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
TRƢỜNG 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 SƢ PHẠM VẬT LÍ

HÀ NỘI – 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG 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 SƢ PHẠM VẬT LÍ
Chuyên ngành: Lí luận và phƣơng pháp dạy học (bộ môn Vật lí)
Mã số: 60 14 01 11

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Phạm Kim Chung

HÀ NỘI – 2014


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

i


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

ii


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

CHƢƠNG 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

iii


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
CHƢƠNG 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

iv


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
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ 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


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

vi


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

vii


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
1


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2006), Chương trình giáo dục phổ thông, môn Vật
lí. NXB Giáo dục, Hà Nội.
2. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2007), Tài liệu Bồi dưỡng Giáo viên thực hiện
chương trình, sách giáo khoa lớp 11 THPT.
3.Trần Tố Chinh (2013), Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo
hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dòng điện không đổi – Vật lí 11 cơ bản Trung
học phổ thông (Luận văn Thạc sĩ), Đại học Giáo dục, ĐHQGHN.
4. Phạm Xuân Quế (2004), “Xây dựng và sử dụng phần mềm dạy học”, Tạp
chí Giáo dục.
5. Vũ Trọng Rỹ (2005), “Các yêu cầu sư phạm đối với thí nghiệm ảo – sản
phẩm multimedia”, Tạp chí Giáo dục, số 107.
6.Nguyễn Xuân Thành (2007), Mô phỏng thí nghiệm trên máy tính để sử
dụng phối hợp với thí nghiệm thật trong dạy học vật lí ở trong nhà trường phổ

thông. Tạp chí Khoa học, 52(6), tr.82-86
7. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng, Phạm Xuân Quế (2003),
Phương pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông, NXB ĐHSP Hà Nội.
8. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng (2001), Tổ chức hoạt động nhận
thức cho học sinh trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, NXB Đại học Quốc
gia Hà Nội, Hà Nội.
9. Phạm Hữu Tòng (2001), Lí luận dạy học vật lí ở trường trung học, NXB
Giáo dục, Hà Nội.
10. Viện Vật lí kỹ thuật (2006), Tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị Vật lí 11.

2


Tiếng Anh
11.Avi Hofstein, Vincent N. Lunetta (2003), The laboratory in Science
Education: Foundation for the twenty-Fisrt Century, Wiley Periodicals, New
York.
12. Dimitris Psillos, Hans Niedderer (2002), Teaching and learning in the
science laboratory, Springer, New York
13. Pham Xuan Que, Pham Kim Chung (2007), Role, requiments oF online
interactive physics experiment and how to develop the experiment. Journal of
Science, 52(6), pp. 87-90.
14. Yogesh Kumar Singh, Ruchika Nath (2007), Teaching of General
Science, S.B. Nangia, SPH Publishing Corporation, New Delhi, India.

3