Luận văn Thạc sĩ Khoa học giáo dục: Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học “Sóng âm” Vật lý 12 theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

THÁI NGUYÊN - 2015

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN HỮU TOÀN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC “SÓNG ÂM” VẬT LÝ 12 THEO HƢỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC VÀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH Chuyên ngành: Lí luận và phƣơng pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 60.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ANH THUẤN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

THÁI NGUYÊN - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này

là trung thực và chƣa hề đƣợc sử dụ .

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này

đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đƣợc chỉ rõ

nguồn gốc.

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Hữu Toàn

i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này đƣợc hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn tận tình của Tiến sĩ

Nguyễn Anh Thuấn. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những ngƣời

Thầy của mình đã từng bƣớc hƣớng dẫn và giúp đỡ tác giả trong nghiên cứu

khoa học.

Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Sau đại học trƣờng ĐHSP -

ĐHTN đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập

và làm luận văn.

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Vật lí trƣờng ĐHSP -

ĐHTN đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ và chỉ dẫn về mặt chuyên môn trong quá

trình tác giả nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Xin cảm ơn Ban giám hiệu và Tổ lý - hóa trƣờng THPT Chu Văn An

tỉnh Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian học tập,

nghiên cứu và tiến hành thực nghiệm sƣ phạm.

Tác giả

Nguyễn Hữu Toàn

ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... ii

MỤC LỤC .......................................................................................................... iii

NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN ............................................... iv

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, HÌNH .................................... v

MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1

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

2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ....................................................................... 2

3. Giả thuyết khoa học của đề tài ........................................................................ 3

4. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài ...................................................................... 3

5. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài ...................................................................... 3

6. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài ................................................................. 4

7. Đóng góp của đề tài ......................................................................................... 4

8. Cấu trúc của luận văn ...................................................................................... 4

PHẦN NỘI DUNG .............................................................................................. 5

Chƣơng 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở

TRƢỜNG PHỔ THÔNG ...................................................................... 5

1.1. Phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học vật lí .............................. 5

1.1.1. Tính tích cực học tập của học sinh ............................................................ 5

1.1.2. Những biểu hiện của tính tích cực học tập của học sinh ........................... 6

1.1.3. Những tiêu chí đánh giá tính tích cực học tập của học sinh ...................... 7

1.1.4. Các biện pháp phát huy tính tích cực học tập của học sinh ...................... 8

1.2. Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí .................... 9

1.2.1. Khái niệm năng lực sáng tạo ..................................................................... 9

1.2.2. Những biểu hiện của năng lực sáng tạo của học sinh ............................... 9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

iii

1.2.3. Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo của học sinh ................................... 10

1.2.4. Các biện pháp phát triển năng lực sáng tạo của học sinh ........................ 11

1.3. Phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

trong dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề ........................................ 14

1.3.1. Một số khái niệm ..................................................................................... 14

1.3.2. Cấu trúc của dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề .............................. 17

1.3.3. Tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát hiện và giải

quyết vấn đề bằng con đƣờng thực nghiệm .......................................... 19

1.4. Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trƣờng

trung học phổ thông theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát

triển năng lực sáng tạo của học sinh ..................................................... 21

1.4.1. Vai trò của thiết bị thí nghiệm vật lí ở trƣờng trung học phổ thông ....... 21

1.4.2. Xây dựng thiết bị thí nghiệm vật lí theo hƣớng phát huy tính tích

cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh .................................. 24

1.4.3. Sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí theo hƣớng phát

huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh ............. 27

1.5. Kết luận chƣơng 1....................................................................................... 31

Chƣơng 2. XÂY DỰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM SÓNG ÂM ĐỂ

SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 12 ..................................... 33

2.1. Mục tiêu kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm cần tiến hành .................... 33

2.1.1. Mục tiêu kiến thức, kĩ năng ..................................................................... 33

2.1.2. Các thí nghiệm cần tiến hành .................................................................. 34

2.2. Xây dựng thiết bị thí nghiệm để sử dụng trong dạy học “Sóng âm” ......... 34

2.2.1. Sự cần thiết phải xây dựng thiết bị thí nghiệm sóng âm ......................... 34

2.2.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị thí nghiệm sóng âm ......... 36

2.2.3. Các thí nghiệm có thể tiến hành với thiết bị thí nghiệm sóng âm ........... 38

2.3. Tiến trình dạy học “Sóng âm” theo hƣớng phát huy tính tích cực và

phát triển năng lực sáng tạo của học sinh .............................................. 54

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

iv

2.4. Kết luận chƣơng 2....................................................................................... 62

Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM....................................................... 63

3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm ...................................... 63

3.2. Đối tƣợng và nội dung của thực nghiệm sƣ phạm ..................................... 63

3.3. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm ........................................................... 64

3.4. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm .................................................................... 65

3.5. Kết luận chƣơng 3....................................................................................... 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 76

v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

DHPH : Dạy học phát hiện

GQVĐ : Giải quyết vấn đề

GV : Giáo viên

HS : Học sinh

NLST : Năng lực sáng tạo

PPDH : Phƣơng pháp dạy học

QTDH : Quá trình dạy học

TBTN : Thiết bị thí nghiệm

THPT : Trung học phổ thông

TN : Thí nghiệm

TNSP : Thực nghiệm sƣ phạm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

iv

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, HÌNH

Bảng:

Bảng 3.1. Số liệu HS các nhóm thực nghiệm và đối chứng ........................... 64

Bảng 3.2. Bảng thống kê điểm số (Xi) của bài kiểm tra................................. 69

Bảng 3.3. Bảng phân phối tần suất ................................................................. 70

Bảng 3.4. Bảng phân phối tần suất lũy tích .................................................... 71

Biểu đồ:

Biểu đồ 3.1. Biểu đồ phân bố điểm của hai nhóm TN và ĐC ....................... 69

Đồ thị:

Đồ thị 3.1. Đồ thị phân phối tần suất ............................................................. 70

Đồ thị 3.2. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích ............................................... 71

Hình:

Hình 1.1. Chu trình sáng tạo khoa học theo V.G. Razumôpxki ................... 11

Hình 1.2. Sơ đồ tóm tắt tiến trình DHPH và GQVĐ .................................... 19

Hình 1.3. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con

đƣờng thực nghiệm trong DHPH và GQVĐ ................................. 20

Hình 2.1. Thiết bị thí nghiệm sóng âm .......................................................... 36

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của thiết bị thí nghiệm ..................... 38

Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm kháo sát dao động âm với các nguồn

âm khác nhau ................................................................................. 39

Hình 2.4. Dạng đồ thị đƣờng biểu diễn dao động âm ứng với các

nguồn âm khác nhau: a. Nguồn nhạc âm (Loa) ............................ 40

Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát dải tần nghe đƣợc của tai ngƣời ....... 40

Hình 2.6. Đồ thị dao động âm ứng với âm có tần số khác nhau ................... 42

v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

http://www.lrc.tnu.edu.vn

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Nƣớc ta đang bƣớc vào giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa với mục

tiêu đến năm 2020 Việt Nam sẽ cơ bản trở thành một nƣớc công nghiệp. Nhân

tố quyết định thắng lợi của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội

nhập quốc tế là con ngƣời, việc này cần đƣợc bắt đầu từ giáo dục phổ thông mà

trƣớc hết đó là một hệ thống phẩm chất và năng lực đƣợc hình thành trên một

nền tảng kiến thức kĩ năng đầy đủ và vững chắc. Trong nên giáo dục đó, QTDH

phải phát huy đƣợc tính tích cực, chủ động của ngƣời học để đào tạo ra những

ngƣời lao động có khả năng sáng tạo, thích ứng nhanh với những yêu cầu,

những đòi hỏi của thời kỳ mới. Do vậy, đổi mới nội dung và PPDH là vấn đề

mang tính thời sự. Từ nghị quyết Trung ƣơng 4 khóa VII (tháng 1 năm 1993),

nghị quyết Trung ƣơng 2 khóa VIII (tháng 12 năm 1996) đến Nghị quyết Hội

nghị lần thứ II Ban chấp hành Trung ƣơng Đảng Cộng Sản Việt Nam khóa VIII

năm 1997 đều khẳng định: “Phải đổi mới phương pháp 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 QTDH,

đảm bảo điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho HS” [4, tr.6]. Điều đó

đã đƣợc thể chế hóa trong điều 28 Luật giáo dục năm 2005 và đƣợc cụ thể hóa

trong các chỉ thị của Bộ giáo dục và đào tạo, đặc biệt là chỉ thị số 14 (tháng 4

năm 1999).

Có thể nói cốt lõi của đổi mới dạy và học là hƣớng tới hoạt động học tập

chủ động, phát huy tính tích cực của HS. Vì vậy, hiện nay toàn ngành giáo dục

đã và đang từng bƣớc đổi mới mạnh mẽ về nội dung và PPDH nhƣ thiết kế lại

chƣơng trình và nội dung sách giáo khoa, đổi mới PPDH, tăng cƣờng thiết bị và

phƣơng tiện dạy học… Bộ môn vật lí cũng không nằm ngoài những bƣớc đổi

mới đó. Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, con đƣờng tìm ra kiến thức vật lí

cũng có những điểm khác biệt so với những môn học khác. Muốn QTDH vật lí

diễn ra vừa khoa học, vừa phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của HS thì

bài học không thể thiếu các bài TN thực hành.

Tuy nhiên thực tiễn giảng dạy trong nhà trƣờng phổ thông hiện nay cho

thấy, các TN đƣợc cung cấp không đủ về cả chủng loại và số lƣợng, chất lƣợng

thiết bị không cao, việc sử dụng thiết bị TN trong các bài giảng còn hạn chế do

nhiều nguyên nhân, trong đó có một nguyên nhân là giới hạn về mặt nghiên

cứu của TN… Điều này dẫn tới những khó khăn nhất định cho GV và HS trong

quá trình dạy và học, làm giảm tính hấp dẫn của bộ môn vật lí đối với HS,

không phát huy đƣợc tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS.

Nhƣ vậy, lí luận và thực tiễn đã chỉ ra rằng các TN thực hành vật lí đóng

vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình giảng dạy.

Trong chƣơng trình vật lí phổ thông, kiến thức liên quan đến “Sóng âm”

là một phần kiến thức cơ bản của cơ học. Tuy nhiên khi dạy học kiến thức về

âm ở trƣờng phổ thông thì lại gặp rất nhiều khó khăn vì sóng âm là hiện tƣợng

không thể trực tiếp quan sát bằng mắt thƣờng và chƣa có TBTN để có thể tiến

hành đầy đủ các TN vật lí cần thiết khi dạy học học các kiến thức này. Hiện tại

ở trƣờng phổ thông chỉ có duy nhất một TBTN xác định tốc độ truyền âm trong

không khí nhờ hiện tƣợng sóng dừng song độ chính xác của kết quả thu đƣợc

còn chƣa cao, đồng thời chƣa có TBTN nào nghiên cứu các tính chất các của

sóng âm, cũng nhƣ mối liên hệ giữa các đặc trƣng sinh lí (độ cao, độ to, âm

sắc) với các đặc trƣng vật lí của âm (tần số, mức cƣờng độ âm, dạng đồ thị dao

động âm).

Chính vì vậy, chúng tôi đã thực hiện đề tài: "Xây dựng và sử dụng thiết

bị thí nghiệm trong dạy học “Sóng âm” vật lí 12 theo hướng phát huy tính

tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh".

2. Mục đích nghiên cứu của đề tài

Xây dựng (thiết kế, chế tạo) TBTN sóng âm đáp ứng các yêu cầu về mặt

kĩ thuật, về mặt sƣ phạm và sử dụng TBTN này trong dạy học “Sóng âm” vật lí

12 theo hƣớng phát huy tính tích cực, phát triển NLST của HS.

3. Giả thuyết khoa học của đề tài

Nếu xây dựng đƣợc TBTN sóng âm đáp ứng các yêu cầu về mặt kĩ thuật,

về mặt sƣ phạm và sử dụng TBTN này trong dạy học “Sóng âm” vật lí 12 thì sẽ

phát huy đƣợc tính tích cực, phát triển đƣợc NLST của HS trong học tập.

4. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài

- Quá trình dạy và học kiến thức “Sóng âm” trong chƣơng trình vật lí 12.

- TBTN đƣợc sử dụng trong quá trình dạy và học kiến thức “Sóng âm”.

5. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Để đạt đƣợc mục tiêu đề ra, nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Nghiên cứu lí luận dạy học hiện đại về việc tổ chức hoạt động nhận

thức tích cực của HS trong dạy học vật lí, nhất là lí luận về dạy học GQVĐ và

qui trình xây dựng, sử dụng TBTN trong QTDH các kiến thức vật lí theo quan

điểm lí luận dạy học hiện đại.

- Xác định nội dung kiến thức, kĩ năng mà HS cần nắm vững khi học

kiến thức “Sóng âm”. Từ đó, xác định những TN cần tiến hành trong dạy học

kiến thức này.

- Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh TBTN để sử dụng trong dạy học kiến

thức “Sóng âm”, đáp ứng các yêu cầu về mặt kĩ thuật và về mặt sƣ phạm đối

với TBTN.

- Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức “Sóng âm” theo kiểu DHPH và

GQVĐ nhằm phát huy tính tích cực, phát triển NLST của HS, trong đó sử dụng

TBTN đã xây dựng.

- TNSP nhằm đánh giá tính khả thi của đề tài về TBTN đã xây dựng và

phƣơng án tổ chức hoạt động dạy học đã soạn thảo. Trên cơ sở đó, tiếp thu, hoàn

thiện TBTN đã xây dựng, bổ sung tiến trình dạy học sao cho đạt đƣợc mục đích

của đề tài, đem lại hiệu quả sử dụng.

6. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài

- Phƣơng pháp nghiên cứu lí luận dạy học: Nghiên cứu các tài liệu về lí

luận dạy học hiện đại, chƣơng trình, sách giáo khoa và sách giáo viên và các tài

liệu chuyên khảo về sóng âm, các tài liệu về TBTN có thể sử dụng đƣợc trong

dạy học kiến thức “Sóng âm” vật lí 12.

- Phƣơng pháp nghiên cứu trong phòng TN về việc thiết kế, chế tạo và

hoàn thiện TN sóng âm.

- Phƣơng pháp thống kê toán học đƣợc sử dụng trong quá trình xử lí các

số liệu thực nghiệm.

7. Đóng góp của đề tài

- Trình bày đƣợc những vấn đề lí luận dạy học về xây dựng và sử dụng

TBTN trong dạy học vật lí theo hƣớng phát huy tính tích cực, phát triển NLST

của HS.

- Xây dựng đƣợc TBTN sóng âm đáp ứng các yêu cầu về mặt kỹ thuật và

về mặt sƣ phạm. TBTN này cho phép tiến hành đƣợc 08 thí nghiệm để sử dụng

trong dạy học “Sóng âm” vật lí 12.

- Soạn thảo đƣợc tiến trình dạy học GQVĐ kiến thức “Sóng âm” vật lí 12

nhằm phát huy tính tích cực, phát triển NLST của HS.

8. Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và tài liệu tham khảo, luận văn

có nội dung gồm ba chƣơng:

- Chương 1: Cơ sở lí luận của việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí

nghiệm trong dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông.

- Chương 2: Xây dựng thiết bị thí nghiệm sóng âm để sử dụng trong dạy

học vật lí lớp 12.

- Chương 3: Thực nghiệm sƣ phạm.

PHẦN NỘI DUNG

Chƣơng 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG

VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

Ở TRƢỜNG PHỔ THÔNG

1.1. Phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học vật lí

1.1.1. Tính tích cực học tập của học sinh

Tính tích cực nhận thức là biểu hiện sự nỗ lực của chủ thể khi tƣơng tác

với đối tƣợng trong quá trình học tập, nghiên cứu; thể hiện sự nỗ lực của hoạt

động trí tuệ, sự huy động ở mức độ nâng cao các chức năng tâm lí (nhƣ hứng

thú, chú ý, ý chí...) nhằm đạt đƣợc mục đích đặt ra với mức độ nâng cao [5].

Học tập là một trƣờng hợp riêng của nhận thức "Một sự nhận thức đã

đƣợc làm cho dễ dàng đi và đƣợc thực hiện dƣới sự chỉ đạo của GV"

(P.N.Erđơnniev, 1974). Nói tới tích cực học tập thực chất là nói tới tính tích

cực nhận thức, mà tích cực nhận thức là trạng thái hoạt động nhận thức của HS,

đặc trƣng ở khát vọng học tập, cố gắng trí tuệ và nghị lực cao trong quá trình

nắm vững kiến thức. Khác với quá trình nhận thức trong nghiên cứu khoa học,

quá trình nhận thức trong học tập không nhằm phát hiện những điều loài ngƣời

chƣa biết về bản chất, quy luật của các hiện tƣợng khách quan mà nhằm lĩnh

hội tri thức mà loài ngƣời đã tích cực xây dựng đƣợc. Tuy nhiên trong học tập

HS cũng phải "khám phá" ra những điều mới đối với bản thân mình, dù đó chỉ

là khám phá những điều mà loài ngƣời đã biết.

Con ngƣời chỉ thực sự nắm vững cái mà chính mình đã giành đƣợc bằng

hoạt động của bản thân. HS sẽ thông hiểu và ghi nhớ những gì đã trải qua hoạt

động nhận thức tích cực của mình, trong đó các em đã phải có những cố gắng

trí tuệ, đó là chƣa nói lên tới một trình độ nhất định, thì sự học tập tích cực sẽ

mang tính nghiên cứu khoa học và ngƣời học cũng làm ra kiến thức mới cho

nhân loại.

1.1.2. Những biểu hiện của tính tích cực học tập của học sinh

Trong quá trình học tập, tính tích cực của HS đƣợc bộc lộ qua rất nhiều

biểu hiện khác nhau. Dựa trên việc DHPH và GQVĐ phỏng theo con đƣờng

nghiên cứu vật lí, chúng tôi hệ thống các biểu hiện đó theo 3 giai đoạn và ở mỗi

giai đoạn lại có nhiều dấu hiệu khác nhau. Cụ thể là:

- Giai đoạn phát hiện vấn đề nghiên cứu:

+ Quan tâm đến vấn đề cần giải quyết.

+ Nhận thức đƣợc vấn đề trong tình huống đặt ra. Vui vẻ, thoải mái và tự

tin nhận nhiệm

+ Sẵn sàng cho việc thực hiện nhiệm vụ.

+ Tham gia tích cực trong việc phát hiện hiện tƣợng, quá trình vật lí

mới. Xác định vấn đề mới cần nghiên cứu.

+ Phát biểu vấn đề mới cần nghiên cứu.

- Giai đoạn thực hiện nhiệm vụ, giải quyết vấn đề:

+ Háo hức thực hiện nhiệm vụ.

+ Xoay trở, lật đi lật lại vấn đề để tìm giải pháp thực hiện.

+ Thực hiện giải pháp bằng các thao tác tƣ duy: so sánh, phân tích... các

dữ kiện, thông số của bài toán.

+ Tham gia đề xuất, lựa chọn giải pháp GQVĐ. Tham gia xây dựng giả thuyết.

+ Đề xuất phƣơng án TN, lên kế hoạch tiến hành TN.

+ Chủ động thực hiện TN theo các phƣơng án, thu thập và xử lí dữ liệu.

Giúp đỡ bạn bè, có thái độ hợp tác cùng thực hiện nhiệm vụ.

+ Nói ra đƣợc các ý tƣởng cho việc thực hiện nhiệm vụ. Tham gia trao

đổi, tranh luận khi GQVĐ.

- Giai đoạn tổng kết, trình bày kết quả, vận dụng kiến thức:

+ Chủ động trình bày, bảo vệ kết quả nghiên cứu.

+ Tiếp thu ý kiến đóng góp đúng đắn và thay đổi quan điểm sai của bản

thân cũng nhƣ góp ý kiến cho những sai lầm của bạn bè.

+ Tham gia đề xuất phạm vi áp dụng, liên hệ kiến thức vào thực tiễn.

Các biểu hiện của tính tích cực xét trên các khía cạnh đã nêu sẽ đƣợc

chúng tôi sử dụng để đánh giá hiệu quả của các tiến trình dạy học kiến thức

“Sóng âm” đối với việc phát triển tính tích cực học tập của HS [11].

1.1.3. Những tiêu chí đánh giá tính tích cực học tập của học sinh

Ngoài những biểu hiện về tính tích cực đƣợc trình bày ở trên, việc đánh

giá tính tích cực học tập (sau một giờ học, một quá trình học) còn dựa vào các

tiêu chí sau: [22]

- Đánh giá mức độ nắm vững kiến thức kĩ năng theo 4 mức độ:

1. Sự ghi nhớ (nhớ, tái hiện, nhận biết).

2. Hiểu bài (hiểu vấn đề, có thể trình bày lại các luận điểm của bài bằng

ngôn ngữ riêng).

3. Có khả năng vận dụng, vận dụng tri thức vào các tình huống quen

thuộc và không quen thuộc, giải quyết các vấn đề do thực tế đặt ra.

4. Sáng tạo, có cách giải quyết độc đáo, nghĩ ra cách làm mới.

- Mức độ hoạt động của HS trong giờ học:

1. Thụ động hoàn toàn (ghi chép, lơ đễnh…).

2. Nhận biết không chủ định (không phân biệt đúng sai, luôn đồng ý với GV).

3. Nhận biết có chủ định, (tiếp thu có chọn lọc, ghi theo ý riêng của mình…).

4. Tích cực tìm tòi suy nghĩ tham gia tiếp nhận vấn đề, GQVĐ và kết luận

vấn đề, vận dụng kiến thức (Lƣợng hóa bằng số % HS phát biểu xây dựng bài).

- Sự tập trung chú ý của HS trong tiến trình bài học:

1. Chú ý giả tạo.

2. Chăm chú theo dõi, quan sát.

3. Hoàn toàn chú ý.

4. Tập trung chú ý cao độ (hăng hái phát biểu, tập trung nghe nhìn, có sự

hứng thú…).

- Hứng thú nhận thức của HS:

1. Không thích.

2. Bình thƣờng.

3. Thích.

4. Rất thích.

- Lƣợng thời gian duy trì trạng thái tích cực của HS trong lớp:

1. tối đa 45 phút.

2. tối đa 35 phút.

3. dƣới 10 phút.

1.1.4. Các biện pháp phát huy tính tích cực học tập của học sinh

Các biện pháp nâng cao tính tích cực học tập của HS trong giờ lên lớp đƣợc

phản ánh trong các công trình xƣa và nay có thể tóm tắt nhƣ sau: [11], [22].

- Nói lên ý nghĩa lí thuyết và thực tiễn, tầm quan trọng của vấn đề nghiên cứu.

- Kích thích hứng thú nội dung: Nội dung dạy học phải mới, nhƣng

không quá xa lạ với HS mà cái mới phải liên hệ, phát triển cái cũ và có khả

năng áp dụng trong tƣơng lai. Kiến thức phải có tính thực tiễn, gần gũi với sinh

hoạt, suy nghĩ hàng ngày, thỏa mãn nhu cầu nhận thức của HS.

- Phải dùng các phƣơng pháp đa dạng: nêu vấn đề, TN, thực hành, so

sánh, tổ chức thảo luận, sêmina và phối hợp chúng với nhau.

- Kiến thức phải đƣợc trình bày trong dạng động, phát triển và mâu thuẫn

với nhau, tập trung vào những vấn đề then chốt, có lúc diễn ra một cách đột

ngột, bất ngờ.

- Sử dụng phối hợp các phƣơng tiện dạy học, tăng cƣờng sử dụng đa

phƣơng tiện.

- Sử dụng các hình thức tổ chức dạy học khác nhau: cá nhân, nhóm, tập

thể, tham quan, làm việc trong phòng TN. Các hình thức đƣợc sử dụng linh

hoạt tùy thuộc vào đối tƣợng HS và nội dung kiến thức nghiên cứu.

- Luyện tập, vận dụng kiến thức vào thực tiễn trong các tình huống mới.

Đƣa HS tham gia vào quá trình thảo luận đánh giá.

1.2. Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí

1.2.1. Khái niệm năng lực sáng tạo

Theo Bách khoa toàn thƣ Liên Xô “Sáng tạo là một loại hoạt động mà

kết quả của nó là một sản phẩm tinh thần hay vật chất có tính cách tân, có ý

nghĩa xã hội, có giá trị”, hay Từ điển bách khoa Việt Nam (tập 3): Sáng tạo là

“Hoạt động tạo ra cái mới”. Nhƣ vậy có thể hiểu NLST là khả năng tạo ra

những giá trị mới về tinh thần hay vật chất, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công

cụ mới, vận dụng thành công hiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới.

NLST phản ánh hoạt đông lí tính của con ngƣời, đó là khả năng nhận

thức thế giới, phát hiện các quy luật khách quan và sử dụng những quy luật đó

vào việc cải tạo thế giới tự nhiên, phục vụ loài ngƣời. NLST biểu hiện trình độ

tƣ duy ở mức độ cao của con ngƣời [10].

1.2.2. Những biểu hiện của năng lực sáng tạo của học sinh

Kiến thức vật lí ở trƣờng phổ thông là những kiến thức đã đƣợc loài

ngƣời khẳng định nhƣng nó luôn mới mẻ đối với HS. Việc nghiên cứu kiến

thức sẽ thƣờng xuyên tạo ra những tình huống đòi hỏi HS phải đƣa ra những ý

kiến mới, phƣơng pháp mới đối với chính bản thân họ. Từ đó, NLST của HS sẽ

đƣợc bộc lộ và phát triển. Đối với quá trình nhận thức của HS theo kiểu DHPH

và GQVĐ, có thể hệ thống biểu hiện của NLST nhƣ sau: [22]

- Phát hiện ra vấn đề cần giải quyết từ tình huống xuất phát.

- Suy đoán đƣợc một hoặc nhiều giải pháp GQVĐ bằng suy luận lí thuyết

hoặc bằng thực nghiệm:

+ Đối với cách GQVĐ bằng suy luận lí thuyết: HS biết đƣợc cần vận

dụng và cách thức vận dụng các kiến thức đã biết để đi đến kết luận.

+ Đối với cách GQVĐ bằng thực nghiệm: HS đề xuất đƣợc các giả thuyết.

- Đề xuất đƣợc phƣơng án TN để kiểm nghiệm kết quả đã tìm đƣợc từ lí

thuyết hoặc kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết đã đƣợc đề xuất. Cụ thể nhƣ:

xác định đƣợc những dụng cụ cần dùng, cách bố trí các dụng cụ TN, cách tiến

hành TN, thu thập dữ liệu TN và xử lí dữ liệu TN.

- Đề xuất đƣợc phƣơng án bổ sung, cải tiến các TBTN hoặc thiết kế, chế

tạo TBTN mới.

- Xác định đƣợc các bộ phận chính, cấu tạo và chức năng của từng bộ

phận, mối liên kết giữa các bộ phận này trong việc tạo ra quá trình hoạt động

của ứng dụng kĩ thuật của vật lí.

- Phát hiện đƣợc mối liên hệ có tính qui luật (các định luật, nguyên lí vật

lí) đã biết tồn tại trong TBTN, giải thích đƣợc nguyên tắc hoạt động của TBTN.

- Thiết kế đƣợc phƣơng án chế tạo ứng dụng kĩ thuật của vật lí. Cụ thể

nhƣ: Xác định đƣợc những kiến thức vật lí đã biết cần vận dụng để chế tạo ứng

dụng kĩ thuật của vật lí; đề xuất các phƣơng án thiết kế khác nhau.

- Chế tạo và vận hành đƣợc mô hình vật chất, chức năng để minh hoạ

nguyên tắc, cấu tạo và hoạt động của ứng dụng kĩ thuật.

- Vận dụng các kiến thức mới đã thu đƣợc để giải thích, tiên đoán các sự

kiện vật lí mới.

Các biểu hiện trên của NLST của HS sẽ đƣợc sử dụng làm tiêu chí đánh

giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo, trong đó có sử dụng TBTN đã

xây dựng đối với việc phát triển NLST của HS trong dạy học kiến thức “Sóng

âm” vật lí 12.

1.2.3. Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo của học sinh

Để đánh giá NLST của HS, cần chú ý dựa vào các tiêu chí sau: [11], [22].

- Biết vận dụng kiến thức đã có nêu đƣợc lời giải thích đối với tri thức

mới, tình huống mới.

- Nhìn nhận vấn đề mới trong những điều kiện đã có một cách đúng đắn.

- Nhìn thấy chức năng mới của đối tƣợng kiến thức đã học.

- Nhìn thấy cấu trúc hệ thống của đối tƣợng nghiên cứu

- Thừa nhận các cách giải quyết khác nhau của cùng một vấn đề, các

cách giải quyết có thể mâu thuẫn nhau, chỉ ra các khía cạnh khác nhau của cùng

một đối tƣợng đƣợc nghiên cứu.

- Biết phối hợp các phƣơng thức cũ thành phƣơng thức mới.

- Sáng tạo đƣợc một cách giải độc đáo.

- Biết nêu giả thuyết và điều kiện áp dụng.

- Biết đề xuất phƣơng án thực nghiệm để kiểm tra hệ quả.

- Vận dụng đƣợc kiến thức vào các tình huống mới.

1.2.4. Các biện pháp phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

Để phát triển NLST của HS, trong dạy học vật lí cần sử dụng các biện

pháp sau đây:

1.2.4.1. Tổ chức nội dung kiến thức vật lí trong dạy học phỏng theo chu trình

sáng tạo khoa học

Các hệ quả lôgic

Mô hình - giả thuyết trừu tƣợng

Thực nghiệm

Các sự kiện xuất phát

Hình 1.1. Chu trình sáng tạo khoa học theo V.G. Razumôpxki

Chu trình sáng tạo khoa học đƣợc trình bày khái quát nhƣ hình 1.1: Từ sự

khái quát hoá các sự kiện, đề xuất vấn đề đi đến xây dựng mô hình - giả định trừu

tƣợng, từ mô hình rút ra các hệ quả lí thuyết và kiểm tra chúng bằng thực nghiệm.

Nếu sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với lí thuyết thì phải xem

lại lí thuyết, chỉnh lại hoặc thay đổi. Mô hình trừu tƣợng mới trở thành nguồn

tri thức mới. Sự kiểm tra bằng thực nghiệm những hệ quả rút ra từ nó lại đòi

hỏi phải thiết kế bằng những máy móc tƣơng ứng và bằng cách đó làm giàu

thêm cho khoa học những kiến thức mới [20], [23].

Để xây dựng phƣơng pháp phát triển NLST của HS, cần phải chú ý tới

đặc điểm của lao động trong các giai đoạn của chu trình sáng tạo là khác nhau.

Nếu trong khi rút ra những hệ quả lí thuyết từ mô hình trừu tƣợng, tƣ duy lôgic

diễn ra từ từ theo chuỗi suy luận tuần tự giữ vai trò quan trọng, thì khi chuyển

từ những sự kiện xuất phát đến mô hình trừu tƣợng và từ hệ quả lí thuyết đến

sự kiểm tra chúng bằng thực nghiệm thì từ tƣ duy trực giác, phỏng đoán có vai

trò quyết định. Ở đây lập luận lôgic diễn ra muộn hơn, bởi vậy trong phƣơng

pháp phát triển NLST của HS thì việc phát triển ở họ khả năng suy diễn, dự

đoán khoa học kĩ thuật và trực giác chiếm vị trí quan trọng. Và cần chú ý rằng

nhu cầu GQVĐ mà không có thông tin đầy đủ cho nó là điều kiện của sự tìm

tòi, sáng tạo.

1.2.4.2. Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết

Dự đoán có vai trò rất quan trọng trên con đƣờng sáng tạo khoa học. Dự

đoán dựa chủ yếu vào trực giác, kết hợp với kinh nghiệm phong phú và kiến

thức sâu sắc về mỗi lĩnh vực. Các nhà khoa học nói rằng: việc xây dựng giả

thuyết dựa trên sự khái quát hoá những sự kiện thực nghiệm, những kinh

nghiệm cảm tính. Tuy nhiên, sự khái quát hoá đó không phải là một phép qui

nạp đơn giản, hình thức mà chứa đựng một yếu tố mới, không có sẵn trong các

sự kiện dùng làm cơ sở. Dự đoán khoa học không phải là tuỳ tiện mà luôn luôn

phải có một cơ sở nào đó, tuy chƣa thật là chắc chắn. Có thể có các cách dự

đoán sau đây trong giai đoạn đầu của hoạt động nhận thức vật lí của HS :

- Dựa vào sự liên tƣởng tới một kinh nghiệm đã có.

- Dựa trên sự tƣơng tự.

- Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tƣợng mà dự đoán giữa

chúng có quan hệ nhân quả.

- Dựa trên nhận xét thấy hai hiện tƣợng luôn luôn biến đổi đồng thời,

cùng tăng hoặc cùng giảm mà dự đoán về quan hệ nhân quả giữa chúng.

- Dựa trên sự thuận nghịch thƣờng thấy của nhiều quá trình.

- Dựa trên sự mở rộng phạm vi ứng dụng của một kiến thức đã biết sang

một lĩnh vực khác.

- Dự đoán về mối quan hệ định lƣợng thƣờng gặp trong vật lí nhƣ tỉ lệ

thuận, tỉ lệ nghịch, hàm số bậc nhất [21], [24].

1.2.4.3. Luyện tập đề xuất phương án thí nghiệm kiểm nghiệm kết quả đã tìm

được từ suy luận lí thuyết hoặc kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết

Trong nghiên cứu vật lí, một dự đoán, một giả thuyết thƣờng là một sự

khái quát các sự kiện thực nghiệm nên nó có tính chất trừu tƣợng, tính chất

chung, không thể kiểm tra trực tiếp đƣợc. Muốn kiểm tra xem dự đoán, giả

thuyết có phù hợp với thực tế không, ta phải xem điều dự đoán đó biểu hiện

trong thực tế nhƣ thế nào, có những dấu hiệu nào có thể quan sát đƣợc. Điều đó

có nghĩa là: từ một dự đoán, giả thuyết, ta phải suy ra đƣợc một hệ quả có thể

quan sát đƣợc trong thực tế, sau đó tiến hành TN để xem hệ quả rút ra bằng suy

luận đó có phù hợp với kết quả TN không. Hệ quả suy ra đƣợc phải khác với

những sự kiện ban đầu dùng làm cơ sở cho dự đoán thì mới có ý nghĩa. Số hệ

quả phù hợp với thực tế càng nhiều thì dự đoán càng trở thành chắc chắn, sát

với chân lí hơn [20].

Quá trình rút ra hệ quả thƣờng áp dụng suy luận lôgic hay suy luận toán

học. Sự suy luận này phải đảm bảo là đúng qui tắc, qui luật, không phạm sai

lầm. Những qui tắc, qui luật đó đều đã biết; cho nên, về nguyên tắc, sự suy luận

đó không đòi hỏi một sự sáng tạo thực sự, có thể kiểm soát đƣợc. Vấn đề đòi

hỏi sự sáng tạo ở đây là đề xuất đƣợc phƣơng án TN để kiểm tra hệ quả đã rút

ra đƣợc.

1.2.4.4. Giải các bài tập sáng tạo

Ở trên, ta đã xem xét việc rèn luyện NLST cho HS trong quá trình xây

dựng kiến thức mới. Ngoài ra, trong dạy học vật lí, ngƣời ta còn xây dựng

những loại bài tập riêng vì mục đích này và đƣợc gọi là bài tập sáng tạo. Trong

loại bài tập sáng tạo này, ngoài việc phải vận dụng một số kiến thức đã học, HS

bắt buộc phải có những ý kiến độc lập mới mẻ, không thể suy ra một cách lôgic

từ những kiến thức đã học.

Khi khảo sát chu trình sáng tạo khoa học, ta đã biết: hai giai đoạn khó

khăn hơn cả đòi hỏi sự sáng tạo là giai đoạn từ sự kiện cảm tính tới việc xây

dựng mô hình giả thuyết trừu tƣợng và giai đoạn chuyển từ một tiên đề lí

thuyết, những qui luật nhất định của hiện tƣợng sang việc kiểm tra bằng thực

nghiệm. Giai đoạn thứ nhất đòi hỏi sự giải thích hiện tƣợng, trả lời câu hỏi: tại

sao? Còn giai đoạn thứ hai lại đòi hỏi thực hiện một hiện tƣợng thực, đáp ứng

với những yêu cầu đã cho, nghĩa là trả lời câu hỏi: làm thế nào? Tƣơng ứng với

hai trƣờng hợp trên là hai bài tập sáng tạo: bài tập nghiên cứu và bài tập thiết kế

chế tạo [11], [24].

1.3. Phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

trong dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

Để nâng cao chất lƣợng dạy học vật lí, trong những năm gần đây nhiều

trƣờng học trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam đã và đang nghiên cứu nhiều

phƣơng pháp dạy học mới, trong đó có phƣơng pháp DHPH và GQVĐ. Theo

một trong những quan niệm phổ biến hiện nay thì DHPH và GQVĐ đƣợc xem

nhƣ hệ thống các quy tắc áp dụng các thủ pháp dạy học có tính đến lôgic của

các thao tác tƣ duy và các quy luật của hoạt động nhận thức của HS. Do vậy

DHPH và GQVĐ không những phù hợp hơn với tinh thần dạy học phát triển,

với nhiệm vụ phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS, biến kiến thức

của họ không chỉ thành niềm tin mà còn phù hợp với đặc điểm của khoa học

vật lí.

1.3.1. Một số khái niệm

1.3.1.1. Khái niệm “Vấn đề”

Khái niệm "Vấn đề" dùng để chỉ những nhiệm vụ nhận thức mà HS không

thể giải quyết đƣợc chỉ bằng những kinh nghiệm sẵn có, mà đòi hỏi họ có suy

nghĩ độc lập, sáng tạo và kết quả là sau khi GQVĐ thì họ thu đƣợc kiến thức,

kĩ năng, kĩ xảo và những năng lực mới [10].

"Vấn đề" ở đây là vấn đề học tập mà HS phải suy nghĩ tìm cách giải quyết

họ không thể giải quyết theo một khuôn mẫu có sẵn, nghĩa là không thể dùng

tƣ duy tái hiện đơn thuần, để GQVĐ họ phải tìm tòi, sáng tạo. Khi HS phải tự

lực GQVĐ học tập, họ gặp những khó khăn ngăn cản họ đi tới đích. Khó khăn

này chính là cái thúc đẩy hoạt động tìm tòi của họ. Để giải quyết đƣợc vấn đề,

HS không chỉ đơn giản tái hiện những điều đã luật hội đƣợc dƣới hình thức

kinh nghiệm, mà bắt buộc phải biến đổi nội dung hoặc phƣơng pháp sử dụng

những điều đã lĩnh hội đƣợc, nghĩa là phải tìm tòi sáng tạo [23].

Nhƣ vậy khái niệm "Vấn đề" trong DHPH và GQVĐ chứa đựng mâu

thuẫn về nhận thức. Đó là mâu thuẫn giữa trình độ kiến thức và kĩ năng đã có

với yêu cầu tiếp thu kiến thức mới và kĩ năng mới. Chính mâu thuẫn đó thúc

đẩy sự hoạt động của tƣ duy, kích thích HS tìm cách GQVĐ. Đó là động lực

thúc đẩy sự sáng tạo các kiến thức và kĩ năng mới. Lúc đầu kiến thức đó còn

mang tính khách quan, sau khi HS tiếp thu và ý thức đƣợc mâu thuẫn đó thì nó

biến thành cái chủ quan và tồn tại trong ý nghĩ của HS dƣới dạng "bài toán

nhận thức" hay "vấn đề học tập". Muốn cho mâu thuẫn khách quan biến thành

mâu thuẫn chủ quan thì phải tổ chức đƣợc những tình huống đƣa chủ thể vào

trong quan hệ giữa cái đã cho và cái yêu cầu phải đạt tới, tình huống đó gọi là

tình huống có vấn đề.

1.3.1.2. Khái niệm “Tình huống có vấn đề”

“Tình huống có vấn đề” là tình huống mà trong đó mâu thuẫn khách

quan nói trên đƣợc HS chấp nhận nhƣ một vấn đề học lập mà họ cần giải quyết

và có thể giải quyết đƣợc với một sự nỗ lực phù hợp với khả năng của họ. Kết

quả là họ đạt đƣợc tri thức mới hoặc phƣơng pháp hành động mới. Đó là trạng

thái tinh thần của ngƣời HS khi dụng phải mâu thuẫn trong học lập tức là đang

gặp khó khăn và thấy cần khắc phục để đƣa nhận thức tiến lên. Tình huống đó

gây nên ở HS lòng mong muốn GQVĐ, kích thích HS tƣ duy tích cực, hƣớng

vào việc tiếp thu những kiến thức mới, kĩ năng, kỹ xảo mới. Chính vì thế mà

khi phân tích vấn đề này nhà giáo dục Nga Ru-bin-sten đã khẳng định "tƣ duy

bắt đầu từ tình huống có vấn đề".

- Một số kiểu “Tình huống có vấn đề”: Tuỳ theo tính chất của mâu thuẫn

xuất hiện, ngƣời ta phân biệt một số kiểu “Tình huống có vấn đề” đòi những

cách giải quyết khác nhau về mặt PPDH. Sau đây là một số kiểu “Tình huống

có vấn đề” có thể vận dụng trong dạy học vật lí:

+ Tình huống đột biến: Đƣợc tạo ra bằng cách cung cấp những sự kiện,

hiện tƣợng không thể giải quyết đƣợc bằng những kiến thức và kĩ năng sẵn có.

+ Tình huống bất ngờ: Xuất hiện khi HS gặp những sự kiện, hiện tƣợng

bất thƣờng, không ngờ là có thể xảy ra nhƣ thế. Cách giải quyết là làm sáng tỏ

nguyên nhân của hiện tƣợng (ví dụ: các hiện tƣợng "lạ").

+ Tình huống không phù hợp là các tình huống trong đó chứa đựng các

"nghịch lí", tức là những sự kiện, hiện tƣợng trái với quan niệm thông thƣờng

của HS (chẳng hạn "nghịch lí thuỷ tĩnh học"). Khi GQVĐ cần phân tích chỗ sai

trong cách hiểu thông thƣờng, từ đó nhận thức đƣợc chân lí của khoa học.

+ Tình huống xung đột: Là tình huống trong đó có sự kiện, quan điểm

trái ngƣợc nhau (ví dụ ít bản chất ánh sáng là hạt hay là sóng), HS phải tìm

hiểu phân tích hiện tƣợng, phê phán quan điểm sai để tìm ra chân lí.

+ Tình huống bác bỏ: Là tình huống đặt ra cho HS phải bác bỏ một kết

luận phản khoa học, một luận đề sai lầm. Chẳng hạn theo A-ri-xtốt "vật nặng

gấp đôi thì rơi nhanh gấp đôi". Có thể dùng để tạo tình huống bác bỏ.

+ Tình huống lựa chọn xuất hiện khi HS phải lựa chọn trong những

phƣơng án để giải quyết lấy một phƣơng án hợp lí nhất ở những điều kiện cụ thể.

Tuy nhiên cách phân tích nhƣ trên chỉ là tƣơng đối, quy ƣớc, vì một tình

huống cụ thể có thể bao hàm nhiều tính chất xen kẽ. Vì một tình huống có thể

có nhiều vấn đề này sinh cùng một lúc trong mối liên hệ hữu cơ với nhau, có

vấn đề chính, có vấn đề phụ, vì vậy cần lựa chọn vấn đề cơ bản để giải quyết

trên cơ sở đó giải quyết các vấn đề khác.

1.3.1.3. Khái niệm “Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề”

Theo V.Ôkôn, có thể hiểu DHPH và GQVĐ dƣới dạng chung nhất là toàn

bộ các hành động nhƣ tổ chức các tình huống có vấn đề, biểu đạt vấn đề, chú ý

giúp đỡ những điều cần thiết để HS GQVĐ, kiểm tra cách giải quyết đó và cuối

cùng lãnh đạo quá trình hệ thống hoá và củng cố kiến thức thu nhận đƣợc.

DHPH và GQVĐ có tác dụng phát huy hoạt động nhận thức tích cực, tự

chủ của HS, giúp cho HS chiếm lĩnh đƣợc các kiến thức khoa học sâu sắc, vững

chắc, vận dụng đƣợc, đồng thời đảm bảo sự phát triển trí tuệ, phát triển NLST

của HS trong quá trình học tập [23].

1.3.2. Cấu trúc của dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề

Quá trình DHPH và GQVĐ có thể chia làm ba giai đoạn: [10]

1.3.2.1. Đặt vấn đề xây dựng bài toán nhận thức

- Giai đoạn này gồm các thao tác nhƣ sau:

+ Tạo tình huống có vấn đề;

+ Phát hiện và nhận dạng vấn đề nảy sinh;

+ Phát biểu vấn đề cần giải quyết.

- Đây là giai đoạn đặt HS vào tình huống có vấn đề, mục đích chính của

giai đoạn này là:

+ Làm xuất hiện trƣớc HS mâu thuẫn nhận thức, giúp HS xác định rõ

nhiệm vụ nhận thức và tiếp nhận nó, tức là tạo ra nhu cầu nhận thức ở HS.

+ Kích thích ở HS hứng thú nhận thức sao cho các em phấn khởi, sẵn

sàng GQVĐ một cách liên tục.

+ Đặt HS trƣớc những khó khăn vừa sức, những khó khăn này khiến các

em phải căng óc ra suy nghĩ giải quyết nhƣng không đƣợc khó quá để làm mất

hứng thú của HS. Khó khăn có thể giải quyết đƣợc sẽ củng cố niềm tin của HS.

- Một số biện pháp xây dựng tình huống có vấn đề nhƣ: Kể chuyện mở

đầu về ý nghĩa khoa học và đời sống của hiện tƣợng sẽ đƣợc nghiên cứu; dùng

TN vật lí; sử dụng các bài toán vật lí; sử dụng các mẩu chuyện lịch sử, các sự

kiện, các tƣ liệu lịch sử...

1.3.2.2. Giai đoạn giải quyết vấn đề

- Giai đoạn này gồm các thao tác nhƣ sau:

+ Đề xuất các giả thuyết.

+ Lập kế hoạch GQVĐ

+ Thực hiện kế hoạch giải.

- Mục đích của giai đoạn này là:

+ Đƣa HS vào con đƣờng tự lực, khai thác tri thức.

+ Làm cho HS quen dần với phƣơng pháp khoa học trong nghiên cứu GQVĐ.

Để đạt mục đích ấy giai đoạn này bao gồm hai yếu tố cơ bản: Xây dựng

giả thuyết và kiểm chứng giả thuyết. HS có thể rèn luyện đƣợc năng lực nhận

thức một cách tự lực và sáng tạo khi họ biết cách nghiên cứu GQVĐ, mà việc

nghiên cứu GQVĐ trong khoa học thì nhất thiết diễn ra theo con đƣờng đề xuất

và phát triển giả thuyết.

Trƣớc một tình huống có vấn đề HS đề ra đƣợc nhiều giả thuyết khác

nhau và GV hƣớng dẫn HS tiến hành luận chứng cho giả thuyết, nghĩa là chọn

lọc một cách có căn cứ một trong các giả thuyết đã đề ra làm con đƣờng đáng

tin nhất để GQVĐ, cách chọn lọc tốt nhất là suy từ các giả thuyết ra các hệ quả

khác nhau rồi kiểm tra các hệ quả đó bằng kinh nghiệm sẵn có hay bằng TN,

kết quả là sẽ loại trừ đƣợc những giả thuyết sai lầm. Khi đã chọn đƣợc một giả

thuyết tƣơng đối có triển vọng rồi thì phải kiểm chứng các giả thuyết đó. Đối

với vật lí học việc kiểm chứng các giả thuyết thƣờng đƣợc thực hiện nhờ TN.

Chú ý lựa chọn TN kiểm chứng sao cho hiện tƣợng TN đƣợc đơn nhất, thiết bị

TN đơn giản, tiến hành TN ngắn gọn hợp lí, kết luận rút ra từ TN xuất hiện một

cách logic và nằm trong phạm vi kiến thức mà HS có thể hiểu đƣợc.

1.3.2.3. Kiểm tra, vận dụng kết quả

- Giai đoạn này gồm các thao tác nhƣ sau:

+ Thảo luận kết quả và đánh giá.

+ Khẳng định hay bác bỏ giả thuyết đã nêu.

+ Phát biểu kết luận.

+ Đề xuất vấn đề mới.

- Trong giai đoạn này chú ý cho HS vận dụng sáng tạo các tri thức đã thu

nhận đƣợc, tức là vận dụng để giải quyết những tình huống mới, khai thác với

những tình huống mới gặp phải khi thu nhận kiến thức.

Có thể tóm tắt các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu

DHPH và GQVĐ theo sơ đồ hình 1.2.

1.3.3. Tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề bằng con đường thực nghiệm

- Tạo tình huống có vấn đề: Xuất phát từ kiến thức cũ, kể chuyện, TN, bài tập vật lí, sự kiện...

1. Đặt vấn đề xây

- Phát hiện và nhận dạng vấn đề nảy sinh

dựng bài toán nhận thức

- Phát biểu vấn đề cần giải quyết.

- Đề xuất các giả thuyết.

2. Giai đoạn giải

- Lập kế hoạch giải quyết vấn đề.

quyết vấn đề

- Thực hiện kế hoạch giải.

- Thảo luận kết quả và đánh giá.

- Khẳng định hay bác bỏ giả thuyết đã nêu.

3. Kiểm tra, vận

dụng kết quả

- Phát biểu kết luận.

- Đề xuất vấn đề mới.

Hình 1.2. Sơ đồ tóm tắt tiến trình DHPH và GQVĐ

Tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DHPH và GQVĐ có thể diễn ra

theo hai con đƣờng: Con đƣờng lí thuyết và con đƣờng thực nghiệm. Trong

chƣơng trình vật lí, có những kiến thức không thể suy luận lí thuyết từ các kiến

thức mà HS đã biết để tìm ra đƣợc, mà phải sử dụng con đƣờng thực nghiệm.

Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo con đƣờng thực nghiệm

trong DHPH và GQVĐ đƣợc thể hiện qua sơ đồ hình 1.3 sau đây:

- Tạo tình huống có vấn đề: Xuất phát từ kiến thức cũ, kể chuyện, TN, bài tập vật lí, sự kiện...

- Phát hiện và nhận dạng vấn đề nảy sinh.

1. Đặt vấn đề xây dựng bài toán nhận thức

- Phát biểu vấn đề cần giải quyết.

- Đề xuất các giả thuyết.

Làm thế nào để kiểm tra đƣợc các giả thuyết nhờ các TN?

2. Giai đoạn giải quyết vấn đề

- Lập kế hoạch kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết nhờ TN: + Xác định nội dung cần kiểm tra nhờ TN. + Thiết kế phƣơng án TN để kiểm tra.

- Thực hiện TN kiểm tra giả thuyết: Thực hiện lắp ráp, tiến hành TN, thu thập và xử lí số liệu để đi tới kết luận

- Thảo luận kết quả và đánh giá: Đối chiếu kết qủa TN với giả thuyết và đánh giá, thảo luận.

3. Kiểm tra, vận dụng kết quả

- Khẳng định hay bác bỏ giả thuyết đã nêu: + Nếu kết quả TN không phù hợp với giả thuyết cần kiểm tra lại quá trình TN, nếu vẫn không phù hợp thì bác bỏ giả thuyết đã nêu và xây dựng giả thuyết mới. + Nếu kết quả TN phù hợp thì rút ra kết luận.

+ Phát biểu kết luận.

+ Đề xuất vấn đề mới.

Hình 1.3. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm trong DHPH và GQVĐ

1.4. Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trƣờng

trung học phổ thông theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển năng

lực sáng tạo của học sinh

TBTN là phƣơng tiện dạy học có vai trò rất quan trọng trong dạy học vật

lí. TBTN tạo điều kiện cho việc nghiên cứu có hệ thống, có kế hoạch trực quan

các hiện tƣợng và quá trình vật lí, làm tăng sức mạnh của HS trong việc tác

động lên đối tƣợng học tập. Nhờ có TBTN mà HS thấy đƣợc các ứng dụng của

kiến thức, đặc biệt là thấy đƣợc các ý tƣởng sáng tạo kĩ thuật.

1.4.1. Vai trò của thiết bị thí nghiệm vật lí ở trường trung học phổ thông

Trong dạy học vật lí, TN đóng một vai trò cực kì quan trọng, dƣới quan

điểm lí luận dạy học vai trò đó đƣợc thể hiện những mặt sau:

1.4.1.1. Thí nghiệm có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau

của tiến trình dạy học

TN Vật lí có thể đƣợc sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau của

tiến trình dạy học nhƣ: đề xuất vấn đề nghiên cứu, GQVĐ (TN hỗ trợ đề giả

thuyết, TN kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả suy luận lôgic từ

giả thuyết), dùng để minh hoạ, củng cố kiến thức và kiểm tra đánh giá kiến

thức kĩ năng, kĩ xảo của HS.

1.4.1.2. Thí nghiệm góp phần vào việc phát triển toàn diện học sinh

Việc sử dụng TN trong dạy học góp phần quan trọng vào việc hoàn thiện

những phẩm chất và năng lực của HS, đƣa đến sự phát triển toàn diện cho

ngƣời học. Trƣớc hết, TN là phƣơng tiện nhằm góp phần nâng cao chất lƣợng

kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vật lí cho HS. Nhờ TN, HS có thể hiểu

sâu hơn bản chất vật lí của các hiện tƣợng, định luật, quá trình... đƣợc nghiên

cứu và do đó có khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HS sẽ linh hoạt

và hiệu quả hơn.

Truyền thụ cho HS những kiến thức phổ thông cơ bản là một trong

những nhiệm vụ quan trọng của hoạt động dạy học. Để làm đƣợc điều đó, GV

cần nhận thức rõ việc xây dựng cho HS một tiềm lực, một bản lĩnh, thể hiện

trong cách suy nghĩ, thao tác tƣ duy và làm việc để họ tiếp cận với các vấn đề

của thực tiễn. Thông qua TN, bản thân HS cần phải tƣ duy cao mới có thể

khám phá ra đƣợc những điều cần nghiên cứu. Thực tế cho thấy, trong dạy học

vật lí, đối với các bài giảng có sử dụng TN, thì HS lĩnh hội kiến thức rộng hơn

và nhanh hơn, HS quan sát và đƣa ra những dự đoán, những ý tƣởng mới, nhờ

đó hoạt động nhận thức của HS sẽ đƣợc tích cực và tƣ duy của các em sẽ đƣợc

phát triển tốt hơn.

1.4.1.3. Thí nghiệm là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ

thuật tổng hợp cho học sinh

Thông qua việc tiến hành TN, HS có cơ hội trong việc rèn luyện kĩ năng,

kĩ xảo thực hành, góp phần thiết thực vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho

HS. TN còn là điều kiện để HS rèn luyện những phẩm chất của ngƣời lao động

mới nhƣ: đức tính cẩn thận, kiên trì, trung thực... Xét trên phƣơng diện thao tác

kĩ thuật, chúng ta không thể phủ nhận vai trò của TN đối với việc rèn luyện sự

khéo léo tay chân của HS.

Hoạt động dạy học không chỉ dừng lại ở chỗ truyền thụ cho HS những

kiến thức phổ thông cơ bản đơn thuần mà điều không kém phần quan trọng ở

đây là làm thế nào phải tạo điều kiện cho HS tiếp cận với hoạt động thực tiễn

bằng những thao tác của chính bản thân họ. Trong dạy học vật lí, đối với

những bài giảng có TN thì GV cần phải biết hƣớng HS vào việc cho họ tự tiến

hành TN, có nhƣ vậy kiến thức các em thu nhận đƣợc sẽ vững vàng hơn, rèn

luyện đƣợc cho các em sự khéo léo chân tay, khả năng quan sát tinh tế, tỉ mỉ

hơn và chính xác hơn. Có nhƣ thế, khả năng hoạt động thực tiễn của HS sẽ

đƣợc nâng cao.

1.4.1.4. Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập của học sinh

TN là phƣơng tiện gây hứng thú, là yếu tố kích thích tính tò mò, ham

hiểu biết của HS học tập, nhờ đó làm cho các em tích cực và sáng tạo hơn trong

quá trình nhận thức.

Chính nhờ TN và thông qua TN mà ở đó HS tự tay tiến hành các TN, các

em sẽ thực hiện các thao tác TN một cách thuần thục, khơi dậy ở các em sự say

sƣa, tò mò để khám phá ra những điều mới, những điều bí ẩn từ TN và cao hơn

là hình thành nên những ý tƣởng cho những TN mới. Đó cũng chính là những tác

động cơ bản, giúp cho quá trình hoạt động nhận thức của HS đƣợc tích cực hơn.

Thông qua TN, nhờ vào sự tập trung chú ý, quan sát sự vật, hiện tƣợng

có thể tạo cho HS sự ham thích tìm hiểu những đặc tính, quy luật diễn biến của

hiện tƣợng đang quan sát. Khi giác quan của HS bị tác động mạnh, HS phải tƣ

duy cao độ từ sự quan sát TN, chú ý kĩ TN để có những kết luận, những nhận

xét phù hợp.

1.4.1.5. Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức hoạt động của học sinh

TN là phƣơng tiện tổ chức các hình thức làm việc độc lập hoặc tập thể,

qua đó góp phần bồi dƣỡng các phẩm chất đạo đức của HS. Qua TN đòi hỏi HS

phải làm việc tự lực hoặc phối hợp tập thể, nhờ đó có thể phát huy vai trò cá

nhân hoặc tính cộng đồng trách nhiệm trong công việc của các em.

1.4.1.6. Thí nghiệm vật lý góp phần làm đơn giản hoá các hiện tượng và quá

trình vật lý

TN vật lí góp phần đơn giản hoá hiện tƣợng, tạo trực quan sinh động

nhằm hỗ trợ cho tƣ duy trừu tƣợng của HS, giúp cho HS tƣ duy trên những đối

tƣợng cụ thể, những hiện tƣợng và quá trình đang diễn ra trƣớc mắt họ. Các

hiện tƣợng trong tự nhiên xảy ra vô cùng phức tạp, có mối quan hệ chằng chịt

lấy nhau, do đó không thể cùng một lúc phân biệt những tính chất đặc trƣng của

từng hiện tƣợng riêng lẻ, cũng nhƣ không thể cùng một lúc phân biệt đƣợc ảnh

hƣởng của tính chất này lên tính chất khác. Chính nhờ TN vật lí đã góp phần

làm đơn giản hoá các hiện tƣợng, làm nổi bật những khía cạnh cần nghiên cứu

của từng hiện tƣợng và quá trình vật lí giúp cho HS dễ quan sát, dễ theo dõi và

dễ tiếp thu bài.

Từ những vai trò trên mà theo chúng tôi, để thực hiện đổi mới việc dạy

học vật lí ở trƣờng phổ thông, ở góc độ TBTN, cần có những nghiên cứu xây

dựng các TBTN nhằm tạo điều kiện cho GV và HS trực tiếp thực hiện các TN

để tìm ra kiến thức thông qua việc giải quyết các vấn đề học tập ngay tại lớp

học. Điều này là một yếu tố quan trọng giúp phát huy tính tích cực và phát triển

NLST của HS trong quá trình học tập môn vật lí [21], [22].

1.4.2. Xây dựng thiết bị thí nghiệm vật lí theo hướng phát huy tính tích cực

và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

1.4.2.1. Yêu cầu của việc xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí

Dựa vào chủ thể sử dụng, TBTN vật lí trong trƣờng phổ thông đƣợc chia

thành hai loại: TBTN biểu diễn (do GV sử dụng để tiến hành TN) và TBTN

thực tập (do HS sử dụng, có thể dƣới sự hƣớng dẫn của GV). Các TBTN đƣợc

chế tạo sử dụng trong dạy học vật lí phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu về các mặt

đồng thời phải có quy trình xây dựng dựa trên yêu cầu sử dụng, đòi hỏi phát

huy đƣợc tính tích cực và phát triển NLST của HS.

a. Các yêu cầu chung đối với thiết bị thí nghiệm

- Yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật:

+ Cho phép tiến hành đƣợc TN với hiện tƣợng xảy ra rõ ràng, dễ thực

hiện các thao tác TN. Các TN định lƣợng phải cung cấp đƣợc các số liệu có độ

chính xác phù hợp với các yêu cầu đối với TN vật lí phổ thông.

+ Hoạt động ổn định, tiêu thụ ít năng lƣợng, các chi tiết đƣợc chế tạo từ

các vật liệu có độ bền cao.

+ Có quy trình chế tạo, vận hành, bảo dƣỡng và sửa chữa tiện lợi, cần

ứng dụng các thành tựu công nghệ mới trong quy trình chế tạo.

+ Đảm bảo sự an toàn khi sử dụng trong dạy học.

- Yêu cầu về mặt sƣ phạm:

+ TBTN phải đơn giản: số chi tiết không nhiều, cấu tạo gọn nhẹ, ít hỏng,

thuận tiện trong sử dụng, dễ sửa chữa, bảo quản, vận chuyển;

+ Cần có phạm vi sử dụng rộng, có thể tiến hành nhiều TN theo nhiều

phƣơng án với cùng mục đích TN hoặc nhiều TN với cách thức khác nhau trong

một chƣơng hay nhiều chƣơng khác nhau của chƣơng trình vật lí phổ thông.

+ Thời gian thực hiện mỗi TN không dài.

+ Có thể sử dụng để tiến hành ở nhiều giai đoạn khác nhau của QTDH.

+ Tạo điều kiện cho các hoạt động sáng tạo, nhất là thiết kế phƣơng án TN.

+ Cần có kích thƣớc, trọng lƣợng, hƣớng quan sát... phù hợp với đặc

điểm về tầm vóc và tâm sinh lí của HS.

- Yêu cầu về mặt kinh tế: Cần tìm cách chế tạo TBTN với gia thành

không cao nhờ sử dụng các vật liệu rẻ, mới với công nghệ chế tạo hợp lí.

- Về mặt thẩm mĩ: Các TBTN phải đƣợc thiết kế đẹp về hình thƣớc, với

kích thƣớc, màu sắc hợp lí, đặc biệt là cần làm nổi bật bộ phận cần quan sát.

b. Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm biểu diễn

Ngoài việc đáp ứng các yêu cầu chung đối với TBTN thì các TBTN biểu

diễn còn cần đáp ứng thêm một số yêu cầu sau:

- TBTN biểu diễn phải đáp ứng đƣợc tính trực quan: Các dụng cụ phải có

kích thƣớc đủ lớn để cả lớp nhìn rõ, có cấu tạo đơn giản, thể hiện rõ nguyên tắc

khoa học của hiện tƣợng cần nghiên cứu, có màu sắc thích hợp, hình dáng đẹp

đẽ, lôi cuốn sự chú ý của HS, nhất là ở những chi tiết chính. TBTN cho phép bố

trí TN sáng sủa, dễ hiểu, có thể nhận thấy rõ kết quả TN, loại bỏ đƣợc các hiện

tƣợng không mong muốn.

- TBTN biểu diễn phải đáp ứng đƣợc tính hiệu quả: Các dụng cụ là tối

thiểu, hoạt động tốt, có độ chính xác đủ cao, TN đƣợc tiến hành với TBTN có

thể đƣợc tiến hành nhanh chóng.

- TBTN biểu diễn phải đáp ứng đƣợc tính an toàn: Dụng cụ, cách bố trí

và tiến hành TN đối với TBTN phải đảm bảo an toàn cho ngƣời sử dụng và có

thể di chuyển dễ dàng.

c. Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm thực tập

TBTN thực tập phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu chung đối với TBTN. Ngoài

ra, TBTN thực tập còn phải đáp ứng thêm một số yêu cầu quan trọng sau:

- TBTN thực tập đƣợc chế tạo sao cho việc bố trí và tiến hành TN với nó

không quá khó đối với HS, hiện tƣợng vật lí diễn ra trong các TN dễ quan sát,

không quá phức tạp.

- TBTN thực tập cho phép thực hiện các phƣơng án TN với các số đo ở

nhiều giá trị khác nhau có độ chính xác phù hợp với TN vật lí của HS.

- TBTN thực tập cần đƣợc chế tạo từ các vật liệu có độ bền cao, có thể sử

dụng những dụng cụ, vật liệu dễ kiếm trong đời sống hàng ngày, quen thuộc

với HS.

- TBTN thực tập cần đáp ứng đƣợc yêu cầu an toàn cho HS khi sử dụng.

- TBTN thực tập không đòi hỏi nhiều thời gian trong việc bố trí và tiến

hành TN [10],[24].

1.4.2.2. Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm vật lí theo hướng phát huy tính

tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

Để TBTN đáp ứng đƣợc các yêu cầu trên và sử dụng đƣợc trong dạy học

vật lí theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS thì quá

trình xây dựng cần tuân theo quy trình sau:

- Căn cứ vào nội dụng kiến thức cần xây dựng cho HS để xác định các TN

cần tiến hành: TN làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu, TN hình thành kiến thức

mới, TN củng cố, TN về nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của thiết bị kĩ thuật...

- Dựa vào thực trạng TBTN hiện có (ở trƣờng phổ thông, trên thị trƣờng)

để đƣa ra các quyết định:

+ Nếu chƣa có TBTN thì cần phải chế tạo mới đáp ứng các yêu cầu của

TBTN biểu diễn hoặc TBTN thực tập.

+ Nếu đã có TBTN thì xem xét xem các hạn chế còn tồn tại của TBTN

có sẵn, từ đó cải tiến TBTN có sẵn đáp ứng các yêu cầu của TBTN biểu diễn

hoặc TBTN thực tập.

+ Trong những trƣờng hợp khi đã có TBTN biểu diễn nhƣng cần phải

chuyển thành TBTN thực tập để tăng cƣờng hoạt động thực nghiệm của HS

trong dạy học thì cần phải nghiên cứu, cải tiến TBTN biểu diễn đó thành TBTN

thực tập.

+ Chế tạo mẫu và tiến hành các TBTN theo mẫu để điều chỉnh nhằm đƣa

ra mẫu hoàn chỉnh.

+ TNSP để đánh gia tính khả thi của mẫu.

+ Tiếp tục cải tiến, hoàn thiện TBTN.

+ Viết hƣớng dẫn sử dụng TBTN [24].

1.4.3. Sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí theo hướng phát huy

tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

Để TBTN thực hiện đƣợc đầy đủ các chức năng, góp phần phát huy tính

tích cực và phát triển NLST của HS thì quá trình sử dụng TBTN phải tuân thủ

một số yêu cầu chung và yêu cầu riêng về cụ thể, đồng thời phải đƣợc diễn ra

theo quy trình nhất định.

1.4.3.1. Các yêu cầu chung đối với việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy

học vật lí

- GV cần thiết lập lôgic 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 của HS: TN đƣợc tiến hành để nảy sinh vấn đề nào?

khảo sát cái gì? (kiểm tra giả thuyết nào hoặc hệ quả nào suy ra từ giả thuyết?)

kiểm nghiệm, minh hoạ cái gì? xác định đại lƣợng vật lí nào (đo trực tiếp hay

đo gián tiếp)?

- Trƣớc mỗi TN, HS cần phải thấy đƣợc sự cần thiết của TN và hiểu

đƣợc mục đích của TN.

- GV cần hƣớng dẫn HS tham gia thiết kế phƣơng án TN: để đạt đƣợc

mục đích TN, cần xác định đƣợc dụng cụ, cách bố trí, các bƣớc tiến hành, cách

quan sát, đo đạc, thu thập dữ liệu và xử lí các kết quả.

- GV cần lôi cuốn mọi HS tham gia tích cực vào tất cả các bƣớc của tiến

trình TN bằng cách giao cho HS thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.

- GV phải thử nghiệm kĩ lƣỡng mỗi TN trƣớc giờ học, đảm bảo TN phải

thành công (hiện tƣợng xảy ra trong TN phải quan sát đƣợc rõ ràng, kết quả đo

có độ chính xác chấp nhận đƣợc).

- Việc sử dụng TBTN và tiến hành TN phải tuân thủ các quy tắc an toàn.

Trên đây là các yêu cầu chung đối với việc sử dụng TBTN, trong phạm

vi của đề tài, chúng tôi trình bày những yêu cầu riêng đối với việc sử dụng

TBTN trực diện.

1.4.3.2. Các yêu cầu đối với việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trực diện trong

dạy học vật lí

a. Các yêu cầu trong việc lựa chọn thí nghiệm trực diện

TN thƣờng đƣợc lựa chọn để thực hiện dƣới dạng TN trực diện trong

những trƣờng hợp sau:

- Nội dung nghiên cứu chỉ đòi hỏi những TN với các TBTN có sẵn

không quá phức tạp. Việc bố trí và tiến hành với những TBTN này không quá

khó, không mất quá nhiều thời gian và an toàn đối với HS. Hiện tƣợng vật lí

diễn ra trong các TN dễ quan sát, không quá phức tạp.

- Có thể sử dụng những dụng cụ, vật liệu dễ kiếm trong đời sống hàng

ngày, quen thuộc với HS. Nhờ sự quen thuộc này mà HS có thể đề xuất đƣợc

các phƣơng án TN, chứ không chỉ máy móc tiến hành TN với các dụng cụ do

GV đƣa ra.

- TBTN phải có độ bền vững cần thiết, ít hỏng hóc, có sai số các phép đo

cao nhất khoảng 10%.

b. Các yêu cầu trong việc chuẩn bị thí nghiệm trực diện

- GV cần dự kiến các phƣơng án TN mà HS có thể đề xuất, phân tích ƣu

điểm, nhƣợc điểm của mỗi phƣơng án TN và lựa chọn, chuẩn bị các phƣơng án

TN phù hợp với thực trạng TBTN của nhà trƣờng.

- Dựa vào số lƣợng TBTN hiện có, GV chia HS trong lớp thành các

nhóm và soạn phiếu học tập, trong đó chỉ rõ những hoạt động chủ yếu mà HS

cần tiến hành, những dữ liệu định tính và định lƣợng cần thu thập, cách xử lí

những dữ liệu TN và những câu hỏi mà HS cần trả lời.

- Bố trí các bàn TN phải có khoảng cách đủ rộng để GV và HS đi lại dễ

dàng khi cần thiết.

c. Các yêu cầu trong việc tổ chức và hướng dẫn hoạt động của học sinh

trong thí nghiệm trực diện

- Cần đảm bảo cho mọi HS trong tất cả các nhóm đều tích cực hoạt động

trong tất cả các bƣớc của tiến trình TN: Xác định mục đích TN, thiết kế phƣơng

án TN, thực hiện các thao tác bố trí TN, tiến hành TN, ghi chép và xử lí kết quả

TN, rút ra kết luận.

- Cần phối hợp hợp lí các hình thức làm việc cá nhân, làm việc theo

nhóm và làm việc chung toàn lớp sao cho vừa phát huy tính chủ động, tự lực

của từng HS, vừa tạo điều kiện cho sự phân công, phối hợp công việc của các

HS trong nhóm, sự thảo luận, giúp đỡ lẫn nhau giữa các cá nhân trong nhóm và

giữa các nhóm với nhau.

- GV cần bao quát, theo dõi hoạt động của các nhóm. Sự hƣớng dẫn của

GV phải đúng lúc và chỉ với mức độ cần thiết. GV cần tổ chức cho lớp thảo

luận các phƣơng án TN mà HS đề xuất, không đƣa ra ngay từ đầu các phƣơng

án TN mà GV đã lựa chọn và chuẩn bị. Nếu TBTN mà HS mới gặp lần đầu thì

cần cho HS tìm hiểu nguyên tắc cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và nhất là cách

sử dụng nó. GV cần theo dõi quá trình tiến hành TN của các nhóm sao cho các

điều kiện mà TN phải thoả mãn đƣợc đảm bảo và các quy tắc an toàn đƣợc tuân

thủ. TN phải cho những kết quả rõ ràng, đơn vị thông qua việc lựa chọn các

thông số thuận tiện, cần đƣợc lặp lại ít nhất 3 lần đủ cho việc khái quát hóa, rút

ra kết luận. GV cần định hƣớng sự quan sát của HS vào khía cạnh chủ yếu của

hiện tƣợng xảy ra trong TN, hƣớng dẫn HS phân tích những điều quan sát đƣợc

trong các TN định tính và tính toán các giá trị trung bình, sai số trong các phép

đo ở những TN định lƣợng để rút ra kết luận.

1.4.3.3. Quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm vật lí trong dạy học phát hiện và

giải quyết vấn đề

Để TBTN thực hiện đầy đủ các chức năng và góp phần phát huy tính tích

cực, phát triển NLST của HS trong DHPH và GQVĐ thì quá trình sử dụng TN

phái diễn ra theo quy trình sau:

a. Xác định và chuẩn bị thiết bị thí nghiệm sẽ sử dụng

- Xác định mục đích của các TN cần tiến hành:

+ Trƣớc hết, GV cần xác định xem kiến thức mà HS cần học sẽ đƣợc xây

dựng theo con đƣờng lí thuyết hay theo con đƣờng thực nghiệm. Tiếp theo,

thiết lập tiến trình xây dựng kiến thức theo các giai đoạn của tiến trình xây

dựng kiến thức đã xác định.

+ Dựa vào tiến trình xây dựng kiến thức đã thiết lập, GV cần xác định chính

xác mục đích của các TN cần tiến hành và chức năng lí luận dạy học của nó.

- Lựa chọn TBTN phù hợp sẽ đƣợc sử dụng: từ mục đích của các TN cần

tiến hành, dựa vào tình trạng và yêu cầu đối với việc sử dụng TBTN, GV lựa

chọn TBTN phù hợp (TN biểu diễn hay TN thực tập).

- Nếu sử dụng TBTN thực tập thì GV cần soạn phiếu học tập bao gồm

các hoạt động chủ yếu mà HS cần thực hiện.

- GV kiểm tra sự hoạt động của TBTN và thử nghiệm các TN tiến hành

trƣớc giờ lên lớp.

b. Xác định và sử dụng thí nghiệm đơn giản (nếu cần) để làm nảy sinh

vấn đề

- Nếu cần sử dụng TN để làm nảy sinh vấn đề khi nghiên cứu hiện tƣợng

vật lí thì có thể diễn ra theo các bƣớc sau:

+ GV mô tả TN và yêu cầu HS dự đoán về hiện tƣợng sẽ diễn ra trong TN.

+ Dựa vào quan niệm, kinh nghiệm, kiến thức đã có HS đƣa ra dự đoán

về diễn biến của hiện tƣợng xảy ra, sau đó GV mới tiến hành TN. Kết quả TN

sẽ trái với dự đoán của HS và làm xuất hiện vấn đề cần giải quyết.

c. Sử dụng thiết bị thí nghiệm để hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết của học

sinh (nếu cần)

- Sau khi HS đề xuất phƣơng án TN tạo cơ sở để đề xuất giả thuyết, GV

giới thiệu sơ lƣợc các bộ phận chính của TBTN có liên quan tới các đại lƣợng

vật lí có mặt trong vấn đề cần giải quyết.

- GV hoặc nhóm HS tiến hành nhanh TN để thấy có mối liên hệ giữa hai

đại lƣợng vật lí và dựa vào sự cùng tăng (giảm) hay đại lƣợng này tăng khi đại

lƣợng kia giảm để đề xuất giả thuyết về mối liên hệ định lƣợng giữa hai đại

lƣợng vật lí này.

d. Sử dụng thiết bị thí nghiệm trong giai đoạn giải quyết vấn đề

- Xác định mục đích của TN cần tiến hành: GV hƣớng dẫn HS thảo luận

xác định nội dung cần kiểm tra bằng TN để làm rõ mục đích của TN.

- Thiết kế phƣơng án TN: GV hƣớng dẫn HS thiết kế phƣơng án TN cần

thực hiện để đạt đƣợc mục đích TN (Xác định dụng cụ, cách bố trí, cách tiến

hành, thu thập kết quả và xử lí).

- Bố trí TN: Bố trí, kết nối các bộ phận của TBTN sau khi đã có phƣơng

án TN và đảm bảo yêu cầu của TN biểu diễn hoặc thực tập.

- Tiến hành TN: Tiến hành TN theo phƣơng án đã nêu và đảm bảo yêu

cầu của TN. Tiến hành đo đạc, quan sát, thu thập dữ liệu; lƣu ý phải thực hiện

TN lặp lại ít nhất 3 lần và tuân thủ các quy tắc an toàn.

- Xử lí kết quả TN: Đối với TN định tính, HS phân tích các điều đã quan

sát đƣợc và rút ra kết luận. Đối với TN định lƣợng, HS tính toán giá trị trung

bình và sai số, nguyên nhân sai số. Có thể biểu diễn các kết quả thu đƣợc qua TN

dƣới dạng bảng biểu, đồ thị. Từ việc xử lí các kết quả TN, GV hƣớng dẫn HS rút

ra kết luận, đối chiếu với mục đích TN để đi đến kiến thức cần xây dựng.

1.5. Kết luận chƣơng 1

Trong chƣơng này chúng tôi đã nêu ra và phân tích để làm sáng tỏ các

vấn đề sau:

- Dạy học vật lí theo hƣớng phát huy tính tích cực của HS nhƣ: tính tích

cực nhận thức, tích cực học tập của HS; những biểu hiện của tính tích cực học

tập của HS; những tiêu chí đánh giá tính tích cực học tập của HS; các biện pháp

phát huy tính tích cực học tập của HS.

- Phát triển NLST của HS trong dạy học vật lí nhƣ: khái niệm NLST;

những biểu hiện của NLST của HS; tiêu chí đánh giá NLST của HS; các biện

pháp phát triển NLST của HS.

- Phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS trong DHPH và GQVĐ

nhƣ: một số khái niệm; cấu trúc của DHPH và GQVĐ ; tiến trình xây dựng kiến

thức theo kiểu DHPH và GQVĐ bằng con đƣờng thực nghiệm.

- Xây dựng và sử dụng TBTN trong dạy học vật lí ở trƣờng THPT theo

hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS nhƣ: vai trò của thiết

bị TN vật lí ở trƣờng THPT; xây dựng TBTN vật lí theo hƣớng phát huy tính

tích cực và phát triển NLST của HS; sử dụng TBTN trong dạy học vật lí theo

hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS.

Chƣơng 2

XÂY DỰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM SÓNG ÂM ĐỂ

SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 12

2.1. Mục tiêu kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm cần tiến hành

2.1.1. Mục tiêu kiến thức, kĩ năng

- HS nêu đƣợc sóng âm, âm thanh, hạ âm, siêu âm là gì.

- HS nêu đƣợc cƣờng độ âm và mức cƣờng độ âm là gì và đơn vị đo

mức cƣờng độ âm. Nêu đƣợc các đặc trƣng vật lí (tần số, mức cƣờng độ âm

và các hoạ âm) của âm. Trình bày đƣợc sơ lƣợc về âm cơ bản, các hoạ âm.

- HS nêu đƣợc các đặc trƣng sinh lí (độ cao, độ to và âm sắc) của âm.

- HS nêu đƣợc ví dụ để minh hoạ cho khái niệm âm sắc và nêu đƣợc tác

dụng của hộp cộng hƣởng âm.

- HS đề xuất đƣợc giả thuyết về mối liên hệ giữa các đặc trƣng sinh lí

của âm với các đặc trƣng vật lí của âm nhƣ:

+ Độ cao của âm là đặc trƣng sinh lý của âm, để phân biệt âm cao (bổng)

với âm thấp (trầm), độ cao của âm phụ thuộc vào tần số âm. Âm có tần số nhỏ

là âm thấp (trầm), âm có tần số lớn là âm cao (bổng).

+ Độ to của âm là đặc trƣng sinh lý của âm, cho ta cảm giác âm nghe to

hay nhỏ, phụ thuộc vào tần số và mức cƣờng độ âm. Mức cƣờng độ âm nhỏ

nhất của một âm để có thể gây cảm giác âm gọi là ngƣỡng nghe của nó.

Ngƣỡng nghe phụ thuộc vào tần số âm. Khi tần số âm không thay đổi, âm có

mức cƣờng độ âm càng lớn (biên độ càng lớn) thì tai nghe thấy càng to. Hai âm

có cùng mức cƣờng độ âm nhƣng có tần số khác nhau sẽ gây ra những cảm giác

âm to nhỏ khác nhau.

Mức cƣờng độ âm của một âm lớn đến mức nào đó sẽ gây ra cảm giác

đau trong tai: đó là ngƣỡng đau. Độ to của một âm nằm trong phạm vi từ

ngƣỡng nghe đến ngƣỡng đau.

+ Âm sắc là đặc trƣng sinh lí của âm giúp ra phân biệt đƣợc hai âm có

cùng độ cao, độ to nhƣng do các nguồn âm khác nhau phát ra, phụ thuộc tần số,

biên độ và phụ thuộc vào thành phần cấu tạo âm. Các âm có cùng tần số, cùng độ

to nhƣng âm sắc khác nhau là do dạng đồ thị biểu diễn dao động âm khác nhau.

- HS thiết kế đƣợc phƣơng án TN khảo sát sự phụ thuộc của độ cao vào

tần số âm; sự phụ thuộc của độ to vào tần số và mức cƣờng độ âm; sự phụ

thuộc của âm sắc vào dạng đƣờng biểu diễn dao động âm.

- HS tiến hành đƣợc các TN khảo sát sự phụ thuộc của độ cao vào tần số

âm; sự phụ thuộc của độ to vào tần số và mức cƣờng độ âm; sự phụ thuộc của

âm sắc vào dạng đƣờng biểu diễn dao động âm.

2.1.2. Các thí nghiệm cần tiến hành

Từ mục tiêu kiến thức, kĩ năng trong dạy học “Sóng âm”, để tạo điều

kiện tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của HS trong dạy học

“Sóng âm” thì các TN cần tiến hành trong nội dung dạy học này gồm:

- Thí nghiệm 1: Khảo sát dao động âm của các nguồn âm khác nhau.

- Thí nghiệm 2: Khảo sát đặc điểm của sóng âm (dải tần nghe đƣợc của

tai ngƣời).

- Thí nghiệm 3: Khảo sát sự phụ thuộc của độ cao vào tần số âm.

- Thí nghiệm 4: Khảo sát sự phụ thuộc của độ to vào tần số và mức

cƣờng độ âm.

- Thí nghiệm 5: Khảo sát sự phụ thuộc của âm sắc vào dạng đƣờng biểu

diễn dao động âm.

- Thí nghiệm 6: Khảo sát hiện tƣợng giao thoa sóng âm.

- Thí nghiệm 7: Khảo sát tính tuần hoàn theo không gian của quá trình

truyền sóng âm, xác định tốc độ truyền âm trong không khí.

- Thí nghiệm 8: Khảo sát hiện tƣợng sóng dừng trong ống không khí, xác

định tốc độ truyền âm trong không khí.

2.2. Xây dựng thiết bị thí nghiệm để sử dụng trong dạy học “Sóng âm”

2.2.1. Sự cần thiết phải xây dựng thiết bị thí nghiệm sóng âm

Sóng âm, sự truyền âm là hiện tƣợng rất gần gũi trong đời sống hàng

ngày nhƣng do sóng âm là một trong các hiện tƣợng không quan sát đƣợc nên

khó hình dung đối với HS trong quá trình nghiên cứu kiến thức “Sóng âm” ở

chƣơng trình vật lí phổ thông. Vì vậy, thực tế khi dạy học “Sóng âm” ở trƣờng

phổ thông hiện nay, các kiến thức hầu hết chỉ đƣợc trình bày trên phƣơng diện

lí thuyết chứ không đƣợc trình bày, minh họa hay xác định bằng thực nghiệm.

Do vậy chƣa thể tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS trong quá trình học

cũng nhƣ tạo điều kiện cho HS nắm một cách vững chắc kiến thức “Sóng âm”.

Trong thời gian gần đây, đã có một số luận văn cao học, đề tài khoa học

của các tác giả Nguyễn Thị Mai, PGS.TS Phạm Xuân Quế... cũng nghiên cứu

chế tạo, hoàn thiện các thiết bị TN để tổ chức hoạt động nhận thức tích cực,

sáng tạo của HS khi dạy học kiến thức “Sóng âm”.

- Tác giả Nguyễn Thị Mai trong luận văn “Thiết kế tiến trình dạy học các

kiến thức về sóng âm (Vật lí 12 THPT) trong đó có sử dụng một số thiết bị TN

hiện đại theo hƣớng phát huy tính tích cực của HS trong học tập (2005)” bằng

việc sử dụng micro và dao động kí điện tử đã xây dựng một vài TN về sóng âm

phục vụ trong dạy học vật lí bao gồm: các TN minh họa dạng đồ thị dao động

âm, TN về sự phụ thuộc của các đặc trƣng sinh lí vào các đặc trƣng vật lí của

âm, TN về hiện tƣợng giao thoa sóng âm, TN về hộp cộng hƣởng âm. Tuy

nhiên do việc sử dụng micro loại lớn và nguồn âm là các loa điện động, kết quả

TN thu đƣợc chƣa đạt nhƣ mong muốn.

- Trong bài viết “Xác định bƣớc sóng âm với sự hỗ trợ của dao động kí

điện tử trong dạy học phần sóng âm ở trƣờng phổ thông” (Thông báo khoa học

số 3 năm 2000 (trang 56-62)), PGS. TS Phạm Xuân Quế đã đƣa ra cơ sở lí

thuyết và phƣơng pháp đầy đủ để xác định đƣợc bƣớc sóng âm theo hai cách:

dựa vào tính tuần hoàn của quá trình truyền sóng và hiện tƣợng sóng dừng

nhƣng vẫn chƣa xây dựng, chế tạo TBTN thật để tiến hành TN thực nhằm đánh

giá những ƣu nhƣợc điểm cũng nhƣ tính khả thi của thiết bị trên thực tế.

Hiện nay ở trƣờng phổ thông chỉ có duy nhất một TBTN cho phép xác

định tốc độ truyền âm trong không khí dựa vào hiện tƣợng sóng dừng, chƣa có

TBTN nào nghiên cứu về mối quan hệ giữa các đặc trƣng sinh lí (độ cao, độ to,

âm sắc) với các đặc trƣng vật lí của âm (cƣờng độ âm, mức cƣờng độ âm, tần

số, dạng đồ thị biểu diễn âm). Tuy nhiên TBTN vẫn còn nhiều hạn chế nhƣ cần

phải tiến hành nhiều TN với các chiều dài cột khí khác nhau để kết luận cho

cùng một bƣớc sóng, việc đánh giá độ to nhỏ của âm phụ thuộc vào tai ngƣời

nên kết quả thu đƣợc có sai số tƣơng đối lớn.

2.2.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị thí nghiệm sóng âm

2.2.2.1. Chức năng của thiết bị thí nghiệm sóng âm

TBTN cho phép khảo sát các đặc điểm của sóng âm; khảo sát mối liên hệ

giữa các đặc trƣng sinh lí với các đặc trƣng vật lí của âm; xác định bƣớc sóng

của âm trong không khí theo hai phƣơng án khác nhau dựa vào tính tuần hoàn

của quá trình truyền sóng và hiện tƣợng sóng dừng trong ống không khí, từ đó

tính đƣợc tốc độ truyền âm trong không khí; khảo sát hiện tƣợng giao thoa sóng

âm trong không khí.

2.2.2.2. Cấu tạo của thiết bị thí nghiệm sóng âm

Hình 2.1. Thiết bị thí nghiệm sóng âm

Hình 2.1 đã mô tả chi tiết TBTN sóng âm bao gồm các linh kiện sau:

- Các bộ phận chính:

+ Ống nhựa trong suốt (1) hình trụ dài 70cm, đƣờng kính 4cm, đƣợc rạch

một khe nhỏ cỡ 5mm dọc thân ống, ở hai đầu đƣợc gắn với vòng nhựa có trục

kim loại để có thể gắn ống trên giá đỡ.

+ Pitong (2) đƣợc gắn với trục sắt nhỏ, có thể dịch chuyển bên trong

thân ống.

+ Nguồn âm: loa thạch anh, âm thoa (3)

+ Cảm biến âm đƣợc gắn trong hộp kín, micro đƣợc nối dài (4).

+ Nắp nhựa (5).

+ Máy phát âm tần (6), dao động kí điện tử (7).

- Các bộ phận khác:

+ Nguồn một chiều 5V (8) để cấp nguồn cho cảm biến.

+ Dây kết nối cảm biến (9) với dao động kí.

+ Hệ thống giá đỡ, dây dẫn, dây dao động kí (10, 11, 12).

2.2.2.3. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị thí nghiệm

TBTN sử dụng một máy phát âm tần có tác dụng tạo ra một hiệu điện thế

dao động điều hòa biến đổi kiểu xung sin, xung vuông hoặc tam giác, có thể

thay đổi tần số và biên độ. Kết nối máy phát âm tần với loa thạch anh ta thu

đƣợc một nguồn âm có thể thay đổi đƣợc tần số và biên độ.

Bộ cảm biến sử dụng nguồn 1 chiều 5V với một đầu micro có tác dụng

thu tín hiệu âm thanh. Khi sóng âm từ nguồn âm truyền tới micro, dao động cơ

đƣợc biến đổi thành dao động điện và đƣa vào lối vào của dao động kí điện tử,

qua đó chuyển từ việc quan sát các dao động cơ học sang quan sát các dao động

điện do chính các dao động cơ này gây ra trên màn dao động kí điện tử.

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của thiết bị thí nghiệm

Qua việc quan sát đồ thị dao động âm trên màn hình, HS sẽ biết đƣợc

quy luật biến đổi của li độ dao động theo thời gian. Đồng thời dựa vào việc ghi

lại đƣờng biểu diễn dao động âm có thể tiến hành các TN nghiên cứu sự phụ

thuộc của các đặc trƣng sinh lí của âm vào các đặc trƣng vật lí của âm.

Khi tiến hành các TN về giao thoa sóng âm, sóng dừng bằng cách sử dụng

dao động kí điện tử để ghi lại đồ thị biểu diễn dao động âm, dựa vào đồ thị sẽ cho

ta thấy một cách trực quan về hiện tƣợng giao thoa, sóng dừng: từ đồ thị sẽ cho

phép chúng ta xác định đƣợc những vị trí mà tại đó dao động âm tổng hợp dao

động với biên độ cực đại hoặc cực tiểu… trên phƣơng truyền âm. Từ đó xác định

đƣợc bƣớc sóng âm, tính toán đƣợc tốc độ truyền âm trong không khí.

2.2.3. Các thí nghiệm có thể tiến hành với thiết bị thí nghiệm sóng âm

TBTN trên cho phép chúng tôi có thể tiến hành đƣợc các TN sau đây khi

dạy học kiến thức “Sóng âm”:

- Thí nghiệm 1: Khảo sát dao động âm của các nguồn âm khác nhau.

- Thí nghiệm 2: Khảo sát đặc điểm của sóng âm (dải tần nghe đƣợc của

tai ngƣời).

- Thí nghiệm 3: Khảo sát sự phụ thuộc của độ cao vào tần số âm.

- Thí nghiệm 4: Khảo sát sự phụ thuộc của độ to vào tần số và mức

cƣờng độ âm.

- Thí nghiệm 5: Khảo sát sự phụ thuộc của âm sắc vào dạng đƣờng biểu

diễn dao động âm.

- Thí nghiệm 6: Khảo sát hiện tƣợng giao thoa sóng âm.

- Thí nghiệm 7: Khảo sát tính tuần hoàn theo không gian của quá trình

truyền sóng âm, xác định tốc độ truyền âm trong không khí.

- Thí nghiệm 8: Khảo sát hiện tƣợng sóng dừng trong ống không khí, xác

định tốc độ truyền âm trong không khí.

Sau đây, chúng tôi xin trình bày chi tiết các TN có thể tiến hành với TBTN.

2.2.3.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát dao động âm của các nguồn âm khác nhau

a. Mục đích thí nghiệm

Ghi lại dạng đồ thị biểu diễn dao động âm của một số nguồn âm, từ đó

phân biệt đƣợc nguồn nhạc âm và tạp âm.

b. Bố trí và tiến hành thí nghiệm

- Hộp cảm biến đƣợc gắn trên giá, đầu thu đƣợc nối với kênh CH1 của

dao động kí.

- Nguồn âm là loa: Nối loa với máy phát âm tần.

a. Nguồn âm là loa b. Nguồn âm là âm thoa

Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm kháo sát dao động âm

với các nguồn âm khác nhau

- Cho dao động kí điện tử và máy phát âm tần nối với loa hoạt động.

- Lần lƣợt cho các nguồn âm (loa, tiếng gõ của thanh kim loại vào miếng

sắt...) hoạt động rồi đƣa micro đến gần nguồn âm, quan sát dạng đồ thị tƣơng

ứng biểu diễn dao động của các nguồn âm trên màn hình dao động kí.

c. Kết quả thí nghiệm

- Nguồn nhạc âm (loa): đồ thị dao động là đƣờng cong biến thiên tuần

hoàn có dạng hình sin, có tần số xác định.

- Nguồn tạp âm (tiếng gõ của thanh kim loại vào miếng sắt): đồ thị dao

động là đƣờng con biến thiên không tuần hoàn và không có tần số xác định.

a b

Hình 2.4. Dạng đồ thị đường biểu diễn dao động âm

ứng với các nguồn âm khác nhau: a. Nguồn nhạc âm (Loa)

b. Nguồn tạp âm (tiếng gõ kim loại)

- Lưu ý:

+ Cần đƣa các nguồn âm đến gần micro để tín hiệu thu đƣợc là rõ nét.

+ Đối với trƣờng hợp nguồn âm là âm thoa thì cần đặt âm thoa sao cho

hai nhánh của âm thoa nằm trong mặt phẳng vuông góc với bề mặt của micro.

2.2.3.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát các đặc điểm của sóng âm

a. Mục đích thí nghiệm

Khảo sát dải tần cảm nhận (nghe) đƣợc của tai ngƣời.

Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát dải tần nghe được của tai người

b. Bố trí và tiến hành thí nghiệm

- Gắn loa lên giá TN, nối loa với máy phát âm tần.

- Cho máy phát âm tần hoạt động, từ từ vặn núm điều chỉnh

FREQUENCY và các nút điều chỉnh hệ số nhân, thay đổi tần số phát ra từ 0-

20Hz và lớn hơn 20kHz.

- Dùng tai cảm nhận âm phát ra từ loa.

c. Kết quả thí nghiệm

Chỉ cảm nhận đƣợc âm phát ra từ loa trong khoảng tần số từ 20-

20000Hz, ngoài khoảng này, tai không có cảm nhận gì.

- Lƣu ý

+ Tùy vào độ tốt (thính) của tai mà khoảng nghe đƣợc của mỗi ngƣời là

khác nhau, đối với ngƣời tai tốt thì dải tần nghe đƣợc cỡ 20-20000Hz, thông

thƣờng khi điều chỉnh đến cỡ 16000Hz thì tai chúng ta đã không nghe (cảm

nhận) đƣợc âm phát ra từ loa.

+ Loa sử dụng trong TN phải phát ra đƣợc âm trong dải tần nghe đƣợc

của tai ngƣời.

2.2.3.3. Thí nghiệm 3. Khảo sát sự phụ thuộc của độ cao vào tần số âm

a. Mục đích thí nghiệm

Thông qua TN rút ra sự phụ thuộc độ cao của âm vào tần số âm phát ra.

b. Bố trí và tiến hành thí nghiệm

- Lắp sơ đồ thí nghiệm nhƣ hình 2.3a, nguồn âm đƣợc nối với máy phát

âm tần, nối nguồn cho cảm biến, đầu ra nối với kênh CH1 của dao động kí.

- Nối nguồn cho cảm biến, đầu ra nối với kênh CH1 của dao động kí. Đặt

micro của cảm biến cách nguồn một khoảng vừa phải.

- Cho các thiết bị hoạt động, thay đổi tần số của âm phát ra bằng cách

vặn núm điều chỉnh FREQUENCY.

- Dùng tai cảm nhận âm phát ra, đồng thời quan sát đồ thị dao động âm

thu đƣợc trên màn hình dao động kí.

c. Kết quả thí nghiệm

Độ cao của âm phụ thuộc vào tần số âm, tần số càng lớn thì âm càng cao,

tần số càng thấp thì âm càng trầm.

a. Âm có tần số cao(âm bổng) b. Âm có tần số thấp (âm trầm)

Hình 2.6. Đồ thị dao động âm ứng với âm có tần số khác nhau

2.2.3.4. Thí nghiệm 4. Khảo sát sự phụ thuộc của độ to vào tần số và mức

cường độ âm

a. Mục đích thí nghiệm

Thông qua TN rút ra sự phụ thuộc độ cao của âm vào tần số và biên độ

của âm phát ra.

b. Bố trí và tiến hành thí nghiệm

- Lắp sơ đồ bố trí thí nghiệm nhƣ hình 3a: nguồn âm đƣợc nối với máy phát

âm tần, nối nguồn cho cảm biến, đầu ra nối với kênh CH1 của dao động kí.

- Cho các thiết bị hoạt động, dịch chuyển cảm biến, đƣa micro lại gần loa

+ Lần 1: giữ nguyên biên độ âm (tức cƣờng độ âm không đổi), thay đổi

tần số bằng cách vặn núm điều chỉnh FREQUENCY và nghe độ to của âm phát

ra ứng với mỗi tần số đó.

+ Lần 2: giữ nguyên tần số âm, thay đổi biên độ âm (tức cƣờng độ âm)

bằng cách vặn núm điều chỉnh AMPLITUDE và nghe độ to của âm phát ra ứng

với mỗi biên độ.

c. Kết quả thí nghiệm

+ Lần1: hai âm có cùng mức cƣờng độ âm, nhƣng tần số khác nhau sẽ

gây ra những cảm giác âm to nhỏ khác nhau.

+ Lần 2: khi tần số âm không đổi, âm có mức cƣờng độ âm càng lớn thì

nghe càng to.

2.2.3.5. Thí nghiệm 5. Khảo sát sự phụ thuộc của âm sắc vào dạng đường biểu

diễn dao động âm

a. Mục đích thí nghiệm:

Qua TN rút ra: các âm có cùng độ cao nhƣng có âm sắc khác nhau là do

dạng đƣờng biểu diễn dao động (âm sắc) khác nhau.

b. Bố trí và tiến hành thí nghiệm

- Lắp sơ đồ TN, cho các thiết bị hoạt động.

- Nguồn âm là loa đƣợc nói với máy phát âm tần, đồng thời giữ nguyên

tần số, nhƣng để máy phát âm tần lần lƣợt ở 3 chế độ phát xung khác nhau: sin,

vuông và tam giác, lần lƣợt nghe âm phát ra trong các trƣờng hợp và quan sát

dạng đồ thị dao động âm tƣơng ứng trên màn hình của dao động kí điện tử.

c. Kết quả thí nghiệm

Hình 2.7. Đồ thị dao động âm ứng với các trường hợp nguồn âm phát ra

sóng âm có dạng khác nhau

2.2.3.6. Thí nghiệm 6. Khảo sát hiện tượng giao thoa sóng âm

a. Mục đích thí nghiệm

Khảo sát hiện tƣơng giao thoa sóng âm.

b. Bố trí và tiến hành thí nghiệm

Hình 2.8. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát hiện tượng giao thoa sóng âm

- Cho các thiết bị hoạt động theo sơ đồ bố trí nhƣ hình vẽ (Hình 2.8).

- Gắn hộp micro lên giá, đầu ra đƣợc nối với dao động kí, dịch chuyển

sao cho micro nằm trên đƣờng thẳng nối hai loa.

Hình 2.9. Bố trí thí nghiệm khảo sát hiện tượng giao thoa sóng âm

c. Kết quả thí nghiệm

Quan sát đồ thị biểu diễn dao động âm tại các vị trí khác nhau của micro, rút ra kết luận: có những vị trí của micro ta thấy đồ thị dao động là một đƣờng hình sin có biên độ lớn, chứng tỏ nghe thấy là to, có những vị trí ta thấy đồ thị dao động là một đƣờng hình sin nhƣng biên độ bé (gần nhƣ một đƣờng thẳng) chứng tỏ âm nghe thấy là bé.

Hình 2.10. Đồ thị dao động âm ứng với vị trí mà tại đó dao động tổng hợp âm đạt biên độ cực đại Hình 2.11. Đồ thị dao động âm ứng với vị trí mà tại đó dao động tổng hợp âm đạt biên độ cực tiểu

- Lưu ý

+ Di chuyển micro trên đƣờng thẳng nối hai loa ở cùng độ cao với hai loa

để TN đạt kết quả chính xác.

+ Chỉ di chuyển micro trong vùng không gian trƣớc hai loa là chủ yếu.

2.2.3.7. Thí nghiệm 7. Khảo sát tính tuần hoàn theo không gian của quá trình

truyền sóng âm, xác định tốc độ truyền âm trong không khí

a. Mục đích thí nghiệm

Khảo sát sự biến đổi pha trên phƣơng truyền sóng của sóng âm.

Đo bƣớc sóng âm, dựa vào đó xác định tốc độ truyền âm trong không khí.

b. Bố trí và tiến hành thí nghiệm

- Cơ sở lí thuyết

+ Sóng âm là sóng dọc, do có tính tuần hoàn theo không gian nên theo

phƣơng truyền sóng, các điểm trong không gian cách nhau một bƣớc sóng sẽ

dao động cùng pha.

+ Nếu tại hai điểm này, ta đặt hai micro trực tiếp hai đầu ra vào 2 cổng của dao động kí thì ta sẽ thấy trên màn hình dao động kí hình ảnh hai sóng đồng pha.

Hình 2.12. Đồ thị dao động của hai sóng cùng pha trên dao động kí

+ Nếu hai micro đặt ở hai vị trí mà dao động tại đó không cùng pha thì

tùy theo sự lệch pha dao động giữa hai điểm đấy thì hình ảnh thu đƣợc trên

màn hình dao động kí là khác nhau.

+ Để đơn giản hóa, ta nối trực tiếp một kênh của dao động kí với đầu ra của

máy phát âm tần, kênh còn lại nối với đầu ra của bộ cảm biến nhƣ hình 2.13.

Hình 2.13. Sơ đồ bố trí thí nghiệm kháo sát tính tuần hoàn

về pha của quá trình truyền sóng âm

Khi đó, bằng việc xác định khoảng cách giữa hai điểm dao động đồng

pha nhau liên tiếp và đồng pha với nguồn trên phƣơng truyền sóng, ta thu đƣợc

bƣớc sóng âm:

Trong đó:

L1, L2 lần lƣợt là khoảng cách từ hai điểm đồng pha liên tiếp nhau tới

nguồn âm, : bƣớc sóng âm.

- Bố trí và tiến hành thí nghiệm

Hình 2.14. Bố trí thí nghiệm khảo sát tính tuần hoàn pha

của quá trình truyền sóng âm

+ Lắp đặt sơ đồ TN nhƣ hình vẽ, micro đƣợc luồn theo khe vào trong

thân ống, đầu ra của micro đƣợc nối với cổng CH1, đầu ra của máy phát âm tần

đƣợc nối với cổng CH2.

+ Chuyển MODE của dao động kí sang Dual.

+ Cho các thiết bị hoạt động, chọn một tần số nhất định, hình ảnh thu

đƣợc trên màn hình dao động kí là đƣờng biểu diễn dao động âm tại nguồn và

tại vị trí đặt micro.

+ Dịch chuyển từ từ micro dọc thân ống đến khi quan sát thấy hai tín

hiệu là đồng pha, đọc và ghi lại giá trị l1 là khoảng cách từ vị trí đó đến nguồn

nhờ thƣớc trên giá đỡ.

* Lặp lại bƣớc này 5 lần, ứng với vị trí cho tín hiệu đồng pha với nguồn

lần đầu tiên.

* Tính giá trị và sai số trung bình , rồi số liệu ghi vào bảng.

+ Dịch chuyển micro lại thu đƣợc một vị trí khác mà hai tín hiệu thu

đồng pha, đọc và ghi lại giá trị l2 là khoảng cách từ vị trí đó đến nguồn.

* Lặp lại bƣớc này 5 lần, ứng với vị trí cho tín hiệu đồng pha với nguồn

lần đầu tiên.

* Tính giá trị và sai số trung bình , rồi số liệu ghi vào bảng.

+ Tính bƣớc sóng: , sai số

+ Biết tần số âm, tính tốc độ truyền âm trong không khí và sai số

Hình 2.15. Đồ thị biểu diễn dao động âm ứng với vị trí của micro mà dao động tại đó đồng pha với nguồn.

trung bình

Tiến hành TN với các giá trị tần số khác.

c. Kết quả thí nghiệm

Bảng số liệu và xử lí số liệu:

 Tần số

Lần thí nghiệm

Vị trí 1 2 3 4 5

đồng pha

44 43 43 42 44 43.20 1

170 172 169 171 171 170.6 1.5

Tính bƣớc sóng âm và sai số:

Tính tốc độ truyền âm và sai số:

Sai số tƣơng đối:

 Tấn số

Lần thí nghiệm

Vị trí

1

2

3

4

5 đồng pha

52

53

51

52

1.00

131

130

131 130 130.4

0.50

Tính bƣớc sóng âm và sai số:

Tính tốc độ truyền âm và sai số:

Sai số tƣơng đối:

 Tần số

Lần thí nghiệm

1

2

4

5

3 Vị trí đồng pha

44

43

44

43.8

0.32

115

116

115

116

115.4

0.48

Tính bƣớc sóng âm và sai số:

Tính tốc độ truyền âm và sai số:

Sai số tƣơng đối:

Bảng tổng hợp kết quả:

Tần số (f) Vận tốc âm (v) Bƣớc sóng (λ)

Nhận xét: Kết quả thu đƣợc có sai số tƣơng đối nhỏ (cỡ 2-3%).

2.2.3.8. Thí nghiệm 8. Khảo sát hiện tượng sóng dừng trong ống không khí, xác định tốc độ truyền âm trong không khí

a. Mục đích thí nghiệm - Đo bƣớc sóng của âm dựa vào hiện tƣợng sóng dừng trong cột không khí. - Biết tần số của âm, đo đƣợc bƣớc sóng, tính đƣợc tốc độ truyền âm

trong không khí.

b. Bố trí và tiến hành thí nghiệm - Cơ sở lí thuyết: Dựa trên hiện tƣợng sóng dừng trong ống không khí.

Hình 2.16. Sơ đồ bố trí thí nghiệm kháo sát hiện tượng sóng dừng trong ống

không khí

Sóng dừng là trƣờng hợp đặc biệt của giao thoa sóng, là sóng tạo thành

do sự chồng chập của hai sóng chạy hình sin kết hợp truyền cùng theo một

phƣơng nhƣng ngƣợc chiều nhau. Khi xảy ra hiện tƣợng sóng dừng, ta có thể

tìm ra những vị trí tƣơng ứng với bụng sóng hoặc nút sóng, từ đó xác định đƣợc

/2

bƣớc sóng âm, biết đƣợc tần số âm, ta có thể tính toán đƣợc vận tốc truyền âm



theo hệ thức:

hoặc v = f

Khảo sát hiện tƣợng sóng dừng trong ống không khí

Hình 2.17. Sơ đồ minh họa các nút và bụng sóng khi xảy ra hiện tượng sóng

dừng trong ống không khí

- Nguồn âm là một loa đƣợc đặt trƣớc miệng ống, phía đầu kia là pittông

có thể di chuyển đƣợc để thay đổi độ dài của cột không khí. Sóng âm từ loa

đƣợc giao thoa với sóng phản xạ tạo thành sóng dừng có nút và bụng xen kẽ

nhau. Khi chiều dài của cột không khí trong ống có giá trị /4, 3/4, 5/4, 7/4,

9/4… thì xảy ra hiện tƣợng sóng dừng và ta nghe đƣợc to nhất. Khoảng cách

giữa các nút hay các bụng là /2, ở miệng ống là bụng sóng còn tại pit-tông là

nút sóng. Xác định đƣợc , biết đƣợc tần số âm f, ta sẽ tính đƣợc tốc độ truyền

sóng âm trong cột không khí.

+ Bố trí dụng cụ TN nhƣ trong sơ đồ hình 2.18, lúc đầu micro ở vị trí gần

sát với loa ở đầu ống bên trái.

+ Cho các thiết bị hoạt động, chọn một tần số nhất định, dịch chuyển

pittong từ phải qua trái đồng thời quan sát hình ảnh thu đƣợc trên màn hình dao

động kí. Xác định vị trí của pittong mà tại đó tín hiệu âm thu đƣợc trên dao

động kí điện từ là lớn nhất, khi đó xảy ra hiện tƣợng sóng dừng trong ống

không khí.

+ Dịch chuyển micro sang phải, xác định hai vị trí liên tiếp cho tín hiệu

cực đại trên màn hình dao động kí, lặp lại thí nghiệm 3 lần. Đo và ghi kết quả

vào bảng số liệu.

Hình 2.18. Bố trí thí nghiệm khảo sát hiện tượng sóng dừng trong ống không khí

Hình 2.19. Đồ thị biểu diễn dao động âm ứng với vị bụng và nút sóng khi xảy ra hiện tượng sóng dừng trong ống không khí

c. Kết quả thí nghiệm

Bảng số liệu và xử lí số liệu

Vị trí bụng 1

Vị trí bụng 2

mm

Lần

(mm)

(m/s)

1

2

3

1

2

3

69

68 68.33 133 133 134 133.33

130.00 380.09

49

47

48 48.00 101 102 101 101.33

106.67 377.60

53

52 2.93 3.54 4.24

52.67

96

95

95.33 85.33 361.81

Bằng cách xử lí sai số tƣơng tự nhƣ trong thí nghiệm 7, ta thu đƣợc bảng

kết quả sau:

Tần số (f)

Bƣớc sóng (λ)

Tốc độ âm (v)

Nhận xét: Kết quả thu đƣợc có sai số tƣơng đối nhỏ (cỡ 2-3%).

2.3. Tiến trình dạy học “Sóng âm” theo hƣớng phát huy tính tích cực và

phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

2.3.1. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức “Sóng âm” (Hình 2.20 và 2.21)

Học sinh đã biết:

- Điều kiện để có sóng cơ là có nguồn dao động và môi trƣờng đàn hồi. - Các vật phát ra âm đều dao động. - Không khí là môi trƣờng đàn hồi.

Âm có phải là sóng cơ học?

Chuẩn bị hai nguồn âm kết hợp để tiến hành thí nghiệm giao thoa âm

- Nếu âm là sóng cơ học thì phải có hiện tƣợng giao thoa âm. - Tiến hành thí nghiệm giao thoa âm

Âm là sóng cơ học

Hình 2.20. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức “Âm là sóng cơ học”

Khi nghe các âm khác nhau, tai ngƣời phân biệt đƣợc các đặc tính: trầm, bổng (độ cao của âm); to nhỏ (độ to của âm); mỗi nhạc cụ khi tấu lên một đoạn nhạc ở cùng một độ cao nhƣng ta vẫn phân biệt đƣợc tiếng của từng nhạc cụ (âm sắc của âm). Các đặc tính này gọi là các đặc trƣng sinh lí của âm

Các đặc trƣng sinh lí của âm (độ cao, độ to, âm sắc) có liên quan thế nào với các đặc tính vật lí của sóng âm?

Tìm hiểu phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm sóng âm. Từ các đặc tính vật lí của sóng âm, dự đoán và kiểm tra sự phụ thuộc của các đặc tính sinh lí của âm (độ cao, độ to, âm sắc) vào tần số, biên độ và dạng đƣờng biểu diễn dao động của nguồn âm.

- Tạo ra các âm có cùng biên độ nhƣng khác nhau về tần số và nghe các âm này để so sánh độ cao của chúng, sau đó lại tạo ra các âm có cùng tần số nhƣng khác nhau về biên độ và nghe để so sánh độ cao của các âm này.

- Học sinh nghe 3 âm khác nhau (3 âm này có cùng tần số, cùng biên độ nhƣng có đƣờng biểu diễn lần lƣợt là hình sin, hình vuông và hình tam giác), sử dụng phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm âm thanh để khảo sát các tính chất của 3 âm này

Độ cao của âm phụ thuộc vào tần số âm Độ to của âm phụ thuộc vào biên độ và tần số âm Âm sắc của âm phụ thuộc vào dạng đƣờng biểu diễn dao động của nguồn âm

Hình 2.21. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức về mối liên hệ giữa

các đặc trưng sinh lí và đặc trưng vật lí của âm

2.3.2. Ý tưởng sư phạm khi soạn thảo kiến thức “Sóng âm”

Ở bài học trƣớc, HS đã biết điều kiện để có sóng cơ học là có nguồn dao

động và môi trƣờng đàn hồi. Ở lớp 7, HS đã biết các vật phát ra âm đều dao

động và không khí là môi trƣờng đàn hồi. Vì vậy, HS có thể đề xuất dƣ án “Âm

là sóng cơ học”. Hệ quả rút ra từ dự đoán này là: phải xảy ra hiện tƣợng giao

thoa âm. Để kiểm tra hệ quả này, ta cần thiết kế phƣơng án và tiến hành TN tạo

ra hiện tƣợng giao thoa âm. HS thảo luận thiết kế phƣơng án TN, GV tiến hành

TN. Kết quả TN khẳng định điều dự đoán là đúng. Nhƣ vậy, ta có thể kết luận

âm là sóng cơ học.

Để chuẩn bị cho việc khảo sát mối liên hệ giữa các đặc tính sinh lí và các

đặc tính vật lí của âm, GV giới thiệu cho HS phƣơng pháp khảo sát thực

nghiệm những tính chất của âm và cho HS quan sát trên dao động kí điện tử

hình ảnh dao động âm của một số nguồn âm nhƣ: âm thoa, còi và nguồn âm

dùng mạch IC. Sau đó GV giới thiệu cho HS cách phân biệt các đặc tính của

âm do tai ngƣời cảm nhận đƣợc nhƣ: độ cao, độ to, âm sắc. Các đặc tính này

gọi là các đặc tính sinh lí của âm.

Để chuyển giao nhiệm vụ cho HS, phát biểu vấn đề, GV yêu cầu HS lần

lƣợt tìm hiểu xem những đặc tính sinh lí (độ cao, độ to, âm sắc) của âm có mối

liên hệ nhƣ thế nào với các đặc tính vật lí (tần số, biên độ…) của sóng âm và ta

có thể dùng phƣơng án TN nào để kiểm tra nhận định đó?

HS biết phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm sóng âm cho phép so sánh sự

khác nhau về tần số, biên độ của các âm. Do đó, HS có thể đề xuất: độ cao của

âm phụ thuộc vào tần số và biên độ của âm. Để kiểm tra điều này, ta phải tạo ra

các âm có cùng biên độ nhƣng khác nhau về tần số và nghe các âm này để so

sánh độ cao của chúng, sau đó lại tạo ra các âm có cùng tần số nhƣng khác

nhau về biên độ và nghe để so sánh độ cao của các âm này.

GV hƣớng dẫn HS thảo luận việc lựa chọn nguồn âm cần sử dụng để

thỏa mãn các yêu cầu đã đề ra. HS nhận thấy rằng, nguồn âm dùng âm thoa hay

còi đều không đảm bảo yêu cầu tạo ra các âm có cùng biên độ. Từ đó GV giới

thiệu cho HS khả năng nguồn âm dùng mạch IC để tạo ra các âm thỏa mãn

những yêu cầu trên. GV cho HS nghe âm do nguồn âm (nguồn âm dùng mạch

IC) phát ra và quan sát hình ảnh dao động âm trên dao động kí điện tử. Kết quả

TN cho thấy, với những âm có tần số càng lớn thì âm nghe càng cao, khi tăng

biên độ của dao động âm thì ta nghe thấy âm to hơn nhƣng độ cao của âm

không thay đổi. Nhƣ vậy, ta cũng đi đến kết luận, với một tần số nhất định thì

độ to của âm phụ thuộc vào biên độ của dao động âm. Nếu giữ biên độ âm

không đổi, nghe độ to ứng với các âm có tần số khác nhau thì sẽ đi đến kết

luận: độ to của âm không những phụ thuộc vào biên độ âm mà còn phụ thuộc

vào tần số âm.

Để tìm hiểu đặc tính âm sắc của âm do các nhạc cụ tấu cùng một nốt

nhạc, HS chƣa thể đề xuất đƣợc dự đoán về mối liên hệ giữa âm sắc của âm và

dạng đƣờng biểu diễn dao động âm. Vì vậy, GV hƣớng dẫn HS khảo sát đặc

tính âm sắc của âm sử dụng nguồn âm dùng mạch IC để thay thế cho việc khảo

sát đặc tính này trên các nhạc cụ khác nhau. Ban đầu, GV cho HS nghe ba âm

khác nhau (ba âm này có cùng tần số, cùng biên độ nhƣng có đƣờng biểu diễn

lần lƣợt là hình sin, hình vuông và hình tam giác) và yêu cầu HS tìm hiểu xem

các âm này nghe khác nhau là do đặc điểm gì? HS đề xuất sử dụng phƣơng

pháp khảo sát thực nghiệm âm thanh để khảo sát các tính chất của ba âm này.

GV tiến hành TN, HS nghe âm do nguồn âm phát ra và quan sát hình ảnh dao

động ân trên dao động kí điện tử. Kết quả TN cho thấy: các âm này có cùng tần

số, cùng biên độ nhƣng ta nghe thấy khác nhau là do dạng đƣờng biểu diễn của

chúng khác nhau.

Cuối cùng, GV tổng kết về phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm những

tính chất của âm và mối liên hệ giữa các đặc tính sinh lí với các đặc tính vật lí

của âm.

Sau đây, chúng tôi sẽ trình bày cụ thể hoạt động của HS và sự trợ giúp

của GV trong tiến trình dạy học kiến thức “Sóng âm”:

2.3.3. Tiến trình dạy học cụ thể

Hoạt động của HS Trợ giúp của GV

Hoạt động 1 Nêu câu hỏi.

Xác định nội dung nghiên cứu.

Nghe thông báo của GV về ý nghĩa H.1. Ta đã biết điều kiện để có sóng cơ học là

của việc nghiên cứu các đặc điểm có nguồn dao động và môi trƣờng đàn hồi. Ở

của âm. lớp 7, các em cũng đã biết các vật phát ra âm

đều dao động và không khí là môi trƣờng đàn

hồi. Nhƣ vậy, ta có thể dự đoán âm là gì? cần

tiến hành TN nào để khẳng định dự đoán này?

Hoạt động 2

Dự đoán, suy ra hệ quả và thiết kế

phƣơng án TN kiểm tra hệ quả.

Thảo luận chung về câu trả lời cho

Bố câu hỏi 1. Đi đến kết luận:

trí thí nghiệm khảo sát hiện tượng giao thoa Dự đoán: Âm là sóng cơ

sóng âm Hệ quả: Nếu tao ra hai nguồn âm

kết hợp thì ta sẽ quan sát đƣợc hiện

tƣợng giao thoa âm.

Thiết kế phƣơng án TN giao thoa

sóng âm: cho hai nguồn âm kết hợp

phát ra hai âm, trong vùng giao

thoa của hai âm này, ta sẽ thấy có

chỗ nghe rõ, xen kẽ với những chỗ

Đồ thị dao động âm ứng với vị trí mà tại đó không nghe thấy gì.

dao động tổng hợp âm đạt biên độ cực đại

Hoạt động của HS Trợ giúp của GV

Cần có hai nguồn âm kết hợp. Có

thể nối nguồn âm IC với một loa

nữa để đƣợc hai loa cùng phát ra

các âm giống hệt nhau. Đồ

Quan sát các cực đại, cực tiểu sóng thị

âm bằng một trong hai cách:

+Hai nguồn âm đứng yên, ngƣời

di chuyển theo phƣơng song song

với đƣờng nối hai nguồn âm. dao động âm ứng với vị trí mà tại đó dao động

tổng hợp âm đạt biên độ cực tiểu

+ Ngƣời đứng yên, hai nguồn âm Giáo viên gợi ý

đƣợc cố định trên một thanh cứng, Nhớ điều kiện để có giao thoa, ở đây, ta cần

xoay thanh nối hai nguồn âm xung làm gì để có thể tạo ra hiện tƣợng giao thoa

quanh trục thẳng đứng đi qua trung sóng âm?

điểm của thanh.

- Nghe độ to của âm, khẳng định

tính chất của sóng âm.

Lựa chọn phương án thí nghiệm

Để các HS trong lớp có thể nghe thấy âm cực

đại, cực tiểu mà không phải rời khỏi chỗ ngồi

thì ta cần tiến hành TN theo phƣơng án thứ

hai. GV cần tiến hành TN theo phƣơng án này.

Thông báo

Hoạt động của HS Trợ giúp của GV

Hoạt động 3 Phân loại sóng âm

Quan sát đƣờng biểu diễn dao Các khái niệm về cảm giác âm nhƣ độ cao, độ

động âm của một số nguồn âm nhƣ to, âm sắc.

âm thoa, còi, nguồn âm dùng mạch Phƣơng pháp khảo sát thực nghiệm sóng âm

IC. bằng dao động kí điện tử.

Hoạt động 4 H.2. Các đặc tính sinh lí nhƣ độ cao, độ to, âm

Thảo luận chung về câu trả lời cho sắc phụ thuộc nhƣ thế nào với các đặc tính vật

câu hỏi 2. Đi đến kết luận: lí của âm? Cần tiến hành TN nhƣ thế nào để

- Chỉ cần tìm hiểu sự phụ thuộc khảo sát sự phụ thuộc này?

giữa các đặc tính sinh lí của âm

vào tần số và biên độ âm là đủ.

Thiết kế phƣơng án TN:

- Tạo ra các âm có cùng biên độ

Đồ nhƣng khác nhau về tần số, nghe

thị các âm này để so sánh độ cao của

chúng. dao động của âm bổng

- Tạo ra các âm có cùng tần số

nhƣng khác nhau về biên độ, nghe

các âm này để so sánh độ cao của

chúng.

- Tƣơng tự nhƣ hai trƣờng hợp

trên, nhƣng ta sẽ nghe để so sánh

độ to của âm.

Đồ thị dao động của âm trầm

Hoạt động của HS Trợ giúp của GV

- Cho ba nhạc cụ tấu cùng một nốt

nhạc rồi dùng dao động kí điện tử

để khảo sát, so sánh các đặc tính

vật lí của ba âm này.

Kết luận về sự phụ thuộc giữa các

đặc tính sinh lí và các đặc tính vật Đồ thị dao động âm ứng với các trường hợp

lí của âm.

Hoạt động 5

Nhận biết ứng dụng của việc khảo

sát những đặc tính của âm.

nguồn âm phát ra sóng âm có dạng khác nhau

Giáo viên gợi ý

Thay vì dùng ba nhạc cụ khác nhau, ta có thể

sử dụng nguồn âm IC. Nguồn âm này có thể

phát ra ba âm của cùng một nốt nhạc nhƣng tai

vẫn nghe thấy ba âm này có sắc thái riêng khác

nhau. Đồ thị dao động của nhạc âm

GV tiến hành các TN theo những phƣơng án (loa)

đã đƣợc HS thiết kế.

Giáo viên thông báo thêm

Hoạt động của HS Trợ giúp của GV

-Phân biệt nhạc âm và tạp âm.

-Tác dụng của dây đàn, cột khí của sáo, thanh

đới của ngƣời.

-Vai trò của hộp cộng hƣởng đối với các nhạc

cụ.

Đồ thị dao động của tạp âm

(Tiếng gõ kim loại)

2.4. Kết luận chƣơng 2

Trên cơ sở nghiên cứu mức độ nội dung kiến thức “Sóng âm” mà HS cần

phải nắm vững, lƣu ý các kết quả thu đƣợc qua việc tìm hiểu tình hình dạy học

kiến thức “Sóng âm” ở một số trƣờng THPT trên địa bàn thành phố Thái

Nguyên, đặc biệt là những khó khăn, sai lầm của HS, chúng tôi đã xây dựng

đƣợc TBTN sóng âm để sử dụng trong dạy học. Chúng tôi đã mô tả chi tiết

từng TBTN đã xây dựng theo cùng một dàn ý:

- Sự cần thiết phải xây dựng (chế tạo, hoàn thiện) thiết bị

- Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

- Các TN có thể tiến hành

- Các lƣu ý để tiến hành TN thành công (nếu có)

Việc sử dụng phối hợp các thiết bị TN đã đƣợc cụ thể hóa qua việc dự

kiến chi tiết tiến trình dạy học “Sóng âm”.

Tiến trình dạy học này đòi hỏi HS đề xuất các giả thuyết và đề xuất các

phƣơng án TN kiểm tra những hệ quả đƣợc suy ra từ giả thuyết. Nhờ vậy, tính

tích cực, sáng tạo của HS đƣợc phát triển. GV chỉ hƣớng dẫn, giúp đỡ HS khi

HS gặp khó khăn.

Chƣơng 3

THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM

3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm

3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm

Mục đích của TNSP là kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết khoa học

mà đề tài đặt ra, cụ thể là kiểm tra hiệu quả của việc sử dụng TN theo hƣớng

bồi dƣỡng năng lực tự học cho HS THPT. Cụ thể, kết quả TNSP phải trả lời

đƣợc các câu hỏi:

- Sử dụng TN trong dạy học vật lí có góp phần phát huy tính tích cực và

phát triển NLST của HS hay không?

- Chất lƣợng học tập của HS trong quá trình học tập đƣợc tổ chức theo

tiến trình dạy học thực nghiệm so với quá trình học tập đƣợc tổ chức theo tiến

trình dạy học bình thƣờng nhƣ thế nào?

- Cần có sự bổ sung, chỉnh lí nhƣ thế nào đối với các TN đã sử dụng và

tiến trình dạy học đã đề xuất?

3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm

Ở các lớp thực nghiệm, GV dạy theo các bài giảng thực nghiệm do

chúng tôi thiết kế. Bài giảng tiến hành thực nghiệm thuộc kiến thức “Sóng âm”.

Ở các lớp đối chứng, GV dạy theo các bài giảng bình thƣờng do GV tự

thiết kế.

Các tiết dạy đều đƣợc tiến hành theo đúng tiến độ nhƣ phân phối chƣơng

trình của Bộ Giáo dục và Đào tạo.

So sánh, đối chiếu kết quả học tập và xử lí kết quả thu đƣợc của các lớp thực

nghiệm và các lớp đối chứng để đánh giá tính khả thi của các biện pháp đề xuất.

3.2. Đối tƣợng và nội dung của thực nghiệm sƣ phạm

3.2.1. Đối tượng thực nghiệm sư phạm

Tổ chức điều tra, lấy ý kiến của 21 GV của 3 trƣờng THPT thuộc thành

phố Thái Nguyên về thực trạng của vấn đề sử dụng TN theo hƣớng phát huy

tính tích cực và phát triển NLST của HS. Trên cơ sở đó chúng tôi phân tích

đƣợc nguyên nhân của thực trạng, làm rõ đƣợc những thuận lợi và khó khăn

của việc sử dụng TN theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của

HS trong QTDH vật lí ở các trƣờng THPT hiện nay.( Phụ lục 1 )

Bài dạy Sóng âm thuộc phần Sóng cơ, vật lí 12.

Thực nghiệm sƣ phạm đƣợc tiến hành trong học kì I năm học 2015 - 2016 đối

với HS các lớp 12 của trƣờng THPT Chu Văn An - Thành phố Thái Nguyên.

3.2.2. Nội dung thực nghiệm sư phạm

Nội dung thực nghiệm bao gồm 1 bài: Bài Sóng âm. Nguồn nhạc âm.

3.3. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm

3.3.1. Chọn mẫu thực nghiệm

Mẫu thực nghiệm đƣợc chọn sẽ ảnh hƣởng trực tiếp đến kết quả TNSP. Vì

vậy, các lớp đƣợc chọn trong quá trình TNSP có số lƣợng HS, điều kiện tổ

chức dạy học, có trình độ và chất lƣợng học tập cũng nhƣ các điều kiện khác

tƣơng đƣơng nhau (chúng tôi căn cứ vào kết quả học tập cuối năm và đặc biệt

là kết quả học tập môn vật lí của các lớp này trong năm học 2014 - 2015). Nhƣ

vậy, kích thƣớc và chất lƣợng của mẫu đã thỏa mãn yêu cầu của TNSP. Số

lƣợng HS ở các nhóm cụ thể nhƣ sau:

Bảng 3.1. Số liệu HS các nhóm thực nghiệm và đối chứng

Nhóm thực nghiệm Nhóm đối chứng

SỐ LƢỢNG SỐ LƢỢNG LỚP LỚP

1 12A1 12A2 48 48

2 12A3 12A4 48 47

3 12A5 12A6 49 49

145 144 CỘNG CỘNG

3.3.2. Quan sát giờ học

Tất cả các giờ học ở các lớp thực nghiệm đều đƣợc quan sát và ghi chép

các hoạt động của GV và HS theo các nội dung sau:

- Hoạt động dạy học của GV:

+ Mức độ tăng cƣờng TN theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển

NLST của HS trong các khâu khác nhau của QTDH.

+ Hiệu quả của việc tổ chức sử dụng TN theo hƣớng phát huy tính tích

cực và phát triển NLST của HS trong các khâu khác nhau của QTDH.

- Hoạt động học tập của HS:

+ Không khí lớp học, tính tích cực của HS qua thái độ học tập, hoạt

động xây dựng bài học…

+ Khả năng lĩnh hội và vận dụng kiến thức ở phần củng cố, vận dụng

kiến thức.

Sau mỗi giờ học, trao đổi với GV và HS để rút kinh nghiệm, điều chỉnh

cho các tiết dạy tiếp theo.

3.4. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm

3.4.1. Đánh giá về hoạt động của giáo viên và học sinh trong các giờ học

Đối với các lớp đối chứng, phƣơng pháp dạy tuy có đổi mới nhƣng chƣa

thấy có chuyển biến rõ rệt. GV chủ yếu là truyền giảng, HS tập trung lắng nghe

và ghi chép. Tuy HS có trả lời các câu hỏi GV đặt ra nhƣng chƣa thể hiện rõ sự

hứng thú và tự giác học tập.

Đối với các lớp thực nghiệm, chúng tôi có những nhận xét sau:

- Việc tăng cƣờng sử dụng các thí nghiệm theo hƣớng phát huy tính tích

cực và phát triển năng lực sáng tạo của HS trong giờ học đã giảm bớt hoạt động

của GV và tăng cƣờng các hoạt động của HS.

- Không khí lớp học sôi nổi hơn, HS luôn đƣợc đặt vào trạng thái phải

làm việc để cùng thảo luận các vấn đề do GV đƣa ra qua các TN.

- Khi thảo luận, HS không chỉ hiểu đƣợc kiến thức mà còn rèn luyện

đƣợc các kĩ năng tự học cơ bản cho mình. Biểu hiện ở đây là kết quả vận dụng

kiến thức để giải các câu hỏi ở khâu củng cố, vận dụng của nhiều HS khá

nhanh, chặt chẽ và chính xác.

Dựa trên cơ sơ các biểu hiện của tính tích cực nhận thức và biểu hiện của

NLST của HS trong học tập đƣợc chúng tôi nêu ra ở chƣơng I, chúng tôi phân

tích tính hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo nói chung và TBTN nói

riêng sau khi TNSP đối với việc phát triển tính tích cực nhận thức và NLST của

HS trong học tập. Cụ thể:

- Hiệu quả của tiến trình dạy học và TBTN đối với việc phát triển tính

tích cực nhận thức của HS trong học tập kiến thức “Sóng âm”:

+ Tỉ lệ HS sẵn sàng tiếp nhận kiến thức “Sóng âm” ở các buổi học đầu

còn thấp (30%) do HS chƣa quen với kiểu dạy học mới, HS còn e dè, thiếu tự

tin, chƣa tích cực phát biểu, thảo luận để đƣa ra dự đoán sự phụ thuộc của các

đặc trƣng sinh lí của âm vào các đặc trƣng vật lí của âm; chƣa tích cực thiết kế

phƣơng án TN kiểm tra dự đoán trên. Tính tích cực nhận thức tăng dần ở các

buổi học sau (80%). Đặc biệt HS rất hứng thú và say mê trong các buổi học có

TBTN, biểu hiện ở HS đi đến sớm trƣớc giờ học, xin thêm thời gian để tiến

hành xong TN, mong đƣợc tiến hành TN, tò mò và muốn tìm hiểu TBTN nhƣ

dao động kí điện tử, máy phát âm tần,…

+ HS tham gia suy đoán mối liên hệ giữa các đặc trƣng sinh lí của âm và

các đặc trƣng vật lí của âm có tỉ lệ tăng dần theo các buổi học. Việc tham gia thiết

kế phƣơng án TN kiểm nghiệm lại kiến thức về sự phụ thuộc của độ cao của âm

vào tần số âm; độ to của âm vào tần số và biên độ âm; âm sắc vào dạng đƣờng

biểu diễn dao động của nguồn âm đã suy luận từ lí thuyết hoặc kiểm tra tính đúng

đắn của giả thuyết ở các buổi học đầu còn lúng túng, chƣa tự tin nhƣng tăng dần

trong các buổi học tiếp theo. Qua theo dõi các buổi dạy TNSP, chúng tôi thấy hoạt

động thiết kế phƣơng án TN về sự phụ thuộc của độ to của âm vào tần số và biên

độ âm là hoạt động sôi nổi nhất trong các hoạt động của QTDH, tỉ lệ HS tham gia

tranh luận để đƣa ra các ý kiến riêng và ý kiến của nhóm rất cao.

+ HS tích cực tham gia thực hiện TN khi có đủ số lƣợng TBTN và phân

nhóm hợp lí (tỉ lệ nam nữ; trình độ học tập…). Việc phân nhóm hợp lí tạo điều

kiện để các HS hỗ trợ, giúp đỡ nhau trong quá trình học tập, giúp HS vƣợt qua

rào cản tâm lí mất tự tin, sợ hỏng hóc TBTN, sợ không an toàn…

+ Tỉ lệ HS tham gia thảo luận rút ra các kết luận: độ cao của âm phụ

thuộc vào tần số âm (âm có tần số càng lớn thì nghe càng bổng); độ to phụ

thuộc vào tần số và biên độ âm (âm có tần số và biên độ càng lớn thì âm nghe

càng to); các nguồn âm nhƣ sáo, kèn phát ra các âm cùng tần số và cùng biên

độ nhƣng chúng ta nghe vẫn phân biệt đƣợc đâu là âm do sáo, đâu là âm do kèn

phát ra cũng tăng dần theo các buổi học. Những giờ học có TN thƣờng kích

thích hứng thú học tập của HS, lôi cuốn các thành viên trong nhóm, trong lớp

tham gia thảo luận để đƣa ra dự đoán, nêu phƣơng án TN và tiến hành TN để

kiểm tra lại dự đoán, kiểm tra lại phát hiện mới của thành viên trong nhóm.

- Hiệu quả của tiến trình dạy học và TBTN đối với việc phát triển NLST

của HS trong học tập kiến thức “Sóng âm”:

+ Tiến trình dạy học đã soạn thảo theo kiểu DHPH và GQVĐ tạo điều

kiện cho HS phát hiện đƣợc mối liên hệ giữa các đặc trƣng sinh lí của âm và

các đặc trƣng vật lí của âm (độ cao của âm và tần số âm; độ to của âm và tần số

và biên độ âm; âm sắc và dạng đƣờng biểu diễn dao động của nguồn âm).

+ Trong giờ học đầu tiên, do chƣa quen cách đề xuất giả thuyết mối liên hệ

giữa các đặc trƣng sinh lí của âm và các đặc trƣng vật lí của âm, HS thƣờng dựa

vào các công thức trong sách giáo khoa để đề xuất giả thuyết. Tuy nhiên, dƣới sự

hƣớng dẫn của GV theo tiến trình dạy học đã soạn thảo, HS đã biết đề xuất giả

thuyết và lập luận để đƣa ra những căn cứ, lí lẽ của giả thuyết nhƣ sự phụ thuộc

của độ cao của âm vào tần số âm; độ to của âm vào tần số và biên độ âm; âm sắc

vào dạng đƣờng biểu diễn dao động của nguồn âm. Những căn cứ, những lí lẽ

đƣợc các HS trong nhóm, trong toàn lớp thảo luận, trao đổi, tạo không khí học sôi

nổi, vui vẻ. Ngoài ra, có những giả thuyết chỉ có thể đề xuất đƣợc khi dựa vào kết

quả của những TN đƣợc tiến hành nhanh, HS cần phải thiết kế đƣợc phƣơng án

TN để tiến hành TN hỗ trợ đề xuất giả thuyết, từ đó phát hiện ra các mối liên hệ

định lƣợng giữa các đại lƣợng vật lí và đề xuất đƣợc giả thuyết. Việc thiết kế

phƣơng án TN hỗ trợ đề xuất giả thuyết của HS, sau đó đƣợc bổ sung thêm các bộ

phận khác để có phƣơng án TN kiểm tra giả thuyết không những tiết kiệm đƣợc

thời gian trên lớp mà quan trọng hơn là phát triển đƣợc NLST của HS trong học

tập. Mặt khác, với việc sử dụng TBTN dùng để kiểm tra giả thuyết để tiến hành

TN hỗ trợ đề xuất giả thuyết còn giúp GV không phải chuẩn bị riêng một TBTN

khác chỉ dùng cho việc hỗ trợ HS đề xuất giả thuyết.

+ Số lƣợng HS tham gia thiết kế phƣơng án TN ở buổi học đầu còn thấp

(40%). Nguyên nhân của tình trạng này là do GV không yêu cầu HS đề xuất giả

thuyết và thiết kế phƣơng án TN để kiểm tra giả thuyết trong quá trình học.

Chính vì vậy các phƣơng án thiết kế của HS mới chỉ dừng lại ở việc liệt kê các

dụng cụ TN cần sử dụng. Tuy nhiên, chất lƣợng của các phƣơng án TN đƣợc HS

thiết kế ở các buổi học sau tăng dần do HS quen dần với việc thiết kế phƣơng án

TN và do sự định hƣớng hợp lí của GV theo tiến trình dạy học đã soạn thảo.

3.4.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm

Để đánh giá kết quả TNSP, chúng tôi đã tiến hành cho HS các lớp thực

nghiệm và đối chứng làm bài kiểm tra cùng lúc với thời gian 45 phút. Thời điểm

kiểm tra là sau khi kết thúc các tiết dạy thực nghiệm. Nội dung bài kiểm tra giống

nhau đƣợc xáo trộn lại thành bốn mã đề nhằm đảm bảo tính công bằng, khách

quan trong việc đánh giá mức độ nắm vững và vận dụng kiến thức của HS.

3.4.2.1. Các số liệu cần tính

Để so sánh, đánh giá mức độ tiếp thu và vận dụng kiến thức của HS ở

các lớp thực nghiệm và đối chứng, cần tính các giá trị sau:

- Giá trị trung bình cộng:

với Xi là điểm số; fi là số HS đạt điểm Xi; n là số HS dự kiểm tra.

- Phƣơng sai:

- Độ lệch chuẩn:

Độ lệch chuẩn S cho biết mức độ phân tán quanh giá trị , S càng bé

chứng tỏ số liệu càng ít phân tán.

- Hệ số biến thiên: cho phép so sánh mức độ phân tán của

các số liệu.

- Sai số tiêu chuẩn:

Độ lệch chuẩn S cho biết mức độ phân tán quanh giá trị , S càng bé

chứng tỏ số liệu càng ít phân tán.

Sau khi tiến hành kiểm tra, chấm bài và xử lí các số liệu, kết quả thu

đƣợc đƣợc biểu diễn trên các bảng 3.2, 3.3, 3.4 và 3.5

Bảng 3.2. Bảng thống kê điểm số (Xi) của bài kiểm tra

Điểm số (Xi)

Số

Nhóm

HS

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 TN

144

0

4

10

21

35

47

14

8

5 ĐC

145

0

2

12

21

36

26

36

6

3

Biểu đồ 3.1. Biểu đồ phân bố điểm của hai nhóm TN và ĐC

Bảng 3.3. Bảng phân phối tần suất

Số % HS đạt mức điểm (Xi) Số Nhóm HS 2 0 1 3 4 5 6 7 8 9 10

TN 144 0 0 0 2,8 6,9 14,6 24,3 32,6 9,7 5,6 3,5

ĐC 145 0 0 1,4 8,3 14,5 24,8 17,9 24,8 4,1 2,1 2,1

Đồ thị 3.1. Đồ thị phân phối tần suất

Bảng 3.4. Bảng phân phối tần suất lũy tích

Số % HS đạt mức điểm Xi trở xuống (Wi %) Số Nhóm HS 3 4 5 6 7 8 9 10 2 0 1

0 0 0 TN 144 2,8 9,7 24,3 48,6 81,2 90,9 96,5 100

0 0 ĐC 145 1,4 9,7 24,2 49,0 66,9 91,7 95,8 97.9 100

Đồ thị 3.2. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích

Bảng 3.5. Bảng tổng hợp các tham số thống kê

Nhóm Số HS S2 S V%

144 6,46 2,25 1,5 23,2% 6,46 0,01 TN

145 5,63 2,61 1,61 28,6% 5,63 0,01 ĐC

Dựa vào bảng tổng hợp các tham số thống kê (bảng 3.5), đồ thị phân

phối tần suất (đồ thị 3.1), đồ thị phân phối tần suất luỹ tích (đồ thị 3.2), chúng

tôi có một số nhận xét:

- Điểm trung bình của nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng,

độ lệch chuẩn S có giá trị tƣơng ứng nhỏ nên số liệu thu đƣợc ít phân tán, do đó

trị trung bình có độ tin cậy cao. STN < SĐC và VTN < VĐC chứng tỏ độ phân tán ở nhóm thực nghiệm giảm so với nhóm đối chứng (Bảng 3.5).

- Đƣờng tích lũy ứng với nhóm thực nghiệm nằm bên phải, phía dƣới

đƣờng tích lũy ứng với nhóm đối chứng.

3.4.2.2. Kiểm định giả thuyết thống kê

Để kết luận kết quả học tập của nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối

chứng là do ngẫu nhiên mà có. Vì vậy, để độ tin cậy cao hơn, chúng tôi tiếp tục

phân tích số liệu bằng phƣơng pháp kiểm định giả thuyết thống kê.

- Các giả thuyết thống kê:

+ Giả thuyết H0: “Sự khác nhau giữa giá trị trung bình của điểm số của

nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm là không có ý nghĩa”.

+ Giả thuyết H1: “Điểm trung bình của nhóm thực nghiệm lớn hơn điểm

trung bình của nhóm đối chứng một cách có ý nghĩa”.

- Để kiểm định các giả thuyết trên ta cần tính đại lƣợng kiểm định t theo

công thức: (1); với: (2)

Sau khi tính đƣợc t, chúng ta tiến hành so sánh nó với giá trị tới hạn t

đƣợc tra trong bảng Student ứng với mức ý nghĩa  và bậc tự do f = nTN + nĐC -

2 để rút ra kết luận:

TN và

ĐC là có ý nghĩa.

- Nếu t  t thì sự khác nhau giữa

TN và

ĐC là không có ý nghĩa.

- Nếu t  t thì sự khác nhau giữa

TN = 6,46;

ĐC = 5,63; nTN = 144;

Sử dụng công thức (1), (2) với các số liệu:

nĐC = 145; STN = 1,50; SĐC = 1,61

thu đƣợc kết quả: SP = 2,43; t = 2,91.

Tra bảng phân phối Student với mức ý nghĩa  = 0,05 và bậc tự do f với

f = nTN + nĐC - 2 = 287, ta có t = 1,96

Qua tính toán kết quả thực nghiệm, nhận thấy điều kiện t  t đƣợc thỏa

TN và

ĐC là

mãn nghĩa là giả thuyết Ho bị bác bỏ, tức là sự khác nhau giữa

có ý nghĩa, với mức ý nghĩa  = 0,05.

Từ những kết quả trên cho thấy: điểm trung bình của các bài kiểm tra ở

nhóm thực nghiệm cao hơn so với điểm trung bình của các bài kiểm tra ở nhóm

đối chứng. Điều đó có nghĩa là tiến trình dạy học theo phƣơng pháp thực

nghiệm mang lại hiệu quả cao hơn tiến trình dạy học thông thƣờng.

3.5. Kết luận chƣơng 3

Sau khi xử lí các kết quả thu đƣợc trong quá trình TNSP bằng phƣơng

pháp thống kê toán học, chúng tôi khẳng định:

- TN có thể đƣợc sử dụng theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển

NLST của HS trong các khâu khác nhau của QTDH. Các biện pháp sử dụng

TN theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS do chúng tôi

đề xuất đã mang lại kết quả khả quan.

- Giả thuyết khoa học do chúng tôi đề ra là đúng đắn. Việc vận dụng kết

quả nghiên cứu của đề tài vào thực tế dạy học vật lí ở trƣờng THPT là hoàn

toàn có tính khả thi. Vấn đề còn lại phụ thuộc vào cách vận dụng của từng GV

vào từng bài học cụ thể sao cho đạt đƣợc hiệu quả cao nhất, góp phần nâng cao

chất lƣợng dạy học môn vật lí ở trƣờng THPT.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Căn cứ vào mục đích, nhiệm vụ đề tài đặt ra, trong luận văn chúng tôi đã

giải quyết đƣợc các vấn đề sau:

1. Tổng hợp kiến thức về giáo dục học, tâm lí học, lí luận dạy học để xây

dựng cơ sở lí luận cho đề tài.

2. Tìm hiểu về nội dung kiến thức, kĩ năng mà HS cần phải lĩnh hội khi

học kiến thức “Sóng âm” cũng nhƣ các TBTN sẵn có, từ đó nghiên cứu, thiết

kế và chế tạo TBTN sóng âm, đồng thời tiến hành đƣợc các TN về sóng âm với

TBTN đã chế tạo.

Bằng việc trang bị TBTN sóng âm ở các trƣờng THPT, GV có thể tiến

hành hầu hết các TN khi dạy học kiến thức “Sóng âm” trong chƣơng trình vật lí

phổ thông, từ đó giúp HS nắm vững kiến thức hơn, đồng thời phát triển tƣ duy

khoa học của HS khi học phần kiến thức này.

3. Nghiên cứu tƣơng đối có hệ thống cơ sở lí luận việc sử dụng TN theo

hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS trong QTDH.

4. Tổ chức điều tra, lấy ý kiến của 21 GV và 438 HS của 3 trƣờng THPT

thuộc thành phố Thái Nguyên về thực trạng của vấn đề sử dụng TN theo hƣớng

phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS. Trên cơ sở đó chúng tôi

phân tích đƣợc nguyên nhân của thực trạng, làm rõ đƣợc những thuận lợi và

khó khăn của việc sử dụng TN theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển

NLST của HS trong QTDH vật lí ở các trƣờng THPT hiện nay.

5. Nghiên cứu chi tiết nội dung chƣơng trình vật lí THPT, đặc biệt là

chƣơng trình vật lí 12. Từ những đặc điểm về kiến thức “Sóng âm” trong

chƣơng “Sóng cơ”, chúng tôi khẳng định rằng có thể sử dụng TN để phát huy

tính tích cực và phát triển NLST của HS trong QTDH vật lí.

6. Dựa trên những cơ sở lí luận và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu,

chúng tôi đã đề xuất đƣợc một số biện pháp cụ thể nhằm tăng cƣờng sử dụng

TN theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của HS trong QTDH.

7. Từ các kết quả nghiên cứu nêu trên, chúng tôi đã thiết kế tiến trình bài

giảng với sự tăng cƣờng sử dụng TN theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát

triển NLST của HS. Trong tiến trình bài giảng, bao gồm các bƣớc: xác định

mục tiêu bài học; yêu cầu chuẩn bị của GV, HS; dự kiến tổ chức các hoạt động

nhận thức.

8. Tiến hành TNSP tại một số lớp của trƣờng THPT Chu Văn An để

kiểm nghiệm tính đúng đắn của giả thuyết khoa học và tính khả thi của đề tài.

Các số liệu thu đƣợc là hoàn toàn trung thực, chính xác; việc xử lí các số liệu

thu đƣợc theo đúng lí thuyết của phƣơng pháp thống kê toán học. Kết quả

TNSP cho phép khẳng định: Giả thuyết khoa học ban đầu đề ra là đúng, nghĩa

là việc sử dụng TN theo hƣớng phát huy tính tích cực và phát triển NLST của

HS, góp phần nâng cao chất lƣợng dạy học môn vật lí lớp 12 ở trƣờng THPT.

* Hƣớng phát triển của luận văn

Từ kết quả nghiên cứu trên và thực tiễn dạy học vật lí ở trƣờng THPT

chúng tôi nhận thấy luận văn có thể đƣợc phát triển theo hƣớng sau:

- Tiếp tục hoàn thiện cơ sở lí luận về việc sử dụng TN theo hƣớng phát

huy tính tích cực và phát triển NLST của HS THPT.

- Phát triển, hoàn thiện hơn nữa TBTN để thực hiện các TN khác về

sóng âm nhƣ: khảo sát hiện tƣợng khúc xạ, nhiễu xạ sóng âm; sự hấp thụ âm;

khảo sát quá trình truyền âm và xác định tốc độ truyền âm trong các môi trƣờng

khác (nƣớc, chất khí dễ kiếm…).

- Mở rộng thiết kế, xây dựng và sử dụng hệ thống TN theo hƣớng phát

huy tính tích cực và phát triển NLST của HS THPT ở các chƣơng, phần khác

nhau của chƣơng trình vật lý THPT.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Lăng Bình, Đỗ Hƣơng Trà, Nguyễn Phƣơng Hồng, Cao Thị Thặng

(2010), Dạy và học tích cực - Một số phương pháp và kĩ thuật dạy học,

NXB ĐHSP, Hà Nội.

2. Bộ Giáo dục và đào tạo (2006), Chương trình giáo dục phổ thông môn vật lí,

NXB Giáo dục.

3. Bộ Giáo dục và đào tạo (2000), Hội nghị tập huấn phương pháp dạy học

vật lí phổ thông, Hà Nội.

4. Đảng Cộng sản Việt Nam (1997), Nghị quyết trung ương 2 khóa VIII,

NXB Chính trị quốc gia Hà Nội.

5. Trần Bá Hoành (1998), “Phƣơng pháp tích cực”, Tạp chí Giáo dục, số 3,

tr.34-37.

6. Trần Bá Hoành (2002), “Những đặc trƣng của phƣơng pháp dạy học tích cực”,

Tạp chí Giáo dục, số 32, tr.15-28.

7. Nguyễn Ngọc Hƣng (2011), “Hai con đƣờng dạy học các ứng dụng kĩ

thuật của vật lí trong dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông”, Tạp chí Giáo

dục, số đặc biệt cuối năm 2011, tr.1 - 3.

8. Nguyễn Ngọc Hƣng (1997), “Khai thác tiềm năng của các phƣơng tiện

dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông”, Tạp chí Giáo dục, số 10, tr.13 - 17.

9. Nguyễn Ngọc Hƣng (2012), “Tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh

trong dạy học vật lí”, Bài giảng chuyên đề cho học viên cao học lí luận và

phương pháp dạy học bộ môn vật lí, ĐHSP Hà Nội, Hà Nội.

10. Nguyễn Văn Khải, Nguyễn Duy Chiến, Phạm Thị Mai (2007), Lý luận dạy

học vật lí ở trường phổ thông. Giáo trình phƣơng pháp dạy học vật lí - Đại

học Sƣ phạm Thái Nguyên.

11. Cao Tiến Khoa (2014), 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 NLST của HS, Luận án tiến sĩ giáo dục

học, ĐHSP Hà Nội.

12. Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) (2008), Vật lí 12, NXB Giáo dục, Hà Nội.

13. Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) (2008), Vật lí 12 - Sách giáo viên,

NXB Giáo dục, Hà Nội.

14. Nguyễn Thị Mai (2005), Thiết kế tiến trình dạy học các kiến thức về sóng

âm (Vật lí 12 THPT) trong đó có sử dụng một số TBTN hiện đại theo

hướng phát huy tính tích cực của học sinh trong học tập, Luận văn thạc sĩ

giáo dục học.

15. Phan Trọng Ngọ (2005), Dạy học và phƣơng pháp dạy học trong nhà

trƣờng phổ thông, NXB ĐHSP Hà Nội, Hà Nội.

16. Nguyễn Ánh Nga (2010), Nghiên cứu dạy học chương Sóng cơ và sóng

âm vật lí 12 chương trình chuẩn theo tinh thần dạy học giải quyết vấn đề.

17. Phạm Xuân Quế (2000), “Xác định bước sóng của sóng âm với sự hỗ trợ

của dao động kí điện tử trong dạy học phần sóng âm ở trường phổ

thông”, Thông báo khoa học số 3, tr. 56-62.

18. Dƣơng Xuân Quý (2010). “Vấn đề sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy

học vật lí ở trƣờng phổ thông. Thực trạng và giải pháp”, Tạp chí Thiết bị

giáo dục, số 61, tr.34.

19. Dƣơng Xuân Quý (2011), Xây dựng và sử dụng thiết bị TN thực tập theo

hướng phát triển hoạt động học tập tích cực, sáng tạo của học sinh trong

dạy học chương Dao động cơ lớp 11 trường THPT, Luận án tiến sĩ giáo

dục học, ĐHSP Hà Nội.

20. Nguyễn Đức Thâm (chủ biên), Nguyễn Ngọc Hƣng, Phạm Xuân Quế (2002),

Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông, NXB ĐHSP Hà Nội.

21. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng (1998), “Hƣớng dẫn học sinh

giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí”, Tạp chí Giáo dục, số 1, tr.34 -37.

22. Nguyễn Anh Thuấn (2007), Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong

dạy học chương “Sóng cơ học” ở lớp 12 trung học phổ thông theo hướng

phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh, Luận án

tiến sĩ giáo dục học, ĐHSP Hà Nội.

23. Phạm Hữu Tòng (2007), Dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông theo định

hƣớng phát triển hoạt động học tích cực, tự chủ, sáng tạo và tƣ duy khoa

học, NXB ĐHSP.

24. Hà Duyên Tùng (2014), Xây dựng và sử dụng các thiết bị thí nghiệm theo

hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh

trong dạy học các kiến thức về từ trường ở lớp 11 trung học phổ thông.

Luận án tiến sĩ giáo dục học, ĐHSP Hà Nội.

25. Thái Duy Tuyên (2003), “Phát huy tính tích cực hoạt động nhận thức của

ngƣời học”, Tạp chí Giáo dục, số 48, tr.23 - 25.

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1: Phiếu điều tra và kết quả điều tra Giáo viên về tình hình dạy

học kiến thức “Sóng âm”.

PHIẾU ĐIỀU TRA TÌNH HÌNH DẠY HỌC KIẾN THỨC “SÓNG ÂM”

Để góp phần cho việc dạy học kiến thức “Sóng âm” ở trƣờng phổ thông

đạt hiệu quả cao, rất mong các đồng chí cho biết một số thông tin về nội dung

dƣới đây.

1. Các phƣơng pháp dạy học mà đồng chí đã sử dụng khi dạy học kiến thức

“Sóng âm”

Thƣờng

Không

STT

Phƣơng pháp đƣợc sử dụng

Ít dùng

xuyên

dùng

1 Diễn giải, thông báo

2 Kiểu DHPH và GQVĐ

Sử dụng TN biểu diễn của GV theo yêu cầu

3 chƣơng trình

Cho HS trực tiếp thực hiện TN trong giờ học với

4 các TBTN đã có hoặc tự xây dựng thêm

Sử dụng các bài tập TN làm bài kiểm tra cho HS

5

2. Mức độ sử dụng TBTN khi dạy học từng nội dung kiến thức “Sóng âm”

Có sử

Không

Không có để

STT

Nội dung kiến thức

dụng

sử dụng

1 Độ cao của âm

2 Độ to của âm

3 Âm sắc

4 Nhạc âm và tạp âm

5 TN xác định tốc độ truyền âm

3. Theo đồng chí, khi dạy học kiến thức “Sóng âm”, HS thƣờng mắc những

sai lầm nào? Nguyên nhân của các sai lầm đó?

……………………………………………………………………………

4. Các đề nghị của đồng chí đối với TBTN dùng để dạy học kiến thức

“Sóng âm”?

……………………………………………………………………………

5. Xin đồng chí cho biết thông tin về bản thân (không bắt buộc)?

- Là GV trƣờng THTP…………………………………………………….

- Số năm công tác:………………………………………………………

- Đã học các lớp bồi dƣỡng về đổi mới phƣơng pháp dạy học và đổi mới

việc sử dụng TBTN:………………………………………………………

- Đã học thạc sĩ chuyên ngành:……………………………………………

KẾT QUẢ ĐIỀU TRA TÌNH HÌNH DẠY HỌC KIẾN THỨC “SÓNG ÂM”

Bảng 1.1. Thống kê mức độ sử dụng các phƣơng pháp dạy học của Giáo viên trong

dạy học kiến thức về “Sóng âm”

Thƣờng

Không

Ít dùng

xuyên

dùng

T.số

STT

Phƣơng pháp đƣợc sử dụng

GV

Số

%

GV

5

24

3

14

62

21

13 1 Diễn giải, thông báo

10

48

4

19

33

7 2 Kiểu DHPH và GQVĐ

21 Sử dụng TN biểu diễn của GV theo

29

4

19

11

52

6

3

21 yêu cầu chƣơng trình

Cho HS trực tiếp thực hiện TN

4

0

4

19

17

81 trong giờ học với các TBTN đã có

21 hoặc tự xây dựng thêm

Sử dụng các bài tập TN làm bài

5

0

2

95

19

5

21 kiểm tra cho HS

Bảng 1.2. Thống kê mức độ sử dụng thí nghiệm của Giáo viên trong dạy học kiến

thức về “Sóng âm”

Có sử

Không sử

Không có để

dụng

sử dụng

T.số

STT

Nội dung kiến thức

GV

Số

%

GV

21

4

19

8

38

9

43 Độ cao của âm

1

5

24

10

48

6

28 Độ to của âm

2

21

3

14

7

33

11

53 Âm sắc

3

21

4

19

3

14

67 Nhạc âm và tạp âm

4

21

57

6

29

3

14

5 TN xác định tốc độ truyền âm

12

21

PHỤ LỤC 2: Phiếu điều tra và kết quả điều tra Học sinh sau khi học kiến

thức “Sóng âm”.

PHIẾU ĐIỀU TRA HỌC SINH

Bạn cho biết ý kiến của mình về các vấn đề sau đây?

STT

Nội dung

Đúng

Sai

1 Độ cao của âm chỉ phụ thuộc vào tần số của âm

2 Âm có tần số nhỏ là âm bổng.

3 Độ to của âm chỉ phụ thuộc vào biên độ của âm

4 Độ to của âm phụ thuộc vào biên độ và tần số của âm

5 Độ to của âm tỉ lệ với cƣờng độ âm

6 Âm sắc đƣợc biểu diễn thông qua đồ thị dao động của âm.

7 Nhạc âm là âm có tần số xác định

KẾT QUẢ ĐIỀU TRA HỌC SINH

Bảng 1.3. Thống kê tỉ lệ sai lầm của học sinh sau khi học kiến thức “Sóng âm”

Tỉ lệ

T. số

STT

Nội dung

HS

Số HS %

1 Độ cao của âm chỉ phụ thuộc vào tần số của âm

144

44

31

2 Âm có tần số nhỏ là âm bổng.

28

19

144

3 Độ to của âm chỉ phụ thuộc vào biên độ của âm

100

69

144

4 Độ to của âm phụ thuộc vào biên độ và tần số của âm

112

78

144

5 Độ to của âm tỉ lệ với cƣờng độ âm

120

83

144

6 Âm sắc đƣợc biểu diễn thông qua đồ thị dao động của âm.

97

67

144

7 Nhạc âm là âm có tần số xác định

48

33

144

PHỤ LỤC 3: Thống kê các tiêu chí đánh giá tính khả thi của các TBTN đã

xây dựng và của các tiến trình dạy học đã soạn thảo