Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Sử dụng bộ cảm biến Addestation để thực hiện một số thí nghiệm trong chương trình Vật lý 10

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:50

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài "Sử dụng bộ cảm biến Addestation để thực hiện một số thí nghiệm trong chương trình Vật lý 10" là tập trung nghiên cứu về khả năng ứng dụng bộ cảm biến Addestation để làm một số thí nghiệm trong chương trình Vật lý 10. Qua đó góp phần đổi mới phương pháp dạy học Vật lý theo hướng tiếp cận năng lực.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Sử dụng bộ cảm biến Addestation để thực hiện một số thí nghiệm trong chương trình Vật lý 10

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SỬ DỤNG BỘ CẢM BIẾN ADDESTATION ĐỂ THỰC HIỆN MỘT SỐ THÍ NGHIỆM TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 BỘ MÔN: VẬT LÝ 1
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT TƯƠNG DƯƠNG 2 =====*===== SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SỬ DỤNG BỘ CẢM BIẾN ADDESTATION ĐỂ THỰC HIỆN MỘT SỐ THÍ NGHIỆM TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 MÔN VẬT LÝ Họ và tên tác giả : Phan Viết Kiên Tổ bộ môn : Tổ Toán, Lý, Tin, CN 11,12 Năm thực hiện : 2021- 2022 Số điện thoại : 0919604512 Năm học 2021 - 2022 2
PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lí do chọn đề tài Hội nghị lần thứ 8 Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam (khoá XI) đã thông qua Nghị quyết số 29/NQ-TW ngày 4 tháng 11 năm 2013 về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đáp ứng yêu cầu công nghiệp hoá, hiện đại hoá trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế; Quốc hội đã ban hành Nghị quyết số 88/2014/QH13 ngày 28 tháng 11 năm 2014 về đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông, góp phần đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo. Ngày 26/12/2018, Bộ trưởng Bộ GD-ĐT đã ban hành Thông tư số 32/2018/TT-BGD&ĐT về Chương trình giáo dục phổ thông, trong đó nêu rõ: “Giáo dục khoa học tự nhiên giúp học sinh dần hình thành và phát triển năng lực khoa học tự nhiên qua quan sát và thực nghiệm, vận dụng tổng hợp kiến thức, kĩ năng để giải quyết các vấn đề và sáng tạo trong cuộc sống; đồng thời cùng với các môn Toán, Vật lí, Hoá học, Sinh học, Công nghệ, Tin học thực hiện giáo dục STEM, một trong những xu hướng giáo dục được coi trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và được quan tâm thích đáng trong đổi mới giáo dục phổ thông của Việt Nam”. Vật lí với đặc thù là bộ môn khoa học thực nghiệm có tính công nghệ và kỹ thuật nên việc giảng dạy cần thực hiện các thí nghiệm biễu diễn, thí nghiệm khảo sát và thí nghiệm thực hành nhằm mục đích giúp học sinh sáng tỏ, khẳng định những vấn đề lý thuyết mà giáo viên đã trình bày. Qua đó củng cố, đào sâu những tri thức mà họ đã lĩnh hội được hoặc vận dụng lý luận để nghiên cứu vấn đề do thực tiễn đề ra. Đồng thời biến tri thức thành niềm tin, hình thành những kỹ năng, kỹ xảo làm công tác thực nghiệm khoa học; kỹ năng, kỹ xảo thực hiện những hành động trí tuệ - lao động; kích thích hứng thú học tập bộ môn và bồi dưỡng những phẩm chất cần thiết của người lao động mới như óc quan sát, tính chính xác, tính cẩn thận, tính cần cù, tiết kiệm, tổ chức lao động có khoa học. Trong quá trình đổi mới phương pháp dạy học, thì phương tiện dạy học đóng một vai trò hết sức quan trọng. Chức năng chủ yếu của phương tiện dạy học là tạo điều kiện để học sinh nắm vững chính xác, sâu sắc kiến thức, phát triển năng lực nhận thức và hình thành nhân cách của học sinh. Theo lí luận dạy học hiện đại, phương tiện dạy học hỗ trợ hoạt động của giáo viên và học sinh ở tất cả các pha của tiến trình giải quyết nhiệm vụ nhận thức. Phương tiện dạy học chứng tỏ vai trò trong việc tăng cường tính trực quan và thí nghiệm, thực hành trong quá trình dạy học nói chung và dạy học Vật lý nói riêng. Hiện nay, việc trang bị các phương tiện dạy học mới cho các trường phổ thông từng bước được tăng cường. Trước yêu cầu đổi mới giáo dục ở nước ta theo hướng phát triển năng lực của học sinh, việc sử dụng đa dạng và phối hợp các phương tiện dạy học để nâng cao hiệu quả học tập ở các môn học là quan trọng và cần thiết. Các phương tiện dạy học số ngày càng phổ biến và được áp dụng rộng rãi ở các trường phổ thông. Đối với môn Vật lý, việc sử dụng thí nghiệm ghép nối máy vi tính giúp nâng cao khả năng tiến hành các phương án thí 3
nghiệm mà các dụng cụ truyền thống không thực hiện được do những hạn chế về thời gian và khó khăn về kĩ thuật. Thí nghiệm sử dụng cảm biến ghép nối và máy vi tính cho phép tự động thu thập rất nhiều số liệu trong thời gian ngắn. Học sinh có thể sử dụng phần mềm để lập các bảng, đồ thị thực nghiệm; phân tích, xử lí các số liệu thu được từ cảm biến một cách nhanh chóng và chính xác. Các kết quả phân tích số liệu hiển thị trên màn hình rõ ràng, khoa học và có tính trực quan cao. Trên cơ sở các lí do đã trình bày ở trên, cùng với mong muốn nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị thí nghiệm, tăng cường hoạt động thực nghiệm cho học sinh trong học tập môn Vật lý theo hướng tích cực, chủ động, sáng tạo tôi đã nghiên cứu đề tài “Sử dụng bộ cảm biến Addestation để thực hiện một số thí nghiệm trong chương trình Vật lý 10” 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là tập trung nghiên cứu về khả năng ứng dụng bộ cảm biến Addestation để làm một số thí nghiệm trong chương trình Vật lý 10. Qua đó góp phần đổi mới phương pháp dạy học Vật lý theo hướng tiếp cận năng lực. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: HS lớp 10 trường THPT Tương Dương 2. - Phạm vi nghiên cứu: Đề tài được nghiên cứu trong quá trình dạy học tại trường THPT Tương Dương 2. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu lí luận dạy học Vật lý theo tiếp cận năng lực. - Nghiên cứu khả năng hỗ trợ của phương tiện dạy học số, thí nghiệm ghép nối máy vi tính và công cụ mô hình hóa trong dạy học Vật lý theo tiếp cận năng lực. - Thực hiện một số thí nghiệm trong chương Vật lý lớp 10 với bộ cảm biến Addestation. 5. Thời gian nghiên cứu Trong năm học 2021 – 2022, từ tháng 9/2021 đến tháng 3/2022 6. Đóng góp mới của đề tài - Áp dụng công nghệ để thực hiện các thí nghiệm nhằm thu thập, xử lý số liệu chính xác và phân tích kết quả nhanh hơn trong dạy học vật lý. - Đề ra các giải pháp mới trong việc giảng dạy các tiết thực nghiệm có hiệu quả tại trường THPT Tương Dương 2. PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4
1. Cơ sở lý luận về thí nghiệm vật lý 1.1. Dạy học Vật lý theo tiếp cận năng lực 1.1.1. Quan niệm về năng lực Có rất nhiều cách quan niệm rất khác nhau về năng lực. Trong Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, năng lực được quan niệm là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí,... thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể. 1.1.2. Thành phần và cấu trúc năng lực Theo quan điểm của các nhà sư phạm Đức, cấu trúc chung của năng lực hành động được mô tả là sự kết hợp của 4 năng lực thành phần sau: - Năng lực chuyên môn (Professional competency): Là khả năng thực hiện các nhiệm vụ chuyên môn cũng như khả năng đánh giá kết quả chuyên môn một cách độc lập, có phương pháp và chính xác về mặt chuyên môn. Trong đó bao gồm cả khả năng tư duy lô gic, phân tích, tổng hợp, trừu tượng hoá, khả năng nhận biết các mối quan hệ hệ thống và quá trình. Năng lực chuyên môn hiểu theo nghĩa hẹp là năng lực “nội dung chuyên môn”, theo nghĩa rộng bao gồm cả năng lực phương pháp chuyên môn. - Năng lực phương pháp (Methodical competency): Là khả năng đối với những hành động có kế hoạch, định hướng mục đích trong việc giải quyết các nhiệm vụ và vấn đề. Năng lực phương pháp bao gồm năng lực phương pháp chung và phương pháp chuyên môn. Trung tâm của phương pháp nhận thức là những khả năng tiếp nhận, xử lý, đánh giá, truyền thụ và trình bày tri thức. - Năng lực xã hội (Social competency): Là khả năng đạt được mục đích trong những tình huống xã hội xã hội cũng như trong những nhiệm vụ khác nhau trong sự phối hợp sự phối hợp chặt chẽ với những thành viên khác. - Năng lực cá thể (Induvidual competency): Là khả năng xác định, đánh giá được những cơ hội phát triển cũng như những giới hạn của cá nhân, phát triển năng khiếu cá nhân, xây dựng và thực hiện kế hoạch phát triển cá nhân, những quan điểm, chuẩn giá trị đạo đức và động cơ chi phối các ứng xử và hành vi. Trong các chương trình dạy học hiện nay của các nước thuộc OECD, người ta cũng sử dụng mô hình năng lực đơn giản hơn, phân chia năng lực thành hai nhóm chính, đó là các năng lực chung và các năng lực chuyên môn. 5
- Nhóm năng lực chung bao gồm: + Khả năng hành động độc lập thành công; + Khả năng sử dụng các công cụ giao tiếp và công cụ tri thức một cách tự chủ; + Khả năng hành động thành công trong các nhóm xã hội không đồng nhất. - Năng lực chuyên môn liên quan đến từng môn học riêng biệt. Ví dụ nhóm năng lực chuyên môn trong môn Toán bao gồm các năng lực sau đây: + Giải quyết các vấn đề toán học; + Lập luận toán học; + Mô hình hóa toán học; + Giao tiếp toán học; + Tranh luận về các nội dung toán học; + Vận dụng các cách trình bày toán học; + Sử dụng các ký hiệu, công thức, các yêu tố thuật toán. 1.1.3. Dạy học theo tiếp cận năng lực Từ những năm 90 của thế kỉ trước, khi so sánh quốc tế về thiết kế chương trình giáo dục, người ta thường nêu lên hai cách tiếp cận chính: thứ nhất, tiếp cận dựa theo nội dung hoặc chủ đề (content or topic based approach), và thứ hai là tiếp cận dựa vào kết quả đầu ra (outcome based approach) - Tiếp cận dựa vào nội dung là cách nêu ra một danh mục đề tài, chủ đề của một lĩnh vực, môn học nào đó. Tức là tập trung xác định và trả lời câu hỏi: Chúng ta muốn học sinh biết cái gì? Cách tiếp cận này chủ yếu dựa vào yêu cầu nội dung học vấn của một bộ môn nên thường mang nặng lí thuyết và tính hệ thống, nhất là khi người thiết kế ít chú ý đến tiềm năng, các giai đoạn phát triển, nhu cầu, hứng thú và điều kiện của người học. - Tiếp cận kết quả đầu ra là cách tiếp cận nêu rõ kết quả, những khả năng và kĩ năng mà học sinh mong muốn đạt được vào cuối mỗi giai đoạn trong nhà trường ở một môn học cụ thể. Nói cách khác, cách tiếp cận này nhằm trả lời câu hỏi: Chúng ta muốn học sinh biết gì và có thể làm được gì? Bước sang thế kỉ 21, tốc độ phát triển của kinh tế - xã hội hết sức nhanh chóng với những biến đổi liên tục và khôn lường, vai trò của giáo dục ngày càng được chú trọng và đầu tư hơn bao giờ hết. Xu thế thiết kế chương trình giáo dục theo tiếp cận năng lực được khá nhiều quốc gia quan tâm và vận dụng trong việc thay đổi, sửa sang, cải tiến chương trình và cải cách giáo dục. Tên gọi của cách tiếp cận này có khác nhau nhưng thuật ngữ được dùng phổ biến là Competency-based Curriculum (Chương trình dựa trên cơ sở năng lực- gọi 6
tắt là tiếp cận năng lực). Chương trình tiếp cận năng lực thực chất vẫn là cách tiếp cận kết quả đầu ra. Đầu ra của cách tiếp cận này tập trung vào hệ thống năng lực cần có ở mỗi người học. Việc dạy học thay vì chỉ dừng ở hướng tới mục tiêu dạy học hình thành kiến thức, kĩ năng và thái độ tích cực ở học sinh thì còn hướng tới mục tiêu xa hơn đó là trên cơ sở kiến thức, kĩ năng được hình thành, phát triển khả năng thực hiện các hành động có ý nghĩa đối với người học. Học sinh không chỉ biết ghi nhớ kiến thức mà còn thực hiện các hoạt động cụ thể, vận dụng những tri thức học được để giải quyết các tình huống đặt ra trong cuộc sống. 1.2. Sử dụng phương tiện trong dạy học Vật lý 1.2.1. Thế nào là phương tiện dạy học số Khi dạy học một số nội dung, để tổ chức quá trình hoạt động học tập vật lý một cách tích cực, chủ động, sáng tạo, nếu chỉ sử dụng các phương tiện dạy học truyền thống, thì sẽ gặp khó khăn để đạt được mục đích dạy học. Chính vì vậy, khi công nghệ thông tin phát triển, để hỗ trợ việc thực hiện tốt hơn mục tiêu dạy học, người ta đã tạo ra phương tiện dạy học số - đó là phương tiện mà một phần hay toàn bộ được tạo nên và hoạt động dựa trên công nghệ số. Theo định nghĩa này thì phương tiện dạy học số thuộc phương tiện dạy học và có thể bao gồm các phương tiện là thiết bị cứng như: máy chiếu Projector, đầu đĩa. Camera…- gọi tắt là phương tiện dạy học số cứng; và các phương tiện là các dữ liệu số, phần mềm hay các thiết bị tích hợp giữa thiết bị cứng và phần mềm như: hình ảnh, video, mô hình, thiết bị thí nghiệm ghép nối máy vi tính…- gọi tắt là phương tiện dạy học số mềm. 1.2.2. Phân loại phương tiện dạy học số trong dạy học Vật lý PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC (VẬT LÝ) 7 Phương tiện dạy học (Vật lý) Phương tiện dạy học (Vật lý)
1.2.3. Khả năng hỗ trợ của phương tiện dạy học số trong dạy học Vật lý Việc tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh phỏng theo con đường tìm tòi của các nhà khoa học theo chu tình hoạt động nhận thức sáng tạo thường gặp khó khăn trong các giai đoạn như: đề xuất mô hình - giả thuyết trừu tượng, xây dựng phương án thực nghiệm và tiến hành thực nghiệm để kiểm tra hệ quả. Chính thông qua hoạt động trong các giai đoạn này, mà tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh được phát triển. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, nếu chỉ sử dụng các phương tiện dạy học truyền thống thì việc yếu cầu tính tích cực, tự lực của học sinh tham gia vào việc phát hiện vấn đề cần giải quyết và giải quyết các vấn đề học tập sẽ bị hạn chế, do đó, việc áp dụng các phương pháp dạy học nhằm tích cưc hóa người học cũng có những hạn chế nhất định. Các phương tiện dạy học số có chức năng hết sức ưu việt so với các phương tiện dạy học vật lý truyền thống, cụ thể như: 8
- Dựa tên các phương trình mô tả các mối quan hệ của các đại lượng vật lý trong quá trình, hiện tượng nghiên cứu, nhờ phương tiện dạy học số ta có thể mô phỏng các mối quan hệ này bằng các hình ảnh tĩnh hay động một cách chính xác, trực quan và thẩm mĩ. Cũng nhờ mô phỏng mà ta có thể đưa ra dự đoán về hiện tượng, quá trình vật lý mới, phát hiện ra vấn đề mới cần giải quyết. - Phương tiện dạy học số có thể hỗ trợ các thí nghiệm vật lý (thông qua việc ghép nối máy vi tính hay phân tích băng hình) để có thể tự động hóa thu thập, lưu trữ số liệu thí nghiệm, phân loại, sắp xếp chúng và trình bày kết quả dưới dạng bảng số liệu hay đồ thị hết sức nhanh chóng và như ý muốn (nhờ phần mềm). Phương tiện dạy học số với khả năng tính toán cực nhanh, có thể hỗ trợ việc kiểm tra những mô hình đưa ra là đúng hay sai (trên cơ sở tính toán trong các điều kiện cụ thể và so sánh kết quả với các số liệu thực nghiệm thu được dưới dạng đồ thị). Hỗ trợ này giúp cho học sinh tham gia tích cực, tự lực và sáng tạo vào giai đoạn giải quyết vấn đề trong quá trình nhận thức. 1.3. Thí nghiệm trong dạy học Vật lý 1.3.1. Thí nghiệm Vật lý Thí nghiệm vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới hoặc có thể minh họa một cách sinh động cho sự đúng đắn của lí thuyết đã có. 1.3.2. Ý nghĩa, vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý - Thí nghiệm góp phần hình thành thế giới quan khoa học cho học sinh: Thí nghiệm trong vai trò là bộ phận quan trọng trong dạy học Vật lý sẽ từng bước cung cấp và hệ thống hóa tri thức cho con người, qua đó củng cố niềm tin khoa học và hoàn thiện thế giới quan khoa học của mỗi người, tạo nên tư duy đúng đắn và tích cực. Thông qua thí nghiệm, lí thuyết được tái hiện một cách sinh động và đầy thuyết phục, tạo niềm tin khoa học vững chắc, tránh được sự giáo điều trong dạy học Vật lí. - Thí nghiệm giúp phát hiện và khắc phục quan niệm sai lầm của học sinh: Khi xem xét cùng một hiện tượng Vật lý, mỗi học sinh sẽ có những quan niệm khác nhau từ chính kinh nghiệm sống hàng ngày của mình. Thường những quan niệm đó sai lệch so với bản chất của hiện tượng và quá trình Vật lý. Ngay cả những hiểu biết không sai lệch với bản chất vật lý của sự vật, hiện tượng thì những quan niệm đó cũng không hoàn toàn chính xác và đầy đủ. Do đó, trong dạy học vật lý, giáo viên cần phải có biện pháp khắc phục những quan niệm sai lầm của học sinh, giúp học sinh tiếp cận chính xác bản chất vật lý của sự vật, hiện tượng. Đã có nhiều công trình nghiên cứu chứng minh được rằng một trong những biện pháp khắc phục 9
quan niệm học sinh có hiệu quả nhất là sử dụng thí nghiệm. Vì học sinh chỉ có thể tự giác bỏ những ý nghĩ sai lầm khi tự nhận ra những quan niệm của mình là vô lí, mâu thuẫn với thực tế. - Thí nghiệm là phương tiện nâng cao chất lượng giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh: Qua việc tham gia vào thí nghiệm, học sinh có nhiều cơ hội đề rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành, từ đó có khả năng và điều kiện tiếp cận với hoạt động thựcvào tiễn. Hơn nữa, đó là điều kiện giúp học sinh thu nhận kiến thức một cách vững vàng hơn, tăng cường rèn luyện sự khéo léo chân tay, nâng cao được khả năng thực hành, thao tác một cách thuần thục, ngoài ra, việc thu thập, xử lí số liệu sẽ góp phần hoàn thiện kĩ năng thực hành tổng hợp cho học sinh. - Thí nghiệm đơn giản hóa các hiện tượng Vật lý: Sử dụng thí nghiệm có thể làm đơn giản hóa các hiện tượng, kiểm soát được các quá trình, làm nổi bật các khía cạnh, phơi bày rõ ràng bản chất của hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu. Đối với các hiện tượng cần nghiên cứu mà chúng ta không thể tri giác trực tiếp bằng các giác quan thì việc sử dụng thí nghiệm làm mô hình để trực quan hóa là không thể thiếu được. Các hiện tượng, quá trình diễn ra trong thí nghiệm làm đơn giản hóa các hiện tượng, quá trình thực tuy nhiên vẫn đảm bảo cung cấp đầy đủ và chính xác tri thức, điều này tạo cho người học tiếp cận kiến thức một cách dễ dàng hơn. - Thí nghiệm góp phần tích cực hóa tư duy người học: Thông qua thí nghiệm, mọi giác quan của học sinh bị tác động mạnh và thường xuyên trong quá trình học tập. Quan sát sự vật, hiện tượng thí nghiệm không giống như quan sát trong tự nhiên, vì thí nghiệm đã làm bộc lộ những mối quan hệ bản chất nhất, làm rõ các yếu tố cần quan sát có chủ định. Bên cạnh đó, sau khi quan sát thí nghiệm, việc thu thập, phân tích, xử lí kết quả số liệu của học sinh được rèn luyện từng ngày, qua đó nâng cao khả năng tư duy của người học. - Thí nghiệm có tác dụng bồi dưỡng các đức tính tốt cho học sinh: Thí nghiệm luôn luôn đòi hỏi học sinh tính tỉ mỉ, thận trọng, trung thực, kiên trì, sự chính xác, tính kế hoạch, tinh thần tập thể, đoàn kết giúp đỡ nhau trong công việc và đó là những phẩm chất của con người lao động khoa học và sáng tạo. - Thí nghiệm Vật lí có thể sử dụng được trong tất cả các giai đoạn của quá trình dạy học: Thí nghiệm có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn của quá trình dạy học bao gồm: đề xuất vấn đề, vận dụng, củng cố, kiểm tra kiến thức của học sinh … qua đó từng bước nâng cao hiệu quả dạy học Vật lí. 1.4. Thí nghiệm ghép nối máy vi tính sử dụng bộ cảm biến Addestation 1.4.1. Nguyên lý hoạt động và chức năng của thí nghiệm ghép nối máy vi tính 10
Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm ghép nối với máy vi tính về mặt nguyên lí Đối Bộ cảm Thiết bị Máy vi tính Màn hình tượng đo biến Addestation có phần mềm hiển thị xử lý số liệu - Cảm biến đảm nhiệm việc thu thập các số liệu đo về đối tượng nghiên cứu. Trong bộ cảm biến, các tương tác của đối tượng đo lên bộ cảm biến dưới các dạng khác nhau như cơ, nhiệt, điện, quang, từ…đều được chuyển thành tín hiệu điện. - Sau khi tín hiệu điện được hình thành tại bộ cảm biến, nó sẽ được chuyển qua dây dẫn đến bộ phận tiếp theo trong hệ thống có tên là “thiết bị ghép tương thích”. Tại thiết bị ghép tương thích này, các tín hiệu điện sẽ được số hóa một cách hợp lí để đưa vào máy vi tính. - Sau khi các tín hiệu đã được số hóa, có thể sử dụng máy vi tính (đã cài đặt phần mềm thích hợp) để tính toán, xử lí các tín hiệu số này theo mục đích của người nghiên cứu. Phần mềm này được cung cấp kèm theo bộ ghép tương thích khi mua. - Sau khi máy vi tính đã tính toán, xử lí xong, tất cả các kết quả đều có thể được hiển thị dưới dạng số, bảng biểu, đồ thị trên màn hình hoặc lưu trữ lại trên máy vi tính. Như vậy, với thiết bị thí nghiệm ghép nối máy vi tính, ta có thể tự động thu thập số liệu thực nghiệm, lập bảng số liệu, vẽ đồ thị thực nghiệm. Sau khi ta nghiên cứu, phân tích số liệu và đồ thị thực nghiệm để dự đoán mối quan hệ có tính quy luật giữa các đại lượng trong hiện tượng, quá trình vật lý nghiên cứu, ta có thể nhờ máy vi tính kiểm tra dự đoán đó là đúng hay sai bằng cách vẽ và điều chỉnh hàm số chuẩn sao cho đồ thị của nó trùng khít với đồ thị thực nghiệm. 1.4.2. Khả năng hỗ trợ và ưu điểm của việc sử dụng thí nghiệm ghép nối máy vi tính trong dạy học Vật lý theo tiếp cận năng lực So với các thiết bị truyền thống, thí nghiệm được hỗ trợ bằng máy vi tính có một số ưu điểm sau: - Có tính trực quan cao hơn trong việc trình bày số liệu đo, hiển thị kết quả. - Tiết kiệm được rất nhiều thời gian do thu thập cũng như xử lí số liệu hoàn toàn tự động. - Cho phép thu thập nhiều bộ dữ liệu thực nghiệm trong thời gian rất ngắn (đó là một yêu cầu quan trọng trong nghiên cứu thực nghiệm). - Độ chính xác cao của các số liệu đo cũng như kết quả tính toán cuối cùng do sử dụng các thiết bị hiện đại và phương pháp tính hiện đại. - Tiết kiệm thời gian lắp đặt thí nghiệm. 11
- Để có thể sử dụng được các thí nghiệm có ghép nối với thiết bị vi tính thì không đòi hỏi ở người sử dụng biết kiến thức đặc biệt về kĩ thuật vi tính, và không cần biết về ngôn ngữ lập trình. Tóm lại, sử dụng thí nghiệm ghép nối cảm biến và máy vi tính có thể khắc phục được những nhược điểm nêu trên của các bộ thí nghiệm truyền thống hiện có và mở ra các khả năng thí nghiệm mới. Cảm biến cho phép tự động hóa việc thu thập dữ liệu thực nghiệm trong thời gian ngắn. Thiết bị ghép tương thích sẽ chuyển đổi dữ liệu dạng tín hiệu tương tự sang dữ liệu dạng số và đưa vào máy vi tính có cài đặt phần mềm chuyên dụng. Học sinh có thể sử dụng phần mềm để lập các bảng, đồ thị thực nghiệm; phân tích, xử lí các số liệu thu được từ cảm biến một cách nhanh chóng và chính xác. Các kết quả phân tích số liệu hiển thị trên màn hình rõ ràng, khoa học và có tính trực quan cao. 2. Sử dụng bộ cảm biến Addestation để thực hiện một số thí nghiệm trong chương trình vật lý 10 2.1. Giới thiệu về bộ cảm biến Addestation Bộ cảm biến Addestation là bộ thiết bị thí nghiệm sử dụng công nghệ cảm biến. Addestation là sự kết hợp hoàn hảo giữa thiết bị thí nghiệm truyền thống (có chọn lọc và thiết kế đặc trưng) với phần mềm chuyên dụng, có tính khoa học, tính sư phạm cao và bảo đảm tính kinh tế. Phục vụ chức năng nghiên cứu nâng cao, đòi hỏi độ chính xác cao của các thí nghiệm chuyên sâu của học sinh và giáo viên. Bộ thiết bị cảm biến Addestation bao gồm: - Các loại cảm biến còn gọi là thiết bị thu thập dữ liệu như: cảm biến chuyển động, cảm biến áp suất, cảm biến dòng điện, cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ, cảm biến từ trường... - Thiết bị aMixer MGA là thiết bị thu nhận, xử lý và hiển thị dữ liệu đo được của các cảm biến và hiển thị trên màn hình cảm ứng. Đây là thiết bị cầm tay do đó tiện cho việc thực hiện đo đạc trực tiếp tại hiện trường. Ngoài ra, để việc xác định và xử lý số liệu được chính xác, nhanh gọn và có thể trình chiếu để học sinh dễ dàng quan sát ta kết nối thiết bị với máy vi tính thông qua cổng kết nối trên thiết bị aMixer MGA. Lưu ý: trên máy vi tính phải cài đặt phần mềm hỗ trợ Addestation v5.0 (Vie) 12
Hình 2.1.1. Thiết bị aMixer MGA và các cổng kết nối trên thiết bị Hình 2.1.2. Sơ đồ khối về thiết bị cảm biến Addestation 2.2. Thí nghiệm xác định vận tốc và gia tốc của vật rơi tự do. 2.2.1. Mục đích thí nghiệm - Đo vận tốc của thước nhựa tại các thời điểm khác nhau. - Xác định gia tốc rơi tự do. 13
2.2.2. Dụng cụ thí nghiệm - 1 aMixer MGA, máy vi tính. - 1 cổng quang điện - 1 thước nhựa có vạch đen - 1 giá 3 chân và kẹp đa năng - 1 khăn vải 2.2.3. Tiến hành thí nghiệm * Chuẩn bị và thiết lập thí nghiệm - Bước 1: Mở aMixer MGA, kết nối cổng quang điện vào CH1 của aMixer MGA. Kết nối thiết bị aMixer MGA với máy vi tính và chạy phần mềm hỗ trợ Addestation v5.0 (Vie). - Bước 2: Đặt giá 3 chân lên bàn, gắn cổng quang điện vào trụ sắt và điểu chỉnh độ cao sao cho ở vị trí thấp nhất có thể. Điều chỉnh giá 3 chân sao cho cổng quang điện nhô ra khỏi cạnh bàn. Đảm bảo cổng quang điện nằm trên mặt phẳng song song với mặt bàn. Đặt miếng vải lên mặt sàn ngay dưới cổng quang điện. * Thu thập dữ liệu Ý tưởng của phương pháp này là ta sẽ cho thước nhựa rơi qua cổng quang điện 1 lần từ đó thu được vận tốc trung bình của thước nhựa tại mỗi thời điểm vạch đen trên thước che tia hồng ngoại (xem bảng 1). Gia tốc g sẽ thu được bằng công thức 𝑣̅7 − 𝑣̅1 𝑔= 𝑡7 − 𝑡1 - Bước 3: Kích vào biểu tượng trên phần mềm hỗ trợ để bắt đầu thu thập dữ liệu. Giữ cho thước nhựa thẳng đứng và đặt nó sao cho vị trí vạch đen thấp nhất trên thước nhựa bên trên cổng quang điện. Thả tay cho thước nhựa rơi qua cổng quang điện. Chú ý: Khi thả không được để cho thước nhựa rơi chạm vào cổng quang điện. Nếu thước nhựa chạm vào cổng quang điện khi rơi ta phải lặp lại bước này. - Bước 4: Khi thước nhựa chạm sàn, kích vào biểu tượng để dừng thu thập dữ liệu ta sẽ thấy một đồ thị với một đường dọc đậm (Hình 2.2.1). 14
Hình 2.2.1 - Bước 5: Kích vào biểu tượng và kích vào giữa của vùng trũng để phóng đại lên. Một đồ thị chứa 7 vùng trũng như bên trên sẽ xuất hiện. Chú ý: Nếu khi phóng to đồ thị ta không kích vào giữa vùng trũng thì đồ thị sẽ bị lệch. Khi đó, kích vào biểu tượng rồi kích vào vùng rìa để dịch chuyển đồ thị về vị trí mong muốn. Nếu kích quá nhiều lần phóng to ta có thể kích vào biểu tượng rồi thu nhỏ đồ thị. - Bước 6: Kích vào biểu tượng sau đó kích vào vùng trũng 1. Một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện. Giá trị x (khoanh tròn) cho biết thời gian bắt đầu của vùng trũng 1 (Hình 2.2.2). Ghi lại giá trị này vào Bảng 1. Hình 2.2.2 15
- Bước 7: Tiếp tục kích vào cạnh đi lên của vùng trũng 1, một dấu ‘+’ khác sẽ xuất hiện. Giá trị x lúc này cho biết thời gian kết thúc vùng trũng. Trên màn hình sẽ xuất hiện 2 giá trị (Hình 2.2.3). Ghi lại giá trị “Độ lệch thời gian” vào Bảng 1. Hình 2.2.3 - Bước 8: Kích vào biểu tượng để xóa đi các dấu ‘+’ và giá trị vừa đọc. - Bước 9: Lặp lại bước 6 đến 8 với các vùng trũng thứ 7 ta thu được các giá trị tương tự (Hình 2.2.4 và Hình 2.2.5). Hình 2.2.4 Hình 2.2.5 16
Bảng 1 Vùng Thời điểm bắt đầu Khoảng thời gian Độ rộng dải trũng xuất hiện (s) xuất hiện (s) đen (m) 1 4,716 0,01808 0,02 7 4,858 0,008 0,02 Vận tốc dải đen 𝑠1 0,02 𝑚 𝑣̅1 = = = 1,10619469 ( ) 𝑡1 0,01808 𝑠 𝑠7 0,02 𝑚 𝑣̅7 = = = 2,5 ( ) 𝑡7 0,008 𝑠 Gia tốc vật rơi tự do 𝑣̅7 − 𝑣̅1 2,5 − 1,10619469 𝑔= = = 9,815530352(𝑚⁄ 2 ) 𝑡7 − 𝑡1 4,858 − 4,716 𝑠 2.2.5. Kết luận Từ thí nghiệm thấy rằng ta có thể xác định được vận tốc của vật rơi tự do tại các thời điểm khác nhau và xác định gia tốc rơi tự do với giá trị tương đối chính xác với các dụng cụ khá gọn nhẹ, dễ dàng lắp đặt và thực hiện đơn giản. 2.3. Thí nghiệm khảo sát về định luật II Niuton 2.3.1. Mục tiêu - Thu được lực và gia tốc của xe trượt do lực kéo. - Khảo sát mối liên hệ giữa lực và gia tốc tác dụng lên vật từ đó thu được hiểu biết sâu hơn về định luật II Niu-tơn 2.3.2. Dụng cụ và bố trí thí nghiệm * Dụng cụ: - 1 aMixer MGA, máy vi tính - 1 cảm biến lực - 2 cổng quang điện - 1 tay cầm cổng quang - 1 bộ kẹp để kết nối 2 cổng quang - Những vật dụng trong bộ thí nghiệm cơ học – động lực học: 1 khối cố định với tấm chắn; 1 ròng rọc; 1 kẹp ròng rọc; 1 xe trượt với cán nhựa đen; - 1 móc treo vật nặng và các vật nặng (tổng 300 g) 17
- 1 dây (dài 150 cm) - 1 trụ đỡ với 1 kẹp và 1 thước mét Hình 2.3.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm * Bố trí thí nghiệm (Hình 2.3.1) 2.3.3. Tiến hành thí nghiệm * Chuẩn bị thí nghiệm - Bước 1: Mở aMixer MGA, kết nối cảm biến lực vào CH 1 và 2 cổng quang điện vào CH 2 và CH 3 của aMixer MGA. Kết nối thiết bị aMixer MGA với máy tính và chạy phần mềm hỗ trợ. Màn hình “Tự động lựa chọn cảm biến” xuất hiện. Chọn “Cảm biến lực (±10N)”, sau đó nhấn “Chạy” (Hình 2.3.2) Hình 2.3.2 Chú ý: Bảo đảm rằng công tắc của cảm biến lực được bật ở “±10N” (Hình 2.3.3) Hình 2.3.3 - Bước 2: Đặt thanh đường dẫn AB lên bàn. Ở đây điểm A và B kí hiệu cho 2 đầu của thanh đường dẫn. Điểm B lòi ra khỏi mặt bàn. Gắn khối cố định cùng tấm chắn vào đầu B của thanh đường dẫn. Sau đó gắn ròng rọc vào kẹp ròng rọc. Gắn kẹp ròng rọc vào khối cố định (Hình 2.3.4). 18
Hình 2.3.4 - Bước 3: Lắp đầu có ren của cán nhựa (màu đen) vào lỗ ở giữa xe trượt rồi dùng vít vặn vào ren của cán để cố định cán nhựa (Hình 2.3.5). Hình 2.3.5 - Bước 4: Lắp lỗ giữa của cảm biến lực vào cán nhựa đến khi nó dừng tại mấu nhô ra của cán nhựa. Dùng vít trên cảm biến lực để cố định cảm biến (Hình 2.3.6). - Bước 5: Đặt xe lên thanh đường dẫn sao cho móc của cảm biến lực đối diện đầu B. Đặt đoạn dây nối của cảm biến lực với aMixer MGA lên mặt bàn và đảm bảo rằng dây sẽ chùng trong suốt thí nghiệm. - Bước 6: Đảm bảo rằng không có ngoại lực tác dụng lên móc của cảm biến lực. Kích vào biểu tượng và sau đó kích vào ô vuông bên cạnh “CH1” sau đó kích “Chạy” (Hình 2.3.7). Khi đó, giá trị lực đọc được sẽ đặt về không. Hình 2.3.6 19
Hình 2.3.7 Hình 2.3.8 - Bước 7: Kẹp tay cầm cổng quang điện vào giá đỡ. Điều chỉnh bộ cổng quang điện sao cho ở giữa của thanh đường dẫn, điều chỉnh độ cao để cho cán nhựa màu đen che tia hồng ngoại phát ra từ cổng quang điện (Hình 2.3.8). - Bước 8: Buộc một đầu dây vào móc của cảm biến lực và đầu khác vào móc treo khối lượng 50 g. * Thu thập dữ liệu - Bước 9: Đặt xe trượt ở bên phải cổng quang điện và điều chỉnh vị trí sao cho móc treo cách mặt đất 30 cm và dùng tay giữ cho xe không chuyển động (Hình 2.3.9). Hình 2.3.9 - Bước 10: Kích vào biểu tượng trên phần mềm để bắt đầu thu thập dữ liệu. Thả tay cho xe chuyển động. Sau khi xe trượt va vào tấm chắn ở đầu B thanh đường dẫn, kích vào biểu tượng để dừng thu thập dữ liệu. Ta sẽ thu được 1 đồ thị lực-thời gian và 2 đồ thị hiệu điện thế-thời gian (Hình 2.3.10). Kích vào biểu tượng và phóng to khoảng giữa vùng trũng đỏ và xanh 2 lần (Hình 2.3.11). 20