng ta sử dụng được phần mềm Power point, thì cũng dễ dàng sử dụng phần mềm này Lecture Maker có một số tính năng nổi bật như sau:

- Master Frame: Tương tự như Master Slide trong Power point Xây dựng Master Frame trước khi đưa nội dung vào sẽ giúp bạn sắp xếp, tổ chức bài giảng hợp lý hơn Master Frame có thể chứa tất cả các phần tử bạn mong muốn có trên từng trang bài giảng, bao gồm các nút điều khiển, các chi tiết thiết kế trang

- Nhiều bộ soạn thảo khác nhau: Lecture Maker có sẵn các bộ công cụ soạn thảo trực quan cần thiết để tạo bài giảng điện tử như: soạn thảo công thức toán học, vẽ biểu đồ, vẽ đồ thị, tạo bảng, text box, và các ký tự đặc biệt

- Đa dạng nội dung đa phương tiện: Với phần mềm này, chúng ta có thể chèn nhiều loại nội dung đa phương tiện vào bài giảng của mình như: hình ảnh, video clips, âm thanh, flash,

- Điều khiển Video: Video clips có thể được sử dụng như một phần của bài giảng Nếu bạn muốn, hãy đánh dấu nhưng phần xác định trong đoạn phim và dễ dàng chuyển tới những vùng mong muốn Chúng ta cũng có thể làm “đóng băng” các frame trong một đoạn phim để làm tăng thời gian dạy trên frame

- Thiết kế và phác thảo mẫu trình bày: Nó cung cấp sẵn nhiều mẫu trình bày Nhiều dạng bài giảng e-learning với sự kết hợp các mẫu trình bày được

Hình 1.4 Cửa sổ giao diện Lecture Maker

- Chương này cũng đã nêu khái quát về MVT và phần mềm Đã nêu rõ được tính năng của chúng ngoài phục vụ mọi lĩnh vực cuộc sống Trình bày được sự hỗ trợ của MVT đối với GV, HS và trong hoạt động dạy học

- Tiếp theo là đã giới thiệu tổng quan và vai trò của thiết bị ghép nối MVT

và phần mềm hỗ trợ Nêu được những mặt ưu, nhược và một số phương án khắc phục của nó Phần này cũng đã nêu rõ được những yêu cầu về mặt kỹ thuật và phương pháp khi sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí

- Cuối cùng, chương 1 đã giới thiệu tổng quan và tính năng của thí nghiệm

ảo, bài giảng điện tử, công nghệ đa phương tiện Sau đó, đã nêu được một số phần mềm sử dụng để thiết kế thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử

Tóm lại, chương 1 đã nêu được tác dụng của thí nghiệm đối với dạy học vật

lí, tác dụng của MVT và phần mềm đối với thí nghiệm vật lí nhằm nâng cao chất lượng học tập của HS

37

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG

"CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN" VẬT LÍ 10 THPT CHƯƠNG TRÌNH

NÂNG CAO VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH 2.1 Phân tích nội dung chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao

2.1.1 Vị trí

Chương trình vật lí 10 nâng cao, gồm hai phần là phần cơ học và phần nhiệt học Phần cơ học có 5 chương, gồm: động học chất điểm, động lực học chất điểm, tĩnh học vật rắn, các định luật bảo toàn và cơ học chất lưu

Chương này có vị trí quan trọng trong chương trình vật lí phổ thông, nó bổ sung cho phần cơ học Newton và là cơ sở cho các phần sau của vật lí kể cả lớp

2.1.3 Chuẩn kiến thức, kỹ năng chương "Các định luật bảo toàn" Vật

lí 10 THPT chương trình nâng cao [04]

2.1.3.1 Chuẩn kiến thức

38

  Viết được công thức tính động lượng và nêu được đơn vị đo động lượng

  Phát biểu và viết được hệ thức của định luật bảo toàn động lượng đối với

hệ hai vật

  Nêu được nguyên tắc chuyển động bằng phản lực

  Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức tính công

  Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức tính động năng Nêu được đơn vị đo động năng

  Phát biểu và viết được hệ thức của định lí động năng

  Phát biểu được định nghĩa thế năng của một vật trong trọng trường và viết được công thức tính thế năng này Nêu được đơn vị đo thế năng

  Viết được công thức tính thế năng đàn hồi

  Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức tính cơ năng

  Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng và viết được hệ thức của định luật này

  Phát biểu và viết được hệ thức của ba định luật Kê-ple

2.1.4.1 Định luật bảo toàn động lƣợng

- Động lượng của vật chuyển động là đại lượng vectơ được đo bằng tích của khối lượng m và vectơ vận tốc của vật

39

- Trong hệ SI, đơn vị của động lượng là kilôgam mét trên giây (kg.m/s)

- Định luật bảo toàn động lượng: Vectơ tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn

là động lượng ban đầu, là động lượng lúc sau

- Đối với hệ hai vật:

trong đó, tương ứng là động lượng của hai vật lúc trước tương tác,

tương ứng là động lượng của hai vật lúc sau tương tác

2.1.4.2 Chuyển động bằng phản lực

Nguyên tắc của chuyển động bằng phản lực: Trong hệ kín đứng yên, nếu một phần của hệ bắt đầu chuyển động theo một hướng thì theo định luật bảo toàn động lượng, phần còn lại của hệ cũng bắt đầu chuyển động theo hướng ngược lại Chuyển động theo nguyên tắc như thế được gọi là chuyển động bằng phản lực

2.1.4.3 Công và công suất

Công thực hiện bởi một lực không đổi là đại lượng đo bằng tích độ lớn của lực và hình chiếu của độ dời điểm đặt trên phương của lực

A = F.s.cos

trong đó, F là độ lớn lực tác dụng , s là độ dời điểm đặt của lực,  là góc tạo bởi hướng của lực và hướng của độ dời

Công là đại lượng vô hướng và có giá trị đại số Nếu A > 0 thì A được gọi

là công phát động Nếu A < 0 thì A được gọi là công cản

- Trong hệ SI, đơn vị công là jun (J) 1 jun là công thực hiện bởi lực có độ lớn 1 niutơn khi điểm đặt của lực có độ dời 1 mét theo phương của lực

- Công thức tính công suất: và P =A

t

trong đó, m là khối lượng của vật, đo bằng kilôgam (kg); v là vận tốc của vật, đo bằng mét trên giây (m/s)

- Trong hệ SI, đơn vị của động năng là jun (J)

- Định lí động năng: Độ biến thiên động năng của một vật bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật

z là độ cao của vật so với mốc được chọn

Thế năng trên mặt đất bằng không (z = 0) Ta nói, mặt đất được chọn là mốc (hay gốc) thế năng

- Trong hệ SI, đơn vị của thế năng là jun (J)

2.1.4.6 Thế năng đàn hồi

- Công thức tính thế năng của lực đàn hồi :