XÂY DỰNG THIẾT bị THÍ NGHIỆM cân BẰNG và CHUYỂN ĐỘNG của vật rắn để sử DỤNG TRONG dạy học vật lí 10

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
KHOA VẬT LÍ

KIỀU TRANG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
XÂY DỰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN
ĐỂ SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 10

Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

HÀ NỘI - 2020
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
KHOA VẬT LÍ


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
XÂY DỰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN
ĐỂ SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 10

Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

Sinh viên thực hiện: Kiều Trang
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Anh Thuấn

HÀ NỘI - 2020
LỜI CẢM ƠN

2

2


Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau Đại học, Ban Chủ nhiệm
Khoa Vật lí và Bộ môn Phương pháp dạy học Vật lí trường Đại học sư phạm Hà Nội
đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Nguyễn Anh Thuấn
đã dành nhiều thời gian hướng dẫn, chỉ dắt tận tình để tôi có thể hoàn thành luận văn
của mình.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè và các bạn học viên đã giúp tôi
hoàn thành luận văn này.

Tác giả

Kiều Trang

3
3


MỤC LỤC

4
4


BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT

Số thứ tự

Chữ viết tắt

Nội dung

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

DHGQVD
DHPH
GQVD
GV
HS
NL
SLLT
TBTN
THPT
TN

Dạy học giải quyết vấn đề
Dạy học phát hiện
Giải quyết vấn đề
Giáo viên

Học sinh
Năng lực
Suy luận lí thuyết
Thiết bị thí nghiệm
Trung học phổ thông
Thí nghiệm

5
5


DANH MỤC BẢNG

Số thứ tự

Tên bảng

Trang

1

Bảng 1 Các thí nghiệm cần tiến hành
Bảng 2 Yêu cầu cần đạt đối với các kiến thức trong
Chương trình giáo dục phổ thông mới
Bảng 3 Yêu cầu cần đạt đối với các thí nghiệm
Bảng 4 Đặc điểm của các thiết bị thí nghiệm tổng hợp lực
đã có
Bảng 5 Đặc điểm của các thiết bị thí nghiệm momen lực
đã có
Bảng 6 Kết quả thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân

bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai lực
Bảng 7 Kết quả thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân
bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực
Bảng 8 Kết quả thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc tổng
hợp hai lực đồng quy
Bảng 9 Kết quả thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân
bằng cảu vật rắn chịu tác dụng của hai lực song song
Bảng 10 Kết quả thí nghiệm khảo sát quy tắc momen lực

9

2
3
4
5
6
7
8
9
10

6
6

18
19
20
22
27
29

31
34
35


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Số thứ tự
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Tên hình ảnh
Hình 1 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo
kiểu DH PH&GQVĐ
Hình 2 Thiết bị thí nghiệm Cân bằng và chuyển động của
vật rắn
Hình 3 Các chi tiết của dụng cụ cộng độ dời
Hình 4 Bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân bằng
của vật rắn chịu tác dụng của hai lực
Hình 5 Bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân bằng

của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song
Hình 6 Bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp
hai lực đồng quy
Hình 7 Bố trí thí nghiệm tổng hợp hai lực song song – khi
treo hai vật
Hình 8 Bố trí thí nghiệm tổng hợp hai lực song song – khi
treo hai vật vào trọng tâm
Hình 9 Bố trí thí nghiệm khảo sát quy tắc momen lực
Hình 10 Bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc cộng độ
dời
Hình 11 Kết quả thí nghiệm đối với trường hợp hai thanh
trượt hợp nhau một góc 90
Hình 12 Kết quả thí nghiệm đối với trường hợp hai thanh
hợp với nhau một góc 75

7
7

Trang
16
23
25
27
28
30
32
33
34
36
37

37


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Phát triển đất nước và hội nhập quốc tế đều là mục tiêu không thể phủ nhận của
bất kì quốc gia nào hiện nay, bao gồm có Việt Nam. Trong quá trình này, đổi mới giáo
dục được coi là nhiệm vụ trọng tâm. Vì lí do này mà hiện nay ngành Giáo dục đang
không ngừng cải thiện và thay đổi nhằm đáp ứng nhu mới của xã hội, trong đó lấy việc
thay đổi phương pháp dạy học của giáo viên và hoạt động học tập của học sinh là cốt
yếu của thay đổi.
Chương trình giáo dục Vật lí phổ thông đã chỉ rõ “Phát huy tính tích cực, chủ
động, sáng tạo của học sinh; các nội dung vật lí vừa là mục tiêu, vừa là phương tiện
hình thành và phát triển phẩm chất và năng lực, do đó cần tránh áp đặt một chiều, ghi
nhớ máy móc; tập trung bồi dưỡng năng lực tự chủ và tự học để học sinh có thể tiếp
tục tìm hiểu, mở rộng vốn tri thức, tiếp tục phát triển các phẩm chất, năng lực cần thiết
sau khi tốt nghiệp trung học phổ thông” [1]. Tổ chức dạy học cần phải đáp ứng nhu
cầu phát triển phẩm chất và năng lực của học sinh nhất có thể. Học sinh phải được tạo
điều kiện để tự phát huy năng lực cá nhân, phát huy khả năng sáng tạo, hợp tác và hỗ
trợ lẫn nhau trong quá trình học tập, tìm hiểu kiến thức khoa học. Chương trình giáo
dục phổ thông mới chú trọng vào việc sử dụng các thí nghiệm – phương tiện hữu ích
giúp phát triển năng lực của học sinh. Bằng việc trực tiếp thực hiện các thí nghiệm,
học sinh có thể tự nâng cao chất lượng kiến thức, rèn luyện kĩ năng, đồng thời giúp
học sinh có cái nhìn sâu sắc hơn về vấn đề hay hiện tượng đang nghiên cứu.
Dạy học kiến thức Cân bằng và chuyển động của vật rắn nhằm phát triển năng
lực giải quyết vấn đề thì HS cần tiến hành những thí nghiệm sau:
Số thứ tự
1
2
3

4
5

Thí nghiệm
TN kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của hai
lực và ba lực không song song
TN kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy
TN kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực song song
TN khảo sát quy tắc momen lực
TN cộng độ dời
Bảng 1 Các thí nghiệm cần tiến hành

Hiện nay, danh mục các thí nghiệm tối thiểu được cung cấp cho các trường
THPT, giúp các hoạt động dạy học được hiệu quả nhất. Tuy nhiên, hầu hết các TBTN
trong nhà trường hiện nay đều là thí nghiệm biểu diễn của GV. Do yêu cầu là để HS có
thể dễ dàng quan sát nên các bộ thí nghiệm này có đặc điểm là khá to,cồng kềnh và
phức tạp, hơn nữa số lượng các bộ thí nghiệm này trong nhà trường là không nhiều để
đảm bảo các HS đều có thể thực hiện. Đồng thời, các thí nghiệm này không thể hiện
được mối quan hệ kiến thức chặt chẽ với nhau. Nếu sử dụng các TBTN này cho hoạt
động học tập của HS thì sẽ giảm bớt đi hiệu quả nghiên cứu của HS. Mặt khác sản
xuất các bộ TN đi đến nhiều lãng phí không cần thiết.
Do vậy, các thí nghiệm biểu diễn có thể cải tiến phù hợp với yêu cầu nhỏ gọn,
tiết kiệm, chính xác để tạo thành bộ thí nghiệm phù hợp với hoạt động của HS. Bộ thí
nghiệm được xây dựng cần phải đảm bảo chính xác về mặt nội dung kiến thức, vì thế
88


cần phải soạn thảo một tiến trình theo hướng DHPH và GQVD có liên kiết chặt chẽ
giữa các đơn vị kiến thức. Khi đó, HS sẽ có định hướng tư duy rõ ràng hơn về kiến
thức của cả chương, đồng thời quá trình nghiên cứu sẽ đem lại hiệu quả cao hơn.

Xuất phát từ thực tế đó, tôi đã lựa chọn đề tài Xây dựng thiết bị thí nghiệm Cân
bằng và chuyển động của vật rắn để dạy học trong Vật lí 10 nhằm phát triển năng lực
giải quyết vấn đề của học sinh.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Xây dựng (thiết kế, chế tạo) TBTN đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học kĩ
thuật, về mặt sư phạm, về mặt kinh tế và sử dụng chúng trong các hoạt động học tập
của HS Cân bằng và chuyển động của vật rắn - Vật lí 10 theo DHGQVĐ nhằm phát
triển năng lực GQVĐ của HS.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu lí thuyết:
- Nghiên cứu CSLL về cấu trúc NL GQVĐ.
- Nghiên cứu CSLL về DH PH&GQVĐ trong hoạt động nghiên cứu và thực hiện thí
nghiệm vật lí của HS.
- Nghiên cứu CSLL về việc xây dựng TBTN vật lí cho HS
- Yêu cầu về khoa học - kĩ thuật và sư phạm của TBTN vật lí cho HS ở trường phổ
thông.
Nghiên cứu thực tiễn:
- NC các đề tài về việc xây dựng TBTN Cân bằng và chuyển động của vật rắn.
- NC chương trình Vật lí Cân bằng và chuyển động của vật rắn để xác định các kiến
thức mà học sinh cần đạt.
- NC logic tiến trình DH PH&GQVĐ để xây dựng giáo án dạy học Cân bằng và
chuyển động của vật rắn - Vật lí 10.
- NC các TBTN hiện có để phân tích các ưu, nhược điểm.
- NC các TBTN cần tiến hành để dạy học Cân bằng và chuyển động của vật rắn theo
DH PH&GQVĐ.
Xây dựng TBTN Cân bằng và chuyển động của vật rắn
Thử nghiệm, bổ sung, sửa đổi
4. Phạm vi nghiên cứu

Các TBTN Cân bằng và chuyển động của vật rắn được sử dụng trong quá trình

dạy học Vật lí 10.
5. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết
- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
99


- Phương pháp thực nghiệm sư phạm
- Phương pháp thống kê toán học
6. Đóng góp của đề tài
Xây dựng TBTN Cân bằng và chuyển động của vật rắn cho phép HS tiến hành
các thí nghiệm sau:
-

Thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của hai lực
và ba lực không song song
Thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy
Thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực song song
Thí nghiệm khảo sát quy tắc momen lực
Thí nghiệm tổng hợp các chuyển động

7. Cấu trúc của khóa luận
Ngoài phần mục lục, mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn
gồm 3 chương:
-

Chương 1: Cơ sở lí luận về việc xây dựng thiết bị thí nghiệm để sử dụng trong
dạy học vật lí
Chương 2: Xây dựng thiết bị thí nghiệm Cân bằng và chuyển động của vật rắn

10


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ XÂY DỰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
ĐỂ SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ
XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY VÀ
HỌC VẬT LÍ
1.1.1. Một số khái niệm
1.1.

Khái niệm “Thí nghiệm”:
-

Thì nghiệm là một bước trong phương pháp khoa học để phân minh giữa mô
hình khoa học hay giả thuyết. [2]

Khái niệm “Thiết bị thí nghiệm”:
-

Thiết bị thí nghiệm gồm các dụng cụ và trang thiết bị được sử dụng bởi các nhà
khoa học trong phòng thí nghiệm. [3]
Thiết bị thí nghiệm thường được dùng để biểu diễn một thí nghiệm hay đo đạc,
lấy số liệu. [3]

Khái niệm “Thiết bị thí nghiệm trong vật lí”:
Các thiết bị thí nghiệm trong vật lí là các thiết bị được sử dụng để xác định các
phép đo, phép định lượng, sự thay đổi vật lí và sự chính xác. [4]
1.1.2. Quy trình xây dựng
-

Theo chúng tôi, để đáp ứng được các yêu cầu trên, quá trình xây sựng TBTN vật lí
cần tuân theo quy trình sau [5], [6]:
- Căn cứ nội dung kiến thức cần xây dựng cho HS theo kiểu DH PH&GQVĐ xác
định các TN cần tiến hành: TN làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu, TN hình thành
kiến thức mới (kiểm nghiệm kết luận rút ra từ SLLT hoặc kiểm tra tính đúng đắn của
giả thuyết), TN củng cố, TN về nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của thiết bị kĩ thuật.
- Dựa vào thực trạng TBTN (hiện có ở trường phổ thông, trên thị trường) để đưa
ra các quyệt định:
+ Nếu chưa có TBTN thì cần phải chế tạo mới đáp ứng yêu cầu của TBTN biểu
diễn hoặc TBTN thực tập.
+ Nếu đã có TBTN thì xem xét xem các hạn chế còn tồn tại của TBTN có sẵn, từ
đó cải tiến TBTN có sẵn đáp ứng các yêu cầu của TBTN biểu diễn hoặc TBTN thực
tập.
+ Trong những trường hợp tuy đã có TBTN biểu diễn nhưng cần phải chuyển
thành TBTN thực tập để tăng cường hoạt động thực nghiệm của HS trong DH cần
phải nghiên cứu, của tiến TBTN biểu diễn đó thành TBTN thực tập.
- Chế tạo mẫu và tiến hành các TN với mẫu để điều chỉnh nhằm đưa ra mẫu hoàn
chỉnh.
- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của mẫu.
- Tiếp tục cải tiến, hoàn thiện TBTN.
- Viết hướng dẫn sử dụng TBTN.

11


1.1.3.

Quy trình sử dụng

Để TBTN thực hiện đầy đủ các chức năng và phát huy hết vai trò của nó trong DH
PH&GQVĐ thì quá trình sử dụng TBTN phải diễn ra theo quy trình sau [6]:
- Giai đoạn 1: Xác định và chuẩn bị TBTN sẽ sử dụng
+ Xác định mục đích của các TN cần tiến hành.
+ Lựa chọn TBTN phù hợp sẽ sử dụng để tiến hành TN đã xác định.
- Giai đoạn 2: Sử dụng TN đơn giản (nếu cần) để làm nảy sinh vấn đề
+ GV mô tả TN và yêu cầu HS dự đoán về hiện tượng sẽ diễn ra trong TN.
+ HS dựa vào quan niệm, kinh nghiệm, kiến thức đã có, đưa ra dự đoán về hiện
tượng sẽ xảy ra trong TN.
+ GV hoặc các nhóm HS tiến hành TN, kết quả TN sẽ trái với dự đoán của HS
và làm xuất hiện vấn đề cần giải quyết.
- Giai đoạn 3: Sử dụng TBTN để hỗ trợ việc đề xuất giải thuyết của HS (nếu cần)
+ HS đề xuất phương án TN tạo cơ sở để đề xuất giả thuyết.
+ GV giới thiệu sơ lược các bộ phận chính của TBTN có liên quan tới các đại
lượng vật lí có mặt trong vấn đề cần giải quyết.
+ GV hoặc nhóm HS tiến hành (nhưng không lấy số liệu) để thấy mối liên hệ
giữa hai đại lượng vật lí dựa vào sự cùng tăng (giảm) hay đại lượng này tăng khi đại
lượng kia giảm mà đề xuất giả thuyết về mối liên hệ định lượng giữa hai đại lượng vật
lí này.
- Giai đoạn 4: Sử dụng TBTN trong giai đoạn GQVĐ
+ Xác định mục đích của TN cần tiến hành.
+ Thiết kế phương án TN.
+ Bố trí TN theo phướng án đã thiết kế.
+ Tiến hành TN.
+ Xử lí kết quả TN để rút ra kết luận. Đối chiếu kết luận thu được từ TN với
mục đích của TN để đi tới kiến thức cần xây dựng [6].
1.1.4. Các yêu cầu đối với TBTN cho học sinh

Các yêu cầu khi sử dụng TBTN ứng với mỗi giai đoạn của quy trình sử dụng
TBTN vật lí trong DH PH&GQVĐ:

- Giai đoạn 1: Xác định và chuẩn bị TBTN sẽ sử dụng
Xác định mục đích của các TN cần tiến hành
+ Trước hết, GV cần xác định xem kiến thức mà HS cần học sẽ xây dựng theo con
đường lí thuyết hay theo con đường thực nghiệm của kiểu DH PH&GQVĐ.
+ Dựa vào tiến trình xây dựng kiến thức đã thiết lập, GV cần xác định chính các
mục đích của các TN cần tiến hành:
Để làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết, có cần sử dụng TN không?
Nếu cần, nội dung của TN này là gì?
Việc sử dụng TN này diễn ra trong giờ học như thế nào?
Đối với kiến thức được xây dựng bằng con đường SLLT, cần tiến hành TN để
kiểm nghiệm kết luận nào đã rút ra từ SLLT hay hệ quả nào từ kết luận này?
Đối với kiến thức được xây dựng bằng con đường thực nghiệm, cần tiến hành TN
để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết nào hay hệ quả nào được suy ra giả thuyết?
Có cần tiến hành TN hỗ trợ HS đề xuất giả thuyết không?
12


+ Lựa chọn TBTN phù hợp sẽ được sử dụng
+ Nếu sử dụng TBTN thực tập thì GV cần soạn phiếu học tập bao gồm các hoạt
động trí óc và tay chân chủ yếu mà HS cần thực hiện.
+ Trước giờ học, GV kiểm tra sự hoạt động của TBTN và thử nghiệm các TN sẽ
tiến hành, kịp thời thay thế hoặc sửa chữa nếu bị hỏng.
- Giai đoạn 2: Sử dụng TN đơn giản (nếu cần) để làm nảy sinh vấn đề
GV cần xác định rõ: nội dung của TN, dụng cụ TN, GV hay HS tiến hành TN?
- Giai đoạn 3: Sử dụng TBTN để hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết của HS (nếu cần)
+ GV nên sử dụng TBTN đơn giản, dễ bố trí, lắp ráp và tiến hành TN nhanh chóng
cho kết quả.
+ GV nên sử dụng một số bộ phận của TBTN sẽ được dùng để tiến hành TN kiểm
tra giả thuyết ở giai đoạn sau để tiến hành Tn hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết.
 Giai đoạn 4: Sử dụng TBTN trong giai đoạn GQVĐ

+ Xác định mục đích của TN cần tiến hành: GV hướng dẫn HS thảo luận xác định
nội dung cần kiểm nghiệm nhờ TN.
+ Thiết kế phương án TN
- GV khuyến khích HS đưa ra cá phương án TN khác nhau, phân tích ưu điểm,
hạn chế của từng phương án TN, sau đó đưa ra TBTN mà GV đã lựa chọn để sử dụng.
- GV phải phân tích cho HS thấy sự phù hợp giữa TBTN GV đã lựa chọn với các
phương án TN khả thi mà HS thiết kế.
+ Bố trí TN
- Chỉ bố trí, kết nối các bộ phận của TBTN sau khi vẽ sơ đồ TN. Việc lắp ráp
phải loại bỏ được tối đa các hiện tượng phụ không mong muốn, đảm bảo vững
chắc, dễ quan sát hiện tượng diễn ra trong TN. Dễ đọc các số chỉ trên các dụng cụ
đo, dễ kiểm tra sự hoạt động của các bộ phận trong TN và đảm bảo an toàn cho
người và TBTN. Những bộ phận, dụng cụ mà HS mới gặp lần đầu cần được GV
mô tả, giải thích hoặc có bản hướng dẫn sử dụng để HS hiểu rõ nguyên tắc cấu
tạo(nếu có thể được), nguyên tắc hoạt động và nhất là cách sử dụng chúng.
- Nếu sử dụng TBTN biểu diễn, việc bố trí TN phải đảm bảo sao cho mọi HS đều
nhìn rõ mọi bộ phận, độ lệch của kim chỉ ở các dụng cụ đo. Các bộ phận trong TN
phải được lắp ráp từng bước trước mắt HS. Trong trường hợp không cho phép, phải
lắp ráp hoàn chỉnh một số bộ phận của TBTN trước giờ học thì cần phân tích với HS
cách kết nối các bộ phận. Cần dùng vật chỉ thị (vật làm mốc, chất chỉ thị màu) để làm
nổi bật bộ phận chính, đánh dấu sự diễn biến của hiện tượng mà HS cần theo dõi.
- Nếu sử dụng TBTN thực tập thì GV cần phát cho HS phiếu học tập. Trong quá
trình các nhóm HS bố trí TN, cần hướng dẫn HS dựa vào sơ đồ TN đã vẽ, lắp ráp từng
bước các bộ phận của TBTN.
+ Tiến hành TN
- Quá trình tiến hành TN phải đảm bảo các điều kiện mà TN phải thỏa mãn và
tuân thủ các quy tắc an toàn.
- TN cần được lặp lại nhiều lần, ít nhất là 3 lần để đủ cho việc khái quát hóa, đưa
ra kết luận. Cần ghi lại trung thực các hiện tượng đã quan sát thấy và các số liệu đã thu
được trong TN.

- TN cần được lặp lại nhiều lần, ít nhất 3 lần để đủ cho việc khái quát hóa, rút ra
kết luận. Cần ghi lại trung thực các hiện tượng đã quan sát thấy và các số liệu thu được
trong TN.
13


- Đối với TN định lượng, phải tập bảng hợp lí ghi các giá trị đo trước khi tiến hành
TN. Kết quả TN phải rõ ràng, đơn trị (yêu cầu này có thể đạt được một phần nhờ lựa
chọn các thông số thuận tiện), Cần làm tròn có ý nghĩa các số liệu đo được, bỏ số liệu
khác xa các giá trị đo khác.
- Đối với TN biểu diễn, trong suốt quá trình tiến hành TN, GV không được
đứng che khuất tầm quan sát của mọi HS. Còn đối với TN thực tập, để đảm bảo
thời gian tiết học và làm phong phú các cứ liệu TN thu được, GV có thể chia nội
dung TN thành các nội dung bộ phận giao cho các nhóm HS và ngay cả ở một nội
dung bộ phận, các nhóm HS cũng có thể tiến hành TN với các số liệu khác nhau.
+ Xử lí kết quả TN
- Việc xử lí các kết quả TN phải được dành thời gian và được thực hiện một cách
chu đáo.
- Đối với TN định tính, HS phát biểu, phân tích các điều đã quan sát thấy để rút ra
kết luận.
- Đối với TN định lượng, HS tính toán trị trung bình và sai số. Việc viết sai số phải
đúng quy tắc làm tròn. Có thể biểu diễn các kết quả thu được qua TN dưới dạng biểu
bảng, đồ thị. Nếu TN được tiến hành dưới hình thức TN thực tập, cần yêu cầu HS xác
định nguyên nhân sai số, đặc biệt là xác định sai số do nguyên nhân chủ quan và tìm
biện pháp làm giảm nó.
- Từ việc xử lí các kết quả TN, GV hướng dẫn HS rút ra kết luận về các dấu hiệu
cơ bản trong hiện tượng, quá trình vật lí, mối liên hệ giữa các đại lượng vật lí, phát
biểu chúng bằng lời và bằng những biểu thức toán học.
- Đối chiếu kết luận thu được từ TN với mục đích của TN để đi tới kiến thức cần
xây dựng [6].

1.2.
DẠY HỌC PHÁT HIỆN VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
1.2.1. Khái niệm dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề
Theo V.Ôkôn: “DH PH&GQVĐ dưới dạng chung nhất là toàn bộ các hành động
như tổ chức các tình huống có vấn đề, biểu đạt (nêu ra) các vấn đề (tập cho HS quen
dần để tự làm lấy công việc này), chú ý giúp đỡ cho HS những điều cần thiết để
GQVĐ, kiểm tra các cách giải quyết đó và cuối cùng lãnh đạo quá trình hệ thống hóa
và củng cố các kiến thức đã tiếp thu được”.
Dạy học PH&GQVĐ là kiểu dạy HS thói quen tìm tòi GQVĐ theo cách của các
nhà khoa học, không những tạo nhu cầu, hứng thú học tập, giúp HS chiếm lĩnh được
kiến thức, mà còn phát triển được năng lực của HS. [7]
1.2.2. Các giai đoạn của quá trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề
Dựa theo tiến trình xây dựng kiến thức trong nghiên cứu khoa học, tiến trình xây
dựng kiến thức theo kiểu DH PH&GQVĐ gồm 4 giai đoạn được thể hiện qua Sơ đồ
khái quát tiến trình xây dựng kiến thức dưới đây [7]:

14


sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát: từ kiến thức cũ, kinh nghiệm, TN, bài tập, truyện kể

2. Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời)

3. Giải quyết vấn đề
- Suy đoán giải pháp GQVĐ: nhờ con đường lí thuyết hoặc con đường thực nghiệm.
- Thực hiện giải pháp đã suy đoán.

4. Rút ra kết luận (Kiến thức mới)
Hình 1 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DH PH&GQVĐ
1.2.3.

Hai con đường của quá trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

Tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DH PH&GQVĐ diễn ra theo một trong hai
con đường: Con đường lí thuyết và con đường thực nghiệm. [7]
a. Tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết của kiểu

DHPH&GQVĐ
b. Tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm của kiểu DH
1.3.

PH&GQVĐ
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong chương 1, chúng tôi đã hệ thống khái quát được CSLL về việc phát triển

NL GQVĐ của HS, về kiểu DH PH&GQVĐ và việc xây dựng và sử dụng TBTN trong
DH vật lí. Những nội dung thiết thực trong đổi mới DH, hướng tới phát triển năng
lực của người học. Ngoài ra, chúng tôi còn đưa ra các biện pháp nhằm phát triển NL
GQVĐ của HS.
Để đáp ứng yêu cầu phát triển NL GQVĐ của HS trong DH vật lí thì vai trò của
TBTN là vô cùng quan trọng. TBTN không chỉ là phương tiện trực quan để minh họa
kiến thức mà còn là công cụ, tạo điều kiện tổ chức hoạt động dạy học cho HS phát
hiện vấn đề, đề xuất và lựa chọn giải pháp, thực hiện giải pháp để GQVĐ. Việc xây
dựng TBTN cần đảm bảo các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật cùng với yêu cầu về
mặt sư phạm và thẩm mĩ.
15


Những lí luận trong chương 1 trên đây là cơ sở để chúng tôi vận dụng và tiến hành
các nội dung dưới đây của chương 2:

- Nghiên cứu mục tiêu DH theo chương trình mới.
- Nghiên cứu các nội dung kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật
rắn” – Vật lí 10.
- Thiết kế, chế tạo TBTN Cân bằng và chuyển động của vật rắn, đáp ứng các yêu
cầu của TN vật lí ở trường THPT.
- Soạn thảo tiến trình DH các nội dung kiến thức của chương “Cân bằng và chuyển
động của vật rắn”.
- Xây dựng công cụ đánh giá NL GQVĐ của HS trong các chủ đề DH.

16


CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN
ĐỘNG CỦA VẬT RẮN
MỤC TIÊU DẠY HỌC THEO NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC
PHỔ THÔNG MỚI
2.1.1. Mục tiêu về kiến thức
2.1.

Trong tài liệu Chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lý (2018) đưa ra các
yêu cầu đối với các phần kiến thức trong phần Cân bằng và chuyển động của vật rắn
như sau:
Nội dung

Tổng hợp và phân tích lực

Momen lực và momen
ngẫu lực

Điều kiện cân bằng của vật

rắn

Yêu cầu cần đạt
Dùng hình vẽ, tổng hợp được các lực trong một mặt
phẳng.
Dùng hình vẽ, phân tích được một lực thành các lực
thành phần vuông góc.
Thảo luận để thiết kế phương án hoặc lựa chọn
phương án và thực hiện phương án, tổng hợp được
hai lực đồng quy bằng dụng cụ thực hành.
Thảo luận để thiết kế phương án hoặc lựa chọn
phương án và thực hiện phương án, tổng hợp được
hai lựa song song bằng dụng cụ thực hành.
Nêu được khái niệm moment lực, momen ngẫu lực.
Nêu được tác dụng của ngẫu lực lên một vật chỉ làm
quay vật.
Phát biểu và vận dụng được quy tắc momen cho một
số trường hợp đơn giản trong thực tế.
Thảo luận chứng tỏ được điều kiện cân bằng: lực tổng
hợp tác dụng lên vật bằng không và tổng momen lực
tác dụng lên vật (đối với một điểm bất kì) bằng
không.

Bảng 2 Yêu cầu cần đạt đối với các kiến thức trong Chương trình giáo dục phổ thông mới

Từ mục tiêu nêu trên, tôi xây dựng các thí nghiệm mà HS cần thực hiện để đáp
ứng yêu cầu:
Mục tiêu
Thí nghiệm
Kiến thức

Thí nghiệm kiểm nghiệm điều
kiện cân bằng của vật chịu tác
dụng của hai hay ba lực không

Phát biểu được điều
kiện cân bằng của một
vật chịu tác dụng của
17

Kĩ năng
Thiết kế và lựa chọn
phương án thí nghiệm
Tiến hành thí nghiệm


song song
Thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc
tổng hợp hai lực đồng quy

Thí nghiệm kiểm nghiệm quy tắc
tổng hợp hai lực song song

Thí nghiệm khảo sát quy tắc
momen lực, cân bằng của vật rắn
có trục quay cố định.

Thí nghiệm Cộng độ dời

hai hay ba lực không
song song.

Trình bày được quy tắc
tổng hợp hai lực đồng
quy.
Phân tích một thành
các lực thành phần.
Trình bày được quy tắc
tổng hợp hai lực song
song cùng chiều.
Trình bày được quy tắc
tổng hợp hai lực song
song ngược chiều.
Trình bày được khái
niệm momen lực.
Trình bày điều kiện câ
nbằng của vật rắn có
trục quay cố định (quy
tắc momen lực).
Khảo sát quy tắc hình
bình hành trong cộng
độ dời.

Xử lí kết quả thí
nghiệm
Thiết kế và lựa chọn
phương án thí nghiệm
Tiến hành thí nghiệm
Xử lí kết quả thí
nghiệm
Thiết kế và lựa chọn
phương án thí nghiệm

Tiến hành thí nghiệm
Xử lí kết quả thí
nghiệm
Thiết kế và lựa chọn
phương án thí nghiệm
Tiến hành thí nghiệm
Xử lí kết quả thí
nghiệm
Thiết kế và lựa chọn
phương án thí nghiệm
Tiến hành thí nghiệm
Xử lí kết quả thí
nghiệm

Bảng 3 Yêu cầu cần đạt đối với các thí nghiệm
2.1.2. Mục tiêu về thiết bị thí nghiệm

Chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn bao gồm các phần kiến thức
riêng lẻ nhưng có quan hệ với nhau, góp phần tạo nên một hệ thống hoàn chỉnh về
nghiên cứu về vật rắn cho HS. Do đó, ở đây ta cần đưa ra các tiêu chí về sản phẩm bộ
thí nghiệm để từ đó xây dựng được một bộ thí nghiệm vừa đảm bảo yêu cầu về kiến
thức, vừa phù hợp với HS.
-

-

Tiêu chí thứ nhất, TBTN này cần phải tập trung các thí nghiệm nhỏ lẻ cảu từng
phần kiến thức để tạo nên một bộ thí nghiệm chung cho cả chương. Từ đó giúp
HS có định hướng rõ ràng xuyên suốt chương.
Tiêu chí thứ hai, TBTN cần xây dựng và cải tiến dựa trên cơ sở lí thuyết chính

xác, nên theo sát với các bộ thí nghiệm biểu diễn đã biết trước.
Tiêu chí thứ ba, TBTN này cần phải đảm bảo yêu cầu về tính tiện dụng, nhỏ
gọn, dễ sử dụng vì nó được sử dụng bởi các HS ở các mức độ khác nhau.
Tiêu chí thứ tư, TBTN này cần phải đảm bảo yêu cầu về mặt kinh tế, các chi tiết
có thể sử dụng lại được qua các bài học để thỏa mãn mục đích sản xuất đại trà
với số lượng lớn.

18


2.2.

SỰ CẦN THIẾT PHẢI XÂY DỰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆN CÂN
BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN

Hiện nay, có khá nhiều phương án thí nghiệm với các dụng cụ khác nhau để
nhằm đáp ứng mục tiêu dạy học trong chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”
– Vật lí 10. Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi nhận ra một số nhược diểm của các
các phương án và thiết bị này còn một vài nhược điểm cần cải tiến. Hơn nữa, chúng tôi
muốn xây dựng lại một bộ thí nghiệm hướng đến đối tượng là học sinh thực hiện, chứ
không phải là bộ thí nghiệm biểu diễn của giáo viên.
Ở đây chúng tôi đưa ra một số điểm cần đáng quan tâm đến trong các bộ thí
nghiệm trước như sau:
2.2.1. Các thí nghiệm tổng hợp các lực:

Thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của 2 hay 3 lực
(TN1).
Thí nghiệm tổng hợp 2 lực đồng quy (TN2).
Thí nghiệm tổng hợp 2 lực song song (TN3).
Các thí

nghiệm
Các chi
tiết

Bố trí thí
nghiệm

Ưu điểm
Nhược
điểm
Cải tiến

TN1

TN2

TN3

Lực kế lò xo, quả nặng, miếng nhựa hình chữ nhật có độ chia (thanh
thẳng), ròng rọc cố định, dây treo, bảng từ, nam châm.
Điều kiện cận bằng của vật
rắn chịu tác dụng của 2 lực
cân bằng.

Tổng hợp 2 lực
đồng quy.

Tổng hợp 2 lực
song song.

Điều kiện cân bằng của vật
rắn chịu tác dụng của 3 lực
cân bằng.
Các chi tiết thí nghiệm đều là các chi tiết cơ bản, quen thuộc với HS.
Các chi tiết trong bộ thí nghiệm có thể sử dụng lại trong các bộ thí
nghiệm khác.
Các chi tiết có kích thước hơi to: bảng từ, lực kế, vật hình chữ nhật.
Các chi tiết cần bé lại.
Bảng 4 Đặc điểm của các thiết bị thí nghiệm tổng hợp lực đã có

Kết luận: Về cơ bản bộ thí nghiệm trong phần kiến thức này tương đối đơn
giản, dễ sử dụng đối với HS, tuy nhiên một số chi tiết cần thiết kế bé lại để phù hợp
với tiêu chí nhỏ gọn và tiết kiệm như lực kế, bảng từ, vật hình chữ nhật.
19


2.2.2. Thí nghiệm quy tắc momen lực và điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay

cố định:
Thứ hai, ta phân tích đặc điểm của bộ thí nghiệm về quy tắc momen lực và điều
kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định. Ở đây ta xem xét 2 thí nghiệm tiêu
biểu nhất là sử dụng mặt phẳng ngang và sử dụng mặt phẳng thẳng đứng.
Tiêu chí

Mặt phẳng thẳng đứng

Tác dụng lực

Gia trọng chi tiết cơ bản của các
thí nghiệm vật lí => tiết kiệm và

quen thuộc với HS.

Độ lớn của
lực

Trọng lượng của gia trọng:
+ Số đo không chính xác do gia
tốc trọng trường là khác nhau,
khối lượng của gia trọng không
chính xác và giống nhau hoàn
toàn, chỉ đo được những giá trị
nhất định.
+ Không xảy ra sai sót khi đọc số
liệu.

Phương của
lực

Vật có trục
quay nằm
ngang

Phương thẳng đứng của dây treo:
+ Chính xác khi cần xác định 2
lực song song.
+ Phương của lực luôn hướng
xuống, có thể thay đổi phương
thông qua 1 ròng rọc.

Thanh thẳng có đục lỗ

+ Khó điều chỉnh cho thanh nằm
ngang và vuông góc với phương
dây treo, cần thêm thước đo góc
để xác định giá của lực khi thay
đổi phương của lực.
+ Nhỏ gọn, dễ gia công, được tái
sử dụng từ bài tổng hợp 2 lực
song song.
+ Bản chất của thanh thẳng và
20

Mặt phẳng nằm ngang
Lực kế lò xo thẳng: dụng cụ quen
thuộc đối với HS.
Lực kế xoắn: xa lạ với HS, ít thấy
trên thị trường, dễ dàng đọc số
chỉ mà không bị sai số nhiều như
lực kế thẳng đứng.
Số chỉ của lực kế:
+ Lực kế thẳng: không chính xác
do cách đọc không đúng, tác động
ngoại cảnh (tay kéo lực kế không
chắc).
+ Lực kế xoắn: cho số chỉ khá
chính xác.
+ Có thể đọc được nhiều giá trị
khác nhau, không bị phụ thuộc
như gia trọng.
Lò xo thẳng: phương tác dụng
của trục lò xo.

Lò xo xoắn: phương của dây treo.
+ Khó khăn khi cần tác dụng 2
lực song song lên vật vì khó điều
chỉnh được phương của 2 lò xo
hoặc dây dẫn song song với nhau
hoàn toàn.
+ Có thể thay đổi phương của lò
xo tùy ý mà không cần đặt thêm
rong rọc như gia trọng
Đĩa tròn có đục lỗ:
+ Tốn diện tích, tốn gia công.
+ Có thể tích hợp thước đo góc
vào bên trong.
+ Có thể thay đổi các vị trí một
cách thuận tiện.
+ Việc đục lỗ gây ảnh hưởng đến
vị trí trọng tâm của đĩa do đĩa
không còn đặc và đồng tính.


Tác dụng của
trọng lực
Lắp đặt

Tính kết hợp
với các thí
nghiệm khác

đĩa tròn gần như tương đương
nhau.

Hệ chịu tác dụng của trọng lực
của vật quay (chưa chắc có ảnh
hưởng đáng kể hay không).

Không có trọng lực của vật tác
dụng.

Cần điều chỉnh hệ nằm trên mp
nằm ngang, hoàn toàn vuông góc
với phương của trọng lực => khó
thực hiện.
Các thí ngiệm tổng hợp lực thì luôn phải sử dụng lực kế để đo độ lớn
của lực.
Sử dụng các gia trọng làm vật nặng hoặc lực tổng hợp.
Cần điều chỉnh hệ thẳng đứng,
không nên để bị nghiêng.

+ Thí nghiệm tổng hợp 2 lực
khác phương
+ Thí nghiệm tổng hợp 2 lực
song song
Dễ dàng tạo ra 2 lực song song
khi treo gia trọng.

+ Thí nghiệm tổng hợp 2 lực khác
phương:
Khi dùng vật nặng thì cần sử
dụng 1 hệ ròng rọc để thay đổi
phương của lực.
+ Thí nghiệm tổng hợp 2 lực song

song:
Khó để tạo ra 2 lực song song
một cách trực tiếp => sử dụng
gián tiếp như thí nghiệm trên.

Bảng 5 Đặc điểm của các thiết bị thí nghiệm momen lực đã có
2.3.

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ THÍ
NGHIỆM CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN

Cấu tạo của TBTN Cân bằng và chuyển động của vật rắn gồm:

21


Hình 2 Thiết bị thí nghiệm Cân bằng và chuyển động của vật rắn

Trong đó:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)

Bảng mica trắng

Lực kế
Quả nặng
Đĩa momen
Vật hình chữ nhật
Ốc nam châm
Nam châm tròn
Ốc vít
Dụng cụ cộng độ dời

(10) Bút lông
Chức năng và nguyên tắc hoạt động của các bộ phận:
22


-

Đĩa momen (4)
Đĩa momen được chế tạo bằng mica, có hình tròn bán kính 18 cm, có độ dày 3

mm. Trên đĩa có vẽ các đường tròn đồng tâm, bán kính cách nhau 1,2 cm. Vì đĩa làm
bằng mica nên có thể thao tác trên đĩa bằng bút lông viết bảng một cách dễ dàng. Khi
không có tác động bên ngoài, đĩa luôn cân bằng phiếm định. Qua đó, dựa vào sự cân
bằng momen của các lực tác dụng lên đĩa để thực hiện các TN cần thiết.
-

Lực kế (2)

Lực kế có chức năng biểu thị số chỉ của lực tác dụng, qua đó xác định một cách
định lượng lực tác dụng vào vật làm TN. Bộ TBTN Cân bằng và chuyển động của vật
rắn có sử dụng hai loại lực kế đó là:

+ Lực kế 5N: treo lên bảng nhờ các con vít được lắp trên bảng.
+ Lực kế 2,5N: có độ chia nhỏ, dễ dàng hơn trong việc quan sát những thay đổi nhỏ
của lực.
-

Ốc nam châm (6)

Được cấu tạo bằng thép, trên mũ có gắn một nam châm nhỏ. Trong bộ thí nghiệm
này, chúng tôi sử dụng loại ốc này để làm điểm đặt lực, kết hợp với một nam châm
tròn nhỏ gắn ở phía sau của vật (đĩa tròn hay thước).
Ngoài ra, ta có thể sử dụng ốc nam châm này như một ròng rọc cố định để đổi
chiều tác dụng lực và làm giá đỡ lực kế.
-

Một số chi tiết khác:

+ Bảng mica trắng (1): Đây là một tấm mica có kích thước 25 cm x 50 cm, dày 5 mm,
trên mặt có khoan một vài lỗ để gắn vít. Đối với loại mica này, ta có thể dễ dàng thao
tác lên trên mặt bằng bút lông viết bảng.
+ Quả nặng (3): Gồm các quả nặng 50g làm vật nặng.
+ Vật hình chữ nhật (5): Vật làm bằng mica có khắc các vạch đo độ dài, ở giữa có
khoét 1 lỗ nhỏ để móc lực kế.
+ Ốc vít (9): Vít có đường kính 3 mm và 4 mm.
-

Dụng cụ cộng độ dời (9):

Một số chi tiết chính của bộ thí nghiệm:

23

(9.8)

(9.6)

(9.7)

(9.9)
(9.5)
(9.1)

(9.4)

(9.2)

(9.3)

Hình 3 Các chi tiết của dụng cụ cộng độ dời

(9.1) Thanh trượt ngang
(9.2) Trục quay
(9.3) Khe chạy
(9.4) Vít cố định
(9.5) Thanh ray dọc
(9.6) Con chạy có gắn bút
(9.7) Bút lông
(9.8) Bảng mica
(9.9) Sợi dây
Chức năng và nguyên tắc hoạt động của một số bộ phận:

-

Thanh trượt ngang (9.1):

Hệ thanh ngang gồm 2 thanh có kích thước 3 x 3 x 250 (mm) được làm bằng mica.
Khoảng cách giữa 2 khe là 6 mm. Hệ thanh này được dùng để cho thanh dọc chạy trên
đó.
-

Thanh ray dọc (9.5):
24


Gồm một hệ 2 thanh bằng mica, dùng để đặt con chạy lên và cho phép con chạy có
thể di chuyển theo phương dọc.
-

Khe chạy (9.3):

Cấu tạo gồm một con vít di chuyển được khi quay quanh trục cố định. Con vít này
sẽ di chuyển quanh một khe được khoét sẵn, đồng thời dựa vào đây có thể đọc được
góc giữa thanh trược ngang và thanh ray dọc.
CÁC THÍ NGHIỆM ĐƯỢC TIẾN HÀNH

2.4.

Bộ TBTN mà chúng tôi thiết kế, chế tạo có thể sử dụng để dạy học các kiến thức
của chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”, trong đó, các TN được cải tiến
bao gồm:
-

TN kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của hai hay ba lực
không song song

-

TN kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy

-

TN kiểm nghiệm quy tắc tổng hợp hai lực song song

-

TN kiểm nghiệm khảo sát quy tắc momen lực

-

TN kiểm nghiệm quy tắc cộng độ dời

TBTN do chúng tôi xây dựng cho phép tiến hành toàn bộ các TN Cân bằng và
chuyển động của vật rắn trong chương trình Vật lí 10. Các TN đều được trình bày theo
bố cục:
- Mục đích TN
- Cơ sở lí thuyết (đối với TN kiểm nghiệm)
- Bố trí TN
- Tiến hành TN
- Kết quả TN
- Nhận xét, kết luận
- Lưu ý (nếu có)

2.4.1. Thí nghiệm kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của
hai lực hoặc ba lực không song song
2.4.1.1.
TN1: Kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của hai lực
- Mục đích: Kiểm nghiệm điều kiện cân bằng của vật chịu tác dụng của hai lực
- Cơ sở lí thuyết: Rút ra từ suy luận lí thuyết cần phải kiểm chứng
Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải
cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều:
-

uu
r
uur
F1 = − F2

Bố trí TN

25