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


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

Người hướng dẫn khoa học: TS. Phạm Kim Chung




HÀ NỘI – 2014
i

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 tôi trong quá 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 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

iii

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 trò trong dạy học ở trường phổ thông 7
1.1.1. Thí nghiệm Vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm Vật lí 7
1.1.2. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT 8
1.1.3. Các loại thí nghiệm Vật lí ở phổ thông 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 thông 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
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

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 quá 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
v

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 quá 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
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

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo Razumôpxki. 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 thông 75
Hình 3.1. Đồ thị các đường phân bố tần suất luỹ tích hội tụ lùi 93
1

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Vật lí là một bộ môn khoa học thực nghiệm, vì vậy việc sử dụng thí
nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông không chỉ là công việc bắt
buộc, mà nó còn là một trong những biện pháp quan trọng giúp nâng cao chất
lượng dạy học, góp phần tích cực hoá 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 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

nghiệm thì chương trình học đã đi qua rất lâu không 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 không 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.
3

Phần Quang hình học – Vật lí 11 Trung học phổ thông 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 tôi 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 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

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 quá 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.
5

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 môn 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 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]

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 thông 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 soát 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.
8

- 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, quá 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 trò 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 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

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 mô hình
trừu tượng giả định, có tính chất như một giả thuyết; Từ mô hình dẫn đến việc
rút ra hệ quả lí thuyết hoặc bằng suy luận lôgíc hoặc bằng suy luận toán 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 mô hình giả thuyết
là đúng và đó là cơ sở để giải thích thực tế.
- Nếu thực nghiệm không xác định những hệ quả lí thuyết ấy thì hoặc
làm mô hình lí thuyết không phù hợp hoặc tìm ra giới hạn áp dụng cho mô
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 mô hình, mỗi lí thuyết chỉ phản ánh một mặt của thực tế nên khi
ta mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình sẽ đến một lúc ta gặp những sự
10

kiện thực nghiệm mới không thể giải thích được bằng mô hình cũ, lúc này ta
phải bổ sung, chỉnh lí mô hình cũ cho phù hợp hoặc thậm chí phải bỏ đi để
xây dựng một mô hình mới cho một chu trình mới của quá trình nhận thức.
Như vậy, chu trình nhận thức khoa học không 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 Razumôpxki có thể được biểu
diễn bằng sơ đồ trên hình1.1. [7]

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

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, công 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 hoá, khái quát
hoá, quy nạp, diễn dịch
Vai trò 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 thông thí nghiệm có các vai trò sau:
+ Thí nghiệm là phương tiện để học sinh thu nhận tri thức:
12

Khi học sinh hoàn toàn 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 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

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 không phù hợp thì phải đề xuất giả thuyết mới. Như vậy thí nghiệm
đóng vai trò 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 thông 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 không 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 mô hình. Nếu mô hình là vật chất người ta sẽ phải tiến hành
các thí nghiệm thực với nó.
3-Thu thập trên mô hình để suy ra các hệ quả lí thuyết.
4-Kiểm tra hệ quả trên đối tượng gốc. Trong giai đoạn này, thông qua thí
nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu được từ mô hình với những kết quả
thu được trên vật gốc, kiểm tra được tính đúng đắn của mô hình và rút ra giới
hạn áp dụng của mô hình.
1.1.2.3. Vai trò 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.
14

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

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
quá 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 quá 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 môn Vật lí sang các môn học khác, lĩnh vực khác.
1.1.3. Các loại thí nghiệm Vật lí ở phổ thông
- Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên:
Loại thí nghiệm này giữ vị trí hàng đầu trong hệ thống thí nghiệm Vật lí
phổ thông, 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
16

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: