Sử dụng phần mềm yenka hỗ trợ dạy học chương mắt các dụng cụ quang vật lí 11

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

PHAN THỊ NGỌC BÍCH

SỬ DỤNG PHẦN MỀM YENKA HỖ TRỢ DẠY HỌC
CHƢƠNG “MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG” – VẬT LÍ 11

LUẬN V N THẠC S SƢ PHẠM VẬT LÍ

H

NỘI - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

PHAN THỊ NGỌC BÍCH

SỬ DỤNG PHẦN MỀM YENKA HỖ TRỢ DẠY HỌC
CHƢƠNG “MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG” – VẬT LÍ 11

LUẬN V N THẠC S SƢ PHẠM VẬT LÍ

Chuyên ngành: LÝ LUẬN V

PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC

(BỘ MÔN VẬT LÝ)
Mã số: 60 14 01 11

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Phạm Kim Chung

H

NỘI - 2015


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn các thầy giáo, cô giáo, các cán bộ ở Trường Đại
học Giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội đã quan tâm giúp đỡ tôi trong thời gian học
tập và thực hiện đề tài luận văn này.
Đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn TS. Phạm Kim Chung đã tận tình hướng
dẫn em thực hiện đề tài này.
Hà Nội, 2015.
Tác giả

i


DANH MỤC CHỮ VI T TẮT

CNTT

Công nghệ thông tin

CSVC

Cơ sở vật chất

DH

Dạy học

GD&ĐT

Giáo dục và Đào tạo

HS

Học sinh

KHKT

Khoa học - kỹ thuật

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

MTĐT

Máy tính điện tử

PTDH

Phương tiện dạy học

SGK

Sách giáo khoa

SP

Sư phạm

VL

Vật lí

ii


MỤC LỤC
Lời cảm ơn................................................................................................................................................ i
Danh mục ch viết t t................................................................................................ ii
Mục lục.................................................................................................................................................... iii
Danh mục các bảng...................................................................................................v
Danh mục hình...................................................................................................................................... vi
MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN V THỰC TIỄN CỦA ĐỀ T I.......................5
1.1. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học các ứng dụng KHKT của
vật lí..........................................................................................................................5
1.1.1. Khái niệm năng lực.........................................................................................5
1.1.2. Năng lực giải quyết vấn đề..............................................................................6
1.1.3. Dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí..........................................................7
1.1.4. Dạy học trải nghiệm và vận dụng trong dạy học các ứng dụng KHKT...........9
1.1.5. Tổ chức dạy học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học
các ứng dụng KHKT của vật lí................................................................................ 12
1.2. Sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học các ƯDKT của vật lí.......................16
1.2.1. Sử dụng phần mềm Yenka trong dạy học vật lí hỗ trợ phát triển năng lực giải
quyết vấn đề cho học sinh........................................................................................ 16
1.2.2. Nh ng chức năng cơ bản của phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học vật lí............17
1.2.3. Sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ DH các ứng dụng kĩ thuật của vật lí..........19
1.3. Đặc điểm phong cách học của học sinh Trung học phổ thông..........................23

1.3.1. Phong cách học.............................................................................................. 23
1.3.2. Dạy học theo phong cách học của học sinh................................................... 25
1.4. Kết luận chương 1............................................................................................ 30
CHƢƠNG 2: SỬ DỤNG PHẦN MỀM YENKA HỖ TRỢ DẠY HỌC
CHƢƠNG "MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG" – VẬT LÍ 11............................ 32
2.1. Nội dung kiến thức về ứng dụng kĩ thuật của vật lí chương “M t. Các dụng cụ
quang”..................................................................................................................... 32
2.1.3. Mục tiêu dạy học chương M t và các dụng cụ quang học.............................. 34
2.2. Tìm hiểu tình hình dạy học ở trường phổ thông................................................ 35
iii


2.2.1. Mục đích tìm hiểu.......................................................................................... 35
2.2.5. Điều tra phong cách học của học sinh............................................................ 39
2.3. Xây dựng các mô hình bằng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học chương M t và
các dụng cụ quang................................................................................................... 41
2.3.1. Xây dựng mô hình hỗ trợ dạy học bài m t..................................................... 41
2.3.2. Xây dựng mô hình hỗ trợ dạy học bài Kính hiển vi và Kính thiên văn..........44
2.4. Soạn thảo tiến trình dạy học............................................................................. 46
2.4.1. Ý tưởng soạn thảo tiến trình dạy học............................................................. 46
2.4.2. Xây dựng tiến trình dạy học từng bài cụ thể :................................................ 48
2.5. Kết luận chương 2............................................................................................ 74
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM...................................................... 75
3.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm................................................... 75
3.2. Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm............................................. 75
3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm (TNSP)....................................................... 75
3.3. Phân tích bài kiểm tra....................................................................................... 82

3.3.1. Phân tích định tính diễn biến các giờ học…………………………..76
3.3.2. Phân tích bài kiểm tra……………………………………………….82

3.3.3. Các thông số thống kê mô tả điểm số thực nghiệm sư phạm…………84
3.3.4. Hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo đối với việc phát triển hứng thú,
năng lực giải quyết vấn đề, rèn luyện óc sáng tạo vật lý - kỹ thuật trong học tập của
học sinh................................................................................................................... 86
3.4. Kết luận chương 3............................................................................................ 88
K T LUẬN............................................................................................................ 90
T I LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 92
PHỤ LỤC............................................................................................................... 94

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Dạy học trải nghiệm và tổ chức theo các pha dạy học giải quyết vấn đề
Ứng dụng kĩ thuật của vật lí.................................................................................... 15
Bảng 2.1. Mục tiêu dạy học chương m t và các dụng cụ quang............................... 34
Bảng 2.2. Tổng hợp phong cách học của học sinh................................................... 40
Bảng 2.3. Kết quả điều tra khả năng tiếng Anh và tin học của học sinh..................41
Bảng 3.1. Bảng tần suất điểm số thực nghiệm sư phạm..........................................83
Bảng 3.2. Các thông số thống kê mô tả lớp thực nghiệm và lớp đối chứng.............84
Bảng 3.3. Kiểm định sự khác nhau của các trung bình cộng - Independent Samples Test85

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Chu trình học tập trải nghiệm theo David Kolb.........................................9
Hình 1.2. Sơ đồ khái quát của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát
hiện và giải quyết vấn đề......................................................................................... 14
Hình 1.3. Màn hình lựa chọn các chức năng của Yenka.......................................... 17

Hình 1.4. Mô phỏng dao động con l c lò xo trên Yenka........................................... 18
Hình 1.5. Mô hình đường đi của tia sáng qua thấu kính của Yenka.........................19
Hình 1.6. Mô hình đường truyền tia sáng và tạo ảnh qua thấu kính hội tụ..............21
Hình 1.7. Mô hình đường truyền tia sáng và tạo ảnh qua thấu kính phân kì............21
Hình 1.8. Mô hình tạo ảnh trong máy ảnh............................................................... 22
Hình 1.9. Mô hình thiết kế kính tiềm vọng.............................................................. 23
Hình 2.1.Mô hình m t thường nhìn vật ở xa............................................................ 42
Hình 2.2.M t thường nhìn vật ở gần......................................................................... 42
Hình 2.3. Mô hình m t cận....................................................................................... 43
Hình 2.4. Mô hình m t viễn..................................................................................... 43
Hình 2.5. Mô hình kính hiển vi................................................................................ 44
Hình 2.6. Mô hình thiết kế kính thiên văn đơn giản................................................ 45
Hình 2.7. Mô hình thử nghiệm thiết kế kính thiên văn............................................ 45
Hình 3.1. Hình ảnh thực nghiệm sư phạm học sinh làm việc với mô hình..............78
Hình 3.2. Hình ảnh thực nghiệm sư phạm GV trao đổi với học sinh.......................78
Hình 3.3. Hình ảnh thực nghiệm sư phạm học sinh làm việc nhóm......................... 79
Hình 3.4.Đồ thị tần suất điểm số thực nghiệm sư phạm.......................................... 84

vi


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vật lí (VL) học ở trường THPT hiện nay chủ yếu là vật lí thực nghiệm, vì
vậy việc lồng ghép các thí nghiệm (TN) vào trong các bài học VL là một biện pháp
quan trọng nhằm nâng cao chất lượng dạy và học, góp phần tích cực trong việc
truyền đạt kiến thức cho học sinh.
Việc đổi mới nội dung và phương pháp trong dạy học VL phải g n liền với
việc tăng cường sử dụng TN trong quá trình dạy học VL. Bên cạnh đó khối lượng
kiến thức trong mỗi bài học lại tăng lên, hầu hết trong các bài đều có TN. Nếu dạy

học theo phương pháp truyền thống thì sẽ không đủ thời gian. Ngoài ra hiện nay,
mặc dù các phòng TN ở các trường phổ thông đã được trang bị một cách đầy đủ về
số lượng, nhưng vẫn còn nh ng khó khăn mà mỗi tiết dạy đang phải kh c phục,
nhiều dụng cụ thí nghiệm chưa đạt yêu cầu, nhân viên quản lý thí nghiệm thì không
chuyên nên việc chuẩn bị thí nghiệm cho một tiết học trên lớp là rất khó khăn vì ra
chơi chỉ có 5 đến 10 phút. Đồng thời, khi sử dụng các thí nghiệm dạy học trên lớp
còn gặp trở ngại cho cả thầy và học trò vì mỗi tiết học ở trường phổ thông chỉ diễn
ra trong thời gian 45 phút. Như vậy giáo viên phải mất rất nhiều thời gian cho việc
chuẩn bị trước một giờ lên lớp. Hơn n a số tiết dạy liền nhau ở các lớp khác nhau và
điều này chỉ có thể thực hiện được bằng cách: một là, học sinh phải đi đến phòng
chức năng thí nghiệm riêng biệt; hai là, các thầy cô phải di chuyển hệ thống dụng cụ
thí nghiệm tới các lớp học của học sinh. Cả hai phương án này đều gây ra rất nhiều
khó khăn vì không phải trường phổ thông nào cũng có đủ các phòng chức năng
riêng cho các bộ môn hay phòng chức năng đủ điều kiện làm thí nghiệm. Thiết bị
thí nghiệm có thể bị hỏng hóc do vận chuyển, chất lượng dạy và học bị hạn chế.
Nhiều khi có đủ điều kiện tiến hành thí nghiệm, có phòng chức năng nhưng việc
đăng ký giờ dạy vẫn không thực hiện được vì đồng loạt nhiều lớp đăng ký, nhiều bộ
môn đăng ký nên khi đến lượt làm thí nghiệm thì chương trình học đã đi qua rất lâu
không có hiệu quả giảng dạy n a
Vậy nên rất khó để đáp ứng yêu cầu của bài học theo sách giáo khoa. Vì vậy,
việc ứng dụng công nghệ thông tin trong các bài giảng là một giải pháp quan trọng

1


trong việc giảng dạy, giúp học sinh tiếp thu kiến thức một cách nhanh chóng, sâu
s c, tin tưởng vào nh ng kiến thức mà mình chiếm lĩnh được, đồng thời tạo hứng
thú học tập cho học sinh trong từng bài học.
Phần mềm Crocodile đã được sử dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới,
với nhiều tính năng ưu việt. Phần mềm này giúp giáo viên có thể tự mình thiết kế nh

ng phương án thí nghiệm theo định hướng của mình. Việc sử dụng phần mềm
Crocodile để thiết kế các mô hình thí nghiệm dựa trên các bộ TN thực, đồng thời
vận dụng các phương pháp dạy học tích cực có thể phát triển năng lực phát triển tư
duy và năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.
Nghiên cứu của C. Bostan (2011), Thí nghiệm vật lí với phần mềm Yaka
(Physics experiments with Yenka software); Carmen Gabriela Bostan (2011) Xây
dựng mô hình thí nghiệm vật lí bằng phần mềm Yenka và một số công trình khác
như De Jong, T., (1999), (Học và hướng dẫn với phần mềm mô phỏng (Learning
and Instruction with Computer Simulations”, Education & Computing), Alena
Kovárová (2003) Ứng dụng đa phương tiên hỗ trợ dạy học vật lí (Multimedia
Support for Teaching Physics); Ali Azar, Özlem Aydin Şengulec (2005) “Máy tính
và Phòng thí nghiệm hỗ trợ giảng dạy Vật lý: Tác động về thành tích học tập và thái
độ đối với Vật lí” (Computer-Assisted and Laboratory-Assisted Teaching Methods
in Physics Teaching: The Effect on Student Physics Achievement and Attitude
towards Physics).v.v. Đã đề cập đến việc xây dựng các mô hình thí nghiệm bằng
Yen ka và crocodile physic và sử dụng trong dạy học vật lí. Tuy nhiên, việc sử dụng
các mô hình thí nghiệm vẫn tập trung vào mô phỏng, minh họa các thí nghiệm mà
chưa trở thành một phương tiện giúp học sinh trải nghiệm các thiết kế qua đó nâng
cao năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.
Với nh ng lí do trên, tôi chọn nghiên cứu đề tài: “Sử dụng phần mềm
Crocodile hỗ trợ dạy học chương “ M t. Các dụng cụ quang”- Vật lí 11” nhằm đưa
ra giải pháp hỗ trợ dạy học bộ môn Vật lí.

2


2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Xây dựng và sử dụng các mô hình bằng phần mềm mô phỏng Yenka hỗ trợ
dạy học chương " M t. Các dụng cụ quang" - Vật lí 11 nhằm phát triển năng lực giải
quyết vấn đề, kích thích hứng thú học tập cho học sinh.

3. Giả thuyết khoa học của đề tài
Xây dựng các mô hình thí nghiệm bằng phần mềm Yenka và sử dụng hỗ trợ
tổ chức dạy học theo các pha của dạy học giải quyết vấn đề theo phương pháp thực
nghiệm và phương pháp mô hình trong dạy học chương "M t. Các dụng cụ quang"
sẽ phát triển năng lực giải quyết vấn đề, kích thích hứng thú học tập cho học sinh.
4. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu của đề tài
4.1. Đối tượng nghiên cứu
Hoạt động dạy và học nội dung kiến thức chương '' M t. Các dụng cụ quang"
-

SGK Vật lí 11.

4.2. Phạm vi nghiên cứu
Sử dụng phần mềm Yenka xây dựng các mô hình hỗ trợ dạy học ứng dụng kĩ
thuật của vật lí chương '' M t. Các dụng cụ quang" - SGK Vật lí 11, chương trình cơ
bản (cụ thể các bài 31. M t, 32. Kính lúp, 33. Kính hiển vi, 32. Kính Thiên văn).
5.

-

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
-

Nghiên cứu vai trò, nguyên t c ứng dụng CNTT trong dạy học vật lí.

-

Nghiên cứu đặc điểm học tập của học sinh .

Nghiên cứu nội dung chương trình chuẩn kiến thức kĩ năng phần kiến thức

chương “ M t. Các dụng cụ quang”- Vật lí 11.
-

Nghiên cứu việc xây dựng và sử dụng phần mềm mô phỏng Yenka cho

chương “M t . Các dụng cụ quang”.
-

Thực nghiệm sư phạm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của phần mềm mô

phỏng Yenka xây dựng được.
6.

Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài

6.1. Phương pháp nghiên cứu lí luận
-

Nghiên cứu các tài liệu tâm lí học về đặc điểm của học sinh THPT

3


-

Nghiên cứu các tài liệu lí luận dạy học, các luận văn, luận án liên quan đến

đổi mới phương pháp dạy học theo hướng giải quyết vấn đề.
-

Nghiên cứu mục tiêu, nội dung, chương trình, sách giáo khoa và các tài liệu

tham khảo liên quan.
6.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

-

-

Nghiên cứu thực tiễn hoạt động dạy và học cho học sinh THPT.

-

Khảo sát phong cách học của học sinh tại trường THPT.

Nghiên cứu việc xây dựng và sử dụng phần mềm mô phỏng Yenka cho

chương “M t . Các dụng cụ quang”.
6.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm.
-

Thực nghiệm đối chứng kết quả học tập gi a quá trình học chương "M t.

Các dụng cụ quang" của hai nhóm học sinh, một nhóm sử dụng phần mềm Yenka,
một nhóm học theo phương pháp truyền thống.
-

Sử dụng phương pháp thống kê toán học để phân tích, đánh giá kết quả

thực nghiệm sư phạm
7.

Cấu trúc luận văn
Ngoài phần Mở đầu và kết luận, cấu trúc luận văn như sau:
Chương 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài
Chương 2. Xây dựng mô hình thí nghiệm và sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ

dạy học chương “ M t. Các dụng cụ quang”.
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm

4


CHƢƠNG 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN V

THỰC TIỄN CỦA ĐỀ T I

1.1. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học các ứng dụng KHKT
của vật lí
1.1.1. Khái niệm năng lực
Khái niệm năng lực (competence) hiện được hiểu nhiều nghĩa khác nhau, tuỳ
theo nh ng cách tiếp cận khác nhau, có thể hiểu: năng lực là khả năng thực hiện có
trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề trong nh ng
tình huống khác nhau thuộc các lĩnh vực nghề nghiệp, xã hội hay cá nhân trên cơ sở
hiểu biết, kĩ năng, kĩ xảo và kinh nghiệm cũng như sự sẵn sàng hành động. Đồng
thời, nh ng yếu tố này phải quan sát, đo lường được và cho phép phân biệt được nh
ng người có biểu hiện năng lực tốt nhất so với nh ng người khác. [10, tr. 190];[11]

Để hình thành và phát triển năng lực cần xác định các thành phần và cấu trúc
của chúng. Có nhiều loại năng lực khác nhau. Việc mô tả cấu trúc và các thành phần
năng lực cũng khác nhau. Cấu trúc chung của năng lực hành động được mô tả là sự
kết hợp của 4 năng lực thành phần: Năng lực chuyên môn, năng lực phương pháp,
năng lực xã hội, năng lực cá thể.
Trong chương trình giáo dục hiện nay của các nước thuộc OECD (Tổ chức
Hợp tác và phát triển kinh tế), mô hình năng lực được phân chia thành hai nhóm
chính, bao gồm các năng lực chung (general competence - còn gọi là năng lực
chính, năng lực nền tảng) và các năng lực chuyên môn (specific competence - còn
gọi là năng lực chuyên biệt).
Nhóm năng lực chung: là nh ng năng lực cơ bản, thiết yếu để con người có
thể sống và làm việc bình thường trong xã hội, được hình thành và phát triển qua
nhiều môn học. Năm 2002, EU (Hội đồng châu Âu) đã thống nhất xác định hệ
thống năng lực chung cho CTGD như: Giao tiếp bằng tiếng mẹ đẻ; Giao tiếp bằng
tiếng nước ngoài; Công nghệ thông tin và truyền thông.v.v.

5


Nhóm năng lực chuyên môn : là nh ng năng lực riêng được hình thành và
phát triển liên quan đến từng môn học cụ thể. Ví dụ: nhóm năng lực chuyên môn
trong môn Toán bao gồm các năng lực: Giải quyết các vấn đề toán học; Lập luận
toán học; Mô hình hóa toán học...
1.1.2. Năng lực giải quyết vấn đề
Năng lực giải quyết vấn đề là khả năng của một cá nhân để sử dụng các quá
trình nhận thức để đương đầu và giải quyết thực tế, tình huống liên ngành, giải pháp
không phải là được vạch ra ngay lập tức rõ ràng và các kiến thức được áp dụng là
không nằm trong một môn học duy nhất như đọc hiểu, toán học, khoa học hay các
lĩnh vực khác. (Problem solving competency: This is an individual’s capacity to use
cognitive processes to confront and resolve real, cross-disciplinary situations where

the solution path is not immediately obvious and where the literacy domains or
curricular areas that might be applicable are not within a single domain of
mathematics, science and other domains. [12, pp. 30]
Nh ng khái niệm về năng lực và năng lực giải quyết vấn đề đưa ra định nghĩa
rất chung chung của việc giải quyết vấn đề . Cụ thể hơn, để phân tích năng lực giải
quyết vấn đề dựa trên quá trình giải quyết một vấn đề. Năng lực giải quyết vấn đề
một người thể hiện bởi hiệu suất trong việc xác định một vấn đề, tìm kiếm thông tin
có liên quan, đánh giá khó khăn, phức tạp của vấn đề, vạch ra một kế hoạch với
hành động thích hợp và thực hiện của nó.
Qua nghiên cứu, tham khảo kinh nghiệm các nước phát triển, đối chiếu với
yêu cầu và điều kiện giáo dục trong nước nh ng năm s p tới, các nhà khoa học giáo
dục Việt Nam đã đề xuất định hướng chuẩn đầu ra về phẩm chất và năng lực của
chương trình giáo dục trung học nh ng năm s p tới, trong đó có đề cập tới năng lực
giải quyết vấn đề như sau:
a)

Phát hiện và làm rõ vấn đề: Phân tích được tình huống trong học tập, trong

cuộc sống; phát hiện và nêu được tình huống có vấn đề trong học tập, trong cuộc
sống.

6


b)

Đề xuất, lựa chọn giải pháp: Thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan

đến vấn đề; đề xuất và phân tích được một số giải pháp giải quyết vấn đề; lựa chọn
được giải pháp phù hợp nhất.

c)

Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề: Thu thập và làm rõ các

thông tin có liên quan đến vấn đề; đề xuất và phân tích được một số giải pháp giải
quyết vấn đề; lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất. [1], [ 8, tr.24];
1.1.3. Dạy học các ứng dụng KHKT của vật lí
Các ứng dụng của các định luật, nguyên lý, hiệu ứng, ... Vật lí trong kỹ thuật
và đời sống (gọi là các ứng dụng kỹ thuật) được hiểu là các đối tượng, thiết bị máy
móc (hoặc hệ thống các đối tượng thiết bị máy móc) được chế tạo và sử dụng với
mục đích nào đó trong kỹ thuật và đời sống mà nguyên t c hoạt động của chúng dựa
trên các định luật, nguyên lý, hiệu ứng đó. Ví dụ: Máy ảnh, kính hiển vi, kính thiên
văn, kính lúp, ... ứng dụng quy luật đường đi của các tia sáng qua lăng kính, gương,
thấu kính (sự tạo ảnh qua lăng kính, gương, thấu kính).
Xét một ứng dụng kĩ thuật trong đó không chỉ áp dụng các định luật Vật lí
mà còn cần phải có nh ng đề xuất giải pháp đặc biệt để làm cho các hiện tượng Vật
lí có hiệu quả cao, sao cho thiết bị được sử dụng thuận tiện trong đời sống và sản
xuất. Để đạt được mục đích này khi nghiên cứu, học sinh không nh ng phải vận
dụng nh ng định luật Vật lí vừa được thiết lập mà còn phải vận dụng tổng hợp nh ng
hiểu biết, nh ng kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác của Vật lí. Trong quá trình
nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật, học sinh làm quen dần với việc tự lực chuyển nh
ng kiến thức đã học (định luật, nguyên lý... Vật lí) vào tình huống mới (giải thích
hoạt động của ứng dụng kĩ thuật hay đưa ra một dự án thiết kế ứng dụng kĩ thuật)
thông qua hoạt động của học sinh như : Mô tả và giải thích bằng ngôn ng nói, viết;
thực hiện các thao tác kĩ thuật từ mức đơn giản là l p ráp theo sơ đồ có sẵn đến mức
cao hơn là tự đề xuất, chọn lựa phương án thiết kế tối ưu ứng dụng kỹ thuật. Qua đó
góp phần làm tư duy ngôn ng , óc sáng tạo Vật lí - kỹ thuật của học sinh phát triển.
Trong dạy học ứng dụng kỹ thuật của Vật lí thường sử dụng hai loại mô
hình: mô hình vật chất chức năng và mô hình hình vẽ (mô hình ký hiệu):

7


+ Mô hình hình vẽ mô tả nh ng nét chính về cấu trúc của vật thể hay một cơ
cấu kỹ thuật đã được lược bỏ nh ng chi tiết kỹ thuật không cần thiết (ví dụ : hình vẽ
một máy ảnh, hình vẽ cách bố trí thí nghiệm về thấu kính...). Mô hình hình vẽ có thể
đại diện cho vật gốc về một số mặt, nhờ thế mà có thể sử dụng mô hình để dự đoán
và giải thích một số hiện tượng (chẳng hạn có thể sử dụng mô hình hình vẽ để dự
kiến thiết kế một thiết bị quang học đòi hỏi đáp ứng được nh ng yêu cầu đã cho
trước. Ví dụ : để quan sát vật từ rất xa phải dùng ống kính dài như kính thiên văn
hoặc quan sát vật ở xa dùng ống kính ng n như ống nhòm. Dựa trên mô hình ta có
thể thiết kế áng chừng. Tuy nhiên, mỗi mô hình chỉ phản ánh được một số tính chất
nhất định của vật gốc. Bởi vậy mỗi mô hình đều có giới hạn ứng dụng của nó vì thế
suy ra hệ quả lý thuyết có khi không hoàn toàn phù hợp với thực tiễn.
Ví dụ : Mô hình đường truyền của tia sáng qua thấu kính mà không kể đến
tính chất quang sai của thấu kính thì, nếu chỉ dựa trên mô hình ta có thể tạo ra được
kính lúp, kính hiển vi có độ phóng đại lớn tuỳ ý. Nhưng nh ng thấu kính thực tế
luôn gặp phải vấn đề quang sai hay hiện tượng nhiễu xạ do đó số phóng đại của các
kính quang học có giới hạn. Cho nên khi sử dụng mô hình nếu có điều kiện giáo
viên nên chỉ cho học sinh thấy nh ng giới hạn đó để tính nh ng trường hợp ngoại suy
trên mô hình quá giới hạn ứng dụng dẫn đến nh ng sai lầm đáng tiếc không phù hợp
thực tế.
+

Mô hình vật chất của ứng dụng kỹ thuật có thể hoạt động được như đối

tượng gốc (thực hiện chức năng), được chế tạo để thay thế vật gốc mà nguyên t c
hoạt động của nó dựa trên các định luật, nguyên lý, hiệu ứng, hiện tượng Vật lí (ví
dụ : mô hình kính hiển vi, kính thiên văn...) có thể tách ra được nh ng yếu tố riêng
biệt của đối tượng nghiên cứu giúp cho học sinh nhìn thấy được các đối tượng kỹ

thuật mà thực tế thường bị che kín.
Xuất phát từ sự phân tích về mặt bản chất của việc nghiên cứu các ứng dụng
kỹ thuật trong dạy học Vật lí ở trên cho phép ta xác định: Việc nghiên cứu các ứng
dụng kỹ thuật trong dạy học Vật lí ở các trường phổ thông có thể diễn ra theo hai
con đường sau :

8


-

Con đường thứ nhất: Trên cơ sở đã có sẵn ứng dụng kỹ thuật (thiết bị, máy

móc...) nhiệm vụ của học sinh là nghiên cứu cấu tạo và giải thích nguyên t c hoạt
động của các ứng dụng kỹ thuật trên cơ sở các định luật, nguyên lý... Vật lí đã biết.
-

Con đường thứ hai : Dựa trên các định luật, nguyên lý... Vật lí đã biết,

nhiệm vụ của học sinh là đưa ra các phương án thiết kế một thiết bị nhằm giải quyết
một yêu cầu kỹ thuật nào đó. [9]
1.1.4. Dạy học trải nghiệm và vận dụng trong dạy học các ứng dụng KHKT
1.1.4.1. Dạy học trải nghiệm
David Kolb giới thiệu một mô hình học tập dựa trên trải nghiệm (experiential
learning, thường được biết đến với cái tên Chu trình học tập Kolb) nhằm “quy trình
hóa” việc học với các giai đoạn và thao tác được định nghĩa rõ ràng. Thông qua chu
trình này, cả người học lẫn người dạy đều có thể cải tiến liên tục chất lượng cũng
như trình độ của việc học. Đây là một trong số các mô hình được sử dụng rộng rãi
nhất trong việc thiết kế chương trình học, thiết kế bài giảng, trong việc huấn luyện
cũng như trong các hướng dẫn học tập cho các khóa học sau phổ thông.

Chu trình học tập Kolb gồm bốn bước được mô tả như hình dưới đây:

Hình 1.1. Chu trình học tập trải nghiệm theo David Kolb
Trong đó, Kolb khuyến cáo trình tự của việc học theo mô hình học tập thực
nghiệm cần tuân thủ trình tự của Chu trình, nhưng không nhất thiết phải khởi đầu từ
bước nào trong Chu trình. Tuy nhiên Kolb dựa trên giả định quan trọng về việc học:

9


tri thức khởi nguồn từ kinh nghiệm, tri thức cần được người học kiến tạo (hoặc tái
tạo) chứ không phải là ghi nhớ nh ng gì đã có. Cần vận dụng đúng Chu trình Kolb
để có thể phát huy hiệu quả.
Kolb và các nhà nghiên cứu khác đã đi xa hơn khi nhận thấy rằng, với sự lựa
chọn điểm khởi đầu và thiên lệch sự tập trung vào một giai đoạn nào đó sẽ cho thấy
phong cách học tập của từng người (hoặc từng môn học).
Quan điểm cơ bản trong mô hình học tập dựa trên kinh nghiệm này là người
học cần thiết phải phản tỉnh (reflect, từ khác: chiêm nghiệm) trên các kinh nghiệm
của mình để từ đó khái quát hóa và công thức hóa các khái niệm để có thể áp dụng
cho các tình huống mới có thể xuất hiện trong thực tế; sau đó các khái niệm này
được áp dụng và kiểm nghiệm trong thực tế để thấy được sự đúng-sai, h u dụng-vô
ích,v.v. ; từ đó lại xuất hiện các kinh nghiệm mới, và chúng lại trở thành đầu vào
cho vòng học tập tiếp theo, cứ thế lặp lại cho tới khi nào việc học đạt được mục tiêu
đề ra ban đầu.
Dưới đây là mô tả chi tiết hơn về các bước trong Chu trình Kolb:
+ Kinh nghiệm Rời rạc (Concrete Experience)
Người học có thể đã đọc một số tài liệu, tham dự bài giảng, xem một số
video trên Internet về chủ đề đang học tập, hoặc đã thử làm thử theo hướng dẫn của
một số bài giới thiệu nhập môn (tutorial) về chủ đề cần học, hoặc tự mình mò mẫm
trong giây lát với máy móc trong phòng lab v.v. Tất các các yếu tố đó sẽ tạo ra các

kinh nghiệm nhất định cho người học. Và chúng trở thành “nguyên liệu đầu vào”
quan trọng của quá trình học tập. Tuy vậy, kinh nghiệm quan trọng nhất là nh ng
kinh nghiệm mà các giác quan của con người có thể cảm nhận rõ ràng được
(sensory experience).
Thông thường, người học dạng “hời hợt” (surface learning) thường chỉ dừng
lại ở các kinh nghiệm đó, ghi chép lại và chờ cho tới kì thi và kết thúc việc học.
Theo gợi ý của Chu trình Kolb, đó mới chỉ là sự khởi đầu.

10


+ Quan sát có suy tƣởng (Reflective Observation)
Người học cần có các phân tích, đánh giá các sự kiện và các kinh nghiệm đã
có. Sự đánh giá này cần tự mình suy tưởng về các kinh nghiệm đó, xem cảm thấy
thế nào, có hiểu được hay không, có thấy nó hợp lý hay không, có thấy nó đúng hay
cảm thấy nó “có gì đó không ổn”, có quan điểm hay thực tế nào đi ngược lại với các
kinh nghiệm mình vừa trải qua hay không, v.v. Đối với việc học, việc suy tưởng
hàm ý sâu s c rằng ta phải luôn tự hỏi và tự trả lời “việc học có tiến triển tốt đẹp hay
không?”, và thuần túy sử dụng trực giác để trả lời câu hỏi đó. Trong quá trình suy
ngẫm, và xa hơn n a là ghi lại các suy tưởng ấy theo một cách tự nhiên và tự thân, ta
sẽ rút ra được các bài học cũng như định hướng mới cho chặng đường học tập tiếp
theo thú vị và hiệu quả hơn. Đối với việc dạy, nhà giáo sử dụng kĩ thuật tương tự áp
dụng cho việc dạy của mình, và cho việc học của học trò để có được các phương án
và hành động hiệu quả hơn. Một số hình thức suy tưởng (reflection) vận dụng sâu
hơn các hình thức tra cứu, phân tích, tổng hợp từ nhiều nguồn, đưa ra các đánh giá
về kinh nghiệm vừa trải qua. Khi suy tưởng, chúng ta sẽ “tham gia” sâu hơn vào quá
trình, bản thân điều đó cũng đã giúp đỡ rất nhiều cho việc học tập. Với việc suy
tưởng có chất lượng, ta sẽ có được các cải tiến, nâng cấp, điều chỉnh cho tiến trình
phát triển của việc học tập.
+ Khái niệm hóa (Conceptualization)

Sau khi có được quan sát chi tiết cộng với suy tưởng sâu s c, người học tiến
hành khái niệm hóa các kinh nghiệm đã nhận được. Từ kinh nghiệm, ta có các khái
niệm, “lí thuyết mới”. Bước này chính là bước quan trọng để các kinh nghiệm được
chuyển đổi thành “tri thức”, hệ thống khái niệm và b t đầu lưu gi lại trong não bộ.
Không có bước này, các kinh nghiệm sẽ không thể được nâng cấp và phát triển lên
một tầm cao mới h u ích hơn mà chỉ là các trải nghiệm vụn vặt nhặt được trong tiến
trình học tập hay thực hành.
Giai đoạn khái niệm hóa kết thúc bằng việc ta lập một kế hoạch cho cách
hành động tiếp theo trong thời gian tới. Thông thường giai đoạn này được tiếp nối
giai đoạn trước (Quan sát có suy tưởng) một cách tự nhiên bằng việc trả lời cho các
câu hỏi quan trọng trong quá trình quan sát và suy tưởng – có thể coi như kết luận

11


của toàn bộ quá trình suy tưởng, và giai đoạn tiếp theo sẽ là giai đoạn kiểm chứng
kết luận đó có đúng hay không.
+ Thử nghiệm tích cực (Active Experimentation)
Ở

giai đoạn trước, người học đã có một bản “kết luận” được đúc rút từ thực

tiễn với các luận cứ và suy tư được liên kết chặt chẽ. Bản kết luận đó có thể coi như
một giả thuyết, và ta phải đưa vào thực tiễn để kiểm nghiệm. Việc này hết sức quan
trọng trong việc hình thành nên tri thức thực sự. Theo Kolb và nh ng người theo
đường lối tạo dựng (hay “kiến tạo” – constructivism), chân lí cần được lĩnh hội,
hoặc kiểm chứng được. Đây là bước cuối cùng để chúng ta xác nhận hoặc phủ nhận
các khái niệm từ bước trước.
1.1.4.2. Vận dụng dạy học trải nghiệm trong dạy học các ứng dụng KHKT
Đối với việc học vật lí nói chung và dạy học ứng dụng KHKT của vật lí nói

riêng , ta có thể có một ví dụ cho việc thực thi Chu trình Kolb như sau:
Chu trình này yêu cầu người học có một kỉ luật trong việc học thông qua
việc lên kế hoạch, hành động, phản tỉnh và liên hệ ngược trở lại các lý thuyết.
Bước 1: Sau khi đọc tài liệu, thử làm người học đã có nh ng trải nghiệm ban
đầu về vấn đề cần nghiên cứu.
Bước 2: Thảo luận về cảm giác, quy trình và phối hợp có chỗ nào không ổn.
Ghi lại các cảm nhận quan trọng, đọc lại giáo trình để xem mình làm có đúng
không. Khi gặp chỗ không ổn thử tìm kiếm giải pháp cải thiện, tham khảo các thảo
luận khác để rút ra kết luận. Ghi lại các suy tưởng đó.
Bước 3: Phác thảo giải pháp, khái quát lại thành “Quy trình”
Bước 4: Thực hiện theo quy trình đã đề xuất, và lặp lại Bước 1.
1.1.5. Tổ chức dạy học nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học
các ứng dụng KHKT của vật lí
Các nghiên cứu gần đây phê bình mô hình Kolb, vốn ra đời từ 1984, là quá
đơn giản, hoặc quá lí tưởng, hoặc có khi không khớp với thực tế học tập của sinh
viên và có phần thiếu thực tiễn.

12


Học tập dựa trên vấn đề phát triển từ nh ng năm 1990 trong chương trình
giảng dạy tại Đại học McMaster ở Canada và trở thành một phương pháp giảng dạy
đã được chấp nhận trên kh p B c Mỹ và châu Âu. Hmelo Silver (2004) mô tả việc
học tập dựa trên vấn đề như là một phương pháp giảng dạy trong đó học sinh học
thông qua tạo điều kiện giải quyết vấn đề trọng tâm của một vấn đề phức tạp. Torp
và Sage (2002) mô tả việc học tập dựa trên vấn đề là việc tổ chức học tập qua trải
nghiệm giải quyết các vấn đề trong thế giới thực. Các kết quả nghiên cứu của
Fortus, Dershimer, Krajcik, Marx và Mamlok-Naaman, (2005) và Puntambekar &
Kolodner, 2005 và các kết quả điều tra khác về tổ chức dạy học giúp học sinh phát
triển kiến thức khoa học đều kết luận rằng: Việc tổ chức dạy học dựa trên việc cho

học sinh tham gia hoặc học tập dựa trên vấn đề khoa học có khả năng giúp học sinh
phát triển các kỹ năng giải quyết vấn đề và kỹ năng nghiên cứu khoa học (Kolodner,
Camp, Crismond, Fasse, Gray, Holbrool, Puntambekar, và Ryan, 2003; Silk, Schunn
và Strand, 2007).
Dạy học theo quan điểm phát triển năng lực giải quyết vấn đề g n với nh ng
tình huống của cuộc sống và nghề nghiệp, đồng thời g n hoạt động trí tuệ với hoạt
động thực hành, thực tiễn. Tăng cường việc học tập trong nhóm, đổi mới quan hệ
GV - HS theo hướng cộng tác có ý nghĩa quan trọng nhằm phát triển năng lực xã
hội. Bên cạnh việc học tập nh ng tri thức và kỹ năng riêng lẻ của các môn học
chuyên môn cần bổ sung các chủ đề học tập phức hợp nhằm phát triển năng lực giải
quyết các vấn đề phức hợp.
Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề (dạy học nêu vấn đề, dạy học nhận
biết và giải quyết vấn đề) là quan điểm dạy học nhằm phát triển năng lực tư duy,
khả năng nhận biết và giải quyết vấn đề. Học được đặt trong một tình huống có vấn
đề, đó là tình huống chứa đựng mâu thuẫn nhận thức, thông qua việc giải quyết vấn
đề, giúp HS lĩnh hội tri thức, kỹ năng và phương pháp nhận thức. Dạy học phát hiện
và giải quyết vấn đề là con đường cơ bản để phát huy tính tích cực nhận thức của
HS, có thể áp dụng trong nhiều hình thức dạy học với nh ng mức độ tự lực khác
nhau của HS.

13


Trong tổ chức dạy học theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong
môn Vật lí thể hiện ở các giai đoạn trong tiến trình ở hình 1.1. [ 8, tr 61]
Pha thứ nhất:
Chuyển

giao

Tình huống có tiềm ẩn vấn đề

nhiệm vụ, bất
ổn hóa tri thức,
phát biểu

Pha thứ 2: HS
hành động độc

Phát biểu vấn đề - bài toán

Giải quyết vấn đề: suy đoán, thực hiện giải pháp

lập tích cực, trao
đổi tìm tòi giải
quyết vấn đề

Kiểm tra, xác nhận kết quả: xem xét sự phù hợp của lí
thuyết và thực nghiệm

Pha

thứ

chế

hóa,

dụng tri thức
mới

Vận dụng tri thức mới để giải quyết nhiệm vụ đặt ra

tiếp theo

Hình 1.2. Sơ đồ khái quát của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát
hiện và giải quyết vấn đề.
Vận dụng dạy học trải nghiệm và tổ chức theo các pha dạy học giải quyết
vấn đề trong dạy học các ứng dụng kĩ thuật của vật lí thể hiện ở bảng 1.1. [8, tr.6364]

14


Bảng 1.1. Dạy học trải nghiệm và tổ chức theo các pha dạy học giải quyết vấn đề Ứng
dụng kĩ thuật của vật lí
Các bƣớc trải
nghiệm
1. Tạo/ khai thác
Kinh
Rời rạc

2.Quan
suy tưởng

3. Khái
hóa
4. Thử nghiệm
tích cực

15

1.2. Sử dụng phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học các ƢDKT của vật lí
1.2.1. Sử dụng phần mềm Yenka trong dạy học vật lí hỗ trợ phát triển năng lực
giải quyết vấn đề cho học sinh
Tầm quan trọng của việc giải quyết vấn đề trong khoa học được minh chứng
không chỉ bởi số lượng ngày càng tăng của các chương trình dự án về dạy học giải
quyết vấn đề như chương trình Chương trình đánh giá học sinh quốc tế - PISA.
PISA đánh giá khả năng năng lực giải quyết của học sinh, khả năng của học sinh lứa
tuổi mười lăm áp dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề liên môn, trong đó tình
huống gần thực tế.
Nhiều phương pháp sư phạm khác nhau liên quan đến việc dựa trên vấn đề
học tập (PlBL), theo dự án học tập (PjBL), dựa trên thiết kế khoa học, kĩ thuật
(DBS) đã và đang được sử dụng với nỗ lực để phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề.
Nh ng phương pháp sư phạm trên đều có liên quan đến kinh nghiệm cuộc sống của
học sinh trong đời sống thực.
Heyworth (1998). Sternberg (1985) và Simon và Simon (1978) nhấn mạnh
rằng học sinh có ý nghĩa tìm hiểu kỹ năng giải quyết vấn đề thông qua kinh nghiệm
cụ thể. Giáo viên có thể giúp học sinh bằng cách cung cấp tình huống được cấu trúc
rõ ràng để khuyến khích học sinh tham gia vào việc học của mình và thực hiện các
bước cần thiết để giải quyết các vấn đề trong khoa học (Pizzini, Shepardson &
Abell, 1989). Fortus, Dershimer, Krajcik, Marx và Mamlok-Naaman ( 2005) cho
rằng vận dụng Dạy học “dựa trên thiết kế khoa học” có thể nâng cao kĩ năng giải
quyết vấn đề, nghiên cứu này xác định mối liên hệ gi a DBS và các kỹ năng giải
quyết vấn đề của học sinh trong trường trung học. [12, pp. 18-30]
Với việc phát triển nhanh chóng của CNTT, nhiều trường đại học trên thế
giới đã sử dụng máy tính, mạng máy tính, kết hợp việc sử dụng phần mềm thí
nghiệm trên màn hình máy vi tính để hỗ trợ quá trình thực hành với các thí nghiệm
truyền thống nhằm phát triển kĩ năng thí nghiệm của học sinh.
Việc nghiên cứu các phần mềm hỗ trợ dạy học thường tập trung vào các phần

mềm mô phỏng các thí nghiệm vật lí. Xu hướng nghiên cứu sử dụng các phần mềm
hỗ trợ thực hành thí nghiệm vật lí trên thế giới tập trung vào hai vấn đề:

16


-

Nghiên cứu xây dựng phần mềm thí nghiệm trên màn hình máy vi tính đảm

bảo tính khách quan của các số liệu thực nghiệm thu được từ thí nghiệm, tạo điều
kiện cho sinh viên nhanh chóng tiếp cận với thí nghiệm thật.
-

Nghiên cứu tổ chức hoạt động thực hành thí nghiệm với sự hỗ trợ của phần

mềm thí nghiệm trên màn hình nhằm tăng hiệu quả hoạt động dạy học.
1.2.2. Những chức năng cơ bản của phần mềm Yenka hỗ trợ dạy học vật lí
Yenka là một thế hệ mới của phần mềm Crocodile physic được phát triển bởi
hãng Crocodile Clips ở Anh. Yenka là phần mềm mô phỏng thí nghiệm trên máy vi
tính. Giúp mô hình hóa các thí nghiệm thực tế trên máy tính một các chính xác và
sinh động bằng các hình ảnh 2D và 3D. Cho phép HS lựa chọn 4 nghành học: Máy
tính, toán học, khoa học và công nghệ. Trong đó có cả phiên bản tiếng Việt.

Hình 1.3. Màn hình lựa chọn các chức năng của Yenka
Phần mềm thí nghiệm ảo Yenka dùng trong Vật lí bao gồm 5 phần : Cơ học,
quang học, nhiệt học, điện học và sóng, với các dụng cụ thí nghiệm giúp xây dựng
các mô hình thí nghiệm mô phỏng các hiện tượng Vật lí một cách trực quan sinh
động.

17