TNU Journal of Science and Technology
229(01/S): 47 - 55
http://jst.tnu.edu.vn 47 Email: jst@tnu.edu.vn
DESIGN, MANUFACTURE, AND UTILIZE A CONCURRENT FORCES SURVEY
EXPERIMENT SET TO FOSTER PROBLEM-SOLVING AND CREATIVITY
SKILLS OF HIGH SCHOOL STUDENTS IN PHYSICS EDUCATION
Nghiem Hong Trung*
Phung Khac Khoan - Thach That High School - Thach That district - Ha Noi
ARTICLE INFO
ABSTRACT
Received:
20/11/2023
Students encounter significant challenges and misconceptions in
learning about concurrent forces; the extant laboratory apparatus fails to
adequately represent the principles of concurrent forces, posing
difficulties for educators in facilitating cognitive learning activities that
foster the development of students' problem-solving and creative
capacities. The author identifies a pressing need for the fabrication of a
novel experimental apparatus. Through empirical investigations into the
utilization of the current experimental apparatus in educational settings
across various institutions, a comprehensive analysis of its limitations
and deficiencies has been conducted. This analysis has culminated in
the development of an innovative apparatus that effectively overcomes
the aforementioned constraints. The outcomes achieved with this new
experimental setup demonstrate a markedly high level of precision,
significantly enhancing the development of students' problem-solving
and creative skills in the scientific domain.
Revised:
18/01/2024
Published:
18/01/2024
KEYWORDS
Physics experiment kit
Rules of concurrent forces
Experiments of concurrent forces
Problem solving capacity
Creativity
THIT K CH TO VÀ S DNG B THÍ NGHIM KHO SÁT
HP LỰC ĐỒNG QUY NHM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC
GII QUYT VẤN ĐỀ VÀ SÁNG TO CA HC SINH
TRONG DY HC VT LÝ TRƯỜNG PH THÔNG
Nghiêm Hng Trung
Trường THPT Phùng Khc Khoan - Thch Tht - huyn Thch Tht - Hà Ni
THÔNG TIN BÀI BÁO
TÓM TT
Ngày nhn bài:
20/11/2023
Hc sinh gặp khó khăn và nhm ln khi hc v hp lực đồng quy; vi
thiết b thí nghim hiện hành chưa phương án thể hiện được đầy đủ
quy tc hp lực đồng quy ngưi thy gặp khó khăn khi dùng nó đ
t chc hoạt động nhn thc dy hc nhm phát trin năng lực gii
quyết vn đề, năng lực sáng to ca hc sinh; tác gi nhn thy cn
phi chế to mt b thí nghim mi. T nhng kho sát vic s dng
b thí nghim hin hành trong dy hc mt s trường hc khác nhau,
tác gi đã nghiên cu nhng hn chế nhược điểm ca b thí nghim
hin hành. Đng thi, nghiên cu đã chế to ra thiết b mi gii quyết
đưc nhng hn chế nêu trên, kết qu thc hin vi b thí nghim mi
cho độ chính xác rt cao, phát triển được năng lực gii quyết vấn đ,
năng lực sáng to ca hc sinh.
gày hoàn thin:
18/01/2024
Ngày đăng:
18/01/2024
T KHÓA
B dng c thí nghim
Quy tc hp lực đồng quy
Thí nghim hp lực đồng quy
Năng lực gii quyết vấn đề
Sáng to
DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.9259
Email: Nghiemhongtrung80@gmail.com
TNU Journal of Science and Technology
229(01/S): 47 - 55
http://jst.tnu.edu.vn 48 Email: jst@tnu.edu.vn
1. M đầu
Thông s 32/2018 ca B Giáo dc Đào tạo đã chỉ định ớng trong chương trình
ph thông môn Vt nhn mnh: “Vn dng linh hoạt các phương pháp, thuật, hình thc t
chc dy hc nhm phát huy tính tích cc, ch động, sáng to và vn hiu biết, kinh nghim sng
ca hc sinh trong hc tập; tránh áp đặt mt chiu, ghi nh máy móc... Chú trng vn dng, khai
thác li thế ca công ngh thông tin - truyn thông và các thiết b thí nghim, thc hành trong t
chc hoạt động hc cho học sinh” [1].
Vt môn khoa hc thc nghim, cung cp các kiến thc vật bản trong t nhiên
đời sng, mặc đã s đổi mi v phương pháp dạy học theo hướng tích cc hóa hoạt động
ca học sinh nhưng nhiều trường vn còn s dụng phương pháp dy hc truyn thống, điu này
dẫn đến ng lực vn dng kiến thc ca môn hc vào gii quyết các tình hung gn vi cuc
sng còn hn chế [2]. Mt trong s nhng nguyên nhân chính dẫn đến tình trng trên là bi
thiếu các thiết b thí nghim thc hành hoc thiết b chưa đáp ứng được mục đích yêu cầu ca
người dy. Vic dy hc nhm phát trin trí tu trong la tui học sinh được Lép Vưgôtski
(1896-1934) gii quyết một cách độc đáo và có hiệu qu da trên lý lun v “vùng phát triển gần”
do ông đề xuất. Vưgôtski cho rằng: S phát trin nhn thc ngun gc hi, ch yếu thông
qua s dng ngôn ngữ, đặc bit trong bi cảnh tương tác với những người khác. Điều đó có nghĩa
hi tạo ra s cho s phát trin nhn thc. Ch tt nht cho s phát trin nhn thc
vùng phát trin gần. Vùng đó khoảng nm giữa trình độ phát trin hin tại được xác định bng
trình đ độc lp gii quyết vấn đề trình độ gn nht mà các em th đạt được vi s giúp đỡ
của người ln hay bn bè khi gii quyết vấn đề [3]. Để tạo được tình hung hc tập, đưa học sinh
vào vùng phát trin gần này đối vi b môn Vt lí thì thí nghiệm đóng vai trò quyết định. Vic s
dng thí nghim mt cách phù hp trong các hoạt động dy hc s giúp cho quá trình khám phá
tri thc, nh thành k năng của hc sinh tr nên hiu qu hơn [4]. Thí nghiệm còn mt hình
thc để hc sinh vn dng kiến thc vào thc tin, làm ch được kiến thc, tạo được nim tin cho
bn thân, kết qu thu được càng làm tăng lòng say mê, hng thú hc tp môn hc [5]. Bên cnh
đó việc rèn luyn và phát triển năng lực thc nghim ca hc sinh là mt yêu cu không th thiếu
trong quá trình dy hc vt lí trường trung hc ph thông. Nó cũng rất cn thiết trong vic hình
thành phát trin nhng phm chất, năng lực cho hc sinh trong bi cnh toàn cu a và cuc
cách mng mi [6].
Mt nghiên cứu điu tra các mc tiêu chiến lược được áp dng bi c giáo viên khoa
học trưng trung hc Jerusalem (2019) cho thy nim tin ca giáo viên v vic s dng t
nghim tích cc. Ali-Rweide đã ch ra nhng o cn ảnh ởng đến vic thc hin các t
nghim như hoàn cnh học đưng thiếu phòng thí nghim, học sinh đông đúc trong một lp
học, giáo trình chưa phù hp, s nguy him ca mt s thí nghim [7]. Tt c nhng rào cn
trên ảnh hưởng đến mc tiêu giáo viên c gắng đạt được trong khi tiến hành thí nghim
phương pháp cho mục đích đó.
Xut phát t thc tế hin nay, sách giáo khoa Vt 10 [8] s dng b thí nghim được t
trong thông 39/2021/TT-BGDĐT [9] để hình thành nhng kiến thc vt v hp lực đồng
quy, cân bng ca mt vt chu tác dng ca 3 lc không song song, thc tế chưa phát huy được
tính tích cc t ch, năng lực gii quyết vấn đề duy ng tạo cho hc sinh. B dng c thí
nghim hn chế chưa đạt được độ chính xác cao (đạt độ chính xác khong 90-95%), gây
nhm ln sang quy tc hp lc tác dng vào cùng một đim ca vt (vì không khảo sát được
trong trường hp 2 lc giá giao nhau tại điểm đồng quy, không th hiện được thao tác trượt
các véc lực v điểm đồng quy); thm chí mt sáng chế của ngưi Trung Quc cũng chưa thể
hiện đưc điu này [10]. Do đó chưa phát huy được tính t ch sáng to ca hc sinh đồng thi
làm hn chế ý tưởng sáng to của người Thy trong vic dy hc; ch dng li thí nghim minh
ha li kiến thức đã được nh thành ch không phi cho hc sinh tham gia vào vic kho sát
hình thành nên kiến thc mi, cn phi thay thế b dng c thí nghim để gii pháp phù hp
hơn với mc tiêu của chương trình phổ thông 2018.
TNU Journal of Science and Technology
229(01/S): 47 - 55
http://jst.tnu.edu.vn 49 Email: jst@tnu.edu.vn
2. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cu này, tác gi s dng kết hp các nhóm phương pháp nghiên cứu lun, quan sát
phạm, tng kết kinh nghim nghiên cu thc nghim. Nhn thy rng vấn đề ct lõi b thí
nghim hiện hành không đáp ứng được chính không th ch ra được điểm đồng quy (điểm
giá ca các lc giao nhau trên vt) lc kế lại được hoán ci gắn thêm nam châm để đo theo
phương nghiêng chính là nguyên nhân dẫn đến sai s ln do trc lc kế t vào ng trc lc kế khi
nghiêng. T đó tập trung thiết kế, chế to b thí nghim mi khc phc nhng hn chế ca b thí
nghiệm cũ, giải quyết được các vấn đề mà t trước đến nay chưa ai làm được, và trên cơ sở b thí
nghim mi này th xây dựng được các phương án t chc hot động nhn thức để t đó xây
dng logic hình thành kiến thc v quy tc hp lực đồng quy theo định ng phát triển năng lc
gii quyết vấn đề, phát huy tính tích cc t ch ca học sinh theo đúng định hướng v phương
pháp dy hc vật lý chương trình mới.
3. Kết qu nghiên cu
3.1. Thiết kế chế to thí nghim trong dy hc vt lý
Trong dy hc sáng to thì thí nghim công c để người Thy khai thác trong vic t chc
hoạt động nhn thc cho người hc, tuy nhiên khó tránh khi vic các thiết b sẵn có chưa đáp ng
đưc giải pháp, ý đồ phạm mà người Thy mong mun s dng. Bi thế những người Thy tâm
huyết, không bng ng vi những đang có, sẽ chế to thiết b thí nghim mi phc v cho mc
đích dạy hc của mình. Dưới đây quy trình thiết kế chế to b dng c thí nghim mi:
- Xác định mc tiêu ca thí nghim: Xác nhn mc tiêu thí nghim thông tin cn thu
thp, thông s quan trng cần đo lường, độ an toàn, độ chính xác mong mun.
- Nghiên cu lp kế hoch: Nghiên cu tình hình hin ti (Tìm hiu các thiết b sn
hin tại, phương pháp dạy học liên quan đến lĩnh vực mình nghiên cu); Lp kế hoạch (Xác định
các yếu t k thuật như giới hn ngun lực, kích thước, cm biến, và nguồn năng lượng. Xác định
các yếu t an toàn và đảm bo rng b dng c tuân th các tiêu chun an toàn).
- Thiết kế bản: V đồ tng quan v b trí ca b dng c v trí ca các thành phn
chính. Xác định các liên kết gia các thành phn. La chn các cm biến, máy móc, và các thành
phn khác da trên yêu cu k thut.
- Thiết kế chi tiết: Xác định kích thước c th và c thông s k thut ca tng thành phn.
Xác định vt liu quy trình sn xut); phng hình hóa (S dng phn mm thiết kế
để mô phng hoc mô hình hóa b dng c trước khi sn xut.)
- Sn xut lắp đặt: Chế to các thành phn b phn ca b dng c. Kim tra cht
ng và đảm bo tuân th các yêu cu k thut. Lp ráp các thành phn thành b dng c hoàn
chnh. Kim tra li tính hot động ca b dng c.
- Th nghiệm điều chnh: Th nghim b dng c với điu kin tham s bản. Ghi
li d liu và kiểm tra độ chính xác ca b dng cụ. Điều chnh thiết kế b dng c nếu cn thiết
da trên kết qu th nghim.
- Chp nhn s dng: Đánh giá kết qu th nghiệm đảm bo rng b dng c đáp ng
mục tiêu đã đặt ra. Viết báo cáo hoc xut bn kết qu ca thí nghim s dng b dng c mi.
3.2. Phát triển năng lực gii quyết vấn đề và sáng to ca hc sinh trong dy hc Vt lý
Năng lực được xem như là một tp hp gm kiến thc, k năng, thái độ và s thành tho trong
vic thc hin mt hoạt động có ý nghĩa [11].
Năng lực gii quyết vấn đề mt trong s nhng mc tiêu quan trng các nn giáo dc
tiên tiến trên thế gii hướng đến. Dy hc phát hin gii quyết vấn đềmt cách tích cực để
rèn luyện năng lực phát hin và gii quyết vấn đề cho hc sinh [12].
Tình hung có vấn đề theo như Ôkôn (2006), bản cht ca tình hung có vấn đề là nhng lúng
túng v thuyết thực hành để gii quyết vấn đề, xut hin nh tính tích cc nghiên cu
TNU Journal of Science and Technology
229(01/S): 47 - 55
http://jst.tnu.edu.vn 50 Email: jst@tnu.edu.vn
của người hc [13].
Trong dy hc tình hung vấn đề đưc chia làm 5 loi như sau: Tình huống nghch , tình
hung la chn, tình hung bác b, tình hung ti sao, tình hungu ra vn đ cn gii quyết [14].
Theo Trnh Thin các tác gi thì “Sự sáng to trong quá trình gii quyết vấn đề được
biu hin trong một bước nào đó, thể mt cách hiu mi v vấn đề, hoc một hướng gii
quyết mi cho vấn đề, hoc mt s ci tiến mi trong cách thc hin gii quyết vấn đề, hoc mt
cách nhìn nhận đánh giá mới hoc cách ci tiến mt thí nghim. Cái mi, cái sáng to mt s
ci tiến so vi cách gii quyết thông thường. Cái mi, sáng to đây là mi so với năng lực, trình
độ ca hc sinh, mi so vi nhn thc hin ti ca học sinh. Năng lực gii quyết vấn đề sáng
to ca học sinh được bc l, hình thành phát trin thông qua hoạt động gii quyết vn đề
trong hc tp hoc trong cuc sống” [15].
Phát triển năng lực gii quyết vấn đề và sáng to ca hc sinh trong dy hc Vt không ch
giúp cho h hiu sâu v các khái nim khoa hc còn chun b cho h mt lot các k ng
quan trng trong cuc sống. Dưới đây là một s cách phát trin những năng lc này:
- Khuyến khích duy tự nhiên bng cách thách thc hc sinh: Đặt ra các thách thc
vấn đề phc tạp để khuyến khích học sinh suy nghĩ và tìm hiểu nhưng không cần phi đưa ra mọi
câu tr li sẵn có. Điu này giúp phát triển tư duy tự nhiên và s sáng to.
- Tạo hội cho thí nghim quan sát nhng thí nghim thc tế: T chc thí nghim
thc tế giúp hc sinh tri nghim trc tiếp các hiện tượng Vt lý. Vic này không ch giúp người
hc hiu lý thuyết mà còn khuyến khích s tò mò và khám phá.
- D án nghiên cu và gii quyết vấn đề: Yêu cu hc sinh thc hin các d án nghiên cu
độc lập, trong đó người học đặt ra câu hi tìm kiếm u tr li thông qua quá trình thc
nghim và phân tích d liệu. Điều này khuyến khích người hc phát trin k năng tự qun
gii quyết vấn đề.
- duy phê phán phản bin: T chc các bui tho lun hoạt động đối thoi gia
học sinh đ khuyến khích h đưa ra ý kiến, phê phán phn bin ý kiến của người khác. Điều
này giúp h phát triển tư duy phê phán và khả năng đưa ra lập lun hp lý.
- Hc t tht bi: Khuyến khích tinh thn th nghim và sn ng chp nhn tht bi là mt
phn quan trng ca quá trình hc. Hc sinh cn hiu rng t tht bi, hth học đưc nhiu
kiến thc và k năng mới.
- Kích thích s tò mò: Tạo ra môi trường hc tp thú vkích thích smò bằng cách đặt
ra nhng vn đề thc tế và phc tp mà hc sinh mun gii quyết.
- Hp tác làm vic nhóm: Hc sinh th hợp tác trong nhóm để gii quyết các vấn đ
lớn. Điều này không ch giúp h phát trin k năng làm việc nhóm còn tn dng sc mnh
ca s đa dạng trong quan điểm và k năng.
- S dng công nghphng: S dng công ngh và phn mm mô phng để hc sinh
th th nghim phng các hiện tượng Vt không cn thiết b thc tế. Điều này
giúp h hiểu rõ hơn v các nguyên tc khoa học cơ bản.
- Phn hi xây dng: Cung cp phn hi xây dng liên tục để giúp hc sinh hiểu hơn về
các quá trình gii quyết vấn đề ca h và cách h có th ci thin.
Bng cách tích hp những phương pháp này, giáo viên thể giúp hc sinh phát triển năng
lc gii quyết vấn đề sáng to trong hc tp Vt lý, giúp h chun b cho thách thc ca mt
thế gii ngày càng phc tạp và đòi hỏi s ng to và linh hot.
3.3. S dng thí nghiệm theo hướng phát triển năng lực gii quyết vấn đềsáng to ca hc
sinh trong dy hc Vt lý
Dy hc Vt th tr nên hp dn và khám phá nếu được thiết kế để phát triển năng lực
gii quyết vấn đề ng to ca hc sinh. Dưới đây mt s cách thc giáo viên th s
dng thí nghiệm để h tr phát trin các k năng này:
- Thc hin thí nghim thc tế quan sát: Cho hc sinh thc hin các thí nghim thc tế
TNU Journal of Science and Technology
229(01/S): 47 - 55
http://jst.tnu.edu.vn 51 Email: jst@tnu.edu.vn
để hiểu rõ hơn về các định lut và khái nim Vt lý. Quan sát kết qu và rút ra nhng kết lun
th khuyến khích s tò mò và khám phá.
- Áp dng kiến thc vào vấn đề thc tế: Hc sinh có th áp dng kiến thc Vt lý ca h để
gii quyết các vấn đề thc tế, chng hạn như thiết kế mô hình, tối ưu hóa thiết b hoc gii quyết
vấn đề k thut.
- D án nghiên cu tho lun: Yêu cu hc sinh thc hin các d án nghiên cứu, nơi họ
phi t đặt ra vấn đ, thiết kế phương pháp thí nghiệm phân tích kết quả. Điều này khuyến
khích s sáng tạo và độc lp.
- Thc hin thí nghim nhóm: Hợp tác trong nhóm để gii quyết mt vấn đề lớn hơn, có thể
yêu cu kết hp nhiu khía cnh ca Vật . Điều này thúc đẩy k năng làm việc nhóm phát
triển năng lực gii quyết vấn đề.
- S dng công ngh phng: S dng phn mm mô phỏng để giúp hc sinh hiu
hơn về các hiện tượng Vt lý phc tp. Điều này cung cp cho h hội th nghim và tìm hiu
mà không cn thiết b thc tế.
- Thúc đẩy thái độ sáng to bng cách khuyến khích đề xut d án: Tạo hội cho hc
sinh đề xut các d án sáng to ca riêng h. Khích l hm kiếm giải pháp độc đáo đề xut
cách tiếp cn mới đối vi vấn đề.
- Phn hi xây dng t giáo viên bn hc: Cung cp phn hi xây dng v quá trình
kết qu ca hc sinh trong khi thc hin thí nghim. Giúp h nhn ra những điểm mạnh điểm
yếu, t đó phát triển hơn.
- Thiết kế các hoạt động thực hành đa dạng: Thiết kế các hoạt động thc hành thí
nghiệm đa dạng để khuyến khích hc sinh tìm hiu và khám phá t nhiều góc độ khác nhau
Bng cách tích hp những phương pháp này vào quá trình giảng dy, giáo viên th to ra
một môi trường hc tp kích thích, khuyến khích s ng to phát triển năng lực gii quyết
vấn đề ca hc sinh trong môn hc Vt lý.
3.4. Thiết kế chế to b thí nghim hp lực đồng quy
3.4.1. Thc trng vic t chc hoạt động nhn thức đơn vị kiến thc hp lực đồng quy các
trường THPT hin nay
Ti Vit Nam, nghiên cứu này đã điều tra 37 trường trung hc ph thông trên địa bàn thành
ph Ni các tnh lân cn v vic s dng b thí nghim trong ging dy kiến thc v quy
tc hp lực đồng quy, thu đưc bng kết qu Bng 1.
Bng 1. Vic s dng B thí nghim quy tc hp lực đng quy trong ging dy
Không
thc
hin thí
nghim
Giáo viên, Hc sinh làm TN minh ha
S dng b thí nghiệm phương án thực hin theo sách giáo khoa
Phương
án khác
Không đo độ
chính xác
Độ chính xác
i 95%
Độ chính xác
cao hơn 95%
S trưng kho sát
7
3
25
2
0
T l %
18,9%
8,1
67,56%
5,4%
0
T bng s liu trên nhn thy b thí nghim hiện hành cũng ảnh hưởng bi nhng yếu t rào
cản tương tự, các Thy, dy Vt nhn ra rng vic lc kế đo theo phương nghiêng cũng
nguyên nhân chính dẫn đến sai s, khi góc hp bi 2 lc tác dng vào cùng một điểm càng ln
thì sai s càng ln bi ma sát trc ca lc kế t vào ng s tăng lên (nếu dùng lc kế đo lực theo
đúng thiết kế của là phương thẳng đứng thì không ma sát này). Ngoài ra, lc kế được hoán
ci gắn nam châm để bám vào bng st thì chính tương tác giữa trc ca lc kế, xo vi nam
châm cũng là một yếu t dẫn đến sai s.
3.4.2. Thiết kế b t nghim mi
Để gii quyết, khc phục nhược điểm mà b thí nghiệm hiện hành đang mắc phi, vi yêu
cầu độ chính xác ca tnghim cần đạt mc >97% thì lc kế phải đưc s dụng để đo lc theo