Xây dựng và sử dụng thí nghiệm ảo phần dao động cơ vật lý 12 bằng phần mềm macromedia flash nhằm nâng cao năng lực thực nghiệm cho học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN HUY THÁI

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO
PHẦN DAO ĐỘNG CƠ, VẬT LÍ 12 BẰNG PHẦN MỀM
MACROMEDIA FLASH NHẰM NÂNG CAO NĂNG LỰC
THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ SƢ PHẠM VẬT LÍ

HÀ NỘI – 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN HUY THÁI

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO
PHẦN DAO ĐỘNG CƠ, VẬT LÍ 12 BẰNG PHẦN MỀM
MACROMEDIA FLASH NHẰM NÂNG CAO NĂNG LỰC
THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ SƢ PHẠM VẬT LI
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 – 2016


LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới:
Trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc Gia Hà Nội, các Khoa và các
phòng chức năng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi 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.
Toàn thể gia đình và anh em, bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm, động
viên, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Thái Nguyên, tháng 10 năm 2016
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

NLTN

Năng lực thực nghiệm

PTDH

Phương tiện dạy học

SGK

Sách giáo khoa

SP

Sư phạm

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

TH

Thực hành

THPT

Trung học phổ thông

VL

Vật lí

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1. Lý 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. Giới hạn phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 5
8. Đóng góp mới của đề tài ............................................................................... 5
9. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 5
10. Cấu trúc của luận văn .................................................................................. 6
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ 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 và 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 trường phổ thông ..................................... 17
1.1.4. Một số yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lí trong quá trình tổ chức hoạt
động nhận thức tích cực, tự lực của học sinh THPT ....................................... 18
1.1.5. Xu hướng đổi mới tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm ................ 19
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. Sự hình thành và phát triển kĩ năng ...................................................... 20
1.2.3. Kĩ năng thí nghiệm cần rèn luyện ở học sinh trong dạy học Vật lí ở
trường THPT ................................................................................................... 22
1.2.4. Các cấp độ phát triển kĩ năng thí nghiệm của học sinh ........................ 26
1.2.5. Các giai đoạn phát triển kĩ năng............................................................ 29
1.3. Năng lực thực nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường THPT ................... 31
iii


1.3.1. Khái niệm về năng lực thực nghiệm: .................................................... 31
1.3.2. Cấu trúc của năng lực thực nghiệm. ..................................................... 32
1.3.3. Năng lực chuyên biệt môn Vật lí .......................................................... 33
1.3.4 Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm Vật lí cho học sinh. ......................... 35
1.4. 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. ............................................... 39
1.4.1. Thí nghiệm thực hành Vật lí ................................................................. 39
1.4.2. Nội dung, hình thức tổ chức thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí
ở trường THPT ................................................................................................ 40
1.5. Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lí .......................... 43
1.5.1. Khái niệm phần mềm dạy học............................................................... 43
1.5.2. Những yêu cầu chung đối với phần mềm dạy học ................................ 44
1.5.3. Phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lí...................................... 47

1.6. Thực trạng của việc rèn luyện kĩ năng thí nghiệm cho học sinh trong dạy
học Vật lí ở trường THPT ............................................................................... 49
1.6.1. Mục đích tìm hiểu ................................................................................. 49
1.6.2. Nội dung tìm hiểu.................................................................................. 50
1.6.3. Phương pháp tìm hiểu ........................................................................... 50
1.6.4. Kết quả tìm hiểu .................................................................................... 50
1.7. Kết luận chương 1 .................................................................................... 53
CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ẢO
HỖ TRỢ THỰC HÀNH VẬT LÍ CHƢƠNG DAO ĐỘNG CƠ VẬT LÍ
12, BAN CƠ BẢN THPT..............................................................................54
2.1. Phân tích nội dung, mục tiêu dạy học bài thí nghiệm thực hành Chương
Dao động cơ. ................................................................................................... 54
2.1.1. Vị trí của bài thí nghiệm thực hành trong chương Dao động cơ .......... 54
2.1.2. Mục tiêu bài thí nghiệm thực hành Chương Dao động cơ .................... 55
2.1.3. Nội dung bài thực hành: “Khảo sát các định luật thực nghiệm của...... 56
2.1.4. Những khó khăn khi làm bài thí nghiệm thực hành Chương Dao động
iv


cơ. .................................................................................................................... 65
2.2. Đề xuất các giải pháp xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí
ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương Dao động cơ ............................................. 66
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 (Hỗ trợ tìm kiếm và trao đổi thông tin)
......................................................................................................................... 67
2.2.2. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo ... (Hỗ trợ thực
hiện Quy trình) ................................................................................................ 67
2.2.3. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ quá trình
kiếm tra, đánh giá ............................................................................................ 68
2.3. Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực .......... 69

2.3.1. Ý tưởng xây dựng phần mềm ................................................................ 69
2.3.2. Xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo bằng Macromedia ........ 70
2.4. Sử dụng phần mềm thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành Vật lí chương
Dao động cơ. ................................................................................................... 74
2.4.1. Các bước tổ chức thí nghiệm thực hành với sự hỗ trợ của thí nghiệm
Vật lí ảo. .......................................................................................................... 74
2.4.2. Thiết kế tiến trình dạy học thực hành thí nghiệm “Khảo sát thực ........ 78
2.5. Kết luận chương 2 .................................................................................... 82
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM............................................... 83
3.1. Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm. ............................ 83
3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm. ........................................................... 83
3.1.2. Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm. ...................................... 83
3.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm. ........................................................ 84
3.2.1. Chuẩn bị thực nghiệm ........................................................................... 84
3.2.2. Phương thức tổ chức quá trình thực nghiệm sư phạm .......................... 84
3.3. Kết quả thực nghiệm sư phạm ................................................................. 88
3.3.1. Phân tích định tính ................................................................................ 88
3.3.2. Phân tích kết quả định lượng................................................................. 91
v


3.4. Hiệu quả của biện pháp đề tài đã đề xuất ................................................. 94
3.5. Kết luận chương 3 .................................................................................... 96
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ...............................................................97
1. Kết luận ....................................................................................................... 97
2. Khuyến nghị ................................................................................................ 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 99
PHỤ LỤC ................................................................................................... 100

vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng các kĩ năng thí nghiệm cơ bản cần rèn luyện cho học sinh
THPT trong dạy học Vật lí............................................................................. 23
Bảng 1.2. Các cấp độ mục tiêu nhận thức...................................................... 27
Bảng 1.3. Các cấp độ mục tiêu kĩ năng tâm vận.............................................27
Bảng 1.4. Thang đánh giá sự thực hiện (PRS.) ............................................. 28
Bảng 1.5. Các cấp độ mục tiêu kĩ năng thí nghiệm của học sinh trong dạy học
Vật lí ở trường phổ thông.............................................................................. 29
Bảng 1.6. Thống kê kết quả phiếu khảo sát ở học sinh THPT Phổ Yên .... 51
Bảng 3.1 - Bảng thống kê điểm số ................................................................. 91
Bảng 3.2 - Bảng thống kê số học sinh đạt từ điểm xi trở xuống (Bảng tần suất
luỹ tích hội tụ lùi) .......................................................................................... 90
Bảng 3.3 - Các tham số thống kê .................................................................. 92
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo V.G. Razumôpxki...............................9
Hình 2.1. Bộ thiết bị thí nghiệm .................................................................... 58
Hình 2.2: Đồng hồ đo thời gian hiện số, cổng quang điện và sơ đồ nguyên lý
cổng quang điện dùng nghiên cứu chuyển động của con lắc đơn ................. 59
Hình 2.3. Đồng hồ đo thời gian hiện số......................................................... 63
Hình 2.4: Câu hỏi trắc nghiệm liên quan đến bài thí nghiệm thực hành ...... 71
Hình 2.5: Bảng lựa chọn dụng cụ thí nghiệm trong phần mềm .................... 72
Hình 2.6: Thực hiện thí nghiệm trong phần mềm......................................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 ................... 92

vii

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trước yêu cầu cấp bách của công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất
nước, trước nhu cầu hội nhập, đòi hỏi giáo dục đại học Việt Nam phải có
những đổi mới mạnh mẽ. Nghị quyết số 14/2005 của Chính phủ về đổi mới cơ
bản và toàn diện GDĐH Việt Nam giai đoạn 2006 - 2020 đã nêu: “Mục tiêu
chung là đổi mới cơ bản và toàn diện GDĐH, tạo được chuyển biến cơ bản về
chất lượng, hiệu quả và quy mô, đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp Công nghiệp
hoá- hiện đại hóa đất nước, hội nhập kinh tế quốc tế” và yêu cầu giáo dục, đào
tạo sinh viên trong thời kỳ mới: "Phát triển tiềm năng nghiên cứu sáng tạo, kĩ
năng nghề nghiệp, năng lực hoạt động trong cộng đồng và khả năng lập
nghiệp của người học"
Môn Vật lí là môn học không thể thiếu các bài thí nghiệm, đặc biệt là các
bài thí nghiệm thực hành của học sinh, bởi Vật lí cũng như một số môn học
khác, là một môn khoa học thực nghiệm. Việc nắm vững mục đích, cơ sở lý
thuyết liên quan đến các thí nghiệm, các kĩ năng lắp ráp cũng như các thao tác
khi tiến hành thí nghiệm có ý nghĩa rất lớn. Nó góp phần quan trọng trong quá
trình tổ chức các hoạt động nhận thức tích cực và tự lực của học sinh. Đồng
thời, thí nghiệm Vật lí còn tạo ra và nâng cao hứng thú học tập cho học sinh,
tạo cho học sinh niềm tin khoa học bằng những kiến thức đã thu nhận được
trong quá trình học.
Trong những năm trở lại đây, phòng thí nghiệm ở các trường phổ thông
đã được trang bị một cách khá đầy đủ về số lượng thiết bị thí nghiệm, nhưng
vẫn còn nhiều khó khăn cần phải khắc phục, như nhiều dụng cụ thí nghiệm
chưa đảm bảo yêu cầu, cán bộ quản lý thí nghiệm thì không chuyên nên việc
chuẩn bị thí nghiệm cho một tiết học trên lớp còn nhiều khó khăn. Đồng thời,
mỗi tiết học chỉ diễn ra trong thời gian 45 phút, không đủ để thực hiện hoàn
chỉnh một bài thực hành Vật lí, gây trở ngại cho cả thày và trò. Trong mỗi giờ
thực hành Vật lí, thời gian chủ yếu dành cho thao tác giới thiệu và lắp ráp

1


thiết bị nên thời gian để đo đạc và xử lý kết quả còn lại rất ít. Muốn có nhiều
thời gian hơn, người thày phải dành thời gian để chuẩn bị trước cho bài thực
hành trước khi lên lớp. Để làm được điều này thì các bài thực hành Vật lí cần
được bố trí trong các phòng chuyên môn riêng biệt để mỗi khi có tiết thí
nghiệm thực hành, học sinh chỉ cần lên phòng học chuyên môn và tiến hành
các thao tác đo đạc, tính toán. Tuy nhiên, hiện nay có rất ít các trường phổ
thông được trang bị phòng học chuyên môn nên giáo viên vẫn phải mang các
thiết bị, đồ dùng thí nghiệm lên lớp học để hướng dẫn cũng như cho học sinh
làm thí nghiệm thực hành. Điều này dẫn đến thiết bị thí nghiệm có thể bị hỏng
hóc, bị lỗi trong quá trình vận chuyển, khiến cho chất lượng quá trình dạy và
học còn nhiều hạn chế. Nhiều khi do phân phối chương trình, có nhiều lớp
cùng tiến hành bài thực hành, mà số lượng bộ dụng cụ có hạn, nên phải lùi
thời gian thực hành lại, dẫn tới hiệu quả giảng dạy giảm sút. Một lý do nữa là,
bài thực hành được chia làm 2 tiết, tiết 1 nêu ra cơ sở lý 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 lý số liệu. Tiết 1 chỉ có giới thiệu dụng cụ thí nghiệm và
học sinh chỉ quan sát thí nghiệm thì không thể hiểu phương án thí nghiệm,
cũng như nắm vững các bước tiến hành thí nghiệm. Điều đó sẽ dẫn tới khi
làm thí nghiệm thực hành, học sinh có thể thu được các số liệu xa rời thực tế.
Hiện nay, việc ứng dụng CNTT đã góp phần khắc phục những khó khăn
cho giáo viên khi lên lớp, nâng cao hứng thú học tập cho học sinh khi làm bài
thực hành. Đồng thời CNTT cũng 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 nhiều loại hình thí nghiệm, loại hình kiểm tra trực tiếp trên
máy tính từ đó nâng cao chất lượng giảng dạy của giáo viên cũng như việc
học tập của học sinh.
Có rất nhiều phần mềm tin học được sử dụng trong quá trình dạy học,

trong đó phần mềm Macromedia Flash là phần mềm có khả năng lập trình đa
phương tiện, có khả năng xử lý hình ảnh cũng như video rất tốt. Nó có khả
2


năng chạy tốt trên cả máy tính cá nhân và mạng Internet nên được sử dụng
ngày càng nhiều để phát triển các phần mềm dạy học. Có thể dùng phần mềm
Macromedia Flash để lập trình thí nghiệm ảo dựa trên các thí nghiệm thực sẽ
góp phần giải quyết các khó khăn và nâng cao được chất lượng dạy học Vật lí
hiện nay.
Trong chương trình Vật lí lớp 12 thì chương Dao động cơ có nhiều hiện
tượng Vật lí phức tạp, thậm chí khó thực hiện trong điều kiện thực tế, các thí
nghiệm đòi hỏi phải sử dụng những dụng cụ đo mà học sinh chưa được rèn
luyện các kĩ năng sử dụng. Vì vậy, để tiến hành các thí nghiệm trong phần
này, học sinh gặp phải nhiều khó khăn.
Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng và
sử dụng thí nghiệm ảo phần Dao động cơ - Vật lí 12 bằng phần mềm
Macromedia Flash nhằm nâng cao năng lực thực nghiệm cho học sinh”
2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng và sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo hỗ trợ dạy học Vật lí
nhằm nâng cao năng lực thực nghiệm cho học sinh qua các bài thí nghiệm
thực hành chương Dao động cơ - Vật lí 12, ban Cơ bản THPT.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý luận về vai trò của thí nghiệm Vật lí trong quá
trình tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh ở các trường THPT.
- Nghiên cứu cơ sở lý luận về thí nghiệm ảo và những yêu cầu đối với thí
nghiệm ảo.
- Ứng dụng CNTT để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo trong
chương Dao động cơ (Vật lí 12, ban Cơ bản THPT) đáp ứng các yêu cầu cơ
bản của thí nghiệm thực hành 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
trong quá trình dạy bài thực hành chương Dao động cơ.
3


- 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. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu
 Khách thể:
- Quá trình dạy và học thí nghiệm thực hành có sử dụng thí nghiệm Vật
lí ảo trong các bài của chương Dao động cơ (Vật lí 12, ban Cơ bản THPT) của
giáo viên và học sinh lớp 12 trường THPT Phổ Yên – Thị xã Phổ Yên – Thái
Nguyên.
 Đối tượng:
- Bài thí nghiệm thực hành chương Dao động cơ (Vật lí 12, ban Cơ bản
THPT)
- Quá trình nhận thức, kĩ năng thí nghiệm của học sinh khi được tổ chức
học thực hành thí nghiệm có sử dụng phối hợp các thiết bị thí nghiệm thật và
thí nghiệm ảo.
5. Vấn đề nghiên cứu
Đề tài tập trung vào nghiên cứu hai vấn đề cơ bản sau:
- Ứng dụng CNTT để xây dựng bài thí nghiệm thực hành Vật lí ảo trong
chương Dao động cơ (Vật lí 12, ban Cơ bản THPT) như thế nào để đáp ứng
các yêu cầu cơ bản của thí nghiệm thực hành Vật lí hiện nay ?
- Việc sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ trong quá trình dạy bài thực
thành thí nghiệm Vật lí trong chương Dao động cơ 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 về hình ảnh, quy trình, thao tác thí nghiệm và thiết kế tiến trình dạy
học có sự kết hợp giữa 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 năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học Vật lí.
4


7. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
Về nội dung nghiên cứu:
- Sử dụng phần mềm Macromedia Flash để xây dựng thí nghiệm ảo
trong bài thí nghiệm thực hành của chương Dao động cơ (Vật lí 12, ban Cơ
bản THPT).
- Sử dụng thí nghiệm ảo để dạy tiết thực hành thí nghiệm Vật lí chương
Dao động cơ (Vật lí 12, ban Cơ bản THPT).
8. Đóng góp mới của đề tài
- Về lý luận. Đề tài phát triển lý luận về rèn luyện kĩ năng thí nghiệm Vật
lí cho học sinh THPT.
- Về ý nghĩa 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. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu lý luận về thí nghiệm
trong dạy và học Vật lí ở trường THPT; lý luận về thí nghiệm ảo, các yêu cầu
đối với thí nghiệm ảo.
- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn (điều tra, quan sát, chuyên gia...):
+ Nghiên cứu thực tiễn việc dạy và học thí nghiệm thực hành trong
chương Dao động cơ.
+ 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 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.

5


10. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo, nội dung bản
luận văn được chia thành ba chương:
Chƣơng 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài.
Chƣơng 2. Xây dựng và sử dụng thí nghiệm Vật lí ảo hỗ trợ thực hành
Vật lí chương Dao động cơ – Vật lí 12, ban Cơ bản THPT.
Chƣơng 3. Thực nghiệm sư phạm.

6


CHƢƠNG 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Thí nghiệm Vật lí và vai trò trong dạy học ở trƣờng phổ thông
1.1.1. Thí nghiệm Vật lí và đặc điểm của thí nghiệm Vật lí
Thí nghiệm Vật lí (TNVL) là sự tác động một cách 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 [5, tr. 76]
Theo một số định nghĩa thì thí nghiệm là:
- Một sự thử nghiệm trong điều kiện có thể kiểm soát được nhằm minh

hoạ cho một chân lí đã biết, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết khoa học,
xác định tính hiệu quả của cái gì đó mà chưa được xác nhận.
- Một sự thử nghiệm hay một quá trình trong điều kiện có thể kiểm soát
được nhằm kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết khoa học hay đưa ra một
phát hiện mới.
Thí nghiệm Vật lí có các đặc điểm sau:
- Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập một
cách có chủ định sao cho thông qua quá trình thí nghiệm, có thể trả lời được
các câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được các giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ
giả thuyết.
Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần được xác định rõ, bao gồm
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 nào đó, trong khi các đại lượng
khác được giữ không đổi.
- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát theo như
dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần
7


thiết, nhờ quá trình phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần
nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các tác động gây nhiễu.
- Đặc điểm đóng vai trò quan trọng của thí nghiệm là khả năng có thể
quan sát được những biến đổi của đại lượng nào đó được gây ra bởi 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.
- Đặc tính có thể lặp lại của thí nghiệm. Tức là: với các thiết bị thí
nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau, khi bố trí lại hệ thống thí nghiệm,
tiến hành lại thí nghiệm thì hiện tượng, quá trình Vật lí phải diễn ra trong thí

nghiệm giống như các lần thí nghiệm trước đó. [7, tr. 56-61]
Trong nghiên cứu khoa học nói chung, đặc biệt trong nghiên cứu vật lí
thì thí nghiệm đóng vai trò hết sức quan trọng.
Các định nghĩa này đề cập đến các nội dung sau:
- Mục đích của thí nghiệm (kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết, đưa
ra một phát hiện mới hay minh hoạ cho một qui luật đã biết)
- Đặc điểm của hoạt động thí nghiệm (sự thử nghiệm hay một quá trình
trong điều kiện có thể kiểm soát được)
- Trong các định nghĩa trên, nội hàm đầy đủ của hoạt động gọi là thí
nghiệm với tư cách là một quá trình chưa được chú ý trình bày.
1.1.2. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở THPT
1.1.2.1. Vai trò thí nghiệm theo quan điểm lý luận nhận thức
Xu hướng dạy học hiện đại coi kiến thức về phương pháp hoạt động là
một loại kiến thức cơ bản, quan trọng, đó là kiến thức công cụ. Học tập vật lí
tốt nhất là dùng chính phương pháp nhận thức của Vật lí (Phương pháp thực
nghiệm, phương pháp mô hình), tổ chức quá trình học tập của học sinh tương
tự với quá trình nghiên cứu của các nhà khoa học.
Con đường nhận thức Vật lí cũng đã được nhiều nhà Vật lí chỉ ra như
Newton, A.Einstein, M.Planck, M.Born ... V.G. Razumôpxki đã khái quát
8


thành chu trình nhận thức như sau: 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 lý thuyết (bằng suy luận lôgíc
hay suy luận toán học); Để rồi, những hệ quả lý 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 lý thuyết ấy thì hoặc

làm mô hình lý thuyết không phù hợp hoặc tìm ra giới hạn áp dụng cho mô
hình giả thuyết.
Chu trình nhận thức khoa học này được V.G. Razumôpxki khái quát
bằng sơ đồ như trên hình 1.1. [5]
Các hệ quả lôgíc

Mô hình giả định
trừu tƣợng

Những sự kiện

Thí nghiệm

khởi đầu

kiểm tra

Hình 1.1: Sơ đồ Chu trình sáng tạo theo V.G. Razumôpxki. [5]
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
kiện thực nghiệm mới không thể giải thích được bằng mô hình cũ, lúc này ta
phải bổ sung, chỉnh lý 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 lý khách quan.
Tương ứng với chu trình sáng tạo khoa học, đối với việc xây dựng một
9

kiến thức vật lí cụ thể thì tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề được mô tả
như sau:"đề xuất vấn đề - suy đoán giải pháp - khảo sát lí thuyết hoặc thực
nghiệm - kiểm tra, vận dụng kết quả".
- Đề xuất vấn đề: Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh
nhu cầu về một cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn, nhưng
hi vọng có thể tìm tòi, xây dựng được. Diễn đạt nhu cầu đó thành câu hỏi.
- Suy đoán giải pháp: Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất
phát cho phép đi tìm lời giải: chọn hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành
được để đi tới cái cần tìm; hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể
xảy ra mà nhờ đó có thể khảo sát thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm.
- Khảo sát lí thuyết hoặc thực nghiệm: Vận hành mô hình rút ra kết luận
lôgíc về cái cần tìm hoặc thiết kế phương án thực nghiệm, tiến hành thực
nghiệm, thu lượm dữ liệu cần thiết và xem xét, rút ra kết luận về cái cần tìm.
- Kiểm tra, vận dụng kết quả: xem xét khả năng chấp nhận được của
các kết quả tìm được, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích /tiên đoán các
sự kiện và xem xét sự phù hợp của lí thuyết và thực nghiệm. Xem xét sự cách
biệt giữa kết luận có được nhờ suy luận lí thuyết với kết luận có được từ các
dữ liệu thực nghiệm để quy nạp chấp nhận kết quả tìm được khi có sự phù
hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, hoặc để xét lại, bổ sung, sửa đổi đối với
thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng và vận hành mô hình xuất phát khi
chưa có sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, nhằm tiếp tục tìm tòi xây
dựng cái cần tìm.
Sự xây dựng tri thức khoa học như trên không phải là công việc chỉ của
riêng một nhà khoa học mà là một quá trình mang tính xã hội. Nhận thức của
mỗi cá nhân, thành viên xã hội, tiến triển trong sự tương tác xã hội và xung
đột xã hội - nhận thức. Kết quả nghiên cứu của mỗi cá nhân nhà khoa học có
sự hỗ trợ của người khác. Kết quả đó được thông báo và trải qua sự tranh
luận, phản bác, bảo vệ trong cộng đồng các nhà khoa học. Nhờ đó kết quả
10

nghiên cứu được chỉnh lí, bổ sung, hoàn thiện và được cộng đồng khoa học
chấp nhận.
Trong dạy học vật lí, cần tạo điều kiện cho học sinh trải qua các giai
đoạn của các giai đoạn nhận thức theo các nhà khoa học, để học sinh khám
phá ra các kiến thức Vật lí, tái tạo lại, biến chúng thành vốn liếng của bản
thân mình. Những trải nghiệm đó sẽ là cơ sở để sau này, người học hoàn toàn
có thể khám phá ra được những kiến thức mới.
Quá trình hoạt động nhận thức Vật lí thường diễn ra những hành động
phổ biến sau:
- Quan sát hiện tượng Vật lí xảy ra rồi từ đó phân tích nó được 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 những tính chất chung; mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa
các sự vật, hiện tượng.
- Mô hình hoá những sự kiện quan sát được dưới dạng những khái niệm,
những mô hình lý tưởng để sử dụng chúng làm công cụ tư duy.
- Đo đạc các đại lượng Vật lí, tìm ra mối quan hệ dưới dạng hàm số giữa
các đại lượng 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 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. Đánh giá kết quả hành động.
- Tìm phương pháp chung để giải quyết một loạt các vấn đề tương tự.
Cuối cùng, mỗi hành động được thực hiện bằng nhiều thao tác, được 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.

11


Những thao tác phổ biến trong quá trình 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,....
Tùy thuộc vào vốn hiểu biết của con người, khối kiến thức đã có về đối
tượng cần nghiên cứu mà thí nghiệm có những vai trò quan trọng khác nhau.
Trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, thí nghiệm có các vai trò sau:
+ Thí nghiệm là phương tiện để học sinh thu nhận tri thức. 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 để phân tích hiện thực khách
quan thông qua quá trình thiết lập đối tượng nghiên cứu một cách chủ quan
như: thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả quan
sát và 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 học sinh vận dụng những tri thức đã tiếp
thu được vào thực tiễn. Trong quá trình vận dụng các tri thức lý thuyết vào
12


việc thiết kế, vận dụng, học sinh sẽ gặp phải những 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 lý 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 Vật lí đặc biệt đóng vai trò quan trọng đối với các phương pháp nhận
thức phổ biến trong nghiên cứu Vật lí, đó là phương pháp thực nghiệm và
phương pháp mô hình, cụ thể như sau:
- Phương pháp thực nghiệm, là phương pháp thu thập các sự kiện trong
những điều kiện được tạo ra một cách đặc biệt (tạo ra kinh nghiệm mới, lý
thuyết mới để khẳng định những mối liên hệ dự kiến sẽ có trong những điều
kiện mới) đảm bảo cho sự thể hiện tích cực, chủ động của các hiện tượng, sự
kiện nghiên cứu.
Phương pháp thực nghiệm khoa học là một trong các phương pháp cơ
bản trong nghiên cứu khoa học. Song chỉ được sử dụng khi và chỉ khi đặt ra
bài toán làm sáng tỏ các mối liên hệ, sự phụ thuộc, giữa các hiện tượng
nghiên cứu và sự thể hiện các giả định, kiểm định các giả thuyết.Có 3 điều
kiện để sử dụng phương pháp thực nghiệm khoa học:
+ Biết được chính xác những yếu tố nào ảnh hưởng đến sự nảy sinh và
diễn biến của các hiện tượng nghiên cứu.
+ Xác định được những nguyên nhân của các hiện tượng do vạch ra
được các điều kiện ảnh hưởng.
+ Lặp lại thí nghiệm nhiều lần tuỳ theo ý muốn và như vậy sẽ thu được,
tích luỹ được những tài liệu định lượng mà từ đó có thể phán đoán về tính

điển hình hay ngẫu nhiên của các hiện tượng nghiên cứu.
Phương pháp thực nghiệm được chia ra gồm 4 giai đoạn:
1- Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời.
2- Đề xuất giả thuyết.
13


3- Từ giả thuyết, dùng suy luận lôgíc rút ra hệ quả có thể kiểm tra 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 kết quả thu được 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, là một phương pháp khoa học để nghiên cứu
các đối tượng, các quá trình … bằng cách xây dựng các mô hình của chúng
(các mô hình này bảo toàn các tính chất cơ bản được trích ra của đối tượng
đang nghiên cứu) và dựa trên mô hình đó để nghiên cứu trở lại đối tượng
thực. 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.
2- Xây dựng mô hình. Căn cứ trên các thông tin thuộc tính và mối quan
hệ bản chết của đối tượng gốc, ta xây dựng nên mô hình cho đối tượng. Nếu
mô hình là vật chất người ta sẽ phải tiến hành các thí nghiệm thực với nó.
3- Thu thập các thông tin trên mô hình để suy ra các hệ quả lý thuyết.
4- Kiểm tra lại hệ quả trên đối tượng gốc. Trong giai đoạn này, thông qua
thí nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu được trên 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. [5], [7]
1.1.2.2. Vai trò thí nghiệm theo quan điểm lý luận dạy học.
Theo quan điểm của lý luận dạy học, thí nghiệm có các vai trò sau:
+ Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của
quá trình dạy học như: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu; hình thành kiến thức,
14


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 cũng như thời gian tiến hành thí nghiệm.
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 quy nạp, khái quát hoá,
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 Vật lí hay 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 lý 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 bản thân mình.
Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kỹ năng của học
sinh, giáo viên cần có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm ở 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
15


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. Hiện nay dạy học không chỉ truyền thụ kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo
mà còn góp phần phát triển nhân cách cho học sinh một cách toàn diện. Cho
nên trong dạy học Vật lí nói chung và thí nghiệm Vật lí nói riêng cũng không
nằm ngoài quy luật đó. Qua thí nghiệm Vật lí làm cho học sinh hứng thú học
tập và quá trình thu nhận thông tin của học sinh ngày càng mang rõ nét tính
tích cực, tự lực sáng tạo khi học tập môn Vật lí. Như vậy quá tình tiếp cận các
thí nghiệm Vật lí dần dần trong học sinh xuất hiện sự ham muốn tìm hiểu,
ham muốn nghiên cứu, xóa dần sự ngăn cách ý thức của học sinh giữa Vật lí
và cuộc sống muôn màu muôn vẻ để tạo cho học sinh hứng thú nhận thức.
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
trong quá 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 thông qua 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 được có ý nghĩa quan trọng, mở
rộng vượt qua khỏi giới hạn môn Vật lí sang các môn học khác, lĩnh vực
khác.
16