Luận văn thạc sĩ VNU UEd 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

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

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


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
Chun ngành: Lí luận và phương pháp dạy học (bộ mơn Vật lí)
Mã số: 60 14 01 11

Người hướng dẫn khoa học: TS. Phạm Kim Chung

HÀ NỘI – 2014

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành:
Trường Đại học Giáo dục-Đại học Quốc Gia Hà Nội, Các Khoa và các
phòng chức năng đã tạo mọi điều kiện cho tơi trong q trình học tập, nghiên
cứu, tiến hành luận văn.
Thầy giáo hướng dẫn: TS. Phạm Kim Chung đã tận tình chỉ dẫn, giúp
đỡ tác giả hồn thành luận văn này.
Gia đình và tồn 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

i

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

CNTT

Công nghệ thơng 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 thơng

TLGK

Tài liệu giáo khoa

TN

Thí nghiệm

TNSP

Thực nghiệm sư phạm

TNVL

Thí nghiệm vật lí

TNVLPT

Thí nghiệm vật lí phổ thơng

VL

Vật lí

ii

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


MỤC LỤC
Lời cảm ơn ...............................................................................................................i
Danh mục những chữ viết tắt trong luận văn............................................................ii
Danh mục các bảng ................................................................................................ vi
Danh mục các hình ................................................................................................vii
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài .................................................................................................. 1
2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 3

3. Nhiệm vụ nghiên cứu........................................................................................... 3
4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu...................................................................... 4
5. Vấn đề nghiên cứu ............................................................................................... 4
6. Giả thuyết khoa học ............................................................................................. 4
7. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 4
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................. 5
9. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 5
10. Cấu trúc của luận văn ........................................................................................ 5
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ...................... 7
1.1. Thí nghiệm Vật lí và vai trị trong dạy học ở trường phổ thơng ......................... 7
1.1.1. Thí nghiệm Vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí.................................... 7
1.1.2. Vai trị của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT ...................................... 8
1.1.3. Các loại thí nghiệm Vật lí ở phổ thơng ......................................................... 15
1.1.4. Một số yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lí trong việc tổ chức hoạt động nhận
thức tích cực, tự lực của học sinh THPT ................................................................ 17
1.1.5. Xu hướng đổi mới tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm ......................... 17
1.2. Hệ thống các kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh phổ thơng trong dạy
học Vật lí ............................................................................................................... 20
1.2.1. Khái niệm kĩ năng ........................................................................................ 20
1.2.2. Kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh trong dạy học Vật lí ở trường
THPT..................................................................................................................... 20
1.2.3. Các cấp độ phát triển kĩ năng thí nghiệm của học sinh ................................ 25

iii

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


1.2.4. Các giai đoạn phát triển kĩ năng .................................................................. 28
1.3. Vai trị 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
2.2. Đề xuất các giải pháp xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ
trợ thực hành phần Quang hình học ....................................................................... 58
2.2.1. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ q trình tự học,
tự nghiên cứu ở nhà của học sinh .......................................................................... 58
2.2.2. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ làm quen với các

iv

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


thiết bị thí nghiệm thực và xây dựng quy trình thao tác tiến hành thực hành thí
nghiệm thực ........................................................................................................... 60
2.2.3. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ q trình kiếm
tra, đánh giá .......................................................................................................... 61
2.3. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí
phần Quang hình học ............................................................................................. 63
2.3.1. Ý tưởng xây dựng phần mềm ........................................................................ 63
2.3.2. Xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo bằng Flash ............................. 65
2.4. Sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí phần Quang
hình học................................................................................................................. 74
2.4.1. Tổ chức thực hành TN với sự hỗ trợ của TN Vật lí ảo .................................. 74
2.4.2. Thiết kế tiến trình dạy học thực hành thí nghiệm “Xác định tiêu cự của thấu
kính phân kỳ” ........................................................................................................ 78
2.5. Kết luận chương 2 .......................................................................................... 82
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ....................................................... 84
3.1. Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm. .................................... 84
3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm.................................................................... 84
3.1.2. Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm. .............................................. 84
3.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm. ............................................................... 85
3.2.1. Chuẩn bị thực nghiệm. ................................................................................. 85
3.2.2. Phương thức tổ chức quá trình thực nghiệm sư phạm. ................................. 86
3.3. Kết quả thực nghiệm sư phạm......................................................................... 89
3.3.1. Phân tích định tính....................................................................................... 89
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

v

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Đặc trưng của phịng thí nghiệm Tái tạo và phịng TN tìm tịi................ 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 thơng. ............................................................................................... 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

vi

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo Razumơpxki............................................ 10
Hình 2.1. Sơ đồ thiết kế phương án 1, bài thí nghiệm Xác định tiêu cự của thấu kính
phân kì .................................................................................................................. 51
Hình 2.2. Sơ đồ thiết kế phương án 2, bài thí nghiệm Xác định tiêu cự của thấu kính
phân kì .................................................................................................................. 52
Hình 2.3. Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định ảnh của vật qua thấu kính hội tụ..... 53
Hình 2.4. Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính phân kì ......... 54
Hình 2.5.Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định ảnh của vật qua thấu kính hội tụ...... 56
Hình 2.6. Hình ảnh bố trí thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính phân kì ......... 56
Hình 2.7. Màn hình lựa chọn dụng cụ thí nghiệm .................................................. 59
Hình 2.9. Màn hình kiểm tra kiến thức trước khi thực hiện phần thí nghiệm .......... 62
Hình 2.10. Màn hình kiểm tra kiến thức lí thuyết ................................................... 66
Hình 2.11. Hình ảnh các dụng cụ thí nghiệm đưa vào phần mềm ........................... 66
Hình 2.12. Màn hình thực hiện thí nghiệm với menu lựa chọn ............................... 71
Hình 2.13. Màn hình giới thiệu phần thực hành các phương án thí nghiệm ............ 73
Hình 2.14. Các phần màn hình hiển thị kết quả ...................................................... 74
Sơ đồ 2.1. Sơ đồ kết hợp thí nghiệm ảo và thí nghiệm thật trong thực hành thí
nghiệm vật lí phổ thơng ........................................................................................ 75
Hình 3.1. Đồ thị các đường phân bố tần suất luỹ tích hội tụ lùi .............................. 93

vii

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Vật lí là một bộ mơn khoa học thực nghiệm, vì vậy việc sử dụng thí
nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thơng khơng chỉ là cơng việc bắt
buộc, mà nó cịn là một trong những biện pháp quan trọng giúp nâng cao chất
lượng dạy học, góp phần tích cực hố hoạt động nhận thức của học sinh. Một
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 cịn được quy định bởi tính chất của quá trình nhận thức của
học sinh dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Thơng 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 phịng 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 cịn
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 trị vì mỗi tiết
học ở trường phổ thơng 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
phịng chức năng thí nghiệm riêng biệt; hai là, các thầy cô phải di chuyển hệ

1

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


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 khơng phải trường phổ thơng nào cũng có đủ
các phịng chức năng riêng cho các bộ mơn hay phịng 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 phịng chức năng nhưng việc đăng ký giờ dạy vẫn không thực hiện được vì
đồng loạt nhiều lớp đăng ký, nhiều bộ mơn đăng ký nên khi đến lượt làm thí
nghiệm thì chương trình học đã đi qua rất lâu khơng có hiệu quả giảng dạy
nữa. Hơn nữa, bài thực hành thường được chia làm 2 tiết, tiết 1 dạy cơ sở lí
thuyết, giới thiệu dụng cụ, các phương án, các bước thực hành; tiết 2 sẽ cho
học sinh thực hành, thu thập số liệu, xử lí số liệu. Nếu tiết 1 chỉ có giới thiệu
dụng cụ thí nghiệm và học sinh chỉ quan sát thí nghiệm thì khơng thể tự bản
thân học sinh có thể hiểu phương án thí nghiệm cũng như đưa ra phương án
và các bước tiến hành thí nghiệm. Cũng như vậy, khi làm thí nghiệm cũng có
những nhóm thu được số liệu xa rời thực tế.
Ngày nay, việc nghiên cứu các ứng dụng công nghệ thông tin là một giải
pháp tốt giúp khắc phục những khó khăn cho giáo viên khi lên lớp, tạo hứng
thú cho học sinh khi học bài thực hành, giảm áp lực cho cả giáo viên và học
sinh khi có tiết thực hành, góp phần làm phong phú thêm các bài thí nghiệm
thực hành, thí nghiệm biểu diễn, tạo điều kiện cho học sinh tiếp cận với công
nghệ hiện đại, với các loại hình thí nghiệm, loại hình kiểm tra trực tiếp trên
máy tính nhằm mục đích nâng cao chất lượng giảng dạy của giáo viên cũng
như việc học tập của học sinh.
Phần mềm Flash CS3 có khả năng lập trình đa phương tiện, có khả năng
chạy tốt trên cả các máy tính và mạng Internet đang rất được quan tâm trong

việc phát triển các phần mềm dạy học. Có thể dùng phần mềm Flash CS3 lập
trình thí nghiệm ảo dựa trên các bộ thí nghiệm thực sẽ góp phần giải quyết
các khó khăn và nâng cao được chất lượng dạy học vật lí hiện nay.
2

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Phần Quang hình học – Vật lí 11 Trung học phổ thơng có nhiều thí
nghiệm mà học sinh có thể tự lực tiến hành, thậm chí có thể tự thiết kế, chế
tạo các dụng cụ thí nghiệm nếu có sự hướng dẫn chi tiết của giáo viên và các
công cụ hỗ trợ, đặc biệt là các phần mềm trên máy tính.
Với những lí do trên tơi chọn đề tài nghiên cứu: “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”.
2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo, các cơng 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 trị 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, u cầu đối với thí nghiệm ảo.
- Ứng dụng cơng nghệ thơng 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 (địi 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 thơng).
- 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.

3

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
- Khách thể nghiên cứu:
Q 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 thơng.
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
Vật lí ảo trong phần Quang hình học như thế nào để đáp ứng các yêu cầu cơ
bản của thực hành vật lí hiện nay?
- Việc sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ trong q trình dạy bài thí
nghiệm thực hành phần Quang hình học như thế nào để có hiệu quả và đúng
mục đích?
6. Giả thuyết khoa học
Xây dựng các phần mềm thí nghiệm vật lí ảo tương tự như thí nghiệm thật
cả vể hình ảnh các thiết bị, quy trình, thao tác thí nghiệm và thiết kế tiến trình
dạy học kết hợp thí nghiệm Vật lí ảo và thí nghiệm thật hướng tới các mục tiêu
về kiến thức, kĩ năng thí nghiệm cần hình thành ở học sinh từ đó nâng cao trình
độ kiến thức, kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí.

7. Phạm vi nghiên cứu
- Sử dụng phần mềm Flash CS3 để xây dựng thí nghiệm ảo trong bài thí
nghiệm thực hành của phần Quang hình học (Vật lí 11 Cơ bản THPT).
- Sử dụng thí nghiệm ảo trong tiết dạy thực hành thí nghiệm phần Quang
hình học, Vật lí 11 chương trình cơ bản THPT.
4

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Về lí luận:
Đề tài phát triển lí luận về rèn luyện kĩ năng thí nghiệm Vật lí cho học
sinh THPT.
- Về thực tiễn :
Kết quả nghiên cứu có thể được vận dụng vào việc rèn luyện kĩ năng
thí nghiệm cho học sinh THPT mơn Vật lí.
9. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu lí luận về thí nghiệm
trong dạy và học Vật lí ở trường THPT; lí luận về thí nghiệm ảo, các yêu cầu
đối với thí nghiệm ảo.
- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn:
+ 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 phịng 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 tốn 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:
5

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


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.

6

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Thí nghiệm Vật lí và vai trị trong dạy học ở trường phổ thơng
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. Thơng 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]
Thí nghiệm Vật lí có các đặc điểm sau:
- Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có

chủ định sao cho thơng 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 giữ
không đổi.
- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm sốt 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.
- Đặc điểm đặc biệt quan trọng của thí nghiệm là tính có thể quan sát
được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của 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.
7

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


- Có thể lặp lại thí nghiệm. Tức 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, q trình Vật lí phải diễn ra trong thí nghiệm giống như
ở các lần thí nghiệm trước đó. [9, tr. 56-61]
1.1.2. Vai trị của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT
1.1.2.1. Nhiệm vụ cơ bản của dạy học Vật lí
Dạy học Vật lí là tổ chức, hướng dẫn cho học sinh thực hiện các hành
động nhận thức Vật lí, để họ có thể tái tạo được kiến thức, kinh nghiệm xã hội
(nhờ đó biến chúng thành tri thức của mình), đồng thời làm biến đổi bản thân

học sinh, hình thành và phát triển những phẩm chất năng lực của họ. Để thực
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 thơng 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 mơi 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
8

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


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 trị 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
nhau nhưng đều toát lên rằng quá trình nhận thức sáng tạo ấy diễn ra theo một
chu trình: Từ việc khái quát những sự kiện xuất phát đi đến xây dựng mơ hình
trừu tượng giả định, có tính chất như một giả thuyết; Từ mơ hình dẫn đến việc
rút ra hệ quả lí thuyết hoặc bằng suy luận lơgíc hoặc bằng suy luận tốn học;
để rồi, những hệ quả lí thuyết ấy sẽ được kiểm tra bằng thực nghiệm.
- Nếu thực nghiệm phù hợp với những hệ quả trên thì mơ hình giả thuyết
là đúng và đó là cơ sở để giải thích thực tế.
- Nếu thực nghiệm khơng xác định những hệ quả lí thuyết ấy thì hoặc
làm mơ hình lí thuyết khơng phù hợp hoặc tìm ra giới hạn áp dụng cho mơ
hình giả thuyết.
- Và đương nhiên xuất phát từ thực nghiệm người học phải tìm mọi cách
để chứng minh giả thuyết của mình và từ đó lại phát hiện những mâu thuẫn
mới cần giả thuyết mới và người học lại kiểm chứng bằng thực tế,....
Do mỗi mơ hình, mỗi lí thuyết chỉ phản ánh một mặt của thực tế nên khi
ta mở rộng phạm vi ứng dụng của mơ hình sẽ đến một lúc ta gặp những sự
9

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


kiện thực nghiệm mới khơng thể giải thích được bằng mơ hình cũ, lúc này ta
phải bổ sung, chỉnh lí mơ hình cũ cho phù hợp hoặc thậm chí phải bỏ đi để
xây dựng một mơ hình mới cho một chu trình mới của quá trình nhận thức.
Như vậy, chu trình nhận thức khoa học khơng khép kín mà được mở
rộng dần dần, làm giàu thêm kiến thức khoa học và cũng nhờ đó mà con
người ngày càng tiếp cận gần hơn với chân lí khách quan.

Chu trình nhận thức sáng tạo này theo Razumơpxki có thể được biểu
diễn bằng sơ đồ trên hình1.1. [7]

Mơ hình giả định

Các hệ quả lơgíc

trừu tượng

Những sự kiện

Thí nghiệm

khởi đầu

kiểm tra

Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo Razumơpxki.
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.
- Mơ hình hố những sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những
khái niệm, những mơ 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
10

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Vật lí, biểu diễn bằng cơng cụ tốn học.
- Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế
xác định; giải thích một hiện tượng thực tế.
- Xây dựng một giả thuyết, từ giả thuyết suy ra hệ quả.
- Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra một giả thuyết (hệ quả).
- Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niệm, định
luật Vật lí.
- Diễn đạt bằng lời những kết quả thu được qua hành động. Đánh giá kết
quả hành động.
- Tìm phương pháp chung để giải quyết một loạt các vấn đề.
Cuối cùng, mỗi hành động được thực hiện bằng nhiều thao tác, sắp xếp
theo một trình tự xác định. Ứng với mỗi thao tác trong những điều kiện cụ thể
là những phương tiện, cơng cụ thích hợp. Những thao tác phổ biến cần dùng
trong hoạt động nhận thức Vật lí là:
- Thao tác vật chất:
+ Nhận biết bằng giác quan.
+ Tác động lên các vật thể bằng công cụ: chiếu sáng, hơ nóng, làm biến
dạng, cọ xát ...
+ Sử dụng các dụng cụ đo.
+ Làm thí nghiệm (bố trí, lắp ráp, vận hành thiết bị ...).
+ Thu thập tài liệu, ghi nhận số liệu thực nghiệm.
+ Thay đổi các điều kiện thí nghiệm, điều chỉnh....
- Thao tác tư duy: Phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hố, khái qt
hố, quy nạp, diễn dịch....
Vai trị của thí nghiệm trong mỗi giai đoạn nhận thức phụ thuộc vào vốn
hiểu biết của con người, khối kiến thức đã có về đối tượng cần nghiên cứu.
Trong dạy học Vật lí ở phổ thơng thí nghiệm có các vai trị sau:

+ Thí nghiệm là phương tiện để học sinh thu nhận tri thức:
11

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


Khi học sinh hồn tồn chưa có hoặc có ít hiểu biết về đối tượng cần
nghiên cứu thì thí nghiệm được sử dụng như là một phương tiện phân tích
hiện thực khách quan và thơng qua q 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 mơ 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 lơgíc để rút ra hệ quả có thể kiểm tra
12

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


bằng thí nghiệm.
4-Xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả đã rút
ra. Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với hệ quả đã rút ra thì giả thuyết là chân
thực, nếu khơng phù hợp thì phải đề xuất giả thuyết mới. Như vậy thí nghiệm
đóng vai trị quan trọng ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối của phương pháp
thực nghiệm.
- Phương pháp mô hình (gồm 4 giai đoạn):
1-Thu thập các thơng tin về đối tượng gốc. Ở giai đoạn này các thông tin
về đối tượng gốc thường được thu thập nhờ thí nghiệm, qua thí nghiệm có thể
loại bỏ những yếu tố khơng quan tâm, tìm ra các thuộc tính, các mối quan hệ
bản chất của đối tượng gốc, đưa ra được mô hình phản ánh các mối quan hệ
chính mà ta quan tâm.
2-Xây dựng mơ hình. Nếu mơ hình là vật chất người ta sẽ phải tiến hành
các thí nghiệm thực với nó.
3-Thu thập trên mơ hình để suy ra các hệ quả lí thuyết.
4-Kiểm tra hệ quả trên đối tượng gốc. Trong giai đoạn này, thơng qua thí
nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu được từ mơ hình với những kết quả
thu được trên vật gốc, kiểm tra được tính đúng đắn của mơ hình và rút ra giới
hạn áp dụng của mơ hình.
1.1.2.3. Vai trị thí nghiệm theo quan điểm lí luận dạy học.
- Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của

quá trình dạy học: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu; hình thành kiến thức, kĩ
năng mới; củng cố kiến thức, kỹ năng đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến
thức, kỹ năng của học sinh.
Việc sử dụng thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề đặc biệt có hiệu
quả trong giai đoạn đề xuất vấn đề cần nghiên cứu. Các thí nghiệm được sử
dụng để tạo tình huống có vấn đề thường là các thí nghiệm đơn giản, tốn ít
thời gian chuẩn bị và tiến hành.
13

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


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 qt hố quy nạp,
kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả lơgic 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 q trình củng
cố (ơn 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 ơn
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
q trình thí nghiệm (thiết kế phương án thí nghiệm, dự đốn hoặc giải thích
hiện tượng thí nghiệm, q 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 tồn 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 ln có mặt
14

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


trong qúa trình nghiên cứu các hiện tượng, quá trình Vật lí, soạn thảo khái
niệm, định luật Vật lí, xây dựng các thuyết Vật lí, đề cập các ứng dụng trong
sản xuất và đời sống của các kiến thức đã học.
- Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập Vật lí, tổ chức
q trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh.
- Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác
nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh.
- Thí nghiệm là phương tiện giúp đơn giản hoá và trực quan các kiến
thức trong dạy học Vật lí.
Do thí nghiệm Vật lí là một bộ phận của các phương pháp nhận thức Vật
lí nên mối quan hệ với các q trình thí nghiệm, học sinh sẽ được làm quen và
vận dụng có ý thức các phương pháp nhận thức này. Các kiến thức về phương
pháp mà học sinh lĩnh hội có ý nghĩa quan trọng, mở rộng vượt qua khỏi giới
hạn mơn Vật lí sang các mơn học khác, lĩnh vực khác.
1.1.3. Các loại thí nghiệm Vật lí ở phổ thơng

- Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên:
Loại thí nghiệm này giữ vị trí hàng đầu trong hệ thống thí nghiệm Vật lí
phổ thơng, là loại thí nghiệm do giáo viên tiến hành, học sinh quan sát. Dưới
sự chỉ đạo của giáo viên, từ các thí nghiệm giáo viên nhằm tái tạo lại các hiện
tượng Vật lí qua đó giúp việc khảo sát mối liên hệ giữa chúng khi tiến hành
nghiên cứu một lí thuyết nào đó.
Đây là loại thí nghiệm được giáo viên rất hay dùng trong bài giảng. Với
việc làm sống lại trước mắt học sinh những hiện tượng cần nghiên cứu, loại
thí nghiệm này nếu được tiến hành hợp lí sẽ giúp học sinh tiếp thu kiến thức
dễ dàng hơn và tiếp thu một cách có căn cứ khoa học.
Căn cứ theo mục đích dạy học, thí nghiệm biểu diễn có thể được phân
loại như sau:
+ Thí nghiệm mở đầu: Loại thí nghiệm này tiến hành ngay từ đầu giờ
15

LUAN VAN CHAT LUONG download : add


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 tị mị, 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 khơng 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 thơng 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:
16

LUAN VAN CHAT LUONG download : add