1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

PHẠM MINH KHOA

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM
CHƯƠNG “TĨNH HỌC”-VẬT LÍ 10 NHẰM PHÁT
TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH

Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí
Mã số: 60 14 01 11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học TS. DƯƠNG XUÂN QUÝ

HÀ NỘI, 2017


2

LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc về sự hướng dẫn tận
tình của TS Dương Xuân Quý trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành
luận văn này
Tác giả xin chân thành cám ơn Ban giám hiệu, phòng sau Đại học, các
thầy cô giáo trong tổ phương pháp giảng dạy cùng các thầy cô giáo trong
Khoa Vật lý trường Đại học sư phạm Hà nôi 2
Tác giả xin chân thành cán ơn Sở GD&ĐT – Vĩnh Phúc. Ban giám hiệu

3

MỞ ĐẦU

10

1. Lí do chọn đề tài

10

2. Mục đích nghiên cứu

11

3. Giả thuyết khoa học

11

4. Đối tương nghiên cứu

11

5. Phạm vi nghiên cứu.

11

6. Nhiệm vụ nghiên cứu

12


1.1.2.2. Biểu hiện của năng lực thực nghiệm

18

1.1.2.3.Ý nghĩa của việc phát triển năng lực thực nghiệm

25

1.2. Bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí theo định hướng năng lực 26
1.2.1. Tác dụng của bài tập thí nghiệm trong việc phát triển năng lực thực
nghiệm

26

1.2.2. Việc xây dựng bài tập thí nghiệm

28

1.2.2.1. Các yêu cầu với bài tập thí nghiệm

29

1.2.2.2. Quy trình xây dựng bài tập thí nghiệm

29


5

1.2.3. Việc sử dụng bài tập thí nghiệm


38

Chương 2. XÂY DỰNG CÁC BÀI TẬP THÍ NGHIỆMCHƯƠNG “
TĨNH HỌC” VẬT LÍ 10

39

2.1. Phân tích nội dung và phương pháp dạy học chương “tĩnh học”

39

2.1.1. Đặc điểm và cấu trúc nội dung của chương

39

2.1.2. Nội dung kiến thức cơ bản và kĩ năng học sinh cần đạt được.

39

2.1.2.1. Nội dung kiến thức:

39

2.1.2.2. Nội dung kiến thức: các kỹ năng cơ bản của học sinh cần rèn luyện: 43
2.2. Nghiên cứu xây dựng các bttn thí nghiệm chương tĩnh học

44

2.2.1. Mục đích, yêu cầu

2.2.3.3. Các BTTN được đưa ra nhằm phát triển NLTN của HS

50

2.3. Sử dụng bttn trong dạy học

54

2.3.1. Tổ chức dạy học

54

2.3.1.1. Dự kiến tổ chức thực hiện

54

2.3.1.2. Gợi ý giải một số bài tập

55

2.3.2. Kế hoạch tổ chức dạy học một số bài tập
2.3.2.1. Dạy học bài tập 5

58
58

2.3.2.2. Dạy học bài tập 6: xác định mô men lực tác dụng lên vật rắn có
trục quay cố định

64


71

3.3.1. Chọn mẫu

71

3.3.2. Phương pháp tiến hành

72

3.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm

72

3.4.1. Tiêu chí đánh giá

72

3.4.2.Kết quả thực nghiệm sư phạm.

73

3.4.3. Sơ bộ đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm.

81

3.4.3.1.Tính khả thi của hệ thống bài tập thí nghiệm.sự phát triển của năng
lực thực nghiệm.
3.4.3.2. Sựphát triển năng lực thực nghiệm


Phụ lục 1

89

Phụ lục 2.

92


8

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Bảng so sánh một số đặc trưng cơ bản của chương trình định hướng
nội dung và chương trình định hướng phát triển năng lực

16

Bảng 1.2: Chỉ số hành vi và tiêu chí chất lượng của thành tố xác định vấn đề
cần nghiên cứu và đưa ra các dự đoán, giả thuyết.

19

Bảng 1.3: Chỉ số hành vi và tiêu chí chất lượng của thành tố thiết kế các
phương án thí nghiệm.

20

Bảng 1.4: Chỉ số hành vi và tiêu chí chất lượng của thành tố tiến hành phương
án thí nghiệm đã thiết kế.


58

Hình 2.20, 2.21, 2.22, 2.23

59

Hình 3.1 Các nhóm thảo luận

74

Hình 3.2 HS tiến hành TN

76

Hình 3.3 HS nhóm 2 tiến hành TN lắp ghép

77

Hình 3.4 HS nhóm 1 TN xác định trọng tâm vật phẳng mỏng

77

Hình 3.5 Dụng cụ khảo sát mô men lực

79

Hình 3.6 HS nhóm 1 tiến hành TN

80

năng lực, phẩm chất; đồng thời phải chuyền cách đánh giá kết quả giáo dục từ
nặng về kiểm tra trí nhớ sang kiểm tra đánh giá năng lực vận dụng kiến thức
giải quyết vấn đề.
Vật lí học là sự phản ánh sinh động, phong phú của thực tiễn khách quan
qua các mô hình. Các khái niệm, định luật vật lí thì rất khái quát bằng những
công thức, mô hình toán học, trong khi biểu hiện của chúng trong tự nhiên thì
lại rất phức tạp. Việc giải các bài tập vật lí nói chung và BTTN sẽ giúp HS
phân tích nhận biết những trường hợp phức tạp đó. Thông qua đó, kiến thức
vật lí được HS hiểu sâu sắc hơn, ghi nhớ dễ dàng và học đi đôi với thực hành.
Đặc biệt việc xây dựng và sử dụng BTTN hợp lí sẽ đóng một vai trò quan
trọng trong việc phát triển các năng lực cho HS như năng lực hợp tác, năng
lực giải quyết vấn đề, năng lực thực nghiệm.
Vai trò to lớn của BTTN đã được thừa nhận, tuy nhiên việc đưa BTTN
vào dạy học phổ thông vẫn còn nhiều bất cập. Do mục đích thi cử, GV chỉ
quan tâm đến việc luyện tập giải thành tạo các bài tập mà chưa chú trọng đến
phát triển năng lực cho HS.
Trong quá trình dạy học và tìm hiểu các tiết thực hành nói chung và các
tiết của chương “Tĩnh học” nói riêng, chúng chúng tôi nhận thấy HS vẫn còn
nhiều lúng túng về các kĩ năng thí nghiệm (đặc biệt khi đưa ra một yêu cầu thí


11

nghiệm khác với nội dung SGK). Việc đưa vào giảng dạy các BTTN cũng đã
có nhưng còn rất ít và chưa khai thác một cách hiệu quả nhằm phát triển các
năng lực cho HS trong đó có năng lực thực nghiệm-một năng lực quan trọng
với môn khoa học thực nghiệm như bộ môn Vật lí.
Thực trạng việc dạy thực hành ở các trường THPT hiện nay còn nhiều
hạn chế, chưa kích thích giáo viên, học sinh tự làm đồ dùng TN, chưa phát
huy được khả năng sáng tạo của người thầy, trò.

trường THPT.
- Soạn thảo tiến trình các bài dạy cụ thể trong chương “Tĩnh học” theo
các biện pháp sử dụng BTTN vật lí để phát huy tính tích cực trong hoạt động
nhận thức của HS.
- Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở các trường THPT để đánh giá kết
quả và rút ra kết luận.
7. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lí thuyết:
- Nghiên cứu cơ sở lí luận tâm lí học, giáo dục học và lí luận dạy học
bộ môn theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS.
- Nghiên cứu các văn kiện của Đảng, chính sách của nhà nước cùng với
các chỉ thị của Bộ Giáo Dục và Đào Tạo về vấn đề đổi mới phương pháp dạy
học hiện nay ở trường phổ thông.
- Nghiên cứu mục tiêu, nội dung và nhiệm vụ dạy học của bộ môn
vật lí ở trường THPT hiện nay.
- Nghiên cứu vai trò của thí nghiệm và BTTN vật lí trong việc phát triển
năng lực thực nghiệm của học sinh
Phương pháp điều tra quan sát
- Thăm dò, trao đổi ý kiến với giáo viên các trường THPT để nắm bắt thực
trạng của việc sử dụng BTTN vật lí trong dạy học hiện nay ở các trường THPT.


13

- Xây dựng các mẫu phiếu điều tra để có cơ sở cho việc cần phải
đổi mới phương pháp dạy học vật lí hiện nay ở các trường THPT, những khó
khăn nhất định trong việc sử dụng BTTN trong dạy học để có những biện
pháp sử dụng BTTN vật lí trong dạy học cho phù hợp.
Phương pháp thực nghiệm
- Thử nghiệm chế tạo các dụng cụ thí nghiệm Tĩnh học ở phòng thí

nhiều từ những năm 90 của thế kỷ 20 và ngày nay đã trở thành xu hướng giáo
dục quốc tế. Giáo dục định hướng phát triển năng lực nhằm mục tiêu phát triển
năng lực người học. Việc dạy học theo định hướng phát triển năng lực về bản
chất chỉ là cần và coi trọng thực hiện mục tiêu dạy học hiện tại ở các mức độ
cao hơn, thông qua việc yêu cầu HS “ vận dụng những kiến thức kĩ năng một
cách tự tin hiệu quả và thích hợp trong hoàn cảnh phức hợp và có biến đổi,
trong học tập cả trong nhà trường và ngoài nhà trường, trong đời sống thực tiễn
“. Việc dạy học thay vì chỉ dừng ở hướng tới mục tiêu dạy học hình thành kiến
thức, kĩ năng và thái độ tích cực ở HS thì còn hướng tới mục tiêu xa hơn đó là
trên cở sở kiến thức, kĩ năng được hình thành, phát triển khả năng thực hiện các
hành động có ý nghĩa với người học.
Giáo dục định hướng năng lực nhằm đảm bảo chất lượng đầu ra của
việc dạy học, thực hiện mục tiêu phát triển toàn diện các phẩm chất nhân
cách, chú trọng năng lực vận dụng tri thức trong những tình huống thực tiễn
nhằm chuẩn bị cho con người năng lực giải quyết các tình huống của cuộc
sống và nghề nghiệp. Chương trình này nhấn mạnh vai trò của người học với
tư cách chủ thể của quá trình nhận thức.


15

Ưu điểm của chương trình giáo dục định hướng phát triển năng lực là
tạo điều kiện quản lý chất lượng theo kết quả đầu ra đã quy định, nhấn mạnh
năng lực vận dụng của HS. Tuy nhiên nếu vận dụng một cách thiên lệch,
không chú ý đầy đủ đến nội dung dạy học thì có thể dẫn đến các lỗ hổng tri
thức cơ bản và tính hệ thống của tri thức. Ngoài ra chất lượng giáo dục không
chỉ thể hiện ở kết quả đầu ra mà còn phụ thuộc quá trình thực hiện.
Trong chương trình dạy học định hướng phát triển năng lực, khái niệm
năng lực được sử dụng như sau:
- Năng lực liên quan đến bình diện mục tiêu của dạy học: mục tiêu dạy


Mục tiêu mô tả không chi tiết và tả chi tiết và có thể quan sát, đánh
giáo dục không nhất thiết phải quan giá được; thể hiện được mức độ tiến
sát, đánh giá được.
Việc lựa chọn nội dung

bộ của HS một cách liên tục.
Lựa chọn những nội dung nhằm

dựa vào các khoa học chuyên đạt được kết quả đầu ra đã quy
Nội dung môn, không gắn với các tình định, gắn với các tình huống thực
giáo dục huống thực tiễn. Nội dung tiễn. Chương trình chỉ quy định
được quy định chi tiết trong những nội dung chính, không quy
chương trình.

định chi tiết.
- GV chủ yếu là người tổ chức,
hỗ trợ HS tự lực và tích cực lĩnh

GV là người truyền thụ tri hội tri thức. Chú trọng sự phát triển
Phương

thức, là trung tâm của quá khả năng giải quyết vấn đề, khả

pháp dạy trình dạy học. HS tiếp thu thụ năng giao tiếp,…;
học

động những tri thức được
quy định sẵn.


đã học.

Tiêu chí đánh giá dựa vào năng
lực đầu ra, có tính đến sự tiến bộ
trong quá trình học tập, chú trọng
khả năng vận dụng trong các tình
huống thực tiễn.

Chương trình dạy học theo định hướng phát triển năng lực đã và đang
được đưa vào quá trình dạy học tại tất cả các cấp học. Điều đó cũng đòi hỏi sự
chuyển mình của toàn xã hội để phát triển toàn diện cho thế hệ trẻ.
1.1.2. Năng lực thực nghiệm trong dạy học vật lí
1.1.2.1. Khái niệm năng lực thực nghiệm
Trong dạy học Vật lí, phương pháp thực nghiệm được Spaki khái quát
như sau: “Xuất phát từ các quan sát và thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng
giả thuyết. Giả thuyết không đơn giản là sự tổng quát hóa các thí nghiệm đã
được làm, nó chứa đựng cái gì đó mới mẻ, không sẵn có trong từ thí nghiệm.
Bằng các phép suy luận logic và bằng toán học, nhà khoa học có thể từ giả
thuyết đó rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiến mới mà trước đó chưa
biết đến. Những sự kiện và hệ quả mới đó lại được thực nghiệm kiểm tra và
nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng định giả thuyết, biến định luật thành
một định luật Vật lí chính xác”.
Để thực hiện được điều đó thì việc phát triển NLTN của HS là rất cần thiết.
Theo nghĩa hẹp, NLTN là năng lực đề xuất phương án thí nghiệm khả
thi, tiến hành thí nghiệm( thao tác với các vật thể, thiết bị dụng cụ, quan sát,
đo đạc) để thu được thông tin và rút ra câu trả lời cho các vấn đề đặt ra( đó là


18


vấn đề cần nghiên cứu và đưa ra các dự đoán, giả thuyết.
Tiêu chí chất lượng

Chỉ số hành vi
Mức 1

1.1.Đặt ra những
câu hỏi về sự kiện
vật lí (xung quanh
vấn đề cần nghiên
cứu)

1.2.Phát biểu được
vấn đề cần nghiên
cứu (có thể dưới
dạng câu hỏi hoặc
bài toán,…)

Mức 2

HS đưa ra
HS đưa ra
đưa ra được
được câu hỏi câu hỏi
nhưng không xung quanh
xung quanh vấn đề
vấn đề cần
nghiên cứu
nghiên cứu. dưới sự
hướng dẫn


HS nêu
được các
kiến thức đã
học, kinh
nghiệm có
thể áp dụng
để đề xuất
giả thuyết.

Mức 3

Mức 4

HS tự lực
đưa ra được
câu hỏi về
sự kiện
xung quanh
vấn đề cần
nghiên cứu.

HS tự lực
đưa ra được
câu hỏi
trúng vấn đề
cần nghiên
cứu.

HS tự phát

đoán.
đoán, giả thuyết
hướng dẫn
hợp lí, có thể kiểm của GV
tra được bằng thí
nghiệm.
 Thiết kế các phương án thí nghiệm

được dự
đoán và có
thể kiểm tra
được bằng
thí nghiệm.

được nhiều
dự đoán và
có thể kiểm
tra được
bằng thí
nghiệm.

Phương án thí nghiệm là những dự kiến về cách thức, trình tự tiến hành thực
nghiệm trong hoàn cảnh nhất định nào đó để thu được kết quả thực nghiệm mong
muốn.
Năng lực thiết kế các phương án thí nghiệm là khả năng người học đề
xuất các phương án thí nghiệm, dự kiến dụng cụ, cách bố trí, cách tiến hành,
cách thu thập, xử lí số liệu. GV có thể cho HS một phương án thí nghiệm yêu
cầu HS phân tích phương án đó để thấy được mục đích thí nghiệm, dụng cụ,
cách tiến hành, cách thu thập xử lí số liệu của phương án được thiết kế. Phát
triển năng lực này, GV có thể yêu cầu HS tự thiết kế phương án thí nghiệm trên

HS đề xuất

HS đề xuất

được

được

phương án

phương án

thí nghiệm

thí nghiệm

khả dĩ.

sáng tạo,


21

độc đáo.
2.2. Lựa chọn được

HS lựa

phương án khả dĩ,


phí…..

viên.

HS tự lựa
chọn được
phương án
thí nghiệm
khả thi, đảm
bảo các tiêu
chí.

2.3. Lập kế hoạch
tiến hành chi tiết
- Xác định mục đích
thí nghiệm

HS lập

-Xác định đối tượng

được kế

đo

HS lập

- Lựa chọn dụng cụ

được kế


hoạch chi
tiết và có
thể thực
hiện được
trong điều
kiện hiện
tại.


22

HS trao đổi

HS trao đổi

với các

với các

2.4. Trao đổi với các

HS có trao

HS trao đổi

thành viên

thành viên


nhóm.

nhóm.

nhóm.

phương án

phương án

chung của

chung của

cả nhóm.

cả nhóm.

 Tiến hành phương án thí nghiệm đã thiết kế
Năng lực tiến hành phương án thí nghiệm đã thiết kế là năng lực sử
dụng hợp lí, có hiệu quả các thiết bị, dụng cụ và quy trình thao tác kĩ thuật để
tiến hành thí nghiệm và quan sát, ghi chép kết quả.
Từ việc tiến hành thí nghiệm theo các thao tác đơn giản, dễ quan sát, dễ
thu thập và xử lí số liệu, GV có thể phát triển năng lực này cho HS thông qua
việc thao tác thí nghiệm phức tạp hơn, yêu cầu sự khéo léo về kĩ thuật và cần
hợp lí trong việc quan sát,thu thập kết quả. Từ việc thực hiện đúng, đầy đủ các
thao tác cho trước, HS được phát triển năng lực tiến hành thí nghiệm từ chính
các phương án mà mình thiết kế với các mức độ phù hợp với năng lực của bản
thân. Và sự tăng dần các mức độ sẽ giúp HS hình thành, phát triển năng lực
này một cách từ từ, tạo sự hứng thú trong hoạt động thí nghiệm cho các em.

nghiệm dưới sự thiết
bị
thí
nghiệm.
hướng dẫn của nghiệm.
GV

thiết bị thí
nghiệm đơn
giản, khả thi.

HS tự chế tạo
thiết bị thí
nghiệm độc
đáo, sáng tạo.

Lắp ráp được
Lắp ráp được Lắp ráp được
TBTN dưới 1
TBTN
chính xác TBTN
phút
Nêu được sự
Nêu và lí giải khác nhau cấu
Nêu được cấu
3.4. Nêu được cấu tạo,
được cấu tạo phù tạo giữa thiết
tạo, chức năng
chức năng của các bộ
hợp chức năng kế và thực tế

Tiến hành đầy đủ
Tiến hành được
chính xác các
cần đo
các thao tác thí
thí nghiệm
thao tác thí
-Thay đổi đại lượng
nghiệm
nghiệm.
cần đo
-Sử dụng DCĐ, hiệu


24

chỉnh DCĐ, đọc đúng
số liệu
3.7. Quan sát hiện
tượng diễn ra.
3.8. Ghi lại kết quả.

Quan
sát,
Quan sát, phân
Quan sát hiện
phân tích, giải
tích hiện tượng
tượng diễn ra
thích

Biểu diễn kết
4.1.Biểu diễn kết quả
đo được dưới dạng
bảng hay đồ thị.

Biểu diễn kết

quả đo được

Biểu diễn được

quả đo được

dưới dạng bảng

kết quả đo.

dưới dạng bảng

hay đồ thị hợp lí

hay đồ thị.

và có sự lí giải
phù hợp

4.2.Lựa chọn và sử

Lựa chọn được



thích được

sai số

nguyên nhân sai

nguyên nhân sai

số

số và nêu được
cách khắc phục

Biện luận tính
4.4.Biện luận tính

đúng đắn của

đúng đắn của kết quả

kết quả thí

thí nghiệm và tính

nghiệm và tính

đúng đắn của kết luận

đúng đắn của

nguyên nhân,

hóa kết quả thí

nêu được cách

nghiệm, giải

khắc phục.

thích được
nguyên nhân

Tự đánh giá

Tự đánh giá và Tự đánh giá,

được phép đo

nêu được cách

tiến hành cải

cải tiến phép đo tiến phép đo

1.1.2.3.Ý nghĩa của việc phát triển năng lực thực nghiệm
Giáo dục phổ thông của nước ta đang dần chuyển mình sang dạy học
định hướng phát triển năng lực: ” Đối với giáo dục phổ thông, tập trung phát
triển trí tuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, năng lực công dân, phát hiện và
bồi dưỡng năng khiếu, định hướng nghề nghiệp cho HS. Nâng cao chất lượng