Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học chương ''các định luật bảo toàn'' vật lí 10 THPT luận văn thạc sĩ vật lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

MAI ĐẠI PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VỚI SỰ
HỖ TRỢ CỦA MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC
CHƯƠNG "CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN"
VẬT LÍ 10 THPT

Chun ngành: Lý luận và PPDH bộ mơn Vật lí
Mã số: 60. 14. 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thị Nhị


Ngh An - 2012

Lời Cảm Ơn
hon thnh lun vn này, ngồi sự cố gắng của bản thân, tơi đã
nhận được sự giúp đỡ của nhiều tập thể, cá nhân trong và ngồi trường.
Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc tới cô giáo
TS. Nguyễn Thị Nhị, trường Đại học Vinh, người đã định hướng đề tài,
ln tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tơi hồn thành luận văn
này.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới các Thầy, Cơ khoa Vật lý, phịng Sau
Đại học đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tơi trong q trình học tập,
nghiên cứu.
Trong q trình làm đề tài, tơi cịn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình

của Trường THPT Nghi Lộc 3, Nghi Xuân, Nghi Lộc, Nghệ An. Nơi
tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm của đề tài luận văn này.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân
trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp, những người ln bên tơi, động
viên tơi trong suốt q trình học tập, nghiên cu v hon thnh lun vn
ny.
Vinh, tháng 10 năm 2012
Mai Đại Phơng

2


MỤC LỤC
DANH MỤC VIẾT TẮT ..............................................................................

07

MỞ ĐẦU ......................................................................................................

08

1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................

08

2. Mục đích nghiên cứu ……………………………………………………

10

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ……………………………………..

10

4. Giả thuyết khoa học ……………………………………………………..

10

5. Nhiệm vụ nghiên cứu …………………………………………………..

10

6. Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………….

11

7. Đóng góp của luận văn …………………………………………………

12

8. Cấu trúc luận văn ………………………………………………………..

12

NỘI DUNG ………………………………………………………………..

14

Chương 1 Cơ sở lý luận của việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ thí nghiệm
trong dạy học vật lí ở trường THPT ………………………………………

14

1.1. Vai trị của thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS ….

14

1.1.1 Thí nghiệm …………………………………………………………..

14

1.1.2. Vai trị, chức năng của thí nghiệm …………………………………

15

1.1.3. Các loại thí nghiệm sử dụng trong dạy học vật lí ………………….

19

1.2. Sử dụng máy vi tính và phần mềm hỗ trợ thí nghiệm trong dạy học vật
lí ……………………………………………………………………………

22

1.3. Thiết bị kết nối thí nghiệm với máy vi tính …………………………..

23

1.3.1. Thiết bị Cobra trong thí nghiệm vật lý kết nối máy vi tính ……….

23

1.3.2. Phần mềm Measure …………………………………………………

24

1.3.3. Vai trị của thí nghiệm kết nối máy vi tính ………………………..

24

1.3.4. Những yêu cầu về mặt kỹ thuật và phương pháp dạy học đối với việc
sử dụng thí nghiệm ghép nối MVT trong dạy học vật lí ở trường phổ thông
……………………………………………………………………….

26

1.3.5. Thiết bị camera - máy quay phim …………………………………..

26

3


1.4. Phần mềm thiết kế thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử ………………

27

1.4.1. Thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử ………………………………..

27

1.4.2. Phần mềm Power Point …………………………………………….

29

1.4.3. Phần mềm Crocodile Physics ………………………………………

31

1.4.4. Phần mềm Macromedia Flash MX …………………………………

32

1.4.5. Phần mềm Adobe Presenter …………………………………………

33

1.4.6. Phần mềm Lecture Maker ………………………………………….

34

Kết luận chương 1 …………………………………………………………

36

Chương 2 Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương "Các định
luật bảo toàn" Vật lí 10 THPT chương trình nâng cao với sự hỗ trợ của máy
vi tính …………………………………………………………………

37

2.1. Phân tích nội dung chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT
chương trình nâng cao ……………………………………………………

37

2.1.1. Vị trí …………………………………………………………………

37

2.1.2. Đặc điểm …………………………………………………………….

37

2.1.3. Chuẩn kiến thức, kỹ năng chương "Các định luật bảo toàn" vật lí 10
THPT chương trình nâng cao …………………………………………….

37

2.1.4. Nội dung chương “Các định luật bảo tồn” vật lí 10 THPT chương
trình nâng cao …………………………………………………………….

38

2.1.5. Cấu trúc chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương
trình nâng cao ................................................................................................

42

2.2. Thí nghiệm đã được sử dụng trong dạy học chương "Các định luật bảo
tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao. Thí nghiệm kiểm chứng định

luật bảo tồn động lượng với bộ cần rung ……………………………….

43

2.3. Khai thác, lắp ráp thí nghiệm thuộc chương "Các định luật bảo tồn"
vật lý 10 chương trình nâng cao sử dụng bộ thí nghiệm đệm khơng khí ghép
nối với máy vi tính thơng qua thiết bị Cobra và phần mềm Measure

45

2.3.1. Các dụng cụ của bộ thí nghiệm …………………………………….

45

2.3.2. Cách lắp ráp và sử dụng bộ thí nghiệm vào dạy học chương các định

47

4


luật bảo tồn ………………………………………………………………
2.3.2.1. Thí nghiệm về định luật bảo tồn động lượng …………………..

47

2.3.2.2. Thí nghiệm va chạm đàn hồi ……………………………………..

52

2.3.2.3. Thí nghiệm va chạm mềm ……………………………………….

55

2.3.2.4. Những ưu điểm và lưu ý khi sử dụng bộ thí nghiệm đệm khơng khí
kết nối máy vi tính ……………………………………………………

58

2.3.3. Quay và biên tập video clips thí nghiệm thực ……………………….

59

2.4. Thiết kế và sưu tầm các thí nghiệm ảo, video clips thí nghiệm ………

61

2.4.1. Phần mềm Power point …………………………………………….

61

2.4.2. Phần mềm Crocodile Physics ……………………………………….

62

2.4.3. Phần mềm Macromedia Flash MX ………………………………….

63

2.4.4. Sưu tầm các video clips làm tư liệu hỗ trợ dạy học chương "Các định

luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao ……………..

65

2.5. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương "Các định luật bảo
tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao có sử dụng các thí nghiệm đã
xây dựng, sưu tầm được ………………………………………

67

2.5.1. Bài 31. Định luật bảo toàn động lượng ……………………………

67

2.5.2. Bài 37. Định luật bảo toàn cơ năng …………………………………

75

2.5.3. Bài 38. Va chạm đàn hồi và không đàn hồi …………………………

81

Kết luận chương 2 ………………………………………………………….

87

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm ………………………………………….

89

3.1. Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm. …………………………

89

3.2. Đối tượng ……………………………………………………………...

89

3.3. Nội dung thực nghiệm sư phạm ……………………………………….

90

3.4. Chọn mẫu thực nghiệm ………………………………………………..

90

3.5. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ………………………………….

90

3.6. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ……………………………..

91

3.6.1. Đánh giá định tính …………………………………………………...

91

5

3.6.2. Đánh giá định lượng ………………………………………………

92

3.6.3. Kiểm định giả thuyết thống kê ………………………………………

96

Kết luận chương 3…………………………………………………………

98

KẾT LUẬN ………………………………………………………………

99

TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………

100

PHỤ LỤC ………………………………………………………………….

PL1

6


DANH MỤC VIẾT TẮT
Phương pháp dạy học

PPDH

Giáo viên

GV

Học sinh

HS

Công nghệ thơng tin

CNTT

Sách giáo khoa

SGK

Trung học phổ thong

THPT

Máy vi tính

MVT

Thí nghiệm

TN

7


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong công cuộc đổi mới PPDH hiện nay, các chủ trương, chính sách của
Đảng và Nhà nước đã tập trung hơn vào việc đưa phương tiện hiện đại vào nhà
trường đặc biệt là MVT và các thiết bị ngoại vi nhằm đổi mới nội dung chương
trình và phương pháp dạy học.
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã mở ra triển vọng to lớn trong việc đổi
mới phương pháp dạy học. Các trường học dần dần trang bị MVT, thiết bị thí
nghiệm hiện đại ... Nghị quyết Hội nghị lần thứ hai ban chấp hành Trung ương
Đảng khoá VIII chỉ rõ: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục - đào tạo,
khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của
người học. Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện
đại vào quá trình dạy học ...” [09].
Văn kiện Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ XI trong phương hướng, nhiệm
vụ phát triển kinh tế - xã hội 5 năm 2011 – 2015 đã chỉ rõ: "Phát triển, nâng cao
chất lượng giáo dục và đào tạo, chất lượng nguồn nhân lực; phát triển khoa học,
công nghệ và kinh tế tri thức …".[11]
Chỉ thị số 3397/CT-BGDĐT và Công văn số 5358/BGDĐT-GDTrH ngày
12 tháng 8 năm 2011 của Bộ Giáo dục và Đào tạo chỉ rõ: "Chú trọng việc dạy
học thực hành trong giờ chính khố; bảo đảm cân đối giữa việc truyền thụ kiến
thức và rèn luyện kỹ năng cho HS; chú trọng liên hệ thực tế phù hợp với nội
dung bài học. Tích cực ứng dụng CNTT trong dạy học. Tăng cường tổ chức các
hoạt động như: Hội thi thí nghiệm - thực hành của HS, Ngày hội tự làm và sử
dụng thiết bị dạy học của GV, Ngày hội CNTT, … nhằm khuyến khích GV và
HS tăng cường sử dụng hợp lý, khai thác tối đa hiệu năng các thiết bị dạy học,
phương tiện nghe nhìn, phịng học bộ mơn …"[07], [08].

8


Chỉ thị 55/2008/CT-BGDĐT ngày 30 tháng 9 năm 2008 của Bộ Giáo dục
và Đào tạo về tăng cường giảng dạy, đào tạo và ứng dụng CNTT trong ngành
giáo dục giai đoạn 2008-2012. Nâng cao nhận thức về vai trò, vị trí của CNTTvà
triển khai có kết quả cao u cầu đẩy mạnh ứng dụng CNTT trong năm học
2008-2009 là “Năm học đẩy mạnh ứng dụng CNTT, đổi mới quản lý tài chính
và xây dựng trường học thân thiện, HS tích cực” [03]. Xây dựng hệ thống đơn vị
công tác chuyên trách về CNTT trong ngành; phát triển mạng giáo dục (EduNet)
và các dịch vụ công về thông tin giáo dục trên Internet; đẩy mạnh một cách hợp
lý việc triển khai ứng dụng CNTT trong đổi mới phương pháp dạy và học ở từng
cấp học; đẩy mạnh ứng dụng CNTT trong điều hành và quản lý giáo dục.
Tăng cường giảng dạy, đào tạo và nghiên cứu ứng dụng về CNTT.
Thực trạng giáo dục cho thấy, vấn đề đổi mới phương pháp dạy học chưa
được thực hiện tốt, chưa thật sự phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo cũng
như khả năng giải quyết vấn đề, năng lực tư duy và kỹ năng thực hành của
người học. Báo cáo của Ban chấp hành Trung ương Đảng khoá IX nêu rõ: “...
Chất lượng giáo dục còn nhiều yếu kém, khả năng chủ động, sáng tạo của HS,
sinh viên cịn yếu. Chương trình, phương pháp dạy học còn lạc hậu, nặng nề,
chưa thật phù hợp...” [10].
SGK THPT đã được biên soạn lại với hình thức và nội dung khá phong
phú. Tuy nhiên, trong khn khổ SGK đưa hình ảnh cịn ít, các thí nghiệm có sử
dụng MVT cịn ít đặc biệt là các phương tiện hiện đại trung gian giữa thiết bị thí
nghiệm truyền thống và MVT. Các định luật bảo toàn là chương khá quan trọng
trong suốt cả q trình học mơn vật lí của HS, nhưng kiến thức cịn khá trừu
tượng đối với HS. MVT cộng với thiết bị hỗ trợ Cobra3 và các thí nghiệm thực
hoặc ảo sẽ tạo khả năng xử lý, thiết kế, lưu trữ và hiển thị lại một khối lượng
thông tin dưới dạng bảng số liệu, đồ thị, hàm, … Ngồi ra, người sử dụng có

thể tương tác, nhanh, chậm, phóng to, thủ nhỏ, nhập - xuất số liệu, … nên có thể
được sử dụng khảo sát các quy luật Vật lí xẩy ra trong chương này. Xuất phát
từ cơ sở lý luận và thực tiễn nói trên, chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề tài:

9


"Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy
học chương "các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT"
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu xây dựng, sử dụng thí nghiệm vật lí có sự hỗ trợ của MVT và
thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Các định luật bảo tồn”
Vật lí lớp 10 THPT chương trình nâng cao với các thí nghiệm đó nhằm nâng
cao chất lượng dạy học chương này nói riêng, dạy học vật lí ở trường THPT nói
chung.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng
- Nội dung, phương pháp dạy học vật lí THPT.
- Thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường THPT.
- MVT, thiết bị Cobra3, camera, projector.
- Phần mềm Measure, Power Point, Crocodile Physics, Front Page,
photoshop, Studio, Macromedia Flash MX, Adobe Presenter, Lecture Maker,
…
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Dạy học chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương chình
nâng cao.
4. Giả thuyết khoa học
Nếu sử dụng các thí nghiệm vật lí có sự hỗ trợ của MVT vào dạy học một
cách hợp lý thì có thể nâng cao tính tích cực và tự lực trong hoạt động chiếm
lĩnh kiến thức của HS, góp phần nâng cao chất lượng học tập dạy học vật lí ở

trường THPT.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu

10


+ Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc sử dụng thí nghiệm có sự hỗ trợ của
MVT và phương tiện dạy học hiện đại trong quá trình dạy học vật lý ở trường
phổ thông.
+ Nghiên cứu nội dung chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT
chương chình nâng cao.
+ Nghiên cứu thực trạng sử dụng TN trong dạy học chương "Các định luật
bảo tồn" vật lí 10 chương trình nâng cao ở một số trường THPT tại một số
trường tại địa bàn Nghệ An.
+ Tìm hiểu và sử dụng MVT kết nối với thiết bị Cobra3.
+ Tìm hiểu và sử dụng phần mềm Power Point, Crocodile Physics,
Macromedia Flash MX, Power Point , Adobe Presenter, Lecture Maker trong
thiết kế thí nghiệm ảo và bài giảng điện tử.
+ Thiết kế các thí nghiệm thực và ảo có sự hỗ trợ của MVT và các phần mềm
trong chương “Các định luật bảo tồn” vật lí lớp 10 THPT chương trình nâng
cao.
+ Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương "Các định luật bảo
tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao với sự hỗ trợ của các TN đã xây
dựng được.
+ Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các thí
nghiệm và tiến trình dạy học đã được thiết kế.
6. Phương pháp nghiên cứu
6.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu những văn kiện của Đảng, các chỉ thị của Bộ Giáo dục và
Đào tạo, các sách, bài báo, tạp chí chuyên ngành về dạy học và đổi mới phương

pháp dạy học để nâng cao chất lượng dạy học ở trường THPT.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của việc sử dụng thí nghiệm có sự hỗ trợ của
MVT và phương tiện dạy học hiện đại trong quá trình dạy học.

11


- Nghiên cứu nội dung chương "Các định luật bảo tồn" vật lí 10 THPT
chương trình nâng cao.
6.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
- Điều tra thực trạng sử dụng TN trong dạy học chương “Các định luật bảo
toàn” vật lí lớp 10 chương trình nâng cao ở một số trường THPT tại địa bàn
Nghệ An.
- Nghiên cứu thiết kế thí nghiệm thực và ảo với sự trợ giúp của MVT và
phần mềm trong chương “Các định luật bảo toàn” vật lí 10, chương trình nâng
cao.
- Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương "Các định luật bảo
tồn" vật lí 10 chương trình nâng cao.
6.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm và thống kê toán học
Sử dụng phương pháp thống kê toán học và phần mềm Excel nhằm xử lý số
liệu thu được từ kết quả thực nghiệm sư phạm. Từ kết quả đó, sử dụng phương
pháp tổng kết kinh nghiệm để rút ra những kết luận về sự khác nhau trong kết
quả học tập của hai nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng.
7. Đóng góp của luận văn
7.1. Về lý luận
- Góp phần hệ thống hóa cơ sở lý luận của việc sử dụng MVT hỗ trợ thí
nghiệm trong dạy học vật lí ở trường THPT.
7.2. Về thực tiễn
- Lắp ráp vận hành được 3 thí nghiệm thực với sự hỗ trợ của MVT.
- Thiết kế và sưu tầm được 16 thí nghiệm ảo trong dạy học chương "Các định

luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao.
- Quay và sưu tầm được 15 video clips liên quan đến chương "Các định luật
bảo toàn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao; trong đó có 4 video clips thí
nghiệm tự quay.
12


- Thiết kế được 3 tiến trình dạy học với các thí nghiệm đã xây dựng, sưu tầm.
8. Cấu trúc luận văn
Gồm 3 phần:
Phần 1:

Mở đầu (Như mục 1 đến mục 7)

Phần 2: Nội dung
Chương 1. Cơ sở lý luận của việc sử dụng MVT hỗ trợ thí nghiệm trong
dạy học vật lí ở trường THPT.
Chương 2. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương "Các định
luật bảo tồn" vật lí 10 THPT chương trình nâng cao với sự hỗ trợ của MVT
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm
Kết luận
Phần 3: Phụ lục và tài liệu tham khảo

13


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG MÁY VI TÍNH
HỖ TRỢ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG THPT

1.1. Vai trị của thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho HS
1.1.1 Thí nghiệm
Mơn học vật lí là một trong những mơn học có tính chất thực nghiệm vì nội
dung của nó gắn bó chặt chẽ với các sự kiện thực tế và có ứng dụng rộng rãi
trong sản xuất, đời sống và kỹ thuật. Do đó thí nghiệm là phương tiện rất quan
trọng, có tác dụng to lớn đến việc nâng cao chất lượng lĩnh hội tri thức của HS.
1.1.1.1. Định nghĩa
Có nhiều định nghĩa về thí nghiệm, nhưng theo chúng tơi định nghĩa sau
đây là đầy đủ nhất:
Thí nghiệm vật lí là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người
vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thơng qua sự phân tích các điều
kiện mà trong đó diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể
thu được tri thức mới [16].
1.1.1.2. Đặc điểm [16].
- Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ
định sao cho thơng qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể
kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. Mỗi thí nghiệm có ba
yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện
gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để
thu nhận các kết quả của sự tác động.
- Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên
cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác được giữ
không đổi.
14


- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như
dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết,
nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm
giảm tối đa ảnh hưởng của các nhiễu ( nghĩa là loại bỏ tối đa một số điều kiện để

không làm xuất hiện các tính chất, các mối quan hệ khơng được quan tâm).
- Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các
biến đổi của đại lượng nào đó do sự biến đổi của các đại lượng khác. Điều này
đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan
sát, đo đạc.
- Có thể lặp lại được thí nghiệm. Điều này có nghĩa là: với các thiết bị thí
nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến
hành lại thí nghiệm, hiện tượng, q trình vật lí phải diễn ra trong thí nghiệm
giống như ở các lần thí nghiệm trước.
1.1.2. Vai trị, chức năng của thí nghiệm
1.1.2.1. Theo quan điểm của lý luận nhận thức [16]
- Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức.
Khi thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả
quan sát, đo đạc, lúc này thí nghiệm có tác dụng phân tích hiện thực khách quan
và thơng qua q trình thiết lập một cách có chủ quan, để thu được tri thức
khách quan.
Trong dạy học vật lí ở giai đoạn đầu của quá trình nhận thức một hiện
tượng một quá trình vật lí nào đó, khi HS cịn chưa biết hoặc biết q ít về các
q trình đó, hiện tượng đó thì thí nghiệm vật lí được sử dụng để cung cấp cho
HS những dữ liệu cảm tính (các biểu tượng, các số liệu đo đạc) về hiện tượng,
quá trình vật lí. Tạo điều kiện cho HS đưa ra những giả thuyết là cơ sở cho
những tính chất, những mối liên hệ phổ biến, có tính quy luật của các đại lượng
vật lí trong các q trình hiện tượng nghiên cứu.

15


- Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu
được.
Nếu kết quả của thí nghiệm phủ định tính đúng đắn của tri thức đã biết

thì địi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra ở những thí
nghiệm khác.
Ở trường phổ thơng có một số kiến thức rút ra bằng quy luật logic chặt
chẽ từ các kiến thức đã biết, trong những trường hợp này cần tiến hành thí
nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của chúng.
- Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức thu được vào thực
tiễn.
Trong việc vận dụng các tri thức lý thuyết vào thiết kế chế tạo các thiết
bị kỹ thuật, người ta gặp nhiều khó khăn do: Tính trừu tượng của tri thức, lý do
về mặt kinh tế… khi đó người ta thường sử dụng thí nghiệm tạo cơ sở cho việc
vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn.
Thí nghiệm khơng những cho HS thấy được sự vận dụng trong thực tiễn
mà còn kiểm chứng sự đúng đắn của tri thức.
Thí nghiệm cơ bản khơng chỉ dẫn đến hình thành những thuyết vật lí
mới mà cịn làm xuất hiện nhiều ngành kỹ thuật mới.
- Thí nghiệm là một bộ phận của phương pháp nhận thức vật lí.
Thí nghiệm bồi dưỡng cho HS các phương pháp nhận thức được dùng
phổ biến trong nghiên cứu (phương pháp thực nghiệm và phương pháp mơ
hình).
Phương pháp thực nghiệm bao gồm 4 giai đoạn:
+ Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời.
+ Đề xuất được giả thuyết
+ Xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả đã rút
ra. Nếu hệ quả thí nghiệm phù hợp với hệ quả đã rút ra thì giả thuyết là chân
thực, nếu khơng phù hợp thì phải xây dựng gỉa thuyết mới.
16


Như vậy thí nghiệm đóng vai trị quan trọng ở giai đoạn đầu và giai
đoạn cuối của phương pháp thực nghiệm. ở giai đoạn đầu các thông tin về đối

tượng cần được nghiên cứu được thu nhập nhờ thí nghiệm. ở giai đoạn cuối của
thí nghiệm lại được dùng để kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả đã được rút ra.
Phương pháp mơ hình có 4 giai đoạn:
+ Thu nhập thông tin về đối tượng gốc
+ Xây dựng mô hình
+ Thao tác trên mơ hình để rút ra các hệ quả lý thuyết
+ Kiểm tra hệ quả lý thuyết trên đối tượng gốc.
Ở giai đoạn đầu các thông tin về đối tượng thường thu nhập được nhờ
thí nghiệm. Thơng qua thí nghiệm, nhờ việc chủ động loại bỏ những yếu tố
không quan tâm, tác động lên đối tượng, bố trí các dụng cụ quan sát thu nhập và
xử lý số liệu, ta mới có thể tìm ra được thuộc tính, các mối quan hệ bản chất của
đối tượng gốc.
Ở giai đoạn 3 đối với mơ hình vật chất người ta phải tiến hành thí
nghiệm thực với nó.
Ở giai đoạn 4 thơng qua thí nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu
được từ mơ hình với những kết quả thu được trực tiếp trên vật gốc ta kiểm tra
được tính đúng đắn của mơ hình và rút ra giới hạn áp dụng của mơ hình.
1.1.2.2. Theo quan điểm của lý luận dạy học [16]
- Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của q
trình dạy học.
+ Sử dụng thí nghiệm để củng cố trình độ xuất phát, tạo động cơ hứng thú
học tập.
Bằng việc sử dụng các thí nghiệm đơn giản có tính nghịch lý ta có thể
đưa HS vào tình huống có vấn đề, tạo nên nhu cầu nhận thức hứng thú tìm tịi
kiến thức mới của HS.

17


+ Sử dụng thí nghiệm để hình thành kiến thức mới, kỹ năng mới cho HS.

Thí nghiệm đóng vai trị quan trọng, khơng gì có thể thay thế được trong
giai đoạn hình thành kiến thức mới. Nó cung cấp một cách hệ thống các dữ liệu
thực nghiệm để từ đó khái qt hóa quy nạp, kiểm tra tính đúng đắn của giả
thuyết hoặc hệ quả logic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức
mới.
Trong chương trình vật lí phổ thơng một kiến thức đã được rút ra từ các
phép suy luận logic chặt chẽ để làm tăng thêm sự tin tưởng của HS về kiến thức
thu được, GV cần phải tiến hành làm thí nghiệm kiểm chứng lại chúng.
- Sử dụng thí nghiệm để củng cố ôn luyện và giúp HS vận dụng kiến thức,
kỹ năng mà họ tiếp thu được.
Việc sử dụng các thí nghiệm ở giai đoạn củng cố không phải là sự lặp lại
nguyên xi các thí nghiệm đã làm nhắc lại kiến thức cũ mà phải có những yếu tố
mới đào sâu, mở rộng các kiến thức đã biết của HS, giúp HS thấy được các biểu
hiện trong tự nhiên, các ứng dụng trong đời sống và sản xuất của các kiến thức
này.
Trong các thí nghiệm được sử dụng trong giai đoạn củng cố, thí nghiệm
thực hành của HS có vai trị nổi bật trong công việc củng cố kiến thức và rèn
luyện kỹ năng của HS.
+ Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng của
HS.
Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của HS trong q trình thí
nghiệm, HS sẽ chứng tỏ khơng những kiến thức mà cả kiến thức về phương
pháp, không những kiến thức mà cịn cả kỹ năng của mình.
- Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách tồn diện của
HS.
+ Việc sử dụng thí nghiệm vật lí góp phần quan trọng vào việc phát triển
nhân cách toàn diện của HS.
18

+ Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiển thức và rèn luyện
kỹ năng, kỹ xảo về vật lí của HS.
+ Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lí, tổ chức q
trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của HS.
+ Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác
nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của HS.
- Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hóa và trực quan hóa trong dạy học
vật lí.
Nhờ thí nghiệm, ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, q trình xảy ra trong
những điều kiện có thể khống chế được, thay đổi, có thể quan sát đo được đơn
gỉan hơn, dễ dàng hơn để đi tới nhận thức được nguyên nhân của mỗi hiện tượng
và mối quan hệ có tính quy luật của chúng với nhau.
Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp HS nhanh chóng thu được những
thông tin chân thật về các hiện tượng, quá trình vật lí.
1.1.3. Các loại thí nghiệm sử dụng trong dạy học vật lí
1.1.3.1. Căn cứ vào mục đích lý luận dạy học của thí nghiệm vật lí
Trong q trình nhận thức của HS, căn cứ vào mục tiêu đổi mới chương
trình, nội dung và phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thơng, thí nghiệm
vật lí được sử dụng ở nhiều các hình thức khác nhau. Thơng thường người ta
chia thí nghiệm làm hai loại : Thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm thực tập.
- Thí nghiệm biểu diễn: Là thí nghiệm được GV tiến hành ở trên lớp trong
các giờ học nghiên cứu kiến thức mới hoặc giờ học củng cố kiến thức và nó bao
gồm:
+ Thí nghiệm biểu diễn mở đầu: Là thí nghiệm nhằm giới thiệu cho HS biết
qua về hiện tượng sắp nghiên cứu để tạo tình huống có vấn đề, tạo nhu cầu hứng
thú cho học tập của HS, lôi cuốn HS vào hoạt động nhận thức. Đây là thí nghiệm
đơn giản dễ thực hiện và thực hiện nhanh, các thiết bị dễ kiếm và dễ chế tạo.

19

+ Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng: Là loại thí nghiệm nhằm xây dựng
nên hoặc kiểm chứng lại kiến thức mới được sử dụng trong giai đoạn nghiên cứu
kiến thức mới. Nó bao gồm:
. Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát: Là thí nghiệm nhằm cung cấp các cứ
liệu thực nghiệm để từ đó khái quát hóa quy nạp, kiểm tra được tính đúng đắn
của giả thuyết hoặc logic rút ra từ giả thuyết.
. Thí nghiệm nghiên cứu minh họa: Là thí nghiệm nhằm kiểm chứng lại
kiến thức đã được xây dựng bằng con lý thuyết, dựa trên những phép suy luận
logic chặt chẽ.
+ Thí nghiệm củng cố: Là thí nghiệm nêu lên những biểu hiện của kiến
thức đã học trong tự nhiên, đề cập các ứng dụng các kiến thức đã học để dự đốn
hoặc giải thích hiện tượng hay cơ chế hoạt động của các thiết bị, dụng cụ kỹ
thuật.
- Thí nghiệm thực tập: Là thí nghiệm do HS tự tiến hành trên lớp (trong
phịng thí nghiệm) ngồi nhà trường hoặc ở nhà với các mức độ tự lập khác
nhau. Thí nghiệm thực tập bao gồm:
+ Thí nghiệm trực diện: Là thí nghiệm được tổ chức định dạng thí nghiệm
đồng loạt (giáo viên chia HS thành các nhóm thí nghiệm cùng một lúc làm các
thí nghiệm như nhau với các dụng cụ thí nghiệm giống nhau để giải quyết cùng
một nhiệm vụ) hoặc dưới hình thức cá nhân (các nhóm HS cùng lúc tiến hành
các thí nghiệm khác nhau nhằm giải quyết nhiệm vụ bộ phận, để đi tới giải quyết
được nhiệm vụ tổng quát).
+ Thí nghiệm thực hành: Là loại thí nghiệm do HS tiến hành trên lớp (trong
phịng thí nghiệm) mà sự tự lực làm việc cao hơn so với thí nghiệm trực diện.
HS dựa vào tài liệu hướng dẫn đã in sẵn mà tiến hành thí nghiệm, rồi viết báo
cáo thí nghiệm theo mẫu.
Thí nghiệm thực hành có thể được tổ chức dưới một trong hai hình thức
là thí nghiệm thực hành đồng loạt (tất cả các nhóm HS tiến hành những thí

20


nghiệm như nhau với dụng cụ giống nhau theo một mục đích) hoặc thí nghiệm
thực hành cá thể.
+ Thí nghiệm quan sát ở nhà:
Là loại bài làm mà GV giao cho từng HS hoặc từng nhóm HS thực hiện
ở nhà. HS tự lực tiến hành thí nghiệm và quan sát vật lí trong điều kiện khơng có
sự giúp đỡ trực tiếp của GV. Vì vậy, loại thí nghiệm này địi hỏi cao độ tính tự
giác, tự lực của HS trong học tập. Loại thí nghiệm này sử dụng các thí nghiệm
thông dụng trong đời sống, vật liệu dễ kiếm, dễ tìm. Chính đặc điểm trên mà thí
nghiệm quan sát vật lí ở nhà tạo nhiều cơ hội để phát triển năng lực tư duy sáng
tạo của HS trong việc thiết kế, chế tạo sử dụng các dụng cụ nhằm hoàn thành
nhiệm vụ được giao.
Ta thấy do tác dụng nhiều mặt của thí nghiệm thực tập nên việc tăng
cường các thí nghiệm thực tập là một trong những nội dung của việc đổi mới các
chương trình, nội dung, phương pháp dạy học vật lí phổ thơng.
Các loại thí nghiệm có thể tóm tắt theo sơ đồ sau:
TN giáo khoa
TN biểu diễn

TN thực tập

TN mở đầu

TN trực diện

TN nghiên cứu

TN thực hành

TN nghiên cứu
khảo sát

TN khảo sát

TN thực hành
đồng loạt
TN tổng hợp
luân phiên

TN nghiên cứu
minh họa
TN củng cố

TN quan sát ở
nhà
Sơ đồ 1.1. Phân loại thí nghiệm trong dạy học vật lí
21


1.1.3.2. Căn cứ vào phương tiện thực hiện thí nghiệm
Theo chúng tơi có thể phân loại theo phương tiện thực hành thí nghiệm như
sau:
- Thí nghiệm thực (truyền thống):
+ Thí nghiệm sử dụng phương tiện truyền thống đã mơ hình hóa.
+ Thí nghiệm sử dụng phương tiện là các dụng cụ đời sống, kỹ thuật hàng
ngày của con người.
- Thí nghiệm ảo (hiện đại): Đó là thí nghiệm sử dụng các phần mềm để lập
trình, thiết kế ảo trên MVT (phương tiện hiện đại) nhằm mơ phỏng các thí

nghiệm thực. Có thể là dạng mơ phỏng mơ hình hóa hoặc gần giống với phương
tiện thật.
- Thí nghiệm kết hợp phương tiện truyền thống và phương tiện hiện đại
(kết hợp thí nghiệm thực và ảo): Sử dụng cả thí nghiệm truyền thống, thông qua
các cảm biến kết nối với MVT, sử dụng các phần mềm mơ hình hóa hảy ảo lại
q trình vật lí để đo đạc, xử lý số liệu.
Trong khn khổ luận văn này, chúng tơi xin trình bày về hai loại thí
nghiệm (theo kiểu phân chia này) đó là thí nghiệm ảo và thí nghiệm kết hợp thực
và ảo.
1.2. Sử dụng MVT và phần mềm hỗ trợ thí nghiệm trong dạy học vật lí
- Vì MVT có khả năng tính tốn, xử lý thơng tin vơ cùng lớn trong thời
gian rất ngắn với độ chính xác cao dưới dạng các dự liệu dạng biểu bảng, biểu
đồ, đồ thị, hàm chuẩn, ... trong việc nghiên cứu.
- Có thể ghép nối với các thiết bị khác để tạo thành một hệ thiết bị mới có
tính ưu việt hơn khi tách chúng ra nhờ các cảm biến và phần mềm hỗ trợ.
- Nhiều phần mềm được cài trong MVT có thể điều khiển hồn tồn tự
động các q trình theo chương trình đặt sẵn.
- Trình bày thơng tin đa phương tiện theo trình tự tùy ý nhanh chóng, chính
xác, tiện lợi.
22


- Mơ phỏng minh họa q trình vật lí trừu tượng.
- Phóng to - thu nhỏ, làm nhanh - chậm - dừng lại hiện tượng và q trình
vật lí.
- Sử dụng phần mềm mô phỏng, minh họa hiện tượng, quá trình vật lí
(Macromedia Flash MX, Power point, front page, …)
- Sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo (Virtual Physics, Crocodile Physics,
Java, …) .
- Sử dụng phần mềm hỗ trợ thí nghiệm (Measure, Cassy Lab, …)

1.3. Thiết bị kết nối thí nghiệm với MVT
Hiện nay có rất nhiều thiết bị kết nối MVT như GQY, Comex, Cobra,
Pasco, Addestation, … Số liệu dưới dạng tín hiệu điện (sau đó được máy tính số

hóa chuyển sang các dạng thơng tin hiện trên màn hình MVT do các phần mềm
hỗ trợ như đã nói ở mục 1.2.2.4). Tín hiệu điện này được các cảm biến (nhiệt,
quang) lấy từ các thí nghiệm, q trình hay hiện tượng vật lí nào đó. Trong
khn khổ luận văn này, chúng tơi chỉ giới thiệu bộ thí kết nối MVT thông qua
thiết bị Cobra và phần mềm Measure.
1.3.1. Thiết bị Cobra trong thí nghiệm vật lí kết nối MVT
Đây là thiết bị điện tử do hãng
Phywe của Đức sản xuất dùng để đo lường
trong giáo dục và nghiên cứu khoa học, là vật
trung gian giữa MVT và các cảm biến (dùng để
đọc các số liệu thí nghiệm). Được kết nối với
MVT thơng qua cổng USB hoặc cổng COM để
Hình 1.2. Thiết bị Cobra 3
đo lường kết quả thí nghiệm do các cảm biến cung cấp. Chúng có thể mở rộng
đo nhiều đại lượng vật lí khác thơng qua ghép nối thêm các mơ-đun. Với Thiết
bị này chúng ta có thể đo một lúc nhiều đại lượng vật lí thơng qua số cảm biến
kết nối với nó. Hiện tại phiên bản mới nhất là Cobra 3. Được trang bị hầu hết ở
các trường có đào tạo cử nhân vật lí. Để sử dụng được thiết bị này thường nhà
sản xuất có hướng dẫn đi kèm.
23


1.3.2. Phần mềm Measure
Là phần mềm kèm theo thiết bị ngoại vi khi kết nối với MVT (Cobra) cũng
do hãng Phywe của Đức lập trình ra đi kèm với thiết bị Cobra. Phiên bản mới
nhất là Measure 4.6. Cũng giống như các phần mềm kèm theo các thiết bị thí

nghiệm ghép nối máy tính khác, phần mềm này sẽ xử lý và đọc số liệu đo được
dưới dạng bảng số liệu với dạng đồ thị với nhiều đại lượng vật lí cùng một lúc.
Với phiên bản mới này ngồi dạng text và hình ảnh, cịn có tính năng đọc số liệu
bảng và đồ thị bằng âm thanh. Sử dụng phần mềm này cũng tương đối đơn giản
cũng giống như một số phần mềm tương tự khác. Một số nét khác biệt, đặc biệt
là cài đặt các thông số ban đầu, người dùng có thể đọc ở tài liệu hướng dẫn đính
kèm với phần mềm.
1.3.3. Vai trị của thí nghiệm kết nối MVT
1.3.3.1. Những ưu điểm của thí nghiệm ghép nối máy tính
- Thí nghiệm có ghép nối máy tính làm tăng tính trực quan cho người học.
Trong một số trường hợp, khi q trình thí nghiệm xảy ra nhanh và liên tục
làm hạn chế sự quan sát và đo đạc. Khi đó, việc lấy kết quả thí nghiệm sẽ rất khó
khăn cũng như hạn chế sự chính xác. Thí nghiệm có ghép nối máy tính sẽ khắc
phục khó khăn này. Khi ta sử dụng MVT và các phần mềm hỗ trợ khác chúng ta
có thể tự động hóa q trình đo đạc trong thí nghiệm và kết quả thí nghiệm sẽ
hiện lên trên màn hình máy tính. Như vậy, thí nghiệm có ghép nối máy tính giúp
chúng ta có thể quan sát thí nghiệm cũng như kết quả thí nghiệm trên màn hình
làm tăng tính trực quan.
- Thí nghiệm ghép nối máy tính tăng sự chính xác của các thí nghiệm.
Khi máy tính cài đặt các phần mềm hỗ trợ thí nghiệm nó sẽ tự động hóa ghi
lại số liệu, kết quả thí nghiệm. Như vậy, các số liệu thí nghiệm sẽ được ghi lại
chính xác mà khơng có sai số chủ quan của người làm thí nghiệm.
- Thí nghiệm có ghép nối máy tính kích thích sự hứng thú của người học.

24


Do đặc tính trực quan và sự tự động hóa trong thí nghiệm có ghép nối máy
tính mà làm cho HS có tính tị mị khám phá của người học, làm kích thích sự
hứng thú của người học, người làm thí nghiệm.

- Bộ thí nghiệm ghép nối MVT có thể khai thác cho nhiều thí nghiệm khác
nhau.
Bộ thí nghiệm ghép nối máy tính có thể cài đặt các phần mềm khác nhau để
sử dụng nhiều thí nghiệm khác nhau, như vậy ta tránh được sự lãng phí trong
việc khai thác các thí nghiệm.
- Bộ thí nghiệm ghép nối MVT có thể đo đồng thời được nhiều đại lượng
vật lí diễn ra cùng lúc.
1.3.3.2. Những hạn chế của thí nghiệm có ghép nối MVT
Thí nghiệm ghép nối MVT có nhiều ưu điểm tuy nhiên bên cạnh đó có
những hạn chế sau:
- Bộ thí nghiệm có ghép nối MVT có nhiều thiết bị cồng kềnh và sử dụng
phức tạp hơn các bộ thí nghiệm khác: ngồi các dụng cụ thí nghiệm thơng
thường ta cần tới máy tính, phần mềm, các dữ liệu,… như vậy, khi cần di
chuyển bộ thí nghiệm cũng như dùng nó để dạy học trong phịng học là rất khó
khăn.
- Kinh phí cho bộ thí nghiệm lớn: các bộ thí nghiệm ghép nối máy tính có
kinh phí khá lớn nên việc trang bị các bộ thí nghiệm có ghép nối cho các trường
THPT là rất khó khăn.
- Để sử dụng bộ thí nghiệm có ghép nối máy tính thì người sử dụng cần
phải có những hiểu biết nhất định về MVT, đòi hỏi hiểu biết về sử dụng các
phần mềm. Hiện nay, HS các trường THPT chưa được trang bị nhiều về kiến
thức này.
1.3.3.3. Cách khắc phục những hạn chế trong thí nghiệm có ghép nối
MVT
- Xây dựng các phịng học bộ mơn ở trường THPT.
- Thiết kế các bộ thí nghiệm ghép nối máy tính có thể sử dụng, khai thác
nhiều thí nghiệm khác nhau.
25