Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Tự làm một số dụng cụ thí nghiệm phần điện trường và từ trường góp phần nâng cao chất lượng dạy học

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:52

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến nhằm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một số dụng cụ thí nghiệm để dạy phần điện trường và từ trường. Tự làm một số dụng cụ thí nghiệm sử dụng hiệu quả thiết bị thí nghiệm, nhằm nâng cao chất lượng dạy học, trong quá trình dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Tự làm một số dụng cụ thí nghiệm phần điện trường và từ trường góp phần nâng cao chất lượng dạy học

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TỰ LÀM MỘT SỐ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM PHẦN ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG GÓP PHẦN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DẠY HỌC THUỘC MÔN: VẬT LÍ
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT TÂN KỲ 3 =====  ===== SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TỰ LÀM MỘT SỐ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM PHẦN ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG GÓP PHẦN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DẠY HỌC THUỘC MÔN: VẬT LÍ Tên tác giả : Trần Thị Hà Đậu Văn Minh Số điện thoại : 0383653291 0816421678 NGHỆ AN - 2023
MỤCLỤC Trang PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................... 1 I. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1 II. Mục đích nghiên cứu .................................................................................... 2 III. Đối tượng khảo sát thực nghiệm .................................................................. 3 IV. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 3 V. Thời gian nghiên cứu .................................................................................... 3 VI. Đóng góp mới của đề tài ............................................................................. 3 VII. Bố cục của đề tài ........................................................................................ 3 PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................... 4 I. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN ............................................................... 4 1. Cơ sở lí luận .................................................................................................. 4 1.1. Kỹ năng, rèn luyện kỹ năng .................................................................. 4 1.2. Khái niệm thực hành, thí nghiệm .......................................................... 4 2. Cơ sở thực tiễn để thiết kế và sử dụng các thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lí........................................................................................................... 5 2.1. Thực trạng dạy và học thực hành thí nghiệm Vật lí ở các trường THPT hiện nay ..................................................................................... 5 2.2. Thực trạng về năng lực thực hành thí nghiệm của học sinh, chất lượng dạy học ở các trường THPT hiện nay.......................................... 6 II. QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG DẠY HỌC PHẦN ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG .................... 6 1. Quy trình thiết kế và hệ thống các thí nghiệm đã thiết kế .............................. 6 1.1. Quy trình thiết kế thí nghiệm trong dạy học vật lí. ................................ 6 1.2. Lựa chọn và thiết kế các thí nghiệm trong phần điện trường và từ trường - Vật lí 11 THPT ...................................................................... 8 2. Đề xuất quy trình sử dụng các thí nghiệm tự tạo để rèn luyện kĩ năng thiết kế thí nghiệm cho học sinh, nâng cao chất lượng trong dạy học Vật lí ............ 25 3. Tiêu chí đánh giá việc rèn luyện kỹ năng thiết kế thí nghiệm nhằm nâng cao chất lượng dạy học ........................................................................... 26 III. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .................................................................... 27 1. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm................................................................... 27
1.1. Chọn đối tượng thực nghiệm .............................................................. 27 1.2. Bố trí thực nghiệm .............................................................................. 27 1.3. Phương pháp thực nghiệm .................................................................. 28 1.4. Tiến hành kiểm tra .............................................................................. 28 2. Giáo án thực nghiệm (Phần phụ lục) ........................................................... 28 3. Kết quả thực nghiệm ................................................................................... 28 3.1. Về mặt định lượng .............................................................................. 28 3.2. Về mặt định tính ................................................................................. 31 4. Kết luận chung về thực nghiệm ................................................................... 31 5. Phạm vi áp dụng của đề tài .......................................................................... 32 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 33 I. Kết luận ....................................................................................................... 33 II. Kiến nghị .................................................................................................... 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 34 PHỤ LỤC
DANH MỤC VIẾT TẮT TT Viết tắt Viết đầy đủ 1 ĐC Đối chứng 2 GV Giáo viên 3 HS Học sinh 4 NXB Nhà xuất bản 5 PPDH Phương pháp dạy học 6 PPTH Phương pháp thực hành 7 SGK Sách giáo khoa 8 VL Vật lí 9 SL Số lượng 10 TBTN Thiết bị thí nghiệm 11 TH Thực hành 12 THPT Trung học phổ thông 13 TL Tỉ lệ 14 TN Thực nghiệm 15 TNTH Thí nghiệm thực hành
DANH MỤC HÌNH, BẢNG Hình: Hình 1a: Thí nghiệm sự nhiễm điện do tiếp xúc................................................. 10 Hình 1b: Sự nhiễm điện do hưởng ứng .............................................................. 11 Hình 1c: Mô phỏng máy phát tĩnh điện.............................................................. 12 Hình 1d: Thí nghiệm máy phát tĩnh điện tích điện hút các mẫu xốp ................... 12 Hình 2a: Thí nghiệm sự nạp điện, phóng điện của tụ điện.................................. 14 Hình 2b: Sơ đồ cắm mạch điện .......................................................................... 15 Hình 2c: Ngắt nguồn, đèn sáng .......................................................................... 16 Hình 3a: Sơ đồ ................................................................................................... 16 Hình 3b: Thí nghiệm mạch lọc dùng tụ điện ...................................................... 17 Hình 4a: Số chỉ của đồng hồ khi nam châm và cuộn dây đều đứng yên ............. 18 Hình 4b: Số chỉ của đồng hồ tăng khi nam châm chuyển động lại gần cuộn dây, cuộn dây nằm yên ........................................................................ 18 Hình 4c: Cuộn dây không lõi thép, đèn sáng ..................................................... 19 Hình 4d: Cuộn dây có lõi thép, đèn không sáng ................................................. 19 Hình 4e: Cuộn dây có lõi thép và không có lõi thép đèn vẫn sáng như nhau ..... 20 Hình 5a: Khóa K đóng đèn 1 sáng ..................................................................... 21 Hình 5b: Khóa K ngắt đèn 1 sáng tắt ngay, đèn 2 lóe sáng lên rồi tắt ................ 21 Hình 5c: Đèn 2 lóe sáng lên rồi tắt ..................................................................... 22 Hình 6a: Động cơ điện 1 .................................................................................... 23 Hình 6b: Động cơ điện 2 .................................................................................... 24 Bảng: Bảng 2.1. Các tiêu chí và các mức độ đánh giá việc rèn luyện kỹ năng thiết kế thí nghiệm ........................................................................................... 27 Bảng 3.1. Kết quả đánh giá định lượng các tiêu chí của kĩ năng thiết kế thí nghiệm của HS trong dạy học phần điện trường và từ trường nhằm nâng cao chất lượng dạy học-Vật lí 11 THPT ............................ 29 Bảng 3.2. Kết quả đánh giá các tiêu chí rèn luyện kĩ năng thiết kế thí nghiệm của 4 HS ở các lớp thực nghiệm .......................................................... 30
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ I. Lý do chọn đề tài Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, do đó vai trò của thí nghiệm vật lý là rất quan trọng. Việc giáo viên tổ chức cho học sinh tiếp xúc với thí nghiệm trong quá trình học môn vật lý là tất yếu. Sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí, học sinh vừa được trang bị kiến thức, vừa được trang bị phương pháp làm việc và năng lực hoạt động thực nghiệm. Trong dạy học việc sử dụng thiết bị thí nghiệm đóng vai trò quan trong vào việc hoàn thiện những phẩm chất và năng lực của học sinh, góp phần trong sự phát triển toàn diện cho người học. Nhờ thí nghiệm học sinh có thể quan sát hiện tượng, phân tích tìm ra bản chất hiện tượng nhờ vậy hiểu sâu hơn bản chất vật lí của các hiện tượng, định luật, quá trình... được nghiên cứu và do đó có khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn của học sinh sẽ linh hoạt và hiệu quả hơn. Thực tế cho thấy, việc dạy và học vật lí, các bài giảng có sử dụng thực hành thí nghiệm, thì học sinh lĩnh hội kiến thức nhanh hơn, học sinh quan sát và đưa ra những dự đoán, những ý tưởng mới, nhờ đó hoạt động nhận thức của học sinh sẽ được tích cực và tư duy của các em sẽ được phát triển tốt hơn. Sử dụng thí nghiệm trong dạy và học giúp học sinh nắm vững tri thức, tạo được niềm tin, hình thành những năng lực thực nghiệm khoa học, kích thích hứng thú học tập bộ môn và bồi dưỡng những phẩm chất và năng lực cần thiết của người lao động mới như: năng lực quan sát, tính chính xác, cẩn thận, cần cù, tiết kiệm, hợp tác và tổ chức lao động khoa học. Thí nghiệm vật lí là phương tiện giúp học sinh được trải nghiệm, khám phá thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí - Thông qua thí nghiệm để quan sát hiện tương, phân tích, chứng minh giả thiết đòi hỏi học sinh phải làm việc tự học hoặc có thể hợp tác nhóm , nhờ đó có thể phát huy vai trò cá nhân hoặc tính cộng đồng trách nhiệm trong thực hiện của các học sinh. Môn vật lý có nhiều lý thuyết, định nghĩa công thức: Để giúp học sinh học môn vật lí thú vị hơn, tiếp thu kiến thức tốt hơn thì thí nghiệm là rất cần thiết, giúp học sinh hiểu và ứng dụng những vấn đề lý thuyết đã học vào thực tế. Đặc điểm tâm lý học sinh khám phá kiến thức môn vật lí đó là tò mò, thích khám phá và muốn tự tay thử nghiệm thay vì việc ngồi im nghe giảng. Vì vậy, các thí nghiệm sẽ dễ dàng thu hút học sinh, tạo hứng thú học tập, và khơi gợi động lực học tập, giúp học sinh yêu thích môn học. Kết quả thực hành thí nghiệm chính xác, kiểm chứng lý thuyết sẽ tạo được niêm tin , hứng thú học tập cho học sinh, đồng thời tạo thuận lợi cho giáo viên trong việc sử dụng thí nghiệm vật lý và đổi mới phương pháp dạy học phát triển phẩm chất năng lực học sinh. 1
Thực tế dạy học qua nhiều năm sử dụng, theo thời gian một số thiết bị đã xuống cấp, bộc lộ những hạn chế, gây ra lúng túng cho giáo viên và học sinh làm mất niềm tin, hứng thú học tập thông qua thí nghiệm. Trong khi nguồn kinh phí để mua sắm các bộ thí nghiệm mới còn hạn chế. Do đó giáo viên và học sinh cần nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các dụng cụng thí nghiệm đơn giản nhằm khắc phục khó khăn về cơ sở vật chất và nâng cao chất lượng dạy học. Thông qua thí nghiệm vật lí, học sinh hiểu sâu sắc hơn các khái niệm và hiện tượng vật lí, tin tưởng vào các chân lí khoa học, quan sát được một số hiện tượng bổ sung cho bài học, củng cố những kiến thức đã học được từ các bài giảng lí thuyết, tập cho các em khả năng vận dụng lí luận vào thực tiễn và giải thích được các hiện tượng Vật lí đơn giản đang xảy ra trong thế giới tự nhiên. Tuy nhiên, để đạt được các mục đích trên thì cần phải đảm bảo được các yếu tố như điều kiện cơ sở vật chất đặc biệt là các dụng cụ thí nghiệm. Việc giáo viên và học sinh tự thiết kế, chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản để tiến hành các thí nghiệm vật lí là hoạt động có nhiều ý nghĩa và có nhiều tác dụng: tăng cường tính trực quan, góp phần nâng cao chất lượng lĩnh hội và nắm vững kiến thức, phát triển năng lực tư duy, độc lập và sáng tạo của học sinh. Việc tiến hành thí nghiệm, giải thích hoạc tiên đoán kết quả thí nghiệm đồi hỏi học sinh phải vận dụng các kiến thức ở nhiều nội dung khác nhau một cách linh hoạt. Tuy nhiên, thực tế cho thấy việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học đang gặp nhiều khó khăn, trong đó, một trong những nguyên nhân cơ bản là do thiết bị thí nghiệm qua thời gian sử dụng đã xuống cấp và một số dụng cụ chưa được được trang bị đủ cho việc dạy học vật lí theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, điều đó phần nào đã ảnh hưởng đến chất lượng của việc dạy học vật lí ở trường phổ thông hiện nay. Trong chương trình vật lí phổ thông phần điện trường và từ trường có nhiều hiện tượng, quá trình vật lí phức tạp cần được trực quan hóa qua thí nghiệm nhưng với những thí nghiệm trong danh mục tối thiểu thì không thể đáp ứng đủ. Trên cơ sở các lí do đã trình bày ở trên, cùng với mong muốn nâng cao chất lượng dạy học, tăng cường hoạt động thực nghiệm cho học sinh trong học tập môn Vật lý theo hướng tích cực, chủ động, sáng tạo chúng tôi chọn đề tài: “Tự làm một số dụng cụ thí nghiệm phần điện trường và từ trường góp phần nâng cao chất lượng dạy học” II. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một số dụng cụ thí nghiệm để dạy phần điện trường và từ trường. Tự làm một số dụng cụ thí nghiệm sử dụng hiệu quả thiết bị thí nghiệm, nhằm nâng cao chất lượng dạy học, trong quá trình dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông. 2
III. Đối tượng khảo sát thực nghiệm Một số dụng cụ thí nghiệm về điện trường và từ trường. Ứng dụng của điện trường và từ trường . Đề xuất quy trình tự làm một sô dụng cụ thí nghiệm và vận dụng quy trình đó vào tự làm một số dụng cụ thí nghiệm phần điện trường và từ trường trong chương trình vật lí trung học phổ thông. Đề xuất quy trình sử dụng thí nghiệm tự làm và vận dụng quy trình đó vào thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức phần điện trường và từ trường trong chương trình vật lí trung học phổ thông theo theo mục tiêu phát triển phẩm chất, năng lực học sinh. IV. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu những tài liệu về sử dụng thí nghiệm trong việc tổ chức dạy học tích cực. Tìm hiểu lí luận dạy học vật lí theo năng lực. Điều tra thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí và nhu cầu hứng thú học tập của học sinh khi sử dụng thí nghiệm vật lí. Phương pháp thực nghiệm và phân tích tổng hợp kinh nghiệm Phương pháp thực nghiệm sư phạm: tổ chức hoạt động dạy và học, ghi chép, chụp ảnh, quay phim, khảo sát kết quả học tập, rút kinh nghiệm giờ dạy, phân tích diễn biến quá trình thực nghiệm V. Thời gian nghiên cứu Từ tháng 10 năm 2022 đến tháng 3 năm 2023 VI. Đóng góp mới của đề tài - Bổ sung lý luận về thiết kế và sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí. - Hệ thống các thí nghiệm tự tạo phần điện trường và từ trường Vật lí 11 và giáo án mẫu có sử dụng thí nghiệm tự tạo để rèn luyện cho học sinh các kỹ năng thiết kế thí nghiệm nâng cao chất lượng dạy học. VII. Bố cục của đề tài Ngoài Đặt vấn đề và Kết luận, Tài liệu tham khảo, nội dung chính của đề tài gồm 3 mục lớn: 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc thiết kế và sử dụng thí nghiệm tự làm để rèn luyện kỹ năng, nâng cao chất lượng trong dạy học Vật lí. 2. Quy trình thiết kế và sử dụng thí nghiệm tự làm trong dạy học phần điện trường và từ trường Vật lí 11 THPT. 3. Thực nghiệm sư phạm. 3
PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU I. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1. Cơ sở lí luận. 1.1. Kỹ năng, rèn luyện kỹ năng 1.1.1. Kỹ năng Khái niệm kỹ năng theo nghĩa hẹp là những thao tác, những cách thức thực hành, vận dụng tri thức, kinh nghiệm thực hiện hoạt động nào đó trong những môi trường quen thuộc. Hiểu theo cách này, kỹ năng có được là do kinh nghiệm, thực hành, làm nhiều thành thói quen, mà thiếu những hiểu biết, thiếu những tri thức… sẽ không giúp cá nhân thích ứng khi hoàn cảnh điều kiện thay đổi. Kĩ năng nếu hiểu theo nghĩa rộng là bao gồm những kiến thức, những hiểu biết, giúp cá nhân thích ứng khi hoàn cảnh điều kiện thay đổi, cách hiểu kỹ năng giống như là năng lực. 1.1.2. Rèn luyện kỹ năng Thí nghiệm là phương pháp cơ bản đặc trưng cho hoạt động nghiên cứu và dạy học Vật lí. Làm thí nghiệm là mô phỏng lại quá trình, nguyên tắc vật lí để qua đây học sinh hiểu được bản chất khái niệm Vật lí. Thông qua làm thí nghiệm hình thành cho học sinh những kỹ năng sau đây: - Tổ chức một buổi hoặc một thí nghiệm: Xác định mục đích, yếu tố thí nghiệm và yếu tố đối chứng, thu thập các số liệu qua thực nghiệm. - Lắp ráp, dùng các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm. - Phân tích , giải thích hiện tượng trong các thí nghiệm. - Xử lí số liệu bằng toán thống kê và rút ra kết luận. Muốn rèn luyện các kỹ năng này cho HS, GV cần phải thực hiện các thí nghiệm ở trên lớp bằng cách biểu diễn, từ đó học sinh có thể làm theo. Việc rèn luyện kỹ năng làm thí nghiệm cần phải có thời gian, và nên phát huy thế mạnh của các nhóm học sinh. Cùng với việc làm thí nghiệm là rèn luyện các kỹ năng liên quan: đề xuất phương án theo giả thuyết, bố trí thí nghiệm, thay đổi đối tượng và điều kiện thí nghiệm, quan sát kết quả thí nghiệm bằng cách so sánh với đối chứng, kiểm tra giả thuyết và cuối cùng là rút ra kết luận. 1.2. Khái niệm thực hành, thí nghiệm * Khái niệm thực hành: Thực hành (TH) là học sinh (HS) tự mình trực tiếp tiến hành quan sát, tiến hành các thí nghiệm, tập triển khai theo quy trình của các hiện tượng các ứng dụng . 4
TH là một phương pháp đặc trưng quan trọng trong dạy học, nghiên cứu vật lí và hiện tượng thực tiễn. Trong dạy học Vật lí, phương pháp thực hành (PPTH) có tác dụng giáo dục, rèn luyện học sinh một cách toàn diện, vì: - Qua TH, học sinh mới có điều kiện để tìm hiểu quan hệ giữa bản chất và hiện tượng, giữa nguyên nhân và kết quả, do đó các em có thể nắm vững tri thức và thiết lập được lòng tin tự giác, sâu sắc hơn. - TH là một phương pháp quan trọng nhất để rèn luyện các kỹ năng, ứng dụng tri thức vào thực tiễn cuộc sống, đặc biệt nó là phương pháp chính trong dạy học Vật lí. Tóm lại, TH có điều kiện tốt nhất để thực hiện nguyên lí giáo dục lí thuyết gắn với thực tiễn, đáp ứng yêu cầu giáo dục hiện nay. - TH là nơi tập cho HS các phương pháp nghiên cứu Vật lí như quan sát, thực nghiệm,… - TH có liên quan đến nhiều giác quan, cho nên bắt buộc các em phải suy nghĩ, tìm tòi nhiều hơn từ đó tư duy sáng tạo của học sinh có điều kiện phát triển hơn. * Khái niệm thí nghiệm: Thí nghiệm là gây ra một hiện tượng, một sự biên đổi nào đó trong điều kiện xác định để tìm hiểu, nghiên cứu, điều tra hay chứng minh. Quan sát là một phương pháp để nghiên cứu các đối tượng, hiện tượng có sẵn trong của tự nhiên, thí nghiệm là phương pháp nghiên cứu đối tượng và hiện tượng trong nhân tạo. Thí nghiệm là phương pháp cơ bản trong nghiên cứu khoa học, vì vậy nó cũng được sử dụng trong dạy học vật lí. Thí nghiệm có ưu thế hơn quan sát là vì người nghiên cứu có thể chủ động sáng tạo ra các hiện tượng, hoặc đặc biệt có thể thay đổi điều kiện quan sát và tạo khả năng đi sâu hơn vào việc tìm hiểu nguyên nhân của các hiện tượng, nó cho phép chúng ta tìm hiểu bản chất của các hiện tượng, mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng. Vì vậy I.P.Páplop đã nói: “Quan sát chỉ thu lượm những gì mà tự nhiên tạo cho, còn thí nghiệm cho phép giành lấy ở tự nhiên những gì mà con người cần”. * Khái niệm thí nghiệm tự tạo: Theo tác giả Lê Cao Phan, thí nghiệm tự tạo là thí nghiệm do giáo viên hoặc học sinh thực hiện bằng các vật liệu dễ tìm kiếm, có sẵn ở địa phương, phù hợp với hoàn cảnh của nhà trường và học sinh. 2. Cơ sở thực tiễn để thiết kế và sử dụng các thí nghiệm tự tạo trong dạy học Vật lí 2.1. Thực trạng dạy và học thực hành thí nghiệm Vật lí ở các trường THPT hiện nay Qua tìm hiểu chúng tôi nhận thấy rằng đa số các trường THPT hiện nay đã có phòng thực hành thí nghiệm vật lí. Nhưng thiết bị, dụng cụ, hóa chất phục vụ 5
công tác THTN môn vật lí còn thiếu thốn, một số đã bị hư hỏng không dùng được. Bên cạnh đó giáo viên chưa có nhiều kỹ năng để tổ chức thực hành thí nghiệm. Học sinh đa số các em còn e ngại, chưa chủ động tích cực tham gia trong việc làm thực hành thí nghiệm. 2.2. Thực trạng về năng lực thực hành thí nghiệm của học sinh, chất lượng dạy học ở các trường THPT hiện nay Hầu hết các trường đã có phòng thực hành thí nghiệm riêng cho bộ môn vật lí, tuy nhiên ở một số trường ở vùng miền núi còn chưa có phòng thực hành riêng. Mặt khác đa số các học sinh cảm thấy không hứng thú về các giờ học thực hành, thí nghiệm. Các em học sinh chưa có thái độ nghiêm túc trong THTN, năng lực thực hành còn hạn chế, không đồng đều giữa các học sinh, chính điều này là một trong những trở ngại cho giáo viên khi tiến hành dạy các bài thực hành. Vật lí là môn khoa học tự nhiên, việc tiếp thu kiến thức nhằm nâng cao chất lượng dạy học đòi hỏi phải có sự góp phần quan trọng của thí nghiệm thực hành. Tuy nhiên với thực trạng như trên thì việc tiếp thu kiến thức, nâng cao chất lượng dạy học môn vật lí gặp không ít khó khăn. II. QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG DẠY HỌC PHẦN ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG 1. Quy trình thiết kế và hệ thống các thí nghiệm đã thiết kế 1.1. Quy trình thiết kế thí nghiệm trong dạy học vật lí Trong dạy học vật lí ở trường phổ thông hiện nay, việc tự tạo thí nghiệm và việc dùng các thí nghiệm tự tạo vào tổ chức hoạt động dạy học cho học sinh là việc làm cần thiết, đáp ứng được yêu cầu về đổi mới PPDH. Chính vì thế, để việc sử dụng các thí nghiệm tự tạo vào tổ chức hoạt động học của học sinh đạt được hiệu quả thì việc làm các thí nghiệm tự tạo phải theo một quy trình nhất định và trong quá trình thực hiện chúng ta cần phải bổ sung, điều chỉnh sao cho phù hợp đúng với mục tiêu dạy học, nội dung kiến thức, tình hình cơ sở vật chất, thiết bị thí nghiệm và các hình thức tổ chức dạy học. Qua nghiên cứu, tìm hiểu một số tài liệu chúng tôi đã đề xuất quy trình thiết kế thí nghiệm tự tạo gồm các bước sau: Bước 1. Nghiên cứu nội dung bài học, xác định mục tiêu dạy học. Nhiệm vụ của việc dạy học vật lí ở trường phổ thông là nhằm giúp cho học sinh đạt được các kiến thức vật lí cơ bản sao cho phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh, những kiến thức đó là các khái niệm, các hiện tượng và ứng dụng của vật lí vào sản xuất và đời sống. Dựa trên cơ sở nghiên cứu mục tiêu dạy học và nội dung bài học yêu cầu, giáo viên cần xác định những nội dung kiến thức nào trong bài học có thể tự tạo thí nghiệm để hình thành kỹ năng thiết kế thí nghiệm cho học sinh, để đưa ra đề xuất và lựa chọn phương án thí nghiệm thích hợp, nâng cao chất lượng dạy học. Mục tiêu là cái cần đạt được sau mỗi bài học do giáo viên đặt ra theo yêu cầu để định hướng hoạt động dạy học. Mục tiêu dạy học là cái đích đặt ra cho học 6
sinh cần đạt được, đó là sản phẩm mà học sinh có được sau mỗi bài học. Mục tiêu dạy học đó sẽ chỉ đạo toàn bộ nội dung, phương pháp dạy học và mục tiêu dạy học đó gồm 3 yếu tố: Kiến thức, kỹ năng và thái độ. Vì vậy, trước khi sử dụng thí nghiệm tự tạo vào tổ chức hoạt động dạy học, giáo viên cần xác định mục tiêu cần đạt được sau khi thực hiện thí nghiệm hoặc qua bài học này giáo viên cần hình thành những phẩm chất, kỹ năng, kiến thức gì cho học sinh. Bước 2. Tìm hiểu thực trạng cơ sở vật chất và thiết bị thí nghiệm vật lí từ đó đề xuất, lựa chọn phương án thí nghiệm. Trong quá trình dạy học, cơ sở vật chất và thiết bị thí nghiệm vật lí có vai trò rất quan trọng, là một phương tiện giúp cho giáo viên tổ chức các hoạt động nhận thức, rèn luyên kỹ năng thiết kế thí nghiệm cho học sinh có hiệu quả nhằm đạt được mục tiêu nâng cao chất lượng dạy học. Chính vì vậy, trong dạy học vật lí các thiết bị thí nghiệm góp phần quan trọng trong việc phát huy năng lực học tập của học sinh. Ở các trường phổ thông hiện nay, các thiết bị thí nghiệm đều được cung cấp theo danh mục của Bộ, tuy nhiên qua thời gian sử dụng các thiết bị thí nghiệm bị xuống cấp cho kết quả không chính xác, thậm chí hư hỏng không sử dụng được ảnh hưởng đến hiệu quả dạy học vật lí ở trường phổ thông, ngoài ra có nhiều thí nghiệm không thể cấp mà phải huy động học sinh tự thiết kế ở nhà. Do đó việc thiết kế, chế tạo, cải tiến và sửa chữa các thiết bị thí nghiệm nhằm khắc phục tình trạng trên là việc làm thực sự có ý nghĩa và góp phần vào việc thực hiện đổi mới phương pháp dạy học, tăng cường tính trực quan trong dạy học và đặc biệt là rèn luyện được kỹ năng thiết kế thí nghiệm cho học sinh nhằm nâng cao chất lượng dạy học. Căn cứ vào mục tiêu bài học và tình hình thiết bị thí nghiệm mà giáo viên có thể đề xuất, lựa chọn phương án thí nghiệm. Việc đề xuất, lựa chọn phương án thí nghiệm có thể được thực hiện theo 3 cách sau: - Phương án thí nghiệm có sẵn, cải tiến một số thiết bị cho phù hợp với nội dung bài học. - Phương án thí nghiệm có sẵn, tự thiết kế, chế tạo và lắp ráp thí nghiệm. - Tự đề xuất phương án thí nghiệm và tự tạo thí nghiệm. Bước 3. Chuẩn bị các vật liệu và dụng cụ, mẫu vật cần thiết. Dựa trên phương án thí nghiệm đã đề xuất, giáo viên giao cho học sinh tiến hành tìm kiếm, chuẩn bị các vật liệu và dụng cụ cần thiết. Các vật liệu và dụng cụ cần thiết dùng trong thí nghiệm phải có sẵn trong thực tế cuộc sống, dễ tìm kiếm, dễ gia công, rẻ tiền, dễ thay thế và sửa chữa thì mới đảm bảo tính khả thi. Sau khi học sinh đã chuẩn bị các dụng cụ, vật liệu và thiết bị cần thiết cho thí nghiệm, giáo viên cần phải hướng dẫn học sinh tiến hành thiết kế các thí nghiệm theo phương án đã đặt ra. Đây là một việc đòi hỏi các học sinh phải thực sự nghiêm túc, có kỹ năng, có sự hiểu biết thực tiễn và kinh nghiệm trong cuộc sống. 7
Bước 4. Tiến hành thí nghiệm. Lắp ráp các dụng cụ thí nghiệm theo phương án đã đặt ra, tiến hành thí nghiệm để kiểm tra kết quả. Việc tiến hành thí nghiệm có thể xảy ra hai trường hợp sau: - Nếu thí nghiệm đạt theo phương án đề ra, cho kết quả như mong muốn thì chúng ta tiếp tục thực hiện bước tiếp theo là hoàn thiện thí nghiệm nhằm tăng cường tính trực quan, thẩm mĩ và đảm bảo an toàn cho thí nghiệm khi áp dụng. - Nếu thí nghiệm không đạt theo phương án đề ra, cho kết quả không như mong muốn hoặc các dụng cụ, thiết bị sau khi gia công, chế tạo và lắp ráp không thực hiện được thí ta phải kiểm tra lại các bước từ đầu đề xuất phương án, gia công, chế tạo và lắp ráp thí nghiệm để có kết quả như mong muốn. Trong quy trình tự tạo TN thì bước đề xuất phương án thí nghiệm là một bước quan trọng nhất, vì trong phương án đề xuất thì các vật liệu, dụng cụ và thiết bị trong thí nghiệm phải là những dụng cụ có sẵn trong tự nhiên, dễ tìm, dễ làm thì mới đảm bảo tính khả thi. Ngoài ra việc gia công và chế tạo dụng cụ, lắp ráp và tiến hành thí nghiệm cũng rất quan trọng, vì trong quá trình gia công và chế tạo đòi hỏi người giáo viên phải có kinh nghiệm và hiểu biết các kiến thức, phải biết hướng dẫn học sinh làm nhiều lần để có thể tìm ra các phương hợp lí, tối ưu nhất. Còn bước tiến hành thí nghiệm là để kiểm tra, phát hiện và điều chỉnh những sai sót, những dụng cụ chưa được tốt và đảm bảo khi tiến hành TN sẽ thành công. 1.2. Lựa chọn và thiết kế các thí nghiệm trong phần điện trường và từ trường - Vật lí 11 THPT Thí nghiệm 1: Sự nhiễm điện và tương tác điện. 1. Phương án thí nghiệm đã có: Sách giáo khoa đã có phương án thí nghiệm chứng minh sự nhiễm điện của các vật cũng như sự tương tác giữa các điện tích, tuy nhiên các dụng cụ thí nghiệm ở phòng thực hành nhà trường không có. Bộ thí nghiệm điện tích - điện trường gồm máy phát tĩnh điện Wimshurst được cấp và sử dụng từ năm 2008 đến nay, hiện đã hỏng không có thể khắc phục sửa chữa để dùng và giá của bộ thí nghiệm này trên thị trường là 1,8 triệu động do vậy cần phải có giải pháp để khắc phục. 2. Thí nghiệm tự tạo: Bước 1. Nghiên cứu nội dung bài học, xác định mục tiêu dạy học - Trình bày được các hiện tượng nhiễm điện. - Giải thích các hiện tượng nhiễm điện. - Nắm được nội dung định luật Cu-lông. 8
Qua nghiên cứu nội dung kiến thức bài học chúng tôi có thể đưa ra phương án thí nghiệm tự tạo từ các vật liệu thông thường xung quanh ta để dạy học: - Sự nhiễm điện và tương tác điện. Bước 2. Tìm hiểu CSVC và TBTN, đề xuất, lựa chọn phương án TN. Qua tìm hiểu CSVC và TBTN nhận thấy các dụng cụ thí nghiệm này chưa có sẵn. Đề xuất phương án thí nghiệm: Phương án 1: * Thí nghiệm về sự nhiễm điện do cọ xát: Dùng thước nhựa ( hoặc bút nhựa) cọ xát vào chiếc khăn bông hoặc dùng một quả bóng bay đã thổi căng cọ xát vào chiếc khăn bông. * Thí nghiệm về sự nhiễm điện do tiếp xúc: Tạo bình điện nghiệm: Sử dụng một ống nhựa hoặc ống thủy tinh có nắp vặn, khoan thủng nắp vặn. Dùng một thanh nhôm hoặc đồng luồn vào ống qua lỗ thủng, đầu thanh ở trong ống uốn thành cái móc, đầu thanh còn lại ở phía ngoài ống gắn một miếng kim loại. Cắt 2 lá nhôm mỏng nhẹ treo vào đầu móc trong ống. Sử dụng thước nhựa hoặc bút nhựa đã cọ xát ở thí nghiệm trên chạm vào miếng kim loại ở ngoài ống. *Thí nghiệm về sự nhiễm điện do hưởng ứng: Dùng một sợi dây mảnh treo lên, lấy đầu bút đã cọ xát trong thí nghiệm trên đưa lại gần sợi dây đang treo. Hoặc ta có thể đặt trên bàn một vỏ lon bia sau đó đưa thước nhựa đã cọ xát trên lại gần lon bia. Bước 3. Chuẩn bị các vật liệu và dụng cụ, mẫu vật cần thiết. - Khăn bông. - Thước nhựa hoặc bút nhựa. - Hai quả bóng bay đã bơm căng,một sợi chỉ. - Ống nhựa hoặc thủy tinh có nắp vặn, vỏ lon bia. - Thanh đồng hoặc thanh nhôm, 2 lá kim loại mỏng, 1 miếng kim loại. Bước 4. Tiến hành thí nghiệm. * Thí nghiệm về sự nhiễm điện do cọ xát: Dùng thước nhựa (bút) cọ xát vào chiếc khăn bông hoặc dùng một quả bóng bay đã thổi căng cọ xát vào chiếc khăn bông. 9
Kết quả thước nhựa và chiếc khăn bông đều nhiễm điện do cọ xát. Giải thích sự nhiễm điện do cọ xát: Trong trường hợp này hai vật trung hòa về điện cọ xát với nhau nguyên tử của một vật sẽ bị mất một số electron và tích điện dương. Vật còn lại sẽ nhận được electron của vật kia và sẽ tích điện âm. Theo định luật bảo toàn điện tích thì tổng điện tích của hai vật sau khi tiếp xúc bằng không. * Thí nghiệm về sự nhiễm điện do tiếp xúc: Sử dụng thước nhựa đã cọ xát ở thí nghiệm trên chạm vào miếng kim loại ở ngoài ống. Hình 1a: Thí nghiệm sự nhiễm điện do tiếp xúc Kết quả: Hai lá kim loại trong ống đẩy nhau do nhiễm điện cùng dấu. Đặt tiếp xúc thước nhựa đã nhiễm điện vào miếng kim loại, khi đó cả miếng kim loại, thanh nhôm và 2 lá kim loại mỏng cũng nhiễm điện cùng dấu với thước nhựa. Giải thích sự nhiễm điện do tiếp xúc: Khi ta cho thước nhựa đã nhiễm điện dương tiếp xúc với miếng kim loại thì vật nhiễm điện dương sẽ hút các êlectron tự do của miếng kim loại qua nó cho đến khi điện tích hai vật cân bằng. Do đó sau khi tiếp xúc với vật nhiễm điện dương thì miếng kim loại cũng nhiễm điện dương vì bị mất êlectron. Miếng kim loại nhiễm điện nên 2 lá nhôm mỏng cũng nhiễm điện cùng dấu, chúng đẩy nhau. *Thí nghiệm về sự nhiễm điện do hưởng ứng: Dùng một sợi dây mảnh treo lên, sau đó lấy thước nhựa ( bút nhựa) đã cọ xát trong thí nghiệm trên đưa lại gần sợi dây đang treo. 10
Hoặc ta có thể đặt trên bàn một vỏ lon bia sau đó đưa thước nựa đã cọ xát trên lại gần lon bia. Hình 1b: Sự nhiễm điện do hưởng ứng Kết quả: Sợi dây đang treo, vỏ lon bia bị hút về phía thước nhựa. Giải thích sự nhiễm điện do hưởng ứng: Đưa thước nhựa nhiễm điện dương lại gần vỏ lon bia trung hòa về điện. Đầu gần thước nhiễm điện âm do thước nhựa hút các electron tự do về phía mình, ở đó thừa electron khi đó đầu xa thước thiếu electron nên nhiễm điện dương. Kết quả là sợi dây hoặc vỏ lon bia bị thước nhựa (bút nhựa) hút. Phương án 2: Phương án thí nghiệm: Máy phát tĩnh điện Van de graaf như hình. Cụ thể: - Dùng vỏ lon bia gắn trên các giá đỡ cách điện cao. - Một dây đai cao su (băng chuyền), đi qua các con lăn thẳng đứng P1 và P2. Con lăn P2 nằm ở tâm của vỏ lon bia và con lăn P1 nằm dưới P2 theo phương thẳng đứng. Dây đai chạy bằng động cơ điện M. B1 và B2 là hai chổi kim loại gọi là lược thu. Ta sử dụng các sợi dây đồng trong dây điện làm lược thu. Bước 3: Chuẩn bị các vật liệu và dụng cụ, mẫu vật cần thiết Ống nhựa, ròng rọc . Băng chuyền bằng cao su, mô tơ. Quả cầu kim loại rỗng(vỏ lon bia). Dây dẫn điện . Giấy nhôm, băng keo. 11
Nguồn điện 3V - 12 V. Các vụn xốp . Chế tạo dụng cụ thí nghiệm Con lăn 1 được làm bằng băng dính, lớp ngoài cuốn một lớp giấy nhôm mỏng. Con lăn 2 làm từ nút chai nhựa, trục làm từ tăm xe đạp. Điện cực hình lược được làm từ dây đồng mài nhọn, điện cực 3 ở trên nối với vỏ lon bia. Hình 1c: Mô phỏng máy phát tĩnh điện Bước 4: Tiến hành thí nghiệm - Cấp nguồn 12 V cho mô tơ hoạt động, đặt máy phát lên tấm nhôm mỏng sao cho vỏ lon bia tiếp xúc với tấm nhôm. Hình 1d: Thí nghiệm máy phát tĩnh điện tích điện hút các mẫu xốp 12
Kết quả: Các vụn xốp dưới tấm nhôm bị hút về phía tấm nhôm, chứng tỏ vỏ lon bia đã phóng điện sang cho tấm nhôm. Giải thích: - Cực dương của nguồn điện được nối với lược B1. Do tác động của các điểm, một lượng điện tích được tích lũy ở các đầu nhọn của lược, làm điện trường tăng lên và không khí gần chúng bị ion hóa. Các điện tích dương trong không khí bị đẩy lùi và nằm lại trên dây đai do hiện tượng phóng điện hào quang. Các điện tích được dây đai mang lên trên khi nó di chuyển. Khi phần mang điện tích dương của dây đai di chuyển đến trước bàn chải B2, do quá trình tác động tương tự của các điểm và phóng điện corona xảy ra và vỏ lon bia thu được các điện tích dương. Các điện tích dương phân bố đều trên bề mặt vỏ lon. Do tác dụng của các điểm bởi các điện tích âm của khối khí phía trước lược B2 nên các điện tích dương của dây đai bị trung hòa. Phần không được tích điện của vành đai quay trở lại thu điện tích dương từ B1, do đó được thu bởi B2. Quá trình chuyển điện tích được lặp lại. Khi ngày càng có nhiều điện tích dương được truyền vào vỏ lon bia, thế năng dương của nó tiếp tục tăng cho đến khi trên bề mặt vỏ lon bia đạt cực đại. Nếu điện thế vượt quá mức này, đặc tính cách nhiệt của không khí bị phá vỡ và vỏ lon bia bị phóng điện. Thí nghiệm 2: Sự phóng điện và nạp điện của tụ điện. 1. Phương án thí nghiệm đã có: Sách giáo khoa chưa có phương án sử dụng thí nghiệm. 2. Thí nghiệm tự tạo: Bước 1. Nghiên cứu nội dung bài học, xác định mục tiêu dạy học. - Cấu tạo và vai trò của tụ điện. - Cách tích điện cho tụ điện. - Nắm được ý nghĩa của điện dung của tụ điện. - Đề xuất giả thiết điện tích của tụ điện tỉ lệ với điện dung . Qua nghiên cứu nội dung kiến thức của bài học chúng ta có thể xây dựng phương án thí nghiệm tự tạo để áp dụng dạy học: - Vai trò của tụ điện và cách tích điện cho tụ điện. Bước 2. Tìm hiểu thực trạng, cơ sở vật chất, TBTN, đề xuất lựa chọn phương án thí nghiệm. Phương án đề xuất tự tạo thí nghiệm vai trò của tụ điện. Phương án 1: - Nối tụ điện với đèn led và nguồn điện( ác quy 12V) tạo thành mạch kín. - Sử dụng hai công tắc để đóng và ngắt mạch . Đóng công tắc 1 ngắt dòng điện chạy qua đèn, bật công tắc 2 để tích điện 13
cho tụ điện. Sau khi tị đã tích điện, đóng công tắc 2 ngắt tụ điện ra khỏi nguồn điện bật công tắc 1 để nối liền mạch giữa tụ điện và đèn led. Bước 3. Chuẩn bị các vật liệu, dụng cụ, mẫu vật cần thiết. - Dây dẫn điện. - Hai công tắc. - Một tụ điện. - Một bóng đèn led. - Một ác quy 12V. Bước 4. Tiến hành thí nghiệm để thấy được sự tích điện và phóng điện của tụ điện. - Tích điện cho tụ điện. - Sau khi tụ điện đã tích đầy điện dùng công tắc 1 ngắt tụ ra khỏi nguồn. - Sử dụng công tắc 2 nối liền mạch tụ điện với bóng đèn. Khi đó bóng đèn sẽ sáng lên rồi yếu dần. Kết luận: - Thí nghiệm cho ta thấy được sự tích điện của tụ điện và tụ điện sẽ sử dụng lượng điện tích mà hai bản cực tích được để tạo ra dòng điện chạy qua đèn led, đèn sáng lên. Sau khi tụ điện đã phóng hết các điện tích tích được thì đèn sẽ tắt. Hình 2a: Thí nghiệm sự nạp điện, phóng điện của tụ điện Phương án 2: - Chuẩn bị các vật liệu, dụng cụ, mẫu vật cần thiết: Bảng nhựa 15cmx20cm. 14