ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM VĂN BÌNH
XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO
HỖ TRỢ RÈN LUYỆN KỸ NĂNG THÍ NGHIỆM
TRONG DẠY HỌC BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH
PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11
LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ
HÀ NỘI – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
đỡ tác giả hoàn thành luận văn này.
Gia đình và toàn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm, động
viên, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Tác giả
ii
DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
CNTT Công nghệ thông tin
CSVC Cơ sở vật chất
DH Dạy học
DHVL Dạy học vật lí
ĐHQGHN Đại học Quốc gia Hà Nội
GD&ĐT Giáo dục và Đào tạo
HS Học sinh
KHKT Khoa học - kỹ thuật
MTĐT Máy tính điện tử
PTDH Phương tiện dạy học
SGK Sách giáo khoa
SP Sư phạm
TH Thực hành
THPT Trung học phổ thông
TLGK Tài liệu giáo khoa
TN Thí nghiệm
TNSP Thực nghiệm sư phạm
TNVL Thí nghiệm vật lí
TNVLPT Thí nghiệm vật lí phổ thông
VL Vật lí
THPT 20
1.2.3. Các cấp độ phát triển kĩ năng thí nghiệm của học sinh 25
iv
1.2.4. Các giai đoạn phát triển kĩ năng 28
1.3. Vai trò của thí nghiệm thực hành trong rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học
sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT 29
1.3.1. Thí nghiệm thực hành Vật lí 29
1.3.2. Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí ở
trường THPT 31
1.4. Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lí 35
1.4.1. Khái niệm phần mềm dạy học 35
1.4.2. Những yêu cầu chung đối với phần mềm dạy học 36
1.4.3. Phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí 39
1.5. Thực trạng của việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học
vật lí ở trường THPT 43
1.5.1. Mục đích tìm hiểu 43
1.5.2. Nội dung tìm hiểu 43
1.5.3. Phương pháp tìm hiểu 43
1.5.4. Kết quả tìm hiểu 44
1.6. Kết luận chương 1 47
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ẢO
HỖ TRỢ THỰC HÀNH VẬT LÍ PHẦN QUANG HÌNH HỌC
VẬT LÍ 11 CƠ BẢN THPT 48
2.1. Phân tích nội dung, mục tiêu dạy học bài thí nghiệm thực hành phần Quang
hình học 48
2.1.1. Vị trí của bài thực hành trong phần Quang hình học 48
2.1.2. Mục tiêu bài thí nghiệm thực hành phần Quang hình học 49
2.1.3. Nội dung bài TH “Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì” 50
2.1.4. Những khó khăn khi làm thực hành phần Quang hình học 57
3.3.2. Phân tích kết quả định lượng 92
3.4. Hiệu quả của biện pháp đề tài đã đề xuất 96
3.5. Kết luận chương 3 97
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO 101
PHỤ LỤC 1. CÁC CÂU HỎI KIỂM TRA SỬ DỤNG TRONG PHẦN MỀM 103
PHỤ LỤC 2. PHIẾU CHUẨN BỊ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM 105
PHỤC LỤC 3. BẢNG TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ KĨ NĂNG THÍ NGHIỆM 110
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc trưng của phòng thí nghiệm Tái tạo và phòng TN tìm tòi. 19
Bảng 1.2. Bảng các kĩ năng thí nghiệm cơ bản cần rèn luyện cho học sinh THPT
trong dạy học vật lí . 21
Bảng 1.3. Các cấp độ mục tiêu nhận thức 25
Bảng 1.4. Các cấp độ mục tiêu kĩ năng tâm vận. 26
Bảng 1.5. Thang đánh giá sự thực hiện (PRS). 27
Bảng 1.6. Các cấp độ mục tiêu kĩ năng thí nghiệm của học sinh trong dạy học vật lí
ở trường phổ thông. 27
Bảng 1.7. Thống kê phiếu khảo sát ở học sinh THPT Lý Tử Tấn. 45
Bảng 2.1. Mục tiêu bài thí nghiệm thực hành phần Quang hình học 49
Bảng 2.2. Bảng số liệu bài thực hành số 1 - phương án 1 55
Bảng 2.3. Bảng số liệu bài thực hành số 1 - phương án 2 57
Bảng 3.1 - Bảng thống kê điểm số 93
Bảng 3.2 - Bảng thống kê số hoc sinh đạt từ điểm xi trở xuống (Bảng tần suất luỹ
tích hội tụ lùi) 93
Bảng 3.3 - Các tham số thống kê 94
vii
trong những tác dụng của thí nghiệm vật lí là tạo ra sự trực quan sinh động
trước mắt học sinh và cũng chính vì thế mà sự cần thiết của thí nghiệm trong
dạy học vật lí còn được quy định bởi tính chất của quá trình nhận thức của
học sinh dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Thông qua thí nghiệm vật lí, có thể
tạo ra những tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối
tượng của hiện thực khách quan, với 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.
Hiện nay, mặc dù các phòng thí nghiệm ở các trường phổ thông đã được
trang bị một cách đầy đủ về số lượng trong các năm gần đây, nhưng vẫn còn
những khó khăn như: nhiều dụng cụ thí nghiệm chưa chính xác, nhân viên
quản lí thí nghiệm thì không chuyên trách về môn học nên việc chuẩn bị thí
nghiệm cho một tiết học trên lớp là rất khó khăn. Đồng thời, khi sử dụng các
thí nghiệm dạy học trên lớp còn gặp trở ngại cho cả thầy và học trò vì mỗi tiết
học ở trường phổ thông chỉ diễn ra trong thời gian 45 phút, một thời gian rất
ngắn đối với bài thực hành Vật lí. Trong mỗi bài thực hành Vật lí, việc giới
thiệu và lắp ráp thiết bị mất nhiều thời gian, thời gian thực tế để tiến hành thí
nghiệm rất ít. Như vậy giáo viên phải mất rất nhiều thời gian cho việc chuẩn
bị trước một giờ lên lớp. Hơn nữa số tiết dạy liền nhau ở các lớp khác nhau và
điều này chỉ có thể thực hiện được bằng cách: một là, học sinh phải đi đến
phòng chức năng thí nghiệm riêng biệt; hai là, các thầy cô phải di chuyển hệ
2
thống dụng cụ thí nghiệm tới các lớp học của học sinh. Cả hai phương án này
đều gây ra rất nhiều khó khăn vì không phải trường phổ thông nào cũng có đủ
các phòng chức năng riêng cho các bộ môn hay phòng chức năng đủ điều kiện
làm thí nghiệm. Thiết bị thí nghiệm có thể bị hỏng hóc do vận chuyển, chất
lượng dạy và học bị hạn chế. Nhiều khi có đủ điều kiện tiến hành thí nghiệm,
có phòng chức năng nhưng việc đăng ký giờ dạy vẫn không thực hiện được vì
đồng loạt nhiều lớp đăng ký, nhiều bộ môn đăng ký nên khi đến lượt làm thí
2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo, các công cụ, thiết kế tiến
trình dạy học Vật lí nhằm rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy
học bài thí nghiệm thực hành phần Quang hình học - Vật lí 11 chương trình
cơ bản.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lí luận về vai trò của thí nghiệm Vật lí trong việc tổ
chức hoạt động nhận thức của học sinh ở các trường THPT.
- Nghiên cứu cơ sở lí luận, yêu cầu đối với thí nghiệm ảo.
- Ứng dụng công nghệ thông tin để xây dựng bài thí nghiệm thực hành
Vật lí ảo trong phần Quang hình học (Vật lí 11 Cơ bản THPT) đáp ứng các
yêu cầu cơ bản của thí nghiệm thực hành vật lí hiện nay (đòi hỏi nâng cao tính
tích cực, tự lực của học sinh trong khi chuẩn bị, tiến hành và sử dụng các thí
nghiệm vật lí phổ thông).
- Nghiên cứu việc sử dụng hiệu quả các thí nghiệm vật lí ảo đã xây dựng
được trong quá trình dạy bài thực hành phần Quang hình học.
- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các
bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo và các tiến trình dạy học đã xây dựng.
4
4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
- Khách thể nghiên cứu:
Quá trình dạy và học thực hành thí nghiệm của giáo viên và học sinh
lớp 11 trường THPT Lý Tử Tấn, huyện Thường Tín, thành phố Hà Nội.
- Đối tượng nghiên cứu:
Kĩ năng thí nghiệm của học sinh trong học tập Vật lí ở trường trung học
phổ thông.
5. Vấn đề nghiên cứu
Đề tài tập trung vào nghiên cứu hai vấn đề cơ bản sau:
- Ứng dụng công nghệ thông tin để xây dựng bài thí nghiệm thực hành
+ Nghiên cứu thực tiễn việc dạy và học thí nghiệm thực hành trong phần
Quang hình học.
+ Tham khảo các ý kiến của các chuyên gia giáo dục, chuyên gia tin học
về xây dựng và sử dụng thí nghiệm thực hành Vật lí ảo.
- Phương pháp thực nghiệm sư phạm:
Tiến hành dạy song song lớp thực nghiệm và lớp đối chứng. Một lớp sử
dụng các thiết bị thí nghiệm thật của phòng thí nghiệm và một lớp sử dụng bài
thí nghiệm thực hành vật lí ảo kết hợp với thiết bị thí nghiệm thật.
- Phương pháp thống kê toán học: nhằm phân tích, đánh giá kết quả
thực nghiệm sư phạm.
10. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn
dự kiến được trình bày trong 3 chương:
6
Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài.
Chương 2: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành
Vật lí phần Quang hình học – Vật lí 11 Cơ bản THPT.
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm.
7
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Thí nghiệm Vật lí và vai trò trong dạy học ở trường phổ thông
1.1.1. Thí nghiệm Vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí
Thí nghiệm Vật lí (TNVL) là sự tác động có chủ định, có hệ thống của
con người vào các 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 [7, tr. 76]
hiện có hiệu quả mục đích này của hoạt động dạy và hoạt động học, người
giáo viên nhất thiết phải nghiên cứu các hoạt động theo một trình tự logic của
kiến thức phù hợp với tư duy nhận thức, hành động của học sinh. Hơn nữa
giáo viên phải chú ý tới từng đối tượng học sinh nói riêng để định ra những
hành động phù hợp, đặc biệt là hành động để tạo ra những điều kiện thuận lợi
giúp cho học sinh có thể thực hiện tốt các hành động học tập.
Dạy học Vật lí (DHVL) ở phổ thông phải đảm bảo thực hiện tốt những
nhiệm vụ cơ bản sau:
- Hình thành cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản (về khoa học và về
phương pháp nghiên cứu khoa học Vật lí), vững chắc ở mức độ hiện đại.
- Phát triển tư duy và năng lực sáng tạo của học sinh.
- Hình thành thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh.
- Góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp và bảo vệ môi trường.
Các nhiệm vụ trên có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, được tiến hành
trong quá trình DHVL. Trên cơ sở hệ thống kiến thức Vật lí, đặc điểm của
học sinh và nhiệm vụ của nhà trường THPT, giáo viên cần lựa chọn những
9
hình thức tổ chức và phương pháp dạy học phù hợp để thực hiện các nhiệm vụ
đó một cách tối ưu.
1.1.2.2. Vai trò thí nghiệm theo quan điểm lí luận nhận thức
Kế thừa những thành tựu của rất nhiều nhà khoa học trên con đường đi
tìm chân lí, V.I. Lênin đã khái quát hoá và đưa ra con đường nhận thức khoa
học như sau: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, rồi từ tư duy
trừu tượng trở về thực tiễn, đó là con đường biện chứng của sự nhận thức
chân lí, của sự nhận thức hiện thực khách quan”. Như vậy thực nghiệm luôn
là cơ sở để bắt đầu quá trình nhận thức và đồng thời cũng nhờ thực nghiệm
mà quá trình nhận thức mới đi đến cái đích là thực tiễn khách quan.
Đối với khoa học Vật lí, con đường nhận thức đó đã được nhiều nhà Vật
lí nổi tiếng như A.Einstein, M.Planck, phát biểu, tuy bằng nhiều cách khác
Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo Razumôpxki.
Trong hoạt động nhận thức Vật lí thường diễn ra những hành động phổ
biến sau:
- Quan sát, phân tích một hiện tượng phức tạp ra thành những hiện tượng
đơn giản, xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng và tìm ra những dấu
hiệu đặc trưng, bản chất của sự vật, hiện tượng.
- Tìm ra các tính chất chung; mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các
sự vật, hiện tượng.
- Mô hình hoá những sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những
khái niệm, những mô hình lí tưởng để sử dụng chúng làm công cụ tư duy.
- Đo các đại lượng Vật lí, tìm mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng
Mô hình gi
ả định
trừu tượng
Các hệ quả lôgíc Thí nghiệm
kiểm tra
Những sự kiện
khởi đầu
11
Vật lí, biểu diễn bằng công cụ toán học.
- Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế
hiện thực khách quan và thông qua quá trình thiết lập đối tượng nghiên cứu
một cách chủ quan: thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lí
kết quả quan sát, đo đạc được từ thí nghiệm để từ đó thu nhận những kiến
thức đầu tiên về đối tượng cần nghiên cứu.
+ Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức mà
học sinh đã thu được.
Trong nhiều trường hợp, kết quả thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của
tri thức học sinh đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại
phải kiểm tra nó ở các thí nghiệm khác. Nhờ vậy, học sinh 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.
+ Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức học sinh đã thu
được vào thực tiễn
.
Trong việc vận dụng các tri thức lí thuyết vào việc thiết kế, vận dụng,
học sinh 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 hoặc các lí do khách
quan khác. Khi đó thí nghiệm được sử dụng như một phương tiện tạo cơ sở
cho việc vận dụng các tri thức đã thu được vào thực tiễn.
+ Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật lí.
Thí nghiệm đặc biệt đóng vai trò quan trọng ở các phương pháp nhận
thức phổ biến trong nghiên cứu Vật lí (phương pháp thực nghiệm và phương
pháp mô hình), cụ thể như sau:
- Phương pháp thực nghiệm (gồm 4 giai đoạn):
1-Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời.
2-Đề xuất giả thuyết.
3-Từ giả thuyết, dùng suy luận lôgíc để rút ra hệ quả có thể kiểm tra
13
Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, thí nghiệm cung cấp một
cách có hệ thống các cứ liệu thực nghiệm, để từ đó khái quát hoá quy nạp,
kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả lôgic rút ra từ giả
thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới.
Thí nghiệm có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng
cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hoá và vận dụng) kiến thức, kỹ năng
của học sinh. Những thí nghiệm loại này được tiến hành ngay ở mỗi bài học
nghiên cứu tài liệu mới, trong các bài học dành cho việc luyện tập, các tiết ôn
tập và các giờ thí nghiệm thực hành sau mỗi chương, trong các giờ ngoại khoá
ở lớp, ở nhà.
Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng
của học sinh. Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh trong
quá trình thí nghiệm (thiết kế phương án thí nghiệm, dự đoán hoặc giải thích
hiện tượng thí nghiệm, quá trình Vật lí diễn ra trong thí nghiệm, lựa chọn các
dụng cụ thí nghiệm cần thiết, lắp ráp các dụng cụ và bố trí thí nghiệm, tiến
hành thí nghiệm, thu nhận và xử lí kết quả thí nghiệm ), học sinh sẽ chứng tỏ
những kiến thức về hiện tượng Vật lí đang đề cập, kiến thức về phương pháp,
và cả kỹ năng của mình nữa.
Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kỹ năng của học
sinh, giáo viên có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm với nhiều mức độ yêu
cầu khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp. Mức độ tự lực của học sinh trong
quá trình thí nghiệm cũng có thể khác nhau, từ việc tiến hành thí nghiệm theo
bảng hướng dẫn chi tiết cho sẵn đến việc học sinh hoàn toàn tự lực trong tất
cả các giai đoạn của thí nghiệm.
- Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của
học sinh.
- Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn
luyện kỹ năng, kỹ xảo về Vật lí của học sinh. Bởi vì thí nghiệm luôn có mặt
15
nghiên cứu lí thuyết mới nhằm 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, kích
thích tính tò mò, gây hứng thú học tập cho học sinh.
+ Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng, quá trình Vật lí: Là loại thí nghiệm
được dùng để hình thành kiến thức mới, nhằm đưa ra mối quan hệ bản chất
giữa các hiện tượng. Tuỳ theo mục đích nghiên cứu mà người ta có thể phân
thành hai loại: thí nghiệm nghiên cứu khảo sát và thí nghịêm minh hoạ. Thí
nghiệm nghiên cứu khảo sát được tiến hành nhằm đi đến một luận đề khái
quát, một định luật hay một quy tắc trên cơ sở khái quát những kết quả rút ra
từ thực nghiệm tức là theo con đường quy nạp. Thí nghiệm minh hoạ là thí
nghiệm được tiến hành theo con đường diễn dịch, tức là sau khi giáo viên đã
hướng dẫn học sinh đưa ra kết luận, định luật, quy tắc bằng cách suy luận lí
thuyết, sau đó dùng thí nghiệm kiểm chứng lại những nhận định ấy. Thí
nghiệm loại này khi thí nghiệm nghiên cứu khảo sát khó thực hiện do phức
tạp, mất nhiều thời gian, số liệu không đầy đủ, chính xác.
+ Thí nghiệm củng cố: Được thực hiện ở cuối tiết học có thể đào sâu
kiến thức cho học sinh, giúp học sinh nhớ chính xác, chắc chắn bài giảng, rèn
luyện kỹ năng cho học sinh. Đồng thời thông qua đó giáo viên kiểm tra được
mức độ tiếp thu bài giảng của học sinh.
- Thí nghiệm thực tập về Vật lí.
Thí nghiệm thực tập về Vật lí là loại thí nghiệm do chính học sinh thực
hiện ở mức độ độc lập tích cực khác nhau dưới sự hướng dẫn chỉ đạo của giáo
viên. Thí nghiệm thực tập về Vật lí gồm các loại sau:
+ Thí nghiệm trực diện:
Là loại thí nghiệm mà dưới sự hướng dẫn của giáo viên trong quá trình
nghiên cứu tài liệu mới, mỗi học sinh tiến hành những quan điểm ngắn, những
thí nghiệm mà trên cơ sở đó rút ra kết luận hoặc minh hoạ lí thuyết.
+ Thí nghiệm thực hành Vật lí:
Copyright: Tài liệu đại học ©