Nâng cao chất lượng dạy học vật lí chương điện trường lớp 11 nâng cao trung học phổ thông nhờ việc sử dụng thí nghiệm với sự trợ giúp của máy tính

1
Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng Đại học vinh
- - - - -- - - - -

Nguyễn đình khang

Nâng cao chất lợng dạy học vật lí
chơng điện tích - điện trêng” líp 11 n©ng cao THPT
nhê viƯc sư dơng thÝ nghiệm với sự trợ giúp của máy vi tính

luận văn thạc sĩ giáo dục học

vinh - 2008
Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng Đại học vinh
- - - - -- - - - Nguyễn đình khang

Nâng cao chất lợng dạy học vật lí
chơng điện tích - điện trờng lớp 11 nâng cao THPT
nhê viƯc sư dơng thÝ nghiƯm víi sù trỵ gióp cđa m¸y vi tÝnh


2
Chuyên ngành : Lí luận và phơng pháp dạy học vật lí
MÃ số : 60.14.10
luận văn thạc sĩ giáo dục häc

C¸n bé híng dÉn khoa häc : PGS. TS Mai Văn Trinh

vinh - 2008

Lời cảm ơn
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa đào tạo Sau
đại học, khoa Vật lí, bộ môn phơng pháp giảng dạy vật lí Trờng Đại học
Vinh; Ban giám hiệu và các thầy, cô giáo bộ môn vật lí Trờng THPT
Dân tộc nội tró T©n Kú, Trêng THPT T©n Kú I, Trêng THPT Tân
Kỳ III đà tạo mọi điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian học tập,
triển khai nghiên cứu đề tài và hoàn thành luận văn.
Tác giả xin đợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với cán bộ hớng dẫn
khoa học PGS.TS. Mai Văn Trinh đà tận tình giúp đỡ tác giả trong suốt
thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè, tập thể anh chị em
học viên Cao học 14 PPGD Vật lí đà giúp đỡ, đóng góp ý kiến giúp
tôi hoàn thành luận văn này.
Vinh, tháng 12 năm 2008
Học viên: Nguyễn Đình Khang


3

CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

DHVL

: Dạy học vật lí

GV

: Giáo viên

HS

: Học sinh

MVT

: Máy vi tính

PTDH

: Phương tiện dạy học

QTDH

: Q trình dạy học

QTVL

: Q trình vật lí

SGK

: Sách giáo khoa

TN

: Thí nghiệm

THCS

: Trung học cơ sở

THPT

: Trung học phổ thơng

TNVL

: Thí nghiệm vật lí


4

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……………………………………………….……………………….…
1.
Lý do chọn đề tài………………………………………...………….
2.
Mục đích nghiên cứu……………………...……………….………..
3.
Đối tương và phạm vi nghiên cứu………………………….……….
3.1. Đối tượng nghiên cứu………………….……………………………
3.2. Phạm vi nghiên cứu……………………….………………………...
4.
Giả thuyết khoa học…………………………………………………
5.
Nhiệm vụ nghiên cứu……………………...……………..…..……..
6.
Phương pháp nghiên cứu……………………………………………
7.

Đóng góp của đề tài…………………...…………………………….
8.
Cấu trúc luận văn……………………………………………………
Chương 1. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG MÁY VI TÍNH HỖ

Trang
1
1
2
2
2
2
2
2
2
3
3

TRỢ THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG……..…………………
1.1. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí……
1.1.1. Cơ sở khoa học của việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong

5
5

dạy học vật lí……………………………………………………………………….
1.1.2. Các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề………..…………..
1.2. Thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thơng…….…………
1.2.1. Thí nghiệm…………………………………………….……………
1.2.2. Các đặc điểm của TNVL…………………………..………………..

1.2.3. Chức năng của TN trong dạy học vật lí..............................................
1.2.4. Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với

6
9
10
10
11
11

việc sử dụng TN trong dạy học vật lí.......................................................................
1.2.5. Vai trị của TNVL trong việc tổ chức hoạt động nhận thức cho học

12

sinh............................................................................................................................
1.3. Thí nghiệm vật lí với sự trợ giúp của máy vi tính…….……………….
1.3.1. Sử dụng MVT hỗ trợ TNVL thực……………………………………
1.3.2. TN ảo và TN mơ phỏng trong dạy học vật lí………………………...
1.3.3. Sử dụng MVT hỗ trợ trực quan hóa thí nghiệm……..………………
1.3.4. Phương pháp sử TN với sự trợ giúp của MVT………..…………….

12
14
14
15
20
21

5
1.4. Kết luận chương 1……………………………………..………………
Chương 2. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VỚI SỰ TRỢ GIÚP

23

CỦA MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN
TRƯỜNG” VẬT LÍ 11 NÂNG CAO THPT............................................................
2.1. Nội dung kiến thức và các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học

25

chương “Điện tích – Điện trường” vật lí 11 nâng cao THP.....................................
2.1.1. Nội dung kiến thức chương “Điện tích – Điện trường” vật lí 11

25

nâng cao THPT........................................................................................................
2.1.2. Các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học chương

25

“Điện tích – Điện trường” vật lí 11 nâng cao THPT.....................................
2.2. Thực trạng việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học chương

27

“Điện tích – Điện trường” ở các trường PT thuộc huyện Tân Kỳ.................
2.2.1. Thuận lợi..............................................................................................
2.2.2. Khó khăn.............................................................................................

2.2.3. Ưu điểm của thí nghiệm trong chương

28
28
29

“Điện tích – Điện trường” có sự trợ giúp của máy vi tính............................
2.3. Xây dựng thí nghiệm chương “Điện tích – Điện trường”

30

vật lí 11 nâng cao THPT với sự trợ giúp của máy vi tính........................................
2.3.1. Nguyên tắc xây dựng..........................................................................
2.3.2. Các Thí nghiệm mô phỏng xây dựng được.........................................
2.4. Thiết kế phương án dạy học một số bài cụ thể chương điện tích – điện

31
31
31

trường, Vật lí 11 nâng cao THPT có sử dụng TN với sự trợ giúp của MVT.........
2.4.1. Quy trình thiết kế tiến trình dạy học....................................................
2.4.2. Tiến trình dạy học một số kiến thức cụ thể chương điện tích – điện

39
39

trường Vật lí 11 nâng cao THPT có sử dụng TN với sự trợ giúp của MVT............
2.5. Kết luận chương 2..................................................................................
Chương 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM.................................................................

3.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm..............................................................
3.2. Mục đích thực nghiệm sư phạm.............................................................
3.3. Nội dung thực nghiệm sư phạm..............................................................
3.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm.......................................................
3.5. Kết quả thực nghiệm sư phạm.................................................................
3.5.1. Đánh giá về tiến trình dạy học thông qua việc sử dụng TN với sự hỗ

40
63
64
64
64
64
65
65

trợ của MVT.................................................................... ........................................
3.5.2. Đánh giá kết quả học tập của HS .........................................................
3.5.3. Kiểm định thống kê...............................................................................
3.6. Kết luận chương 3...................................................................................
KẾT LUẬN .............................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………....

65
66
68
69
71
74

6

MỞ ĐẦU
9. Lý do chọn đề tài
Theo nghị quyết Trung Ương II khóa VIII của Đảng, 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 QTDH. Trước những yêu cầu đó,
những năm gần đây giáo dục và đào tạo đã khơng ngừng đổi mới, cải cách chương
trình SGK, sách tham khảo về cả nội dung và phương pháp giảng dạy nhằm bồi dưỡng
tư duy sáng tạo và nâng cao năng lực tích cực, tự chủ tìm tịi xây dựng và chiếm lĩnh tri
thức cho HS. Trong đó việc tăng cường sử dụng TN trong dạy học là một trong những
định hướng đổi mới phương pháp DHVL. Tuy nhiên thực trạng DHVL ở các trường


7
phổ thông hiện nay vẫn chưa được như mong muốn, vẫn cịn tồn tại tình trạng GV
thuyết trình, thơng báo, không làm TN, HS tiếp thu một cách thụ động, bắt chước.
Nguyên nhân của tình trạng này là một mặt do thiếu thiết bị TN hoặc các thiết bị TN có
sẵn khơng đáp ứng được u cầu về mặt sư phạm và về mặt khoa học – kĩ thuật của
một thiết bị TNVL. Mặt khác GV còn ngại dùng thiết bị TN trong DHVL vì các thiết
bị TN có sẵn khó đảm bảo thành cơng khi tiến hành biểu diễn TN, mất nhiều thời gian,
khó quan sát hoặc khơng quan sát được.
Thực tế việc dạy học các kiến thức về điện tích – điện trường ở trường phổ thơng
hiện nay vẫn khơng thốt khỏi tình trạng trên. GV vẫn chưa sử dụng nhiều TN trong
dạy học. Vì vậy khơng gây được hứng thú học tập cho HS, không phát huy được tính
tích cực chủ động chiếm lĩnh tri thức của HS. Ngun nhân chính là do các TN phần
này khó thực hiện, khơng quan sát được q trình phân bố lại điện tích trong vật dẫn
khi nhiễm điện và sự phân bố điện tích của vật mang điện, bộ TN về điện phổ khơng
có.

Đối với những TN khó quan sát hay khơng quan sát được thì việc sử dụng MVT để
hỗ trợ TN là một biện pháp tích cực để mơ tả, minh họa các hiện tượng vật lí một cách
trực quan.
Từ những lí do trên, với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng DHVL ở
trường phổ thông, tôi đã chọn đề tài:
“Nâng cao chất lượng dạy học vật lí chương điện tích – điện trường lớp 11 nâng
cao THPT nhờ việc sử dụng thí nghiệm với sự trợ giúp của máy vi tính”.
10. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng và sử dụng các TN mô phỏng, TN ảo, các video clip hỗ trợ các TN giáo
khoa và đề xuất phương án sử dụng chúng vào DH chương “Điện tích – Điện trường”
lớp 11 nâng cao THPT theo định hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS
nhằm nâng cao chất lượng dạy và học.
11. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
11.1. Đối tượng nghiên cứu
-

Sử dụng MVT hỗ trợ TN trong DHVL.

-

Q trình dạy học chương “Điện tích – Điện trường” ở trường phổ thông.


8
-

Các TN giáo khoa chương “Điện tích – Điện trường” vật lí 11 nâng cao THPT.

11.2. Phạm vi nghiên cứu
Nội dung kiến thức chương “Điện tích – Điện trường” vật lí 11 nâng cao THPT với

việc sử dụng TN có sự trợ giúp của MVT.
12. Giả thuyết khoa học
Bằng việc xây dựng các TN với sự trợ giúp của MVT và đề xuất phương án sử
dụng chúng một cách hợp lý sẽ góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương “Điện
tích – Điện trường” vật lí 11 nâng cao THPT.
13. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu nội dung chương trình và tìm hiểu thực trạng dạy học chương “Điện
tích – Điện trường” SGK vật lí 11 nâng cao THPT.
- Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc sử dụng MVT làm PTDH nói chung và trợ giúp
TNVL nói riêng.
- Khai thác và sử dụng một số phần mềm mô phỏng TNVL và đề xuất phương án
sử dụng chúng vào quá trình dạy học.
- Xây dựng tiến trình dạy học một số kiến thức thuộc chương “Điện tích – Điện
trường” vật lí 11 nâng cao THPT trong đó có sử dụng TN với sự trợ giúp của MVT.
- Tiến hành thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học mới.
14. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý luận: Đọc các sách, tài liệu về những vấn đề liên quan đến việc giải
quyết các nhiệm vụ của đề tài.
-

Nghiên cứu thực tiễn:

+ Điều tra thăm dò thực trạng DHVL chương “Điện tích – Điện trường” vật lí 11
nâng cao ở trường phổ thơng.
+ Thực hiện TN trong phòng và tiến hành xây dựng video clip TN, khai thác sử
dụng các TN mô phỏng, TN ảo sẵn có và tiến hành xây dựng một số TN mơ phỏng
mới.
+ Thực nghiệm sư phạm đánh giá kết quả nghiên cứu.
+ Xử lý kết quả bằng thống kê tốn.
15. Đóng góp của đề tài

9
* Về mặt lý luận:
- Bổ sung cơ sở lý luận của việc sử dụng TN với sự trợ giúp của MVT trong
DHVL. Đó là tùy thuộc vào mục tiêu, nội dung, phương pháp và hình thức tổ chức dạy
học mà MVT có thể được sử dụng để hỗ trợ TNVL theo 4 hình thức: Sử dụng MVT hỗ
trợ các TNVL trong việc tiến hành TN và tổ chức hoạt động nhận thức; Sử dụng TN
mô phỏng trong DHVL; Sử dụng TN ảo trong DHVL; Sử dụng MVT trực quan hóa
các TNVL.
- Xây dựng các khái niệm TN ảo, TN mô phỏng và cách sử dụng chúng trong
DHVL.
* Về mặt thực tiễn:
- Xây dựng một số TN mô phỏng để hỗ trợ cho việc giảng dạy chương điện tích –
điện trường chương trình vật lí lớp 11 nâng cao THPT.
- Xây dựng phương án sử dụng các TN mô phỏng và Video clip TN trong DHVL.
- Thiết kế tiến trình dạy học cụ thể một số bài học chương điện tích – điện trường
có sử dụng các TNVL xây dựng được với sự trợ giúp của MVT trong việc tổ chức hoạt
động nhận thức của HS ttheo tiến trình đó.
16. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn gồm 3
chương:
Chương 1. Cơ sở khoa học của việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ thí nghiệm vật lí ở
trường phổ thơng.
Chương 2. Xây dựng và sử dụng thí nghiệm với sự trợ giúp của máy vi tính trong
dạy học chương “Điện tích – Điện trường” vật lí 11 nâng cao THPT.
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm.


10

Chương 1
CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG MÁY VI TÍNH
HỖ TRỢ THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG
1.3.

Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí

Trong QTDH, mục tiêu, nội dung, phương pháp và PTDH có mối quan hệ biện
chứng với nhau. Các chuyên gia sư phạm xác định mục tiêu dạy học và đề ra nội dung
dạy học tương ứng. Trên cơ sở mục tiêu và nội dung đã đề ra, GV phải lựa chọn, vận
dụng các phương pháp và sử dụng phương tiện thích hợp sao cho có thể phát huy tính
tích cực và phát triển được năng lực sáng tạo của HS [27].


11
Mục tiêu giáo dục không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ những kiến thức, rèn
luyện kĩ năng có sẵn cho HS mà quan trọng là phải bồi dưỡng cho họ năng lực sáng
tạo, năng lực giải quyết vấn đề, để từ đó có thể sáng tạo ra những tri thức mới, phương
pháp mới, cách giải quyết vấn đề mới, góp phần làm giàu thêm nền kiến thức của bản
thân HS. Vì vậy, dạy học nói chung và dạy học vật lí nói riêng cần phải tiến hành đổi
mới nội dung và phương pháp, nhất là đổi mới phương pháp dạy và học sao cho vai trò
tự chủ của HS trong hoạt động xây dựng kiến thức ngày một nâng cao, để từ đó nâng
cao năng lực sáng tạo của HS.
Để quá trình đổi mới phương pháp dạy và học đạt hiệu quả, các nhà giáo dục
phải trên cơ sở nghiên cứu tâm lý học để từ đó xây dựng tiến trình dạy học phù hợp.
Hoạt động học tập của HS thực chất là hoạt động nhận thức, Thông qua hoạt động của
bản thân mà HS tự chiếm lĩnh kiến thức, hình thành và phát triển năng lực trí tuệ cũng
như quan điểm, đạo đức, thái độ [24]. Vì vậy, trong QTDH, GV cần tổ chức, kiểm tra,
định hướng hoạt động học tập của HS theo một chiến lược hợp lý sao cho HS tự chủ

chiếm lĩnh, xây dựng tri thức. HS là chủ thể của hoạt động nhận thức.
Những thành tựu của tâm lý học nhận thức và tâm lý học sư phạm đã khẳng
định vai trò và tác dụng của các phương tiện trực quan trong việc kích thích hứng thú
nhận thức, tạo cơ sở cho nhu cầu nhận thức xuất hiện, động lực của quá trình nhận thức
được duy trì và phát triển. Do đó làm cho người học đạt được kết quả cao trong việc
chiếm lĩnh tri thức lẫn hình thành năng lực tư duy sáng tạo và kĩ năng thực hành.
Theo quan điểm hiện đại thì dạy học là dạy giải quyết vấn đề, quá trình dạy học bao gồm "một hệ thống các hành động có mục đích của GV tổ chức hoạt động trí
óc và tay chân của HS, đảm bảo cho HS chiếm lĩnh được nội dung dạy học, đạt được
mục tiêu xác định". Trong QTDH, giáo viên tổ chức định hướng hành động chiếm lĩnh
tri thức vật lí của HS phỏng theo tiến trình của chu trình sáng tạo khoa học. Như vậy,
chúng ta có thể hình dung diễn biến của hoạt động dạy học như sau:
- GV tổ chức tình huống (giao nhiệm vụ cho HS): HS hăng hái đảm nhận nhiệm
vụ, gặp khó khăn, nảy sinh vấn đề cần tìm tịi giải quyết. Dưới sự chỉ đạo của GV, vấn
đề được diễn đạt chính xác hóa, phù hợp với mục tiêu dạy học và các nội dung cụ thể
đã xác định.


12
- HS tự chủ tìm tịi giải quyết vấn đề đặt ra. Với sự theo dõi, định hướng, giúp đỡ
của GV, hoạt động học của HS diễn ra theo một tiến trình hợp lí, phù hợp với những
địi hỏi phương pháp luận.
- GV chỉ đạo sự trao đổi, tranh luận của HS, bổ sung, tổng kết, khái quát hóa, thể
chế hóa tri thức, kiểm tra kết quả học phù hợp với mục tiêu dạy học các nội dung cụ
thể đã xác định [25].
1.1.1. Cơ sở khoa học của việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong
dạy học vật lí
Theo V.G. Razumơpxki và một số nhà khoa học khác thì quá trình sáng tạo
khoa học được trình bày dưới dạng chu trình gồm 4 giai đoạn như hình 1.1.
Mơ hình - giả thuyết
trừu tượng

Các hệ quả logic

Các sự kiện xuất phát

Thực nghiệm

Hình 1.1. Chu trình sáng tạo khoa học
Tương ứng với chu trình sáng tạo khoa học, đối với việc xây dựng một kiến
thức vật lí cụ thể thì tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề được mơ tả như sau:
"đề xuất vấn đề - suy đoán giải pháp - khảo sát lí thuyết và / hoặc thực nghiệm kiểm tra, vận dụng kết quả" [25].
- Đề xuất vấn đề: Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu về
một cái còn chưa biết, về một cách giải quyết khơng có sẵn, nhưng hy vọng có thể tìm
tịi, xây dựng được. Diễn đạt nhu cầu đó thành câu hỏi.
- Suy đốn giải pháp: Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất phát cho
phép đi tìm lời giải: Chọn hoặc đề xuất mơ hình có thể vận hành được để đi tới cái cần
tìm; hoặc phỏng đốn các biến cố thực nghiệm có thể xảy ra mà nhờ đó có thể khảo sát
thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm.


13
- Khảo sát lí thuyết và / hoặc thực nghiệm: Vận hành mơ hình rút ra kết luận
lơgic về cái cần tìm và / hoặc thiết kế phương án thực nghiệm, tiến hành thực nghiệm,
thu lượm các dữ liệu cần thiết và xem xét, rút ra kết luận về cái cần tìm.
- Kiểm tra, vận dụng kết quả: Xem xét khả năng chấp nhận được của các kết quả
tìm được, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích / tiên đoán các sự kiện và xem xét sự
phù hợp của lí thuyết và thực nghiệm. Xem xét sự cách biệt giữa kết luận có được nhờ
suy luận lí thuyết với kết luận có được từ các dữ liệu thực nghiệm để quy nạp chấp
Vấn đề
nhận kết quả tìm được khi

cóhỏi
sự tìm
phùkiếm
hợp giữa
lí thuyết
thực nghiệm, hoặc để xét lại,
(địi
xây dụng
kiếnvàthức)
bổ sung, sửa đổi đối với thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng và vận hành mơ hình
xuất phát khi chưa có sự phù
hợp
giữa
thuyết
nghiệm, nhằm tiếp tục tìm tịi
Điều
kiện
cầnlí sử
dụngvàđểthực
đi tìm
xây dựng cái cần tìm.

câu trả lời cho vấn đề đặt ra

Theo tác giả Phạm Hữu Tịng,BÀI
có TỐN
thể khái qt tiến trình khoa học giải quyết
vấn đề khi xây dựng, kiểm nghiệm hoặc ứng dụng thực tiễn một kiến thức cụ thể bởi sơ
đồ hình 1.2 [25].

Giải quyết bài tốn
Trong QTDH vật lí ở trường phổ thơng, GV cần phải biết vận dụng các quan

điểm của lý luận dạy học hiệnKẾT
đại theo
chiến
lược giải
quyết vấn đề cho từng kiến thức
LUẬN
/ NHẬN
ĐỊNH
trong từng bài học cụ thể, được thể hiện trong các pha của dạy học giải quyết vấn đề
(Sơ đồ 1)
(hình 1.3).
Vấn đề
(đòi hỏi kiểm nghiệm,ứng dụng thực tiễn kiến thức)

Điều kiện cần sử dụng để đi tìm câu trả lời cho vấn đề đặt ra, một mặt
nhờ suy luận, mặt khác nhờ TN và quan sát
BÀI TỐN
Giải bài tốn bằng
suy luận lơgic

Giải bài tốn bằng
TN và quan sát

KẾT LUẬN
(Thu được nhờ suy luận lý thuyết)

KẾT LUẬN

(Thu được nhờ TN và quan sát)

(Sơ đồ 2)
Hình 1.2. Sơ đồ lơgic của tiến trình giải quyết vấn đề khi xây dựng, kiểm
nghiệm, ứng dụng kiến thức


14

Pha thứ nhất:
Chuyển
giao
nhiệm vụ, bất ổn
hóa tri thức, phát
biểu vấn đề

Tình huống có tiềm ẩn vấn đề

Phát biểu vấn đề - bài tốn

1.1.2. Các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề
Giải quyết vấn đề: Suy
đoán,
thực
hoạt
động
cáhiện
nhân và thảo luận
PhaĐể
thứphát

hai: huy đầy đủ vai trò tự chủ của HS trong
giải pháp
HS nhằm
hành giải
động
tập thể
quyết vấn đề cũng như vai trò của GV trong việc tổ chức, kiểm tra,
độc lập-tự chủ,
đổi các
tìmhoạt
tịi động đó thì vớiKiểm
địnhtrao
hướng
mỗi tra
nhiệm
vụ nhận
thứcXem
cần xét
phảisựđược thực hiện
xác nhận
kết quả:
giải quyết vấn đề
phù hợp của lý thuyết và thực nghiệm

theo các pha sau:

Pha thứ ba:
Tranh luận thể
chế hóa, vận
dụng tri thức mới

Trình bày, thơng báo, thảo luận, bảo vệ
kết quả

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

Hình 1.3. Sơ đồ các pha của dạy học giải quyết vấn đề


15

Pha thứ nhất: “Chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hóa tri thức, phát biểu vấn đề”
Trong pha này, GV giao cho HS nhiệm vụ có tiềm ẩn vấn đề làm cho HS quan
tâm đến nhiệm vụ đặt ra, sẵn sàng nhận nhiệm vụ và tự nguyện thực hiện nhiệm vụ
dưới sự định hướng của GV. Trong quá trình giải quyết nhiệm vụ đó, quan niệm vốn
có ban đầu của HS được thử thách và HS thấy được khó khăn. Lúc này vấn đề đối với
HS xuất hiện và HS có thể phát biểu vấn đề nghiên cứu với sự giúp đỡ của GV.
Pha thứ hai: “HS hành động độc lập, tự chủ, trao đổi, tìm tịi giải quyết vấn
đề”
Sau khi đã phát biểu vấn đề, HS độc lập động não để tìm cách giải quyết vấn đề.
Trong quá trình tìm tòi giải quyết vấn đề, HS diễn đạt, trao đổi trong nhóm về cách giải
quyết vấn đề của mình và kết quả thu được. Qua tranh luận, HS có thể tự điều chỉnh và
hoàn thiện tiếp. Dưới sự hướng dẫn của GV, hành động của HS được định hướng phù
hợp với tiến trình nhận thức khoa học và thơng qua các tình huống thứ cấp khi cần.
Pha thứ ba: “Tranh luận, thể chế hóa, vận dụng tri thức mới”
Trong pha này, dưới sự hướng dẫn của GV, HS tiếp tục tranh luận để bảo vệ
quan điểm xây dựng được. GV chính xác hóa, bổ sung, thể chế hóa tri thức mới. HS

16
chính thức ghi nhận tri thức mới và vận dụng vào việc giải thích các hiện tượng trong
thực tế hay giải các bài tốn.
Chúng ta có thể thấy TNVL có vai trị quan trọng, khơng thể thay thế trong tiến
trình dạy học giải quyết vấn đề. TN có thể tham gia vào tất cả các pha của tiến trình.
Từ tạo tình huống, giải quyết tình huống đến đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu tiếp theo cho
HS.
1.4.

Thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thơng

1.4.1. Thí nghiệm
Theo từ điển Tiếng Việt, TN là gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó
trong điều kiện xác định để quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu, kiểm tra hay chứng minh
[32].
Một số quan điểm khác cho rằng: TN là một sự thử nghiệm hay kiểm tra một lý
thuyết khoa học bằng cách thao tác với yếu tố trong môi trường để quan sát kết quả có
phù hợp với các tiên đốn lý thuyết hay khơng.
TN cịn được hiểu là: Q trình tạo dựng một sự quan sát hay thực hiện một
phép đo. TN là sự quan sát hiện tượng nghiên cứu trong các điều kiện được kiểm tra
chính xác, cho phép theo dõi tiến trình của hiện tượng và tái tạo nó mỗi lần lặp lại các
hiện tương này [42].
Trong vật lí học, TN là phương pháp, là cách thức mà bằng cách nào đó con
người tác động một cách có ý thức, hệ thống lên các sự vật, các hiện tượng xẩy ra trong
những điều kiện nhất định. Sự phân tích về mặt lý thuyết các điều kiện và q trình xẩy
ra trong đó đóng vai trị hết sức quan trọng. Sự tác động đó có thể là trực tiếp hay gián
tiếp thơng qua các thiết bị máy móc gọi là công cụ TN [36].
Các khái niệm trên đều cho thấy TN bao gồm các thành phần sau đây:
- Một lý thuyết hay giả thuyết.
- Đối tượng, hệ thống, q trình phản ánh lý thuyết đó.

- Các thao tác lên đối tượng, hệ thống, quá trình theo một trình tự nhất định và
trong những điều kiện xác định.


17
Từ các phân tích trên, TNVL là TN để nghiên cứu các hiện tượng, QTVL. Kết
quả của TNVL nhiều khi là các định luật, các ứng dụng kỹ thuật nhưng nhiều khi cũng
chỉ để chứng minh một giả thuyết hoặc hình thành một giả thuyết vật lí mới [25].
1.4.2. Các đặc điểm của TNVL
- Các điều kiện của TN phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao
cho thơng qua TN, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết
hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết.
- Các điều kiện của TN 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.
- Các điều kiện của TN phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ
sử dụng các thiết bị TN 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.
- Đặc điểm quan trọng nhất của TN là tính có thể quan sát được các biến đổi của
đại lượng nào đó do sự biến đổi của đại lượng khác.
- Có thể lặp lại được TN.
1.4.3. Chức năng của TN trong dạy học vật lí
Theo quan điểm của lí luận nhận thức:
- TN là phương tiện của việc thu nhận tri thức.
- TN là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được.
- TN là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn.
- TN là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí.
Theo quan điểm của lý luận dạy học:
- TN có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của QTDH: Đề xuất
vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức, kĩ năng mới, củng cố kiến thức, kĩ năng

đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của HS.
- TN là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của HS.
+ TN là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ
xảo về vật lí của HS.


18
+ TN 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.
+ TN là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi
dưỡng các phẩm chất đạo đức của HS.
- TN là phương tiện đơn giản hoá và trực quan trong DHVL.
1.2.4. Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc
sử dụng TN trong dạy học vật lí
Để TN phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong DHVL thì việc sử dụng TN
phải tuân theo một số yêu cầu chung về mặt kĩ thuật và về mặt phương pháp dạy học
sau:
- Xác định rõ lơgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng TN phải là một
bộ phận hữu cơ của QTDH, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận
thức. Trước mỗi TN, phải đảm bảo cho HS ý thức được sự cần thiết của TN, hiểu rõ
mục đích TN.
- Xác định rõ các dụng cụ cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình TN.
- Đảm bảo cho HS ý thức được rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả các giai
đoạn TN bằng cách giao cho HS thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.
- Thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi TN trước giờ học, đảm bảo TN phải thành công
(hiện tượng xảy ra quan sát được rõ ràng, kết quả đo có độ chính xác chấp nhận được).
- Việc sử dụng các dụng cụ và tiến hành TN phải tuân theo các qui tắc an tồn.
1.2.5. Vai trị của TNVL trong việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS
Theo quan niệm trên, TNVL có vai trị rất quan trọng trong QTDH vật lí. Ở giai
đoạn định hướng mục tiêu nghiên cứu, TNVL được sử dụng để đề xuất vấn đề nghiên

cứu, tạo điều kiện cho HS nhanh chóng tiếp cận mục tiêu nghiên cứu. Việc sử dụng TN
để tạo tình huống có vấn đề là rất quan trọng đối với HS vì kết quả TN thường làm nảy
sinh mâu thuẫn giữa kiến thức mới với các quan niệm sẵn có của HS. Trong giai đoạn
hình thành kiến thức mới, TNVL cung cấp các số liệu thực nghiệm và đó là cơ sở vững
chắc nhất để khái quát hóa, quy nạp, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả
lơgic để hình thành kiến thức mới. Trong giai đoạn cũng cố kiến thức, kỹ năng của HS;


19
TNVL có vai trị khơng những kiểm tra kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo mà còn đánh giá
được khả năng tự lực, sáng tạo của HS trong quá trình TN [20], [25].
Theo quan điểm của lý luận nhận thức, TN là phương tiện của việc thu nhận tri
thức, là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức, và là phương tiện để vận
dụng tri thức thu được vào thực tiễn.
Ngày nay, dạy học không chỉ truyền thụ cho HS các kiến thức, rèn luyện kỹ
năng, kỹ xảo mà cịn góp phần phát triển nhân cách cho HS một cách tồn diện. Giờ
học có sử dụng TNVL làm cho HS hứng thú hơn trong học tập và quá trình thu nhận
thơng tin của HS ngày càng tích cực, tự lực và sáng tạo hơn. Như vậy, quá trình tiếp
cận với các TNVL, dần dần xuất hiện trong HS sự ham muốn tìm hiểu, ham muốn
nghiên cứu, xóa dần sự ngăn cách trong ý thức của HS giữa vật lí và cuộc sống mn
hình mn vẻ để tạo cho HS hứng thú nhận thức [28].
TNVL là phương tiện cho phép tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác
nhau nhằm bồi dưỡng cho HS thói quen hợp tác trong lao động, trong nghiên cứu khoa
học và trung thực khi nhận thức một sự vật hiện tượng. Hiện tương vật lí xẩy ra trong
tự nhiên rất đa dạng và phong phú, đan xen nhau giữa các quá trình. Do đó, để nghiên
cứu một hiện tượng, một q trình nào đó, phương tiện có thể phản ánh đúng bản chất
của sự vật hiện tượng một cách chính xác, trung thực và đơn giản nhất là các TNVL vì
chúng diễn tả các hiện tượng một cách đơn giản và kiểm soát được các q trình, giúp
cho HS có các thơng tin chân thật về hiện tượng vật lí [11].
TN là phương tiện đơn giản hóa các hiện tượng, QTVL, làm bộc lộ những nét

đặc trưng của sự vật hiện tượng nghiên cứu, đặc biệt với những đối tượng không tri
giác trực tiếp bằng các giác quan của con người tạo trực quan sinh động hỗ trợ cho quá
trình tư duy trừu tượng của HS [4], [8], [18], [21], [25], [26], [27].
Tóm lại, TN đóng vai trị rất quan trọng trong q trình DHVL và có tác dụng
lớn trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS. Vì vậy, DHVL cần phải gắn
với TNVL. TNVL không chỉ là nguồn tri thức, là phương tiện có nhiều sức mạnh trong
nghiên cứu vật lí, là tiêu chuẩn chân lí của các kiến thức về thế giới tự nhiên mà còn
tạo ra yếu tố kích thích hứng thú, khuyến khích tính tích cực, tự giác và sáng tạo của


20
HS đồng thời cũng là một phương pháp dạy học sát với thực tế giáo dục của Việt Nam:
“Học đi đơi với hành, lí luận gắn với thực tiễn” [1].
Tuy nhiên, không thể xây dựng đầy đủ các TN để tái tạo lại mọi hiện tượng, mọi
quá trình xẩy ra trong tự nhiên cho HS quan sát hoặc dựa vào đó để tổ chức hoạt động
nhận thức cho HS. Nguyên nhân chủ yếu là các hiện tượng tự nhiên xẩy ra chằng chịt,
phức tạp mà khơng dể đơn giản hóa được. Một số hiện tượng lại xẩy ra quá nhanh,
hoặc q chậm, khó quan sát hoặc khơng quan sát được gây khó khăn cho việc thu thập
số liệu chính xác. Một số TN lại lại quá nguy hiểm không thể tiến hành được trên giờ
lên lớp… Chính vì vậy, việc áp dụng thành tựu của công nghệ thông tin, mà trước hết
là MVT để hỗ trợ TNVL là điều cần thiết và chắc chắn sẽ mang lại hiệu quả cao hơn
khi thực hiện các TN đó để tổ chức hoạt động nhận thức cho HS.
1.3. Thí nghiệm vật lí với sự trợ giúp của máy vi tính
Tùy thuộc vào mục tiêu, nội dung dạy học cụ thể, phương pháp và hình thức tổ
chức dạy học của GV mà MVT có thể được sử dụng để hỗ trợ các TNVL theo 4 hình
thức: Sử dụng MVT hỗ trợ TNVL thực, sử dụng TN ảo trong DHVL, sử dụng TN mô
phỏng trong DHVL và sử dụng MVT trực quan hóa TN.
1.3.1. Sử dụng MVT hỗ trợ TNVL thực
Đối với các TNVL thực, MVT hỗ trợ nhờ có các phần mềm thích hợp nhận tín
hiệu thơng qua bộ giao diện chuyển đổi (Interface) được nối với bộ cảm biến (sensor).

Đối tượng
đo
( Thí nghiệm)

Bộ cảm biến
( Sensor)

Bộ giao diện
chuyển đổi
(Interface)

Khuếch đại
tín hiệu số

Máy vi tính
và phần
mềm

Màn hình
hiển thị

Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống TNVL với sự trợ giúp của MVT
Nhờ đó mà MVT có thể thu thập số liệu thực nghiệm dưới nhiều dạng khác
nhau, có thể ghi lại nhiều giá trị đo cùng một thời gian ngắn. Những số liệu thu được
có thể đồng thời ghi lên file dữ liệu và hiển thị lên màn hình theo đúng ý đồ của GV.
Trên cơ sở đó, MVT tiến hành xử lý số liệu theo yêu cầu của việc tổ chức hoạt động
nhận thức cho HS trong giờ lên lớp.