Xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương “dao động cơ” vật lí 12 trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN ĐĂNG THUẤN

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG

THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG
DẠY HỌC CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ”
VẬT LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC

NGHỆ AN - 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

NGUYỄN ĐĂNG THUẤN

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG

THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG
DẠY HỌC CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ”
VẬT LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí
Mã số:
62 14 01 11
LUẬN ÁN TIẾN SĨ GIÁO DỤC HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. MAI VĂN TRINH

NGHỆ AN - 2017


i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu

trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì một công trình
khoa học nào khác.

Tác giả

Nguyễn Đăng Thuấn


ii
LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, Ban

Chủ nhiệm Khoa Vật lí – Công nghệ và Bộ môn Phương pháp dạy học Vật lí Trường
Đại học Vinh, và các trường THPT - nơi tiến hành thực nghiệm đề tài Luận án.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Mai Văn Trinh đã tận tình

hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành
Luận án.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô trong Khoa Vật lí – Công

nghệ Trường Đại học Vinh đã dành nhiều thời gian góp ý cho tác giả trong thời gian
nghiên cứu và hoàn thiện Luận án.

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với bố, mẹ, vợ, con, gia đình, bạn

bè, và những người đã giúp đỡ, động viên tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và
hoàn thành luận án này.

Tác giả

Nguyễn Đăng Thuấn


iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1.

CLĐ

Con lắc đơn

3.

ĐC

Đối chứng

2.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

CLLX
DHVL
GV

HĐDH
HĐNT
HS

PTDH

10. SGK
11. SGV

12. TBTN
13. THPT
14. TN

15. TNg

16. TNKNMT
17. TNSP

18. TNVL

Con lắc lò xo
Dạy học vật lí
Giáo viên

Hoạt động dạy học

Hoạt động nhận thức
Học sinh

Phương tiện dạy học
Sách giáo khoa
Sách giáo viên

Thiết bị thí nghiệm

Trung học phổ thông
Thí nghiệm

Thực nghiệm

Thí nghiệm kết nối máy tính
Thực nghiệm sư phạm
Thí nghiệm vật lí


iv

MỤC LỤC

Lời cam đoan ................................................................................................................ i
Lời cảm ơn .................................................................................................................. ii
Danh mục các chữ viết tắt ........................................................................................... iii

Mục lục ...................................................................................................................... iv
Danh mục các bảng, biểu, đồ thị ............................................................................... viii

Danh mục các hình ảnh ............................................................................................... ix

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG
THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DAO

ĐỘNG CƠ” ................................................................................................................ 5

1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài ........................................................................... 5
1.2. Các nghiên cứu ở trong nước ........................................................................... 7

1.3. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu .......................................................... 13

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ

NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM TÍCH CỰC

HÓA HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH .......................................... 15
2.1. Tổ chức hoạt động dạy học vật lí theo định hướng tích cực hóa hoạt động

nhận thức của học sinh ......................................................................................... 15

2.1.1. Tổ chức hoạt động dạy học......................................................................... 15
2.1.2. Tính tích cực và tích cực nhận thức ............................................................ 25
2.1.3. Tổ chức dạy học vật lí như thế nào để tích cực hóa được hoạt động nhận

thức của học sinh? ..................................................................................... 27

2.2. Thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học vật lí ......................................... 29
2.2.1. Khái niệm thí nghiệm kết nối máy tính....................................................... 29
2.2.2. Các thành phần của thí nghiệm kết nối máy tính ........................................ 30
2.2.3. Vai trò, chức năng của thí nghiệm kết nối máy tính .................................... 32
2.2.4. Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học vật lí .. 35
2.2.5. Các yêu cầu về thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học vật lí nhằm tích

cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh ................................................. 39


v
Kết luận chương 2 ................................................................................................. 41

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH

TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” NHẰM TÍCH CỰC HÓA

HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH ........................................................ 43
3.1. Khảo sát thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” với thí nghiệm kết nối

máy tính nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh ......................... 43
3.1.1. Mục đích khảo sát ...................................................................................... 43

3.1.2. Nội dung khảo sát ...................................................................................... 43

3.1.3. Phương pháp khảo sát ................................................................................ 44

3.1.4. Đối tượng khảo sát ..................................................................................... 45
3.1.5. Thực trạng thiết bị thí nghiệm và thí nghiệm kết nối máy tính liên quan đến

chương “Dao động cơ”. ............................................................................. 46

3.1.6. Thực trạng nhận thức của giáo viên, các nhà quản lí về tầm quan trọng của

TN và TNKNMT nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh..... 48

3.1.7. Thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” với thí nghiệm kết nối máy tính

nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. ................................ 49

3.2. Quy trình xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học

vật lí nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh ............................... 55
3.3. Phân tích nội dung dạy học “Dao động cơ” và xác định những thí nghiệm kết

nối máy tính cần xây dựng .................................................................................... 59
3.4. Phân tích một số thí nghiệm kết nối máy tính hiện có liên quan đến chương

“Dao động cơ” ....................................................................................................... 67
3.4.1. Bộ thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính Go!Motion của hãng Vernier......... 67

3.4.2. Bộ thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính của hãng Fourier Education ........... 69
3.4.3. Bộ thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính của hãng Addestation .................... 70

3.4.4. Bộ thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính của hãng Pasco.............................. 72

3.4.5. Bộ thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính Cassy của hãng LD-Didactic ......... 73

3.4.6. Nhận xét..................................................................................................... 74

3.5. Chế tạo thiết bị kết nối máy tính ViLabs....................................................... 76
3.5.1. Đặc tả về mặt kĩ thuật ................................................................................. 76


vi
3.5.2. Đặc tả các tính năng ................................................................................... 82
3.5.3. Quy trình tiến hành thí nghiệm với thiết bị kết nối máy tính ViLabs .......... 87
3.5.4. Các thử nghiệm đánh giá ổn định kết nối và sai số của cảm biến siêu âm

SRF05 với thiết bị kết nối máy tính ViLabs ............................................... 87

3.5.5. Đối chiếu thiết bị ViLabs với các yêu cầu của thí nghiệm kết nối máy tính

trong dạy học vật lí nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. . 89

3.6. Xây dựng một số thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương “Dao

động cơ” nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh ......................... 90
3.6.1. Thí nghiệm kết nối máy tính khảo sát dao động điều hòa của CLLX .......... 90

3.6.2. Thí nghiệm kết nối máy tính khảo sát dao động điều hòa của CLĐ ............ 93

3.6.3. Thí nghiệm kết nối máy tính khảo sát dao động tắt dần .............................. 96
3.6.4. Thí nghiệm kết nối máy tính khảo sát cưỡng bức – cộng hưởng cơ ............ 99

3.7. Soạn thảo tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Dao động cơ” nhằm

tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh ................................................. 102
3.7.1. Xác định mục tiêu dạy học chương “Dao động cơ” .................................. 102
3.7.2. Ý tưởng sư phạm ...................................................................................... 102

3.7.3. Tiến trình dạy học bài “Dao động điều hòa” (tiết 1) ................................. 109

3.7.4. Tiến trình dạy học bài “Con lắc lò xo” ..................................................... 113
3.7.5. Tiến trình dạy học bài “Bài tập con lắc lò xo, con lắc đơn” ...................... 117

Kết luận chương 3 ............................................................................................... 119

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ......................................................... 122

4.1. Mục đích, đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm..................... 122
4.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ............................................................... 122

4.1.2. Đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm .................................... 122
4.1.3. Thời gian, địa điểm và công tác chuẩn bị thực nghiệm sư phạm ............... 122

4.2. Định hướng đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm.................................. 124
4.2.1. Bộ tiêu chí đánh giá tính khả thi của thiết bị kết nối ViLabs ..................... 124

4.2.2. Bộ tiêu chí đánh giá tính tích cực của học sinh ......................................... 124

4.2.3. Đánh giá kết quả học tập qua bài kiểm tra kiến thức cuối chương ............ 127

4.3. Phân tích, đánh giá định tính kết quả thực nghiệm sư phạm..................... 128


vii

4.3.1. TNSP vòng 1 và những điều chỉnh cho TNSP vòng 2 .............................. 128
4.3.2. Đánh giá định tính .................................................................................... 131
4.4.3. Đánh giá định lượng ................................................................................. 135

Kết luận chương 4 ............................................................................................... 142

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 143

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ................... 145
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 145
PHẦN PHỤ LỤC ................................................................................................... 155
PHỤ LỤC 1: CÁC PHIẾU KHẢO SÁT VÀ KẾT QUẢ KHẢO SÁT .................. 1

PHỤ LỤC 2: HỆ THỐNG CÁC TIÊU CHUẨN CỦA TN TRONG DHVL ...... 16

PHỤ LỤC 3: CÁC TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ ..... 17
PHỤ LỤC 4: CÁC PHIẾU HỌC TẬP CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ.................. 31

PHỤ LỤC 5: PHIẾU QUAN SÁT GIỜ DẠY ...................................................... 44

PHỤ LỤC 6: ĐỀ KIỂM TRA CUỐI CHƯƠNG 1 .............................................. 46

PHỤ LỤC 7: HÀM TÍNH CÁC THAM SỐ THỐNG KÊ .................................. 50

PHỤ LỤC 8: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM ...................................... 53


viii
DANH MỤC CÁC BẢNG – BIỂU –ĐỒ THỊ

Trang

Bảng 2.1. Bảng mô tả mẫu khảo sát thực trạng .......................................................... 46
Bảng 3.1. Bảng nội dung kiến thức chương dao động cơ ........................................... 60

Bảng 3.2. Bảng kết quả đo sai lệch siêu âm SRF 05 ................................................... 88
Bảng 3.3. Bảng mô tả sơ lược các hoạt động dạy học chương “Dao động cơ”.......... 104
Bảng 4.1. Thông tin về lớp thực nghiệm và lớp đối chứng ....................................... 123
Bảng 4.2. Bảng ma trận đề kiểm tra chương “Dao động cơ" .................................... 127

Bảng 4.3. Bảng thống kê các tiêu chí đánh giá tính khả thi của TBTN ..................... 131
Bảng 4.4. Bảng thống kê các tiêu chí đánh giá tính tích cực của HS ........................ 132

Bảng 4.5. Bảng phân phối tần số điểm lớp TNg và ĐC ............................................ 136
Bảng 4.6. Bảng phân phối tần số tích lũy ................................................................. 136

Bảng 4.7. Bảng các tham số thống kê ...................................................................... 141

Đồ thị 3.1. Đồ thị thay đổi % sai lệch theo khoảng cách đo........................................ 88
Đồ thị 4.1a. Đồ thị phân phối điểm số lớp ĐC1 và lớp TNg1................................... 137

Đồ thị 4.1b. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích ĐC1 và lớp TNg1 ............................ 137
Đồ thị 4.1c. Đồ thị phân phối điểm số ĐC2 và lớp TNg2 ......................................... 138
Đồ thị 4.1d. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích ĐC2 và lớp TNg2 ............................ 138

Đồ thị 4.1e. Đồ thị phân phối điểm số ĐC3 và lớp TNg3 ......................................... 139
Đồ thị 4.1f. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích ĐC3 và lớp TNg3 ............................. 139

Đồ thị 4.1g. Đồ thị phân phối điểm số ĐC4 và lớp TNg4......................................... 140

Đồ thị 4.1h. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích ĐC4 và lớp TNg4 ............................ 140


ix
DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ - HÌNH ẢNH

Trang

Sơ đồ 1.1. Sơ đồ TNVL với sự hỗ trợ của máy vi tính................................................ 10

Sơ đồ 2.1. Sơ đồ liên hệ kiến thức giữa hai hoạt động: dạy và học ............................. 18

Sơ đồ 2.2. Sơ đồ các thành tố của hoạt động dạy học ................................................. 20
Sơ đồ 2.3. Sơ đồ các thành tố của quá trình tổ chức hoạt động dạy học ...................... 23
Sơ đồ 2.4: Sơ đồ các thành phần của một thí nghiệm vật lí ........................................ 31

Sơ đồ 2.5: Sơ đồ các thành phần của một thí nghiệm kết nối máy tính ....................... 32

Sơ đồ 3.1: Sơ đồ mô tả quy trình xây dựng và sử dụng TNKNMT trong dạy học vật lí
nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. ................................................ 59

Sơ đồ 3.2. Sơ đồ kiến thức chương dao động cơ......................................................... 62

Sơ đồ 3.3. Sơ đồ kết nối các cụm phần cứng. ............................................................. 79
Sơ đồ 3.4. Sơ đồ liên hết các cụm phần mềm của hệ thống điều khiển trung tâm ....... 81

Hình 3.1. Cảm biến Go!Motion và giao diện phần mềm Logger Pro .......................... 68
Hình 3.2. Cảm biến Distance Sensor và giao diện phần mềm MiLab ......................... 69

Hình 3.3. Cảm biến Motion Sensor và giao diện phần mềm aMixer MGA ................. 71

Hình 3.4. Cảm biến PASPORT Motion Sensor, thiết bị kết nối 850 Universal Interface
và phần mềm PASCO Capstone................................................................................. 73

Hình 3.5. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát dao động của con lắc lò xo với cảm biến Laser

Sensor S, thiết bị kết nối Sensor-Cassy và phần mềm Cassy Lab 2 ............................ 74
Hình 3.6. Hình ảnh thực tế vi mạch Raspberry Pi 3 và sản phẩm hộp điều khiển trung

tâm sau khi hoàn thiện ............................................................................................... 77

Hình 3.7. Cảm biến SRF 05 và hộp cảm biến hoàn thiện...................................................... 78

Hình 3.8. Bảng cơ sở dữ liệu lưu lại thông tin lúc thực hiện thí nghiệm. ....................... 80
Hình 3.9. Bảng cơ sở dữ liệu lưu lại giá trị cảm biến của thí nghiệm. ............................ 80
Hình 3.10. Giao diện chính của phần mềm xử lí số liệu ........................................................ 82

Hình 3.11. Giao diện bảng số liệu ........................................................................................ 84
Hình 3.12. Giao diện thêm cột số liệu .................................................................................. 84

Hình 3.13. Giao diện hiển thị đồ thị mới (ở đây là đồ thị tọa độ - thời gian) ......................... 85
Hình 3.14. Giao diện thêm hàm so sánh ............................................................................... 85


x
Hình 3.15. Giao diện đồ thị khi đã thêm đồ thị chuẩn để so sánh.......................................... 86
Hình 3.16. Hàm chuẩn trùng với hàm li độ x sau khi chỉnh các tham số ............................... 86
Hình 3.17. Bố trí TN đánh giá sai lệch ................................................................................. 87

Hình 3.18. Bố trí thí nghiệm con lắc lò xo ................................................................. 90

Hình 3.19. Đồ thị li độ con lắc lò xo .......................................................................... 91
Hình 3.20. Đồ thị li độ CLLX với hàm so sánh (phóng to một đoạn đồ thị) ............... 91

Hình 3.21. Đồ thị li độ - vận tốc – gia tốc của CLLX ................................................. 92
Hình 3.22. Bố trí thí nghiệm con lắc đơn ................................................................... 93

Hình 3.23. Đồ thị li độ con lắc đơn ............................................................................ 93
Hình 3.24. Đồ thị li độ CLĐ với hàm so sánh ............................................................ 94
Hình 3.25. Đồ thị li độ - vận tốc – gia tốc của CLĐ ................................................... 95
Hình 3.26. Bố trí thí nghiệm dao động tắt dần chậm .................................................. 96
Hình 3.27. Đồ thị li độ dao động tắt dần chậm ........................................................... 96

Hình 3.28. Biên độ dao động tắt dần giảm theo hàm mũ ............................................ 97
Hình 3.29. Đồ thị li độ - vận tốc của dao động tắt dần chậm ...................................... 97

Hình 3.30. Bố trí thí nghiệm dao động tắt dần nhanh ................................................. 98
Hình 3.31. Đồ thị li độ dao động tắt dần nhanh .......................................................... 98

Hình 3.32. Đồ thị li độ với hàm sin chuẩn cho thấy chu kì không đổi ........................ 98

Hình 3.33. Đồ thị li độ với biên độ giảm theo hàm mũ ............................................... 99
Hình 3.34. Đồ thị li độ li độ với hàm sin chuẩn cho thấy chu kì không đổi................. 99
Hình 3.35. Bộ tạo dao động cưỡng bức .................................................................... 100

Hình 3.36. Sơ đồ thí nghiệm dao động cưỡng bức ................................................... 100
Hình 3.37. Đồ thị li độ dao động cưỡng bức ............................................................ 101

Hình 3.38. Đồ thị li độ giai đoạn tăng dần tần số đến cộng hưởng............................ 101

1

1. Lí do chọn đề tài

MỞ ĐẦU

Ngày nay, sự xuất hiện của máy vi tính và internet đã làm thay đổi một cách sâu

sắc, toàn diện đời sống con người. Những công nghệ hiện đại như giao tiếp từ xa, lưu
trữ và xử lí những dữ liệu khổng lồ, chế tạo và sử dụng các công cụ tự động đã đem lại
sự phát triển vượt bậc của xã hội loài người. Chính vì thế, đòi hỏi giáo dục phải tạo ra
những con người không những có kiến thức chuyên môn và các kỹ năng nền tảng, mà
còn phải biết tiếp cận và sử dụng các thành tựu khoa học hiện đại.

Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, các tri thức vật lí là nền tảng cho sự phát triển

của khoa học và công nghệ, nhất là các công nghệ hiện đại, hỗ trợ sản xuất và đời sống,

vì vậy có vai trò quan trọng trong tổng thể quá trình giáo dục, đào tạo con người mới.
Điều này cũng dẫn đến yêu cầu cần thiết phải cải tiến các thí nghiệm, tăng cường vai trò
của thí nghiệm (TN) trong từng đơn vị của kiến thức.

Với sự xuất hiện của máy vi tính, các thiết bị đo đạc cảm biến và các bộ kết nối đã

mở ra một hướng đi mới, nâng cao chất lượng của các thí nghiệm nói chung và thí
nghiệm vật lí trong dạy học nói riêng. Các thiết bị cảm biến cho các kết quả đo tức thời

với độ chính xác cao, đồng thời thông qua các bộ kết nối và phần mềm chuyên dụng cài

đặt trên máy tính, dữ liệu được xử lí ngay lập tức, cho kết quả liên tục, thể hiện rõ bản

chất của hiện tượng, nhất là những hiện tượng vật lí xảy ra nhanh, khó quan sát quy luật.

Các bộ thí nghiệm mà số liệu thu được nhờ cảm biến, thiết bị kết nối và được xử lí dữ
liệu trên máy tính như vậy được gọi là thí nghiệm kết nối máy tính (TNKNMT).

Chương “Dao động cơ” lớp 12 vật lí trung học phổ thông đề cập đến những hiện

tượng gần gũi, như dao động con lắc đơn, dao động của con lắc lò xo, ... nhưng thường
lại xảy ra rất nhanh, khó quan sát và rất khó hình dung về bản chất. Việc trình bày kiến

thức chương này đa phần dựa trên các lập luận toán học, dẫn đến sự khô cứng trong việc
chiếm lĩnh tri thức của học sinh. Vì vậy nếu đưa vào sử dụng các bộ TNKNMT, sẽ làm
cho các hiện tượng được quan sát một cách dễ dàng hơn và dễ hiểu hơn về mặt bản chất,

tạo hứng thú và tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh. Tuy vậy, vẫn còn những

câu hỏi cần giải quyết, đó là: (1) Lựa chọn bộ TNKNMT cụ thể nào? Hay, (2) cần xây


2
dựng các bộ TNKNMT mới? Và (3) sử dụng như thế nào trong dạy học để có thể tích
cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học?

Vì vậy, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Xây dựng và sử dụng thí nghiệm

kết nối máy tính trong dạy học chương “Dao động cơ” vật lí 12 trung học phổ thông”.
2. Mục đích nghiên cứu

Xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương “Dao

động cơ” nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, góp phần nâng cao chất
lượng dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-

-

Đối tượng nghiên cứu:

+ Quá trình dạy học vật lí ở trường THPT.

+ Các bộ TNKNMT và khả năng ứng dụng của nó trong dạy học Vật lí.
Phạm vi nghiên cứu:

+ Phần “Dao động cơ” vật lí 12 THPT (ban cơ bản).

4. Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương “Dao

động cơ” một cách hợp lí thì sẽ tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh, góp phần
nâng cao chất lượng dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy

tính trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông nhằm tích cực hóa hoạt động nhận
thức của HS.

- Tìm hiểu thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” với thí nghiệm kết nối máy

tính nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh.

- Xây dựng một số thí nghiệm kết nối máy tính phục vụ dạy học chương “Dao động

cơ” nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh.

- Soạn thảo tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Dao động cơ” với các

TNKNMT đã xây dựng nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh.

- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các tiến trình dạy

học với TNKNMT đã soạn thảo.


3
6. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu giáo dục học, tâm lí học,

lý luận dạy học, các nghiên cứu khoa học liên quan đến đề tài nghiên cứu.

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Xây dựng và sử dụng các phiếu khảo sát,

phỏng vấn GV và HS để tìm hiểu về thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” với thí
nghiệm kết nối máy tính nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

+ Xây dựng một số TNKNMT phục vụ cho việc tổ chức dạy học chương “Dao

động cơ” – Vật lí 12 THPT.

+ Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Dao động cơ” với
TNKNMT nhằm tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh.

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức thực nghiệm sư phạm có đối chứng

để đánh giá tính khả thi của đề tài.

- Phương pháp thống kê toán học: Xử lí kết quả khảo sát thực trạng và xử lí thống

kê kết quả thực nghiệm sư phạm để kiểm định giả thuyết khoa học bằng phần mềm
Microsoft Excel phiên bản năm 2013.

7. Kết quả và những đóng góp của luận án

Luận án đã góp phần làm sáng tỏ cơ sở lý luận của việc xây dựng và sử dụng thí

nghiệm kết nối máy tính trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông nhằm tích
cực hóa hoạt động nhận thức của HS.

Luận án đã chỉ ra được thực trạng dạy học chương “Dao động cơ” với thí nghiệm

kết nối máy tính nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh.

Luận án đã chế tạo thành công bộ thiết bị kết nối máy tính (lấy tên là ViLabs),

đồng thời xây dựng được 6 TNKNMT dùng dạy học chương “Dao động cơ”.

Luận án đã soạn thảo 7 tiến trình dạy học chương “Dao động cơ” với các

TNKNMT đã xây dựng nhằm tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS. Các tiến trình

dạy học đã được thực nghiệm có đối chứng khẳng định tính khả thi và hiệu quả của
chúng trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, góp phần nâng cao chất
lượng dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông.


4
8. Cấu trúc luận án

Luận án gồm phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục.

Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu về xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối

máy tính trong dạy học chương “Dao động cơ”

Chương 2: Cơ sở lý luận của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy

tính trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông nhằm tích cực hóa hoạt động nhận
thức của học sinh

Chương 3: Xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương

“Dao động cơ” vật lí 12 trung học phổ thông nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức
của học sinh

Chương 4: Thực nghiệm sư phạm

5

Chương 1

TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG
THÍ NGHIỆM KẾT NỐI MÁY TÍNH TRONG
DẠY HỌC VẬT LÍ PHỔ THÔNG

1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài

Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, các công cụ và phương tiện hỗ

trợ ngày càng hiện đại tạo sự thay đổi cực kỳ lớn trong các hoạt động kinh tế xã hội nói

chung và các ngành khoa học nói riêng. Đặc biệt sự ra đời của máy vi tính, kèm theo đó
là sự phát triển bùng nổ của công nghệ thông tin đã mở ra một giai đoạn phát triển mới
trong lịch sử nhận loại, ở đó một số hoạt động tay chân của con người được tự động hóa

bởi các công cụ. Trong vật lí học và trong dạy học vật lí, các ứng dụng kỹ thuật, công
nghệ thông tin được quan tâm từ rất sớm và ngày càng thể hiện vai trò quan trọng.

Ở Pháp, các nghiên cứu về việc phát triển học tập với sự hỗ trợ của máy vi tính và

các thiết bị công nghệ đã có từ những năm 1970. Còn ở Mỹ, từ năm 1982, các trường
học đã sử dụng các phần mềm dạy học như Basic, Logo ... và năm 1994, Internet đã
được đưa vào ứng dụng trường học. Tại Anh, dự án MEP (Microeletronics Education

Program – Chương trình giáo dục vi điện tử) đã được triển khai từ những năm đầu thập
kỷ 80 của thế kỷ trước. Chương trình tập trung vào hai hướng chính đó là sử dụng máy

vi tính với tư cách một phương tiện hỗ trợ cho dạy học, thực hiện cá thể hóa trong dạy
học và đưa tin học vào nhà trường. Tại Canada, cũng từ năm 1980, tổ chức SIMEQ đã
tiến hành lắp máy tính trong các trường trung học để phục vụ cho việc dạy học. Tại

CHLB Đức, máy vi tính được đưa vào nhà trường từ năm 1984 với tư cách là phương

tiện dạy học, bước đầu thông qua các chương trình phần mềm dạy học và tiến xa hơn
trong sử dụng máy tính như công cụ hỗ trợ thí nghiệm vật lí. Tại Australia, năm 1984 tổ

chức NSCU (National Software Condination Unit) đã cung cấp chương trình giáo dục
máy vi tính cho các trường trung học với nhiều phần mềm dạy học ở nhiều môn học.

Tại Hàn Quốc, Nhật Bản và một số nước Đông Nam Á như Singapore, Thái Lan, ...


6
cũng đã sớm đưa ứng dụng công nghệ thông tin và máy vi tính vào trường học phổ thông
từ những năm 90 của thế kỷ trước.

Vấn đề sử dụng máy vi tính và cảm biến như là công cụ hỗ trợ thí nghiệm dạy học

cũng bắt đầu được thảo luận trong khoa học từ khoảng thời gian này. Có thể kể đến các
nghiên cứu của Smith (1963), Messick và Rapaport (1964), Cooperband (1966),

Johnson (1967), Kleinmuntz và McLean (1968), Aronson & Carlsmith (1969), Stang và
O'Connell (1974). Trong bài viết “The effects of computerized experimentation on
response variance” của Victor Rezmovic trên tạp chí Behavior Research Methods &

Instrumentation (1977), tác giả đã đề cập những lợi ích của việc sử dụng máy vi tính hỗ

trợ thí nghiệm thực như không phụ thuộc vào cảm xúc và kĩ thuật đo của người làm thí
nghiệm, thu được nhiều số liệu nên giảm sai số ngẫu nhiên, tạo nhiều thời gian cho

người nghiên cứu suy nghĩ vì giảm bớt thời gian đo và xử lí số liệu, tăng cường tư duy
nhận thức thực nghiệm (experimental realism) [88].

Bắt đầu từ những năm 80, 90 của thế kỉ 20 và nhất là những năm đầu thế kỉ 21,

nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy vi tính và các ngôn ngữ lập trình, các nghiên cứu
ứng dụng TNKNMT vào hỗ trợ thí nghiệm cụ thể và các đánh giá tác động sư phạm
xuất hiện nhiều hơn, có thể kể đến các tác giả František Schauer (1984), Ahl David H.

(1983), Van Staden, J. C. (1987) [92], Ivo Kuřitka (2003), ... Nhưng đáng kể nhất về

mặt thiết bị là sự xuất hiện một số công ty thiết bị giáo dục chuyên về cảm biến và
TNKNMT như Vernier, Pasco, Fourier, Addestation, Leybold, ...

Liên quan đến các TNKNMT thuộc chương “Dao động cơ”, các hãng cung cấp

các bộ TNKNMT chủ yếu sử dụng cảm biến siêu âm xác định vị trí, bên cạnh đó, một

số hãng có thêm cảm biến lực, cảm biến gia tốc, cảm biến góc xoay để hỗ trợ nghiên
cứu quy luật dao động của vật. Ví dụ như hãng Vernier cung cấp cảm biến siêu âm
Go!Motion và phần mềm Logger Pro, hãng Passco cung cấp cảm biến siêu âm

PASPORT Motion Sensor và phần mềm PASCO Capstone hoặc phần mềm

MatchGraph! Software, hoặc hãng Leybold với bộ Cassy, ... Các nghiên cứu ứng dụng

các sản phẩm này vào trường hợp tổ chức hoạt động dạy học cụ thể cũng đã được triển

khai ở nhiều nước, cho các kết quả khả quan trong việc góp phần tích cực hóa hoạt động

nhận thức của HS, nâng cao chất lượng dạy học. Có thể kể đến các nghiên cứu của Kah-


7
Chye Tan [82], Li-jun [85], Shrivastava, A. K. [90], ... Các nghiên cứu ứng dụng này đã

thiết kế được các phương án sử dụng các TNKNMT sẵn có vào dạy học các kiến thức

vật lí cụ thể, cả ở bậc phổ thông lẫn đại học. Ví dụ, nghiên cứu của Chye Tan [82] sử

dụng bộ thiết bị kết nối máy tính của hãng Addestation vào dạy học các kiến thức điện
học, nhiệt học. Hay nghiên cứu của Li-jun [85] sử dụng bộ thiết bị cảm biến của hãng
Pasco trong nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng âm, ...

Liên quan đến nội dung dao động cơ, cũng có một vài nghiên cứu sử dụng TN và

TNKNMT trong dạy học. Có thể kể đến nghiên cứu của Van Staden, J. C. và các cộng

sự, nghiên cứu dạy học dao động của con lắc đơn với TNKNMT, cụ thể là đưa ra các
gợi ý của việc thiết kế các TNKNMT dạy học nội dung này như phân tích video, sử
dụng cảm biến của hãng Vernier [92]. Hoặc nghiên cứu của Shrivastava, A. K. và các

cộng sự, nghiên cứu sử dụng cảm biến siêu âm dùng chip P89C51RD2 để khảo sát
khoảng cách trong các chuyển động vật lí (bao gồm cả dao động) [90]. Hoặc nghiên cứu
của Kodejška, Č. và các cộng sự ở Hà Lan, nghiên cứu các giải pháp thí nghiệm kết nối
máy tính với giá rẻ trong dạy học vật lí [83].

Như vậy có thể thấy, các nghiên cứu của nước ngoài đã quan tâm rất sớm đến ứng

dụng của máy tính trong dạy học nói chung và ứng dụng của máy tính trong hỗ trợ thí

nghiệm vật lí nói riêng. Các nghiên cứu đã xây dựng và sử dụng TNKNMT trong dạy
học, cả trường hợp cụ thể của dao động cơ, theo cả hướng ứng dụng các TNKNMT sẵn
có, lẫn tìm các phương án kết nối máy tính khác để dạy học vật lí được tích cực hơn và

khả thi hơn trong điều kiện của các trường. Tuy nhiên, chưa có các nghiên cứu cụ thể

phân tích và đánh giá các thiết bị TNKNMT sẵn có, đặc biệt là không có nghiên cứu nào
đề cập đến xây dựng và sử dụng TNKNMT trong dạy học chương “Dao động cơ” ở Việt
Nam nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh.
1.2. Các nghiên cứu ở trong nước

Tại Việt Nam, cũng từ những năm 80 của thế kỷ trước, các nhà khoa học trong đó

đi đầu là Viện khoa học giáo dục đã nghiên cứu đưa chương trình tin học vào dạy ở các
trường phổ thông. Đồng thời sau đó cũng xuất hiện nhiều nghiên cứu lý luận về ứng

dụng của máy vi tính trong dạy học. Có thể kể đến công trình “Mấy quan điểm sử dụng
máy tính điện tử như là công cụ dạy học” của các tác giả Nguyễn Bá Kim – Đỗ Thị


8
Hồng Anh (NXB Giáo dục – 1988); công trình “Cơ sở thiết kế các phần mềm dạy học

trên máy vi tính” của tác giả Lê Công Triêm (1994); công trình “Một số điểm về cơ sở
lý luận dạy học của việc sử dụng máy tính điện tử” của tác giả Nguyễn Quang Lạc – Lê

Công Triêm (1992) đăng trên tạp chí nghiên cứu khoa học giáo dục; công trình “Vai trò

mô phỏng bằng máy vi tính trong việc đưa ra kiến thức mới bằng con đường lý thuyết”

của tác giả Phạm Xuân Quế (1999); công trình “Máy vi tính làm phương tiện dạy học”
dùng trong đào tạo cao học tại trường Đại học Vinh của tác giả Nguyễn Quang Lạc –

Mai Văn Trinh (2002); công trình “Sử dụng máy vi tính trong dạy học” của tác giả Lê
Công Triêm (2005); các công trình “Giáo trình tin học trong dạy học Vật lí” (2006),
“Giáo trình sử dụng máy tính trong dạy học vật lí” (2007), “Giáo trình ứng dụng công

nghệ thông tin trong tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo” (2007)
của tác giả Phạm Xuân Quế; ... Các tác giả đã kì công xây dựng cơ sở lý luận vững chắc
cho việc ứng dụng máy vi tính và công nghệ thông tin trong dạy học nói chung và dạy
học vật lí nói riêng theo một số hướng sau:

+ Hướng thứ nhất là ứng dụng công nghệ thông tin trong hệ thống quản lí giáo

dục, xây dựng trường học thông minh (Smart School).

+ Hướng thứ hai là ứng dụng công nghệ thông tin trong hệ thống đào tạo từ xa,

xây dựng hệ thống Elearning, trường học số.

+ Hướng thứ ba là phát huy chức năng đa phương tiện, tính năng giao tiếp của máy

vi tính nhằm trực quan hóa, tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, phát triển
các kỹ năng tư duy bậc cao, khả năng sáng tạo, kỹ năng giải quyết vấn đề, hợp tác nhóm,
tăng cường cá thể hóa trong dạy học ...

+ Hướng thứ tư là ứng dụng trong thu thập và xử lí số liệu thí nghiệm, hỗ trợ thí

nghiệm, điều khiển thí nghiệm.

Các tác giả đặc biệt xem ứng dụng công nghệ thông tin như một hướng đi mới

nhằm tích cực hóa hoạt động của học sinh trong dạy học góp phần nâng cao hiệu quả
dạy học. Tuy nhiên các tác giả cũng chỉ ra rằng để công nghệ thông tin có thể hỗ trợ tốt

quá trình giáo dục trong nhà trường, người giáo viên cần chủ động lựa chọn phương
pháp, lựa chọn phần mềm, ứng dụng thích hợp cho từng mục đích giáo dục cụ thể. Nhất

là trong thiết kế và thi công từng bài dạy, từng nội dung kiến thức, từng thí nghiệm, từng


9
quá trình vật lí ... cần có những phần mềm, những ứng dụng phù hợp, những phương án

sử dụng công nghệ thông tin một cách tối ưu nhằm giúp học sinh tự lực nắm được kiến
thức một cách sâu sắc, tạo cho các em niềm tin, hứng thú, say mê hơn trong học tập và
nghiên cứu.

Đề cập đến vai trò của máy vi tính hỗ trợ thí nghiệm, trong quyển “Tổ chức hoạt

động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông” tác giả Nguyễn
Đức Thâm – Nguyễn Ngọc Hưng khi đề cập đến các chức năng cơ bản của máy vi tính
đã viết: “... Máy vi tính có khả năng tính toán, xử lí cực nhanh một khối lượng vô cùng
lớn các phép tính với độ chính xác cao ... Máy vi tính có thể biến đổi cực kì nhanh chóng,

chính xác các dữ liệu đã thu thập được, cho ra các kết quả được hiển thị dưới dạng chuẩn
như: biểu bảng, biểu đồ, đồ thị ... tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu mà các

phương tiện khác không thể làm được với chất lượng và thời gian như vậy. Máy vi tính
có thể ghép nối với các thiết bị nghiên cứu khác để tạo thành một hệ thiết bị mới có chất

lượng cao hơn hẳn thiết bị cũ ... Nhờ phần mềm, thông qua máy vi tính, các thiết bị có
thể được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình đặt sẵn ...”. Hay “... việc sử
dụng máy vi tính hỗ trợ các thí nghiệm vật lí là một trong các ứng dụng đặc trưng nhất

trong các ứng dụng của máy vi tính vào dạy học ...”. Luận án tiến sĩ giáo dục học của

tác giả Trần Huy Hoàng với đề tài “Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của

máy vi tính trong dạy học một số kiến thức cơ học và nhiệt học trung học phổ thông” –
Đại học Vinh, cũng đề cập trực tiếp đến việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ thí nghiệm Vật
lí. Theo tác giả, máy vi tính có thể hỗ trợ TNVL với nhiều ưu điểm ở các mặt sau:

+ Thu thập và lưu trữ số liệu: Máy vi tính có thể thu nhập và lưu trữ dữ liệu dưới

nhiều dạng khác nhau, có thể ghi lại đồng thời nhiều giá trị đo và thông qua các thiết bị
cảm biến kết nối, nhiều đại lượng đo phức tạp được đo một cách đơn giản và tự động.

+ Xử lí số liệu: Ưu điểm của xử lí số liệu bằng máy vi tính là nhờ các phần mềm

chuyên dụng mà số liệu được xử lí theo nhiều cách như làm trơn, nội suy, ngoại suy, lập
phương trình, tính sai số, ....

+ Biểu diễn số liệu: Nhờ khả năng đồ họa, máy vi tính có thể biểu diễn số liệu ở

nhiều dạng khác nhau như đồng hồ hiện số, đồ thị, hình ảnh véc tơ, hình ảnh khối, thậm
chí cả các hình ảnh chuyển động, ...

10
Tác giả cũng đề xuất sơ đồ một TNVL với sự hỗ trợ của máy vi tính như sau:
Đối
tượng đo
(thí
nghiệm)

Bộ cảm
biến
(sensor)

Bộ giao diện
(interface)

Máy vi
tính và
phần
mềm

Màn hình
hiển thị

Sơ đồ 1.1. Sơ đồ TNVL với sự hỗ trợ của máy vi tính

Như vậy, có thể nói từ những năm 90 của thế kỉ trước, các nghiên cứu ở Việt Nam

đã bắt nhịp với thế giới, quan tâm và nghiên cứu các ứng dụng của máy vi tính vào dạy
học nói chung và vào hỗ trợ thí nghiệm vật lí trong dạy học nói riêng. Các nghiên cứu
cũng đã xây dựng được hệ thống cơ sở lý luận của việc sử dụng máy vi tính vào hỗ trợ

dạy học cũng như hỗ trợ thí nghiệm trong dạy học vật lí.

Ngay sau đó, các nghiên cứu ứng dụng cũng đã xuất hiện, ban đầu chủ yếu tập

trung ứng dụng các thiết bị thí nghiệm có sẵn được cung cấp bởi các hãng nước ngoài

vào dạy học. Có thể kể đến các công trình thuộc nhóm này như: (1) Luận án tiến sĩ giáo
dục học của tác giả Mai Văn Trinh [64], sử dụng bộ thiết bị Cassy (của hãng Leybold,

Đức) hỗ trợ các thí nghiệm dạy học trong các phần “Điện học” và “Cơ học” Vật lí phổ
thông; (2) Luận án tiến sĩ giáo dục học của tác giả Trần Huy Hoàng [12], sử dụng phần
mềm Datastudio lấy số liệu từ các bộ cảm biến tương thích thông qua bộ giao tiếp 750
của Pasco để xây dựng 7 thí nghiệm thực ở phần cơ nhiệt chương trình vật lí phổ thông
(Thí nghiệm về chuyển động thẳng đều; thí nghiệm về chuyển động thẳng biến đổi đều;
thí nghiệm về chuyển động rơi tự do; thí nghiệm về định luật III Niu tơn; thí nghiệm về

dao động điều hòa của con lắc lò xo; thí nghiệm về định luật bảo toàn động lượng; thí
nghiệm về đinh luật Bôilơ – Mariốt); (3) Luận văn thạc sĩ của tác giả Trần Bá Trình với
đề tài “Chế tạo bộ thí nghiệm về các định luật chất khí dùng cảm biến và tổ chức hoạt

động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học chương chất khí ở lớp 10
THPT”, Đại học sư phạm Hà Nội (2009), sử dụng bộ thiết bị ghép nối hiện số với các
thiết bị cảm biến của hãng GQY – Trung Quốc để xây dựng phương án thí nghiệm mới

nghiên cứu các định luật chất khí; (4) Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Ngọc Lê Nam

với đề tài “Tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học Vật lí nhờ sử

dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính (thể hiện qua chương Dòng điện trong

11
các môi trường – lớp 11 THPT chương trình nâng cao)”, Đại học Vinh (2012), cũng
nghiên cứu sử dụng bộ ghép nối hiện số GQY trên để xây dựng 5 thí nghiệm thực khảo
sát dòng điện (trong kim loại khi nhiệt độ thay đổi và khi nhiệt độ không thay đổi, trong
chất điện phân có cực dương tan và cực dương không tan, trong chất bán dẫn); (5) Luận

văn thạc sĩ của tác giả Lê Hoàng Anh Linh với đề tài “Thiết kế bộ thí nghiệm cơ học
dùng cảm biến sonar và sử dụng trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” lớp

10 trung học phổ thông”, Đại học sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh (2013), sử dụng bộ
thí nghiệm cảm biến Go!Motion của hãng Vernier thiết kế các thí nghiệm dạy học
chương các định luật bảo toàn vật lí lớp 10; ... Các nghiên cứu này đã bước đầu thành
công trong việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính xây dựng các thí nghiệm

dạy học cụ thể, thiết kế được các tiến trình dạy học với các thí nghiệm đó, sử dụng vào

chương trình dạy học ở Việt Nam, đồng thời đã tìm cách tích cực hóa hoạt động nhận
thức của học sinh hoặc phát huy tính sáng tạo, khả năng làm việc nhóm của học sinh,
cho các kết quả đáng ghi nhận. Tuy nhiên, các nghiên cứu đa phần chưa tách riêng và

nghiên cứu độc lập hướng sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học mà chỉ

nghiên cứu ở dạng một trong số các ứng dụng của máy tính vào dạy học vật lí, bên cạnh

các ứng dụng khác như mô phỏng, xử lí video, thí nghiệm ảo, ... Việc phân tích ưu,

nhược điểm và phương hướng cải tiến các thí nghiệm kết nối máy tính sẵn có đó vì thế
cũng không được quan tâm đúng mức.

Do tính đặc thù của chương trình dạy học ở Việt Nam, đồng thời do muốn khắc

phục những hạn chế của các bộ thí nghiệm kết nối máy tính sẵn có của nước ngoài,
những năm gần đây đã bắt đầu xuất hiện các nghiên cứu theo hướng cải tiến hoặc chế
tạo mới các thiết bị thí nghiệm kết nối máy tính, nhằm gia tăng hiệu quả sử dụng trong

dạy học ở Việt Nam. Theo hướng này, có thể kể đến luận án tiến sĩ của tác giả Cao Tiến
Khoa với đề tài “Xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các thí nghiệm trong dạy học một số
kiến thức chương “sóng cơ” - vật lí 12 theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển

năng lực sáng tạo của học sinh”, Đại học sư phạm Hà Nội (2014). Trong đó, tác giả Cao
Tiến Khoa đã xây dựng mới thiết bị tạo sóng nước có thể thay đổi tần số từ máy tính

thông qua phần mềm lập trình LabView, nhằm hỗ trợ nghiên cứu thí nghiệm giao thoa
sóng cơ – vật lí 12 THPT. Sản phẩm của tác giả đã đi thẳng vào hướng thí nghiệm kết


12
nối máy tính. Tuy nhiên mới giới hạn trong nội dung phần sóng cơ. Hoặc các nghiên

cứu bước đầu của nhóm tác giả Phạm Xuân Quế, Nguyễn Hoàng Phương (Đại học sư

phạm Hà Nội), xây dựng và sử dụng các cảm biến lực với kết nối không dây hỗ trợ dạy
học chương “Động lực học”, vật lí lớp 10 [39].

Chương “Dao động cơ”, đề cập đến dao động của con lắc lò xo và con lắc đơn, dao

động tắt dần, dao động cưỡng bức, cộng hưởng cơ, là những hiện tượng vật lí không
trực quan quy luật (dao động điều hòa), do đó rất cần những nghiên cứu giúp học sinh
dễ dàng nhận thức trực quan các quy luật. Từ trước đến nay, tại các trường phổ thông,

các phòng thí nghiệm được trang bị hai bộ thí nghiệm (truyền thống) là bộ thí nghiệm
biểu diễn dao động con lắc lò xo – con lắc đơn – dao động cưỡng bức, và bộ thí nghiệm
thực hành khảo sát các quy luật dao động của con lắc đơn. Đây là các bộ thí nghiệm đơn

giản, dễ thực hiện, tuy nhiên chưa thể hiện được quy luật điều hòa, đồng thời chỉ mới

xác định được thông số chu kì nhờ đồng hồ đo hiện số. Một số thiết bị khác được cung
cấp bởi nước ngoài (Đức), dùng bút lông hoặc thiết bị đánh tia lửa điện để ghi lại đồ thị

dao động. Năm 2011, luận án tiến sĩ của tác giả Dương Xuân Quý với đề tài “Xây dựng
và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập theo hướng phát triển hoạt động học tích cực,

sáng tạo của học sinh trong dạy học chương “Dao động cơ” ở lớp 12 trung học phổ

thông”, Đại học sư phạm Hà Nội, đã chế tạo bộ ghi nhận đồ thị dao động bằng tương

tác từ, giúp học sinh nhận thức trực quan quy luật điều hòa của dao động con lắc lò xo
và con lắc đơn, sau đó tác giả Dương Xuân Quý sử dụng phần mềm Excel tạo ra một

hàm chuẩn, điều chỉnh khớp với hình ảnh đồ thị ghi nhận được để phát hiện hàm quy
luật dao động. Phương án này có ưu điểm là do sử dụng tương tác từ nên bút ghi không

chạm trực tiếp vào bảng ghi đồ thị, từ đó hạn chế ma sát, khắc phục được nhược điểm

của các phương án ghi đồ thị bằng bút lông hoặc thiết bị đánh tia lửa điện trước kia. Tuy

nhiên, đồ thị ghi nhận có dạng “giống hàm sin/cos”, đòi hỏi sự xác nhận bằng cách chụp
ảnh rồi đưa lên máy tính so sánh như của tác giả Dương Xuân Quý đòi hỏi nhiều thời

gian và công sức, chưa thuận lợi cho việc sử dụng trong một tiết học. Vì lẽ đó, như đã
phân tích ở trên, các hãng thiết bị nước ngoài, tập trung sử dụng cảm biến siêu âm để
ghi nhận tọa độ của vật dao động rồi gửi lên máy vi tính xử lí bằng phần mềm. Đây là
giải pháp tối ưu trong nghiên cứu đồ thị, tìm ra quy luật điều hòa của các dao động.


13
Các nghiên cứu của các tác giả ở Việt Nam được đề cập phía trên, khi sử dụng các

bộ có sẵn của nước ngoài, dù chưa trực tiếp nghiên cứu chương “Dao động cơ”, nhưng
khi mô tả các chức năng của các bộ thí nghiệm kết nối máy tính, đã đề cập đến sử dụng
bộ thí nghiệm kết nối máy tính khảo sát dao động điều hòa của con lắc lò xo hoặc con

lắc đơn, như nghiên cứu tác giả Lê Hoàng Anh Linh với thiết bị của hãng Vernier. Tuy
nhiên, chưa có nghiên cứu nào trực tiếp nghiên cứu sử dụng ở chương “Dao động cơ”,
đặc biệt là nghiên cứu ứng dụng vào tổ chức dạy học chương này, cũng như chưa có

nghiên cứu nào đề cập đến vấn đề cải tiến hoặc xây dựng mới các thí nghiệm kết nối
máy tính dùng dạy học chương này.

1.3. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Từ những kết quả tổng hợp và phân tích ở trên, có thể nhận xét rằng, vấn đề xây

dựng và sử dụng TNKNMT trong dạy học vật lí nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức

của HS đã được nhiều nhà giáo dục trong và ngoài nước quan tâm và nghiên cứu. Đặc
biệt được quan tâm nhiều hơn sau khi các hãng thiết bị chế tạo thành công và cung cấp
các TNKNMT dùng trong dạy học, như hãng Vernier, Pasco, Fourier, Addestation, LDDidactic, ... Xu hướng này bắt khởi động từ những năm 80 của thế kỉ trước, nhưng bùng

nổ ở khoảng 10 năm trở lại đây, mang lại luồng gió mới trong tổ chức dạy học nói chung
và dạy học vật lí nói riêng.

Kể từ đó, các nghiên cứu liên quan đến việc xây dựng và sử dụng TNKNMT trong

dạy học vật lí chia thành hai hướng:

+ Nghiên cứu sử dụng các TNKNMT đã được xây dựng sẵn vào ứng dụng trong

dạy học. Các nghiên cứu này chủ yếu tìm hiểu các bộ TNKNMT đã được cung cấp sẵn
rồi thiết kế các tiến trình dạy học cụ thể với bộ TNKNMT đó. Các nghiên cứu tuy có

khác nhau ở cách thức tiếp cận và ý tưởng sử dụng trong dạy học nhưng hầu hết đều
đánh giá cao khả năng tích cực hóa nhận thức của học sinh bằng TNKNMT, giúp học

sinh hiểu kiến thức một cách sâu sắc, tạo cho các em niềm tin, hứng thú, say mê hơn
trong học tập và nghiên cứu.

+ Nghiên cứu cải tiến hoặc xây dựng mới các TNKNMT trong dạy học. Các nghiên

cứu ở hướng này phân tích những hạn chế của các TNKNMT sẵn có trong việc dạy học

cũng như tính khả thi, để cải tiến hoặc xây dựng mới các TNKNMT phù hợp. Ở Việt