Xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức chương “sóng cơ” – vật lí 12 theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

CAO TIẾN KHOA

XÂY DỰNG, HOÀN THIỆN VÀ SỬ DỤNG
CÁC THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC
CHƯƠNG “SĨNG CƠ” -VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH
TÍCH CỰC VÀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH

Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học bộ mơn Vật lí
Mã số: 62.14.01.11

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIỂN SĨ GIÁO DỤC HỌC

Hà Nội - 2014


3

-

Thực nghiệm sư phạm (TNSP) ở trường phổ thông.
Phương pháp thống kê tốn học

7. KẾT QUẢ VÀ ĐĨNG GĨP CỦA LUẬN ÁN

-

-

-

Làm rõ nội hàm khái niệm “Dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường
NCVL”, trên cơ sở đó, xây dựng TBTN để đáp ứng được các yêu cầu của
dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL.
Chế tạo được 4 TBTN gồm: Máy phát tần số kép, nguồn dao động cơ độc
lập; đèn hoạt nghiệm có điều khiển thời gian sáng tắt; Bộ TBTN ghép nối
với máy tính, khảo sát hiện tượng Đốpple sóng âm; nhờ đó, đã xây dựng
được phương án sử dụng chúng trong dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con
đường NCVL đối với một số kiến thức về sóng cơ ở lớp 12. Trong đó, TBTN
máy phát tần số kép và nguồn dao động cơ độc lập, được chế tạo dựa trên
phương án mới.
Triển khai nghiên cứu một số đặc điểm quan trọng của dạy học vật lí phỏng
theo con đường NCVL như đã nêu trên thông qua việc đề xuất 4 tiến trình
khoa học, xây dựng 6 kiến thức về Sóng cơ - Vật lí 12. Trong các tiến trình
khoa học xây dựng kiến thức trên cần phải sử dụng các TN mới từ 4 TBTN
đã chế tạo cũng như sử dụng các TN mô phỏng. Các tiến trình học xây dựng
kiến thức và các TBTN mới đã được TNSP khẳng định tính khả thi và hiệu
quả của chúng đối với việc phát triển hoạt động học tích cực và sáng tạo, góp
phần nâng cao kết quả học tập của HS.

8. CẤU TRÚC LUẬN ÁN

Luận án gồm 4 chương, 136 trang nội dung, trong đó có 10 hình vẽ và ảnh, 14
bảng biểu và 4 đồ thị.
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. CÁC NGHIÊN CỨU Ở NƯỚC NGỒI

1.1.1. Các nghiên cứu về vấn đề phát triển tính tích cực, sáng tạo của HS

Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu để phát triển tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS
trong QTDH như các nghiên cứu của J.Comenxki (1592 – 1670), J.J. Rousseau (1712 –
1778) và đặc biệt trong thế kỉ 20, nghiên cứu bởi J.P. Martin với phương pháp giảng dạy
"Lernen durch Lehren LDL" (learning by teaching - học tập bằng cách giảng dạy), một
phương pháp để HS học tập bằng cách giảng dạy các bạn của mình. Dewey (1859 – 1952)
là người đề xướng “phương pháp dạy học lấy HS làm trung tâm”.
Về cơ sở tâm lý học của QTDH, có các nghiên cứu thực nghiệm của ba tác giả lớn là
W.M. Wundt (Anh) (xây dựng một khoa tâm lý học mang tính thực chứng, mang tính giải
phóng con người); E.L. Thorndike (Mỹ) và đặc biệt là các nghiên cứu của J. Piaget. Phát
triển năng lực sáng tạo của HS trong dạy học đã được nghiên cứu và thực nghiệm bởi các
nhà sư phạm trên cơ sở tâm lí học dạy học, theo các cơ chế tâm lí được sắp xếp theo định
hướng phát triển từ thuyết phản xạ có điều kiện của Pavlov, thuyết hành vi (Behavorism),
với người đặt nền móng xây dựng là Watson (Mỹ), với sự phát triển của E.L. Thorndike
(1864 – 1949), B.F. Skinner (1904 – 1990) và nhiều tác giả khác… Thuyết nhận thức


4

(thuyết tri nhận – Congnitivism) ra đời trong nửa đầu thế kỉ 20 và phát triển mạnh trong
nửa sau của thế kỉ 20 với các đại diện lớn của thuyết này là nhà tâm lí học người Áo J.
Piaget cũng như các nhà tâm lý học xô viết như L.S. Vưgôtxki, A.N. Leontev… Thuyết
kiến tạo (Construcktivism) - học tập là tự tạo tri thức, được phát triển từ khoảng những
năm 60 của thế kỉ 20 với đại diện tiên phong cũng chính là J. Piaget và L.S. Vưgơtxki.

Muốn phát huy tính tích cực, năng lực sáng tạo của HS trong dạy học, nhiều nghiên
cứu đã chỉ ra, trong dạy học cần tổ chức cho HS hoạt động nhận thức theo con đường
sáng tạo của các nhà khoa học của bộ mơn. Với mơn vật lí, việc áp dụng chu trình
sáng tạo trong nghiên cứu vật lí, áp dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học
được chú trọng, điển hình là các nghiên cứu của V.G. Razumôpxki.
1.1.2. Các nghiên cứu về TBTN vật lí dành cho dạy học sóng cơ

Sử dụng cách nghiên cứu qua các catalog của các hãng sản xuất TBTN lớn của nước
ngồi, chúng tơi thu được kết quả về sự nghiên cứu các TBTN dành cho phần sóng cơ cụ
thể của các hãng Phywe (Đức),hãng Pasco (Mỹ). Điểm chung nhau của các bộ TBTN sử
dụng cho phần sóng cơ do các hãng nước ngồi sản xuất là về nguyên tắc hoạt động, tích
hợp nhiều chức năng và có thể thực hiện nhiều TN, chủ yếu là TN nghiên cứu khảo sát,
cần thực hiện với thời gian đủ dài trong phòng TN. Một điểm chung nữa của các bộ TBTN
là giá thành khá cao, khó có thể trang bị rộng rãi cho các trường PT ở Việt Nam.
1.2. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

1.2.1. Các nghiên cứu về vấn đề phát triển tính tích cực và sáng tạo của HS
Trong những năm gần đây, ở nước ta đã có nhiều cơng trình nghiên cứu của các nhà
giáo dục học, lí luận dạy học đề cập tới vấn đề phát triển tính tích cực nhận thức của
HS như Hà Thế Ngữ, Đặng Vũ Hoạt, Thái Duy Tuyên, Hồ Ngọc Đại, …
Trong dạy học bộ mơn Vật lí, các nghiên cứu phát triển tính tích cực tự lực sáng tạo của
HS được đề cập đầy đủ và cụ thể qua các cơng trình của các tác giả: Phạm Hữu Tịng,
Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế… Các luận án của nghiên cứu
sinh và cao học triển khai cụ thể những nội dung kiến thức phổ thông như Đào Công
Nghinh (1995), Trần Văn Nguyệt (1997), Đỗ Hương Trà (1997), Phạm Thị Ngọc Thắng
(2002), Huỳnh Trọng Dương (2007), Nguyễn Anh Thuấn (2007), Dương Xn Q
(2011) Trong các cơng trình nêu trên, cơng trình của tác giả Nguyễn Anh Thuấn: đã nghiên
cứu một số TN dạy học phần sóng cơ theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực,
sáng tạo của HS. Tuy nhiên theo yêu cầu dạy học phát triển năng lực khoa học, sáng tạo
cho HS thì cần phải tiếp tục nghiên cứu xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các TN thuộc
phần Sóng cơ theo tư tưởng dạy học phỏng theo con đường NCVL với tính định lượng,
chính xác cao, đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của q trình dạy học.

Từ các phân tích trên chúng tôi định hướng nghiên cứu luận án là tổ chức quá trình
dạy học PH&GQVD phỏng theo con đường NCVL, nội dung cụ thể chúng tơi sẽ trình
bày ở mục 2.2.2.2.

5

1.2.2. Các nghiên cứu về TBTN vật lí trong dạy học sóng cơ
Trong lĩnh vực nghiên cứu về PTDH, đã có nhiều cơng trình của các tác giả trong nước:
Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Đào Công Nghinh, Nguyễn Anh Thuấn, Nguyễn
Doãn Quới [55] [45] [32] [59] … Các tác giả Nguyễn Đức Thâm, Đào Công Nghinh đã
chế tạo được thiết bị cần rung điện từ để tiến hành thí nghiệm về hiện tượng giao thoa
sóng trên mặt nước và thí nghiệm về sóng dừng trên dây đàn hồi. Các tác giả Nguyễn Đức
Thâm, Ngô Quang Sơn đã chế tạo một số thiết bị thí nghiệm đơn giản: cần rung đơn giản,
mơ hình sóng ngang. Tác giả Nguyễn Anh Thuấn đã đi sâu nghiên cứu quy trình và vận
dụng qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm, xây dựng được 5 thiết bị thí nghiệm (kênh
sóng nước, mơ hình sóng, thiết bị thí nghiệm về hiện tượng sóng trên các vật đàn hồi, khay
sóng nước, nguồn âm dùng mạch IC) cho phép tiến hành được các thí nghiệm cần thiết
trong tiến trình dạy học 4 bài học chương sóng cơ học. Tuy nhiên theo yêu cầu dạy học
phát triển năng lực khoa học, sáng tạo cho HS thì cần phải tiếp tục nghiên cứu xây dựng,
hoàn thiện và sử dụng các TN thuộc phần Sóng cơ theo tư tưởng dạy học phỏng theo con
đường NCVL.

Khi dạy học phần giao thoa sóng, TBTN được trang bị tại các trường phổ thơng
hiện nay cũng như tất cả TBTN của các hãng sản xuất thiết bị dạy học lớn trên thế
giới như Phywe, Leybold (Đức), Pasco (Mỹ) [89] [90] và các cơ sở sản xuất thiết bị
trong nước đều dựa trên nguyên tắc là cho sẵn hai nguồn sóng được tách ra từ một
nguồn (để được hai nguồn cùng pha, cùng tần số) tạo ra hai sóng kết hợp trên mặt
nước, sau đó cho HS quan sát trên hình ảnh chiếu qua hoặc phản xạ thu được trên
màn. Nhược điểm lớn nhất của nguyên tắc này là ngay từ đầu đưa ra một cách áp đặt
2 nguồn có cùng tần số (thậm chí cịn cùng cả biên độ..v..v..), do đó vơ hình đã áp đặt
ngay điều kiện giao thoa 2 sóng là cùng tần số (2 sóng kết hợp). Các cải tiến bộ thiết
bị này mới chỉ dừng lại ở cách chế tạo nguồn kết hợp (chú trọng về mặt kĩ thuật) mà
không chú ý tới việc cần tránh áp đặt như đã nêu trên, do vậy vẫn chưa đáp ứng được

yêu cầu của QTDH phỏng theo con đường NCVL.
Khi tiến hành các TN về sóng cơ (sóng nước, sóng trên dây) trên TBTN hiện có cũng có
những hạn chế như q trình dao động diễn ra rất nhanh nên hình ảnh sóng HS quan sát
được chỉ là hình ảnh lưu trên võng mạc mà HS không nhận ra được sự dao động của các
phần tử mơi trường khi sóng truyền qua. Hạn chế này dẫn đến việc xây dựng thiếu chính
xác các khái niệm về sóng, chính vì thế có thể nảy sinh mâu thuẫn giữa kết quả trực quan
mà TBTN mang lại với kết quả lí thuyết tính tốn được. Điều mâu thuẫn này thường
không được giải quyết triệt để, gây khó khăn cho QTDH như nghiên cứu vật lí.
Với kiến thức hiệu ứng Đốpple trong âm học, mới chỉ có các hãng sản xuất thiết bị như
Phywe, Pasco [89] chế tạo TBTN nhưng giá thành cao, không phù hợp với điều kiện hiện


6

có ở các trường phổ thơng. Với tiến trình xây dựng kiến thức được thực hiện hiện nay
theo SGK, một vài TN được đề xuất vẫn mang nặng tính hàn lâm, đột nhiên được đưa
ra bởi GV mà không dựa trên cách tiếp cận kiến thức từ các hiện tượng xuất phát từ tự
nhiên, vấn đề xuất hiện với HS không phải do bản thân hiện tượng do TN mang lại
làm căn cứ và xuất phát điểm ban đầu cho HS tìm tịi, mà lại là có được TN như GV
(theo SGK) trình bày. Kết quả TN đề xuất do chưa làm rõ dấu hiệu bản chất nên có
thể mang đến sự ngộ nhận sai lầm về hiện tượng. Ví dụ như TN quay còi, đề xuất HS
nghe tiếng còi để rút ra có hiệu ứng Đốpple và tìm câu trả lời giải thích hiện tượng.
Với quan điểm tổ chức dạy học sao cho HS được học vật lí phỏng theo con đường
NCVL trong điều kiện trường phổ thông, do những hạn chế nêu trên của các TBTN
truyền thống, chúng tôi đề ra các nhiệm vụ với các nội dung sau:
+ Nghiên cứu chế tạo và sử dụng các TN để tổ chức QTDH các kiến thức cơ
bản giao thoa sóng, sóng dừng, hiệu ứng Đốpple phỏng theo con đường
NCVL.
+ Vận dụng tổ chức dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL trong
việc đề xuất tiến trình khoa học xây dựng kiến thức và thiết kế tiến trình dạy

học cụ thể về sóng cơ cho HS lớp 12 theo hướng phát huy tính tích cực, sáng
tạo của HS.
Chương 2
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
2.1. PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, NĂNG LỰC SÁNG TẠO

2.1.1. Phát huy tính tích cực của HS
2.1.1.1. Tính tích cựcTính tích cực nhận thức
2.1.1.2. Những biểu hiện của tính tích cựccủa HS trong học tập
Các biểu hiện của tính tích cực xét trên các khía cạnh tiếp nhận vấn đề nghiên cứu, thực
hiện nhiệm vụ, giải quyết vấn đề và tổng kết, trình bày kết quả, vận dụng kiến thức được
nêu, được chúng tôi sử dụng để đánh giá hiệu quả của các tiến trình dạy học một số kiến
thức chương “sóng cơ” đối với việc phát triển tính tích cực của HS trong học tập.

2.1.1.3. Những tiêu chí đánh giá tính tích cực nhận thức của HS trong giờ học
1- Kết quả học tập (Sau một giờ học, một quá trình học)
2- Mức độ hoạt động của HS trong giờ học:
3- Sự tập trung chú ý của HS trong tiến trình bài học
4- Hứng thú nhận thức của HS
5- Lượng thời gian duy trì trạng thái tích cực của HS trong lớp:
2.1.1.4. Các biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức
Theo mục tiêu nghiên cứu, chúng tôi tập trung cho các biện pháp đã trình bày chi
tiết trong luận án.


2.1.2. Phát triển năng lực sáng tạo của HS


7

2.1.2.1. Khái niệm năng lực sáng tạo
Năng lực sáng tạo có thể hiểu là khả năng tạo ra những giá trị mới về vật chất và
tinh thần, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành cơng những
hiểu biết đã có vào hồn cảnh mới.
2.1.2.2. Các biểu hiện của năng lực sáng tạo
2.1.2.3. Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo
2.1.2.4. Các biện pháp hình thành và phát triển năng lực sáng tạo của HS
Từ những vấn đề lý luận đã nêu, chúng ta có thể xây dựng lộ trình tổng quát của
phương pháp dạy học tích cực là: “Làm cho người học tiếp cận tài liệu học tập ở trạng
thái vận động theo hệ thống và phê phán”
2.2. TỔ CHỨC DẠY HỌC VẬT LÍ PHỎNG THEO CON ĐƯỜNG NCVL

2.2.1. Q trình nhận thức vật lí trong khoa học vật lí và trong dạy học vật lí
Q trình sáng tạo khoa học có thể khái qt theo dạng chu trình mà V.G.
Razumốpxki nghiên cứu.
Xuất phát từ tư tưởng “Dạy HS học vật lí như NCVL trong QTDH, để việc tổ chức
hoạt động nhận thức của HS phỏng theo hoạt động của các nhà khoa học được thành
cơng cần chú ý:
- Lơgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức (trong đó đặc biệt tránh những
thơng báo áp đặt ..v..v..): theo qui luật nhận thức trong nghiên cứu vật lí
- Phương pháp nghiên cứu: phương pháp lí thuyết và phương pháp thực
nghiệm và phương pháp mô phỏng nhờ máy vi tính ..v..v..
- Phương tiện nghiên cứu: hệ thống thiết bị nghiên cứu càng đầy đủ, mang tính
chính xác, khoa học cao, hệ thống các tư liệu tham khảo càng hiện đại và phù
hợp trình độ học sinh, điều kiện trường phổ thơng càng tốt
- Hình thức tổ chức nghiên cứu: cá nhân, hợp tác nhóm (thảo luận, tự đánh
giá, đánh giá ..v..v..)
Ngoài ra, việc dạy học vật lí như nghiên cứu vật lí cịn chú ý đến niềm say mê, tính
tích cực, tự lực và sáng tạo cao độ của người học.
Có sự khác biệt giữa quá trình hoạt động của học sinh trong học tập và quá trình

sáng tạo của các nhà khoa học. Sự khác biệt này bao gồm những vấn đề: Về nội dung
kiến thức; Về thời gian nghiên cứu; Về phương tiện nghiên cứu do đặc điểm của học
sinh và những điều kiện làm việc của họ.
2.2.2. Tổ chức DHVL phỏng theo con đường NCVL
2.2.2.1. Cơ sở tâm lí học trong việc tổ chức q trình nhận thức vật lí
2.2.2.1.1. Lý thuyết phát triển nhận thức của J. Piaget (Jean Piaget – 1896 – 1980,
nhà tâm lí học, giáo dục học, triết học và lôgic học người Thụy Sĩ).


8

2.2.2.1.2. Lý thuyết phát triển nhận thức của Lev Semyonovich Vygotsky (L.S.
Vygotsky – Nhà tâm lí học người Nga):
2.2.2.2. Tổ chức dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL Căn cứ vào hai
lý thuyết tâm lý học bổ sung hỗ trợ lẫn nhau của Piaget và Vygotsky, việc tổ chức q
trình nhận thức vật lí một cách khoa học cần phải tổ chức theo kiểu dạy học phát hiện
và giải quyết vấn đề với các chú ý quan trọng như sau:
1) Tổ chức tình huống học tập trong đó làm xuất hiện mâu thuẫn về mặt nhận
thức
2) Điều khiển, dẫn dắt học sinh tự lực giải quyết mâu thuẫn nhận thức một
cách sáng tạo
3) Dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL
Với dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, việc phát hiện vấn đề là rất quan trọng
được thực hiện tốt nhất là bởi HS.
Thiết kế và thực hiện tiến trình dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL:
1) Tổ chức hoạt động học tập của HS theo con đường, phương pháp nhận thức vật
lí, PH&GQVĐ (phát huy tính hứng thú, tự lực và sáng tạo của HS)
2) Logic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức mang tính khoa học
-Tránh áp đặt, cơng nhận
Xây dựng và sử dụng các TN có tính khoa học, định lượng, chính xác

- Sau khi xây dựng được các phương trình vật lí tốn mơ tả q trình, hiện tượng
vật lí một cách tổng qt thì sử dụng mơ phỏng để trực quan hóa q trình hiện tượng
vật lí trong những điều kiện cụ thể để chỉ rõ dấu hiệu bản chất của hiện tượng (có thể
bị giới hạn của việc quan sát thực tế) và làm cơ sở cho việc kiểm chứng tính đúng đắn
của qui luật được mơ tả bởi phương trình này bằng thực nghiệm
3) Sử dụng phối hợp các TN trong các pha của quá trình nhận thức
- Phối hợp trong quá trình xây dựng/ hình thành một đơn vị kiến thức (trong các
giai đoạn/ pha dạy học khác nhau) phối hợp để khai thác và sử dụng các ưu điểm của
từng loại TN
- Sử dụng TN truyền thống ở các pha nêu vấn đề (tạo tình huống có vấn đề) và vận
dụng kiến thức trong thực tiễn
Sử dụng thích hợp các loại TN trong pha giải quyết vấn đề
(trong giải pháp suy luận lí thuyết có thể sử dụng 2 phương pháp: phương pháp giải
tích và phương pháp mô phỏng/TN mô phỏng; sử dụng TN ghép nối với máy vi tính
khi TN truyền thống khơng đáp ứng)
- Sử dụng các TN kĩ thuật số trong việc trình bày kiến thức mang tính khái quát và
khoa học ở giai đoạn vận dụng
2.3. VAI TRỊ CỦA THÍ NGHIỆM TRONG VIỆC TỔ CHỨC Q TRÌNH NHẬN THỨC
VẬT LÍ


9

2.3.1. Vai trị của thí nghiệm trong việc tổ chức q trình nhận thức vật lí một
cách khoa học
2.3.1.1. Vai trị của thí nghiệm trong các giai đoạn nhận thức vật lí
2.3.1.2. Sự cần thiết sử dụng phối hợp các loại phương tiện dạy học trong việc tổ
chức quá trình nhận thức vật lí một cách khoa học
Trong luận án này, chúng tôi đề xuất việc xây dựng và sử dụng các loại TBTN theo
các phương án:

+ Cải tiến cấu trúc các TBTN truyền thống theo hướng số hóa (Đèn hoạt
nghiệm, nguồn xung…)
+ Ghép nối TBTN truyền thống với TBTN kĩ thuật số để thu thập, xử lí, hỗ trợ
đánh giá đối tượng nghiên cứu đòi hỏi điều kiện nghiên cứu đặc biệt như
diễn ra rất nhanh hoặc rất chậm…
+ Sử dụng TN mô phỏng nhằm giúp HS tiếp cận các đề xuất bằng con đường lí
thuyết một cách trực quan, sinh động, hỗ trợ học sinh hình dung tiếp nhận
những kiến thức mang tính khái quát một cách trực quan, dễ dàng thơng qua
hình ảnh, âm thanh (multimedia) các quá trình diễn biến theo thời gian một
cách chọn lọc
+ Sử dụng các video, các file âm thanh đã được ghi lại từ các hiện tượng tự
nhiên (chứ không sắp đặt hay tự nghĩ, tạo ra hiện tượng không tồn tại trong
thực tế trước khi tìm ra kiến thức) làm dữ liệu thực tế kết hợp với các phần
mềm phân tích (Phần mềm phân tích âm thanh, phân tích video, phần mềm
dao động kí…) nhằm hỗ trợ khảo sát bản chất các hiện tượng vật lí. Sử dụng
trong bước giải quyết vấn đề trong dạy học.
Các phương án sử dụng trên nhằm mục đích hỗ trợ dạy học đạt hiệu quả khi tổ chức
quá trình nhận thức một cách khoa học như q trình nghiên cứu vật lí cho học sinh.
2.3.2. Vai trị của thí nghiệm trong việc tổ chức q trình nhận thức vật lí một
cách tích cực sáng tạo
TN có vai trị quan trọng trong chiếm lĩnh kiến thức của học sinh:
TN có vai trị quan trọng trong việc phát triển các năng lực hoạt động nhận thức
tích cực, tự lực và sáng tạo:
TN có vai trị quan trọng trong việc tạo hứng thú, lòng say mê học tập
2.3.3. Đề xuất hệ thống các biện pháp sử dụng phối hợp các loại thí nghiệm
truyền thống và kĩ thuật số trong việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một
cách tích cực, sáng tạo
Từ các quan điểm sử dụng phương tiện kĩ thuật số, đối chiếu với quá trình tổ chức
nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS và nội dung các bước của dạy học phát
hiện và giải quyết vấn đề dẫn đến việc cần thực hiện các biện pháp sau:

Biện pháp 1: Tăng cường các hoạt động của HS trong việc sử dụng những quá trình,
hiện tượng trong tự nhiên và trong đời sống hay những TN về những quá trình, hiện tượng


10

tồn tại trong tự nhiên, cuộc sống được hỗ trợ bằng máy vi tính khi xây dựng tình
huống có vấn đề để HS đề xuất được vấn đề cần nghiên cứu
Biện pháp 2: Tăng độ chính xác, tính định lượng , số lượng dữ liệu về quá trình,
hiện tượng VL trong các TN của HS theo dạy học PH&GQVĐ Biện pháp 3: Kết hợp
thí nghiệm biểu diễn của giáo viên và thí nghiệm trực diện của học sinh
Biện pháp 3: Kết hợp TN trực diện của HS và TN biểu diễn của GV
Biện pháp 4: Tăng cường hoạt động của HS trong việc sử dụng các TN mô phỏng
về các q trình vi mơ
Việc sử dụng các TN trong 4 biện pháp đã đề xuất ở trên, cần lưu ý:
- sử dụng phối hợp sao cho đạt mục đích HS học kiến thức một cách khoa học,
tích cực và sáng tạo,
TN truyền thống thường và nên sử dụng trong giai đoạn phát hiện vấn đề
TN truyền thống và kĩ thuật số thường được sử dụng trong giai đoạn giải quyết
vấn đề

-

TN truyền thống và kĩ thuật số (TN ghép nối máy vi tính) thường được sử
dụng trong giai đoạn củng cố, rèn luyện kĩ năng.

2.4. THỰC TẾ DẠY HỌC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” Ở THPT

2.4.1. Mục tiêu cần đạt được trong dạy học các kiến thức của chương “sóng cơ”

Theo yêu cầu phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS thì việc dạy học
các kiến thức của chương “Sóng cơ” cần phải hướng tới các mục tiêu cao hơn. chúng
tôi xây dựng như sau:
- Mức độ nhận biết, tái hiện:
+ Nhận dạng được các dấu hiệu đặc trưng của q trình sóng cơ.
+ Nhớ được dạng tốn học của phương trình sóng cơ.
+ Trình bày được biểu thức tính độ lệch pha của dao động tại các điểm khác
nhau trên cùng phương truyền sóng.
+ Nhớ được biểu thức tính bước sóng.
+ Nhớ được các đặc điểm cơ bản của sóng ngang, sóng dọc, mặt nước khi có
giao thoa, sóng dừng…
- Mức độ hiểu, vận dụng được trong các tình huống quen thuộc:
+ Trình bày được các khái niệm về hiện tượng: Sóng dừng, giao thoa, hiệu ứng
Dopple dưới các dạng: phát biểu bằng lời, bản chất vật lí
+
Nêu các đặc điểm của sóng dừng, giao thoa sóng, điều kiện xuất hiện hiện tượng giao
thoa.

+

+

Xác định được ý nghĩa vật lí của khái niệm bước sóng, chu kì sóng, biên độ
sóng; ý nghĩa vật lí của phương trình sóng khi xét tại một vị trí, xét tại một
thời điểm.
Phân tích được nội dung vật lí-tốn học của các cơng thức tính bước sóng,
biên độ sóng trong hiện tượng giao thoa


+

Biết cách xử lí các số liệu TN thu thập được một cách khoa học.


11

+
+

Tiến hành được các TN theo kế hoạch đã đề ra.
Mơ tả được đặc điểm lan truyền sóng, đặc điểm của q trình truyền năng
lượng trong hiện tượng sóng.
- Mức độ vận dụng linh hoạt trong các tình huống khơng quen thuộc:
+ Sử dụng phương pháp đại số để tổng hợp được hai dao động cùng phương, cùng
tần số, cùng biên độ.
+ Lập kế hoạch và thực hiện các TN khi có TBTN.
+ Tìm được cơng thức tổng qt liên hệ vị trí của một phần tử sóng và độ lệch pha
giữa hai sóng tới điểm xét trong hiện tượng giao thoa và sóng dừng.
+ Rút ra được các yếu tố cần kiểm nghiệm từ các kết quả suy luận lí thuyết.
- Mức độ sáng tạo
+ Xây dựng phương án TN kiểm nghiệm được các kết quả từ suy luận lí thuyết.
+ Đề xuất được cách thức bố trí, tiến hành TN hiệu quả.
+ Đề ra kế hoạch giải bài tốn lí thuyết và cách thức kiểm nghiệm kết quả.
+ Bổ sung, điều chỉnh các kế hoạch thực hiện nhiệm vụ đã đề ra.
+ Đề xuất việc cải tiến một số chi tiết của TBTN và cách thức thực hiện TN.
- Ngồi mục tiêu kiến thức, kĩ năng thì việc dạy học về sóng cơ cũng cần đạt được
mục tiêu cho lĩnh vực tình cảm, thái độ:
+ Quan tâm, hứng thú đối với các vấn đề về sóng cơ: tị mò, hỏi và trao đổi các vấn
đề liên quan đến sóng cơ trong đời sống và kĩ thuật...
+ Tự đề ra được kế hoạch và thực hiện nghiên cứu để tìm ra đặc điểm, quy luật của

các hiện tượng liên quan tới sóng cơ, sóng âm và tác động với con người.
Những mục tiêu trên được chúng tôi lấy làm căn cứ để đánh giá thực tế dạy học
chương “Sóng cơ” mà chúng tôi tiến hành điều tra. Chúng cũng sẽ là căn cứ để xây
dựng và sử dụng TBTN trong tiến trình dạy học sẽ TNSP.
2.4.2. Khảo sát thực tiễn dạy học vật lí chương “sóng cơ” ở các trường THPT
2.4.2.1. Mục đích khảo sát:
Khảo sát thực tế dạy học vật lí phần “sóng cơ” nhằm phục vụ mục đích nghiên cứu
của luận án.
2.4.2.2. Nội dung khảo sát:
- Tìm hiểu thực trạng thiết bị thí nghiệm ở trường THPT hiện nay có đáp ứng u cầu
dạy học vật lí như nghiên cứu vật lí, phát huy cao độ tính tích cực, tự lực và sáng tạo của
HS, trên cơ sở đó xác định các thiết bị cần được cải tiến hồn thiện hoặc chế tạo mới.
-

Các khó khăn của giáo viên và học sinh khi dạy học các kiến thức phần sóng cơ, từ đó làm

cơ sở xây dựng tiến trình dạy học theo hướng tích cực hoạt động nhận thức của học sinh.

2.4.2.3. Phương pháp điều tra khảo sát:
Điều tra qua phiếu điều tra


12

-

Trao đổi trực tiếp với giáo viên, học sinh

- Dự giờ, khảo sát các thiết bị thí nghiệm của phịng thí nghiệm vật lí của nhà trường.
Chúng tơi đã tìm hiểu tình hình dạy học chương sóng cơ tại các trường THPT ở các

tỉnh: Tỉnh Thái Nguyên: THPT Gang Thép Thái Nguyên, THPT Khánh Hòa; THPT Đại
Từ; THPT Chuyên Thái Nguyên; Tỉnh Cao Bằng: THPT Dân tộc nội trú tỉnh Cao Bằng;

Tỉnh Quảng Ninh: THPT Móng Cái; Tỉnh Tuyên Quang: THPT Kim Xuyên – Sơn
Dương; THPT Sơn Dương. Thời gian thực hiện các điều tra: Vòng 1: Năm 2008; Vòng 2:

Năm học 2011 – 2012.
2.4.2.4. Kết quả điều tra:
* Về phương pháp dạy học của giáo viên
Với kết quả điều tra mới nhất, hầu hết giáo viên được điều tra thường xuyên sử
dụng phương pháp đàm thoại gợi mở cho học sinh tham gia xây dựng bài từng phần,
kết hợp thuyết trình (25/27 giáo viên chiếm 93% số được hỏi).
* Về thực trạng sử dụng thí nghiệm trong dạy học phần sóng:
Như vậy hầu hết giáo viên đều ý thức được vai trị quan trọng của thí nghiệm vật lí
trong dạy học và thực tế triển khai thường sử dụng thí nghiệm biểu diễn, các loại thí
nghiệm khác chưa được thực hiện đầy đủ.
+ Trang thiết bị hiện có:
Các phương tiện kĩ thuật số như máy vi tính, máy phát âm tần… hầu hết tại các
trường đều đã có, đây chính là cơ sở cho việc sử dụng phối hợp các phương tiện dạy
học truyền thống và hiện đại được thực hiện.
* Kết luận:
Với kết quả điều tra, để phát huy tính tích cực tự lực sáng tạo của học sinh trong
q trình dạy học, cần có một số biện pháp cơ bản:
- Thay đổi lơgic hình thành các kiến thức trong chương, cần có tiến trình dạy
học phù hợp với u cầu.
- Chế tạo, hồn thiện thiết bị thí nghiệm để có thể tiến hành các thí nghiệm
theo q trình dạy học u cầu.
- Sử dụng các thí nghiệm với các thiết bị thí nghiệm đã chế tạo trong tiến trình
dạy học giải quyết vấn đề sao cho kích thích được hứng thú, phát triển được
tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh.

13
Chương 3
XÂY DỰNG, HOÀN THIỆN CÁC TN, THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT
SỐ KIẾN THỨC VỀ “SĨNG CƠ” VẬT LÍ 12 NHẰM PHÁT HUY
TÍNH TÍCH CỰC SÁNG TẠO CỦA HS

Trong chương này chúng tơi trình bày các vấn đề: xây dựng hồn thiện các TBTN
và thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức về Sóng cơ - Vật lí 12 với việc sử
dụng các TBTN đã xây dựng, nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo và góp phần
nâng cao kết quả học tập của HS.
3.1. QUY TRÌNH XÂY DỰNG VÀ HỒN THIỆN TBTN TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

3.1.1. Các yêu cầu chung đối với TBTN phần sóng cơ
3.1.1.1. Yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật
3.1.1.2. Yêu cầu về mặt sư phạm
3.1.1.3. Yêu cầu về kinh tế
3.1.1.4. Yêu cầu về thẩm mĩ
3.1.1.5. Các yêu cầu đối với TBTN biểu diễn và thực tập
TBTN cần được chế tạo thành bộ, bộ phận quan trọng nhất có thể sử dụng với nhiều
phép đo với cùng mục đích TN hoặc thực hiện nhiều TN khác nhau trong cùng một
thời gian. TBTN cần đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của HS với vai trò là người
nghiên cứu, thực hiện được các phương án TN với giá trị đo dải rộng mà vẫn hoạt
động ổn định. VÍ dụ máy phát tần số kép có thể điều chỉnh được độ lệch pha giữa hai
nguồn với các giá trị bất kì từ 1 tới 360o, tần số thay đổi từ 1-200Hz, khoảng cách các
nguồn sóng điều chỉnh định lượng để thay đổi số vân giao thoa trong miền giao thoa.
Nguồn âm trong TBTN khảo sát hiện tượng Đốp-ple có thể thay đổi tần số khi khảo
sát các trường hợp khác nhau…
TBTN cần được chế tạo đơn giản, bằng vật liệu có độ bền cao để sử dụng tần suất

lớn khi sử dụng với vai trò TBTN thực tập. TBTN cần đáp ứng được yêu cầu cao nhất
về an toàn cho người sử dụng. Ví dụng với bộ TBTN khảo sát hiện tượng Đốp-ple, xe
chạy với tốc độ cao cần chạy trên giá có kích thước khơng q lớn, thiết kế chắc chắn,
đai truyền gọn gàng.
TBTN cần có sự lắp ghép cần được chế tạo dễ dạng lắp ráp, dễ dạng thu thập số
liệu. Với TBTN ghép nối máy tính cần được cài đặt phần mềm, ghép nối phần cứng
nhanh chóng tiện lợi. Ví dụ phần ghép nối máy tính của thí nghiệm khảo sát sóng cơ,
khảo sát hiện tượng Đốp-ple đều được ghép nối qua cổng USB.
3.1.2. Quy trình xây dựng TBTN trong dạy học vật lí
Quy trình tiến hành theo các giai đoạn sau:
- Xác định mục tiêu dạy học (học sinh cần đạt được kiến thức, kĩ năng và phát
triển tư duy gì, như thế nào trong quá trình chiếm lĩnh kiến thức)
Xác định lơgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức


14

-

Xác định các yêu cầu về khoa học, kĩ thuật, sư phạm, kinh tế và mĩ thuật của
thiết bị thí nghiệm đáp ứng hỗ trợ tổ chức hoạt động nhận thức học sinh theo
lơgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức và chức năng cần có của thí
nghiệm đó

Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm và thử nghiệm, kiểm tra trong thực nghiệm sư
phạm.
3.2. XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN CÁC TBTN TRUYỀN THỐNG VÀ KĨ THUẬT SỐ
NHẰM HỖ TRỢ DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC TRONG CHƯƠNG “ SĨNG CƠ ” VẬT LÍ 12

3.2.1. Xây dựng và hồn thiện TBTN giao thoa sóng nước

Để khắc phục các hạn chế của bộ TN hiện có ở các trường THPT, đồng thời đáp
ứng được yêu cầu hỗ trợ HS nghiên cứu hiện tượng giao thoa như nhà vật lí, chúng tơi
đã xây dựng TBTN giao thoa sóng nước gồm các TBTN thành phần như sau:
TBTN nguồn dao động
TBTN máy phát tần số kép
TBTN đèn hoạt nghiệm
Chúng tôi đã mô tả từng TBTN thành phần theo cùng một cấu trúc: Sự cần thiết
phải chế tạo TBTN, Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của TBTN, Kết quả thử nghiệm
đánh giá TBTN, Đề xuất sử dụng TBTN.
3.2.1.1. TBTN nguồn dao động
a) Sự cần thiết phải chế tạo TBTN nguồn dao động
Trên thế giới, TBTN giao thoa sóng nước của các hãng Pasco, Phywe; của một số
nước trong khu vực như Inđơnêxia có kết cấu khá phức tạp, cồng kềnh. Trên nguyên
tắc tạo sự dao động bằng trục cam tác động lên hai cần rung hoặc sử dụng khơng khí
bị nén giãn, hoặc sử dụng nước nhỏ giọt… Điểm chung nhau của các bộ TN này là
giá thành cao, không phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam và ít được sử dụng tại
Việt Nam.
Thực tế phổ thông, hầu hết được trang bị bộ TN giao thoa sóng nước với nguồn cần
rung sử dụng sự quay lệch tâm của một động cơ điện một chiều, khi quay với tốc độ n
(vòng/giây) tương ứng tạo ra dao động cưỡng bức với tần số f = n tác động lên cần
rung và tạo ra sóng lan truyền trên mặt nước trong khay nước của bộ TN.
Tất cả các TBTN giao thoa sóng nước hiện có trên thế giới và ở Việt Nam đều tạo
ra hai nguồn kết hợp bằng cách tách ra từ một nguồn. Như vậy, hai nguồn sóng này đã
là hai nguồn kết hợp (cùng tần số, độ lệch pha không đổi, cùng biên độ). Khi sử dụng
thiết bị này để khảo sát hiện tượng giao thoa sóng nước, người học đã nhận thấy ngay
hiện tượng giao thoa sóng nước trong một trường hợp đặc biệt, đơn giản nhất: hai
nguồn cùng tần số, biên độ, pha ban đầu. Với thiết bị thí nghiệm như vậy, vơ hình
chung, đã có sự áp đặt ngay từ ban đầu việc tạo ra hiện tượng giao thoa trong điều
kiện đặc biệt.
Dạy học phỏng theo con đường NCVL, thì khơng thể ngay từ đầu trình bày trước

HS một quá trình quá đặc biệt được tạo bởi hai nguồn cùng tất cả tần số, biên độ và
pha, nghĩa là ngay từ đầu đã định hướng HS phải quan sát vào chính q trình đặc biệt
này (mà trong thực tế thì hầu như khơng bao giờ con người gặp trong tự nhiên...).
Để tránh áp đặt sử dụng thí nghiệm mở đầu như vậy, chúng tôi đã đưa ra ý tưởng
thiết kế hai nguồn sóng độc lập, trên cơ sở đó tạo ra hiện tượng giao thoa sóng gần


15

với tự nhiên, với các tần số f1 và f2 của hai nguồn có thể được điều chỉnh khác nhau.
Chỉ khi điều chỉnh f1 thay đổi sao cho f 1=f2 thì quan sát thấy hiện tượng đặc biệt đó
(giao thoa) nghĩa là chỉ khi có hai nguồn kết hợp. Bộ TN như vậy sẽ tạo điều kiện cho
GV, HS chủ động, linh hoạt khảo sát hiện tượng, đáp ứng được các yêu cầu khác nhau
của QTDH. Qua nghiên cứu và thử nghiệm nhiều lần, đưa ra thực tế dạy học ở phổ
thơng, chúng tơi đã hồn thiện nguồn dao động đáp ứng được các yêu cầu dạy học của
TBTN.
Các yêu cầu đối với nguồn dao động
- Dao động ổn định chỉ theo phương thẳng đứng (Nhằm khắc phục nhược
điểm của nguồn sóng hiện có tại các trường THPT)
Tần số được xác định với độ chính xác tới 1Hz.
- Cần có hai nguồn có thể điều chỉnh tần số, biên độ một cách độc lập hoặc
điều chỉnh đồng thời (Hai nguồn sóng kết hợp)
- Tạo ra các sóng nước ổn định nhờ tiếp xúc của đầu cần rung và mặt nước.
Đầu cần rung cần có hình dạng và khối lượng thích hợp.
- Có thể dễ dàng chế tạo hàng loạt với giá thành thấp, hoạt động bền bỉ, dễ sửa
chữa.
b) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của TBTN nguồn dao động
TBTN nguồn dao động tạo ra hai nguồn dao động (nguồn sóng) trên mặt nước . Hai
nguồn sóng này có thể thay đổi tần số của mỗi nguồn một cách độc lập.
TBTN nguồn dao động có cấu tạo:

- Mỗi nguồn sóng sử dụng cuộn dây
có lõi thép kĩ thuật. Cần rung làm
bằng vật liệu sắt từ ở phần gần đầu
cuộn dây. Phần nối dài có chiều dài
15mm. Cuối cần rung có gắn khối
bán cầu nhỏ. Khối bán cầu được
tiếp xúc với mặt nước, khi cần
rung dao động, khối bán cầu sẽ tạo
trên mặt nước một sóng trịn.
Hình 3.1 Nguồn sóng sử dụng trong
- Hai nguồn sóng giống hệt nhau,
TN giao thoa sóng nước
mỗi nguồn được gắn tương ứng
trên một thanh kim loại .
Cách điều chỉnh:
- Khoảng cách giữa hai nguồn sóng có thể điều chỉnh được nhờ điều chỉnh góc
lệch giữa thanh kim loại trong khoảng từ 10 tới 100mm.
- Tần số của hai nguồn sóng có thể điều chỉnh chính xác từ 1Hz đến 200Hz
nhờ TBTN máy phát tần số kép (Sẽ mô tả ở phần 3.2.1.3)
c) Kết quả thử nghiệm đánh giá
Ưu điểm:
+ Khử bỏ được hiện tượng dao động ngang khi hoạt động.
+ Có thể điều chỉnh chính xác tần số dao động nhờ điều chỉnh tần số dòng điện
xoay chiều cung cấp bởi máy phát tần số sẵn có trong phịng TN.
+ Có thể điều chỉnh tần số từng nguồn.
+ Có thể thay đổi và đo được khoảng cách giữa các nguồn.


16

+ Có thể thay đổi độ lệch pha dao động giữa các nguồn (khi cùng tần số) và sử
dụng với máy phát tần số kép.
+ Đáp ứng được các yêu cầu nêu trên khi tổ chức dạy học theo logic tiến trình khoa
học xây dựng kiến thức theo con đường học như NCVL, phát huy tính tích cực và
sáng tạo của HS.
+ Chế tạo đơn giản, giá thành thấp. Hoạt động ổn định, điều chỉnh dễ dàng.
- Nhược điểm:
Chưa định lượng được biên độ dao động (vì biên độ nhỏ).
d) Đề xuất sử dụng
- Sử dụng cùng máy phát tần số có sẵn ở các trường hoặc sử dụng với máy phát tần
số kép (được nghiên cứu và trình bày trong LA) để mở rộng phạm vi sử dụng. Thay
thế cho các nguồn sóng nước hoạt động thiếu ổn định hiện có.
- Cần sử dụng với khay nước với chiều dày lớp nước tối thiểu từ 3 cm, thành khay
nước cần đặt nghiêng (nhằm giảm tối đa nhiễu sóng phản xạ từ thành và đáy khay
nước lên mặt nước).
Sử dụng trong tiến trình dạy học được đề xuất ở phần tiếp theo.
3.2.1.2. TBTN máy phát tần số kép
a) Sự cần thiết phải chế tạo TBTN máy phát tần số kép
Chúng tôi đã nghiên cứu và chế tạo bộ nguồn phát tần số kép (phần cứng) và phần
mềm điều khiển ghép nối thiết bị với máy vi tính để hiển thị rõ ràng và điều khiển dễ
dàng các tần số nguồn dao động, độ
lệch pha giữa hai nguồn, đáp ứng
được các yêu cầu của TBTN hỗ trợ
QTDH.
Các yêu cầu với máy phát tần số kép
- Tạo ra hai tín hiệu điện áp xoay
chiều (hai kênh riêng biệt) hình sin có
thể điều chỉnh và định lượng được tần
số, biên độ từng kênh một cách độc
lập hoặc đồng thời.

- Tín hiệu được hiển thị tần số trên
thiết bị. Có đèn báo chớp sáng mơ tả
trực quan tín hiệu điện áp cung cấp.
- Tạo ra hai tín hiệu điện áp xoay
chiều cùng tần số, có độ lệch pha có thể điều chỉnh được nhanh chóng (Cùng pha,
vng pha, ngược pha) và điều chỉnh giá trị theo từng độ.


- Tần số, độ lệch pha được điều chỉnh, hiển thị trên màn hình qua phần ghép nối
máy tính giúp cả lớp quan sát được dễ dàng.
b) Cấu tạo máy phát tần số kép
Hình 3.2 là sơ đồ khối cấu tạo của máy phát tần số kép.
Các thành phần cấu tạo nên máy phát tần số kép được đóng gọn trong hộp nhựa
chuyên dụng, đáp ứng quy chuẩn an toàn. Các nút điểu chỉnh nhẹ, dễ dàng, có hướng
dẫn bằng tiếng việt rõ ràng trên mặt máy.


17

Để thuận lợi cho việc sử dụng của GV, trên cơ sở các máy vi tính cài đặt các hệ
điều hành khác nhau tại các trường THPT, chúng tôi đã lựa chọn phương án ghép nối
máy tính thơng qua cổng chuyển đổi COM/USB, tương thích với tất cả các hệ điều
hành Windows (Windows XP, Windows 7, Windows 8: 32 hoặc 64bit). Giao diện hiển
thị của phần mềm ghép nối, điều khiển được thiết kế hướng đến phục vụ tốt nhất cho
việc quan sát thu thập số liệu của HS và việc thiết kế tiến trình dạy học đa dạng (Cho
nhiều nội dung, nhiều tình huống thực dạy) dành cho GV.
Phần mềm điều khiển thiết bị được lập trình riêng biệt, được thử nghiệm và cải
tiến liên tục đáp ứng yêu cầu dạy học (Hiện nay là phiên bản 1.0.05). Phần mềm được
hướng dẫn đầy đủ bằng tiếng Việt, thuận lợi cho các GV khi cài đặt.
Hình 3.3 gồm hai phần: Máy phát tần số kép (bên trái) được ghép nối truyền thơng

với máy tính, hiển thị trên màn hình là giao diện phần mềm điều khiển máy phát tần
số kép.
c)
Kết quả thử nghiệm và
đánh giá
Máy phát tần số kép đã được
chế tạo có các tính năng đúng
như thiết kế: Tạo ra dao động
điện tuần hoàn với tần số phát
tùy ý nhảy bậc từ 1 tới 200Hz,
biên độ điện áp tối đa 24V,
cường độ dịng điện hiệu dụng
Hình 3.3 Hình ảnh máy phát tần số kép đã được ghép
tối đa đạt tới 1A. Máy phát được
nối máy tính
thiết kế bộ phận bảo vệ tự động
ngắt khi quá tải và khôi phục lại dễ dàng.
Đầu ra có hai kênh có thể điều chỉnh hồn tồn độc lập, hoặc có thể hoạt động ở
chế độ nguồn kết hợp, ở chế độ này người sử dụng có thể điều chỉnh tần số của hai
kênh, điều chỉnh độ lệch pha dao động giữa hai kênh tùy ý từ 0 0 tới 3600 hoặc điều
chỉnh nhanh các mức cùng pha, vuông pha, ngược pha. Việc điều khiển được hiển thị
rõ ràng trên mặt máy phát và đồng thời hiển thị rõ ràng trên màn hình máy tính được
ghép nối với máy phát.
d) Đề xuất sử dụng
- Sử dụng cùng TBTN nguồn dao động (3.2.1.1).
- Sử dụng trong tiến trình dạy học được đề xuất ở phần tiếp theo.
3.2.1.3. TBTN đèn hoạt nghiệm
a) Sự cần thiết phải chế tạo đèn hoạt nghiệm
Trong QTDH các kiến thức vật lí thuộc chương trình vật lí THPT, có nhiều q
trình diễn ra rất nhanh như sự rơi tự do, các q trình dao động tuần hồn, q trình

lan truyền sóng, hiện tượng giao thoa sóng cơ…. Chúng được trình bày trên cơ sở các
quan sát, đo đạc bằng thực nghiệm. Tuy nhiên do các quá trình này diễn ra rất nhanh
nên ta khó hay khơng thể quan sát được, nhưng việc này lại hết sức cần thiết để từ đó
là cơ sở giúp HS khám phá bản chất các hiện tượng, từ trực quan sinh động, Trong
thực tế dạy học hiện nay, việc sử dụng các dụng cụ đo gián tiếp, các phương án TN


18

giúp phản ánh được các dấu hiệu bản chất của hiện tượng vật lí đã được thực hiện và
có nhiều tác động tích cực tới hiệu quả dạy học.
Trong QTDH chương sóng cơ, việc cho HS quan sát hiện tượng giao thoa sóng,
sóng dừng bằng thực nghiệm đã được thực hiện, tuy nhiên với các kết quả quan sát
được qua các TN đang được thực hiện ở các trường phổ thông mới chỉ dừng lại ở các
quan sát sơ bộ về hiện tượng mà chưa cho HS thấy được các dấu hiệu bản chất của
hiện tượng
Một trong các phương pháp nghiên cứu các quá trình cơ học diễn biến nhanh nói
chung và dao động tuần hồn có tần số lớn nói riêng là sử dụng hiệu ứng hoạt nghiệm
Các yêu cầu đối với đèn hoạt nghiệm
- Có cường độ sáng đủ lớn để hiệu ứng hoạt nghiệm quan sát được
- Điều chỉnh được thời gian sáng tắt.
- Hoạt động ổn định, giá thành thấp.
b)
Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của TBTN đèn hoạt nghiệm
Chúng tôi lựa chọn phương án sử dụng nguồn sáng là đèn LED siêu sáng sẵn có
trên thị trường, đèn hoạt động nhờ một nguồn hoạt nghiệm được sử dụng vi điều
khiển (Tín hiệu cung cấp đã được số hóa), có thể điều chỉnh được tần số, thời gian
đèn sáng (Ts) và thời gian giữa hai chớp
sáng liên tiếp (thời gian tắt sáng Tt ).
Sử dụng đèn hoạt nghiệm trong dạy

học Sóng cơ
Để sử dụng đèn hoạt nghiệm trong dạy
học, bước đầu tiên cần cho HS nắm được
phương pháp hoạt nghiệm là gì, ưu và
nhược điểm của phương pháp hoạt
nghiệm trong nghiên cứu các quá trình vật
lí. Phần hướng dẫn này GV có thể thơng
qua một số bài tập tính tốn chu kì biểu
kiến của dao động điều hịa được quan sát
Hình 3.5 Bộ TN đèn hoạt nghiệm
bởi các chớp sáng hoạt nghiệm khi đã biết
chu kì chớp sáng, chu kì dao động của
vật, qua đó HS làm quen với việc xác định kết quả chuyển động thực của vật qua các
kết quả thu được bởi việc quan sát biểu kiến, đo chu kì biểu kiến.
3.2.1.4. Các TN có thể tiến hành với TBTN giao thoa sóng nước
TBTN giao thoa sóng nước gồm 3 TBTN thành phần (TBTN nguồn dao động,
TBTN máy phát tần số kép, TBTN đèn hoạt nghiệm) được sử dụng phối hợp để tiến
hành được 8 TN:
Thí nghiệm 1: Khảo sát độ lệch pha giữa các dao động, ý nghĩa của độ lệch pha
với các dao động khác nhau.
- Thí nghiệm 2: Khảo sát đặc trưng vật lí và sinh lí của sóng âm: Độ cao, độ
to.
- Thí nghiệm 3: Khảo sát giao thoa sóng nước.
- Thí nghiệm 4: Kiểm chứng hệ quả của lí thuyết giải thích hiện tượng giao
thoa.
- Thí nghiệm 5: Khảo sát điều kiện để có hiện tượng giao thoa.


19

Thí nghiệm 6: Xác định bước sóng, tốc độ truyền sóng dựa trên hiện tượng
giao thoa sóng nước.
Thí nghiệm 7: Khảo sát sự dao động của các phần tử mặt nước trong hiện tượng
giao thoa sóng nước.
Thí nghiệm 8: Sử dụng máy phát tần số kép với chức năng nguồn phát đèn
hoạt nghiệm trong khảo sát dao động của phần tử dây khi có sóng dừng.
Chúng tơi đã mơ tả cụ thể từng TN theo cấu trúc: Mục đích TN, dụng cụ TN, bố
trí dụng cụ TN, tiến hành TN, quan sát hiện tượng, thu thập số liệu, phân tích xử lí
thơng tin, số liệu rút ra kết luận.
3.2.3. Chế tạo thiết bị khảo sát hiệu tượng Đốpple
3.2.3.1. Sự cần thiết phải chế tạo bộ thiết bị khảo sát định lượng hiện tượng Đốp-ple:
Hiện nay, tại các trường THPT không có bộ TBTN khảo sát định lượng hiện tượng

Đốp-ple.
Khi dạy học bài “Hiệu ứng Đốp-ple” theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức
của học sinh, cần sử dụng TBTN
Thực hiện khảo sát được các trường hợp: Nguồn âm chuyển động so với máy
thu, máy thu chuyển động so với nguồn âm.
-Thu thập được các dữ liệu thực nghiệm: Tốc độ dịch chuyển của nguồn âm (hoặc
máy thu) với độ chính xác cao; Tần số nguồn âm và tần số âm thu được bởi máy thu.
- Thay đổi được các thông số:
Tần số nguồn âm; Tốc độ dịch
chuyển của xe gắn nguồn âm hoặc
máy thu.
Số liệu thu thập được phải
được HS (dưới sự hướng dẫn của
GV) xử lý, được hiển thị và cho
kết luận rõ ràng về hiện tượng.

biểu diễn, quan sát dễ dàng, thu thập số liệu nhanh chóng, đảm bảo thành cơng ngay.

Thiết kế gọn, có thể mở rộng các tác dụng đo cho nhiều đối tượng học sinh thực
hiện trong thí nghiệm thực tập.
Chúng tơi đã chế tạo được bộ TBTN ghép nối máy tính đáp ứng các yêu cầu
đặt ra. Có thể sử dụng bộ thiết bị trong các TN sau:
TN1: kiểm chứng thực nghiệm công thức hiệu ứng Đơp-ple (được rút ra bằng suy luận
lí thuyết) khi biết tốc độ truyền âm v theo công thức (1) trong SGK vật lí 12, trong đó dấu

(
và (-) ứng với hai chiều chuyển động đi về của xe.
TN2: Khảo sát hiệu ứng Đốp-ple tổng quát, phát triển thành TN nghiên cứu cho
học sinh chuyên lí THPT, sử dụng trong ôn luyện phần thực nghiệm.


20
3.3. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ”
TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG CÁC PTDH TRUYỀN THỐNG VÀ HIỆN ĐẠI ĐÃ ĐƯỢC XÂY
DỰNG VÀ HOÀN THIỆN
Vận dụng lí luận dạy học giải quyết vấn đề bằng con đường suy luận lí thuyết, trên cơ sở
các TBTN thực tập đã chế tạo, chúng tôi tiến hành soạn thảo tiến trình dạy học 4 nội dung kiến
thức của chương “Sóng cơ”. Ví dụ trong Hình là Sơ đồ lơgic tiến trình khoa học xây dựng kiến
thức “Giao thoa sóng cơ”
Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết và phát biểu vấn đề nghiên cứu
Sử dụng TN 3
+ Khi tần số 2 nguồn khác nhau: HS quan sát thấy trên mặt nước có các gợn sóng có dạng đường cong đang
dịch chuyển từ nguồn này sang nguồn khác.
+ Thay đổi tần số tới khi tần số hai nguồn bằng nhau, mặt nước ổn định với các gợn sóng có vị trí cố định.

Phát biểu vấn đề cần giải quyết
Để mặt nước có hình ảnh ổn định theo thời gian, các sóng cần có điều kiện gì? Khi xảy ra hiện
tượng có hình ảnh ổn định, sóng trên mặt nước có những đặc điểm gì?

Giải quyết vấn đề
Đề xuất giải pháp: theo con đường suy luận lí thuyết
Giao thoa là do sự tổng hợp của hai sóng trên mặt nước. Sử dụng lí thuyết tổng hợp dao động và phương trình sóng
sẽ giải thích được sự tổng hợp sóng. Để có sóng ổn định (biên độ khơng đổi theo thời gian) thì hai sóng tới điểm xét
phải cùng tần số và độ lệch pha khơng đổi.
- Viết phương trình sóng tới u1 do nguồn 1 truyền tới M, u2 do B truyền tới M. Viết phương trình sóng tổng hợp tại
M. uM = u1 + u2 từ đó suy ra đặc điểm của biên độ dao động tại M.
Kết quả:
- Tại từng điểm trên mặt nước, phần tử nước dao động tuần hồn cùng tần số với nguồn, có biên độ phụ thuộc vào vị
trí điểm xét so với vị trí của hai nguồn. (1)
- Quỹ tích các điểm có cùng biên độ được xác định qua biểu thức: d 2
- Có quỹ tích các điểm sóng có biên độ cực đại ứng với
K k

d1 K
0, 1, 2,... (2)

- Có quỹ tích các điểm khơng dao động ứng với
K ( k 0, 5) (3)
Trực quan hóa: Dùng phần mềm mơ phỏng cho HS quan sát hình ảnh (ứng với một vài điều kiện cụ thể)

Làm thế nào kiểm nghiệm bằng thực nghiệm kết luận được suy ra từ suy luận lí thuyết?
Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết nhờ TN Nội
dung kiểm nghiệm:
- Điều kiện có giao thoa: Khi hai nguồn cùng tần số, độ lệch pha giữa hai nguồn không đổi, môi trường trường
truyền sóng ổn định thì mặt nước có giao thoa. Khi khác tần số hoặc độ lệch pha 2 nguồn thay đổi theo thời gian,
hoặc tính chất mơi trường truyền thay đổi theo thời gian thì khơng xảy ra giao thoa.
- Đặc điểm của hiện tượng giao thoa: Biên độ dao động mỗi điểm không đổi, tần số dao động các điểm bằng tần số
của nguồn, các vân giao thoa có dạng hypecbol

Kiểm tra trực tiếp: Kiểm tra bằng TN sử dụng đèn hoạt nghiệm
Kiểm tra qua hệ quả: Sử dụng TN: Thiết kế phương án+ Thực hiện TN 3, 4, 5, 7 (mục 3.2.1.4)

Hãy rút ra kết luận về điều kiện xảy ra hiện tượng giao thoa và đặc điểm hình ảnh mặt
nước khi có hiện tượng giao thoa
Kết luận
- Điều kiện để có hiện tượng giao thoa: Các sóng kết hợp được phát đi từ các nguồn cùng tần số, có độ lệch
pha khơng đổi.
- Vùng hai sóng kết hợp gặp nhau, mặt nước ổn định với các vân cực đại, cực tiểu xen kẽ có dạng đường
hypebol, hiện tượng đó gọi là hiện tượng giao thoa.


21
Chương 4
THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
4.1. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

4.1.1. Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm
Việc tiến hành TNSP ở trường THPT nhằm mục đích:
Kiểm nghiệm tính khả thi của các tiến trình dạy học đã soạn thảo nói chung và của
các TBTN nói riêng, để từ đó, bổ sung, chỉnh sửa các tiến trình dạy học và cải tiến,
hồn thiện tiếp các TBTN đã chế tạo.
Bước đầu đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học nói chung và của hệ thống TBTN nói
riêng đối với việc phát triển tính tích cực, tính tự lực và năng lực sáng tạo của HS.

Sơ bộ đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo nói chung và của các
TBTN nói riêng và đối với việc nâng cao chất lượng kiến thức của HS.
TNSP có các nhiệm vụ sau:
- Đánh giá tính khả thi của TBTN đã xây dựng và tính khả thí của các thí
nghiệm được tiến hành với các thiết bị thí nghiệm đó theo quan điểm dạy

học vật lí như nghiên cứu vật lí.
Đánh giá tính khả thi của 4 tiến trình dạy học đã soạn thảo.
- Sơ bộ đánh giá hiệu quả của các TBTN đã xây dựng và các tiến trình dạy học
đã soạn thảo với việc phát huy tính tích cực, tự lực, phát triển năng lực sáng
tạo (theo quan điểm dạy học vật lí như nghiên cứu vật lí) và góp phần nâng
cao chất lượng kiến thức của học sinh.
4.1.2. Đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm
Đối tượng TNSP là các HS lớp 12 trường THPT trong tiến trình dạy học một số
kiến thức phần sóng cơ.
Các phương pháp TNSP gồm:
Điều tra trước và sau TNSP trên diện rộng HS.
Theo dõi, quan sát trực tiếp GV và HS trong các giờ dạy TNSP.
Phân tích qua băng ghi hình các giờ dạy TNSP.
- Trình bày các kết quả nghiên cứu và tham vấn ý kiến của các giáo viên
THPT có kinh nghiệm lâu năm trong dạy học, qua đó điều chỉnh TBTN cũng
như tiến trình dạy học cho phù hợp với yêu cầu thực tế THPT.
- Phân tích định lượng bằng phương pháp thống kê điểm số sau bài kiểm tra
cuối chương.
4.1.3. Thời gian, địa điểm và công tác chuẩn bị thực nghiệm sư phạm
Việc TNSP được thực hiện trong hai năm học: vòng 1 năm học 2010- 2011, vòng 2
năm học 2011-2012.
TNSP được tiến hành ở 2 trường THPT của Thành phố Thái Nguyên: THPT Giang
Thép và THPT Đại Từ.
Ở mỗi vòng TNSP và tại mỗi trường, chúng tôi đều chọn cách thức thực nghiệm là có
lớp thực nghiệm được dạy học theo các phương án đã thiết kế và lớp đối chứng được dạy


22

học theo cách thức bình thường. Cách làm này thực hiện trong khi học chương “Sóng

cơ". Việc chọn các lớp HS được dựa trên cơ sở kết quả học tập của HS trong hai năm
học trước (lớp 10 và lớp 11) đối với mơn Tốn và Vật lí, sao cho trình độ HS ở các
lớp gần tương đương nhau.
Trong khi tiến hành tiết dạy, chúng tôi dự giờ ở cả hai nhóm thực nghiệm và đối
chứng, ghi chép diễn biến giờ học, chụp ảnh, quay phim tiến trình dạy học.
Cuối mỗi đợt thực nghiệm, chúng tôi tổ chức kiểm tra cùng một đề cả hai nhóm
thực nghiệm và đối chứng.
Trong q trình thực nghiệm, chúng tơi tiến hành phỏng vấn, trao đổi với giáo viên
và học sinh về phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chức dạy học, thu thập các góp
ý, kiến nghị của học sinh và giáo viên để rút kinh nghiệm và điều chỉnh kịp thời.
Sau khi thu thập đủ số liệu, chúng tơi xử lí, phân tích, đánh giá kết quả các bài kiểm
tra bằng phương pháp thống kê mô tả và phương pháp thống kê kiểm định.
4.2. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

4.2.1. Xây dựng các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
Chúng tôi xem xét các yếu tố sau qua TNSP:
1. Về tính khả thi của các TBTN đã xây dựng so với yêu cầu đã đề ra, đặc biệt
ở hai khía cạnh là khoa học- kĩ thuật và sư phạm.
Thời gian trung bình để lắp ráp điều chỉnh TBTN. Đây là biểu hiện để đánh giá khả
năng đáp ứng yêu cầu về mặt kĩ thuật của các TBTN trong dạy học trên lớp.
Tỉ lệ HS quan sát ghi nhận được quá trình biến đổi các đại lượng vật lí qua TN.
Đây là biểu hiện để xem xét khả năng đáp ứng yêu cầu sư phạm của các TBTN trong
dạy học trên lớp.
Chúng tôi quan sát và đếm số HS không quan sát được qua biểu hiện phải hỏi bạn
bè, di chuyển vị trí, phỏng vấn nhanh HS ở cuối lớp....
Tỉ lệ số HS đề xuất yêu cầu phương án đo mới khi sử dụng TBTN. Đây là dấu hiệu quan
trọng giúp có căn cứ để đánh giá việc hiệu quả việc phát huy tính tích cực hoạt động của
HS, đồng thời cũng đánh giá được tác dụng của TBTN trong việc tạo điều kiện để HS bộc
lộ những ý tưởng sáng tạo, ý tưởng thay đổi những cách thức hoạt động cũ.

2. Về tính khả thi của tiến trình dạy học đã xây dựng, việc đánh giá yếu tố này
căn cứ theo các biểu hiện:
Tỉ lệ HS tiếp nhận nhiệm vụ. Đây là dấu hiệu xem xét tính tích cực của HS trong
việc huy động họ tham gia vào giờ học; sự quan tâm của HS đến vấn đề được đưa ra.
Tỉ lệ HS đề xuất giải pháp thực hiện. Đây là dấu hiệu để đánh giá về khả năng phát
huy tính tích cực và sáng tạo ở các cá nhân HS: sự say mê, quan tâm đến vấn đề đặt
ra, sự xoay trở tìm cách thực hiện nhiệm vụ. Dấu hiệu này cũng cho phép thấy sự phát
triển năng lực sáng tạo của HS thông qua việc bộc lộ các ý tưởng sáng tạo trong việc
giải quyết các vấn đề học tập.
Tỉ lệ HS thực hiện xử lí số liệu. Đây cũng là dấu hiệu giúp đánh giá tính tích cực của HS
trong việc tham gia hoạt động TN một cách trọn vẹn từ việc tiếp nhận vấn đề cho đến giai


23

đoạn xử lí số liệu để kết luận vấn đề (chứ không chỉ làm qua loa cho biết hiện tượng). Qua
đó để đánh giá về mức độ hồn thành và trách nhiệm của HS trước nhiệm vụ được giao.

Tỉ lệ HS tranh luận, trao đổi. Dấu hiệu này để xem xét tính tích cực hoạt động tập
thể của HS trong học tập.
Các biểu hiện của tính tích cực nhận thức của HS trong giờ học được thống kê theo
các tiêu chí: Mức độ hoạt động của HS (4 mức độ); Sự tập trung chú ý của HS (4 mức
độ ), chúng tơi thống kê và tính theo số lượng % làm cơ sở để đánh giá.
3. Kết quả học tập của HS
Chúng tôi sơ bộ đánh giá kết quả học tập của HS qua đợt TNSP thông qua việc
đánh giá điểm số mà HS đạt được khi thực hiện bài kiểm tra cuối chương.
Bài kiểm tra thực hiện trong 45 phút với 25 câu hỏi (đề kiểm tra ở phụ lục 2).
Chúng tơi đã phân tích tiến trình dạy học từng bài cụ thể trong q trình TNSP
nhằm có kết quả đánh giá định tính TNSP
Kết quả định lượng về mức độ thu nhận kiến thức của học sinh được phản hồi qua

kết quả bài kiểm tra cuối đợt TNSP, từ đó biết được khả năng vận dụng kiến thức đã
có vào giải bài tập, giải thích hiện tượng trong thực tế.
Phân tích kết quả định lượng cho thấy việc tổ chức tiến trình dạy học chương “Sóng
cơ” theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh đã đem lại hiệu quả bước
đầu trong việc nâng cao kết quả học tập của học sinh.
TNSP nhằm mục đích đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học đã soạn thảo.
Việc đánh giá được thực hiện trên hai bình diện: Xem xét khả năng phát triển hoạt
động tích cực, tự lực và sáng tạo của HS thông qua việc giải quyết các vấn đề lí thuyết
và các vấn đề thực nghiệm; đánh giá về chất lượng kiến thức của HS. TNSP cũng giúp
đánh giá tính khả thi của TBTN đã chế tạo.
Kết quả hai vòng thực nghiệm sư phạm tại 2 trường THPT trong hai năm học 2010
- 2011, 2011- 2012 cho thấy:
Các tiến trình dạy học là khả thi, đáp ứng được việc thực hiện các mục tiêu dạy học
mới nhưng vẫn phù hợp với tình hình dạy học hiện tại và tương lai gần về mặt thời
gian và cách thức tố chức dạy học.
Các TBTN được chế tạo đáp ứng được các yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật, sư phạm,
kinh tế, thẩm mĩ được sử dụng tạo ra nhiều cứ liệu thực nghiệm phong phú, đem lại hiệu
quả tốt trong việc phát triến tính tích cực, tự lực và năng lực sáng tạo của HS.

Các kết quả về mặt điểm số, thông qua các phân tích thống kê, phần nào cho thấy ý
nghĩa của việc tác động theo phương pháp dạy học mới đối với mục tiêu nâng cao kết
quả học tập của HS.