MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ i
Lời cam đoan ii
Lời cám ơn iii
MỤC LỤC 1
MỞ ĐẦU 4
1. Lí do chọn đề tài 4
2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu 6
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 8
4. Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 8
5. Phương pháp nghiên cứu 8
6. Đối tượng nghiên cứu 9
7. Phạm vi, giới hạn nghiên cứu 9
8. Giả thuyết khoa học 9
9. Cấu trúc của luận văn 9
NỘI DUNG 10
Chương 1. Cơ sở lí luận về tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh với
sự hỗ trợ của máy vi tính trong thí nghiệm 10
1.1. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí 10
1.1.1. Hoạt động nhận thức 10
1.1.2. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí 12
1.2. Vai trò của thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh 15
1.2.1. Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức 15
1.2.2. Thí nghiệm là phương tiện của việc kiểm tra tính đúng đắn của
tri thức 16
1.2.3. Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức vào thực tiễn 17
1.3. Khả năng hỗ trợ thí nghiệm của máy vi tính 18
1.3.1. Những khó khăn và hạn chế của các thí nghiệm truyền thống
trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh 18
2.4.4. Bài 4. Lực Lo-ren-xơ 68
2.5. Kết luận chương 2 71
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm 73
3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm 73
3.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm 73
3.3. Đối tượng và phạm vi thực nghiệm sư phạm 74
3.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 74
3.4.1. Đánh giá định tính 74
3.4.2. Đánh giá định lượng 75
3.4.3. Kiểm định giả thuyết thống kê 79
3.5. Kết luận chương 3 80
KẾT LUẬN 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 84
PHỤ LỤC
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Ngày nay, sự phát triển như vũ bão của khoa học và công nghệ cùng với sự
bùng nổ thông tin đã làm cho kho tàng tri thức nhân loại tăng lên nhanh chóng.
Điều đó đã đặt ra cho giáo dục những nhiệm vụ nặng nề và khó khăn. Nhà trường
không thể cung cấp, truyền thụ hết toàn bộ khối kiến thức đồ sộ của nhân loại đến
từng học sinh. Vì vậy, đổi mới giáo dục là một yêu cầu cấp bách của thực tiễn đặt ra
cho tất cả các nước, trong đó có Việt Nam chúng ta. Để đáp ứng yêu cầu về con
người và nguồn nhân lực là nhân tố quyết định sự phát triển đất nước trong thời kỳ
công nghiệp hoá, hiện đại hoá và hội nhập quốc tế thì phải tạo chuyển biến cơ bản,
toàn diện về giáo dục và đào tạo. Đổi mới giáo dục cần thực hiện đồng bộ từ mục
tiêu, nội dung, chương trình đến phương pháp, phương tiện dạy học và cả cơ cấu, hệ
thống tổ chức, cơ chế quản lý giáo dục trong đó đổi mới phương pháp được xác
định là nhiệm vụ trọng tâm.
khoa học, nhiều luận án tiến sĩ và luận văn thạc sĩ đã tiến hành theo hướng này.
Những nghiên cứu trên cùng rất nhiều những sản phẩm CNTT do các chuyên gia,
giáo viên, sinh viên thiết kế đã làm phong phú kho tư liệu điện tử phục vụ dạy học.
Việc khai thác và sử dụng hợp lí nguồn tư liệu này vào dạy học có thể góp phần
nâng cao chất lượng dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông.
Vật lí học là một khoa học thực nghiệm, cho nên dạy học vật lí không thể
thiếu thí nghiệm (TN). Chính vì thế, nghiên cứu khả năng hỗ trợ TN của máy vi tính
là một hướng lớn trong ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí. Ở đó, máy vi tính
được khai thác, sử dụng như một thiết bị hỗ trợ TN đa năng. Khả năng hỗ trợ TN
của máy vi tính rất rộng, máy vi tính có thể tạo ra không gian cho các TN ảo, TN
mô phỏng, lưu trữ và trình chiếu các đoạn phim TN, hỗ trợ TN thực. Trong đó,
đáng chú ý là những nghiên cứu về TN ghép nối với máy vi tính là một xu hướng
tương đối mới mẻ và có nhiều tiềm năng phát triển. Song trên thực tế, việc khai thác
khả năng hỗ trợ TN của máy vi tính còn mang tính chất đơn lẻ và chưa có sự phối
hợp cao, sử dụng TN ghép nối máy vi tính trong dạy học chưa phổ biến. Vì vậy,
nghiên cứu khai thác và sử dụng TN với sự hỗ trợ của máy vi tính vào quá trình dạy
học sao cho hợp lí và khoa học là vấn đề mang ý nghĩa thực tiễn cao.
Phần Từ trường thuộc chương trình vật lí trung học phổ thông (THPT) có
nhiều hiện tượng hấp dẫn nhưng kiến thức khá trừu tượng đối với học sinh (HS)
phổ thông. Do đó, tổ chức hoạt động nhận thức cho HS khi dạy học phần này gặp
phải một số khó khăn. Sử dụng TN với sự hỗ trợ của máy vi tính khi dạy học phần
này có thể giải quyết những khó khăn đó và mang lại hiệu quả sư phạm cao.
Với những lí do nêu trên chúng tôi chọn đề tài "Khai thác và sử dụng thí
nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học
sinh khi dạy học phần Từ trường".
2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng CNTT trong dạy học nói chung và máy vi tính trong
hỗ trợ TN vật lí nói riêng những năm gần đây phát triển rất mạnh. Các tác giả trong
nước như Phạm Xuân Quế, Lê Công Triêm, Nguyễn Quang Lạc, Phan Gia Anh Vũ,
thuyết xử lí thông tin và thuyết kiến tạo. Đồng thời, tác giả đã xây dựng và khai thác
các tài liệu số hóa bao gồm các hình ảnh, đoạn phim, bài tập và các sơ đồ tư duy,
trong đó tập trung xây dựng các sơ đồ tư duy nhằm củng cố kiến thức. Tuy nhiên,
trong đề tài này, tác giả chưa nghiên cứu sâu về các thí nghiệm có sự hỗ trợ của
máy vi tính.
Như vậy, đã có nhiều tác giả nghiên cứu ứng dụng máy vi tính trong dạy học
vật lí. Ngoài ra, vấn đề dạy học phần Từ trường trong chương trình Vật lí THPT
cũng được nhiều tác giả quan tâm. Tác giả Mai Khắc Dũng đã tiến hành đề tài
“Nghiên cứu thiết kế, khai thác và sử dụng thí nghiệm tự tạo nhằm tích cực hóa hoạt
động nhận thức của học sinh khi dạy học phần Từ trường, Vật lí 11 THPT”. Trong
đề tài này, tác giả đã tập trung thiết kế, khai thác và sử dụng các thí nghiệm tự tạo
trong chương Từ trường.
Trong khi đó, tác giả Nguyễn Thị Phương Dung lại quan tâm đến vấn đề vận
dụng các phương pháp dạy học tích cực trong dạy học phần Từ trường và Cảm ứng
điện từ. Vì vậy, tác giả đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu, vận dụng các phương pháp
dạy học theo hướng tích cực hóa hoạt động học tập của học sinh trong chương Từ
trường và cảm ứng điện từ lớp 11”.
Như vậy, mặc dù đã có nhiều đề tài nghiên cứu sử dụng máy vi tính trong
dạy học vật lí cũng như nghiên cứu quá trình tổ chức dạy học phần Từ trường, tuy
nhiên chưa thấy tác giả nào nghiên cứu khai thác và sử dụng TN với sự hỗ trợ của
máy vi tính trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS khi dạy học phần Từ trường.
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Những mục tiêu chúng tôi hướng tới khi nghiên cứu đề tài là:
- Cơ sở lí luận của tổ chức hoạt động nhận thức cho HS với sự hỗ trợ của
máy vi tính trong TN;
- Các TN với sự hỗ trợ của máy vi tính trong phần Từ trường;
- Tiến trình dạy dạy học một số kiến thức phần Từ trường có sử dụng TN với
sự hỗ trợ của máy vi tính.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài
8. Giả thuyết khoa học
Các TN với sự hỗ trợ của máy vi tính khá phong phú, đa dạng, tuy nhiên việc
khai thác và sử dụng chúng trong dạy học vật lí ở trường phổ thông chưa thực sự
hiệu quả. Vì vậy, nếu khai thác, sử dụng TN với sự hỗ trợ của máy vi tính một cách
khoa học và có ý đồ sư phạm tốt thì sẽ kích thích hứng thú học tập của HS và nâng
cao chất lượng dạy học phần Từ trường.
9. Cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm các phần sau:
Mở đầu
Nội dung
Chương 1. Cơ sở lí luận về tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh với sự
hỗ trợ của máy vi tính trong thí nghiệm
Chương 2. Khai thác và sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính
trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
NỘI DUNG
Chương 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CHO
HỌC SINH VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH TRONG THÍ NGHIỆM
1.1. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí
1.1.1. Hoạt động nhận thức
Theo Đại từ điển tiếng Việt của Nguyễn Như Ý, nhận thức là quá trình hoặc
kết quả phản ánh và tái hiện hiện thực vào trong tư duy [19]. Theo Từ điển Từ và
ngữ Việt Nam của GS Nguyễn Lân, nhận thức là sự hiểu biết được [13].
Nhận thức là một trong ba mặt cơ bản của đời sống tâm lí con người (nhận
thức, tình cảm và hành động). Nhận thức là một quá trình. Ở con người quá trình
không thể diễn ra được. Việc phân chia hoạt động nhận thức thành nhận thức cảm
tính và lí tính như ở trên là nhằm làm rõ con đường nhận thức nói chung, trong quá
trình nhận thức hai giai đoạn trên có thể diễn ra xen kẽ và thống nhất với nhau.
V.I.Lênin đã vạch rõ quy luật chung nhất của hoạt động nhận thức là: “Từ
trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu trượng đến thực tiễn đó
là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lí, của sự nhận thức hiện thực
khách quan” [8].
Nhận thức có liên quan rất chặt chẽ với sự học. Về bản chất, sự học là một
quá trình nhận thức. Học tập là một loại hoạt động nhận thức đặc biệt của con
người. Trong thực tế, sự học và nhận thức không tách rời nhau mà gắn bó chặt chẽ
với nhau, đan xen vào nhau và bổ sung hoàn thiện cho nhau. Sự học và nhận thức
vừa là cơ sở, vừa là điều kiện, phương tiện hình thành và phát triển của nhau [27].
Khi HS bắt đầu nghiên cứu một môn học, các em đã tích lũy được một số
biểu tượng ban đầu do quan sát thực tiễn hoặc do trao đổi, học tập mà có. Nhưng
những biểu tượng này không đồng đều giữa các em, mức độ chính xác và sâu sắc
giữa các em cũng không giống nhau. Vì vậy, để HS hiểu bài một cách chính xác và
sâu sắc thì cần phải xây dựng các khái niệm, các thuyết từ sự quan sát trực tiếp các
hiện tượng. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng dễ dàng quan sát các hiện tượng
thực tiễn. Do đó, trong dạy học nói chung và dạy học vật lí nói riêng, thầy giáo phải
sử dụng các phương tiện trực quan, đặc biệt là các TN vật lí [25].
Tóm lại, nhận thức là hoạt động phản ánh thế giới khách quan của con người.
Kết quả của hoạt động nhận thức là con người có được các hình ảnh, biểu tượng,
khái niệm về thế giới khách quan. Học tập, xét trên góc độ tâm lí, là một quá trình
nhận thức, cốt lõi của hoạt động học tập chính là hoạt động nhận thức của HS. Vì
vậy, trong dạy học, cần phải tổ chức hoạt động nhận thức cho HS. Để bồi dưỡng
năng lực giải quyết vấn đề và tư duy khoa học, GV nên tổ chức hoạt động nhận thức
thức theo chiến lược giải quyết vấn đề.
1.1.2. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí theo chiến
lược giải quyết vấn đề
người học nghiên cứu tự lực, tích cực để tìm ra các chân lí khoa học đã quy định
trong chương trình học. Về bản chất, có thể nói đó là quá trình nghiên cứu khoa học
“thu nhỏ” trong khuôn khổ của sự dạy học [7].
Theo tác giả Phạm Hữu Tòng, dạy học giải quyết vấn đề là một chiến lược
dạy học trong đó GV tổ chức định hướng hành động tìm tòi sáng tạo giải quyết vấn
đề và tư duy khoa học của HS. Tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề được mô tả
như sau: đề xuất vấn đề - suy đoán giải pháp - khảo sát lí thuyết và (hoặc) thực
nghiệm - kiểm tra, vận dụng kết quả [21].
Nói tóm lại, trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS, chúng ta có thể dùng
nhiều phương pháp dạy học khác nhau, tuy nhiên do mỗi phương pháp có những ưu
điểm riêng và phạm vi vận dụng của mỗi phương pháp là hạn chế, vì vậy cần phối
hợp các phương pháp. “Chiến lược dạy học giải quyết vấn đề có thể xâm nhập vào
hầu hết các phương pháp dạy học và làm cho tính chất của chúng trở nên tích cực
hơn” [28]. Mặt khác, “tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học vật lí thực
chất và chủ yếu là việc tổ chức, định hướng của GV để HS tích cực, tự chủ giải
quyết bài toán nhận thức trong quá trình học tập” [19]. Do đó, để tổ chức hoạt động
nhận thức cho HS một cách có hiệu quả theo định hướng phát triển hoạt động học
tích cực và tư duy khoa học thì GV nên vận dụng chiến lược dạy học giải quyết vấn
đề. Khi đó HS sẽ được tạo điều kiện thuận lợi để phát huy sự tự chủ hành động xây
dựng kiến thức. Tham gia vào quá trình giải quyết vấn đề, hoạt động của HS đã
được định hướng phỏng theo tiến trình xây dựng kiến thức trong nghiên cứu khoa
học. Nhờ vậy kiến thức của HS được xây dựng một cách hệ thống và vững chắc,
năng lực sáng tạo của HS từng bước được phát triển.
!"#
$%&"'()*+"% ,-./"012 ,3
4-5% 67 08
9 .%:;<:=
>?@ABC<
Vật lí học là một khoa học thực nghiệm, tuy nhiên trong tự nhiên và kĩ thuật,
rất ít các hiện tượng, quá trình vật lí xảy ra dưới dạng thuần khiết nên muốn nhận
thức được đối tượng vật lí, chúng ta phải tác động vào đối tượng, hiện thực khách
quan một cách có chủ định và hệ thống. Đó chính là quá trình làm TN vật lí. Chính
nhờ TN, ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, quá trình trong những điều kiện có thể
khống chế được, thay đổi được, có thể quan sát và đo đạc đơn giản hơn, dễ dàng.
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 [19]. Trong các phương
pháp nhận thức vật lí, ở giai đoạn này hay giai đoạn khác, dù trực tiếp hay gián tiếp
đều cần các cứ liệu mà TN mang lại để có thể nhận thức được các hiện tượng, quá
trình vật lí. Chính vì vậy, trong nhận thức khoa học vật lí nói chung và tổ chức hoạt
động nhận thức vật lí cho HS nói riêng, TN đóng một vai trò hết sức quan trọng, là
phương tiện của việc thu nhận tri thức.
Trong dạy học vật lí, nhất là ở các lớp dưới và ở giai đoạn đầu của quá trình
nhận thức một hiện tượng, một quá trình vật lí nào đó, khi HS còn chưa có hoặc có
hiểu biết ít ỏi về hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu thì TN được sử dụng để
cung cấp cho HS những dữ liệu cảm tính (các biểu tượng, số liệu đo đạc) về hiện
tượng, quá trình vật lí này [19].
Trong chiến lược dạy học giải quyết vấn đề, việc xây dựng bài toán nhận thức
đóng vai trò trung tâm, chủ đạo. Để xây dựng được bài toán nhận thức này, trước hết
và chủ yếu, GV phải tìm cách tạo ra tình huống có vấn đề và đưa được HS vào tình
huống có vấn đề. Sử dụng TN là một trong những biện pháp hữu hiệu để tạo tình
huống có vấn đề. Qua quan sát TN, HS thấy rằng không thể dùng kiến thức cũ để giải
thích hiện tượng xảy ra trong TN, thậm chí hiện tượng xảy ra trái với dự đoán ban
đầu của đại đa số các em. Từ đó làm nảy sinh ở HS nhu cầu đi tìm câu trả lời cho vấn
đề đặt ra. Thông qua việc giải quyết bài toán nhận thức này dưới sự tổ chức, hướng
dẫn, chỉ đạo của GV, HS sẽ thu nhận được kiến thức mới.
Ngoài ra, trong quá trình giải quyết vấn đề, có thể bằng con đường suy luận lí
thuyết hoặc làm TN và tiến hành quan sát, xử lí các số liệu thu thập được để đưa ra
một số kiến thức khó có thể xây dựng bằng con đường lí thuyết cũng như thực
nghiệm. Trong những trường hợp này, GV phải đưa ra những kết luận khái quát hóa
do các nhà khoa học đã tìm ra và thông báo cho HS. Tuy nhiên, để giảm tính áp đặt,
GV có thể tiến hành TN để minh họa kiến thức đã đưa ra trong một trường hợp cụ thể
đơn giản [19].
Ví dụ, khi dạy bài định luật I Niu-tơn, về mặt nguyên tắc, chúng ta không thể
làm được các TN đủ tư cách để từ đó rút ra nội dung định luật mà buộc HS thừa nhận
như một nguyên lí sau khi dùng phương pháp TN lí tưởng và suy luận tương tự từ TN
máng nghiêng của Galilê [22]. Sau đó, GV dùng TN xe trượt trên đệm không khí có
ghép nối với máy vi tính để kiểm nghiệm, minh họa nội dung định luật.
Ở ví dụ khác, khi dạy nội dung định luật về hiện tượng điện phân của
Farađây, trong điều kiện lớp học, GV khó có thể dựa vào TN để thiết lập công thức
định lượng của định luật Farađây. GV có thể tiến hành TN minh họa một cách định
tính cho HS thấy được khi điện phân dung dịch đồng sunfat (CuSO
4
) thì các iôn đồng
đến bám vào điện cực dương của bình điện phân tăng theo thời gian [19].
Như vậy, trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS khi dạy học vật lí, trong
điều kiện có thể, các kiến thức thu nhận được, đặc biệt là bằng con đường suy luận lí
thuyết, phải được làm TN kiểm tra.
1.2.3. Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức vào thực tiễn
Trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học vật lí, việc vận dụng
tri thức là khâu cuối cùng. Nếu cuối mỗi hoạt động nhận thức, HS giải quyết được
các bài tập, giải thích được các hiện tượng hay dự đoán được kết quả các TN có liên
quan đến kiến thức vừa học thì chứng tỏ HS đã nắm được kiến thức. Theo bảng các
mức độ nhận thức của Bloom, mức độ vận dụng là một mức độ cao của việc lĩnh hội
kiến thức.
Khi vận dụng tri thức, GV có thể cho HS giải quyết các bài tập tương tự, giải
thích các hiện tượng liên quan hay dự đoán kết quả các TN trong đó đòi hỏi HS phải
gặp khó khăn trong các giai đoạn như: đề xuất mô hình-giả thuyết trừu tượng, xây
dựng phương án thực nghiệm và tiến hành thực nghiệm để kiểm tra hệ quả [15].
Để có cơ sở đề xuất mô hình - giả thuyết trừu tượng, vấn đề hết sức quan
trọng là làm thế nào có thể thu thập được các thông tin liên quan đến đối tượng cần
nghiên cứu (với tư cách là các sự kiện xuất phát), để tạo điều kiện cho tư duy trực
giác, đưa ra mô hình - giả thuyết trừu tượng. Trong dạy học vật lí, tuỳ theo các đối
tượng nghiên cứu cụ thể mà các phương tiện dạy học truyền thống có thể hoặc
không thể hỗ trợ cho việc thu thập các thông tin này. Ví dụ như khi nghiên cứu về
hệ thức giữa thể tích và áp suất của chất khí khi nhiệt độ không đổi, thì với việc sử
dụng nhiều bộ TN khác nhau đều có thể thu được các số liệu về sự biến đổi thể tích
và sự biến đổi về áp suất tương ứng của khối khí đang xét. Nghiên cứu bảng số liệu
này, có thể đề xuất dự đoán về mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của lượng khí.
Tuy nhiên, đối với nhiều đối tượng nghiên cứu khác, ví dụ như: va chạm của các vật
trong hệ kín khi nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng, hay chuyển động rơi có
sức cản của không khí, chuyển động của các hành tinh trong hệ Mặt trời…thì hiện
nay, việc thu thập các số liệu thực nghiệm nhờ các thiết bị TN truyền thống hoặc rất
khó, mất rất nhiều thời gian (với TN va chạm) hoặc không thể thực hiện được (với
TN về chuyển động rơi có sức cản không khí) [15].
Ngoài khó khăn trên, trong công việc kiểm tra tính đúng đắn của các mô hình
- giả thuyết trừu tượng cũng thường gặp khó khăn nếu chỉ dựa vào các TN và
phương tiện dạy học truyền thống. Bởi vì việc kiểm tra xem dự đoán nào đúng, dự
đoán nào sai sẽ phải thực hiện nhiều TN và tiến hành quá nhiều phép tính toán.
Điều đó dường như là không thể tiến hành trong khuôn khổ thời gian qui định của
tiết học.
Những phân tích trên cho thấy, trong nhiều trường hợp, nếu chỉ sử dụng các
phương tiện dạy học truyền thống thì việc yêu cầu cao tính tích cực, tự lực của HS
tham gia vào việc giải quyết các vấn đề học tập sẽ bị hạn chế, do đó, việc áp dụng
các phương pháp dạy học nhằm tích cực hoá người học cũng hạn chế. Ngoài ra,
trong nhiều trường hợp, với phương tiện dạy học truyền thống, không thể quan sát,
thu thập được thông tin về đối tượng cần nghiên cứu, (ví dụ như vật rơi có sức cản
muốn mà các phương tiện khác trước đây không thể làm được [24].
Như vậy, đối với các TN cần khảo sát định lượng, máy vi tính có thể hỗ trợ
trong giai đoạn thu thập, lưu trữ số liệu; tính toán xử lí số liệu; biểu diễn, hiển thị kết
quả của TN một cách nhanh chóng, trực quan, khoa học. Còn đối với các TN định
tính, máy vi tính có thể hỗ trợ nhằm trực quan hóa hoặc mô phỏng lại hiện tượng xảy
ra trong TN.
Trong dạy học vật lí, máy vi tính không chỉ hỗ trợ TN một cách thuần túy như
trên mà còn được sử dụng phối hợp với bài giảng điện tử và các phương tiện dạy học
hiện đại khác. Do đó, máy vi tính vừa hỗ trợ TN vừa hỗ trợ cho chính GV và HS
trong quá trình hoạt động nhận thức.
Tùy thuộc vào mục tiêu, nội dung dạy học cụ thể, phương pháp và hình thức
tổ chức dạy học của GV mà máy vi tính có thể được sử dụng để hỗ trợ TN vật lí theo
3 hình thức sau đây:
- Sử dụng máy vi tính hỗ trợ các TN thực trong việc tiến hành TN và tổ chức
hoạt động nhận thức;
- Sử dụng TN ảo và mô phỏng;
- Sử dụng máy vi tính trong trực quan hóa các TN truyền thống, khó quan sát [9].
Sau đây, chúng tôi sẽ tìm hiểu cụ thể hơn các loại TN với sự hỗ trợ của máy vi
tính và khả năng sử dụng nó trong dạy học vật lí ở trường phổ thông.
1.3.3. Các loại thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính
1.3.3.1. Thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo
TN mô phỏng và TN ảo là những thuật ngữ mới được đưa vào dạy học trong
những năm gần đây. Trên thực tế tồn tại những cách hiểu khác nhau về các khái
niệm này. Để hiểu đúng đặc điểm, chức năng và quan trọng hơn là để sử dụng đúng,
khai thác có hiệu quả chức năng của chúng trong tổ chức hoạt động nhận thức cho
HS, trước hết, các khái niệm này cần được làm rõ.
a. Các khái niệm thí nghiệm mô phỏng, thí nghiệm ảo
Theo Đại từ điển Tiếng Việt của Nguyễn Như Ý, mô phỏng là phỏng theo, lấy
làm mẫu để tạo ra cái tương tự [29].
mối quan hệ có tính chất định tính thì kết quả chỉ mang ý nghĩa định tính. Những kết
quả rút ra khi nghiên cứu trên các mô hình thông qua chương trình mô phỏng trên
máy tính là kết quả rút ra trong điều kiện lí tưởng. Các điều kiện này được quy định
khi xây dựng nên mô hình [16].
Từ các quan niệm trên, TN mô phỏng được hiểu là các TN được xây dựng từ
các dụng cụ và đối tượng mô phỏng trên cơ sở các đối tượng thực. Khi tiến hành TN
trên các đối tượng mô phỏng đó sẽ thu được kết quả phù hợp với các quy luật như
trong các TN thực. Do vậy, khi tiến hành các TN này, HS có thể khám phá được
những thuộc tính, hay các mối quan hệ giữa các đối tượng [9].
Hình 1.2. TN mô phỏng đường sức từ.
Theo Đại từ điển Tiếng Việt của Nguyễn Như Ý, ảo là giống như thật nhưng
không phải là thật [29]
Hình 1.3. TN ảo nghiên cứu cặp nhiệt điện [26]
TN ảo là một loại sản phẩm đa phương tiện (multimedia), một loại phần mềm
dạy học mô phỏng TN về hiện tượng, quá trình vật lí, hóa học, sinh học…nào đó xảy
ra trong tự nhiên, trong phòng TN, được tạo ra bởi sự tích hợp các dữ liệu dạng số
trên máy vi tính, có khả năng tương tác với người sử dùng và có giao diện thân thiện
với người dùng [24].
Cũng như TN mô phỏng, TN ảo phải được hiểu đó là các dụng cụ TN ảo, các
đối tượng ảo như thực được tạo ra trong môi trường ảo của máy vi tính. Khi tiến
hành làm TN trên các đối tượng ảo đó sẽ thu được kết quả như trong các TN thực.
Nói ngắn gọn, TN ảo là TN vật lí tồn tại thực trong môi trường ảo do máy vi tính
tạo ra” [9], [24].
Về phương diện nào đó, có thể đồng nhất hai khái niệm TN mô phỏng với TN
ảo là một, bởi chúng đều là sản phẩm của các phần mềm trên máy vi tính và cùng
chung mục đích là mô phỏng các TN thực xảy ra trong thế giới tự nhiên. Suy cho
cùng, các đối tượng hay hệ thống đối tượng đó đều mô phỏng các đối tượng thực
trong thế giới tự nhiên. Tuy nhiên, hình thức mô phỏng hoàn toàn khác nhau. Các đối
lí mới [16].
TN mô phỏng định tính trong dạy học vật lí chỉ nhằm mục đích minh họa các
hiện tượng, quá trình, trạng thái vật lí…của đối tượng nghiên cứu không thể quan sát
hay khó tưởng tượng một cách trực quan, qua đó giúp HS hình dung đúng hiện
tượng, quá trình, mối liên hệ vật lí…cần nghiên cứu [16].
Trong dạy học vật lí, sử dụng TN ảo và mô phỏng với những mục đích rõ ràng
như trên sẽ khai thác được khả năng và phát huy được những ưu thế của các TN này.
Trước hết, TN ảo và TN mô phỏng giúp GV và HS tiến hành các TN một cách
chủ động và rất tiện lợi trong quá trình tự học của HS vì không phải vào phòng TN.
Các TN đó có thể thực hiện ngay trên lớp học, trong giờ học ngoại khóa hoặc thư
viện, ở nhà…[9], [24].
Để thực hiện TN, GV và HS không phải mất nhiều thời gian chuẩn bị như khi
thực hiện các TN thực ở phòng TN. Tất cả các TN đều bảo đảm thành công ngay.
Tính thân thiện của các TN ảo và mô phỏng được tiết kế ngày càng phù hợp với
người sử dụng [9], [24].
Việc sử dụng TN ảo và mô phỏng tỏ ra rất có hiệu quả trong các điều kiện
thiếu trang thiết bị TN; các thiết bị TN đắt tiền, dễ hỏng, các thiết bị nguy hiểm như
cháy, nổ, điện áp cao, phóng xạ…; các TN mà thời gian quán sát quá dài hoặc quá
ngắn; các TN mà rất khó thực hiện thành công…[9], [24].
Copyright: Tài liệu đại học ©