Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE
Educational Sci., 2016, Vol. 61, No. 8B, pp. 279-288
This paper is available online at

DOI: 10.18173/2354-1075.2016-0185

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ
Ở TRƯỜNG PHỔ THƠNG
Dương Xn Q1 , Trần Thị Huyền2
1 Khoa
2 Bộ

Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
mơn Vật lí - Hóa lí, Trường Đại học Dược Hà Nội

Tóm tắt. Trong dạy học vật lí, bài tập thí nghiệm địi hỏi học sinh thực hiện đồng bộ cả
hoạt động trí óc và hoạt động chân tay. Việc xây dựng bài tập vật lí cần căn cứ vào các nội
dung vật lí có liên quan đến việc đo đạc hoặc khảo sát thực nghiệm và khả năng xây dựng
được các thiết bị tương ứng dựa trên các thiết bị có sẵn hoặc các dụng cụ đơn giản tự chế
tạo được. Việc tổ chức cho học sinh giải bài tập thí nghiệm theo hình thức cá nhân hoặc
nhóm, ở trường hoặc ở nhà góp phần rất lớn vào việc phát triển năng lực hoạt động thực
tiễn của học sinh.
Từ khóa: Bài tập thí nghiệm, suy luận lí thuyết, khảo sát thực nghiệm, năng lực hoạt động.

1.

Mở đầu

Để đạt được mục tiêu phát triển năng lực học sinh trong dạy học vật lí, cần sử tăng cường
các bài tập gắn với đặc trưng của môn học, các bài tập sử dụng trong dạy học cần có tính thực tiễn
hoặc đòi hỏi các hoạt động thực nghiệm [1]. Một trong số bài tập loại này là bài tập thí nghiệm.

Về mặt hình thức, bài tập thí nghiệm là loại bài tập địi hỏi phải làm thí nghiệm để tìm ra
lời giải lí thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập [2].
Về mặt hoạt động, bài tập thí nghiệm là loại bài tập giải quyết vấn đề chứa đựng yêu cầu
thực hiện các hoạt động suy luận lí thuyết và hoạt động thực nghiệm của học sinh [3]. Các hoạt
động bao gồm: Xác định cơ sở lí thuyết cho hiện tượng, q trình vật lí được mô tả; xác lập các
mối hệ dựa trên các kiến thức (khái niệm, định luật, quy tắc. . . ) để có thể thực hiện kiểm nghiệm
nhờ đo đạc; xây dựng phương án thí nghiệm từ các dụng cụ đã cho hoặc từ các dụng cụ tự chế tạo;
tiến hành thí nghiệm để quan sát, đo đạc và xử lí số liệu để từ đó rút ra các kết luận cần thiết. Đây
là loại bài tập có nhiều tác dụng trong dạy học nhằm phát triển năng lực hoạt động của học sinh.
Tuy nhiên, cho đến nay, việc xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường
phổ thơng cịn gặp rất nhiều khó khăn: Về cơ sở lí luận, về cách thức xây dựng và cách thức sử
dụng trong dạy học để đạt được hiệu quả.
Dưới đây, chúng tơi sẽ trình bày về bài tập thí nghiệm với các nội dung gồm: Phân tích vai
trị của bài tập thí nghiệm, đề ra quy trình xây dựng và việc sử dụng bài tập thí nghiệm nhằm phát
triển năng lực của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thơng.
Ngày nhận bài: 21/07/2016. Ngày nhận đăng: 10/09/2016.
Liên hệ: Dương Xuân Quý, e-mail:

279


Dương Xuân Quý, Trần Thị Huyền

2.
2.1.

Nội dung nghiên cứu
Vai trò của bài tập thí nghiệm trong dạy học

Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt về cả ba mặt giáo dục, giáo dưỡng và giáo dục kĩ

thuật tổng hợp [2]. Việc giải các bài tập thí nghiệm địi hỏi học sinh phải thực hiện đồng thời các
hoạt động trí óc và hoạt động chân tay trong môi trường làm việc khoa học và hợp tác nên có tác
dụng rất lớn trong việc phát triển năng lực của học sinh. Các vai trị nổi bật gồm:
- Thơng qua việc áp dụng các kiến thức vật lí đã được trang bị vào trong một tình huống cụ
thể, học sinh có cơ hội được ôn tập, củng cố và mở rộng kiến thức. Nhờ vậy, học sinh sẽ có được
những hiểu biết chính xác, sâu sắc và tồn diện kiến thức đã học (khái niệm, định luật, thuyết).
- Nhờ việc thực hiện các thao tác trong tư tưởng nhằm xác lập được các mối quan hệ trên
các mơ hình lí thuyết trừu tượng và gắn được với các phép đo đạc trên các thiết bị cụ thể nên học
sinh sẽ phát triển tư duy, trí tưởng tượng, khả năng sáng tạo thực tiễn; phát huy được hứng thú học
tập và phương pháp tư duy khoa học.
- Nhờ việc thực hiện yêu cầu kiểm tra các kết quả của quá trình suy luận lí thuyết bằng thực
nghiệm, học sinh sẽ thấy được sự gắn kết giữa lí thuyết với thực tiễn và thấy được sự tương ứng
giữa các mơ hình lí thuyết với các sự vật, hiện tượng trong đời sống, do đó, kiến thức mà họ chiếm
lĩnh được sẽ đảm bảo độ sâu sắc, và vận dụng được.
- Để thực hiện yêu cầu xây dựng phương án thí nghiệm, học sinh đã tham gia một cách chủ
động vào môi trường hoạt động khoa học thực nghiệm có mục đích, có kế hoạch nên các năng lực
bản thân được phát triển trong mối tương tác xã hội tích cực.
- Thơng qua việc thực hiện các thí nghiệm vật lí và xử lí số liệu ở bài tập thí nghiệm nên
học sinh được làm quen với các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm (thu thập và xử lí số liệu);
phát triển các kĩ năng hoạt động tay chân có mục đích, từ đó phát triển các đức tính tốt như cẩn
thận, trung thực, khách quan, trách nhiệm. . . là những đức tính cho công dân tương lai.
- Nhờ xây dựng các bài tập thí nghiệm sẽ góp phần khai thác hiệu quả các thiết bị thí nghiệm
được trang bị (theo danh mục thiết bị thí nghiệm tối thiểu).
- Với các bài tập được xây dựng gắn với các vật dụng, thiết bị kĩ thuật trong đời sống sẽ
tạo điều kiện cho học sinh tìm hiểu và thấy được các ứng dụng kĩ thuật của vật lí. Đây là cách rèn
luyện năng lực sáng tạo rất tốt cho học sinh.

2.2.

Các yêu cầu với bài tập thí nghiệm

Dựa trên các yêu cầu chung của bài tập vật lí [2,3], để sử dụng trong dạy học vật lí đáp ứng
được yêu cầu phát triển năng lực của học sinh, các bài tập thí nghiệm cần đáp ứng được các yêu
cầu sau đây:
- Diễn đạt rõ ràng, đầy đủ các thông tin mô tả về sự kiện, hiện tượng, q trình trong khơng
gian và thời gian xác định.
- Có độ khó về suy luận, tính tốn phù hợp với trình độ, khả năng của học sinh.
- Diễn đạt rõ yêu cầu đo đạc, kiểm tra đại lượng hay khảo sát q trình vật lí.
- Các cơng cụ, phương tiện ứng với các hoạt động thí nghiệm phải đơn giản, dễ kiếm, rẻ
tiền, dễ chế tạo, dễ lắp ráp và an toàn với học sinh.
- Các phép đo trong các thí nghiệm có độ chính xác chấp nhận được (< 10%).
280


Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm...

2.3.

Quy trình xây dựng bài tập thí nghiệm

Trên cơ sở các bước chung để xây dựng bài tập vật lí, căn cứ vào u cầu của bài tập thí
nghiệm, trong q trình dạy học, giáo viên có thể xây dựng các bài tập thí nghiệm theo quy trình
sau:
Bước 1. Nghiên cứu các nội dung vật lí trong chương trình để xác định các kiến thức liên
quan đến yêu cầu đo đạc một số đại lượng vật lí hay khảo sát, mơ tả các hiện tượng, q trình vật
lí. Đồng thời, xem xét khả năng xây dựng các thiết bị thí nghiệm hay vật dụng có sẵn để thực hiện
thí nghiệm.
Ví dụ:
Khi học về kiến thức lực đàn hồi (Vật lí 10), nội dung liên quan đến thí nghiệm là hệ số đàn
hồi phụ thuộc vào bản chất, hình dạng, kích thước của vật đàn hồi. Vì vậy các bài tập thí nghiệm

được xây dựng có thể là: Xác định hệ số đàn hồi của vật đàn hồi bị biến dạng kéo-nén, xác định
sự phụ thuộc của hệ số đàn hồi vào các yếu tố như chiều dài, thiết diện, chất liệu của vật đàn hồi;
mở rộng nghiên cứu cho các loại biến dạng khác như biến dạng uốn, biến dạng xoắn. . . Các thiết
bị, vật dụng dùng để thực hiện thí nghiệm đều có sẵn như các lị xo trong phịng thí nghiệm, các
dây cao su hoặc lá kim loại, thanh nhựa tận dụng được trong đời sống.
Khi học về bài tốn chuyển động của vật bị ném (Vật lí 10), nội dung liên quan đến thí
nghiệm là hình dạng quỹ đạo, thời gian và tầm xa của vật bị ném. Các bài tập thí nghiệm có thể
u cầu xác định dạng quỹ đạo của vật, xác định các thông số về vận tốc ban đầu, độ cao, tầm
xa của vật bị ném. Các thiết bị, vật dụng là các viên bi, thước, giá thí nghiệm. . . cũng dễ kiếm từ
phịng thí nghiệm hoặc tìm trong đời sống.
Khi học về sự khúc xạ ánh sáng-phản xạ tồn phần (Vật lí 11), nội dung liên quan đến thí
nghiệm là việc đo chiết suất của các môi trường trong suốt. Các thiết bị, vật dụng là các thấu kính,
khối thủy tinh, đèn chiếu có sẵn trong phịng thí nghiệm hoặc tự tạo được.
Bước 2. Xác lập các mục tiêu về kiến thức, kĩ năng và các năng lực cần đạt ở học sinh khi
giải bài tập thí nghiệm. Về cơ bản, các mục tiêu dạy học bài tập thí nghiệm là:
Về kiến thức: Viết được các biểu thức có liên quan đến kiến thức vật lí; Xác định được điều
có thể kiểm tra bằng thí nghiệm như biểu thức, đại lượng, quy luật, hiệu ứng,...; Mơ tả hoặc dự
đốn được hiện tượng sẽ diễn ra. . .
Về kĩ năng: Lựa lựa chọn được các dụng cụ cần thiết; Vẽ được cách bố trí thiết bị; Chế tạo
được, lựa chọn được các chi tiết của thiết bị khác để lắp ráp được thiết bị thí nghiệm; Tiến hành
được thí nghiệm và thu thập được kết quả; Xử lí được số liệu và rút ra được nhận xét. . .
Về phát triển năng lực: Đề xuất được phương án thí nghiệm hợp lí; Đề ra được kế hoạch
thực hiện thí nghiệm; Phối hợp được các hoạt động giữa các thành viên; Trao đổi, thảo luận để
thực hiện thí nghiệm và xử lí số liệu; Trình bày, báo cáo kết quả thí nghiệm, bảo vệ ý kiến trước
tồn lớp.
- Bước 3. Viết đề bài địi hỏi cả hoạt động lí thuyết và hoạt động thực nghiệm để đo đạc một
đại lượng vật lí hoặc nghiên cứu về hiện tượng hay q trình vật lí. Các bài tập cần đáp ứng được
các yêu cầu của bài tập thí nghiệm và nên có cấu trúc gồm 2 phần:
Thứ nhất là phần đề dẫn của bài tập:
+ Mô tả bối cảnh trong đó diễn ra q trình vật lí, hiện tượng vật lí .

+ Mơ tả về dữ kiện và yêu cầu xác lập mối quan hệ, tìm hiểu quy luật vật lí, xác định một
281


Dương Xuân Quý, Trần Thị Huyền

đại lượng vật lí.
+ Yêu cầu xác lập phương án thí nghiệm (theo danh mục thiết bị được cho sẵn hoặc tự chế
tạo).
+ Yêu cầu về chế tạo, lựa chọn bố trí thí nghiệm, đo đạc và xử lí số liệu.
Thứ hai là phần mơ tả dụng cụ thí nghiệm: Nêu rõ về các dụng cụ thí nghiệm: dụng cụ có
sẵn, dụng cụ tự chế tạo với các vật liệu, thiết bị được mô tả; cách sử dụng các đồng hồ đo; nêu các
gợi ý, chỉ dẫn (nếu cần) về bố trí, lắp ráp hay cách thức chế tạo dụng cụ, các chú ý về sự an toàn
cho người và thiết bị.
- Bước 4. Giáo viên tự giải bài tập để xác định được các hoạt động cơ bản, các khó khăn mà
học sinh có thể gặp phải, các chú ý khi giải bài tập về cả mặt lí thuyết và thực nghiệm, từ đó hoàn
chỉnh đề bài.
Lưu ý: Việc xây dựng các bài tập thí nghiệm thường khơng địi hỏi sự đầu tư lớn về trang
thiết bị mà dựa trên các trang thiết bị có sẵn đã được trang bị ở các phịng thí nghiệm hoặc dựa
trên các vật dụng, thiết bị . . . có sẵn trong đời sống.

2.4.

Các mức độ của bài tập thí nghiệm

Căn cứ vào mục tiêu phát triển năng lực, vào trình độ năng lực của học sinh, vào yêu cầu
thực hiện nhiệm vụ, vào mức độ kiến thức, việc xây dựng các bài tập thí nghiệm cũng cần theo các
mức độ khác nhau được sắp xếp từ thấp đến cao như sau:
- Mức độ 1: Mô tả rõ bối cảnh của sự kiện vật lí, các cơng thức vật lí có liên quan; cho
phương án; cho thiết bị lắp sẵn; cho tiến trình thực hiện, yêu cầu HS tiến hành thí nghiệm, thu thập

số liệu, xử lí kết quả theo hướng dẫn có sẵn.
- Mức độ 2: Mơ tả rõ bối cảnh của sự kiện vật lí và công thức tương ứng; cho thiết bị lắp
sẵn; yêu cầu HS xác định tiến trình thực hiện thí nghiệm; thu thập số liệu, xử lí kết quả theo hướng
dẫn.
- Mức độ 3: Mơ tả rõ tình huống, u cầu HS xây dựng các mối quan hệ ứng với thông số
đại lượng cần đo hay cần khảo sát; lựa chọn thiết bị, lắp ráp và tự xác định kế hoạch và tự tiến hành
thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí kết quả.
- Mức độ 4: Mơ tả khái qt tình huống, yêu cầu HS xác lập các mối quan hệ, sau đó tự
thiết kế phương án, chế tạo thiết bị, tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch, thu thập số liệu, xử lí kết
quả, khái quát kết quả để rút ra kết luận.
Lưu ý: Với một nội dung vật lí, có thể xây dựng bài tập ở mức độ cao nhất, sau đó tùy thuộc
vào đối tượng học sinh để có các gói câu hỏi, yêu cầu thực hiện khác nhau.

2.5.

Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập thí nghiệm

Dựa vào các bước chung của việc giải bài tập vật lí [2], [3], việc giải bài tập thí nghiệm có
thể được thực hiện ở lớp, ở phịng thí nghiệm hay ở nhà theo hình thức nhóm hoặc cá nhân. Để
hoạt động giải bài tập thí nghiệm đem lại hiệu quả, học sinh cần tuân theo các bước sau:
Bước 1: Tìm hiểu đề bài, xác định vấn đề cần giải quyết về mặt lí thuyết và thực nghiệm;
Bước 2: Sử dụng kiến thức, kĩ năng đã học có liên quan đến bài tập để tìm hiểu cơng thức
hoặc suy luận lơgic để rút ra các cơng thức có thể kiểm nghiệm được bằng thí nghiệm;
Bước 3: Tìm hiểu hoặc xây dựng phương án thí nghiệm, lựa chọn dụng cụ hay tìm hiểu
282


Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm...

dụng cụ thí nghiệm (chế tạo thiết bị nếu cần), lập kế hoạch thực hiện;

Bước 3: Tiến hành thí nghiệm, thu thập, xử lí số liệu;
Bước 4: Rút ra nhận xét, kết luận. Biện luận sai số, đề xuất cải tiến thí nghiệm;
Bước 5: Vận dụng, liên hệ, phát hiện vấn đề mới.

2.6.

Đánh giá học sinh giải bài tập thí nghiệm

Để đánh giá được việc giải bài tập thí nghiệm của học sinh địi hỏi sự quan sát, đánh giá
cơng phu và ở nhiều góc độ và mất nhiều thời gian.
Dựa trên các cách thức đánh giá quá trình học tập [1,2], việc đánh giá hoạt động giải bài
tập thí nghiệm của học sinh nên dựa vào bảng kiểm (Rubric) cho hoạt động giải bài tập thí nghiệm
như sau:
Với bảng kiểm này, mỗi tiêu chí có tối đa là 10 điểm (theo chỉ số mức độ tương ứng). Tuy
nhiên, tùy theo đối tượng học sinh và mức độ của các bài tập được xây dựng mà giáo viên có thể
sử dụng ở các tiêu chí tương ứng cho phù hợp.
Tiếp theo, cùng với việc đánh giá của giáo viên, nên tạo điều kiện cho học sinh tự đánh giá
lẫn nhau theo phiếu dưới đây: Phiếu học sinh đánh giá lẫn nhau. Mỗi tiêu chí cho tối đa 10 điểm.

Tiêu chí

1. Về q
trình
tiếp
cận các kiến
thức vật lí

2.
Về
q

trình
xây
dựng
phương án
thí nghiệm

4

3

Xác
định
được đúng
cơ sở lí
thuyết
và
thực
hiện
được
suy
luận tối ưu
để đưa ra
được mơ tả
lí thuyết hợp
lí.

Xác
định
được đúng
cơ sở lí

thuyết
nhưng suy
luận cịn dài
dịng để đưa
ra được mơ
tả lí thuyết
hợp lí.

Lựa
chọn
được
các
chi tiết của
thiết bị; vẽ
cách bố trí
thí nghiệm
và đề ra kế
hoạch tiến
hành hợp lí.

Lựa
chọn
được các chi
tiết nhưng
việc vẽ cách
bố trí thí
nghiệm và
đề ra kế
hoạch tiến
hành chưa rõ

ràng.

Mức độ
2
Lúng túng
khi xác định
cơ sở lí
thuyết
và
khi
thực
hiện
suy
luận logic
cũng
khó
khăn nhưng
vẫn đưa ra
được mơ tả
lí thuyết.
Lựa
chọn
thiếu một số
chi tiết, vẽ
cách bố trí
thí nghiệm
và lên kế
hoạch tiến
hành chưa
hợp lí.

1

0

Lúng túng
khi xác định
cơ sở lí
thuyết và khi
thực
hiện
suy
luận
logic
thì
chưa đưa ra
được kết quả
cần thiết.

Khơng xác
định được cơ
sở lí thuyết
và
khơng
biết suy luận
lơgic để rút
ra được kết
quả.

Hầu

như
chưa chọn
được
các
chi tiết và
chưa
vẽ
cách bố trí
thí nghiệm,
khơng
đề
ra kế hoạch
tiến
hành
hợp lí

Khơng tham
gia
hoạt
động hoặc
khơng thực
hiện
được
u cầu nào.

283


Dương Xuân Quý, Trần Thị Huyền

2.Về
hoạt
động
lựa
chọn,
chế
tạo, lắp ráp
thiết bị

Tự lựa chọn
và lắp ráp
(hoặc
chế
tạo) thiết bị
thí nghiệm
hợp lí theo
thiết
kế,
thuận tiện
cho việc tiến
hành.

Lựa chọn và
lắp ráp (hoặc
chế tạo) thí
nghiệm gần
theo
theo
thiết kế, cịn
khó khăn khi

tiến hành.

4. Về việc
tiến hành thí
nghiệm thu
thập kết quả
và xử lí số
liệu

Tự thực hiện
được
thí
nghiệm theo
kế hoạch và
thu được các
số liệu hợp
lí.

Tự
thực
hiện
được
thí nghiệm
nhưng cịn
có lỗi về vận
hành và thu
thập số liệu.

5. Về việc
khái quát kết

quả và rút ra
nhận xét và
báo cáo kết
quả

Tự khái quát
kết quả để
rút ra được
nhận
xét,
đánh giá so
với kết quả lí
thuyết

Cần gợi ý để
rút ra được
nhận
xét,
đánh giá so
với kết quả lí
thuyết

Cịn
lúng
túng
mất
nhiều thời
gian khi lắp
ráp
(hoặc

chế tạo) thiết
bị vận hành
được.
Thực hiện
được
thí
nghiệm và
thu
thập
được số liệu
nhưng cần
hỗ trợ của
giáo viên.
Cần hướng
dẫn xem xét
khái
quát
mới rút ra
được nhận
xét, đánh giá
so với kết
quả lí thuyết

Cần nhiều
sự hỗ trợ để
lắp ráp được
thiết bị và
vận hành.

Không lắp

ráp
được
như thiết kế,
u cầu thực
hiện

Cần có sự
hướng dẫn
theo
mẫu
thì mới thực
hiện
được
thí nghiệm
và thu thập
được số liệu.

Khơng thể
thực
hiện
được
thí
nghiệm dù
đã có chỉ dẫn

Cần hướng
dẫn cụ thể
với số liệu
thực nghiệm
để rút ra

được
một
nhận xét

Hướng dẫn
nhưng vẫn
không nhận
ra được mối
quan hệ gì từ
bảng số liệu

Với bảng kiểm này, mỗi tiêu chí có tối đa là 10 điểm (theo chỉ số mức độ tương ứng). Tuy
nhiên, tùy theo đối tượng học sinh và mức độ của các bài tập được xây dựng mà giáo viên có thể
sử dụng ở các tiêu chí tương ứng cho phù hợp.
Tiếp theo, cùng với việc đánh giá của giáo viên, nên tạo điều kiện cho học sinh tự đánh giá
lẫn nhau theo phiếu dưới đây:
Phiếu học sinh đánh giá lẫn nhau. Mỗi tiêu chí cho tối đa 10 điểm.

Tên thành
viên trong
nhóm
...

284

Sự nhiệt
tình tham
gia cơng
việc

Đưa ra ý
kiến và ý
tưởng mới

Tiêu chí
Tạo
mơi
Tổ chức và
trường hợp
hướng dẫn
tác, thân
cả nhóm
thiện

Hồn
thành
nhiệm vụ
hiệu quả

Tổng điểm


Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm...

2.7.

Ví dụ về bài tập thí nghiệm

2.7.1. Đề bài
Một con lắc lị xo là một hệ gồm lị xo có độ cứng k nối với một quả nặng có khối lượng

m. Khi treo lò xo vào giá, bỏ qua lực cản của khơng khí, kích thích cho quả nặng dao động theo
phương thẳng đứng thì quả nặng dao động điều hịa với chu kì T. Chu kì này phụ thuộc vào khối
lượng m0, độ cứng k của lò xo và phụ thuộc vào khối lượng m của vật.
Hãy:
a. Thiết lập công thức tính chu kì dao động của con lắc lị xo trong trường hợp khối lượng
của lị xo khơng đáng kể và trường hợp lị xo có khối lượng đáng kể.
b. Thiết kế phương án thí nghiệm để xác định độ cứng k của lò xo và khối lượng m của vật
trong 2 trường hợp trên.
c. Tiến hành thí nghiệm theo phương án đã thiết kế.
Cho biết những dụng cụ thí nghiệm và hướng xử lí số liệu: Vật nặng có khối lượng m chưa
biết; lị xo có khối lượng khơng đáng kể; lị xo có khối lượng đáng kể (loại được trang bị cho các
phịng thí nghiệm ở trường phổ thơng); 5 gia trọng có khối lượng giống nhau là 50g; giá treo; đồng
hồ bấm giây; số liệu được xử lí bằng đồ thị nhờ phần mềm Excell hoặc trên giấy vẽ đồ thị.

2.7.2. Phân tích ý tưởng sư phạm
Bài tập được xây dựng ở mức độ 4 của bài tập thí nghiệm, và cũng có u cầu cao (về mặt
kiến thức với yêu cầu nâng cao dùng cho cả đối tượng học sinh chuyên vật lí).
Tùy theo đối tượng học sinh, giáo viên có thể chủ động giảm bớt u cầu như: chỉ xét trường
hợp lị xo khơng có khối lượng hoặc hướng dẫn học sinh tham khảo tài liệu trong sách giáo khoa,
việc lắp ráp các chi tiết hay xử lí só liệu nếu cần cũng được hướng dẫn rõ ràng.
Về mặt thiết bị, có thể dùng các lị xo, đồng hồ bấm giây. . . có sẵn ở trường phổ thơng hoặc
cho học sinh tự tìm dụng cụ thí nghiệm.
Về mặt tổ chức, có thể thực hiện ở lớp hay ở nhà.

2.7.3. Đáp án gợi ý
a. Thiết lập cơng thức tính chu kì dao động của con lắc lị xo.
- Trường hợp lị xo có khối lượng không đáng kể
Sử dụng phương pháp động lực học chất điểm (vật lí 10) ta có:
Phương trình động lực học: x′′ + ω 2 x = 0
Phương trình dao động của vật: x = A cos(ωt + φ)

m
2π
= 2π
Chu kì dao động của vật: T =
ω
k
- Trường hợp lò xo có khối lượng đáng kể
Dùng phương pháp năng lượng ta có:
Cơ năng của hệ:

285


Dương Xuân Quý, Trần Thị Huyền

1
W = kx2 +
2
1 2
= kx +
2
1 2
= kx +
2

L
1 m′ dl vl 2
1
mv 2 +
.

.( )
2
L
L
0 2
1
1
mv 2 + m′ v 2
2
6
1
m′ 2
(m +
)v
2
3

m + m′ /3
k
b. Thiết kế phương án thí nghiệm để xác định độ cứng k của lò xo và khối lượng m của vật
thơng qua việc xác định chu kì dao động của vật.
Tiến hành thí nghiệm theo các bước sau:
- Treo thẳng đứng lò xo vào giá và treo vật nặng chưa biết khối lượng; móc một sợi dây gắn
vào đầu vật nặng để có thể móc thêm các gia trọng.
- Với mỗi gia trong được treo vào, kích thích cho con lắc lị xo dao động khơng vận tốc đầu.
- Dùng đồng hồ bấm giây xác định thời gian con lắc lò xo thực hiện được từ 5 → 10 dao
động để xác định chu kì dao động T.
- Thay đổi khối lượng của các gia trọng, tiếp tục xác định thời gian con lắc lò xo thực hiện
được từ 5 → 10 dao động để xác định chu kì dao động T.
- Ghi kết qủa vào số liệu.

- Vẽ đồ thị T2 và ∆m từ đó ngoại suy ra k và m.
Xét tương
Do vậy, chu kì dao động của con lắc: T = 2π

T2 =

4π 2 m 4π 2 ∆m
+
k
k

là đồ thị hàm bậc nhất (T 2 ; ∆m).
c. Tiến hành thí nghiệm theo phương án đã thiết kế. Kết quả thí nghiệm do một số nhóm
học sinh thực hiện như sau:
- Trường hợp lị xo có khối lượng không đáng kể. Từ số liệu thực nghiệm vẽ được đồ thị sự
phụ thuộc của khối lượng gia trọng vào bình phương chu kì dao động như hình 1:
Theo lí thuyết ta xét tương quan:
T2 =

4π 2 m 4π 2 ∆m
+
k
k

Từ đồ thị thực nghiệm ở hình 1, so sánh với đồ thị hàm số y = ax + b ta có:
a = 3, 6846 → k =
b = 0, 4032 → m =

4π 2
= 10, 7 (m/s2 )

a

b
= 0, 109 kg → m = 109g
a

- Trường hợp lị xo có khối lượng đáng kể. Tương tự thu được có đồ thị hàm số (T2 ;m).
Cũng theo lí thuyết
286


Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm...

Hình 1. Đồ thị bình phương chu kì dao động theo khối lượng gia trọng của con lắc lị xo xử lí
bằng phần mềm Excel
Ta có:

T2 =

4π 2 (m +
k

m′
)
2
2 + 4π ∆m
k

Từ đồ thị thực nghiệm ở hình 2, so sánh với đồ thị hàm số y = ax + b ta có
a = 1, 9884, b = 0, 2296

b
0, 2296
m′
)= =
= 0, 115 (kg).
→ (m +
3
a
1, 9984
4π 2
4π 2
→k=
=
= 19, 85 (N/m).
a
1, 9884

Hình 2. Đồ thị sự phụ thuộc của bình phương chu kì dao động vào khối lượng gia trọng khi lị
xo có khối lượng đáng kể xử lí bằng phần mềm Excel
Cũng với một lị xo có khối lượng khác, một nhóm học sinh xử lí kết quả bằng giấy vẽ như
Hình 3 và xác định được khối lượng của lò xo là 17,4g độ cứng k= 21,5 N/m.

287


Dương Xuân Quý, Trần Thị Huyền

3.

Kết luận

Trong dạy học vật lí ở trường phổ thơng,
nhiều nội dung kiến thức có thể xây dựng thành
những bài tập thí nghiệm địi hỏi học sinh
không chỉ vận dụng kiến thức thực hiện các
hoạt động trí óc mà cịn hoạt động chân tay
theo nghĩa chuyển vị được các hoạt động trí
tuệ liên quan đến lí thuyết vào thực tiễn. Việc
xây dựng bài tập thí nghiệm cần tuân thủ theo
các yêu cầu về mặt sư phạm và về mặt thực tiễn
ở trường phổ thông cũng như theo điều kiện cụ
thể cho các vùng miền khác nhau. Học sinh
giải các bài tập thí nghiệm ở trường hoặc ở nhà
theo hình thức cá nhân hoặc hình thức nhóm
tạo điều kiện phát triển tốt các năng lực hoạt
động của học sinh, đặc biệt là năng lực thực
nghiệm và năng lực sáng tạo, đáp ứng yêu cầu
đổi mới giáo dục.

Hình 3. Đồ thị sự phụ thuộc của bình phương
chu kì dao động vào khối lượng gia trọng khi
lị xo có khối lượng đáng kể trên giấy vẽ đồ thị

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

Bộ Giáo dục và Đào tạo (2014): Tài liệu tập huấn Kiểm tra đánh giá theo định hướng phát
triển năng lực mơn vật lí ở trường trung học phổ thông.

[2]

Nguyễn Đức Thâm (Chủ biên), Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế, 2002. Phương pháp
dạy học Vật lí ở trường phổ thông. Nxb Đại học Sư phạm.

[3]

Bernd Meier-Nguyễn Văn Cường, 2016. Lí luận dạy học hiện đại-cơ sở đổi mới mục tiêu, nội
dung và phương pháp dạy học. Nxb Đại học Sư phạm.

[4]

Dương Xuân Quý, Nguyễn Anh Dũng, Vũ Thị Thu Hiền, 2016. Xây dựng và sử dụng bài tập
thí nghiệm trong dạy học phần động lực học chất điểm nhằm phát triển năng lực thực nghiệm
của học sinh lớp 10. Tạp chí Thiết bị Giáo dục, số 131.
ABSTRACT

Development and integration of experiment-based problems in school physics education
Duong Xuan Quy1 , Tran Thi Huyen2
of Physics, Hanoi National University of Education
2 Department of Physics and Physical Chemistry, Hanoi University of Pharmacy
In order to solve experiment-based physics problems, pupils need both minds-on and
hands-on skills. Such problems should involve physics concepts which can be generated or verified
through experiments. Development of these experiments can be done with available apparatus
and/or simple parts that teachers make themselves. Problem-solving activities can be assigned to
individual students or student groups and take place in schools or at home. Such activities can
contribute remarkably to the development of students’ ability.
Keywords: Experiment-based problems, theoretical derivation, experimental investigation.
1 Faculty

288