SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN
-------------------
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG
BỘ THÍ NGHIỆM TÍCH HỢP KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CƠ HỌC
DÙNG CẢM BIẾN KHOẢNG CÁCH
KẾT NỐI VỚI MÁY TÍNH
LĨNH VỰC: PPDH VẬT LÍ
Vinh, tháng 4/2023
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN
-------------------
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG
BỘ THÍ NGHIỆM TÍCH HỢP KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CƠ HỌC
DÙNG CẢM BIẾN KHOẢNG CÁCH
KẾT NỐI VỚI MÁY TÍNH
LĨNH VỰC: PPDH VẬT LÍ
Người thực hiện: Phan Văn Thuận
Trường THPT DTNT Nghệ An
Điện thoại: 0975752288
Email: phanthuan108@gmail.com
Vinh, tháng 4/2023
MỤC LỤC
Phần 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
I. Lí do chọn đề tài ...................................................................................................... 1
II. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................. 2
III. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................... 2
IV. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 3
V. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................. 3
VI. Giả thuyết khoa học ............................................................................................. 3
VII. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 3
VIII. Kết quả nghiên cứu ........................................................................................... 3
IX. Điểm mới của đề tài .............................................................................................. 3
Phần 2. NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM TÍCH HỢP
KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CƠ HỌC DÙNG CẢM BIẾN KHOẢNG CÁCH
KẾT NỐI VỚI MÁY TÍNH ........................................................................................... 6
I. Cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn ............................................................................. 6
1.1. Cơ sở lý luận ...................................................................................................... 6
1.1.1. Khái niệm thiết bị dạy học .......................................................................... 6
1.1.2. Nội dung thiết bị dạy học............................................................................ 6
1.1.3. Vị trí của thiết bị dạy học ........................................................................... 6
1.1.4. Vai trò của thiết bị dạy học ......................................................................... 6
1.1.5. Yêu cầu của thiết bị dạy học ....................................................................... 7
1.2. Cơ sở thực tiễn ................................................................................................... 7
II. Thực trạng của vấn đề ........................................................................................... 7
2.1. Đặc điểm tình hình ở nhà trường ....................................................................... 7
2.1.1. Thuận lợi ..................................................................................................... 7
2.1.2. Khó khăn ..................................................................................................... 7
2.2. Điều tra thực trạng của đề tài nghiên cứu .......................................................... 8
III. Chế tạo và sử dụng bộ thí nghiệm trong dạy học vật lí .................................... 9
3.1. Chế tạo bộ thí nghiệm ........................................................................................ 9
3.2. Các thí nghiệm dạy học có thể sử dụng bộ thí nghiệm tích hợp ...................... 12
IV. Kết quả đạt được ................................................................................................ 15
Phần 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 17
I. Kết luận.............................................................................................................. 17
II. Kiến nghị .............................................................................................................. 17
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 19
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 20
1
Phần 1. MỞ ĐẦU
I. Lí do chọn đề tài
Như chúng ta đã biết, Bộ môn Vật lý THPT là bộ môn khoa học thực nghiệm, do đó
việc giảng dạy Vật lý ở bậc THPT cũng được xây dựng theo tinh thần đó. Các thí nghiệm
trong dạy học Vật lý ở bậc THPT có nhiều thể loại: thí nghiệm biểu diễn, thí nghiệm minh
hoạ, thí nghiệm thực hành, ... qua đó hình thành và xây dựng các tiếp cận và nghiên cứu
Vật lý ở mức độ phù hợp. Vì vậy, Bộ giáo dục đã và đang kết hợp cùng các nhà trường
trang bị các bộ thí nghiệm cơ bản phục vụ cho việc giảng dạy bộ môn Vật lý.
Tuy nhiên, hiện nay thực trạng của các bộ thí nghiệm ở các trường học đã xuống cấp,
giảm chất lượng rõ rệt do thời gian sử dụng và công nghệ chế tạo đã lạc hậu dẫn không
đảm bảo độ chính xác và hiệu quả sử dụng. Cụ thể, ở lớp 10 có hai bộ thí nghiệm về
chuyển động thẳng: Khảo sát sự rơi tự do, xác định hệ số ma sát trượt đều giảm chất lượng
rõ rệt. Mặt khác, phương pháp xác định thời gian chuyển động thông qua cổng quang điện
và đồng hồ hiện số là tương đối phức tạp, các số liệu chỉ được thu thập thô còn việc xử lí
chúng phải do học sinh tự làm.
Với bộ khảo sát rơi tự do, công tắc nam châm điện, các chốt cắm nam châm của đồng
hồ hiện số rất nhanh hỏng; bộ điều chỉnh đế ba chân để giá thí nghiệm theo phương thẳng
đứng cũng rất khó thực hiện, dẫn đến trong quá trình rơi khi ở khoảng cách lớn, vật không
chắn được tia hồng ngoại của cổng quang điện nên đồng hồ không thể xác định được thời
gian rơi của vật. Tuy nhiên, phương pháp khảo sát chuyển động rơi tự do cũng tương đối
phức tạp, việc thu thập số liệu để vẽ đồ thị s(t2) và v(t) không phải lúc nào cũng cho kết
quả như mong muốn.
Với bộ thí nghiệm: đo hệ số ma sát trượt, ngoài các hạn chế về đồng hồ hiện số còn
gặp thêm một số vấn đề về mặt bản chất thí nghiệm dẫn đến kết quả không chính xác.
Chuyển động của mẫu vật (trụ tròn) không phải là trượt tịnh tiến mà là chuyển động vừa
trượt vừa quay; dẫn đến quỹ đạo của vật cũng không phải là quỹ đạo thẳng; một số trường
hợp khi trượt, vật còn tiếp xúc với thành của giá nên xuất hiện thêm ma sát ở phần mặt
bên của vật. Mặt khác, việc đo gia tốc theo bài toán mặt phẳng nghiêng cũng tương đối
phức tạp, không phải đối tượng học sinh nào cũng dễ tiếp cận với bài toán này.
Bên cạnh đó, nhiều nội dung kiến thức cần có thí nghiệm để minh hoạ hoặc kiểm
chứng lại không được cung cấp đầy đủ như: chuyển động thẳng đều, định luật bảo toàn
động lượng... dẫn đến những nộ dung này được giảng dạy tương đối áp đặt.
Ở chương trình Vật lý 12, đặc biệt chương trình vật lí lớp 11, thuộc chương trình GD-
THPT 2018, một chuyển động rất quan trọng và nền tảng là dao động điều hoà thì được
xây dựng dựa trên nền tảng toán học mà không có bất kỳ một thí nghiệm kiểm chứng
hoặc minh hoạ. Do đó, học sinh sẽ tiếp cận kiến thức rất hàn lâm, thiếu trực quan và áp
đặt.
2
Bên cạnh đó, theo yêu cầu của chương trình GDPT 2018, Thông tư 39, các phòng thực
hành vật lí THPT ngoài các thí nghiệm biểu diễn phải có tối thiểu 6 bộ thí nghiệm thực
hành. Chính vì vậy, các bộ thí nghiệm vật lí không những yêu cầu về chất lượng mà còn
yêu cầu về số lượng phải có.
Hơn nữa, trong thời đại bùng nổ công nghệ thông tin như hiện nay, việc ứng dụng các
công nghệ tiên tiến vào phục vụ dạy học đang là một đòi hỏi bắt buộc đối với ngành giáo
dục nói chung và với mỗi một giáo viên nói riêng. Giáo viên sẽ phải tiếp cận và vận dụng
thành thạo, nhuần nhuyễn các công nghệ đó để phục vụ cho công tác giảng dạy. Với thực
trạng nêu trên, trong bối cảnh các bộ thí nghiệm cũ chủ yếu được chế tạo và hoạt động
trên các nguyên tắc cơ học đã bộc lộ nhiều hạn chế và khiếm khuyết. Tôi mong muốn
khắc phục và cải tiến thiết bị, đưa ra các phép đo chính xác hơn, tích hợp nhiều thí nghiệm
với sự trợ giúp đắc lực của máy tính.
Do đó, tôi chọn kết hợp với các công nghệ tiên tiến hiện nay: cảm biến, số hoá các số
liệu thu thập đưa vào máy tính, lập trình phần mềm để xử lý, vẽ đồ thị qua đó khảo sát
các loại chuyển động thẳng một cách trực quan, chính xác, đảm bảo tính khoa học, tôi đã
thực hiện đề tài : “Nghiên cứu, chế tạo và sử dụng bộ thí nghiệm tích hợp khảo sát chuyển
động cơ học dùng cảm biến khoảng cách kết nối với máy tính”. Trong phạm vi đề tài, tôi
chế tạo bộ thí nghiệm khảo sát hầu hết các loại chuyển động thẳng cơ bản trong chương
trình vật lý phổ thông như: chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi đều, dao
động điều hoà; ngoài ra còn khảo sát được hệ số ma sát trượt, kiểm chứng được định luật
bảo toàn động lượng, …. Nguyên lý hoạt động hoàn toàn mới, các bộ phận kết nối với
máy tính, số liệu thu thập được số hoá xử lý bằng phần mềm trên máy tính để cho ra kết
quả, từ đó vẽ đồ thị của các loại chuyển động bằng phần mềm đã được lập trình sẵn nên
cho trực tiếp kết quả rất trực quan.
Với đề tài này, tôi hi vọng sẽ khắc phục được những tồn tại trước đó, bổ sung những
thí nghiệm còn thiếu sót, góp phần nâng cao hiệu quả giảng dạy của bộ môn Vật lý ở
trường THPT.
II. Mục đích nghiên cứu
+ Chế tạo bộ và sử dụng thí nghiệm tích hợp khảo sát chuyển động cơ học sử dụng cảm
biến khoảng cách kết nối với máy tính. Từ đó ta có thể dễ dàng tổ chức dạy học theo
chương trình GDPT 2018 vừa đảm bảo chuyển đổi số trong giáo dục;
+ Đề xuất các thí nghiệm sử dụng bộ thí nghiệm tích hợp vào trong dạy học bộ môn Vật
lí ở trường THPT.
III. Đối tượng nghiên cứu
+ Cảm biến khoảng cách và phần mềm lập trình cho mạch Arduino;
+ Nam châm vĩnh cửu dạng thanh dài;
+ Chương trình và các bài học trong SGK vật lí 10 (KNTT) và SGK vật lí 12