BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

Nguyễn Thị Ngọc Tuyên

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MÔ PHỎNG VỚI
PHẦN MỀM COACH TRONG DẠY HỌC
CHƢƠNG "CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN" VẬT LÍ 10 THEO HƢỚNG PHÁT HUY
TÍNH TÍCH CỰC, SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Thành phố Hồ Chí Minh – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

Nguyễn Thị Ngọc Tuyên

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MÔ PHỎNG VỚI
PHẦN MỀM COACH TRONG DẠY HỌC
CHƢƠNG "CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN" VẬT LÍ 10 THEO HƢỚNG PHÁT HUY
TÍNH TÍCH CỰC, SÁNG TẠO 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

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2017
Tác giả

Nguyễn Thị Ngọc Tuyên


MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
Chƣơng 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG
THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ ....... 5
1.1. Tính tích cực trong học tập của học sinh .................................................... 5
1.1.1. Khái niệm tính tích cực trong học tập của học sinh ........................... 5
1.1.2. Các biểu hiện của tính tích cực trong học tập của học sinh................ 5
1.1.3. Một số biện pháp phát huy tính tích cực trong học tập của
học sinh ............................................................................................... 6
1.2. Năng lực sáng tạo trong học tập của học sinh ............................................ 7
1.2.1. Khái niệm năng lực sáng tạo trong học tập của học sinh ................... 7
1.2.2. Các biểu hiện của năng lực sáng tạo trong học tập của học sinh ....... 7
1.2.3. Một số biện pháp phát huy năng lực sáng tạo trong học tập của
học sinh ............................................................................................... 8
1.3. Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề ...................................................... 9
1.3.1. Khái niệm dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề ............................. 9
1.3.2. Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy

2.4.2. Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức “Cơ năng của vật chịu tác
dụng của lực đàn hồi” ....................................................................... 47
2.5. Kết luận chương 2 ..................................................................................... 52
Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ........................................................ 56
3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm ......................................................... 56
3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ............................................................... 56
3.3. Đối tượng thực nghiệm sư phạm .............................................................. 56
3.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm.......................................................... 56
3.5. Phân tích đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm .................................... 60
3.5.1. Phân tích đánh giá quá trình dạy học kiến thức “Cơ năng của vật
chuyển động trong trọng trường” ..................................................... 60
3.5.2. Phân tích đánh giá quá trình dạy học kiến thức “Cơ năng của vật
chịu tác dụng của lực đàn hồi”.......................................................... 68
3.5.3. Phân tích đánh giá về mức độ hành vi của học sinh ......................... 73
3.6. Kết luận chương 3 ..................................................................................... 73
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 76
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Nội dung

DH

Dạy học

DHPH


THPT

Trung học phổ thông

VĐ

Vấn đề

VL

Vật lí


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1.

Tiêu chí đánh giá mức độ tích cực của học sinh............................. 57

Bảng 3.2.

Tiêu chí đánh giá tính sáng tạo của học sinh .................................. 59

Bảng 3.3.

Đánh giá tính tích cực của học sinh trong giai đoạn làm nảy
sinh vấn đề cần giải quyết ............................................................... 60

Bảng 3.4.




DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Chu trình sáng tạo khoa học ............................................................... 9
Hình 1.2. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DHPH
và GQVĐ .......................................................................................... 10
Hình 1.3. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí
thuyết của kiểu DHPH và GQVĐ ..................................................... 12
Hình 1.4. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường
thực nghiệm của kiểu DHPH và GQVĐ ........................................... 14
Hình 2.1. Thí nghiệm mô phỏng quá trình sự rơi tự do của vật ....................... 25
Hình 2.2. Thí nghiệm mô phỏng chuyển động ném ngang của vật .................. 26
Hình 2.3. Thí nghiệm mô phỏng chuyển động ném xiên của vật ..................... 27
Hình 2.4. Thí nghiệm mô phỏng chuyển động tăng tốc của xe ô tô ................. 28
Hình 2.5. Thí nghiệm mô phỏng chuyển động của con lắc đơn ....................... 29
Hình 2.6. Thí nghiệm kiểm nghiệm “Định luật bảo toàn cơ năng” đối với
chuyển động của vật ném ngang ....................................................... 30
Hình 2.7. Thí nghiệm kiểm nghiệm “Định luật bảo toàn cơ năng” đối với
chuyển động của vật ném xiên .......................................................... 31
Hình 2.8. Thí nghiệm kiểm nghiệm “Định luật bảo toàn cơ năng” đối với
chuyển động của con lắc lò xo .......................................................... 32


1
MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài
Ngày nay, với sự phát triển ngày càng tiến bộ của công nghệ thông tin, đồng
thời công nghệ thông tin đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việc phát
triển giáo dục. Vì vậy, Luật Giáo Dục 2005 đã được sửa đổi, trong đó nhấn

phát huy được tính tích cực, sáng tạo trong quá trình nhận thức kiến thức mới.
Đồng thời việc sử dụng thí nghiệm mô phỏng sẽ làm cho tiết học trở nên sinh
động hơn trong trường hợp không thể sử dụng thí nghiệm thực, ít tốn kém thời
gian hơn so với thí nghiệm thực. Trong dạy học “Định luật bảo toàn cơ năng” vật lí 10 thì cần phải sử dụng thí nghiệm mô phỏng để biểu diễn sự biến đổi
động năng, thế năng và sự bảo toàn cơ năng theo thời gian trong quá trình
chuyển động của một vật. Điều này thí nghiệm thực thì chưa thể làm được.
Qua nghiên cứu chúng tôi thấy phần mềm thí nghiệm mô phỏng Coach hoàn
toàn đáp ứng được yêu cầu về thiết kế và mô phỏng các thí nghiệm để sử dụng
trong quá trình dạy học một số kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” trong
chương trình Vật lí 10.
Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài “Xây dựng và sử dụng mô phỏng với phần mềm
Coach trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 theo hướng
phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh” để làm đề tài nghiên cứu.
2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng mô phỏng với phần mềm Coach đáp ứng các yêu cầu về khoa học
kĩ thuật, yêu cầu về khoa học sư phạm và sử dụng chúng trong dạy học chương
“Các định luật bảo toàn" - Vật lí 10 theo dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề
nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh.
3. Giả thuyết khoa học
Nếu xây dựng mô phỏng với phần mềm Coach đáp ứng các yêu cầu về khoa
học kĩ thuật, yêu cầu về khoa học sư phạm và sử dụng chúng trong dạy học
chương “Các định luật bảo toàn" - Vật lí 10 theo dạy học phát hiện và giải quyết
vấn đề thì sẽ phát huy được tính tích cực, sáng tạo của học sinh.


3

4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ nghiên cứu sau:
- Nghiên cứu một số nội dung dạy học trong chương “Các định luật bảo toàn”

phỏng được xây dựng bằng phần mềm Coach.
6. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu
+ Hoạt động dạy của giáo viên và hoạt động học của học sinh trong quá trình
dạy học một số kiến thức trong chương “Các định luật bảo toàn” - vật lí 10.
+ Phần mềm Coach và quá trình dạy học một số kiến thức trong chương “Các
định luật bảo toàn” - vật lí 10 có sử dụng các thí nghiệm mô phỏng được
xây dựng bằng phần mềm Coach.
- Giới hạn phạm vi nghiên cứu
+ Do điều kiện khách quan lẫn chủ quan nên trong phạm vi đề tài này tôi chỉ
nghiên cứu một số nội dung thuộc phần kiến thức “Định luật bảo toàn cơ
năng” - vật lí 10 có sử dụng các thí nghiệm mô phỏng được xây dựng bằng
phần mềm Coach. Việc thực nghiệm sư phạm được tiến hành ở khối lớp 10,
trường THPT Nguyễn Đình Chiểu, thị xã An Nhơn, tỉnh Bình Định.
7. Đóng góp của đề tài
- Góp phần làm sáng tỏ cơ sở lí luận của việc sử dụng TNMP trong dạy học
VL nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của HS trong học tập.
- Thiết kế được một số TNMP tiêu biểu trong dạy học một số kiến thức trong
chương “Các định luật bảo toàn” - vật lí 10 bằng phần mềm Coach, là tài liệu
tham khảo tốt cho giáo viên trong dạy học chương này.


5

Chƣơng 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ
DỤNG THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ
1.1. Tính tích cực trong học tập của học sinh
1.1.1. Khái niệm tính tích cực trong học tập của học sinh
Theo quan điểm Triết học, tính tích cực nhận thức thể hiện thái độ cải tạo của
chủ thể nhận thức đối với đối tượng nhận thức, nghĩa là con người không

+ Hăng hái tham gia, đưa ra các ý tưởng, các giải pháp GQVĐ.
+ Thực hiện giải pháp GQVĐ bằng các thao tác tư duy như phân tích, tổng
hợp, so sánh, khái quát hóa…
+ Chủ động thực hiện TN (lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và tiến hành TN,
thu thập và xử lí các dữ liệu TN).
- Tham gia rút ra kết luận và vận dụng kiến thức
+ Hăng hái tham gia trình bày và bảo vệ kết quả nghiên cứu.
+ Có ý thức sửa chữa những quan niệm sai của bản thân, giúp đỡ bạn bè sửa
chữa những quan niệm sai.
Dựa vào những biểu hiện của tính tích cực, chúng tôi sẽ sử dụng để đánh giá
hiệu quả của tiến trình dạy học một số kiến thức “Định luật bảo toàn cơ năng” vật lí 10 đối với việc phát huy tính tích cực của HS trong học tập các kiến thức
này.
1.1.3. Một số biện pháp phát huy tính tích cực trong học tập của học sinh
Để phát huy tính tích cực của học sinh trong học tập VL, chúng ta có thể phối
hợp và vận dụng một cách linh hoạt những biện pháp sau đây:
- Giác ngộ ý thức học tập, kích thích hứng thú học tập của HS: Hứng thú có
quan hệ rất chặt chẽ đến tinh thần học tập. Khi HS đã hứng thú với một VĐ nào
đó thì các em sẽ tích cực học tập ngay, điều đó xảy ra như một phản xạ dây
chuyền rất tự nhiên và trực tiếp mà không cần một thao tác trung gian nào [16].
- Sử dụng phương tiện dạy học, đặc biệt là TBTN trong dạy học vật lí: TN với
các TBTN có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau trong quá trình
dạy học: đề xuất VĐ cần nghiên cứu, hình thành kiến thức, kĩ năng mới, củng cố


7

kiến thức, kĩ năng đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của HS.
Qúa trình làm việc tự lực với TN của HS sẽ khêu gợi sự hứng thú nhận thức,
lòng ham muốn nghiên cứu, tạo niềm vui của sự thành công khi giải quyết được
nhiệm vụ đặt ra và góp phần phát triển động lực quá trình học tập của HS [8].

+ Xác định được các bộ phận chính, cấu tạo và chức năng của từng bộ phận
chính, mối liên kết giữa các bộ phận này trong việc tạo ra quá trình hoạt
động của ứng dụng kĩ thuật của VL.
+ Xác định được những kiến thức VL đã biết cần vận dụng để chế tạo thiết bị
kĩ thuật.
- Thiết kế được phương án TN:
+ Thiết kế được phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy
luận lí thuyết hoặc hệ quả của nó.
+ Thiết kế được phương án TN để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả của nó.
+ Đề xuất được phương án thiết kế khả thi (thể hiện qua mô hình hình vẽ).
+ Đề xuất được phương án bổ sung, cải tiến các thiết bị thí nghiệm.
Dựa vào những biểu hiện của năng lực sáng tạo, chúng tôi sẽ sử dụng để đánh
giá hiệu quả của tiến trình dạy học một số kiến thức “Định luật bảo toàn cơ
năng” - vật lí 10 đối với việc phát huy tính sáng tạo của HS trong học tập các
kiến thức này.
1.2.3. Một số biện pháp phát huy năng lực sáng tạo trong học tập của học
sinh
Để phát triển năng lực sáng tạo của HS, trong dạy học vật lí cần sử dụng các
biện pháp sau đây:
- Tổ chức nội dung kiến thức vật lí trong dạy học phỏng theo chu trình sáng
tạo khoa học:
+ Chu trình sáng tạo khoa học được trình bày khái quát như hình 1.1: từ sự
khái quát hóa các sự kiện, đề xuất VĐ đi đến xây dựng mô hình – giả định
trừu tượng của hiện tượng, từ mô hình rút ra các hệ quả lí thuyết và kiểm
tra chúng bằng thực nghiệm [10], [14].


9

Mô hình - giả

chức tình huống có VĐ thực chất là tạo ra hoàn cảnh để HS tự ý thức được VĐ
cần giải quyết, có nhu cầu và hứng thú GQVĐ. Trong dạy học vật lí, để tạo nhu
cầu hứng thú, kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của HS, GV cần đưa HS vào
các tình huống có VĐ như: tình huống phát triển; tình huống lựa chọn; tình


10

huống bế tắc; tình huống ngạc nhiên, bất ngờ; tình huống lạ [9], [10], [11], [16],
[17].
Khái niệm DHPH và GQVĐ, theo V.Ôkôn: DHPH và GQVĐ dưới dạng
chung nhất là toàn bộ các hành động như tổ chức các tình huống có VĐ, biểu đạt
(nêu ra) các VĐ (tập cho HS quen dần để tự làm lấy công việc này), chú ý giúp
đỡ cho HS những điều cần thiết để GQVĐ, kiểm tra các cách giải quyết đó và
cuối cùng lãnh đạo quá trình hệ thống hoá và củng cố các kiến thức đã tiếp thu
được.
1.3.2. Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học
phát hiện và giải quyết vấn đề
Phỏng theo tiến trình xây dựng kiến thức trong nghiên cứu khoa học, tiến
trình xây dựng kiến thức theo kiểu DHPH và GQVĐ gồm 4 giai đoạn được thể
hiện qua sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức hình 1.2 [3], [11], [16]:
1. Làm nảy sinh VĐ cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát: từ
kiến thức cũ, kinh nghiệm, TN, bài tập, truyện kể lịch sử…

2. Phát biểu VĐ cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)

3. Giải quyết vấn đề
- Suy đoán giải pháp GQVĐ: nhờ con đường lí thuyết hoặc con đường
thực nghiệm
- Thực hiện giải pháp đã suy đoán

3.2. Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết nhờ TN
- Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ TN:
+ Phân tích xem có thể kiểm nghiệm trực tiếp nhờ TN kết quả thu được từ suy luận lí
thuyết không?
+ Nếu không được, suy luận lôgic từ kết quả này ra hệ quả kiểm nghiệm được nhờ TN.
- Thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu được từ suy luận lí thuyết hoặc hệ
quả của nó: cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, tiến hành TN như thế nào, thu thập
những dữ liệu TN định tính và định lượng nào, xử lí các dữ liệu TN này như thế nào?
- Thực hiện TN: Lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và tiến hành TN, thu thập và xử lí các dữ
liệu TN để đi tới kết quả.

4. Rút ra kết luận
- Đối chiếu kết quả TN với kết quả đã rút ra từ suy luận lí thuyết. Có 2 khả năng xảy ra:
+ Nếu kết quả TN phù hợp với kết quả đã tìm được nhờ suy luận lí thuyết thì kết quả
này trở thành kiến thức mới.
+ Nếu kết quả TN không phù hợp với kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết thì cần
kiểm tra lại quá trình TN và quá trình suy luận từ các kiến thức đã biết. Nếu quá trình TN
đã đảm bảo điều kiện mà TN cần tuân thủ và quá trình suy luận không mắc sai lầm thì kết
quả TN đòi hỏi phải đề xuất giả thuyết. Quá trình kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết
này sau đó sẽ dẫn tới kiến thức mới bổ sung, sửa đổi những kiến thức đã vận dụng lúc đầu
làm tiền đề cho suy luận lí thuyết.
Những kiến thức vận dụng lúc đầu này nhiều khi là trường hợp riêng, trường hợp giới
hạn của kiến thức mới. Qua đó, phạm vi áp dụng các kiến thức đã vận dụng lúc đầu được
chỉ ra.

Hình 1.3. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đƣờng lí thuyết
của kiểu DHPH và GQVĐ


13

1. Làm nảy sinh VĐ cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát: từ kiến thức cũ, kinh
nghiệm, TN, bài tập, truyện kể lịch sử…

2. Phát biểu VĐ cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)

3. Giải quyết VĐ
3.1. Đề xuất giả thuyết
Làm thế nào để kiểm tra được nhờ TN tính
đúng đắn của giả thuyết đã đề xuất?
3.2. Kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết nhờ TN
- Xác định nội dung cần kiểm tra nhờ TN:
+ Phân tích xem có thể kiểm tra trực tiếp nhờ TN tính đúng đắn của giả thuyết đã đề
xuất không?
+ Nếu không được, suy luận lôgic từ giả thuyết ra hệ quả kiểm tra được trực tiếp nhờ
TN.
- Thiết kế phương án TN để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả của nó: cần
những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, tiến hành TN như thế nào, thụ thập những dữ liệu
TN định tính và định lượng nào, xử lí các dữ liệu TN này như thế nào?
- Thực hiện TN: Lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và tiến hành TN, thu thập và xử lí các dữ
liệu TN để đi tới kết quả.

4. Rút ra kết luận
Đối chiếu kết quả TN với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất. Có 2 khả năng xảy ra:
- Nếu kết quả TN phù hợp với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất thì giả thuyết trở thành kiến
thức mới.
- Nếu kết quả TN không phù hợp với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất thì cần kiểm tra lại quá
trình TN và quá trình suy luận từ giả thuyết ra hệ quả. Nếu quá trình TN đã đảm bảo điều kiện
mà TN cần tuân thủ và quá trình suy luận không mắc sai lầm thì kết quả TN đòi hỏi phải đề xuất
giả thuyết mới, rồi lại kiểm tra tính đúng đắn của nó. Quá trình này có thể tiếp diễn nhiều lần,
cho tới khi xây dựng được kiến thức mới.

thuộc tính của một đối tượng hay hệ thống đối tượng thực mà khi thao tác lên
các đối tượng đó thì sẽ làm xuất hiện các thuộc tính bên trong từng đối tượng
hay mối quan hệ giữa các đối tượng đó. Nhờ đó mà người nghiên cứu hiểu được
đối tượng riêng lẻ hoặc hệ thống đối tượng cần nghiên cứu [19].


16

Từ đó ta có thể hiểu TNMP là thí nghiệm được xây dựng từ các dụng cụ và
đối tượng mô phỏng trên cơ sở các đối tượng thực. TMNP cũng có kết quả
giống như với thí nghiệm thực. Do vậy, khi tiến hành TNMP thì HS cũng sẽ
quan sát được hiện tượng, tiếp thu được kiến thức giống như khi ta tiến hành với
thí nghiệm thực.
1.4.2. Phân loại thí nghiệm mô phỏng
Theo tác giả Phạm Xuân Quế, trong DHVL mô phỏng nhờ máy vi tính có thể
phân loại như sau: nếu xuất phát từ các tiên đề hay các mô hình (các phương
trình hay nguyên lí vật lí) được viết dưới dạng toán học một cách định lượng
hoặc xuất phát từ các mối quan hệ định tính giữa các đại lượng VL. Tùy theo cơ
sở xuất phát khác nhau mà mô phỏng sẽ khác nhau. Trên cơ sở đó, mô phỏng
được phân làm hai loại: mô phỏng chính xác và mô phỏng không chính xác [7].
1.4.2.1. Mô phỏng chính xác
Đây là loại mô phỏng xuất phát từ các tiên đề hay các mô hình (các phương
trình hay các nguyên lí,…) được viết dưới dạng toán học, thông qua vận dụng
các phương pháp tính toán trên mô hình nhờ máy vi tính được gọi là mô phỏng
chính xác. Trong loại mô phỏng này, các đối tượng được mô phỏng tuân theo
đúng các phương trình, nguyên lí VL [7].
1.4.2.2. Mô phỏng không chính xác
Đây là loại mô phỏng dựa trên các mối quan hệ định tính của các đại lượng
VL. Loại mô phỏng không chính xác này được sử dụng trong các trường hợp:
- Không cần thiết phải mô phỏng chính xác