Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ (Vật lí lớp 12) theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

LÊ ANH ĐỨC

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ

(VẬT LÍ LỚP 12) THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG

NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH

Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

Mã số: 9.14.01.11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HƯNG

2. TS. TRẦN NGỌC CHẤT

HÀ NỘI – 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

LÊ ANH ĐỨC

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ

(VẬT LÍ LỚP 12) THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG

NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH

Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

Mã số: 9.14.01.11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HƯNG

2. TS. TRẦN NGỌC CHẤT

HÀ NỘI – 2022

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi. Các

kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kì công trình khoa học nào.

Hà Nội, ngày... tháng... năm 2022

Tác giả luận án

Lê Anh Đức

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận án, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến

Thầy PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hưng, Thầy TS. Trần Ngọc Chất đã tận tâm chỉ dạy,

giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới: Phòng Sau đại học, Ban chủ nhiệm Khoa vật

lí, Quý Thầy Cô Tổ Lí luận và Phương pháp Dạy học Bộ môn vật lí - Khoa vật lí,

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập

và nghiên cứu.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới: Ban Giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Vật lí,

Tổ Vật lí Hạt nhân trường Đại học Sư phạm Tp.HCM đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho

tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu.

Tôi cũng gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, Quý Thầy Cô và các em học sinh

lớp 12 (niên khóa 2020-2021) trường Trung Học Thực hành Đại học Sư phạm

Tp.HCM và trường THPT Trần Văn Giàu Tp.HCM, đã hợp tác, giúp đỡ tôi trong suốt

thời gian thực nghiệm sư phạm.

Xin cảm ơn Thầy PGS.TS. Nguyễn Văn Biên đã luôn động viên, giúp đỡ tôi;

cảm ơn Th.S Nguyễn Lê Anh đã hỗ trợ tôi; cảm ơn những học trò Quốc B, Minh Duy,

Minh Triết... luôn đồng hành và hỗ trợ tôi vô điều kiện. Cảm ơn bạn Lê Hải Mỹ Ngân

luôn chia sẻ và động viên tinh thần cùng tiến với tôi. Cảm ơn các anh/ chị NCS đã

luôn chia sẻ, đóng góp ý kiến quý báu cho luận án của tôi.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình

đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Hà Nội, ngày... tháng... năm 2022

Tác giả luận án

Lê Anh Đức

iii

MỤC LỤC

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

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

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

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..........................................................................vii

DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... viii

DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... ix

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ .......................................................................................xii

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

1. Lí do chọn đề tài ...................................................................................................... 1

2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2

4. Giả thuyết khoa học ................................................................................................ 2

5. Các nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................ 3

6. Các phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 3

7. Những đóng góp của đề tài ..................................................................................... 4

8. Cấu trúc của luận án ................................................................................................ 5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................ 6

1.1. Các nghiên cứu về năng lực ............................................................................... 6

1.1.1. Định nghĩa năng lực ...................................................................................... 6

1.1.2. Qui trình xây dựng khung cấu trúc năng lực ................................................ 7

1.1.3. Dạy học bồi dưỡng, phát triển và đánh giá năng lực .................................... 8

1.2. Các nghiên cứu về năng lực thực nghiệm ........................................................ 9

1.2.1. Định nghĩa và cấu trúc năng lực thực nghiệm .............................................. 9

1.2.2. Một số nghiên cứu về xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy

học, một số nghiên cứu dạy học bồi dưỡng và đánh giá năng lực thực nghiệm ....... 12

1.3. Thiết bị thí nghiệm phóng xạ - các nghiên cứu xây dựng và sử dụng thiết

bị thí nghiệm phóng xạ trên Thế giới .................................................................... 16

1.3.1. Các thiết bị thí nghiệm phóng xạ từ các hãng sản xuất thiết bị thí nghiệm

lớn trên Thế giới ................................................................................................... 16

1.3.2. Các nghiên cứu việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ

trong dạy học ở một số nước trên Thế giới ........................................................... 18

1.4. Những vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu ................................................. 19

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG

VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHÓNG XẠ TRONG DẠY HỌC

CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG

LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH ............................................................ 20

2.1. Năng lực thực nghiệm ...................................................................................... 20

2.1.1. Định nghĩa năng lực thực nghiệm ............................................................... 20

2.1.2. Cấu trúc năng lực thực nghiệm ................................................................... 20

2.1.3. Các mức độ của các chỉ số hành vi năng lực thực nghiệm ......................... 24

2.2. Thực trạng dạy học một số kiến thức về phóng xạ ở các trường THPT

và các quan niệm về phóng xạ của HS, SV ở Việt Nam ................................... 25

2.2.1. Phương pháp dạy học và thực trạng thiết bị thí nghiệm để dạy học một

số kiến thức về phóng xạ ở các trường THPT Việt Nam ..................................... 25

2.2.2. Quan niệm sai về phóng xạ của HS, SV Việt Nam .................................... 27

2.3. Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập trong dạy học vật lí ..... 29

2.3.1. Vai trò và sự cần thiết của thí nghiệm ........................................................ 29

2.3.2. Chức năng và hiệu quả giáo dục của TBTN thực tập trong DH vật lí ....... 30

2.3.3. Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí ............................... 31

2.3.4. Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí ............................... 32

2.3.5. Quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí .................................. 33

2.3.6. Các kiểu hướng dẫn HS trong quá trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí

nghiệm thực tập ...................................................................................................... 34

2.4. Xây dựng và sử dụng TBTN thực tập trong tiến trình dạy học GQVĐ ..... 35

2.4.1. Tiến trình xây dựng kiến thức vật lí theo tiến trình GQVĐ ....................... 35

2.4.2. Tiến trình nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lí theo triến trình

GQVĐ ................................................................................................................... 38

2.5. Các biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí ......... 39

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ........................................................................................ 41

CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ ................................. 42

3.1. Phân tích mục tiêu dạy học các kiến thức về phóng xạ, vật lí lớp 12 .......... 42

3.2. Nội dung các kiến thức về phóng xạ và các thí nghiệm về phóng xạ cần

được tiến hành trong dạy học ở chương trình vật lí lớp 12 ................................ 43

3.2.1. Nội dung các kiến thức về phóng xạ .......................................................... 43

3.2.2. Đặc điểm của các kiến thức phóng xạ và các thí nghiệm về phóng xạ

cần được tiến hành ................................................................................................ 45

3.3. Xây dựng các thiết bị thí nghiệm về phóng xạ .............................................. 45

3.3.1. Sự cần thiết phải xây dựng các TBTN về phóng xạ ................................... 45

3.3.2. Nguồn phóng xạ và mức độ an toàn ........................................................... 46

3.3.3. Buồng sương sử dụng đá khô ..................................................................... 48

3.3.4. Buồng sương sử dụng chip Peltier .............................................................. 51

3.3.5. TBTN phát hiện tia phóng xạ alpha, beta nhờ tia lửa điện ......................... 54

3.3.6. Đầu dò sử dụng ống đếm khí Geiger- Müller ............................................. 58

3.3.7. Hệ đầu dò điều khiển tự động từ xa qua Wifi ............................................. 72

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ........................................................................................ 74

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG

NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH LỚP 12 ................................. 75

4.1. Mục tiêu bồi dưỡng năng lực thự nghiệm của HS qua các tiến trình dạy

học phóng xạ ............................................................................................................ 75

4.2. Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại

tia phóng xạ” ............................................................................................................ 78

4.2.1. Tiến trình xây dựng kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ” .... 78

4.2.2. Tiến trình dạy học cụ thể kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia

phóng xạ” .............................................................................................................. 82

4.3. Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức “Định luật phóng xạ” .................... 91

4.3.1. Tiến trình xây dựng kiến thức “Định luật phóng xạ” ................................. 91

4.3.2. Tiến trình dạy học cụ thể kiến thức “Định luật phóng xạ” ......................... 94

4.4. Soạn thảo tiến trình dạy học ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để

phát hiện khuyết tật trong vật liệu” ...................................................................... 98

4.4.1. Tiến trình nghiên cứu ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát

hiện khuyết tật trong vật liệu” .............................................................................. 99

4.4.2. Tiến trình dạy học cụ thể ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát

hiện khuyết tật trong vật liệu” ............................................................................ 102

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ...................................................................................... 105

CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ........................................................ 107

5.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ............................................. 107

5.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm. .............................................................. 107

5.1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ............................................................... 107

5.2. Tiến hành thực nghiệm sư phạm .................................................................. 107

5.2.1. Chọn đối tượng, địa bàn thực nghiệm sư phạm ........................................ 107

5.2.2. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm ............................................................... 109

5.2.3. Phương pháp thu thập và xử lí số liệu thực nghiệm ................................. 111

5.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ...................................................... 111

5.3.1. Phân tích định tính .................................................................................... 111

5.3.2. Đánh giá định lượng ................................................................................. 130

5.3.3. Đánh giá tính khả thi của các thiết bị thí nghiệm phóng xạ ..................... 135

KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 ...................................................................................... 136

KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT .................................................................. 137

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ ............... 139

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 140

PHỤ LỤC ............................................................................................................. 1.PL

vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Thứ tự Từ viết tắt Từ viết đầy đủ

Dạy học

GQVĐ

Giải quyết vấn đề

Giáo viên

Học sinh

Sinh viên

Năng lực

ThN

Thực nghiệm

NLThN

Năng lực thực nghiệm

CSHV

Chỉ số hành vi

Thí nghiệm

TBTN

Thiết bị thí nghiệm

Tp.HCM

Thành phố Hồ Chí Minh

ThNSP

Thực nghiệm sư phạm

THPT

Trung học phổ thông

ƯDKT

Ứng dụng kĩ thuật

Hạt nhân

Phóng xạ

Hoạt động

HĐ

Sách giáo khoa

SGK

Thiết bị kĩ thuật

TBKT

Nguyên tắc hoạt động

NTHĐ

Geiger- Müller

G-M

GDPT

Giáo dục phổ thông

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Cấu trúc năng lực thực nghiệm ................................................................. 21

Bảng 3.1. Các yêu cầu cần đạt về nội dung kiến thức phần Vật lí HN và phóng xạ 42

Bảng 3.2. Phân loại và đặc điểm của các loại tia PX ................................................ 44

Bảng 3.3. Các thiết bị cần thiết để chế tạo đầu dò sử dụng ống đếm G-M ............... 59

Bảng 4.1. Bồi dưỡng NLThN qua việc dạy học từng nội dung kiến thức phóng xạ 75

Bảng 5.1. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm ............................................................. 109

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Cấu trúc khung năng lực [9], [12] ........................................................... 8

Hình 1.2. Qui trình dạy học TN mở để bồi dưỡng NLThN [35] ........................... 14

Hình 1.3. Nguồn PX alpha-beta, gamma [43] có hoạt độ thấp. ........................... 17

Hình 1.4. Đá tự nhiên có PX alpha-beta (Uranium Ore), được bán trên các

trang thương mại điện tử eBay, Amazon .............................................. 17

Hình 2.1. Các thành tố của NLThN. ...................................................................... 20

Hình 2.2. Kết quả khảo sát HS về phương tiện và hình thức dạy học các kiến

thức PX ở trường THPT mà GV sử dụng. ............................................. 26

Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự suy giảm của số hạt nhân PX ................................. 43

Hình 3.2. Bộ nguồn PX gamma tại Phòng thí nghiệm Hạt nhân, trường Đại học

Sư phạm Tp.HCM ................................................................................. 47

Hình 3.3. Nguyên lý tạo thành vệt sương của các tia PX α, β trong buồng sương. .... 48

Hình 3.4. Hình vẽ buồng sương (a) và hình vẽ mặt cắt dọc thiết kế buồng sương

sử dụng đá khô (b) ................................................................................. 49

Hình 3.5. Buồng sương hoàn chỉnh và vệt của tia PX trong buồng sương. .......... 50

Hình 3.6. Sò nóng lạnh – chip Peltier .................................................................... 51

Hình 3.7. Sơ đồ/ (hình vẽ mặt cắt dọc) buồng sương sử dụng chip Peltier ........... 51

Hình 3.8. Một số bước gia công, chế tạo buồng sương sử dụng chip Peltier. ....... 52

Hình 3.9. Thí nghiệm với buồng sương sử dụng chip Peltier ............................... 53

Hình 3.10. Bố trí TN để kiểm nghiệm tính đâm xuyên của tia  ............................ 54

Hình 3.11. Hiệu ứng thác lũ điện tử. ....................................................................... 55

Hình 3.12. TBTN cao áp đánh lửa hoàn chỉnh ........................................................ 55

Hình 3.13. Sơ đồ kết nối các bộ phận của cao áp đánh lửa. .................................... 56

Hình 3.14. Thí nghiệm kiểm nghiệm tính đâm xuyên của hạt ............................. 57

Hình 3.15. Sơ đồ cấu tạo của ống đếm G-M. .......................................................... 58

Hình 3.16. Các bộ phận của đầu dò sử dụng ống đếm G-M ................................... 59

Hình 3.17. Sơ đồ kết nối của đầu dò sử dụng ống đếm G-M. ................................. 61

Hình 3.18. Mặt trước và mặt sau của đầu dò sử dụng ống đếm G-M. .................... 62

Hình 3.19. Bố trí TN kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của PX ................................... 63

Hình 3.20. Đồ thị số lượng xung mà ống đếm G-M ghi nhận được trong cùng

một khoảng thời gian dt có sự khác biệt ................................................ 63

Hình 3.21. Các tấm vật liệu (chì, nhôm, nhựa) mỏng. ............................................ 64

Hình 3.22. Sơ đồ bố trí và tiến hành TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của

tia β ........................................................................................................ 64

Hình 3.23. Bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia γ. ............ 66

Hình 3.24. Đồ thị sự suy giảm cường độ PX theo bề dày vật liệu che chắn (vật

liệu chì) .................................................................................................. 67

Hình 3.25. Đồ thị sự suy giảm cường độ PX theo bề dày vật liệu che chắn ........... 67

Hình 3.26. Đồ thị hoạt độ PX H suy giảm theo thời gian của nguồn Tc-99m ........ 69

Hình 3.27. Các thanh sắt có khuyết tật bên trong, các ống có tắc nghẽn bên trong. ... 71

Hình 3.28. Bố trí TN sử dụng tia γ phát hiện khuyết tật trong vật liệu. .................. 71

Hình 3.29. Hệ thống đầu dò điều khiển từ xa sử dụng ống đếm G-M .................... 73

Hình 4.1. Tấm phim ghi lại hình ảnh thanh đồng bị tia PX của Uranium chiếu

vào; từ trái sang phải là các nhà vật lí Henri Becquerel, Marie Curie,

Pierre Curie. ........................................................................................... 81

Hình 4.2. Thiết kế minh hoạ NTHĐ của TBKT phát hiện vị trí khuyết tật bên

trong vật liệu ........................................................................................ 100

Hình 4.3. Hình ảnh khuyết tật bên trong vật liệu đúc và hình ảnh bài báo có đề

cập đến các ống dầu bị tắc nghẽn phải tháo ra để tìm vị trí tắc nghẽn. ... 101

Hình 5.1. Các buồng sương được gia công và lắp ráp theo thiết kế không chính

xác nên không quan sát được vệt của tia PX ....................................... 113

Hình 5.2. HS gia công, lắp ráp theo thiết kế đã chỉnh sửa và chế tạo thành công

buồng sương. ....................................................................................... 114

Hình 5.3. HS tiến hành TN, chiếu đèn và quan sát vệt của tia PX trong

buồng sương. ...................................................................................... 115

Hình 5.4. HS tìm hiểu và dùng thước kẹp để đo bề dày vật liệu. ........................ 118

Hình 5.5. HS đặt đầu dò và nguồn PX trên giấy có ô ly để xác định và cố định

khoảng cách giữa nguồn PX và đầu dò. .............................................. 119

Hình 5.6. Các thao tác thay đổi bề dày vật liệu che chắn tia PX γ bằng cách

thêm các tấm vật liệu vào. ................................................................... 119

Hình 5.7. HS vẽ đồ thị sự suy giảm số đếm theo bề dày vật liệu trên giấy. ........ 121

Hình 5.8. HS làm theo hướng dẫn của GV để vẽ đồ thị và khớp hàm để tìm ra

định luật PX. ........................................................................................ 125

Hình 5.9. HS dùng các quyển sách/ một thanh sắt khác để làm vật kê, sao cho

tia PX γ truyền qua ống nhựa/ thanh sắt rồi mới tới đầu dò. ............... 128

Hình 5.10. HS phân vùng và đánh dấu vị trí có khuyết tật trên thanh sắt, hoặc vị

trí tắc nghẽn trong ống. ........................................................................ 129

xii

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 2.1. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức vật lí mới theo con

đường lí thuyết ....................................................................................... 37

Sơ đồ 2.2. Tiến trình xây dựng kiến thức vật lí mới theo kiểu tìm hiểu lịch sử

hình thành kiến thức vật lí ..................................................................... 38

Sơ đồ 2.3. Tiến trình DH ƯDKT của vật lí theo con đường 1 ............................... 39

MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài

Giáo dục phổ thông (GDPT) ở Việt Nam đang diễn ra sự thay đổi. Thay vì chủ

yếu theo tiếp cận nội dung, Chương trình GDPT được thực hiện từ năm 2018 có mục

tiêu là hình thành, phát triển những phẩm chất và các năng lực cần thiết để học sinh

(HS) trở thành người lao động thích nghi được với hoàn cảnh sống, học tập và làm việc

luôn biến đổi [1]. Trong bộ môn vật lí nói riêng và các môn khoa học khác nói chung,

khi tổ chức các hoạt động (HĐ) dạy học (DH), người giáo viên (GV) phải chú trọng

việc bồi dưỡng cho HS các năng lực (NL) đặc thù của bộ môn, đặc biệt là năng lực

thực nghiệm (NLThN). HS có NLThN thì sẽ có khả năng để thực hiện thành công

nhiệm vụ thực nghiệm (ThN) trong quá trình học tập hay lao động sau này. Để có thể

bồi dưỡng NLThN của HS, đồng thời nâng cao hiệu quả DH kiến thức thì một trong

những biện pháp hữu hiệu là sử dụng các thí nghiệm (TN) và lựa chọn các phương

pháp DH thích hợp trong quá trình tổ chức các HĐ nhận thức. Bên cạnh đó, để hình

thành và phát triển tất cả các thành tố của NLThN, không chỉ tổ chức cho HS tiến hành

các TN với các TBTN có sẵn, mà cần tổ chức, hướng dẫn cho HS nghiên cứu thiết kế,

chế tạo và sử dụng các TBTN khi xây dựng và vận dụng kiến thức.

Trong chương trình vật lí THPT ở nước ta, các kiến thức về cơ học, điện từ

học, nhiệt học và quang học… đã được kiểm nghiệm và minh họa bằng TN rất trực

quan. Danh mục các TN tối thiểu trong chương trình vật lí lớp 12 có các bộ thiết bị

thí nghiệm (TBTN) dao động cơ học; đo vận tốc truyền âm, sóng cơ, giao thoa sóng,

sóng dừng; bộ TBTN mạch điện xoay chiều, máy biến áp, máy phát điên ba pha; bộ

TBTN quang phổ, giao thoa ánh sáng; bộ TBTN về hiện tượng quang điện ngoài

[2]… Tuy nhiên không có TN nào được sử dụng trong dạy học các kiến thức liên

quan đến phóng xạ HN. Phương pháp DH phần này chủ yếu là thông báo – tiếp nhận

[3]. GV thông báo, giảng dạy các nội dung kiến thức, HS tiếp nhận và sau đó vận

dụng các kiến thức này vào việc giải bài tập.

Theo chúng tôi, HS cần phải có các TN để học khoa học, vì trong dạy học, các kiến

thức khoa học phải được xây dựng qua khảo sát, kiểm nghiệm hay minh hoạ một cách trực

quan nhất. TN có vai trò rất quan trọng trong giáo dục và nghiên cứu vật lí cho nên vật lí

được nhắc đến như là một môn khoa học thực nghiệm. TN có rất nhiều chức năng, có thể

sử dụng trong tất cả các giai đoạn của quá trình DH. Bên cạnh đó, TN có thể là công cụ để

vận dụng các kiến thức, lý thuyết đã học vào thực tiễn cuộc sống.

Cuối cùng, quá trình thiết kế, chế tạo và sử dụng các TBTN phóng xạ (PX) có

thể tạo ra nhiều cơ hội để NLThN của HS được bộc lộ và được bồi dưỡng.

Xuất phát từ những điều trình bày ở trên, tôi đã chọn đề tài “Xây dựng và sử

dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến thức về phóng xạ (vật lí lớp 12)

theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh”.

2. Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu xây dựng (thiết kế, chế tạo hoặc cải tiến) các TBTN phóng xạ và

tổ chức dạy học một số kiến thức về phóng xạ (Vật lí lớp 12) với những TBTN đã

chế tạo để bồi dưỡng NLThN của HS.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

❖ Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

- NLThN của HS.

- Tiến trình DH GQVĐ nói chung và tiến trình hướng dẫn HS xây dựng và

sử dụng TBTN vật lí trong tiến trình DH GQVĐ nói riêng.

❖ Phạm vi nghiên cứu:

- Nội dung các kiến thức vật lí về PX trong chương trình vật lí lớp 12 hiện

hành và trong chương trình vật lí lớp 12 năm 2018.

- Tiến trình DH GQVĐ một số kiến thức về PX và tiến trình hướng dẫn HS

xây dựng và sử dụng các TBTN trong học tập những kiến thức này.

- Cấu trúc của NLThN trong học tập những kiến thức PX.

4. Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng được các TBTN phóng xạ đáp ứng các yêu cầu của TBTN thực

tập và sử dụng chúng trong tiến trình dạy học GQVĐ một số kiến thức về phóng xạ

(Vật lí 12) thì có thể bồi dưỡng được năng lực thực nghiệm của HS.

5. Các nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục đích nghiên cứu đã đề ra, đề tài có các nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu lí luận về DH vật lí bồi dưỡng NL nói chung và NLThN nói

riêng, lí luận về việc xây dựng và sử dụng TBTN trong tiến trình DH GQVĐ để từ

đó xác định được các yêu cầu về việc xây dựng và sử dụng TBTN trong DH các kiến

thức về PX nhằm bồi dưỡng NLThN của HS.

- Nghiên cứu chương trình, SGK vật lí 12 hiện hành và chương trình vật lí

lớp 12 năm 2018 về PX của hạt nhân nguyên tử để xác định các nội dung kiến thức

về PX và các thí nghiệm cần tiến hành trong DH các nội dung này.

- Tìm hiểu thực tế việc DH các kiến thức về PX ở lớp 12 gồm: phương pháp

dạy của GV, phương pháp học của HS, thực tế TBTN và phương pháp sử dụng TBTN

trong dạy học các kiến thức về PX, các khó khăn trong dạy học về PX và những sai

lầm phổ biến thường mắc phải của HS. Đây là một trong những cơ sở để xác định các

TBTN sẽ xây dựng và các TN cần phải tiến hành với các TBTN này.

- Soạn thảo tiến trình DH một số nội dung kiến thức theo tiến trình DH

GQVĐ, trong đó có tiến trình hướng dẫn HS xây dựng các TBTN để tiến hành các

TN về PX.

- Thực nghiệm sư phạm (ThNSP) tiến trình DH các kiến thức đã soạn thảo

để sơ bộ đánh giá tính khả thi và hiệu quả bồi dưỡng NLThN của tiến trình DH một

số kiến thức về PX nói chung và tiến trình hướng dẫn HS xây dựng, sử dụng TBTN

nói riêng. Từ đó chỉnh sửa, bổ sung cho hoàn thiện hơn các tiến trình này.

6. Các phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành các nhiệm vụ trên, những phương pháp nghiên cứu sau đã được

sử dụng:

- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: nghiên cứu các tài liệu in (sách, báo, tạp

chí, luận án, luận văn cao học, chương trình vật lí lớp 12, SGK, SGV, sách báo đề cập

đến các TBTN về PX của hạt nhân nguyên tử...) và các thông tin trên internet.

- Phương pháp khảo sát thực tế: DH về PX ở các trường THPT ở Việt Nam.

- Phương pháp nghiên cứu trong phòng TN: thử nghiệm việc chế tạo các

TBTN và tiến hành các TN về PX với các TBTN này.

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm ở trường THPT để đánh giá tính khả thi

và hiệu quả của các tiến trình DH nói chung và tiến trình hướng dẫn HS xây dựng và

sử dụng TBTN về PX nói riêng đối với việc bồi dưỡng NLThN của HS.

- Phương pháp thống kê toán học để xử lí các kết quả ThNSP thu được.

7. Những đóng góp của đề tài

- Đã đề xuất cấu trúc của NLThN trong trường hợp phải thiết kế, chế tạo

TBTN để thực hiện TN.

- Đã xây dựng (thiết kế, chế tạo) được 5 TBTN: Buồng sương sử dụng đá khô,

buồng sương sử dụng sò nóng lạnh (chip Peltier), thiết bị phát hiện tia PX alpha-beta

bằng tia lửa điện, đầu dò sử dụng ống đếm G-M, và hệ đầu dò điều khiển từ xa qua wifi.

Các TBTN này dùng để tiến hành các TN: TN kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của sự PX,

TN kiểm nghiệm 3 đặc điểm của tia , TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia ,

TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia , TN kiểm nghiệm nội dung định luật PX

và TN minh hoạ nguyên tắc hoạt động của thiết bị kĩ thuật sử dụng tia γ để phát hiện vị

trí khuyết tật trong vật liệu/ vị trí tắc nghẽn trong đường ống.

- Soạn thảo 3 tiến trình DH các kiến thức về PX (Vật lí 12) theo tiến trình DH

GQVĐ, trong đó có tiến trình hướng dẫn HS xây dựng và sử dụng các TBTN PX

nhằm bồi dưỡng NLThN của HS.

- Vận dụng cấu trúc chung của NLThN đã đề xuất để xác định mục tiêu bồi

dưỡng các hành vi của NLThN của HS khi nghiên cứu từng nội dung kiến thức về

PX và xây dựng rubric đánh giá NLThN tương ứng.

Từng tiến trình DH, trong đó có tiến trình hướng dẫn HS xây dựng và sử dụng

TBTN đã được ThNSP, bước đầu khẳng định được tính khả thi và hiệu quả đối với

việc bồi dưỡng NLThN của HS.

8. Cấu trúc của luận án

Luận án gồm 5 chương:

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí

nghiệm phóng xạ trong dạy học các kiến thức về phóng xạ theo hướng bồi dưỡng

năng lực thực nghiệm của học sinh

Chương 3: Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học các kiến

thức về phóng xạ

Chương 4: Thiết kế tiến trình dạy học GQVĐ một số kiến thức về phóng xạ

theo hướng bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của học sinh

Chương 5: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Các nghiên cứu về năng lực

1.1.1. Định nghĩa năng lực

Hầu hết các định nghĩa về năng lực (NL) đều xem NL là sự kết hợp của kiến

thức, kĩ năng cơ bản với thái độ (tình cảm, giá trị, động cơ cá nhân...) [4].

+ Theo Bloom và cộng sự: “Kiến thức được định nghĩa là một cái gì đó đã

được biết và lưu trữ trong tâm trí, còn NL bao gồm việc ứng dụng những kiến thức

như vậy” [5].

+ Weinert [6] định nghĩa “NL là những khả năng và kỹ xảo học được hoặc sẵn

có của cá thể nhằm giải quyết các tình huống xác định, cũng như sự sẵn sàng về động

cơ và khả năng vận dụng các cách giải quyết vấn đề một cách hiệu quả, trách nhiệm

trong những tình huống linh hoạt”.

+ Theo từ điển Tiếng Việt của Hoàng Phê [7]: “NL là khả năng, theo điều kiện

chủ quan hoặc tự nhiên sẵn có để thực hiện một hoạt động nào đó, là phẩm chất tâm

lí tạo cho con người khả năng hoàn thành một hoạt động nào đó với chất lượng cao”.

+ NL là kết quả của việc “huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các

thuộc tính cá nhân khác” nhưng không phải chính “sự huy động” ấy [4].

Các định nghĩa NL ở trên chưa đề cập đến bối cảnh cụ thể, mức độ của các

hành vi NL và sự phát triển của NL của học sinh khi được đặt vào trong một hoàn

cảnh cụ thể.

Định nghĩa NL của Rychen và Salganik, Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế

OECD (Organization for Economic Cooperation and Development): “NL liên quan đến

khả năng đáp ứng nhu cầu phức tạp, bằng cách huy động nguồn lực tâm lý xã hội (bao

gồm cả kỹ năng và thái độ) trong một bối cảnh cụ thể” [8]. Cũng đề cập đến khả năng

thực hiện một nhiệm vụ trong một bối cảnh cụ thể, Griffin đưa ra định nghĩa sau: “Năng

lực là một đặc điểm tiềm ẩn xác định khả năng của một người để thực hiện các nhiệm vụ

và thể hiện các kỹ năng. Năng lực là một thuộc tính cá nhân tiềm ẩn mà chỉ có thể được

suy luận từ việc quan sát về số lượng và mức độ mà một người thể hiện một tập hợp các

kỹ năng liên quan đến thuộc tính cá nhân của họ trong một loạt các bối cảnh” [9]. Hai

định nghĩa này chỉ ra mối liên quan với nhu cầu và được thể hiện bằng hành động (có lý

do và mục tiêu) bởi các cá nhân trong một tình huống cụ thể. NL của một người phải

được thể hiện ra bằng các hành vi mà người ta có thể quan sát được, qua đó xác định

được số lượng và mức độ của các kỹ năng liên quan đến khả năng thực hiện các nhiệm

vụ của người đó [10]. Nói đến NL là nói đến khả năng thực hiện, là phải biết làm, chứ

không phải chỉ biết và hiểu [11].

Chương trình GDPT năm 2018 đưa ra định nghĩa: Năng lực 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, kĩ 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]. NL có sự gắn bó

với bối cảnh cụ thể, và có sự biểu hiện khác nhau trong những bối cảnh khác nhau.

Năng lực có thể được tăng lên thông qua học tập hoặc đào tạo trong các bối cảnh liên

quan [1]. Trong luận án này, chúng tôi sử dụng khái niệm năng lực mà Bộ Giáo dục

và Đào tạo đã đề xuất ở trên.

1.1.2. Qui trình xây dựng khung cấu trúc năng lực

Theo tác giả Nguyễn Văn Biên [12], Đỗ Hương Trà [11], việc xác định cấu trúc NL

sẽ bao gồm:

- Thứ nhất: Định nghĩa (mô tả nội hàm) NL.

- Thứ hai: Xác định các lĩnh vực, hợp phần và thành tố cấu thành nên NL đó.

- Thứ ba: Xác định các hành vi của mỗi thành tố. Các chỉ số hành vi (CSHV)

cần được diễn đạt sao cho có thể quan sát được, làm bằng chứng của việc đạt được

các thành tố NL.

- Thứ tư: Xác định mức độ chất lượng của các hành vi, mô tả mức độ chất

lượng thành công của các hành vi mà HS thể hiện.

Hình 1.1. Cấu trúc khung năng lực [9], [12]

1.1.3. Dạy học bồi dưỡng, phát triển và đánh giá năng lực

Theo tác giả Đỗ Hương Trà và cộng sự [11], dạy học vật lí ngoài việc dạy kiến

thức còn phải coi trọng việc rèn luyện cho HS NL vận dụng tri thức vật lí vào việc

tìm hiểu và giải quyết vấn đề của thực tiễn cuộc sống. GV cần lựa chọn các phương

pháp phù hợp, có ưu thế trong việc phát triển từng thành tố NL cụ thể, tạo điều kiện

để chú trọng tập trung đánh giá các NL thành tố. Các hoạt động diễn ra trong bài học

cần đa dạng, tạo nhiều cơ hội cho HS thể hiện ra được các hành vi đã được xác định

trong yêu cầu cần đạt về NL.

“Cái cốt lõi của sự thành công trong việc phát triển NL là GV phải có dụng ý

lựa chọn chủ đề học tập, rồi tổ chức tình huống đưa người học vào HĐ học, hay

GQVĐ” [13]. Tác giả Nguyễn Thị Thuần [14] đề xuất các biện pháp bồi dưỡng NL

khoa học như sau: Bồi dưỡng NL khoa học dựa trên HĐ tìm tòi khám phá, học tích

hợp, chỉ dạy học những vấn đề cốt lõi, mở cửa trường phổ thông ra thế giới thực -

bên ngoài nhà trường, thực hiện đánh giá NL cần phải thúc đẩy quá trình học...

Tác giả Nguyễn Thị Diệu Linh [15] đưa ra bốn nguyên tắc bồi dưỡng NL thiết

kế công cụ đánh giá NL cho sinh viên sư phạm. Trong đó chúng tôi thấy hai nguyên

tắc có thể được sử dụng để phát triển nhiều loại NL khác, kể cả NLThN đó là “Sử

dụng chiến lược mờ dần” và “Phản hồi dựa theo vùng phát triển gần”.

Theo chương trình Đánh giá HS quốc tế PISA (Programme for International

Student Assessment), đánh giá NL là đánh giá kiến thức, kĩ năng và thái độ của người

học trong một bối cảnh có ý nghĩa [16]. Để đánh giá NL của một người, cần phải có

đủ bằng chứng liên quan đến NL cần đánh giá. Bằng chứng là những gì có thể quan

sát trực tiếp khi làm, nói, viết hoặc tạo ra. Những gì mọi người nghĩ, cảm nhận, biết

hoặc hiểu là những suy luận [11], [15]. Đánh giá NL bao hàm việc đo lường khả năng

của HS, dựa trên việc miêu tả các sản phẩm đầu ra cụ thể, rõ ràng tới mức GV, HS

và các bên liên quan đều có thể hình dung tương đối khách quan và chính xác về

thành quả của HS sau quá trình học tập [17].

Cũng theo tác giả Nguyễn Diệu Linh [15], các nhiệm vụ dành cho người học

cần được gắn với các bối cảnh trong thực tiễn; trong quá trình thực hiện nhiệm vụ

phải thu thập các thông tin, quan sát tâm lí của HS khi nhận thức và thực hiện nhiệm

vụ, chứ không phải chỉ dựa vào sản phẩm hay kết quả cuối cùng. Mặc dù NL của một

người khi ở trong các bối cảnh tương tự là như nhau nhưng sự thể hiện của NL của

người đó có thể thay đổi khi gặp bối cảnh khác. Một cá nhân có năng lực có thể đáp

ứng các yêu cầu của một bối cảnh này nhưng không thể thể hiện cùng một mức độ

NL trong bối cảnh khác. Điều này dẫn đến yêu cầu cần phải quan sát các cá nhân

trong một loạt các bối cảnh [15]. Chúng tôi đồng ý với quan điểm của các tác giả trên

dù việc đánh giá NL qua một số bài thi, hay bài kiểm đánh giá NL, những vấn đề -

bối cảnh đưa ra có thể sẽ không gắn với thực tiễn hoặc không làm cho tất cả thí sinh

hứng thú thực hiện.

Tác giả Nguyễn Thị Thuần [14] đã tổng hợp được một số nguyên tắc đánh giá

NL: phải đảm bảo tính giá trị; độ tin cậy; tính linh hoạt; tính công bằng; tính hệ thống;

tính toàn diện; phát triển HS và đánh giá trong bối cảnh thực tiễn. Hoạt động đánh

giá hướng tới đánh giá vì sự tiến bộ của người học [11]. Dù rất khó để có thể thực

hiện các mục tiêu kép, nhưng thiết kế nhiệm vụ và đánh giá NL nên được thực hiện

trong một bối cảnh thực tiễn, để HS có thể tự nhiên bộc lộ những hành vi của NL;

thông qua đánh giá, HS cũng có cơ hội tập dượt và NL sẽ được phát triển thêm.

1.2. Các nghiên cứu về năng lực thực nghiệm

1.2.1. Định nghĩa và cấu trúc năng lực thực nghiệm

Theo từ điển tiếng việt Hoàng Phê: “Thực nghiệm là tạo ra những biến đổi nào

đó ở sự vật để quan sát nhằm nghiên cứu những hiện tượng nhất định, kiểm tra những

ý kiến hoặc gợi ra những ý kiến mới”, định nghĩa này khá giống với định nghĩa “thí

nghiệm”: “Thí nghiệm là gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều

kiện xác định để tìm hiểu, nghiên cứu, kiểm tra hay chứng minh hoặc làm thử để rút

kinh nghiệm” [7]. Trong luận án, chúng tôi cho rằng thực nghiệm là thực hiện thí

nghiệm, năng lực thực nghiệm là năng lực thực hiện thí nghiệm.

Qua việc tìm hiểu NLThN bằng các từ khóa “experimental competence”,

“practical skill”, “practical work”, “experimental skill”… chúng tôi thấy có ít tài

liệu định nghĩa cụ thể, tường minh về NLThN, thay vào đó, thường liệt kê các thành

tố của NLThN. Tác giả Eickhorst và cộng sự đã định nghĩa thuật ngữ “năng lực thực

nghiệm” - “experimental competence”: Khả năng tiềm ẩn của một trong các hành vi:

lập kế hoạch hoặc thực hiện các TN nhằm làm rõ một câu hỏi vật lí, và đánh giá có ý

nghĩa về kết quả, dữ liệu đã đạt được [18]. Theo nhóm tác giả Metzger [19]: NLThN

được cấu trúc bởi các NL thành phần đề cập đến nhiều loại vấn đề khác nhau như

quan sát, đo lường, tìm hiểu, nghiên cứu..., đánh giá các biện pháp hoặc giải quyết

vấn đề. Sự khác biệt giữa các NL phụ khá phổ biến trong các mô hình NLThN khác

nhau, cụ thể là: xác định và thiết lập giả thuyết/ mục đích TN; lập kế hoạch và thực

hiện các TN, phân tích kết quả TN [20]. Tài liệu của OCR (Oxford Cambridge and

RSA) [21] đề cập đến kĩ năng thực hành - “practical skill” bao gồm các kĩ năng sau:

lập kế hoạch cho TN, tiến hành, phân tích kết quả và kết luận. Những thành tố, kĩ

năng thực hành chủ yếu được thực hiện trong bài kiểm tra lấy chứng chỉ thay vì đánh

giá HS trong những bối cảnh thực tế. Nhóm tác giả Schreiber, Theyßen và Schecker

[22], [23] không đưa ra một định nghĩa cụ thể về NLThN nhưng họ cho rằng NLThN

bao gồm các NL thành phần sau: Lập kế hoạch nghiên cứu (xác định vấn đề cần

nghiên cứu và đưa ra các dự đoán, giả thuyết), NL tiến hành TN (NL thiết kế các

phương án TN và NL tiến hành phương án TN đã thiết kế), NL đánh giá (NL xử lí,

phân tích và trình bày kết quả). Theo quan điểm của các nhà nghiên cứu này: Khi một

TN vật lí mới được thực hiện, giai đoạn thiết kế TN với các bước tiến hành TN không

tạo thành một chuỗi tuyến tính - trước sau, mà phải là các quá trình xử lí xoắn với các

sửa đổi, cải tiến lẫn nhau.

Đã có một số nghiên cứu về NLThN, đưa ra định nghĩa và cấu trúc của NLThN

ở Việt Nam:

+ Luận án của tác giả Trương Xuân Cảnh cho rằng: “Năng lực thực nghiệm của

học sinh phổ thông là sự làm chủ những hệ thống kiến thức, kĩ năng, thái độ và vận hành

chúng một cách hợp lí để thực hiện thành công nhiệm vụ thực nghiệm trong quá trình

học tập ở trường phổ thông” [24].

+ Tác giả Xayparseut Vylaychit [25] định nghĩa: Năng lực thực nghiệm là khả

năng huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo với các thuộc tính tâm lí như

hứng thú, niềm tin, ý chí để thực hiện thành công các nhiệm vụ thực nghiệm, NLThN

bao gồm xác định mục đích thí nghiệm, thiết kế phương án thí nghiệm (bao gồm lựa

chọn công cụ thí nghiệm, dự kiến cách tiến hành và thu thập số liệu trong quá trình

thực nghiệm), tiến hành được thí nghiệm (lắp ráp, bố trí tiến hành thí nghiệm, thu

thập kết quả thí nghiệm, xử lí được số liệu) và đánh giá được kết quả.

+ Tác giả Nguyễn Văn Nghĩa [26] đề xuất năng lực thực hành thí nghiệm,

trong đó có các thành tố: Lập kế hoạch TN, tiến hành TN, xử lí, đánh giá kết quả TN

và có thêm thành tố NL Thiết kế, chế tạo dụng cụ TN. Chúng tôi nhận thấy vị trí của

thành tố “Thiết kế, chế tạo dụng cụ TN” ở sau thành tố “Xử lí, đánh giá kết quả TN”

là chưa thật sự phù hợp. Việc chế tạo dụng cụ TN mới phải được thực hiện trong quá

trình thực hiện TN (trong trường hợp chưa có dụng cụ TN để thực hiện TN) chứ không

phải sau khi đã thực hiện xong TN.

Chúng tôi nhất trí với các định nghĩa và cấu trúc NLThN của một số tác giả

nói trên [22, 23, 24, 25], nhưng cũng cần phải bổ sung thêm, làm rõ hai hoạt động

chính trong quá trình ThN, đó là thiết kế phương án TN và thực hiện phương án TN

đã thiết kế.

Về cấu trúc của NLThN, có hai cách tiếp cận (hai quan điểm) về cấu trúc của

NLThN. Quan điểm thứ nhất cho rằng NLThN bao gồm các thành tố: Phát hiện vấn

đề - Đề xuất giả thuyết – Thiết kế và thực hiện phương án TN để kiểm tra giả thuyết

– Xử lí, phân tích kết quả TN – Rút ra kết luận và đánh giá quá trình thí nghiệm. Các

thành tố và trình tự xuất hiện của các thành tố của NLThN gần như tương tự và xuất

hiện trong các bước của quá trình giải quyết vấn đề theo con đường thực nghiệm. Cấu

trúc này của NLThN chính là cấu trúc NL giải quyết vấn đề theo con đường thực

nghiệm của DHGQVĐ [27].

Quan điểm thứ hai cho rằng NLThN bao gồm các thành tố: Xác định mục đích

TN – Thiết kế và thực hiện phương án TN – Xử lí, phân tích kết quả TN – Rút ra kết

luận và đánh giá quá trình TN.

Trong luận án, chúng tôi dựa vào quan điểm thứ hai khi xét cấu trúc của NLThN

vì hai lí do sau: thứ nhất, trong chương trình GDPT môn vật lí 2018 ở nước ta, NL

GQVĐ là năng lực chung cần được bồi dưỡng cho HS. Vì không coi NLThN là NL

GQVĐ theo con đường thực nghiệm nên quan điểm thứ hai này phù hợp với chương

trình, không tạo ra sự trùng lặp trong hệ thống các NL cần bồi dưỡng cho HS trong dạy

học vật lí. Thứ hai, cũng như khi xét cấu trúc NL của mọi NL khác, cấu trúc của NLThN

cần dựa vào chính các giai đoạn của quá trình thực hiện TN, mà quá trình này được bắt

đầu từ việc xác định được mục đích TN (không có hành vi đề xuất giả thuyết).

1.2.2. Một số nghiên cứu về xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học,

một số nghiên cứu dạy học bồi dưỡng và đánh giá năng lực thực nghiệm

a) Các nghiên cứu về xây dựng và sử dụng TBTN để phát triển hoạt động nhận

thức, phát huy tính tích cực và phát triển NL của HS

Đã có nhiều nghiên cứu xây dựng và sử dụng TBTN trong DH vật lí, trong đó có

các TBTN tự tạo, TBTN do GV hoặc HS chế tạo, TBTN được kết nối với máy tính nhằm

bồi dưỡng các NL GQVĐ (trong đó có các thành tố của NLThN), NL sáng tạo của HS

trong DH các chủ đề của vật lí cụ thể ở trường THCS và ở trường THPT.

Công trình của tác giả Nguyễn Anh Thuấn năm 2007 đã nghiên cứu một số

TN dạy học phần sóng cơ theo hướng phát triển HĐ nhận thức tích cực, sáng tạo của

HS. Tác giả đã xây dựng tiến trình DH GQVĐ có sử dụng các TN được thực hiện với

các bộ TBTN thiết kết phù hợp với yêu cầu đặt ra của tiến trình DH [28].

Năm 2011, luận án tiến sĩ của tác giả Dương Xuân Quý với đề tài “Xây dựng

và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập theo hướng phát triển hoạt động học tích cực,

sáng tạo của học sinh trong dạy học chương “Dao động cơ” ở lớp 12 trung học phổ

thông, đã chế tạo bộ ghi nhận đồ thị dao động bằng tương tác từ, giúp học sinh nhận

thức trực quan quy luật điều hòa của dao động con lắc lò xo và con lắc đơn, sau đó

tác giả Dương Xuân Quý sử dụng phần mềm Excel tạo ra một hàm chuẩn, điều chỉnh

khớp với hình ảnh đồ thị ghi nhận được để phát hiện hàm quy luật dao động [29].

Ngoài ra, một số luận án gần đây cũng tập trung nghiên cứu xây dựng và sử

dụng các thiết bị DH nhằm hỗ trợ cho việc DH theo các mục đích khác nhau như luận

án tiến sĩ Cao Tiến Khoa, năm 2014 “Xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các TN trong

DH một số kiến thức chương “Sóng cơ” – Vật lí 12 theo hướng phát huy tính tích cực

và phát triển năng lực sáng tạo của HS”. Tác giả nghiên cứu tổ chức quá trình DH

phát hiện và giải quyết vấn đề phỏng theo con đường nghiên cứu vật lí; soạn thảo các

tiến trình DH GQVĐ có sử dụng TN đã xây dựng và hoàn thiện, phỏng theo con

đường nghiên cứu vật lí đối với một số kiến thức về sóng cơ theo hướng phát huy

tính tích cực, sáng tạo và nâng cao kết quả học tập của HS [30]. Tác giả Hà Duyên

Tùng, năm 2014 đã bảo vệ luận án “Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm theo

hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học

các kiến thức về từ trường ở lớp 11 trung học phổ thông”. Tác giả đã nhấn mạnh quy

trình xây dựng các thiết bị thí nghiệm và các sử dụng thiết bị thí nghiệm dựa vào

phương pháp dạy học giải quyết vấn đề các ứng dụng kĩ thuật của vật lí [31].

Tác giả Nguyễn Hoàng Anh, năm 2015 với đề tài “Xây dựng và sử dụng TN

tự tạo theo hướng tích cực hóa HĐ nhận thức của HS trong DH vật lí lớp 12 nâng cao

phần “Cơ học””, đã đưa ra những khái niệm “Thí nghiệm tự tạo” và phân loại, đề

xuất quy trình tự tạo TN và vận dụng quy trình đó vào tự tạo một số TN trong DH

phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng cao, thiết kế tiến trình DH theo hướng tích cực hóa

HĐ nhận thức của HS trong DH một số kiến thức phần “Cơ học” vật lí lớp 12 nâng

cao [32]. Một luận án tiến sĩ khác của tác giả Nguyễn Đăng Thuấn, năm 2017 xây

dựng và sử dụng TBTN kết nối máy tính có tên là Vilabs trong DH chương “Dao

động cơ” nhằm tích cực hóa HĐ nhận thức của HS [33].

Với mục đích nghiên cứu xây dựng, hoàn thiện các TN kĩ thuật số để sử dụng

trong quá trình DH một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo

toàn đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học, kĩ thuật và về mặt sư phạm đối với các

loại TN này, tác giả Mai Hoàng Phương [34] đã soạn thảo các tiến trình DH một số

kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - Vật lí 10, trong đó có

sử dụng TN đã xây dựng theo quan điểm DH dựa trên nghiên cứu nhằm phát triển

NL GQVĐ ở mức cao của HS.

Đề tài của các tác giả trên nghiên cứu cách xây dựng TBTN như: tạo ra TN

mới; hoặc bổ sung, cải tiến, hoàn thiện lại TN cũ và nghiên cứu cách sử dụng TN như

nhờ TBTN để soạn thảo tiến trình dạy học theo dạy học GQVĐ nhằm mục đích bồi

dưỡng, phát triển NL hay tích cực hoá các HĐ nhận thức của HS. Đây cũng là cách

tiếp cận và sử dụng TBTN mà chúng tôi lựa chọn trong luận án.

b) Các nghiên cứu bồi dưỡng NLThN

Tác giả Nguyễn Văn Biên [35] đưa ra quy trình dạy học TN mở để bồi dưỡng

NLThN của HS chuyên, trong quy trình gồm nhiều giai đoạn, trong mỗi giai đoạn

này “mức độ mở” của các TN trong từng giai đoạn sẽ được tăng dần.

Hình 1.2. Qui trình dạy học TN mở để bồi dưỡng NLThN [35]

Bên cạnh đó, đã có những nghiên cứu về bồi dưỡng NLThN cho SV, tác giả

Nguyễn Thị Nhị [36] đề xuất một số biện pháp bồi dưỡng NLThN cho SV sư phạm

ngành vật lí như: Tổ chức HĐDH các học phần có thực hành TN; tổ chức cho SV chế

tạo các thiết bị, các dụng cụ TN; đổi mới cách thức kiểm tra đánh giá phù hợp. Tác

giả Ngô Văn Thiện [37] tổ chức giảng dạy TN vật lí thực hành theo các giai đoạn để

phát triển NLThN của SV kĩ thuật. Tác giả cho rằng: TN giúp cho SV làm quen với

phương pháp khoa học thực nghiệm, làm chủ vật liệu TN và phát triển các kĩ năng đo

lường, xử lí số liệu, đánh giá kết quả và nhận ra giới hạn của phép đo...

Một số nghiên cứu khác nhằm bồi dưỡng NLThN cho HS qua các bài tập thí

nghiệm hoặc sử dụng các phương tiện trực quan. “Việc nghiên cứu xây dựng hệ thống

các bài tập thực nghiệm và sử dụng chúng một cách hợp lí trong DH là một việc làm

quan trọng nhằm cụ thể hóa mục tiêu phát triển NLThN của người học, vừa góp phần

nâng cao chất lượng DH bộ môn, vừa phát triển được NL chuyên biệt của bộ môn cho

người học” [24]. Trong luận án “Sử dụng phương tiện trực quan trong DH một số khái

niệm hóa học cơ bản trường Trung học Cơ sở nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho

học sinh”, tác giả Vũ Tiến Tình [38] đề xuất các nguyên tắc và quy trình tổng quát sử

dụng phương tiện trực quan như tranh ảnh, hình vẽ, mô hình, các bộ tranh TBTN…nhằm

hướng dẫn GV thực hiện có hiệu quả các PPDH theo hướng tích cực hóa HĐ nhận thức

của HS trong DH và phát triển NLThN cho HS.

Tác giả Xaypaseut Vylaychit [25] đưa ra các biện pháp: Xây dựng nhiệm vụ

học tập gắn liền với HĐ thực nghiệm nhằm phát triển NLThN của HS, xây dựng và

hoàn thiện TBTN hỗ trợ HĐ thực nghiệm, tổ chức DH theo phương pháp DH giải

quyết vấn đề trong DH các kiến thức mới và trong DH ƯDKT, xây dựng các bài tập

TN và sử dụng nhiệm vụ gắn liền với HĐ giải bài tập TN.

Tác giả Nguyễn Văn Nghĩa đề xuất các biện pháp bồi dưỡng NL thực hành

TN của HS như: Sử dụng TN theo hướng bồi dưỡng NL thực hành TN cho HS; Tăng

cường cho HS tìm hiểu các ứng dụng kỹ thuật của vật lí; Hướng dẫn HS chế tạo dụng

cụ TN; Tăng cường các nội dung liên quan đến thực hành TN trong kiểm tra đánh

giá.

Qua khảo cứu tài liệu, chúng tôi nhận thấy chưa có nghiên cứu đề cập đến

việc xây dựng và sử dụng TBTN về PX ở chương trình vật lí lớp 12 (Việt Nam) nên

cũng chưa có đề tài nào nghiên cứu việc bồi dưỡng NLThN của HS trong DH các

kiến thức này.

c) Một số nghiên cứu về đánh giá năng lực thực nghiệm

Trong các nghiên cứu của tác giả Schreiber và cộng sự [39] đã đề cập đến các

phương án để đánh giá NLThN: đánh giá bằng bài kiểm tra viết, đánh giá bằng bài

kiểm tra với TN ảo trên máy tính, và đánh giá bằng bài kiểm tra với TN thật, họ đã

so sánh ưu nhược điểm khi triển khai các phương thức này để đánh giá NLThN với

một số lượng lớn HS. “Có một số khó khăn trong việc đánh giá NLThN cần được

xem xét trong quá trình xây dựng bài kiểm tra. Trong trường hợp sử dụng bài kiểm

tra dưới dạng văn bản (bài kiểm tra viết), các thao tác thực hiện TN dường như không

được HS thể hiện và đánh giá đầy đủ” [40]. Trong các bài kiểm tra với các TN thực,

chỉ có thể yêu cầu các nhiệm vụ TN mẫu, do sự thiếu hụt TBTN thật nên không thể

tiến hành kiểm tra đánh giá tất cả các kĩ năng thực hiện thí nghiệm trên diện rộng với

nhiều HS. Theyßen và cộng sự [40] cung cấp một công cụ kiểm tra nhằm khắc phục

cả hai vấn đề này. Với quy trình kiểm tra bằng TN ảo trên máy tính, các tác giả tạo

ra các bài kiểm tra, đánh giá NLThN của HS bằng các TN mô phỏng tương tác với

máy tính thay vì các TN thực tế. HS không chỉ được kiểm tra và đánh giá một số kĩ

năng như thiết kế, xử lý số liệu TN hay đánh giá kết quả TN mà còn thực hiện tương

đối đầy đủ các thao tác của quá trình TN [22]. Quy trình thực hiện TN ảo trên máy

tính này cho phép đánh giá các kĩ năng TN có độ tin cậy cao ngay cả trong các cuộc

đánh giá quy mô lớn [41].

Hiện tại ở Việt Nam, các TN ảo trên máy tính được xây dựng nhằm tăng mức

độ tương tác của người dùng bằng các phần mềm như Matlab App Designer đang

được nghiên cứu và tiếp tục phát triển [42]. Trong tương lai nếu các TN ảo này có

thể được bổ sung, cải tiến để đa dạng về nội dung hơn và có thể sử dụng để thực hiện

các hành vi như thiết kế phương án, bố trí TN, xử lí số liệu... thì chúng sẽ là công cụ

phù hợp để có thể đánh giá được NLThN của HS trên diện rộng.

1.3. Thiết bị thí nghiệm phóng xạ - các nghiên cứu xây dựng và sử dụng thiết bị

thí nghiệm phóng xạ trên Thế giới

1.3.1. Các thiết bị thí nghiệm phóng xạ từ các hãng sản xuất thiết bị thí nghiệm

lớn trên Thế giới

Nhiều kết quả nghiên cứu về TBTN PX đã được các hãng sản xuất TBTN lớn

đưa vào sản xuất và cung cấp. Qua nghiên cứu các Catalogue trên website của các

hãng sản xuất TBTN lớn của nước ngoài như Phywe, Pasco, Leybold, Canberra...

chúng tôi thu được kết quả về các TBTN PX như là buồng sương Wilson, ống đếm

khí Geiger- Müller (G-M), đầu dò NaI, nguồn PX gamma, nguồn PX alpha-beta có

hoạt độ thấp (cho các hoạt động nghiên cứu khoa học, SV hoặc với đối tượng sử dụng

là HS từ 16 tuổi trở lên)…

Hình 1.3. Nguồn PX alpha-beta, gamma [43] có hoạt độ thấp.

Một số nguồn PX từ các loại đất đá tự nhiên phát ra tia alpha-beta như đá,

quặng Uranium, Radium… có tính PX với hoạt độ thấp, có thể dùng để tiến hành

các TN phổ thông, được bán trên các website bán hàng trực tuyến như eBay,

Amazon. Tuy nhiên khi đặt mua thì các mặt hàng này không được phép bán ra

nước ngoài.

Hình 1.4. Đá tự nhiên có PX alpha-beta (Uranium Ore), được bán trên các trang

thương mại điện tử eBay, Amazon

Qua tìm hiểu các TBTN của các hãng đề cập ở trên, chúng tôi nhận thấy điểm

chung của các bộ TBTN do các hãng thiết bị ở nước ngoài sản xuất là tích hợp nhiều

chức năng và có thể thực hiện nhiều TN, chủ yếu là TN biểu diễn hay TN nghiên cứu.

Nếu sử dụng những TBTN này trong DH thì chỉ đạt được mục đích bồi dưỡng NLThN

cho HS ở một số thành tố nhất định, và khó phát huy được tính tích cực, sáng tạo của

HS trong các thành tố thiết kế phương án, hay sửa chữa những sai hỏng trong quá

trình tiến hành, hay cải tiến TN... Thứ hai, các bộ TN này bao gồm cả nguồn PX kèm

theo, không bán ra khỏi nước sở tại, do đó chưa thể nhập được về Việt Nam vì vướng

nhiều nguyên tắc về an toàn bức xạ như là đòi hỏi cơ quan sử dụng phải có giấy phép

mua và sử dụng nguồn PX, nguồn PX phải được lưu trữ theo qui định [44], [45]...

Thứ ba, các bộ TBTN PX có giá thành cao, khó có thể trang bị cho các trường THPT

ở Việt Nam.

1.3.2. Các nghiên cứu việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm phóng xạ trong

dạy học ở một số nước trên Thế giới

Tại Mỹ, việc tổ chức DH vật lí HN và PX ở trường trung học hoặc đại học còn

thiếu các hoạt động TN. “Các kiến thức phóng xạ thường được minh hoạ bởi hình

ảnh hay sử dụng mô phỏng, bởi vì các TN yêu cầu máy dò bức xạ đắt tiền và nguồn

PX đòi hỏi các yêu cầu đặc biệt để lưu trữ” [46]. Trong nghiên cứu của Jona và

Vodracek [44], nhiều trường trung học không có TBTN PX …“Những giải pháp nào

cho GV vật lí để cho HS của mình kiểm nghiệm bằng thực nghiệm một số tính chất

của phóng xạ, chẳng hạn như cường độ bức xạ thay đổi theo khoảng cách từ nguồn

phóng xạ đến vật như thế nào?” Một số TN PX từ xa, trực tuyến đã được tạo ra. Theo

các tác giả trên, trải nghiệm với một TN PX từ xa sẽ giới thiệu cho HS các công nghệ

thực tế và tiến hành thí nghiệm theo cách mới, mà nhiều nhà khoa học chuyên nghiệp

hiện đang sử dụng.

Bên cạnh đó, đã có nhiều nghiên cứu tự chế tạo một số TBTN với chi phí thấp

như buồng ion hoá để nghiên cứu PX trong không khí, ống đếm Geiger- Müller để

ghi nhận bức xạ ion hóa ở các vị trí khác nhau gần bề mặt Trái đất [47]… Nhiều bài

báo đã cung cấp hướng dẫn xây dựng buồng sương sử dụng nguồn lạnh là đá khô và

các vật dụng phổ biến như ly thủy tinh và bể cá [38], [49], nguồn lạnh là túi đá gel

[50], hoặc nguồn lạnh là chip Peltier (sò nóng lạnh) [51]... Mặc dù những bài báo này

hữu ích cho những nghiên cứu tương tự nhưng chúng thiếu thông tin về các vấn đề

có thể gặp phải khi chế tạo và tiến hành TN, cũng như các giải pháp khả thi để giải

quyết những vấn đề đó. Do đó, thường xuyên xảy ra hỏng hóc và cả nguy hiểm khi

người khác chế tạo và tiến hành TN tương tự. Các bài báo này cũng không nêu những

thông tin cụ thể về quá trình chế tạo TBTN để người khác có thể chế tạo lại TBTN

(đối với ống đếm G-M).

1.4. Những vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu

Từ những nội dung nghiên cứu tổng quan đề cập ở trên, một số vấn đề cần

được tiếp tục nghiên cứu là:

- Nghiên cứu bổ sung cấu trúc của NLThN, trong trường hợp chung nhất là

HS được giao nhiệm vụ thiết kế, chế tạo TBTN để tiến hành các TN cần thiết.

- Căn cứ vào chương trình GDPT môn vật lí lớp 12, xác định nội dung các

kiến thức về PX mà HS cần học để xác định nội dung các TN cần tiến hành và các

TBTN cần chế tạo được sử dụng để tiến hành các TN này.

- Tiến trình hướng dẫn HS chế tạo một số TBTN về PX sao cho chúng đáp

ứng được các yêu cầu đối với TBTN được sử dụng trong DH vật lí và bồi dưỡng được

NLThN của HS.

- Soạn thảo tiến trình DH từng kiến thức về PX theo tiến trình GQVĐ, trong

đó có tiến trình hướng dẫn HS chế tạo TBTN và sử dụng TBTN để tiến hành TN cần

thiết.

- Nghiên cứu về nguồn PX tự nhiên, nguồn PX an toàn cho HS khi thực hiện

các TN PX.

CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM PHÓNG XẠ TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN

THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC

NGHIỆM CỦA HỌC SINH

2.1. Năng lực thực nghiệm

2.1.1. Định nghĩa năng lực thực nghiệm

Dựa trên việc khảo cứu các định nghĩa, cấu trúc về năng lực thực nghiệm ở

phần Tổng quan và định nghĩa Năng lực trong Chương trình Giáo dục Phổ thông năm

2018 của Bộ Giáo dục và Đào tạo chúng tôi cụ thể hoá định nghĩa năng lực thực

nghiệm:

“Năng lực thực nghiệm là khả năng huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng

và các thuộc tính tâm lí như hứng thú, niềm tin, ý chí… để thực hiện thành công các

nhiệm vụ thực nghiệm nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện hay

bối cảnh cụ thể”.

2.1.2. Cấu trúc năng lực thực nghiệm

Dựa vào quá trình thực hiện thí nghiệm, chúng tôi cho rằng cấu trúc NLThN

bao gồm các thành tố sau đây: Xác định mục đích TN; thiết kế phương án TN; thực

hiện TN; rút ra kết luận và cải tiến TN.

Hình 2.1. Các thành tố của NLThN.

Như đã phân tích ở chương 1, cấu trúc của NLThN của các tác giả Xaypaseut

[25], Nguyễn Văn Biên [52], Schreiber [22], [53]…cần được bổ sung thêm các chỉ

số hành vi tương ứng với trường hợp chưa có TBTN có sẵn, người thực hiện TN cần

thiết kế, chế tạo TBTN để thực hiện TN nhằm đạt được mục đích TN đã xác định.

• Hai cơ sở để bổ sung các chỉ số hành vi mới cho cấu trúc NLThN:

- Chúng tôi nhận thấy: quá trình thực hiện TN của HS, SV, GV và các nhà

khoa học... bắt đầu từ việc xác định mục đích TN (TN để đo gì, kiểm nghiệm gì, mức

độ như thế nào...). Sau đó trong quá trình thiết kế phương án TN có đề cập đến việc

xác định các TBTN sẽ sử dụng để thực hiện các TN này (đã có TBTN để thực hiện

TN hay chưa, nếu đã có rồi thì chức năng, cấu tạo hoạt động của chúng phải như thế

nào để có thể thực hiện TN, thiết bị này có ưu nhược điểm gì hay không?...). Một số

trường hợp khác, các TBTN có sẵn không thể đạt được yêu cầu TN [33], [34] thậm

chí chưa có TBTN để thực hiện TN, người ThN phải tìm hiểu các TBTN để tiến hành

TN này (ở Việt Nam và trên Thế giới) qua các sách, catalogue, bài báo, internet…

Một số TBTN có thể đặt mua, nhưng nếu nó có nhiều nhược điểm, giá thành quá cao,

hoặc không thể mua được... thì phương án đưa ra là phải tự thiết kế và chế tạo TBTN

mới. Đây cũng chính là con đường mà các nhà khoa học sử dụng khi nghiên cứu,

kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết hay kiểm tra tính đúng đắn của

các giả thuyết mới.

- Các khung cấu trúc NLThN từ các công trình mà chúng tôi đã nghiên cứu ở

trên chưa đề cập hợp lý, hoặc chưa cụ thể hành vi chế tạo TBTN mới trong trường

hợp không có sẵn TBTN để thực hiện TN.

Vì vậy, NLThN trong trường hợp chung có cấu trúc như sau:

Bảng 2.1. Cấu trúc năng lực thực nghiệm

Thành

Chỉ số hành vi

Mô tả

tố

Nêu được/ phát biểu được: giả

1. Xác

thuyết cần kiểm nghiệm hoặc hệ

định

NLThN1.1. Xác định được mục đích

quả cần rút ra từ giả thuyết, hiện

mục

của TN

tượng cần quan sát hoặc đại lượng

đích TN

cần đo...

NLThN2.1. Xác định những kiến thức Phân tích, xác định được những

liên quan đến phương án TN

kiến thức liên quan đến phương án

TN để có thể xác định được các

NLThN2.2. Xác định TBTN cần sử

2. Thiết

TBTN cần sử dụng. Tìm hiểu được

dụng

kế

các thông tin TBTN liên quan tới

b) Nếu chưa có

a) Nếu TBTN

phương

TN, đã có sẵn TBTN hay chưa có

TBTN để tiến hành

đã có sẵn:

án TN

TBTN để thực hiện TN.

TN:

- Nếu đã có TBTN, tìm hiểu chức

NLThN2.3. Tìm hiểu

năng, cấu tạo, hoạt động của TBTN,

NLThN2.3. Tìm

các TBTN cần sử

các TN tiến hành được với TBTN,

hiểu TBTN có

dụng

qua

các

trong đó có TN để đạt được mục

sẵn

catalogue,

tài

liệu,

đích đã xác định.

bài báo...

- Nếu chưa có TBTN, tìm hiểu các

NLThN2.4. Thiết kế

TBTN (chức năng, cấu tạo, hoạt

TBTN cần chế tạo

NLThN2.4. Xác

động) ở Việt Nam hoặc trên Thế

định được cách

NLThN2.5. Chuẩn bị

giới qua các catalogue, tài liệu, bài

bố trí TN

những vật liệu cần

báo... có thể thực hiện được TN. Sơ

thiết

bộ phân tích tính khả thi, ưu và

NLThN2.5. Dự

NLThN2.6. Gia công

nhược điểm của các TBTN.

kiến được các

các bộ phận của

- Đối với trường hợp TBTN đã có

bước tiến hành

TBTN

sẵn để thực hiện TN, thiết kế

phương án đối với TBTN này, xác

NLThN2.7.

Lắp

định các bộ phận của TBTN, các

ghép các bộ phận

dụng cụ cần sử dụng, cách lắp ráp,

thành TBTN

theo

NLThN2.6. Xác

bố trí các bộ phận, các bước tiến

thiết kế

định

được

hành, cách thu thập các số liệu TN

NLThN2.8. Bổ sung,

những dữ liệu

định tính hay định lượng, dự kiến

sửa đổi các chi tiết

TN định

tính,

cách xử lý các dữ liệu TN để đi tới

trong quá trình chế

hoặc định lượng

kết quả TN.

tạo TBTN

cần thu thập

- Đối với trường hợp phải chế tạo

NLThN2.9. Xác định

TBTN mới: Từ việc tìm hiểu các

được cách bố trí TN

TBTN qua catalogue, tài liệu, bài

với TBTN mới

NLThN2.10.

Dự

báo… thiết kế TBTN cần chế tạo

kiến được các bước

dưới dạng bản vẽ: các bộ phận, cách

tiến hành TN

liên kết các bộ phận để TB hoạt

động. Chuẩn bị những vật liệu phù

hợp với thiết kế, sau đó dựa vào bản

vẽ, gia công các vật liệu, chế tạo các

bộ phận, lắp ghép liên kết các bộ

phận thành TBTN. Trong quá trình

NLThN2.11. Xác

chế tạo TBTN có thể có những bổ

định được những dữ

sung, sửa đổi các chi tiết, cách liên

liệu TN định tính,

kết các chi tiết với nhau so với bản

hoặc định lượng cần

vẽ ban đầu. Quá trình chế tạo có thể

thu thập

gặp thất bại và phải thực hiện nhiều

lần. Sau khi chế tạo thành công

TBTN và thử nghiệm, thiết kế

phương án tiến hành TN với TBTN

mới tương tự như trên.

Lắp ráp, bố trí được TBTN và các

NLThN3.1. Lắp ráp, bố trí TBTN

dụng cụ khác để tiến hành TN

Thực hiện các thao tác/ hành động

NLThN3.2. Tiến hành TN

theo kế hoạch đã đề ra

Sửa chữa, khắc phục được những

NLThN3.3. Sửa chữa, khắc phục được

sai hỏng thao tác/ thiết bị trong quá

những sai hỏng trong quá trình TN

trình TN nếu có

3. Thực

Quan sát, chụp hình, quay phim các

hiện TN

hiện tượng xảy ra

NLThN3.4. Thu thập dữ liệu (định tính/

Ghi các số liệu có nghĩa vào bảng,

định lượng)

bỏ các số liệu bất thường, khác xa

các giá trị đo khác.

Xử lí các dữ liệu TN thu được

NLThN4.1. Xử lý dữ liệu

+ Đối với dữ liệu định tính: phân

tích, những điều quan sát được và

khái quát hóa

4. Rút

+ Đối với dữ liệu định lượng, tính

ra kết

toán giá trị trung bình, sai số, xác

luận và

định nguyên nhân sai số.

đánh

giá quá

Vẽ đồ thị trên giấy hoặc máy tính,

NLThN4.2. Trình bày dữ liệu đã xử lý

trình

khớp hàm để tìm ra qui luật của đồ

dưới dạng đồ thị

TN

thị

Đối chiếu kết quả TN với mục đích

NLThN4.3. Rút ra kết luận

TN để rút ra kết luận

+ Nhận xét, đánh giá toàn bộ quá

trình TN để có những điều chỉnh, bổ

sung cần thiết ở các giai đoạn thiết

NLThN4.4. Đánh giá, đề xuất phương

kế phương án và thực hiện TN

+ Đề xuất biện pháp làm giảm sai số

án cải tiến TN

+ Đề xuất và thực hiện các cải tiến,

hoàn thiện TBTN đã có sẵn hoặc

TBTN vừa chế tạo.

2.1.3. Các mức độ của các chỉ số hành vi năng lực thực nghiệm

Theo chúng tôi, hoạt động ThN là sự kết hợp của hoạt động trí óc (nói ra, viết ra,

vẽ ra...) và hoạt động tay chân (gia công, bố trí, lắp ráp, tiến hành, làm ra, tạo ra...). Các

hành vi chủ yếu dựa vào hoạt động trí óc là các hành vi thuộc thành tố: Xác định mục đích

TN, thiết kế phương án TN (không bao gồm các chỉ số hành vi gia công các bộ phận của

TBTN, lắp ráp các bộ phận, thử nghiệm TBTN) và một số hành vi đánh giá, kết luận và

cải tiến TN. Những hành vi này sẽ được phân theo thang SOLO (thang cấu trúc các kết

quả học tập có thể quan sát được) [54], chúng tôi phân thành 3 mức:

- Mức 1 (Đơn cấu trúc): thực hiện hành vi đơn giản, cụ thể ở mức độ nhận thức

thấp.

- Mức 2 (Đa cấu trúc): có thể giải quyết một số vấn đề độc lập, rời rạc. HS có

thể phân loại ý tưởng nhưng các ý tưởng lỏng lẻo, chưa kết hợp với nhau.

- Mức 3 (Mối quan hệ): có thể hiểu mối quan hệ giữa một số khía cạnh và cách

chúng có thể kết hợp với nhau để tạo thành một tổng thể. HS thực hiện được hành vi

đầy đủ, chính xác.

Những hành vi, hoạt động, thao tác tay chân sẽ được phân mức theo các mức

độ của khung Dreyfus [55] về việc thu nhận kĩ năng:

- Mức 1 (Sơ khởi): Thực hiện các thao tác theo tuần tự khi có sự hướng dẫn,

giám sát.

- Mức 2 (Có kĩ năng): Thực hiện thao tác hành động chưa thuần thục, không

cần có sự hướng dẫn và đạt được chính xác nhất định.

- Mức 3 (Thành thạo): thực hiện các thao tác hành động thuần thục và chính

xác.

2.2. Thực trạng dạy học một số kiến thức về phóng xạ ở các trường THPT và

các quan niệm về phóng xạ của HS, SV ở Việt Nam

2.2.1. Phương pháp dạy học và thực trạng thiết bị thí nghiệm để dạy học một số

kiến thức về phóng xạ ở các trường THPT Việt Nam

Để tìm hiểu về phương pháp dạy học các kiến thức về PX, những hiểu biết về

TN PX của GV, chúng tôi thực hiện phỏng vấn GV dạy vật lí lớp 12 và khảo sát

những HS đã được học xong PX.

Thông qua việc phỏng vấn GV dạy vật lí lớp 12 ở các trường THPT ở Tp.HCM

(17 GV ở các trường THPT Trần Văn Giàu, THPT Trung học Thực Hành, THPT

Nguyễn Hữu Huân, THPT Diên Hồng...), chúng tôi nhận được câu trả lời là “không

có TBTN phóng xạ” và nhiều GV không biết đến các TN PX, phương pháp dạy học

chủ yếu là thuyết trình, thông báo - tiếp nhận và hướng dẫn HS giải bài tập định

lượng. Để khách quan hơn, chúng tôi tiến hành phỏng vấn các HS đã học qua PX ở

phổ thông về phương pháp, phương tiện và hình thức các GV thường sử dụng khi dạy

các kiến thức PX thì nhận được kết quả như sau:

Bạn đã học về phóng xạ hạt nhân ở chương trình Vật Lí lớp 12 tại THPT, bạn

có thể cho biết các Thầy/Cô đã sử dụng những phương tiện, hình thức nào sau

350

297

300

250

200

150

100

Sử dụng video minh họa

Sử dụng tranh ảnh làm ví dụ minh họa

Học thông qua hình thức thông báo và tiếp nhận

Thuyết trình nhóm có sử dụng minh họa (tranh ảnh, video, mô hình….)

đây để giảng dạy những kiến thức này? □ Sử dụng Tranh ảnh làm ví dụ minh họa □ Sử dụng Video minh họa □ Thuyết trình có sử dụng minh họa (tranh ảnh, video, mô hình....) □ Thông báo và tiếp nhận

Hình 2.2. Kết quả khảo sát HS về phương tiện và hình thức dạy học các kiến thức PX

ở trường THPT mà GV sử dụng.

297 HS (85%) lựa chọn câu trả lời: GV chủ yếu thông báo, thuyết trình nội

dung các kiến thức và HS tiếp nhận các nội dung kiến thức này để giải bài tập (chiếm

98,34%), một tỉ lệ thấp hơn chọn các câu trả lời GV có sử dụng hình ảnh, video hoặc

tổ chức HĐ nhóm, HĐ tự học… trong quá trình DH kiến thức PX.

Theo Thông Tư Ban hành Danh mục tối thiểu thiết bị dạy học môn Vật lí, Hóa

học, Sinh học, Tin học và Ngoại ngữ - Trường THPT chuyên (Số: 39/2021/TT-

BGDĐT) [2] chúng tôi thấy không có các TBTN PX. Danh mục TBTN THPT – Môn

Vật lí từ các công ty thiết bị giáo dục (Công ty cổ phần sách vả thiết bị trường học

TP.HCM) cũng không có TBTN PX.

Việc thiếu những TN trong chương trình vật lí HN, hay PX ảnh hưởng đến

quá trình tổ chức các HĐ nhận thức cho HS. Các tính chất của tia PX như tính ion

hoá, khả năng đâm xuyên, sự nguy hiểm của PX hay các các ứng dụng của PX …

hoàn toàn không được kiểm nghiệm, minh hoạ do thiếu các TN.

2.2.2. Quan niệm sai về phóng xạ của HS, SV Việt Nam

Có nhiều thông tin sai lệch về PX từ báo chí và nỗi sợ hãi về PX đến nỗi các thầy,

cô giáo đều lo lắng khi chúng tôi đề nghị cho HS thực hiện các TN về PX. Những tin

đồn và đề tài về PX vẫn rất li kì, kịch tính như: các loại động vật nhiễm PX bị đột biến,

trong các loại thức ăn như chuối có PX [56], thực phẩm chiếu xạ có tàn dư chất PX, điện

thoại di động phát ra PX, hay các tin đồn như Covid-19 là vi khuẩn bị nhiễm PX [57]...

Tuy nhiên có nhiều quan niệm về PX không thật sự chính xác.

Trên thế giới, có nhiều nghiên cứu và khảo sát về quan niệm của HS, SV và

người dân về PX. Theo một bài báo được viết bởi Millar, Klaassen, và Eijkelhof [58],

kết quả của các nghiên cứu những hiểu biết của HS trong độ tuổi 14-18 về bức xạ cho

thấy: “Nhiều HS không phân biệt về tia phóng xạ và chất phóng xạ. Các em tin rằng

các vật thể như ống tiêm và băng được khử trùng bằng cách sử dụng bức xạ sẽ trở

thành vật nhiễm phóng xạ, sau đó chúng sẽ tự phát ra bức xạ”. Những ý tưởng tương

tự được tìm thấy liên quan đến chiếu xạ thực phẩm, HS nhầm lẫn thực phẩm nhiễm

PX với thực phẩm được chiếu xạ như: “Thực phẩm chiếu xạ có thể chứa “tàn dư bức

xạ” [59], “Thực phẩm chiếu xạ không được chấp nhận rộng rãi trong nước” [60].

Tương tự, trong nghiên cứu của Prather [61], HS, SV cho rằng khi một vật thể tiếp

xúc với bức xạ, nó trở thành nguồn PX, 68% SV vật lí nghĩ rằng sau khi một quả dâu

tây được đặt gần nguồn PX, nó sẽ trở thành một nguồn PX và phát ra PX khi nguồn

đã được gỡ bỏ… Cũng với tình huống này, 42% số HS Thổ Nhĩ Kì cho rằng dâu tây

trở thành một nguồn PX và do đó nó sẽ có hại [62].

Trong nghiên cứu của Neumann và Hopf [63] với 50 HS (tuổi từ 14 đến 16)

quan niệm về những rủi ro tiềm ẩn đối với các loại bức xạ khác nhau, một kết quả

khá thú vị khi mà khoảng 60% số HS cho rằng bức xạ điện thoại di động là có hại.

Điều này dẫn đến các giả thuyết rằng hầu hết những HS không hiểu rõ về nguy cơ

của những bức xạ không ion hóa (sóng điện từ, tia hồng ngoại, ánh sáng…). “HS

không thể phân biệt giữa bức xạ không ion hóa và ion hóa”. Sự khác biệt giữa các

loại bức xạ khác nhau phần lớn chưa được biết đến [64].

Cũng trong nghiên cứu của Rego và Peralta [64] đã chỉ ra: “Phần lớn HS đã

học về bức xạ, nhưng một tỉ lệ đáng kể không biết về phóng xạ tự nhiên”. Những

quan niệm sai này có thể là những lí do cho nỗi sợ hãi và sự mất lòng tin của công

chúng khi họ gặp phải bất cứ điều gì liên quan đến PX. “Người Úc sợ hãi và không

tin tưởng bất cứ điều gì liên quan đến phóng xạ hoặc ngành công nghiệp năng lượng

HN vì khả năng gây thiệt hại hoặc thảm họa trên diện rộng...”. Những hiểu lầm của

cha mẹ và phương tiện truyền thông ảnh hưởng đến trẻ em và khiến cho chúng tin

rằng tất cả các loại bức xạ là bất lợi [60]. GV các nước phát triển như Bồ Đào Nha

cũng e ngại khi dạy môn vật lí HN, SV đại học khi đã được học về an toàn PX vẫn e

sợ tiếp xúc với chất PX trong phòng TN [64].

Chúng tôi đã dựa vào các kết quả từ các nghiên cứu nói trên để thực hiện

một nghiên cứu khảo sát trên đối tượng khảo sát là những SV đã học về PX ở

chương trình phổ thông. “Để giảng dạy khoa học đạt hiệu quả cao, một trong

những điều cần thiết là phải tìm hiểu về các quan niệm của HS, SV về vấn đề khoa

học đó” [65]. Một số quan niệm về PX mà mà chúng tôi tiến hành khảo sát trên

SV đã học về PX:

• PX có trong tự nhiên hay PX là nhân tạo;

• Phân loại các loại bức xạ và phóng xạ như tia X, tia hồng ngoại/ tử ngoại

với tia alpha, beta và gamma;

• Mức độ nguy hiểm của PX, ảnh hưởng của những yếu tố như thời gian tiếp

xúc, che chắn, khoảng cách và hoạt độ của nguồn PX đến cơ thể;

• Chiếu xạ và nhiễm PX;

• Ứng dụng của PX.

Bảng khảo sát được trình bày trong Phụ lục 1, kết quả khảo sát được trình

bày ở Phụ lục 2. Một số kết quả chính dựa trên việc khảo sát 505 SV đã học về PX ở

phổ thông:

▪ Về sự hiểu biết hay phân loại giữa PX và các loại bức xạ khác, hơn 42% số

SV nghĩ rằng tia hồng ngoại và tia tử ngoại là tia PX, 72% số SV cho rằng tia X là tia

PX.

▪ Đối với câu hỏi: “Phóng xạ có thể tồn tại trong tự nhiên (đất đá, không khí,

nước, thực phẩm...) hay không?” Gần 93% số SV lựa chọn có. Nhưng bên cạnh việc một

số lượng lớn SV chọn PX được phát ra từ các lò phản ứng HN, phòng TN HN, nhà máy

điện HN … còn có 62% số SV lựa chọn PX được phát ra từ các vật dụng hàng ngày như

điện thoại, máy tính, lò vi sóng… Kết quả này một lần nữa cho thấy SV vẫn chưa phân

biệt được các bức xạ từ điện thoại, máy tính, lò vi sóng… với tia PX.

▪ 50% SV không phân biệt được sự khác biệt giữa hai khái niệm chiếu xạ và

nhiễm PX. Đa số SV vẫn chưa xác định được chính xác các ứng dụng của PX: 92%

số SV cho rằng PX được ứng dụng trong sản xuất năng lượng HN và 211/505 SV cho

rằng PX có ứng dụng trong hóa trị.

Theo chúng tôi, học với các hoạt động TN có thể sẽ là biện pháp để góp phần

giúp HS, SV khắc phục một số quan niệm sai về PX tốt nhất. Song song với việc sử

dụng TN, những biện pháp khác có thể được áp dụng đồng thời để giúp HS, SV có

thể tìm hiểu những quan niệm về PX như: đi tham quan các trung tâm nghiên cứu,

ứng dụng có sử dụng PX - bức xạ, làm tiểu luận, hoặc trải nghiệm các HĐ tìm hiểu

PX trong tự nhiên, các HĐ ứng dụng kĩ thuật của PX ở qui mô nhỏ…

2.3. Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập trong dạy học vật lí

2.3.1. Vai trò và sự cần thiết của thí nghiệm

Galileo đã nói: “Hãy đo đạc tất cả những gì đo đạc được và hãy làm cho những

cái không đo đạc được trở thành đo đạc được” [66]. Kiểm chứng các lý thuyết bằng

TN là quan điểm ưa thích của các nhà vật lí, Einstein đề cập: “Thực nghiệm là thẩm

phán duy nhất của chân lý khoa học”. Các nhà vật lí thường đề cập đến các TN trong

vai trò hỗ trợ kiểm nghiệm giả thuyết, lý thuyết [67]. Các minh chứng và việc tiến

hành thực nghiệm trong phòng TN từ lâu đã được coi là một phần không thể thiếu

của việc học vật lí [68].

Từ cuối thế kỷ 19 trở đi, vật lí học quan tâm nhiều hơn đến các đối tượng vi

mô. Các đối tượng vi mô như nguyên tử, các hạt hạ nguyên tử và photon…có kích

thước rất nhỏ so với những gì quan sát được bằng mắt. Tuy nhiên, việc sử dụng các

TN để kiểm nghiệm các giả thuyết về mô hình nguyên tử vẫn được thực hiện trong

phòng TN của J.J.Thomson, Rutherford... Những TN để kiểm nghiệm tính chất sóng

của hạt vi mô, tính chất hạt của ánh sáng, TN tìm ra Spin của electron... và rất nhiều

TN hiện đại khác vẫn được sử dụng để kiểm nghiệm các lý thuyết đưa ra trước đó.

Koponen cho rằng: TN có vai trò trong việc tạo ra tri thức mới và trong việc

hình thành ý nghĩa của các khái niệm, lý thuyết. Các TN làm cơ sở cho việc giải thích

các hiện tượng đơn giản đến việc TN được sử dụng để bác bỏ các lý thuyết, học thuyết

chưa chính xác... [69].

ThN và lý thuyết gắn liền với nhau. “Lý thuyết là một yếu tố trong thiết kế

TN” và mặt khác, “Thực nghiệm là một yếu tố trong việc xây dựng, kiểm nghiệm

tính đúng đắn của lý thuyết” [70]. Chúng tôi cho rằng cả lý thuyết và ThN đều có tầm

quan trọng không chỉ trong việc hình thành mà còn áp dụng các kiến thức vào đời

sống thực tế hay các ƯDKT của kiến thức.

2.3.2. Chức năng và hiệu quả giáo dục của TBTN thực tập trong DH vật lí

Theo Nguyễn Đức Thâm, các chức năng của TN theo quan điểm của lý luận

nhận thức trong dạy học vật lí ở trường phổ thông: TN là phương tiện của việc thu

nhận tri thức (nguồn trực tiếp của tri thức), TN là phương tiện để kiểm tra tính đúng

đắn của tri thức đã thu được, TN là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu

được vào thực tiễn, TN là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí [71].

TBTN vật lí có tầm quan trọng đặc biệt đối với DH vật lí. TBTN tạo điều kiện

cho sự nghiên cứu có hệ thống, trực quan các hiện tượng, quá trình vật lí, cho phép

hình thành các khái niệm, nghiên cứu các định luật một cách trực tiếp trên các đối

tượng cần nhận thức và tạo điều kiện nghiên cứu các ƯDKT của vật lí [13].

TBTN trong dạy học vật lí được chia thành hai loại: TBTN biểu diễn (được

chế tạo để tiến hành các TN của GV) và TBTN thực tập (được chế tạo để tiến hành

các TN của HS) [13]. TBTN thực tập có thể được HS sử dụng để tiến hành các TN ở

các giai đoạn khác nhau của tiến trình DH GQVĐ. TN làm nảy sinh vấn đề cần giải

quyết, TN hỗ trợ đề xuất giả thuyết, TN kiểm tra trính đúng đắn của giả thuyết hoặc

hệ quả suy ra từ nó, TN kiểm nghiệm kết quả hoặc hệ quả suy ra từ nó được rút ra từ

suy luận lí thuyết từ các kiến thức đã biết, TN mô tả nguyên tắc hoạt động và nguyên

tắc cấu tạo của các TB kĩ thuật là ƯDKT của vật lí [13], [66], [71]. Chính vì vậy, TN

có tác dụng bồi dưỡng NL của HS. Ngoài ra thông qua sự kết hợp giữa làm việc cá

nhân và làm việc nhóm, quá trình chế tạo và quá trình sử dụng TBTN thực tập để tiến

hành TN vật lí góp phần bồi dưỡng cho HS NL tự học, NL giao tiếp và hợp tác và

các NL đặc thù khác như NLThN.

Quá trình tự lực thiết kế, chế tạo và sử dụng TBTN thực tập tạo hứng thú học tập,

ham muốn nghiên cứu, đặc biệt là giúp HS hiểu sâu sắc kiến thức ở mức độ vận dụng và

tích hợp được với nhiều kiến thức khác, đồng thời giúp hình thành và phát triển cho HS

những phẩm chất chủ yếu như chăm chỉ, trung thực và trách nhiệm [13].

2.3.3. Các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí

Trong DH vật lí, TBTN thực tập có thể có sẵn nhưng cũng có thể do chính HS

chế tạo, TBTN thực tập được chế tạo cần đáp ứng được các yêu cầu sau:

- TBTN thực tập phải thỏa mãn các yêu cầu về mặt khoa học và kĩ thuật: TN

phải tạo ra các hiện tượng rõ ràng, dễ quan sát. Các số liệu thu thập từ TN với TBTN

phải định lượng phải cho kết quả chính xác, phù hợp với sai số cho phép đối với TN

ở trường phổ thông [34].

- TBTN hoạt động ổn định, độ bền cao. Vật liệu chế tạo thiết bị dễ kiếm, dễ

chế tạo, để HS có thể đề xuất phương án chế tạo TBTN [25].

- Yêu cầu về mặt sư phạm: TBTN phải có cấu tạo đơn giản nhất, gọn nhẹ, ít

hỏng, thuận tiện trong sử dụng. Dễ sửa chữa, bảo quản, vận chuyển. Dễ dàng tiến

hành TN khác thuộc chức năng của TBTN. TN với TBTN không cần nhiều thời gian

trong lắp ráp, và thực hiện TN…

- Yêu cầu về kinh tế: TBTN chế tạo với giá thành không cao.

- Yêu cầu về thẩm mĩ: TBTN được thiết kế đẹp, có đường nét rõ ràng, phải nổi

bật bộ phận cần quan sát.

- TBTN phải đảm bảo an toàn trong sử dụng, bảo quản và vận chuyển [25], [72].

Đối với các TBTN do HS chế tạo, đa số các yêu cầu này cũng chính là các tiêu

chí đặt ra trong nhiệm vụ của HS, tuy nhiên có một số yêu cầu đối với TBTN thực tập

không đặt yêu cầu cao khi HS là người chế tạo, cụ thể là: yêu cầu về TBTN hoạt

động ổn định, độ bền cao, yêu cầu về thẩm mĩ như thiết kế đẹp, nổi bật bộ phận cần

quan sát...

2.3.4. Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí

Xây dựng TBTN được hiểu là thiết kế, chế tạo TBTN mới hoặc cải tiến, hoàn

thiện TBTN đã có [72].

Quá trình xây dựng TBTN thực tập nhìn chung diễn ra theo các giai đoạn

chung sau:

- Xác định chức năng của TBTN thực tập cần xây dựng qua việc trả lời các

câu hỏi sau [72]:

+ TBTN cần xây dựng đươc sử dụng để tiến hành các TN nào? Thuộc chủ đề

nào trong chương trình vật lí phổ thông?

+ Nghiên cứu hiện tượng, khái niệm, định luật vật lí nào hay để nghiên cứu

ƯDKT nào của vật lí?

- Tìm hiểu các TBTN cùng chức năng với TBTN cần xây dựng.

• Nếu đã có TBTN thì cần dựa vào các yêu cầu đối với TBTN thực tập vật lí

được sử dụng trong DH vật lí để phân tích ưu điểm, nhược điểm của TBTN. Từ đó

xác định được cần cải tiến, hoàn thiện cái gì (Bộ phận nào trong TBTN hay cách liên

kết các bộ phận trong TBTN)? Và cải tiến, hoàn thiện như thế nào? [13]

• Nếu chưa có TBTN: Tìm hiểu các TBTN hiện có ở Việt Nam và trên Thế

giới (đã sản xuất để bán hoặc các TBTN là kết quả nghiên cứu đã được viết báo,

sách...) có các chức năng, cấu tạo và hoạt động của TBTN cho phép tiến hành các TN

đang quan tâm qua tài liệu, sách báo, catalogue, internet... Sơ bộ phân tích ưu điểm,

nhược điểm các TBTN này.

+ Từ việc tìm hiểu các TBTN này, thiết kế TBTN cần chế tạo dưới dạng bản

vẽ: Các bộ phận, cách liên kết các bộ phận để TB hoạt động, vật liệu được dùng, cách

gia cộng các vật liệu... sao cho thỏa mãn các yêu cầu đối với TBTN thực tập vật lí.

Bản vẽ càng chi tiết, cụ thể thì càng tạo điều kiện để dễ dàng hơn cho quá trình chế

tạo sau đó.

+ Dựa vào bản vẽ để gia công các vật liệu, chế tạo các bộ phận, lắp ghép liên

kết các bộ phận thành TBTN.

+ Trong quá trình chế tạo TBTN, có thể bổ sung, sửa đổi các chi tiết, cách liên

kết các chi tiết với nhau so với bản vẽ ban đầu.

+ Thử nghiệm sử dụng TBTN, trong đó có việc tiến hành TN với TBTN đã

chế tạo để tiếp tục cải tiến, hoàn thiện TBTN thực tập. Việc thử nghiệm này có thể

diễn ra nhiều lần, thậm chí qua ThNSP để đánh giá tính khả thi và hiệu quả giáo dục

của TBTN.

2.3.5. Quy trình sử dụng thiết bị thí nghiệm thực tập vật lí

- Xác định mục đích sử dụng TBTN: TBTN được sử dụng để tiến hành TN

nào? TN này được tiến hành với mục đích gì? [13]

- Thiết kế phương án TN với TBTN: để đạt được mục đích TN cần sử dụng

những bộ phận nào của TBTN, cần thêm những dụng cụ nào ngoài TBTN, lắp ráp

các bộ phận, bố trí chúng ra sao, cần tiến hành TN như thế nào? Thu thập các dữ liệu

TN định tính và định lượng nào? Xử lí các dữ liệu TN này như thế nào? [13]

- Thực hiện TN:

+ Lắp ráp các bộ phận, bố trí TN đảm bảo vững chắc sao cho dễ kiểm tra sự

hoạt động của các bộ phận, giúp loại bỏ được tối đa các hiện tượng phụ không mong

muốn khi tiến hành TN, đảm bảo an toàn cho người và dụng cụ [72].

+ Tiến hành TN: TN cần được lặp lại nhiều lần để cho việc khái quát hóa, rút

ra kết luận TN phải cho những kết quả rõ ràng, đơn trị. Ghi lại các hiện tượng đã quan

sát được, các số liệu thu được trong TN vào bảng, bỏ các số liệu bất thường, khác xa

các giá trị đo khác [72].

- Xử lí kết quả TN:

+ Đối với TN định tính, phân tích những điều quan sát được, khái quát hóa rút

ra kết luận [13].

+ Đối với TN định lượng, tính toán giá trị trung bình, sai số. Xác định nguyên

nhân sai số, đặc biệt là nguyên nhân sai số chủ quan và tìm biện pháp làm giảm nó.

Có thể biểu diễn kết quả TN dưới dạng đồ thị [13].

2.3.6. Các kiểu hướng dẫn HS trong quá trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm

thực tập

Khi thực hiện các nhiệm vụ trong quá trình xây dựng và sử dụng TBTN, HS

có thể gặp các khó khăn, mắc phải các sai sót. Khi đó, sự hướng dẫn, giúp đỡ của GV

sẽ dựa trên ba kiểu hướng dẫn hành động của HS [13], [72].

Nếu xét sự hướng dẫn của GV theo các mức độ đòi hỏi khác nhau, từ cao đến

thấp đối với hành động của HS và cũng tương ứng với các mục tiêu rèn luyện khác

nhau thì sự hướng dẫn của GV đối với hành động của HS được phân thành ba kiểu

hướng dẫn sau:

a. Hướng dẫn tìm tòi

Hướng dẫn tìm tòi là sự hướng dẫn trong đó GV không chỉ ra cho HS một cách

tường minh các kiến thức, cách thức hành động cần áp dụng, mà chỉ đưa ra gợi ý sao

cho HS tự tìm tòi, huy động hoặc xây dựng những kiến thức, cách thức hành động

thích hợp để giải quyết nhiệm vụ, nghĩa là đòi hỏi HS tự xác định hành động thích

hợp trong tình huống đang xét [13], [72].

Sự hướng dẫn tìm tòi có hai mức độ khác nhau tùy thuộc vào mức độ đòi hỏi

đối với hành động của HS: Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo (kiểu hướng dẫn trong đó

GV yêu cầu HS tự nghĩ ra cách thức hành động, giải quyết nhiệm vụ, không phải theo

một mẫu có sẵn) và hướng dẫn tìm tòi áp dụng các cách thức hành động theo các

mẫu đã biết (kiểu hướng dẫn trong đó GV yêu cầu HS tự huy động, lựa chọn cách

thức hành động theo các mẫu đã biết để chuyển tải áp dụng vào tình huống đang xét)

[13], [72].

b. Hướng dẫn khái quát chương trình hóa

Là kiểu hướng dẫn được chương trình hóa thành các bước với các yêu cầu từ

cao đến thấp, thu hẹp dần phạm vi, mức độ phải tìm tòi, giải quyết cho vừa sức của

HS [13], [72].

c. Hướng dẫn tái tạo

Là kiểu hướng dẫn trong đó GV hướng dẫn HS vào việc huy động, áp dụng

những kiến thức, cách thức hành động mà HS đã biết hoặc đã được GV chỉ ra một

cách tường minh để HS có thể giải quyết được nhiệm vụ. Với kiểu hướng dẫn này,

HS chỉ cần tái tạo những hành động đã được GV chỉ rõ hoặc những hành động trong

các tình huống đã quen thuộc đối với HS [13], [72].

Hướng dẫn tái tạo có hai mức độ khác nhau tùy thuộc vào mức độ đòi hỏi đối

với hành động của HS: Hướng dẫn tái tạo Angorit (kiểu hướng dẫn trong đó GV chỉ

ra một cách khái quát trình tự các hành động để HS tự mình giải quyết các nhiệm vụ)

và hướng dẫn tái tạo từng thao tác cụ thể, riêng rẽ (hướng dẫn trong đó HS theo

dõi, bắt chước, lặp lại theo thao tác cụ thể mà GV chỉ ra) [13], [72].

Trong quá trình HS xây dựng và sử dụng TBTN thực tập, để tạo cơ hội cho sự

hình thành và phát triển NL nói chung và NLThN nói riêng của HS thông qua các

hành động tìm tòi của HS thì trong tổ chức DH nên thực hiện kiểu hướng dẫn khái

quát hóa chương trình hóa, cụ thể là:

- Sự hướng dẫn ban đầu là hướng dẫn tìm tòi, nghĩa là đòi hỏi HS tự lực tìm

tòi cách giải quyết nhiệm vụ đã đặt ra [13], [72].

- Nếu HS không đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của GV là sự cụ thể

hóa dần từng bước sự hướng dẫn khái quát hóa ban đầu (gợi ý thêm, chi tiết hóa dần)

để thu hẹp dần phạm vi, mức độ phải tìm tòi giải quyết cho vừa sức của của HS [13],

[72].

- Nếu HS vẫn không đáp ứng được thì sự hướng dẫn của GV chuyển dần sang

kiểu hướng dẫn tái tạo. Khi cần thiết phải chuyển sang kiểu hướng dẫn tái tạo thì

trước hết là sử dụng kiểu hướng dẫn tái tạo Angorit (chỉ ra trình tự các hành động,

thao tác) để HS theo đó tự giải quyết nhiệm vụ đã đặt ra [13], [72].

- Nếu HS lại không đáp ứng được thì mới thực hiện sự hướng dẫn tái tạo đối

với từng hành động, thao tác cụ thể, riêng rẽ của trình tự các hành động, thao tác đó

[13], [72].

2.4. Xây dựng và sử dụng TBTN thực tập trong tiến trình dạy học GQVĐ

Sử dụng TBTN là hoạt động không thể thiếu được của tiến trình DH GQVĐ khi

nghiên cứu các kiến thức vật lí mới và khi nghiên cứu các ƯDKT của vật lí [13].

2.4.1. Tiến trình xây dựng kiến thức vật lí theo tiến trình GQVĐ

Tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DH GQVĐ có thể diễn ra theo một

trong hai con đường: Con đường lí thuyết và con đường ThN [13].

TBTN (thường là các dụng cụ TN đơn giản) có thể được sử dụng để tiến

hành TN làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu, nhưng TBTN nhất thiết phải được

sử dụng trong giai đoạn GQVĐ để tiến hành TN kiểm nghiệm kết luận (hoặc hệ

quả của nó) đã được rút ra khi suy luận logic từ các kiến thức mà HS đã biết hoặc

kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết (hoặc hệ quả của nó) [13], [34], [72].

Tiến trình xây dựng kiến thức vật lí theo con đường lí thuyết:

1. Làm nảy sinh VĐ cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát: từ kiến thức cũ, kinh nghiệm, TN, bài tập, truyện kể lịch sử… 2. Phát biểu VĐ cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời) 3. Giải quyết VĐ 3.1. Giải quyết VĐ nhờ suy luận lí thuyết, trong đó có suy luận toán học

- Suy đoán giải pháp GQVĐ:

* Xác định các kiến thức đã biết cần vận dụng. * Xác định cách thức vận dụng các kiến thức này để đi tới câu trả lời.

- Thực hiện giải pháp đã suy đoán để tìm được kết quả.

Làm thế nào để kiểm nghiệm nhờ TN kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết? 3.2. Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết nhờ TN

- Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ TN:

* Phân tích xem có thể kiểm nghiệm trực tiếp nhờ TN kết quả thu được từ suy

luận lí thuyết không?

* Nếu không được, suy luận lôgic từ kết quả này ra hệ quả kiểm nghiệm được nhờ

TN. - Thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu được từ suy luận lí thuyết hoặc hệ quả của nó: • Nếu đã có sẵn TBTN để thực hiện TN, thiết kế phương án với TBTN này: xác định các bộ phận của TBTN và các dụng cụ khác cần sử dụng, cách lắp ráp, bố trí các bộ phận, các bước tiến hành TN, thu thập dữ liệu TN định tính và định lượng, cách xử lí các dữ liệu TN này để đi tới kết quả TN

• Nếu chưa có TBTN để thực hiện TN, thiết kế và chế tạo TBTN. Sau đó thiết kế phương án TN với TBTN đã chế tạo, xác định các dụng cụ cần sử dụng ngoài TBTN, cách lắp ráp, bố trí các bộ phận, các bước tiến hành TN, thu thập dữ liệu TN định tính và định lượng, cách xử lí các dữ liệu TN này để đi tới kết quả TN. - Thực hiện TN: Lập kế hoạch TN, lắp ráp, bố trí và tiến hành TN, thu thập và xử lí

các dữ liệu TN để đi tới kết quả.

4. Rút ra kết luận

Đối chiếu kết quả TN với kết quả đã rút ra từ suy luận lí thuyết. Có 2 khả năng xảy ra:

- Nếu kết quả TN phù hợp với kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết thì kết quả

này trở thành kiến thức mới.

- Nếu kết quả TN không phù hợp với kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết thì cần kiểm tra lại quá trình TN và quá trình suy luận từ các kiến thức đã biết. Nếu quá trình TN đã đảm bảo điều kiện mà TN cần tuân thủ và quá trình suy luận không mắc sai lầm thì kết quả TN đòi hỏi phải đề xuất giả thuyết. Quá trình kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết này sau đó sẽ dẫn tới kiến thức mới bổ sung, sửa đổi những kiến thức đã vận dụng lúc đầu làm tiên đề cho suy luận lí thuyết.

Sơ đồ 2.1. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức vật lí

theo con đường lí thuyết

Tuy nhiên tiến trình DH GQVĐ một số kiến thức vật lí (các kiến thức về định

luật vạn vật hấp dẫn, định luật Coulomb, và phóng xạ...) trong chương trình vật lí phổ

thông không thể theo đúng các giai đoạn của con đường lí thuyết (vì kiến thức mới

không thể suy ra từ các kiến thức đã biết vì HS chưa được học những kiến thức cần

sử dụng để suy luận logic từ chúng ra câu trả lời cho vấn đề cần giải quyết) và cũng

không thể theo các giai đoạn của con đường ThN vì HS không có đủ cơ sở để đưa ra

giả thuyết (dự đoán phải có căn cứ, lí lẽ) [72]. Trong những trường hợp này, bằng

cách tìm hiểu cách thức hình thành kiến thức mới trong lịch sử nghiên cứu vật lí, HS

tiếp nhận kiến thức cần học (câu trả lời cho vấn đề cần nghiên cứu) [72]. Sau đó, dưới

sự hướng dẫn của GV, HS thiết kế và thực hiện phương án TN để kiểm nghiệm lại

kiến thức vừa tiếp nhận hoặc hệ quả của nó.

Tiến trình xây dựng những kiến thức này diễn ra theo các giai đoạn sau:

1. Nêu tình huống – phát hiện vấn đề chứa đựng (tiềm ẩn) trong tình huống 2. Phát biểu VĐ cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời) 3. Giải quyết VĐ 3.1. Tìm hiểu cách thức GQVĐ đi tới kiến thức mới trong lịch sử nghiên cứu vật lí 3.2. Kiểm tra tính đúng đắn của kiến thức mới nhờ TN

- Xác định nội dung cần kiểm tra nhờ TN:

* Phân tích xem có thể kiểm tra trực tiếp nhờ TN tính đúng đắn của kiến thức đã

tiếp nhận không?

* Nếu không được, suy luận lôgic từ kiến thức ra hệ quả kiểm tra được trực tiếp

nhờ TN. - Thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm kết quả đã thu được từ suy luận lí thuyết hoặc hệ quả của nó: • Nếu đã có sẵn TBTN để thực hiện TN, thiết kế phương án với TBTN này: xác định

các bộ phận của TBTN và các dụng cụ khác cần sử dụng, cách lắp ráp, bố trí các bộ phận, các bước tiến hành TN, thu thập dữ liệu TN định tính và định lượng, cách xử lí các dữ liệu TN này để đi tới kết quả TN

các dữ liệu TN để đi tới kết quả.

4. Rút ra kết luận Đối chiếu kết quả TN với kiến thức đã được tiếp nhận. Có 2 khả năng xảy ra: - Nếu kết quả TN phù hợp với kiến thức (hệ quả) đã được tiếp nhận thì tính đúng đắn của kiến thức này được khẳng định. - Nếu kết quả TN không phù hợp với kiến thức (hệ quả) đã được tiếp nhận thì phải kiểm tra lại quá trình TN (đã đảm bảo điều kiện mà TN cần tuân thủ hay chưa)? Và quá trình suy luận từ kiến thức đã tiếp nhận ra hệ quả (có mắc sai lầm nào hay không)?

Sơ đồ 2.2. Tiến trình xây dựng kiến thức vật lí theo kiểu tìm hiểu lịch sử

hình thành kiến thức vật lí

2.4.2. Tiến trình nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của vật lí theo triến trình GQVĐ

Ứng dụng kĩ thuật (ƯDKT) của vật lí được hiểu là tất cả các phương tiện vật

chất (thiết bị, máy móc) có tính năng, tác dụng nhất định do con người chế tạo và sử

dụng nhằm thoả mãn các nhu cầu xác định của mình (đáp ứng được những yêu cầu

nhất định, giải quyết được một nhiệm vụ cụ thể nào đó trong sản xuất và đời sống)

mà nguyên tắc HĐ của chúng dựa trên các kiến thức (các khái niệm, định luật, nguyên

tắc) vật lí [13], [72].

ƯDKT của vật lí là một trong những nội dung dạy học vật lí ở trường phổ

thông. Đề cập các ƯDKT của vật lí trong dạy học là đề cập tới mục đích sử dụng,

nguyên tắc cấu tạo và hoạt động về mặt vật lí của thiết bị kĩ thuật (TBKT), mà không

chú ý nhiều đến những chi tiết, những giải pháp kĩ thuật nhằm nâng cao hiệu quả của

TBKT [13], [72].

- Dạy học ƯDKT của vật lí được tiến hành theo hai con đường:

• Con đường 1: Tìm hiểu bản thân TBKT, nguyên tắc cấu tạo, hoạt động của nó và đi

tới làm sáng tỏ cơ sở vật lí của TBKT [13].

• Con đường 2: Dựa trên những kiến thức, kĩ năng mà HS đã có, thiết kế, chế tạo

TBKT có một chức năng nào đó (đáp ứng được một yêu cầu kĩ thuật xác định), giải

quyết một nhiệm vụ cụ thể trong sản xuất và đời sống [13].

Như vậy, dạy học ƯDKT của vật lí theo hai con đường thực chất là sự vận

dụng của kiểu DH GQVĐ. Ứng với dạy học theo từng con đường thì VĐ cần giải

quyết là khác nhau và vì vậy, cách thức GQVĐ nói chung và mục đích sử dụng, cách

thức sử dụng TBTN (mô hình vật chất - chức năng của TBKT) cũng có nét khác nhau

[13]. Tiến trình DH ƯDKT của vật lí theo con đường 1 diễn ra theo các giai đoạn sau:

1. Đề xuất vấn đề cần nghiên cứu - Xác định nhiệm vụ (chức năng) của TBKT. - Tìm hiểu xem TBKT có nguyên tắc cấu tạo, hoạt động như thế nào để đáp ứng được nhiệm vụ (chức năng) đó. 2. Nghiên cứu cấu tạo, chức năng các bộ phận của TBKT, mối liên kết giữa chúng để giải thích nguyên tắc hoạt động của TBKT, đưa ra được mô hình của TBKT

- Quan sát bên trong TBKT và cho TBKT vận hành để xác định được tác động ở

đầu vào, kết quả thu được ở đầu ra.

- Tìm hiểu cấu tạo bên trong của TBKT: Xác định các bộ phận chính, cấu tạo và chức năng của từng bộ phận chính, mối liên kết giữa các bộ phận này trong việc tạo ra quá trình hoạt động khi TBKT vận hành (Ở đây, có thể sử dụng các hình vẽ bổ dọc, bổ ngang TBKT và nếu được, khi cần thiết, tháo rời dần các bộ phận của TBKT).

- Từ cấu tạo, sự vận hành của TBKT, phát hiệu ra những mối liên hệ có tính quy luật (các định luật, nguyên lí VL) đã biết tồn tại trong TBKT, giúp giải thích được NTHĐ của TBKT (tại sao đầu vào thế này, nhờ cấu tạo như vậy, TBKT lại cho đầu ra như thế?). - Đưa ra mô hình (mô hình hình vẽ) của TBKT chỉ chứa những bộ phận chính và

minh họa được NTHĐ của TBKT. 3. Chế tạo và vận hành mô hình vật chất – chức năng để minh họa nguyên tắc hoạt động đã xác định của TBKT

- Dựa trên các phương án thiết kế khả thi TBKT đã lựa chọn, chế tạo các mô hình

vật chất – chức năng của TBKT.

- Vận hành các mô hình vật chất – chức năng để kiểm tra tính đúng đắn, hợp lí của các phương án thiết kế đã lựa chọn, bổ sung, chỉnh sửa các mô hình vật chất – chức năng.

4. Nêu thêm chức năng của các bộ phận khác trong TBKT để làm tăng thêm hiệu

quả của TBKT.

Sơ đồ 2.3. Tiến trình DH ƯDKT của vật lí theo con đường 1

2.5. Các biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm của HS trong dạy học vật lí

Qua việc nghiên cứu tổng quan các đề tài đã đề cập đến các biện pháp để bồi

dưỡng, phát triển NLThN của HS, SV, chúng tôi nhận thấy các biện pháp mà các

tác giả Nguyễn Thị Nhị [36], Xaypaseut [25] và Nguyễn Văn Nghĩa [26]… đã đề

xuất có sự trùng lặp về nội hàm như: tăng cường cho HS tham gia các hoạt động

thực hiện TN trong DH, tổ chức DH có ƯDKT của vật lí, tổ chức cho HS chế tạo

TBTN mới…

Theo quan điểm giáo dục học, NL chỉ phát triển nếu nó gắn với HĐ và thông

qua HĐ. Từ góc độ tâm lí, để NL được phát triển, cần phải đảm bảo những điều

kiện sau trong DH: HS có động cơ, thái độ học tập tốt; GV gây hứng thú và kích

thích HS tích cực tham gia hoạt động tìm tòi sáng tạo; GV tổ chức cho HS được

tham gia nhiều vào HĐ tìm tòi khám phá, giải quyết vấn đề thực tiễn. Có nghĩa là

GV cần xây dựng tình huống nhưng phải làm cho HS tiếp nhận tình huống, thúc đẩy

động cơ, tình cảm, trách nhiệm… để HS tự nguyện tham gia hợp tác thực hiện nhiệm

vụ.

Cũng như mọi loại NL khác, NLThN chỉ được hình thành và phát triển trong

các hoạt động ThN tích cực, tự lực và thường xuyên của HS. Vì vậy GV cần có kế

hoạch bồi dưỡng NLThN của HS trong toàn bộ quá trình DH, từ giai đoạn làm nảy

sinh vấn đề cần nghiên cứu; giai đoạn GQVĐ để đi tới hình thành kiến thức mới; giai

đoạn vận dụng kiến thức, kĩ năng đã thu được tới cả giai đoạn kiểm tra, đánh giá kiến

thức, kĩ năng đã thu được của HS. Trong giai đoạn vận dụng kiến thức, kĩ năng đã thu

được, NLThN sẽ được bồi dưỡng thông qua việc giải các bài tập TN và việc nghiên cứu

các ƯDKT của vật lí trong đời sống và sản xuất. Nội dung các bài tập TN giao cho HS

dưới hai dạng: yêu cầu HS vận dụng các kiến thức đã học để dự đoán kết quả định tính

và định lượng của TN, rồi tiến hành TN kiểm nghiệm lại dự đoán đã đưa ra hoặc yêu cầu

HS tiến hành TN trước, rồi giải thích các kết quả TN nhờ vận dụng kiến thức đã biết.

Để bồi dưỡng các thành tố với nhiều nhất các chỉ số hành vi của NLThN, các

nhiệm vụ ThN giao cho HS không chỉ được thực hiện với các TBTN có sẵn, mà còn

với cả TBTN đòi hỏi HS phải thiết kế, chế tạo hoặc cải tiến, hoàn thiện. Trong quá

trình HS thực hiện nhiệm vụ ThN, HS sẽ gặp khó khăn và mắc phải những sai sót. Sự

hướng dẫn, giúp đỡ của GV cần theo kiểu hướng dẫn khái quát chương trình hóa, thu

hẹp dần phạm vi, mức độ phải tìm tòi giải quyết của HS.

Trong luận án chúng tôi sử dụng các biện pháp để bồi dưỡng NLThN của HS

như sau:

- Tổ chức dạy học các kiến thức PX theo kiểu dạy học GQVĐ (trong đó có các

hoạt động hướng dẫn HS chế tạo TBTN để thực hiện TN và HS thực hiện TN với

TBTN do GV chế tạo).

- Sử dụng các kiểu hướng dẫn HS phù hợp trong quá trình hướng dẫn HS thiết

kế, chế tạo TBTN và thực hiện TN: Từ hướng dẫn tìm tòi → hướng dẫn khái quát hoá

→ hướng dẫn tái tạo, tuỳ theo mức độ khó của hành vi và mức độ tự lực trong các

nhiệm vụ mà GV yêu cầu HS thực hiện.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

- Dựa vào các giai đoạn của quá trình TN, đề tài đã định nghĩa và bổ sung cấu

trúc của NLThN, trong đó có các chỉ số hành vi ứng với trường hợp thực hiệnTN đòi

hỏi phải xây dựng (thiết kế, chế tạo) TBTN.

- TBTN thực tập có nhiều chức năng khác nhau và đem lại nhiều hiệu quả giáo

dục trong DH vật lí. Các TBTN thực tập được xây dựng theo qui trình nhất định và cần

đáp ứng các yêu cầu đối với TBTN thực tập được sử dụng trong DH vật lí.

- Việc sử dụng TBTN thực tập diễn ra theo quy trình nhất định trong tiến trình

DH GQVĐ khi nghiên cứu kiến thức vật lí mới và khi nghiên cứu ƯDKT của vật lí.

Những nội dung lí luận về việc xây dựng và sử dụng TBTN thực tập trong DH

vật lí đã nghiên cứu là cơ sở lí luận quan trọng chỉ đạo quá trình GV hướng dẫn HS

xây dựng và sử dụng các TBTN trong DH các kiến thức về PX mà chúng tôi sẽ đề

cập ở Chương 3 của luận án.

CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ

3.1. Phân tích mục tiêu dạy học các kiến thức về phóng xạ, vật lí lớp 12

Theo chương trình môn vật lí lớp 12 hiện hành, “Phóng xạ” là một bài học trong

chương “Hạt nhân nguyên tử”. Mục tiêu kiến thức, kĩ năng mà HS cần đạt được:

- Nêu được hiện tượng phóng xạ là gì, bản chất của các tia phóng xạ.

- Phát biểu được định luật phóng xạ và viết được hệ thức của định luật này.

- Nêu được độ phóng xạ, viết được công thức tính độ phóng xạ.

- Nêu được ứng dụng của các đồng vị phóng xạ.

Trong chương trình môn vật lí 2018 [73], nội dung “Sự phóng xạ và chu kì bán

rã” là một phần trong chủ đề “Vật lí hạt nhân và phóng xạ”. Các yêu cầu cần đạt về

năng lực được mô tả như sau:

Bảng 3.1. Các yêu cầu cần đạt về nội dung kiến thức phần Vật lí HN và phóng xạ

– Nêu được bản chất tự phát và ngẫu nhiên của sự phân rã phóng

xạ

– Định nghĩa được độ phóng xạ, hằng số phóng xạ và vận dụng

được liên hệ H = λN

– Vận dụng được công thức x = x0.e–t, với x là độ phóng xạ, số hạt

Sự phóng xạ và chưa phân rã hoặc tốc độ số hạt đếm được

chu kì bán rã – Định nghĩa được chu kì bán rã

– Mô tả được sơ lược một số tính chất của các phóng xạ α, β và γ

– Nhận biết được dấu hiệu vị trí có phóng xạ thông qua các biển

báo

– Nêu được các nguyên tắc an toàn phóng xạ; tuân thủ quy tắc an

toàn phóng xạ

Nhìn chung, nội dung kiến thức phần “Phóng xạ” trong cả hai chương trình

không có nhiều thay đổi, trong Chương trình GDPT 2018 phần nội dung PX có thêm

YCCĐ về một số nguyên tắc an toàn PX như: nhận biết được dấu hiệu vị trí có PX

thông qua biển báo, nêu được các nguyên tắc an toàn PX và tuân thủ chúng. Theo

chúng tôi, các yêu cầu về năng lực mà HS cần đạt được khi học các kiến thức phần

này chỉ ở mức thấp nhất: định nghĩa được, mô tả được, nhận biết được, nêu được;

vận dụng công thức để giải các bài tập định lượng. Những mục tiêu về bồi dưỡng NL

của HS ở mức cao hơn như áp dụng, phân tích, đánh giá và sáng tạo không được đề

cập. Do đó DH phần PX cần được bổ sung mục tiêu bồi dưỡng NL, nhất là mục tiêu

bồi dưỡng NL GQVĐ, trong đó có NLThN. Bên cạnh đó, cần phải đưa những ƯDKT

của các kiến thức về PX vào DH. Để đạt được những mục tiêu này đòi hỏi chúng tôi

phải chế tạo và sử dụng TBTN PX.

3.2. Nội dung các kiến thức về phóng xạ và các thí nghiệm về phóng xạ cần được

tiến hành trong dạy học ở chương trình vật lí lớp 12

3.2.1. Nội dung các kiến thức về phóng xạ

- Định nghĩa: Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân không bền vững, tự

phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác.

A → B + tia phóng xạ

A được gọi là hạt nhân mẹ, B gọi là hạt nhân con.

- Bản chất: là quá trình biến đổi của hạt nhân.

- Đặc điểm: Hiện tượng PX diễn ra một cách tự phát, do các nguyên nhân bên trong

HN gây ra và hoàn toàn không chịu tác động của các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ,

áp suất… Phân rã PX là một quá trình ngẫu nhiên, không thể dự đoán khi nào một

nguyên tử cụ thể sẽ phân rã, bất kể nguyên tử đó đã tồn tại bao lâu.

- Định luật PX: Số hạt nhân PX giảm dần theo

thời gian theo qui luật hàm số mũ:

N = 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡

Với:

+ N0 là số hạt nhân của chất PX ban đầu tại

thời điểm t=0

+ N là số hạt nhân của chất PX tại thời điểm t

Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự suy

giảm của số hạt nhân PX

(số hạt nhân PX còn lại theo thời gian t) + λ (s-1) là hằng số PX

theo thời gian

- Các đại lượng đặc trưng cho chất PX:

𝑙𝑛2

+ Chu kì bán rã (T): Là thời gian để 50% số hạt nhân hiện có tại thời điểm khảo sát

bị phân rã, T= (s)

+ Độ phóng xạ/ hoạt độ PX (kí hiệu H) đặc trưng cho tính PX mạnh hay yếu của một

lượng chất PX nhất định. Độ phóng xạ của một lượng chất PX được đo bằng số phân

rã trong 1 giây.

𝐻 = − = 𝜆. 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡 = 𝜆. 𝑁 𝑑𝑁 𝑑𝑡

Đơn vị: Bq (phân rã/giây); hoặc Ci, 1Ci = 3,7.1010Bq

- Có 3 loại tia phóng xạ: tia alpha (kí hiệu α), tia beta (β) và tia gamma (γ).

Bảng 3.2. Phân loại và đặc điểm của các loại tia PX

Tia alpha (α)

Tia beta (β)

Tia gamma (γ)

Phân loại Đặc điểm

Bản chất

- Là dòng các hạt nhân của nguyên tử Heli (kí hiệu 𝐻𝑒2 ) phóng ra từ hạt nhân với tốc độ 2.107m/s. - Phương trình PX: 𝐴−4 𝐴 𝑌𝑍−2 𝑋 → 𝑧

4 + 𝐻𝑒2

- Tia γ là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn cũng là hạt photon có năng lượng cao. - Có nhiều loại tia γ với bước sóng và năng lượng khác nhau. Tốc độ bằng tốc độ ánh sáng.

- PX β- là dòng các electron, PX β+ là dòng các positron; phóng ra từ hạt nhân với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng. - Phương trình: 𝐴 𝐴 β−: 𝑋 → 𝑌𝑍+1 𝑧 𝐴 𝐴 β+: 𝑋 → 𝑌𝑍−1 𝑧

0 + 𝑒−1 0 + 𝑒1

Ion hoá

- Ion hoá môi trường mạnh

- Ion hóa môi trường nhưng yếu hơn tia α

- Khả năng ion hoá yếu hơn tia α và β

- Đi được khoảng vài cm trong không khí

- Quãng đường đi dài hơn tia α và β

Quãng đường đi được

- Đi được quãng đường dài hơn α, khoảng vài mét trong không khí

- Không xuyên qua được tấm bìa dày 1mm

Khả năng đâm xuyên

- Tia γ có khả năng đâm xuyên lớn hơn nhiều so với tia α và β

- Bị lệch trong điện trường và từ trường

Bị lệch trong từ trường và điện trường

- Khả năng đâm xuyên tốt hơn tia α, có thể xuyên qua tấm nhôm 1mm - Bị lệch trong điện trường và từ trường nhiều hơn tia α

- Không bị lệch trong điện từ trường và trường

3.2.2. Đặc điểm của các kiến thức phóng xạ và các thí nghiệm về phóng xạ cần

được tiến hành

a) Đặc điểm của các kiến thức về PX

Việc tổng hợp các nội dung kiến thức về PX mà HS cần học cho thấy các kiến

thức về PX có tính trừu tượng. Do các tia PX không thể nhìn thấy được trực tiếp bằng

mắt thường trong môi trường không khí nên dạy học các kiến thức này không sử dụng

được vốn kinh nghiệm sống hàng ngày của HS.

Việc phát hiện sự tồn tại của từng loại tia PX và việc phân biệt chúng với nhau

phải thông qua đặc điểm của từng loại tia PX (các hiệu ứng do chúng gây ra).

b) TN về PX cần được tiến hành trong DH

Nội dung các kiến thức PX mà HS cần học đòi hỏi các TN về PX cần được

tiến hành trong DH:

• TN kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của sự PX.

• Các TN về sự lệch khác nhau của tia α, tia β, và không bị lệch của tia γ trong

điện trường và từ trường (do bản chất khác nhau của chúng).

• Các TN về một số đặc điểm của tia PX: làm ion hoá môi trường, quãng đường

đi được của tia α, tia β và khả năng đâm xuyên khác nhau của tia α, tia β, và tia γ.

• TN kiểm nghiệm biểu thức của định luật PX.

• Các TN minh hoạ NTHĐ của một số ƯDKT của các kiến thức về PX.

Do thời gian có hạn, đề tài chỉ tổ chức cho HS nghiên cứu TN kiểm nghiệm

tính ngẫu nhiên của sự PX; các TN kiểm nghiệm một số đặc điểm của 3 loại tia PX

(khả năng làm ion hoá khác nhau của tia α và tia β, quãng đường đi được khác nhau

của tia α và tia β, các TN về khả năng đâm xuyên khác nhau của tia α, tia β và tia γ;

TN kiểm nghiệm biểu thức của định luật PX và TN minh hoạ NTHĐ của TBKT sử

dụng tia γ để phát hiện vị trí khuyết tật bên trong vật liệu hay vị trí tắc nghẽn bên

trong đường ống. Những TN trên là đủ phân biệt được 3 loại tia PX.

3.3. Xây dựng các thiết bị thí nghiệm về phóng xạ

3.3.1. Sự cần thiết phải xây dựng các TBTN về phóng xạ

Việc tiến hành các TN về PX đòi hỏi phải có các TBTN tương ứng. Vì hiện

nay, các TBTN về PX không có ở trường THPT nên trên cơ sở tìm hiểu các thông tin

về những TBTN về PX đã có ở nước ngoài, phân tích tính khả thi của việc chế tạo

chúng, 5 TBTN sau đã được chúng tôi nghiên cứu để thiết kế, chế tạo:

- Buồng sương Wilson (buồng mây) sử dụng đá khô

- Buồng sương sử dụng chip Peltier

- Thiết bị phát hiện tia PX alpha-beta nhờ tia lửa điện (cao áp đánh lửa)

- Đầu dò sử dụng ống đếm Geiger-Müller

- Hệ thống đầu dò sử dụng ống đếm G-M điều khiển tự động từ xa qua Wifi…

Một số TBTN đề cập ở trên có thể giao cho HS nghiên cứu để thiết kế, chế tạo

dưới sự hướng dẫn của GV như buồng sương hoặc cao áp đánh lửa. Việc giao nhiệm

vụ cho HS chế tạo TBTN có tính khả thi bởi vì nhiều bộ phận của các TBTN nói trên

có thể mua được trên thị trường. Ngoài ra các bộ phận còn lại của những TBTN này

có thể dễ dàng chế tạo từ các vật liệu đơn giản, dễ kiếm, rẻ tiền. Việc giao nhiệm vụ

cho HS thực hiện các hoạt động như thiết kế, chế tạo TBTN có tác dụng bồi dưỡng

NLThN cho HS.

3.3.2. Nguồn phóng xạ và mức độ an toàn

Nguồn PX gần như là bắt buộc đối với bất kỳ TN về PX nào. Ở Việt Nam,

nguồn PX có ở các cơ sở nghiên cứu HN và một số trường đại học, tuy nhiên các

nguồn PX này không phù hợp sử dụng trong các TN ở phổ thông vì hoạt độ PX cao,

có thể gây nguy hiểm cho người làm TN. Chúng tôi sử dụng các nguồn PX sau:

+ Mẫu đất tự nhiên có chứa một lượng nhỏ đồng vị PX Uranium, Radium (được

xác định bằng đầu dò bán dẫn HpGe)... có độ PX cao hơn đất bình thường. Các mẫu này

phát ra tia α và β, và được sử dụng để tiến hành TN trong buồng sương hoặc cao áp đánh

lửa. Các nguồn này là đất tự nhiên nên an toàn cho HS tiến hành TN.

+ Nguồn PX Stronti (Sr-90) phát tia β được mượn tại Trung tâm Hạt nhân

Tp.HCM. Nguồn PX này được GV sử dụng để thực hiện TN kiểm nghiệm khả năng

đâm xuyên của tia β và ghi lại video TN.

+ Nguồn PX γ (Co-60, Cs-137...) tại phòng TN vật lí HN của trường Đại học

Sư phạm Tp.HCM (HCMUE). Các nguồn này có độ phóng xạ khoảng 1microCi

(1µCi), rất nhỏ, phù hợp cho HS làm TN.

Hình 3.2. Bộ nguồn PX gamma tại Phòng thí nghiệm Hạt nhân, trường Đại học Sư

phạm Tp.HCM

+ Nguồn PX Technetium (Tc-99m) có chu kì bán rã khoảng 6h được mượn tại

Bệnh viện 175, Tp. HCM. Nguồn PX này có chu kì bán rã nhỏ để GV tiến hành TN

kiểm nghiệm định luật PX và ghi lại video TN.

* Các biện pháp an toàn PX luôn là một mối quan tâm lớn khi tiến hành các

TN với nguồn PX. Tia PX α, β không có khả năng đâm xuyên tốt, chúng không thể

đâm xuyên qua da người và gây các tác động xấu đến cơ thể, chúng chỉ nguy hiểm

khi chiếu xạ bên trong từ các chất PX mà chúng ta đưa vào cơ thể thông qua thức ăn,

nước... hoặc thông qua không khí khi chúng ta hít thở. Trong tài liệu về sử dụng và

bảo quản nguồn PX của chính phủ Úc có ghi rằng việc sử dụng vật liệu PX tại các

trường học không nên bị nghiêm trọng hóa. Các nguồn PX có thể được sử dụng trong

trường học bao gồm một lượng nhỏ có thể lên đến 100 g hợp chất Uranium dưới dạng

hóa chất, hoặc đá PX [74]… Ở vương quốc Anh, ngoài các vật liệu PX tự nhiên, HS

trên 16 tuổi được sử dụng các nguồn PX gamma có hoạt độ nhỏ hơn 10µCi dưới sự

hướng dẫn và giám sát của GV [75].

* Ở Việt Nam, chưa có qui định hay hướng dẫn HS về việc sử dụng nguồn PX

trong DH các kiến thức này. Tuy nhiên, chúng tôi cũng đã tính toán liều hấp thụ khi

một HS tiến hành TN với nguồn PX γ từ nguồn Cs-137 hoặc Co-60 có hoạt độ 1µCi

𝐴

ở khoảng cách trung bình 0,5 m trong thời gian khoảng 3 giờ:

𝑟2 × 𝑡 = 0.33 ×

0.52 × 3= 3.96 µR= 0.00396 mSv

𝐷 = 𝑘𝛾 ×

→ Liều lượng này là an toàn theo Varans [76] (Cục An toàn bức xạ và hạt

nhân Việt Nam), ICRP (Ủy ban Quốc tế về Bảo vệ Phóng xạ) [77], IAEA (Cơ quan

Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (1 millisievert/năm) [78] .

3.3.3. Buồng sương sử dụng đá khô

Buồng sương (buồng mây) được phát minh bởi C.T.R. Wilson [79]. Buồng

sương hoạt động dựa trên tính chất ion hóa mạnh môi trường của các loại tia PX α,

β. Mặc dù buồng sương có cấu trúc tương đối đơn giản, Wilson đã giành được giải

thưởng Nobel vật lí với sáng chế này. Trong môi trường hơi bão hòa với mật độ lớn

bên trong buồng sương, đường đi của các tia PX α, β có thể tạo thành những vết,

tương tự như vệt máy bay phản lực ở trên bầu trời.

a) Chức năng:

Buồng sương dùng để ghi nhận và quan sát quĩ đạo (vết) của tia PX α, β; có

thể dùng để tiến hành các TN kiểm nghiệm một số đặc điểm của tia  và tia  như:

tính chất ion hoá, quãng đường đi được, khả năng đâm xuyên.

b) Nguyên lý hoạt động:

Hạt  và  phóng ra môi trường tương tác với các phân tử khí khác trên đường

đi và tạo ra các ion mang điện. Đối với môi trường có mật độ của khí tạo mây cao

(khí tạo mây là khí có tính phân cực, có thể là hơi cồn ở trạng thái siêu bão hòa), các

ion này đóng vai trò là tâm ngưng tụ và hút các phân tử khí tạo mây gần nó tạo thành

các giọt nước nhỏ (hoặc giọt cồn nhỏ) hình thành dọc theo đường đi của hạt PX giống

như vệt mây tạo ra từ máy bay bay trên bầu trời. Các vệt này có thể được quan sát

bằng mắt thường.

Hình 3.3. Nguyên lý tạo thành vệt sương của các tia PX α, β trong buồng sương.

Một buồng sương có thể được chế tạo theo nhiều cách, nhưng nguyên tắc giống

nhau là tạo ra một môi trường hơi đạt đến trạng thái siêu bão hoà, có mật độ lớn ở

bên trong buồng. Buồng sương có thể được chế tạo từ các nguyên vật liệu đơn giản,

dễ tìm và có giá thành rẻ như: Hộp thuỷ tinh hình trụ tròn, keo, mút xốp, bao ni lông

đen... Trong nội dung luận án, chúng tôi sẽ đưa ra hai cách chế tạo buồng sương sử dụng nguồn lạnh là đá khô (là dạng rắn của CO2 ở nhiệt độ - 78,50C) và một cải tiến

của nó là buồng sương hoạt động bằng sò nóng lạnh (chip Peltier).

c) Chế tạo buồng sương hoạt động sử dụng đá khô:

Buồng sương được chế tạo từ hộp thủy tinh hình trụ với bán kính đáy và chiều

cao từ 5cm đến 7cm, có thể dùng hộp đựng thức ăn bằng thuỷ tinh có bán ở thị trường.

b) a)

Hình 3.4. Hình vẽ buồng sương (a) và hình vẽ mặt cắt dọc thiết kế buồng sương sử

dụng đá khô (b)

- Gắn các miếng mút xốp vào xung quanh thành trong của hộp để trữ cồn.

- Thay thế phần nhựa trên nắp của hộp bằng một miếng nhôm tròn vừa với nắp

hộp. Mặt nằm bên trong hộp của nắp nhôm được dán kín bằng một miếng nylon đen

mỏng (Nắp nhôm có tác dụng làm tăng hiệu quả làm lạnh của đá khô, còn mặt đen

của nắp tạo ra sự tương phản giúp quan sát dễ dàng hơn các vệt hơi màu trắng).

d) Cho buồng sương hoạt động để quan sát vệt của tia , β:

- Cho một lượng cồn (isopropyl) 99% vào các miếng mút xốp để tạo hơi

cồn ở trạng thái siêu bão hoà.

- Đặt nguồn PX vào và đậy kín buồng sương. Đặt buồng lên trên đá khô.

TN được tiến hành ở nơi tối hoặc tắt hết đèn trong phòng. Sau vài phút, buồng

sẽ chứa đầy hơi bão hoà, dùng đèn pin để soi vào buồng sẽ quan sát được các vệt của

các tia PX xung quanh nguồn (Hình 3.5 b).

Hình 3.5. Buồng sương hoàn chỉnh và vệt của tia PX trong buồng sương.

* Chúng ta có thể chế tạo buồng sương đơn giản hơn bằng cách đặt trực tiếp

hộp thuỷ tinh lên đá khô. Phần đáy hộp tiếp xúc với đá khô. Nắp đậy có thể sử dụng

màng bọc thực phẩm hoặc nắp thuỷ tinh. Tuy nhiên hiệu quả truyền nhiệt giữa đá

khô với buồng sương qua thuỷ tinh không tốt bằng nhôm nên vết các tia PX sẽ mờ và

khó quan sát hơn.

* Trong một số trường hợp, chúng ta không quan sát được hiện tượng xảy ra,

hoặc các vệt hơi mờ, không quan sát rõ. Dưới đây là một số nguyên nhân có thể xảy

ra để khắc phục:

+ Buồng sương quá nhỏ nên hơi cồn siêu bão hòa dễ dàng bị ngưng tụ ở mặt

trên buồng sương, cản trở việc quan sát.

+ Buồng sương không được đậy kín.

+ Các vật liệu ở đáy - nơi tiếp xúc giữa buồng sương và đá khô không dẫn

nhiệt tốt.

+ Không có sự tương phản về màu sắc giữa các vệt hơi trắng và nền.

+ Cồn dùng trong TN không đủ nồng độ.

* Một trong những nhược điểm của loại buồng sương này đến từ việc sử dụng

đá khô. Đá khô không được bán rộng rãi ở nhiều nơi, chỉ sử dụng một lần để làm TN

và không thể bảo quản cho các TN tiếp theo trong tủ lạnh bình thường. Một kilogram

đá khô chỉ tồn tại được trung bình 12 giờ ở nhiệt độ phòng [50]. Do đó, khi cần thực

hiện TN trong nhiều ngày, việc mua đá khô sẽ mất nhiều thời gian, và không kinh tế.

Bên cạnh đó, tiếp xúc tay trực tiếp với đá khô có thể bị bỏng lạnh [80]. Vì vậy, chúng

tôi quyết định sử dụng sò nóng lạnh (chip Peltier) thay thế cho đá khô để làm lạnh

không gian bên trong buồng [51]. Khi hoạt động ở điện áp thích hợp, một mặt của

chip được làm nóng và mặt còn lại được làm lạnh. Mặt được làm lạnh của chip được

gắn vào bên trong buồng để tạo ra nhiệt độ đủ lạnh làm ngưng tụ các phân tử cồn bên

trong buồng.

3.3.4. Buồng sương sử dụng chip Peltier

Chip Peltier (sò nóng lạnh) hay còn gọi là tấm bán

dẫn siêu công nghệ có kích thước 4cmx4cm. Tấm

bán dẫn này có bản chất là một lớp tiếp xúc giữa 2

vật liệu, khi có dòng điện qua lớp tiếp xúc này nó

sẽ giúp bơm nhiệt từ vật liệu thứ nhất của lớp tiếp

xúc sang vật liệu kia của lớp tiếp xúc. Hiệu ứng này

ngược lại với hiệu ứng nhiệt điện và được gọi là

Hình 3.6. Sò nóng lạnh – chip

Peltier

hiệu ứng Peltier. Sò nóng lạnh có cấu tạo gồm 2

mặt là mặt lạnh và mặt nóng, cáp dẫn điện.

Buồng sương sử dụng chip Peltier có chức năng và nguyên lý hoạt động tương

tự buồng sương sử dụng đá khô.

a) Sơ đồ thiết kế buồng sương hoạt động bằng chip Peltier:

Hình 3.7. Sơ đồ/ (hình vẽ mặt cắt dọc) buồng sương sử dụng chip Peltier

b) Gia công và lắp ráp:

Vẫn dùng hộp đựng thức ăn bằng thuỷ tinh làm buồng sương.

+ Cắt 2 ô vuông kích thước (4,07x4,07 cm) trên nắp nhựa của buồng và lắp 2 chip

vào hai ô này sao cho mặt lạnh của chip hướng vào bên trong buồng sương và mặt

nóng của chip ở bên ngoài buồng (Hình 3.8 a). Dán kín các khe hở bằng keo.

+ Sau đó, đặt tấm nhôm mỏng lên mặt lạnh của chip để tăng hiệu quả làm lạnh và

đảm bảo nhiệt độ đồng nhất trong toàn bộ buồng (Hình 3.8b), rồi dán miếng nilon

đen mỏng lên trên mặt tấm nhôm để làm nền đen, giúp quan sát các vết hơi màu trắng

trong buồng (Hình 3.8c ).

+ Dùng băng dính cách nhiệt dán xung quanh mặt ngoài thành buồng để tránh nhiệt

bên ngoài truyền vào trong buồng sương.

+ Dán mút xốp xung quanh trong thành buồng để dự trữ cồn.

Hình 3.8. Một số bước gia công, chế tạo buồng sương sử dụng chip Peltier.

c) Quy trình vận hành buồng sương sử dụng chip Peltier hoạt động:

+ Cho một lượng cồn (isopropyl) 99% vào các miếng mút xốp để tạo hơi bão hoà.

Đặt nguồn PX vào bên trong buồng sương rồi đậy nắp nguồn lại.

+ Bôi keo dẫn nhiệt lên mặt nóng của chip Peltier.

+ Đặt bộ tản nhiệt bằng nhôm vào nước đá và đặt buồng sương lên bộ tản nhiệt

bằng nhôm sao cho hai mặt nóng của chip Peltier tiếp xúc với bộ tản nhiệt (Hình

3.9a).

+ Nối cáp dẫn điện của chip vào nguồn điện một chiều 12V sao cho đúng cực.

Bật nguồn để cung cấp điện cho chip Peltier hoạt động và soi đèn pin vào buồng để

quan sát các vệt của tia , β (Hình 3.9 b).

Hình 3.9. Thí nghiệm với buồng sương sử dụng chip Peltier

d) So sánh buồng sương hoạt động bằng đá khô và chip Peltier

Nhiệt độ ở đáy của buồng sương khi chúng tôi sử dụng chip Peltier là -280C

mặc dù theo thông số của nhà sản xuất là -420C. Nhiệt độ ở đáy buồng sương sử dụng

đá khô là -530C. Do đó, đá khô vẫn là lựa chọn tốt hơn cho việc tiến hành TN với

buồng sương nếu ưu tiên việc tạo ra nhiệt độ thấp hơn cho môi trường bên trong. Số

lượng tia quan sát với cùng nguồn PX trong cùng thời gian của buồng sương sử dụng

đá khô nhiều và rõ ràng hơn so với sử dụng chip. Tuy nhiên, buồng sương với chip

Peltier có thể sử dụng mọi lúc khi cần, và tránh các vấn đề khi sử dụng đá khô đã đề

cập ở trên. Khả năng làm lạnh của chip Peltier có thể được cải thiện bằng cách sử

dụng thêm nhiều chip Peltier, nhưng giá thành sẽ cao hơn.

e) Các hoạt động TN với buồng sương

+ Với TBTN buồng sương, chúng ta có thể tiến hành TN kiểm nghiệm khả

năng ion hóa của các tia , β dựa trên sự giải thích về nguyên lý hoạt động của

buồng sương.

+ Khi cho nguồn PX vào buồng sương, và cho buồng sương hoạt động, việc

quan sát các vệt hơi của tia PX trong buồng cũng có thể ước lượng được quãng

đường đi của tia  trong môi trường sương (khoảng vài cm).

+ Để kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia , chúng tôi đặt một tấm bìa

nylon hoặc giấy mỏng gắn trên một giá đỡ ở gần nguồn PX trong buồng sương như

hình 3.10. Kết quả quan sát cho thấy rằng các tia α không thể xuyên qua tấm bìa và

có thể thấy một số tia thậm chí còn bị phản xạ ngược trở lại.

Video về TN tại liên kết này: https://youtu.be/q2tyTmo_bQc

Hình 3.10. Bố trí TN để kiểm nghiệm tính đâm xuyên của tia 

3.3.5. TBTN phát hiện tia phóng xạ alpha, beta nhờ tia lửa điện

Chúng tôi gọi “TBTN phát hiện tia , β nhờ tia lửa điện” này là “Cao áp đánh

lửa”.

a) Chức năng:

Phát hiện tia PX , β bằng cách tạo ra các tia lửa điện và tiếng nổ lách tách khi

các tia , β chiếu vào TBTN. Cao áp đánh lửa có thể thực hiện TN kiểm nghiệm tính

đâm xuyên của hạt , TN kiểm nghiệm quãng đường đi của hạt  trong không khí.

b) Nguyên lí hoạt động:

Dựa trên sự ion hoá mạnh của các tia PX α, β đối với môi trường. Thiết bị này

gồm hai điện cực, Anốt và Catốt. Khi đưa nguồn phát , β lại gần lớp không khí giữa

hai bản cực, lúc này các hạt , β ion hóa lớp không khí này tạo ra các electron tự do

và ion mang điện cưỡng bức. Electron và các ion dưới tác dụng của điện trường sẽ

dịch chuyển có hướng về một trong hai bản cực, trên đường đi, từ một hạt chúng liên

tục va chạm mạnh với các nguyên tử không khí làm ion hóa các nguyên tử không khí

khác tạo thêm các ion mới và electron tự do mới và quá trình này cứ thế diễn ra làm

số electron và ion tăng lên theo cấp số nhân trong quá trình di chuyển tới các bản cực

nên tạo một lượng lớn các hạt mang điện đổ dồn về hai bản cực, hay còn gọi là hiệu

ứng thác lũ điện tử (Hình 3.11). Biểu hiện của hiệu ứng trên là sự phóng điện tạo nên

tia lửa điện và tiếng nổ lách tách.

Hình 3.11. Hiệu ứng thác lũ điện tử.

c) Chế tạo TBTN cao áp đánh lửa:

TBTN gồm các bộ phận sau: 1.Pin có điện áp đầu ra là 3,7V; 2.Module tăng

áp 50kV hay còn gọi là mạch tăng áp, module kích điện cao áp; 3.Công tắc để đóng

1. Pin

2. Module tăng áp

3. Công tắc

4. Catốt

5. Anốt

ngắt TB; 4.Điện cực âm và 5.Điện cực âm (Anốt và Catốt).

Hình 3.12. TBTN cao áp đánh lửa hoàn chỉnh.

+ Điện cực dương (Anốt) là khối trụ kim loại rỗng có bán kính 2cm, cao

khoảng 1,6cm.

+ Dán cố định 2 thanh gỗ dài 9,5cm; rộng 1,5cm; dày 1,8cm cách nhau 9cm

(lớn hơn đường kính của khối trụ Anốt lên giá gỗ).

+ Dùng ốc vít cố định hai thanh đồng cùng kích thước với các thanh gỗ lên

trên các thanh gỗ. Nối khoảng 10 điểm trên 2 thanh đồng bằng các sợi dây đồng dài

10cm song song, cách đều nhau. Các sợi dây dẫn điện cùng với hai thanh đồng tạo

thành điện cực âm (Catốt).

+ Các bộ phận của TBTN được gắn cố định bằng keo trên giá đỡ bằng gỗ.

Sơ đồ kết nối các bộ phận của TBTN được thể hiện ở hình 3.13.

Hình 3.13. Sơ đồ kết nối các bộ phận của cao áp đánh lửa.

Module tăng áp có một mạch tạo xung dùng transitor được nối với cuộn sơ cấp

ít vòng dây của biến áp xung. Do hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch, xung điện có hiệu

điện thế rất cao được tạo ra ngay ở cuộn sơ cấp của biến áp. Vì máy biến áp có lõi

Ferit (từ trở đủ nhỏ ở tần số cao), nên điện áp xoay chiều ở cuộn dây thứ cấp với rất

nhiều vòng dây sẽ rất lớn. Để tiếp tục nâng điện áp này cao hơn nữa và để nắn dòng

xoay chiều thành dòng một chiều, người ta sẽ sử dụng một mạch bội áp. Như vậy,

điện áp một chiều 3,7V ở đầu vào đã được khuếch đại thành điện áp một chiều ở đầu

ra từ khoảng 2kV tới vài trăm kV tuỳ loại module tăng áp. TBTN được chế tạo dã sử

dụng loại mô đun tăng áp 50kV vì module này phù hợp cho việc quan sát hiện tượng

xảy ra trong các TN với TBTN.

d) Một số TN với TBTN cao áp đánh lửa

TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia .

- Bố trí và tiến hành:

+ Bật công tắc cho TBTN hoạt động

+ Đưa nguồn PX lại gần TBTN sẽ có hiện tượng phóng điện xảy ra.

+ Giữ nguyên khoảng cách của nguồn PX và TBTN, dùng một tờ giấy dày

khoảng 1 mm đặt vào giữa nguồn PX và lớp không khí giữa hai điện cực (hình 3.14)

thì thấy hiện tượng phóng điện dừng lại.

- Kết quả: Tia PX α không thể đâm xuyên qua tờ giấy.

Video TN: https://www.youtube.com/watch?v=c-UC42qO_o0

Hình 3.14. Thí nghiệm kiểm nghiệm tính đâm xuyên của hạt 

TN kiểm nghiệm quãng đường đi của hạt  trong không khí.

- Bố trí và tiến hành:

+ Bật công tắc cho TBTN hoạt động

+ Đưa nguồn PX lại gần TBTN sẽ có hiện tượng phóng điện xảy ra

+ Đưa nguồn PX ra xa TBTN từ từ thì các tia lửa điện giảm dần đến khi không

còn nữa. Ngay tại vị trí mà nguồn PX không gây ra hiện tượng phóng điện giữa 2

điện cực ta có khoảng cách từ nguồn PX đến điện cực chính là quãng đường đi của

hạt α trong không khí.

- Kết quả: Quãng đường đi trung bình trong không khí của tia α khoảng 3 - 5 cm.

Video TN: https://www.youtube.com/watch?v=6-vWsoul_0I

* Đánh giá: Các TBTN như buồng sương, cao áp đánh lửa có thể kiểm nghiệm

định tính được một số đặc điểm của tia phóng xạ α, β. Các hiện tượng (hình ảnh, âm

thanh...) mà những thiết bị này tạo ra khá trực quan, tạo hứng thú cho HS khi thực

hiện TN. Việc so sánh ưu, nhược điểm của 3 TBTN được sử dụng để kiểm nghiệm các

đặc điểm của tia phóng xạ ,  được trình bày ở phụ lục 3. Do những TBTN đề cập

ở trên (buồng sương, cao áp đánh lửa) chưa thể kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên

của tia β, do đó HS sẽ quan sát video TN về khả năng đâm xuyên của tia β do GV đã

thực hiện (với ống đếm G-M và nguồn Sr-90) và rút ra kết luận.

3.3.6. Đầu dò sử dụng ống đếm khí Geiger- Müller

Ống đếm Geiger- Müller (G-M) là một phát minh của hai nhà vật lí Hans

Geiger và Walther Müller.

a) Chức năng:

- Phát hiện và ghi đo tia PX γ, một số loại ống có thể ghi đo tia β.

- TBTN này được sử dụng để tiến hành các TN sau: TN kiểm nghiệm tính ngẫu

nhiên của sự PX; TN kiểm nghiệm sự suy giảm của cường độ tia gamma theo koảng

cách d tính từ điểm đặt nguồn; TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia β và tia γ;

TN kiểm nghiệm biểu thức của định luật PX (kiểm nghiệm chu kì bán rã của chất PX)

và TN minh họa NTHĐ của TBKT sử dụng tia γ để phát hiện khuyết tật trong vật liệu.

Trong phạm vi nội dung các kiến thức về PX trong chương trình vật lí THPT và nội dung

các TN về PX cần được tiến hành trong DH vật lí lớp 12, TN về sự phụ thuộc của cường

độ I vào d sẽ không được trình bày trong luận án này.

b) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ống đếm G-M:

- Ống đếm G-M có cấu tạo gồm các phần chính:

+ 2 điện cực, Anốt và Catốt, thường được bố trí như hình 3.15.

+ Vỏ: có thể được làm bằng mica mỏng, hoặc kim loại. Bên trong ống chứa

khí trơ (như Helium, Argon, Neon...) với áp suất thấp.

Hình 3.15. Sơ đồ cấu tạo của ống đếm G-M.

- Nguyên lý hoạt động: Khi bức xạ ion hóa đi vào trong ống, nó sẽ ion hoá các nguyên tử khí trong ống tạo ra các ion mang điện và cả electron. Dưới tác dụng của điện áp cao giữa hai điện cực thì sẽ xảy ra hiện tượng khuếch đại số lượng các hạt mang điện và ion, khi đó các electron và ion sinh ra do hiện tượng ion hoá ban đầu sẽ được gia tốc

tới một năng lượng đủ lớn, làm bản thân chúng tiếp tục gây ra hiện tượng ion hoá tầng tiếp theo, do đó số lượng ion và electron tự do đã được tăng lên. Trước khi chúng tới điện cực số lượng các tầng ion hóa là đủ lớn do đó số lượng các hạt mang điện cũng đủ lớn (hiệu ứng thác lũ). Như vậy chỉ một vài hạt/ bức xạ ban đầu có thể gây ra một xung dòng đủ lớn có thể ghi nhận được. Biên độ của xung tỷ lệ thuận với số lượng bức xạ chiếu vào. Tín hiệu xung điện áp được xử lý và tạo ra số đếm thực tế ghi nhận được từ nguồn PX [81].

Các tia PX chiếu tới ống đếm sẽ được ghi nhận và tạo nên xung/ số đếm. Số lượng xung/ số đếm này tỉ lệ với lượng tia PX chiếu vào. Do đó trong luận án này chúng tôi sử dụng từ “số đếm”, “số xung”, “số lượng xung” ghi nhận từ ống đếm/đầu dò để thay cho các từ như “số lượng tia PX”, “cường độ tia PX”, hay “số lượng photon chiếu tới đầu dò”. c) Chế tạo đầu dò sử dụng ống đếm G-M:

Đầu dò sử dụng ống đếm G-M được chúng tôi chế tạo gồm các bộ phận chính sau: ống đếm G-M (1), mạch điều khiển Arduino và mạch Multi-Funtion Shield (2), mạch tăng áp (3) và nguồn điện (có thể từ pin hoặc Adapter - 4)

Hình 3.16. Các bộ phận của đầu dò sử dụng ống đếm G-M

Bảng 3.3. Các thiết bị cần thiết để chế tạo đầu dò sử dụng ống đếm G-M

STT Thông số kĩ thuật và chức năng

Ống đếm Geiger-Müller (hiệu SBT-11A)

Thông số kĩ thuật:

• Hiệu điện thế hoạt động (DC): 260 - 320 V 1 • Thời gian chết (tại 400 V): 50 µs

• Kích thước: 29x56x23 mm

Có nhiều loại ống G-M trên thị trường, chúng Ống đếm Geiger-Müller

SBT-11A (mặt trước và tôi sử dụng ống G-M loại SBT-11A có một mặt

sau của ống) của vỏ làm bằng mica mỏng. Ống này có thể

ghi nhận được các tia γ, nó còn có thể ghi nhận

được cả tia β vì chúng có thể xuyên qua lớp

màng mica mỏng để đi vào bên trong ống.

Mạch Arduino là một bảng mạch vi điều khiển

nguồn mở, là bộ phận kết nối và điều khiển cả

đầu dò sử dụng ống đếm G-M.

Hiệu điện thế hoạt động: 5 V (DC) (Hiệu điện

thế đầu vào khuyến nghị từ 7-12V với cổng

Mạch Arduino UNO USB, hoặc từ bộ nguồn DC).

Mạch dùng kết hợp với mạch Arduino để cài 2 đặt thời gian, báo tín hiệu khi phát hiện xung

và hiện số xung đếm được lên màn hình. Ngoài

ra mạch có loa phát âm thanh báo hiệu đầu dò

ghi nhận/ phát hiện tia PX chiếu vào.

Các thông số kĩ thuật của mạch Arduino và Mạch Multi-Funtion mạch Multi-Funtion Shield có thể tra được trên Shield Internet.

Mạch dùng để tạo hiệu điện thế thích hợp (tăng

điện áp) từ pin hoặc nguồn điện một chiều để

cung cấp cho ống G-M hoạt động (260-320V)

Thông số kĩ thuật: • Hiệu điện thế vào (DC): 15-12 V Mạch tăng áp 12V-400V

• Hiệu điên thế ra (DC): 45 - 390 V DC

• Công suất: 40 W

1. Ống đếm G-M

2. Mạch tăng áp

3. Mạch Multi-

Funtion Shield

4. Mạch Arduino

5. Nguồn điện

d) Kết nối các bộ phận để tạo thành đầu dò:

Hình 3.17. Sơ đồ kết nối của đầu dò sử dụng ống đếm G-M.

+ Nối cực GND của nguồn lần lượt với GND của: Mạch Arduino, mạch Multi-

function shield, mạch tăng áp 400V-DC.

+ Nối cực dương của nguồn lần lượt với chân 5V của mạch Arduino, chân 5V

của mạch Multi-function shield.

+ Nối cực -400V của mạch tăng áp với GND của mạch Pulse detector.

+ Nối cực dương của dầu dò G-M với cực +400V của mạch tăng áp.

+ Nối cực GND còn lại của mạch Pulse detector với GND của mạch Multi-

function shield.

+ Nối chân tín hiệu VCC của mạch Pulse Detector với chân VCC của mạch

Multi-function shield.

+ Nối chân GND của mạch Multi-function shield với chân GND của mạch

Arduino.

+ Nối chân 0,1,2,3,4,5,6,7 của mạch Arduino với chân 0,1,2,3,4,5,6,7 của

mạch Multi-function shield (trong thực tế chỉ cần cắm trực tiếp mạch Multi-function

shield chồng lên mạch Arduino).

* Để hệ thống hoạt động, cần phải có Code chạy hệ thống:

https://drive.google.com/file/d/1GlZAI-

QzWgsxnnPNjbWfcwOUXx5BxQJ_/view?usp=sharing

Sau khi cài đặt thời gian đo và cho hệ thống hoạt động, mạch điều khiển sẽ

đếm ngược thời gian, và hiện số đếm ghi nhận được trên màn hình hiển thị của nó,

đồng thời còi báo sẽ phát ra âm thanh thông báo. Khi hết thời gian đo, số đếm cuối

cùng sẽ hiện lên màn hình và còi sẽ tắt.

Để phù hợp với việc bảo quản, vận chuyển, và tiến hành TN, tất cả các bộ phận

như Hình 3.16 được cho vào một chiếc hộp. Pin được thay thế bằng nguồn điện từ

Adapter 9V.

1. Ống đếm G-M 2. Nắp đậy bảo vệ ống đếm G-M 3. Adapter 9V cấp nguồn cho đầu dò 4. Màn hình hiển thị số đếm 5. Các nút cài đặt thời gian 6. Nút Reset đầu dò

Hình 3.18. Mặt trước và mặt sau của đầu dò sử dụng ống đếm G-M.

e) TN kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của hiện tượng PX

- Mục đích TN: Kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của sự PX qua việc so sánh số

lượng xung/ tia PX mà đầu dò ghi nhận được từ một nguồn PX trong cùng một khoảng

thời gian như nhau, ở các thời điểm liên tiếp nhau.

- Dụng cụ:

+ Nguồn PX γ (Cs-137 hoặc Co-60) và giá đỡ

+ Đầu dò sử dụng ống đếm G-M.

- Bố trí: Đặt nguồn PX phía trước và cách đầu dò khoảng 5 cm sao cho nguồn

PX đối diện với ống đếm và cùng nằm trên một đường thẳng song song với mặt bàn.

Trong quá trình tiến hành TN, vị trí giữa nguồn PX và ống đếm không thay đổi.

1. Ống đếm G-M

2. Nguồn PX γ

3. Giá đỡ nguồn PX

Hình 3.19. Bố trí TN kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của PX

- Tiến hành: + Cài đặt thời gian (5s, 30s hoặc 60s), sau đó bật công tắc cho đầu dò hoạt động. + Đo 3 lần và ghi số đếm phát ra từ nguồn PX trong 5s. + Đo 3 lần và ghi số đếm phát ra từ nguồn PX trong 30s. + Đo 3 lần và ghi số đếm phát ra từ nguồn PX trong 60s.

Khoảng thời gian (s) 5 30 60

Số đếm (số lượng xung) Lần 2 25 195 454

Lần 3 27 213 418

Lần 1 30 216 444

- Kết quả:

Hình 3.20. Đồ thị số lượng xung mà ống đếm G-M ghi nhận được trong cùng một

khoảng thời gian dt có sự khác biệt

- Kết luận và đánh giá TN: Kết quả của TN cho thấy các số đếm mà đầu dò

ghi được từ nguồn PX trong cùng một khoảng thời gian, tại các thời điểm liên tiếp là

khác nhau. Sỡ dĩ như vậy là do sự PX của HN có tính ngẫu nhiên, chỉ có thể được mô

tả như các qui luật thống kê. TN đã kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của sự PX.

* Trong quá trình thực hiện TN, có thể nhận thấy rằng ống đếm cũng ghi nhận

được một số lượng xung nhất định khi không có nguồn PX ở gần. Điều này có thể

khắc phục quan niệm sai của HS về “PX không có trong tự nhiên, nguồn PX chỉ có

thể là nguồn nhân tạo”. Trên thực tế, PX luôn tồn tại trong môi trường sống của chúng ta, PX này có thể phát ra từ nhiều nguồn khác nhau, như từ trong không khí, từ các

vật liệu bức xạ yếu trong phòng hoặc từ đất đá.

f) TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia beta

- Mục đích TN: kiểm nghiệm định tính khả năng đâm xuyên của tia β qua các

vật liệu.

- Dụng cụ: + đầu dò sử dụng ống đếm G-M

+ nguồn PX chỉ phát tia β/ Stronti (Sr-90)

+ các tấm vật liệu chì, nhôm, nhựa, giấy…

Hình 3.21. Các tấm vật liệu (chì, nhôm, nhựa) mỏng.

1.Nguồn PX Sr-90; 2.Tấm nhôm dày 1mm

- Bố trí:

Hình 3.22. Sơ đồ bố trí và tiến hành TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia β

Đặt nguồn PX β gần ống đếm của đầu dò. Đặt vật liệu che chắn vào khoảng

giữa nguồn PX và ống đếm. (Lưu ý: trong quá trình thực hiện TN không thay đổi

khoảng cách giữa nguồn PX và ống đếm).

- Tiến hành:

+ Cài đặt thời gian, bật công tắc cho đầu dò hoạt động.

+ Lần lượt đặt các tấm vật liệu khác nhau (giấy, nhựa, nhôm và chì có bề dày

1mm) vào giữa nguồn PX và ống đếm để kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia

β qua các vật liệu này.

- Kết quả:

+ Khi đặt tờ giấy mỏng vào giữa nguồn PX và ống đếm, số đếm mà đầu dò ghi

nhận được gần như không thay đổi.

+ Khi đặt tấm nhựa hoặc nhôm có bề dày 1mm vào giữa nguồn PX và ống

đếm, số đếm ghi nhận được giảm rõ rệt, nhưng vẫn còn một số tia β xuyên qua được

vật liệu tới đầu dò và được ghi nhận.

+ Đặt tấm chì có bề dày khoảng 1mm vào giữa nguồn PX và ống đếm, số đếm

giảm về 0. Các tia PX β không xuyên qua được tấm chì.

Video TN: https://youtu.be/uPUFQSlfY9o

- Kết luận và đánh giá TN: Kết quả TN cho thấy tia β có khả năng đâm xuyên

tốt hơn tia , nó có khả năng xuyên qua các tấm vật liệu nhựa hay nhôm có bề dày

1mm. TN đã đạt được mục đính kiểm nghiệm một cách định tính tính chất đâm xuyên

của tia PX β.

g) TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia gamma

Cường độ tia PX γ là số photon của tia γ qua một diện tích đặt vuông góc với

chùm tia γ. Giả sử ban đầu chùm γ có cường độ I0, sau khi đi qua lớp vật liệu bề dày

x (mm) thì cường độ còn lại được xác định bằng công thức:

I=I0.e-µx, với µ(mm-1) là hệ số suy giảm tuyến tính của vật liệu.

Do chương trình không đòi hỏi phải đưa ra các khái niệm cường độ tia PX và

biểu thức I, mục đích của TN này chỉ là kiểm nghiệm một cách định tính:

+ Tia γ trong quá trình xuyên qua các loại vật liệu thì bị suy giảm đi. Sự suy

giảm của tia γ càng lớn khi tia γ càng đi sâu vào vật liệu.

+ Khả năng đâm xuyên của tia γ không chỉ phụ thuộc vào độ dày của vật liệu

mà còn vào chất làm vật liệu.

- Mục đích TN: kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia γ qua các vật liệu

và tìm ra vật liệu ngăn cản tia γ tốt nhất (trong một số vật liệu).

- Dụng cụ:

+ đầu dò sử dụng ống đếm G-M

+ nguồn PX γ (Cs-137 hoặc Co-60) và giá đỡ

+ Các tấm vật liệu chì, nhôm, nhựa… như hình 3.21 có bề dày được xác định

bằng thước kẹp.

- Bố trí:

1. Nguồn PX γ

2. Ống đếm G-M

3. Các tấm vật liệu chì

4. Giá đỡ nguồn PX

Hình 3.23. Bố trí thí nghiệm kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia γ.

- Tiến hành:

+ Cài đặt thời gian đo 60s. Cho đầu dò hoạt động, đo số đếm phông PX do môi

trường xung quanh tạo ra N0.

+ Đặt nguồn PX trên giá đỡ cách ống đếm khoảng 5cm, đọc số đếm phát ra từ

nguồn PX và môi trường xung quanh N1 mà đầu dò ghi được.

+ Giữ cố định khoảng cách giữa nguồn PX và đầu dò, cho 1 tấm chì bề dày

1mm (được làm tròn) vào giữa nguồn PX và đầu dò để chắn các tia γ, đọc số đếm

phát ra từ nguồn PX và môi trường xung quanh vào bảng số liệu.

+ Lần lượt tăng độ dày của các tấm chì lên 2mm, 3mm, 4mm (được làm tròn)...

bằng cách cho thêm các tấm chì cùng độ dày vào cạnh tấm chì đầu tiên. Đọc và ghi

vào bảng số liệu các số đếm tương ứng với bề dày.

* Việc tăng độ dày của tấm chì sẽ dừng lại khi số đếm đo được ngang bằng

với số đếm từ phông PX môi trường đã xác định lúc đầu.

+ Giữ nguyên bố trí TN, lặp lại TN lần lượt với tấm chắn tia γ là các tấm nhôm

và các tấm nhựa. Ghi lại các số đếm mà đầu dò ghi được trong mỗi lần TN vào bảng

số liệu tương ứng. Xử lí số liệu và vẽ đồ thị với các số đếm đã trừ đi N0.

- Kết quả:

* TN với vật liệu chì (Pb-207)

Hình 3.24. Đồ thị sự suy giảm cường độ PX theo bề dày vật liệu che chắn (vật liệu chì)

* TN với vật liệu nhựa

Hình 3.25. Đồ thị sự suy giảm cường độ PX theo bề dày vật liệu che chắn

(vật liệu nhựa)

- Kết luận và đánh giá TN:

+ Bề dày vật liệu càng lớn thì cường độ tia γ giảm dần, và cho đến một bề dày

đủ lớn thì có thể che chắn toàn bộ tia γ.

+ Khả năng đâm xuyên của tia γ qua vật liệu không chỉ phụ thuộc vào độ dày

của vật liệu, mà còn phụ thuộc vào chất làm vật liệu. Cần 8mm chì để ngăn cản toàn

bộ tia γ, còn nhựa thì phải cần bề dày lớn hơn 24mm. Điều này giúp giải thích vì sao

chì được chọn để chế tạo các vật che chắn tia PX.

+ So sánh với khả năng đâm xuyên của tia α và β đã được nghiên cứu ở các

TN trước, tia γ có khả năng đâm xuyên lớn hơn rất nhiều so với tia α và β.

TN đã đạt được mục đích kiểm nghiệm một cách định tính khả năng đâm

xuyên cuả tia PX γ.

h) TN kiểm nghiệm biểu thức định luật phóng xạ và các giá trị của hằng

số phóng xạ, chu kì bán rã của chất phóng xạ

- Mục đích TN: kiểm nghiệm biểu thức của định luật PX, và các hằng số PX,

chu kì bán rã. Số hạt nhân PX giảm theo thời gian theo qui luật hàm số mũ:

𝑁 = 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡

Để kiểm nghiệm định luật PX, ta phải tiến hành TN kiểm nghiệm hệ quả của

định luật PX, cụ thể là: trên cơ sở đo số lượng xung dN mà ống đếm ghi được trong

𝑑𝑁

một thời gian ngắn (dt=30s) ở các thời điểm khác nhau trong quá trình PX của một

𝑑𝑡

) của mẫu PX ở các thời điểm này, và vẽ đồ thị mẫu chất PX, tính độ PX H ( 𝐻 =

biễu diễn sự biến đổi của H theo thời gian. Khớp hàm biểu diễn sự biến đổi của H

theo thời gian (H = 𝜆. 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡) vào đồ thị để thấy đồ thị có dạng của hàm này.

Đồ thị thu được cũng cho biết các giá trị hằng số PX , chu kì bán rã T của

chất PX đang làm TN. Đối chiếu các giá trị λ, T này với các giá trị λ, T trong bảng số

liệu ở tài liệu để thấy sự phù hợp.

- Dụng cụ:

+ Nguồn PX Technetium (Tc-99m) + Giá đỡ

+ Đầu dò

Trong TN này chúng tôi sử dụng nguồn PX Technetium (Tc-99m) có chu kì

bán rã là T=6,0067 (h). Không dùng các nguồn PX có chu kì bán rã lớn (Cs-137 có

T=30,2 năm, Co-60 có T=5,2 năm...) để tiến hành TN vì trong vài giờ, vài ngày hoặc

vài tháng thì lượng tia PX phát ra trong một đơn vị thời gian của các nguồn này gần

như không thay đổi.

- Bố trí: đặt giá đỡ chứa nguồn PX phía trước ống đếm. Trong quá trình đo, cố

định vị trí giữa nguồn PX và ống đếm.

- Tiến hành TN:

+ Cài đặt thời gian đo 30s. Cho đầu dò hoạt động, đo số đếm phông PX do môi

trường xung quanh tạo ra N0.

+ Đo số lượng tia PX phát ra từ nguồn PX trong 30s qua các thời điểm cách

nhau 1,5h (kể từ lúc bắt đầu t=0). Đọc và ghi vào bảng số liệu các giá trị của số lượng

xung mà nguồn PX phát ra.

- Kết quả:

Từ bảng số liệu (số đếm đã trừ đi N0), vẽ được đồ thị biểu diễn sự biến đổi của

độ PX H theo thời gian.

Hình 3.26. Đồ thị hoạt độ PX H suy giảm theo thời gian của nguồn Tc-99m

- Kết luận và đánh giá TN: Khớp hàm biểu diễn định luật PX (H = 𝜆. 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡) vào đồ thị, thấy sự biến đổi của H theo thời gian t có dạng của hàm này. Đọc giá trị hằng số phân rã λ và chu

kì bán rã T thu được từ đồ thị của TN, và đối chiếu với giá trị của λ và T của nguồn

Tc-99m [82], thấy chúng xấp xỉ nhau.

𝑙𝑛2

λ=0,0000305 s-1

T= =22741,35 (s)=6,317 (h)

i) TN minh họa NTHĐ của TBKT sử dụng tia gamma để phát hiện khuyết tật

trong vật liệu, phát hiện tắc nghẽn bên trong đường ống

Vấn đề: Trong ngành Công nghiệp - Công nghệ vật liệu: một số vấn đề xuất

hiện như có khuyết tật (rỗ khí, lỗ hổng) bên trong vật liệu mà mắt thường không quan

sát được... làm mất khả năng liên tục của kim loại, làm giảm độ bền, độ dẻo của vật

liệu. Bên cạnh đó, trong quá trình vận chuyển hoá chất, dầu mỏ bằng đường ống, một

số vấn đề xuất hiện như đường ống dẫn hoá chất, dẫn dầu bị tắc nghẽn do cặn, cát…

gây giảm hiệu suất vận chuyển hoặc không thể lưu thông được dầu, hoá chất.

“Làm thế nào để có thể xác định được vị trí khuyết tật bên trong vật liệu hay tắc

nghẽn bên trong đường ống?”

→ Phương án: Ứng dụng khả năng đâm xuyên tốt của tia γ (tia γ có khả năng

đâm xuyên qua vật chất, tuy nhiên cường độ của nó suy giảm theo bề dày vật liệu) để

giải quyết các vấn đề này.

+ Cho tia γ truyền qua các vật liệu cần tìm khuyết tật bên trong, những vị trí

mà bên trong vật liệu có khuyết tật thì sẽ làm cho cường độ tia γ tăng lên (số đếm mà

đầu dò ghi nhận được tăng lên) vì bề dày của vật liệu tại vị trí này sẽ nhỏ hơn so với

những vị trí lân cận.

+ Cho tia γ truyền qua các ống để tìm vị trí có tắc nghẽn, những vị trí đó sẽ

làm cho cường độ tia γ bị suy giảm (số đếm mà đầu dò ghi nhận được giảm xuống)

vì bề dày vật chất tại vị trí này sẽ dày hơn so với những vị trí lân cận.

- Mục đích TN: Minh họa NTHĐ của TBKT sử dụng tia γ để phát hiện vị trí

khuyết tật trong vật liệu, vị trí tắc nghẽn bên trong ống truyền chất lỏng.

- Chế tạo ra các vật liệu có khuyết tật và các ống tắc nghẽn bên trong:

+ Chúng tôi tạo 3 khối sắt đặc hình hộp chữ nhật giống nhau hoàn toàn ở ngoài

nhưng khác nhau ở bên trong: 1 khối sắt đặc đồng chất và 2 khối sắt đặc có chỗ bị

rỗng (tượng trưng cho khuyết tật) ở các vị trí khác nhau. Không thể quan sát được vị

trí khuyết tật này bằng mắt thường.

Hình 3.27. Các thanh sắt có khuyết tật bên trong, các ống có tắc nghẽn bên trong.

+ Tương tự, chúng tôi tạo ra 3 ống nhựa, hình trụ, bị kín 2 đầu, giống nhau

hoàn toàn ở bên ngoài, nhưng khác nhau ở bên trong ống: Một ống rỗng hoàn toàn, 2

ống có cặn bê tông gây tắc nghẽn. Ống bị bịt kín hai đầu nên cũng không thể quan

sát được vị trí tắc nghẽn bên trong ống bằng mắt thường.

- Dụng cụ: nguồn PX γ (Cs-137 hoặc Co-60), đầu dò sử dụng ống đếm G-M,

giá đỡ có thanh trượt để di chuyển vật liệu cần đo, thước đo…

- Bố trí TN:

1. Nguồn PX γ

2. Ống đếm G-M

3. Thanh vật liệu cần kiểm

tra khuyết tật bên trong

4. Giá đỡ thanh vật liệu 5.

Giá đỡ nguồn PX

Hình 3.28. Bố trí TN sử dụng tia γ phát hiện khuyết tật trong vật liệu.

- Tiến hành TN:

+ Chia/ đánh dấu thanh sắt thành nhiều đoạn nhỏ bằng bút lông, đặt thanh sắt

trên giá đỡ có thanh trượt, di chuyển thanh trượt để thay đổi vị trí chiếu tia γ truyền

qua thanh sắt. (Đặt giá đỡ thanh vật liệu ở giữa nguồn PX và ống đếm sao cho nguồn

PX, vị trí cần kiểm tra trên vật liệu và ống đếm cùng nằm trên một đường thẳng song

song với mặt bàn).

+ Cài đặt thời gian trên đầu dò và cho đầu dò hoạt động, ghi lại số đếm tia PX

γ truyền qua mỗi vị trí trên vật liệu vào bảng số liệu.

- Kết quả: Từ bảng số liệu số lượng xung mà ống đếm ghi được trong cùng

một khoảng thời gian khi chùm tia  xuyên qua các vị trí khác nhau của khối sắt cho

thấy số lượng xung khi chùm tia  xuyên qua vị trí lỗ rỗng của khối sắt sẽ lớn hơn so

với khi chùm tia  xuyên qua các vị trí khác không có khuyết tật. Kết quả này là vì bề

dày của khối sắt tại vị trí có lỗ rỗng giảm đi nên sự suy giảm của chùm tia  ít hơn so

với vị trí khác.

Thay khối vật liệu sắt bằng các ống nhựa có tắc nghẽn bên trong và làm tương

tự. Kết quả chúng ta cũng có thể xác định vị trí tắc nghẽn của ống chính xác bằng

phương pháp đo γ truyền qua.

- Kết luận và đánh giá TN: Việc sử dụng đầu dò (ống đếm G-M) mà chúng tôi

đã chế tạo cùng với nguồn PX γ (tại phòng TN vật lí HN trường ĐH Sư Phạm

Tp.HCM) có thể thực hiện TN minh họa NTHĐ của TBKT sử dụng tia γ để phát hiện

vị trí khuyết tật trong vật liệu, vị trí tắc nghẽn bên trong ống truyền chất lỏng đạt kết

quả tương đối chính xác.

3.3.7. Hệ đầu dò điều khiển tự động từ xa qua Wifi

TBTN này được sử dụng để tiến hành các TN về PX như với đầu dò sử dụng

ống đếm G-M, chỉ khác là hệ thống đầu dò này được thiết kế và chế tạo để quá trình

tiến hành TN được điều khiển từ xa qua Wifi để hạn chế sự tiếp xúc của người làm

TN với nguồn PX. Như vậy, TBTN này có thể làm giảm sự lo ngại của GV, HS về

sự nguy hiểm, ảnh hưởng của nguồn PX đến sức khỏe.

Hình 3.29. Hệ thống đầu dò điều khiển từ xa sử dụng ống đếm G-M

1. Ống đếm G-M

2. Đế chì đựng nguồn PX (giá đỡ nguồn)

3. Màn hình LCD hiển thị

4. Động cơ bước

5. Khung của hệ thống

6. Thước đo độ dày của vật liệu

7. Đế nhôm

8. Nguồn điện 12V-DC

9. Mạch thu phát sóng Wifi

10. Thanh trượt

11. Hộp đựng mạch Arduino, mạch cao áp và các thiết bị khác.

Các thiết bị thành phần của hệ thống và cách lắp ráp, chế tạo được trình bày trong

phụ lục 4.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Dựa vào việc nghiên cứu mục tiêu DH và nội dung các kiến thức về PX trong

chương trình vật lí lớp 12, đề tài đã xác định nội dung các TN về PX cần được tiến hành

trong DH. Trên cơ sở tìm hiểu TBTN về PX đã được nghiên cứu, phân tích ưu điểm,

nhược điểm của các TBTN này, dựa vào các yêu cầu đối với TBTN thực tập và qui trình

xây dựng TBTN thực tập vật lí nói chung, đề tài đã xây dựng (thiết kế, chế tạo) được các

TBTN: Buồng sương sử dụng đá khô, buồng sương sử dụng chip Peltier (sò nóng lạnh),

cao áp đánh lửa, đầu dò sử dụng ống đếm G-M, hệ đầu dò điều khiển tự động từ xa qua

Wifi. Các TBTN này được sử dụng để tiến hành các TN: TN kiểm nghiệm 3 đặc điểm

(làm ion hóa các phân tử khí của môi trường, quãng đường đi được, khả năng đâm xuyên)

của tia α, TN kiểm nghiệm 3 đặc điểm của tia β, TN kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của

hiện tượng PX, TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia γ, TN kiểm nghiệm biểu

thức của định luật PX, TN minh họa NTHĐ của TBKT sử dụng tia γ để phát hiện khuyết

tật bên trong vật liệu.

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ PHÓNG XẠ THEO HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH LỚP 12

3 tiến trình DH một số kiến thức về PX, trong đó có tiến trình xây dựng và sử

dụng các TBTN theo tiến trình GQVĐ theo hướng bồi dưỡng NLThN của HS đã

được chúng tôi soạn thảo, cụ thể là:

- Tiến trình DH kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ”

là sự vận dụng tiến trình DH GQVĐ có giai đoạn tìm hiểu cách thức GQVĐ đi tới

kiến thức mới trong lịch sử nghiên cứu vật lí.

- Tiến trình DH kiến thức “Định luật phóng xạ” là sự vận dụng tiến trình DH

GQVĐ theo con đường lí thuyết.

- Tiến trình DH ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia gamma để phát hiện

khuyết tật bên trong vật liệu” là sự vận dụng tiến trình DH GQVĐ ƯDKT của vật

lí theo con đường 1.

Ba tiến trình DH trên đều sẽ được trình bày theo cùng dàn ý: Tiến trình xây

dựng kiến thức → Tiến trình DH cụ thể → Rubric đánh giá NLThN của HS trong quá

trình học tập kiến thức và thực hiện TN.

4.1. Mục tiêu bồi dưỡng năng lực thự nghiệm của HS qua các tiến trình dạy học

phóng xạ

Các tiến trình DH được thiết kế có nhiều hoạt động và cơ hội cho HS có thể

bộc lộ các CSHV của NLThN và được bồi dưỡng những CSHV này. Có thể trình bày

tóm tắt qua bảng 4.1 dưới đây:

Bảng 4.1. Bồi dưỡng NLThN qua việc dạy học từng nội dung kiến thức phóng xạ

Tiến trình

Mục tiêu DH

Mục tiêu bồi dưỡng phát triển các CSHV

DH

kiến thức

của NLThN

1. Hiện

- Xác định được VĐ

- Xác định được mục đích của các TN

tượng

cần GQ (được diễn đạt

(NLThN1.1).

phóng xạ –

thành các câu hỏi cần

- Tìm hiểu các thông tin trên mạng internet về

Các loại tia

được trả lời).

các TBTN được sử dụng để tiến hành các TN về

phóng xạ

- Kết hợp, sắp xếp các

tính ngẫu nhiên của sự PX và một số đặc điểm

thông tin tự tìm hiểu

của các loại tia PX.

trên mạng internet và

- Nêu được chức năng, cấu tạo, NTHĐ của từng

các thông tin tự đọc

TBTN này và sơ bộ nhận xét được ưu điểm,

trong bài học ở SGK để

nhược điểm của

từng TBTN (NLThN2.2,

trả lời các câu hỏi đã

NLThN2.3).

nêu ra.

- Thiết kế một số TBTN dưới dạng hình vẽ

(NLThN2.4).

- Chế tạo TBTN theo các bản vẽ: đáp ứng yêu

cầu của TBTN thực tập và thử nghiệm, hoàn

thiện TBTN (khắc phục được các sai hỏng trong

quá trình chế tạo) (NLThN2.5, NLThN2.6,

NLThN2.7, NLThN2.8).

*Việc thiết kế và chế tạo TBTN được giao cho

HS thực hiện tuỳ vào độ khó của nhiệm vụ, thời

gian ThNSP.

- Thiết kế và thực hiện được các phương án TN

kiểm nghiệm các đặc điểm của tia , và tia 

(NLThN2.9,

NLThN3.2,

NLThN3.3,

NLThN3.4).

- Thiết kế và thực hiện được phương án TN kiểm

nghiệm tính ngẫu nhiên của sự PX và khả năng

đâm xuyên của tia  (NLThN2.3, NLThN2.4,

NLThN2.5, NLThN2.6, NLThN3.1, NLThN3.2,

NLThN3.3, NLThN3.4...).

- Rút ra được kết luận (NLThN4.3).

- Cải tiến TN (NLThN4.4).

2. Định luật

- Phát biểu được vấn đề

- Xác định được mục đích TN (nội dung cần

phóng xạ

cần GQ.

kiểm nghiệm nhờ TN) (NLThN1.1).

- Suy đoán và thực hiện

- Thiết kế được phương án TN để kiểm nghiệm

được giải pháp GQVĐ

biểu thức tính độ PX H (NLThN2.3, NLThN2.4,

nhờ những lập luận

NLThN2.5, NLThN2.6).

tính toán đơn giản để

- Từ bảng số liệu do GV cung cấp, tính được số

GQVĐ, đi

tới xây

lượng xung do nguồn PX gây ra và độ PX H của

dựng được định luật

mẫu chất PX ở mỗi thời điểm trong quá trình PX

PX và tính các giá trị

(NLThN4.1).

chu kì bán rã T, độ PX

- Vẽ được đồ thị biểu diễn sự biến đổi của H theo

H của mẫu chất PX.

thời gian t trên máy tính. Biết cách xử lí để chứng

Nêu được đặc điểm

tỏ đồ thị có dạng của hàm số biểu diễn sự biến

định tính của các khái

đổi của H theo t (NLThN4.2).

niệm vật lí này.

- Biết cách tra cứu tài liệu để tìm và so sánh các

giá trị λ, T thu được từ TN với các giá trị λ, T ghi

trong tài liệu của nguồn Tc-99 (NLThN4.3).

3. DH

- Phát biểu được VĐ

- Xác định được mục đích TN (NLThN1.1).

ƯDKT

cần nghiên cứu

- Thiết kế được phương án TN diễn đạt được mục

“Thiết bị kĩ

- Xác định được TBKT

đích TN (NLThN2.2, NLThN2.3, NLThN2.4,

thuật sử

có 2 bộ phận chính:

NLThN2.5, NLThN2.6).

- Lắp ráp, bố trí, tiến hành TN, thu thập được các

dụng tia  để

Nguồn PX  và ống

số liệu về số lượng xung mà ống đếm ghi được

phát hiện

đếm, xác định được

theo

từng vị

trí (NLThN3.1, NLThN3.2,

khuyết tật

chức năng của của từng

NLThN3.3, NLThN3.4).

trong vật

bộ phận

- Từ bảng số liệu, so sánh về số lượng xung mà

liệu”

- Vận dụng được các

ống đếm ghi được theo từng vị trí, tìm được vị trí

kiến thức đã học về PX

khuyết tật bên trong vật liệu (NLThN4.1).

(PX ) để giải thích

- Rút ra được kết luận về NTHĐ của TBKT

NTHĐ của TBKT.

(NLThN4.3).

- Cải tiến TN (NLThN4.4).

4.2. Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia

phóng xạ”

4.2.1. Tiến trình xây dựng kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia phóng xạ”

1. Nêu tình huống – Phát hiện vấn đề chứa đựng trong tình huống: Lịch sử phát hiện hiện tượng PX: - Năm 1896, Henri Becquerel tình cờ phát hiện “Muối Uranium tự phát ra các bức xạ vô hình”. Đó chính là hiện tượng PX tự nhiên. - Năm 1898, Pierre và Marie Curie đã phát hiện hai nguyên tố PX mới là Polonium và Radium.

2. Phát biểu vấn đề cần giải quyết: - Bản chất của hiện tượng PX là gì? Hiện tượng PX có những đặc điểm nào? - Có những loại PX (tia PX) nào? Bản chất của từng loại tia PX là gì? Từng loại tia PX này có những đặc điểm nào? 3. Giải quyết vấn đề: 3.1. Tìm hiểu cách thức GQVĐ đi tới kiến thức mới trong lịch sử nghiên cứu vật lí

o Becquerel vô tình phát hiện ra: Uranium tự phát ra bức xạ làm đen kính ảnh mà không cần phơi nắng, hiện tượng Phóng xạ không phải là hiện tượng Quang – phát quang.

o Marie và Pierre phát hiện ngoài Uranium còn có Polonium và Radium có khả năng tự phát ra các tia PX làm ion hoá môi trường, Radium có tính PX mạnh hơn Uranium.

o Rutherford đã nghiên cứu về tính chất của các bức xạ Uranium phát ra và phát hiện ra có hai loại PX; ông đặt tên cho tia có khả năng đâm xuyên kém, mang điện dương là tia ; còn tia đâm xuyên tốt hơn là tia .

o Sau đó Rutherford cùng Villard đã phát hiện thêm một loại phóng xạ mới, tia này không có điện tích và có khả năng đâm xuyên mạnh hơn  và , được đặt tên là tia gamma ().

- Định nghĩa: Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân không bền vững, tự phát phân rã, phát ra các tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. - Bản chất: là quá trình biến đổi của hạt nhân. - Đặc điểm: có tính ngẫu nhiên, tự phát, không điều khiển được; chỉ do các nguyên nhân bên trong HN, không chịu tác động của các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, áp suất… - Các loại tia PX: được trình bày ở Bảng 3.2

Cao áp đánh lửa

tạo buồng

- Tìm hiểu các TBTN cao áp đánh lửa → sơ bộ nhận xét ưu điểm, nhược điểm của TBTN. - Thiết kế TBTN cao áp đánh lửa. - Chế tạo TBTN theo thiết kế. - Thực hiện TN về 3 đặc điểm của tia  - Thiết kế phương án TN với nguồn PX là mẫu đất tự nhiên. - Lắp ráp, bố trí, tiến hành TN và xử lí kết quả TN → rút ra nhận xét.

Buồng sương sử dụng chip Peltier - Tìm hiểu các buồng sương sử dụng chip Peltier → sơ bộ nhận xét ưu điểm, nhược điểm của TBTN. - Thiết kế buồng sương sử dụng chip Peltier. - Chế sương theo thiết kế. - Thực hiện TN về 3 đặc điểm của tia  - Thiết kế phương án TN với nguồn PX là mẫu đất tự nhiên. - Lắp ráp, bố trí, tiến hành TN và xử lí kết quả TN → rút ra nhận xét.

Buồng sương sử dụng đá khô - Tìm hiểu các buồng sương sử dụng đá khô (đã sản xuất để bán, hoặc là các kết quả nghiên cứu được công bố trên sách, báo…) → sơ bộ nhận xét ưu điểm, nhược điểm của TBTN. - Thiết kế buồng sương sử dụng đá khô. - Chế sương theo thiết kế. - Thực hiện TN về 3 đặc điểm của tia  - Thiết kế phương án TN với nguồn PX là mẫu đất tự nhiên. - Lắp ráp, bố trí, tiến hành TN và xử lí kết quả TN → rút ra nhận xét.

Đầu dò sử dụng ống đếm G-M - Tìm hiểu các thiết bị ghi đo PX, trong đó có ống đếm G-M → sơ bộ nhận xét ưu điểm, nhược điểm của TBTN. - Tìm hiểu cấu tạo, chức năng của các bộ phận trong đầu dò sử dụng ống đếm G-M. Tìm hiểu cách cài đặt, sử dụng đầu dò thực tế. - Thực hiện TN về tính ngẫu nhiên của sự PX. - Thiết kế phương án TN với nguồn PX . - Lắp ráp, bố trí, tiến hành TN và xử lí kết quả TN → rút ra nhận xét. - Thực hiện TN về khả năng đâm xuyên của tia  - Thiết kế phương án TN với nguồn PX  (Stronti Sr-90) - Quan sát video TN, xử lí kết quả TN → rút ra nhận xét. - Thực hiện TN về khả năng đâm xuyên của tia  - Thiết kế phương án

3.2. Kiểm nghiệm các đặc điểm của tia , , 

TN với nguồn PX . - Lắp ráp, bố trí, tiến hành TN và xử lí kết quả TN → rút ra nhận xét. So sánh ưu nhược điểm của các TBTN được sử dụng để tiến hành các TN. So sánh kết quả TN thu được từ các TN để nhận xét về khả năng ion hoá, khả năng đâm xuyên của các tia , , .

4. Rút ra kết luận Các TN được tiến hành với các TBTN khác nhau đã khẳng định tính ngẫu nhiên của sự PX và các đặc điểm (làm ion hoá môi trường, quãng đường đi được) của tia , tia ; khả năng đâm xuyên khác nhau của tia , tia , và tia .

❖ Lí giải và cụ thể hoá tiến trình xây dựng kiến thức “Hiện tượng phóng

xạ – Các loại tia phóng xạ”

- Vấn đề cần nghiên cứu được làm nảy sinh bằng cách GV nêu vắn tắt lịch sử

phát hiện VĐ của nhà vật lí Becquerel. VĐ cần nghiên cứu được phát biểu dưới dạng

các câu hỏi.

- Để trả lời các câu hỏi này, HS không thể suy luận logic từ các kiến thức đã

biết (con đường lí thuyết của DH GQVĐ) và cũng không thể đề xuất giả thuyết (dự

đoán có căn cứ, lí lẽ…), mà cần dựa vào việc tìm hiểu cách thức GQVĐ của các nhà

vật lí để đi tới các câu trả lời (kiến thức mới) cho những câu hỏi đã được nêu ra. Việc

tìm hiểu lịch sử hình thành kiến thức mới về hiện tượng PX và các loại tia PX được

HS thực hiện thông qua các hoạt động tìm hiểu, lựa chọn và sắp xếp thông tin từ mạng

internet và từ việc nghiên cứu bài học trong SGK.

- Vào khoảng năm 1896, Henri Becquerel trong khi nghiên cứu về sự phát quang, đã dự kiến phơi

một vật liệu huỳnh quang - muối Uranium với ánh nắng mặt trời. Nhưng trời liên tục mưa, ông phải trì hoãn thí nghiệm của mình trong nhiều ngày. Ông quấn các tinh thể muối Uranium trong

một tấm vải rồi cất trong ngăn kéo tủ cùng với tấm phim và một thanh đồng. Vài ngày sau, khi lấy dụng cụ ra khỏi ngăn kéo, Becquerel đã vô cùng ngạc nhiên khi phát hiện hình ảnh thanh đồng

xuất hiện trên phim – mặc dù hợp chất của Uranium chưa từng được phơi nắng. Điều này dẫn đến

Lịch sử nghiên cứu của các nhà vật lí để đi tới kiến thức về PX (định nghĩa, bản chất, các đặc điểm chung của hiện tượng PX), các loại tia PX (bản chất, đặc điểm của từng loại tia PX) có thể được tóm tắt như sau:

giả thuyết là Uranium tự phát ra bức xạ mà không cần phơi nắng. Becquerel lặp lại các TN tương

tự và đưa ra kết luận: “Muối Uranium tự phát ra các bức xạ vô hình”. Đó chính là hiện tượng phóng xạ tự nhiên.

Hình 4.1. Tấm phim ghi lại hình ảnh thanh đồng bị tia PX của Uranium chiếu vào;

từ trái sang phải là các nhà vật lí Henri Becquerel, Marie Curie, Pierre Curie.

- Năm 1898, Pierre và Marie Curie nghiên cứu tính dẫn điện của không khí dưới tác dụng

của các tia phát ra Uranium bằng cách sử dụng một buồng ion hoá, sau đó họ thay thế

Uranium bằng các chất khác và phát hiện một số trong chúng cũng tự phát ra các tia làm

cho không khí bị nhiễm điện (làm ion hoá không khí). Bà cùng chồng công bố việc phát

hiện ra các nguyên tố mới, đề xuất gọi tên là Polonium (lấy theo gốc quê hương Ba

lan/Poland của Marie Curie) và Radium.

- Cũng trong thời gian này, Ernest Rutherford đã nghiên cứu về các loại bức xạ của Uranium và một số tính chất của chúng. Ông quan sát ảnh hưởng của từ trường và điện

trường đối với các tia này, và kết luận rằng nếu phân loại theo “độ lệch” thì có hai loại bức xạ, và nếu phân loại theo khả năng đâm xuyên thì cũng có hai loại. Ông đặt tên cho

tia có khả năng đâm xuyên kém, mang điện dương là tia ; còn tia đâm xuyên tốt hơn là

tia .

- Năm 1900, Paul Villard (nhà vật lí người Pháp) đã phát hiện thêm một loại phóng xạ

mới. Ông đã nghiên cứu các bức xạ phát ra từ Radium qua ống chuẩn trực và phát hiện ra rằng sau khi loại bỏ các tia α bằng lá chắn chì, loại bỏ các tia β bằng từ trường, vẫn còn

một số bức xạ còn lại, không có điện tích và có khả năng đâm xuyên mạnh. Sau đó, tia này được đặt tên là "tia gamma ()" vào năm 1903 bởi Rutherford.

- Do thời gian có hạn, việc kiểm nghiệm các kiến thức chỉ giới hạn vào việc

kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của sự PX và một số đặc điểm của 3 loại tia PX: khả

năng làm ion hoá, quãng đường đi được, khả năng đâm xuyên khác nhau của tia α,

tia β và tia γ.

Vì không có sẵn các TBTN cần được sử dụng để tiến hành các TN nêu trên,

nên GV có thể hướng dẫn HS thiết kế, chế tạo các TBTN tương ứng phù hợp. Việc

hướng dẫn HS chế tạo các TBTN là có tính khả thi vì nhiều bộ phận của các TBTN

PX như: Đá khô, chip Peltier, mạch tăng áp, mạch điều khiển Arduino, ống đếm G-

M... có thể tìm mua được trên thị trường hoặc GV cung cấp. Ngoài ra các bộ phận

khác của các TBTN này dễ dàng chế tạo từ các vật liệu đơn giản, dễ tìm, có giá thành

không cao. Tuy nhiên GV cũng nên cân nhắc về thời gian, và mức độ phức tạp của

các TBTN để giao nhiệm vụ và hỗ trợ HS hợp lí.

- Quá trình nghiên cứu để thiết kế và chế tạo TBTN mới đều trải qua các giai

đoạn ở mục 2.3.4, chương 2.

+ Quá trình thiết kế, chế tạo và sử dụng buồng sương để thực hiện TN kiểm

nghiệm các đặc điểm của tia alpha (và beta) được trình bày ở mục 3.3.3 và mục 3.3.4,

chương 3.

+ Quá trình thiết kế, chế tạo và sử dụng cao áp đánh lửa để thực hiện TN kiểm

nghiệm các đặc điểm của tia alpha (và beta) được trình bày ở mục 3.3.5, chương 3.

+ Quá trình nghiên cứu, sử dụng đầu dò (ống đếm G-M) để thực hiện TN kiểm

nghiệm tính chất ngẫu nhiên của hiện tượng phóng xạ, khả năng đâm xuyên của tia

beta và khả năng đâm xuyên của tia gamma được trình bày ở mục 3.3.6, chương 3.

- So sánh kết quả TN thu được từ các TN để nhận xét về khả năng ion hoá,

quãng đường đi được và khả năng đâm xuyên của các tia , , .

- HS rút ra kết luận dựa trên các kết quả của TN.

* Mục tiêu bồi dưỡng NLThN của HS qua tiến trình DH GQVĐ: “Hiện tượng phóng xạ - Các loại tia phóng xạ - Kiểm nghiệm một số đặc điểm của tia phóng xạ α, β” được trình bày ở phụ lục 5.

* Mục tiêu bồi dưỡng NLThN của HS qua tiến trình DH GQVĐ: “Kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia ” nhằm bồi dưỡng NLThN của HS được trình bày ở phụ lục 6.

4.2.2. Tiến trình dạy học cụ thể kiến thức “Hiện tượng phóng xạ – Các loại tia

phóng xạ”

a) Tiến trình DH: Hiện tượng phóng xạ - Các loại tia phóng xạ - Kiểm

nghiệm một số đặc điểm của tia phóng xạ 

❖ Công việc chuẩn bị của GV và HS

1. GV:

- Mẫu đất PX phát tia PX alpha-beta

- Hộp thuỷ tinh (bán kính khoảng 3-5cm, chiều cao 3-5cm), nắp đậy trong suốt, mút

xốp, nilông đen...

- Găng tay, cồn, đá khô, keo…

- Phiếu học tập, giấy A4

- Rubric đánh giá NLThN

2. HS:

- Điện thoại – máy tính kết nối internet, đèn pin, bút viết…

- Các loại vật liệu để chế tạo buồng sương như của GV.

❖ Tổ chức hoạt động:

Hoạt động 1: GV kể chuyện về PX và làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- GV kể chuyện lịch sử H. Becquerel, Marie

- HS lắng nghe và tiếp nhận

và Pierre Curie phát hiện ra tia PX

- Qua câu chuyện, GV yêu cầu HS nêu được

- HS trao đổi, đề xuất được một số VĐ:

VĐ cần GQ.

+ Bản chất của hiện tượng PX là gì? Hiện

tượng PX có những đặc điểm nào?

+ Có những loại PX (tia PX) nào? Bản chất

của từng loại tia PX là gì? Từng loại tia PX

này có những đặc điểm nào?

- GV nhận xét các VĐ mà HS đề xuất, yêu

- HS tìm hiểu về lịch sử các nhà vật lí phát

cầu HS tìm hiểu lịch sử các nhà vật lí phát

hiện, nghiên cứu hiện tượng PX, để định

hiện, nghiên cứu về PX để GQ các VĐ này.

nghĩa, xác định bản chất, đặc điểm của

GV phát phiếu học tập cho HS trả lời những

hiện tượng PX; tìm hiểu các loại tia PX,

câu hỏi trên.

bản chất và đặc điểm của các loại tia PX từ

mạng internet và bài học trong SGK để

thực hiện nhiệm vụ.

Hoạt động 2: GQVĐ

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- GV có thể gợi ý cho HS có thể sử dụng các

- HS xác định được bản chất, đặc điểm của

từ khoá về PX, lịch sử phát hiện – nghiên cứu

hiện tượng PX.

PX, sử dụng từ khoá bằng tiếng Anh, công cụ

- Xác định được các loại tia PX (tia , tia

tìm kiếm “Google Scholar” để tìm hiểu kiến

β, và tia γ), phân biệt được bản chất và đặc

thức sâu hơn.

điểm của từng loại tia PX (Bảng 3.2)

Hoạt động 3: Thiết kế phương án TN kiểm nghiệm một số đặc điểm của các tia PX.

Thiết kế TBTN buồng sương

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- GV nêu câu hỏi định hướng thiết kế phương

- HS đã tìm hiểu lịch sử các nhà khoa học

án TN: Hãy thiết kế phương án để kiểm

phát hiện ra các loại tia PX qua TN và trả

nghiệm các đặc điểm của tia α, β như khả

lời được: Phải tiến hành TN với các dụng

năng ion hoá, quãng đường đi được và khả

cụ TN và nguồn PX.

năng đâm xuyên?

- GV sử dụng kiểu hướng dẫn tìm tòi, nêu

- HS dựa vào việc tìm hiểu lịch sử và tìm

câu hỏi để HS phải xác định TBTN: Vậy để

hiểu các TBTN PX trên internet và đưa ra

thực hiện những TN này thì cần phải sử dụng

các câu trả lời: phim, buồng sương, buồng

TBTN nào? Các TBTN này có chức năng gì

ion hoá, đầu dò, chức năng là quan sát,

để nhờ nó có thể thực hiện được mục đích

phát hiện, ghi đo các tia PX.

TN? GV có thể tạo cơ hội HS bộc lộ các hành

vi mong muốn qua các câu lệnh như: “Các

em hãy tìm hiểu các TBTN PX và chức năng

của từng TBTN và điền vào phiếu học tập”.

- GV nhận xét các TBTN mà HS đưa ra:

- HS lắng nghe và tiếp nhận.

TBTN buồng sương, cao áp đánh lửa dùng để

tiến hành TN kiểm nghiệm tính chất của tia

, ; TBTN đầu dò/ ống đếm G-M dùng để

tiến hành TN với tia  (cả tia ).

- HS tiếp nhận nhiệm vụ nghiên cứu chức

- GV thông báo: Hầu hết các TBTN về PX

đều chưa có sẵn. HS phải nghiên cứu cấu tạo,

năng, cấu tạo và nguyên lí hoạt động của

nguyên lí hoạt động của các TBTN đề cập ở

các TBTN PX đã sản xuất (của các hãng

trên ở nước ngoài (những TBTN đã sản xuất

TBTN), hoặc TBTN đã được nghiên cứu

để bán, hoặc TBTN có trong sách, báo…) để

trong sách, báo…

có thể thiết kế, sau đó chế tạo buồng sương,

cao áp đánh lửa và thực hiện các TN kiểm

nghiệm khả năng làm ion hoá môi trường,

quãng đường đi được và khả năng đâm xuyên

khác nhau của tia α, β.

- GV sử dụng kiểu hướng dẫn tìm tòi để giao

- HS tìm hiểu và thiết kế TBTN dưới dạng

HS nhiệm vụ qua phiếu học tập: HS hãy tìm

bản vẽ có các bộ phận và chức năng của

hiểu và thiết kế buồng sương dưới dạng bản

các bộ phận trong TBTN trên phiếu học

vẽ để chế tạo nó (làm việc nhóm). GV có thể

tập.

tạo cơ hội HS bộc lộ các hành vi mong muốn

* Bản vẽ thiết kế TBTN buồng sương (kì

qua các câu lệnh như: “Các em hãy kể ra các

vọng):

bộ phận của buồng sương, nêu chức năng

của từng bộ phận; Các em hãy vẽ cách bố trí

các bộ phận này để tạo thành TBTN”

- HS tiếp thu và chỉnh sửa để có thể thiết

- GV nhận xét, đánh giá các phương án thiết

kế một buồng sương chính xác nhất.

kế của HS; nếu thiết kế của HS có nhiều sai

sót, GV sử dụng kiểu hướng dẫn khái quát

chương trình hóa nhằm thu hẹp phạm vi tìm

tòi bằng cách cung cấp cho HS các tài liệu

mà GV đã tham khảo/ soạn ra để HS tìm hiểu

lại và chỉnh sửa các thiết kế.

- HS chuẩn bị các nguyên vật liệu cần thiết

- Đối với TBTN buồng sương, GV yêu cầu

HS tự tìm các nguyên vật liệu để lắp ráp, chế

(hộp thuỷ tinh đựng thức ăn, mút xốp từ

tạo: “Các em hãy tự chuẩn bị các vật liệu để

miếng lau bảng, nylon đen, kéo, keo

chế tạo buồng sương ở nhà và báo cáo cho

dán…) để gia công và chế tạo buồng

thầy/cô những dụng cụ các em chuẩn bị

sương.

được”.

Hoạt động 4: Chế tạo TBTN buồng sương và thực hiện TN kiểm nghiệm một số tính

chất của tia 

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- Sau khi HS đã chuẩn bị đầy đủ các nguyên

- HS trình bày các bước:

vật liệu cần thiết, GV: Các em hãy nêu/ trình

+ Cắt và gắn các miếng mút xốp vào xung

bày các bước gia công, lắp ráp các bộ phận

quanh thành trong của hộp để trữ cồn

để chế tạo buồng sương.

+ Cắt và dán nylon đen mỏng kín mặt đáy

nằm bên trong hộp.

+ Cho cồn vào mút xốp

+ Cho nguồn PX phát  vào và đậy kín

buồng sương bằng màng bọc thực phẩm

trong suốt.

+ Đặt buồng sương trên đá khô, chiếu đèn

để quan sát hiện tượng.

- GV nhận xét và cho HS gia công, lắp ráp

- HS gia công và lắp ráp các bộ phận của

các bộ phận của buồng sương và thử nghiệm

buồng sương, thử nghiệm cho buồng

TB hoạt động.

sương hoạt động.

- Nếu TBTN không hoạt động tốt (không quan

- HS đưa ra các câu trả lời, có thể xác định

sát được vệt của tia  rõ) , GV đặt câu hỏi

một số nguyên nhân sau (tuỳ vào tình hình

cho HS thảo luận: “Theo các em, những

thực tế trong quá trình chế tạo và thử

nguyên nhân nào khiến cho TBTN không hoạt

nghiệm):

động tốt?” Trong một số trường hợp, GV có

+ Buồng sương quá nhỏ nên hơi cồn bị

thể sử dụng kiểu hướng dẫn tái tạo Angorit

ngưng tụ ở mặt trên buồng sương, cản trở

để chỉ ra các lỗi sai hỏng và cách khắc phục

việc quan sát.

cho HS.

+ Buồng sương không được đậy kín.

+ Các vật liệu ở đáy - nơi tiếp xúc giữa

buồng sương và đá khô không dẫn nhiệt

tốt.

+ Không có sự tương phản về màu sắc giữa

các vệt hơi trắng và nền.

+ Cồn dùng trong TN không đủ nồng độ.

HS đưa ra phương án và khắc phục.

- GV yêu cầu HS giải thích sự tạo thành các

- HS trả lời: Hạt ,  phóng ra môi trường

vệt hơi bên trong buồng sương (Việc giải

gặp các phân tử khí khác sẽ tạo ra các ion

thích nguyên lí hoạt động của buồng sương

mang điện. Đối với môi trường có mật độ

có thể trả lời cho tính chất ion hoá mạnh của

khí cao, các ion này đóng vai trò là tâm

tia , )

ngưng tụ và hút các phân tử khí khác gần

nó tạo thành các giọt nước nhỏ hình thành

dọc theo đường đi của hạt PX giống như

vệt khói của máy bay/tên lửa bay trên bầu

trời. Các vệt này có thể được quan sát bằng

mắt thường.

- GV yêu cầu HS ước lượng quãng đường đi

- HS ước lượng độ dài các vệt sương

của tia ,  trong buồng sương.

(quãng đường đi của tia , ) khoảng vài

cm.

- GV: Các em hãy thiết kế phương án TN

- HS đưa ra phương án và chuẩn bị các tấm

kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia .

bìa nilon mỏng, và giá đỡ, đặt vào trong

buồng sương như hình 3.10.

- GV nhận xét phương án và cho HS thực

- HS thực hiện TN và thu được kết quả

hiện TN. Nếu HS không thực hiện được, GV

quan sát cho thấy rằng các tia α không thể

sử dụng kiểu hướng dẫn tái tạo Angorit để

xuyên qua tấm bìa.

hướng dẫn HS cách đặt tấm bìa vào trong

buồng sương.

Hoạt động 5: Kết luận và cải tiến TN

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- GV yêu cầu HS rút ra các kết luận tính chất

- HS trả lời (vào phiếu học tập):

+ Ion hoá môi trường mạnh

của tia , .

+ Đi được chừng vài cm trong không khí

+ Không xuyên qua được tấm bìa dày

1mm (đối với tia )

- GV: Các em có thể đề xuất những phương

- HS đưa ra phương án cải tiến:

án để cải tiến buồng sương hoạt động tốt hơn

+ Sử dụng hộp có kích cỡ/ vật liệu khác,

không?

có nắp đậy phù hợp.

+ Sử dụng sò nóng lạnh thay cho đá khô.

Rubric đánh giá NLThN của HS trong quá trình chế tạo và thực hiện TN kiểm nghiệm một số đặc điểm của tia ,  bằng buồng sương được trình bày ở phụ lục 5. b) Tiến trình DH: Kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia 

❖ Công việc chuẩn bị:

GV:

- Đầu dò sử dụng ống đếm G-M, nguồn phóng xạ γ, vật liệu che chắn (chì, nhôm,

nhựa, giấy…), giá đỡ nguồn PX, thước kẹp để đo bề dày vật liệu...

- Phiếu học tập

- Rubric đánh giá NLThN

- Video TN kiểm nghiệm tính đâm xuyên của tia β.

HS:

- Bút viết, máy tính, máy vi tính.

❖ Tổ chức hoạt động:

Hoạt động 1: Thiết kế phương án TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia 

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

Đối với TN này, mục đích TN được có thể

được GV đưa ra hoặc cho HS phát biểu.

- GV sử dụng kiểu hướng dẫn tìm tòi theo các

- HS xác định được mục đích TN, sau đó

HS trả lời phương án để thực hiện TN:

mẫu đã biết : Các em hãy nêu ra cách để kiểm

cho tia  truyền qua vật liệu tới đầu dò,

nghiệm khả năng đâm xuyên của tia  và tìm

tăng dần bề dày vật liệu và kiểm tra đầu

ra vật liệu ngăn cản tia  tốt nhất.

dò có thể ghi nhận được tia  xuyên qua

hay không? Làm lại TN này với nhiều

vật liệu khác nhau.

- HS vẽ ra phương án thiết kế TN như

hình 3.22 hoặc 3.23.

- Để thực hiện phương án TN này, cần phải

+ Cần phải có nguồn PX , đầu dò, giá

dùng những TBTN nào? Hãy vẽ sơ đồ bố trí

đỡ nguồn PX và các vật liệu che chắn.

các TBTN này.

+ Bố trí: Đặt nguồn PX trên giá đỡ và

trước ống đếm, cho các tấm vật liệu chắn

vào giữa nguồn PX và ống đếm.

- HS tìm hiểu đầu dò được cấu tạo từ các

bộ phận chính như: ống đếm G-M, mạch

điều khiển Arduino, nguồn điện... Chức

- GV giới thiệu cho HS đầu dò sử dụng ống

năng phát hiện và ghi số đếm tia phóng

đếm G-M và yêu cầu HS tìm hiểu cấu tạo, chức

xạ chiếu vào.

năng của TBTN.

- HS tìm hiểu cách cài đặt thời gian và

cho đầu dò hoạt động.

- HS trả lời các bước tiến hành TN dự

kiến:

- GV cung cấp các dụng cụ cho TN: nguồn PX

+ Đo số đếm phát ra từ nguồn PX khi

 (Cs-137 hoặc Co-60) và giá đỡ, các tấm vật

không có vật liệu chắn.

liệu chì, nhôm, nhựa... có bề dày 1mm. Và yêu

+ Giữ cố định khoảng cách giữa nguồn

cầu HS nêu ra các bước tiến hành TN. Thu

PX và đầu dò, cho 1 tấm chì bề dày 1mm

thập những số liệu gì?

vào giữa nguồn PX và đầu dò để chắn

các tia γ, ghi số đếm vào bảng số liệu.

+ Lần lượt tăng độ dày của các tấm chì

lên 2mm, 3mm, 4mm... Đọc và ghi vào

bảng số liệu các số đếm tương ứng với

bề dày.

+ Giữ nguyên bố trí TN, lặp lại TN lần

lượt với tấm chắn tia γ là các tấm nhôm

và các tấm nhựa

Hoạt động 2: Thực hiện TN

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- GV yêu cầu HS bố trí TN và cài đặt đầu dò

- HS bố trí TN:

hoạt động.

+ Đặt nguồn PX trên giá đỡ và trước ống

đếm. Hình 3.23.

+ Cài đặt thời gian đo 60s. Cho đầu dò

hoạt động, đo số đếm phông PX do môi

trường xung quanh tạo ra N0.

- GV kiểm tra khoảng cách giữa nguồn PX và

- HS tiến hành TN:

ống đếm, sử dụng kiểu hướng dẫn tái tạo

+ Đặt nguồn PX trên giá đỡ cách ống

Angorit để hướng dẫn HS bố trí TN đúng: đặt

đếm khoảng 5cm, đọc số đếm phát ra từ

nguồn PX đối diện với ống đếm và cùng nằm

nguồn PX và môi trường xung quanh

trên một đường thẳng song song với mặt bàn

(N1) mà đầu dò ghi được.

và cho HS tiến hành TN.

+ Tiếp tục giữ cố định khoảng cách giữa

nguồn PX và đầu dò và thực hiện TN

như dự kiến ở trên.

+ Ghi lại các số đếm mà đầu dò ghi được

trong mỗi lần TN vào bảng số liệu tương

ứng.

- GV quan sát trong quá trình HS thực hiện TN

- HS phát hiện những thao tác sai và đề

có mắc những thao tác sai và sử dụng kiểu

xuất được phương án khắc phục và sửa

hướng dẫn tái tạo Angorit (đưa ra những câu

chữa để tiếp tục tiến hành TN.

hỏi, gợi ý...) để HS khắc phục. Những sai sót

trong thao tác có thể xuất hiện như: làm xê dịch

vị trí của nguồn PX và đầu dò, hoặc các sai sót

do sai số ngẫu nhiên của hiện tượng PX như

khi tăng vật liệu che chắn mà số đếm lại tăng

thêm.

- Sau khi HS thu thập được số liệu cần thiết,

- HS xử lí số liệu và vẽ đồ thị với các số

GV yêu cầu HS xử lí số liệu và vẽ đồ thị.

đếm đã trừ đi N0. Có thể vẽ đồ thị trên

giấy hoặc vẽ đồ thị bằng các phần mềm

như Excel, Origin...

Hoạt động 3: Rút ra kết luận và cải tiến TN

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- GV yêu cầu HS rút ra các kết luận về khả

- HS rút ra kết luận:

năng đâm xuyên của tia .

+ Tia  có khả năng đâm xuyên tốt, có

thể xuyên qua tấm chì có bề dày cỡ vài

mm. Bề dày vật liệu càng lớn thì cường

độ tia  giảm dần.

+ Khả năng đâm xuyên của tia γ qua vật

liệu không chỉ phụ thuộc vào độ dày của

vật liệu, mà còn phụ thuộc vào chất làm

vật liệu, chì có khả năng ngăn cản tia γ

tốt hơn nhôm và nhựa.

- GV yêu cầu HS đề xuất những ý kiến để có

- HS đưa ra phương án cải tiến:

thể cải tiến TN, cho kết quả chính xác hơn.

+ Sử dụng ống chuẩn trực để tạo ra chùm

tia PX γ song song.

+ Sử dụng giá đỡ toàn hệ thống để giảm

sai sót trong quá trình tiến hành TN.

Hoạt động 4: So sánh khả năng đâm xuyên của tia  với tia  và tia 

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- GV đặt câu hỏi: các em hãy so sánh/ dự đoán

- HS trả lời: tia β có khả năng đâm xuyên

khả năng đâm xuyên của các loại tia PX đã học?

tốt hơn tia α. Tia γ có khả năng đâm xuyên lớn hơn nhiều so với tia β.

- GV giải thích cho HS lí do: vì vận tốc của tia β lớn hơn tia α rất nhiều, hạt mang điện của tia β

- HS tiếp nhận.

có điện tích nhỏ hơn và kích thước cũng nhỏ hơn so với hạt mang điện của tia α, do đó tia β có khả

năng đâm xuyên tốt hơn tia .

- HS xem video và xác nhận tia β có khả

- GV cho HS xem lại video TN kiểm nghiệm

năng đâm xuyên qua các tấm nhựa, nhôm có bề dày 1mm, nhưng không

khả năng đâm xuyên của tia β với TBTN là đầu dò sử dụng ống đếm G-M và nguồn PX Sr-90.

xuyên qua được tấm chì 1mm. Do đó, tia

Link: https://youtu.be/uPUFQSlfY9o

β có khả năng đâm xuyên tốt hơn tia ,

nhưng yếu hơn tia .

Rubric đánh giá năng lực HS trong quá trình thực hiện TN được trình bày trong phụ

lục 6.

4.3. Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức “Định luật phóng xạ”

4.3.1. Tiến trình xây dựng kiến thức “Định luật phóng xạ”

1. Nêu tình huống chứa đựng VĐ cần GQ: HS đã biết ở bài học trước: quá trình phân rã của hạt nhân là quá trình ngẫu nhiên, không thể xác định được thời điểm phân rã của 1 hạt nhân. Chỉ có thể khảo sát sự biến đổi của một số lớn HN trong mẫu chất PX. Xét một mẫu chất PX có N hạt nhân, trong quá trình phân rã, số hạt nhân phân rã tăng lên và số HN còn lại chưa phân rã giảm đi theo thời gian.

2. Phát biểu vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần trả lời): Sự giảm theo thời gian của số hạt nhân còn lại chưa phân rã của mẫu chất PX có tuân theo qui luật nào không?

3. Giải quyết vấn đề:

3.1. Suy luận lí thuyết Ta xét một mẫu chất PX có N hạt nhân tại thời điểm t. Tại thời điểm t + dt, số hạt nhân

đó giảm đi và trở thành N+ dN, với dN<0. Số hạt nhân đã phân rã trong thời gian dt là -

dN, tỉ lệ với khoảng thời gian dt và cũng tỉ lệ với số hạt nhân N:

-dN= λ.N.dt

Trong đó, λ là một hằng số dương gọi là hằng số phóng xạ, đặc trưng cho chất PX đang

xét. Gọi N0 là số hạt nhân mẹ ban đầu lúc t=0, muốn tìm N là số hạt nhân mẹ còn lại sau

thời gian t, ta lấy tích phân phương trình trên:

𝑁

𝑑𝑁 𝑁

𝑡 = − ∫ λ. dt 0

∫ 𝑁0

𝐿𝑛

= λ. t ⟹ N = 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡

𝑁 𝑁0

Số hạt nhân còn lại chưa phân rã N sẽ giảm theo thời gian theo hàm số mũ.

Xây dựng các đại lượng vật lí đặc trưng cho hiện tượng PX từ định luật PX:

Chu kì bán rã T của chất PX: khoảng thời gian để số lượng hạt nhân còn lại là 50% (nghĩa

là số lượng hạt nhân đã phân rã là 50%)

𝑁 =

⟹ 𝜆𝑡 = 𝑙𝑛2 = 0,693

= 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡 ⟹ 𝑒−𝜆𝑡 =

𝑁0 2

⟹ 𝑇 =

1 2 0,693 𝜆

Độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ): đặc trưng cho tốc độ phân rã (tính PX mạnh hay yếu

của một lượng chất PX) được đo bằng số hạt nhân phân rã của nguồn PX trong một đơn

vị thời gian:

𝐻 = −

= 𝜆. 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡 = 𝜆. 𝑁

𝑑𝑁 𝑑𝑡 H có đơn vị là: phân rã/s hay Bq (1Bq=1 phân rã/s), Ci (1Ci=3,7.1010Bq) 3.2. Kiểm nghiệm định luật PX nhờ TN Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ TN: - Định luật PX không thể kiểm nghiệm trực tiếp nhờ TN vì không thể xác định được số HN còn lại chưa phân rã tại các thời điểm khác nhau tính từ thời điểm ban đầu trong quá trình phân rã của mẫu chất PX. - Định luật PX được kiểm nghiệm thông qua việc kiểm nghiệm biểu thức tính độ PX H của mẫu chất PX (là hệ quả của định luật PX) tính từ thời điểm t do mẫu chất PX gây ra. Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến đổi của H theo t thu được từ TN và khớp hàm số biểu diễn mối liên hệ giữa H và t (𝐻 = 𝜆. 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡) vào đồ thị để thấy đồ thị có dạng của hàm số này. - Thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm biểu thức độ PX H (𝐻 = 𝜆. 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡) của mẫu chất PX. - Các dụng cụ cần thiết cho thí nghiệm: đầu dò, nguồn PX  có chu kì bán rã ngắn Tc- 99m, giá đỡ… - Bố trí: đặt nguồn PX Tc-99m cố định trên giá đỡ và đặt trước đầu dò một khoảng 5cm. + Lần lượt đọc các số lượng xung mà đầu dò ghi được trong khoảng thời gian 30s ở các thời điểm khác nhau, cách nhau khoảng 1,5h (hoặc 3h). + Tính độ PX H của mẫu Tc-99 ở mỗi thời điểm:

𝐻 =

𝑠ố 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑥𝑢𝑛𝑔 𝑑𝑜 𝑚ẫ𝑢 𝑐ℎấ𝑡 𝑃𝑋 𝑔â𝑦 𝑟𝑎 30𝑠

+ Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến đổi của H theo t. Khớp hàm số biểu diễn sự biến đổi của H theo t vào đồ thị để thấy đồ thị có dạng hàm số mũ. - Thực hiện TN: + Lắp nguồn PX Tc-99m lên giá đỡ: cài đặt thời gian đo trên ống đếm là 30s. + Bố trí và tiến hành TN (đã mô tả cụ thể trong mục h thuộc tiểu mục 3.36 chương 3) + Xử lí các số liệu về số lượng xung mà ống đếm ghi được như đã thiết kế. + Khớp hàm biểu diễn sự biến đổi của H theo t (𝐻 = 𝜆. 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡), thấy: Đồ thị sự biến đổi của H theo t thu được từ TN có dạng của hàm số mũ như trên. Đọc giá trị  thu được từ TN và tính T, ta có:

λ=0,0000305 (s-1)

𝑙𝑛2

=22741,35 (s)=6,317 (h)

Đối chiếu các giá trị này (T=6,317 h) với chu kì T của nguồn PX Tc-99m theo tài liệu (T=6,00067 h), thấy chúng xấp xỉ nhau.

4. Rút ra kết luận: Kết quả TN đã khẳng định được tính đúng đắn của biểu thức độ PX H, do đó khẳng định tính

đúng đắn của định luật PX: Số hạt nhân phóng xạ giảm dần theo thời gian theo quy luật hàm số mũ:

N=N0.e- λt Kết quả TN cũng cho thấy sự phù hợp của các giá trị λ, T thu được từ TN với các giá trị λ, T ở bảng tra cứu của nguồn Tc-99m trong tài liệu.

❖ Lí giải tiến trình xây dựng kiến thức “Định luật phóng xạ”

- VĐ cần GQ được làm nảy sinh từ các kiến thức về PX mà HS vừa được học.

- VĐ được GQ nhờ những lập luận và tính toán. Bằng những lập luận và tính

toán này không những nội dung định luật PX mà cả các biểu thức tính các đại lượng

vật lí đặc trưng cho hiện tượng PX (chu kì bán rã T, độ PX H của mẫu chất PX) cũng

được xây dựng.

- Biểu thức tính độ PX H (mối liên hệ giữa H và N): 𝐻 = 𝜆. 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡 = 𝜆. 𝑁 là hệ quả được suy ra từ định luật PX, làm cơ sở để kiểm nghiệm gián tiếp định luật PX

𝑑𝑁

thông qua xác định số lượng xung dN từ nguồn PX ở các thời điểm khác nhau trong

𝑑𝑡

. quá trình PX của mẫu PX trong khoảng thời gian ngắn dt và tính 𝐻 =

- Dưới sự hướng dẫn của GV, HS tham gia vào hầu hết các giai đoạn của tiến

trình DH kiến thức này. Riêng đối với giai đoạn “Thực hiện TN”, do nguồn PX Tc-

99m chỉ có thể mượn và tiến hành TN tại bệnh viện, người làm TN cần đọc số lượng

xung ở nhiều thời điểm khác nhau trong quá trình PX dài của mẫu chất PX, không

thuận tiện đối với HS. Ở giai đoạn này, các công việc lắp ráp, bố trí, tiến hành TN để

thu thập bảng số liệu về số lượng xung do nguồn PX gây ra (trong 30s) tại các thời

điểm khác nhau sẽ do GV thực hiện và quay video về quá trình tiến hành TN. Sau đó

HS được xem video này và được yêu cầu dựa vào bảng số liệu, xử lí, tính độ PX H ở

mỗi thời điểm trong quá trình PX, vẽ đồ thị biểu diễn sự biến đổi của H theo t và xử

lí kết quả TN theo mục đích đề ra.

* Mục tiêu bồi dưỡng NLThN của HS qua tiến trình DH GQVĐ Kiểm nghiệm

“Định luật phóng xạ” được trình bày ở phụ lục 7.

4.3.2. Tiến trình dạy học cụ thể kiến thức “Định luật phóng xạ”

❖ Công việc chuẩn bị:

GV:

- Video thực hiện TN và bảng số liệu “số xung phát ra trong một đơn vị thời gian theo

các thời điểm khác nhau của nguồn PX Technicium Tc-99m”.

HS:

- Máy vi tính có cài đặt phần mềm Excel.

❖ Tổ chức hoạt động:

Hoạt động 1: Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- GV nhắc lại:

- HS tiếp nhận

Ở bài học trước: quá trình phân rã của hạt

nhân là quá trình ngẫu nhiên, không thể xác

định được thời điểm phân rã của 1 hạt nhân.

Chỉ có thể khảo sát sự biến đổi của một số

lớn HN trong mẫu chất PX.

- GV yêu cầu HS tìm hiểu về sự thay đổi số

- HS trả lời: Số HN PX sẽ giảm theo thời gian.

lượng các HN PX khi xảy ra sự PX ở một

mẫu chất PX

- GV đặt câu hỏi:

Sự giảm theo thời gian của số hạt nhân còn

- HS tiếp nhận vấn đề và tìm hiểu

lại chưa phân rã của mẫu chất PX có tuân

theo qui luật nào không?

Hoạt động 2: Suy luận lí thuyết

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- Vì không thể trả lời câu hỏi trên nhờ vận

- HS lắng nghe để tiếp nhận kiến thức

dụng những kiến thức đã biết, nên GV

hướng dẫn HS suy luận lí thuyết để đi đến

được biểu thức:

N = 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡 Số hạt nhân còn lại chưa phân rã N sẽ giảm

theo thời gian theo hàm số mũ.

- HS suy luận để trả lời:

- GV đặt câu hỏi để HS xây dựng các đại

+ Chu kì bán rã T của chất PX: khoảng thời

lượng vật lí đặc trưng cho hiện tượng PX:

+ Chu kì bán rã của chất PX là gì? Làm thế

gian để số lượng hạt nhân đã phân rã là 50%,

nào để tính chu kì bán rã?

và số còn lại là 50% so với ban đầu.

𝑁 =

⟹ 𝜆𝑡

= 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡 ⟹ 𝑒−𝜆𝑡 =

𝑁0 2

1 2

= 𝑙𝑛2 = 0,693

⟹ 𝑇 =

0,693 𝜆

+ Độ PX của một mẫu chất PX là gì? Làm

+ Độ PX: đặc trưng cho tính PX mạnh hay yếu

thế nào để xác định biểu thức của độ PX?

của một lượng chất PX, được đo bằng số hạt

nhân phân rã của nguồn PX trong một đơn vị

thời gian:

𝐻 = −

= 𝜆. 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡 = 𝜆. 𝑁

𝑑𝑁 𝑑𝑡

Hoạt động 3: Thiết kế phương án TN kiểm nghiệm định luật PX

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- GV đặt câu hỏi: Các em hãy thiết kế các

- HS: Tiến hành TN với nguồn PX, đo để xác

phương án TN để kiểm nghiệm tính đúng

định số hạt N theo thời gian t.

đắn của định luật PX vừa xây dựng.

- GV hỏi HS có cách nào để thực hiện TN

- HS không thể tìm ra cách để xác định số hạt

mà HS đề cập hay không:

- GV dẫn dắt: Định luật PX không thể kiểm

nghiệm trực tiếp nhờ TN vì không thể xác

định được số HN còn lại chưa phân rã tại

các thời điểm khác nhau tính từ thời điểm

ban đầu trong quá trình phân rã của mẫu

chất PX.

Vậy có phương án TN nào để có thể kiểm

- HS: kiểm nghiệm định luật phóng xạ thông

nghiệm gián tiếp định luật này không?

qua việc kiểm nghiệm biểu thức tính độ PX H

của mẫu chất PX (là hệ quả của định luật PX)

vì H tỉ lệ với N.

- GV yêu cầu HS giải thích rõ hơn phương

- HS: tiến hành TN để xác định sự thay đổi của

hoạt độ (lượng tia PX phát ra trong một đơn vị

án

thời gian dt) theo thời gian. (Đo lượng tia PX

của một nguồn PX tại các thời điểm khác nhau,

thu thập số liệu→ vẽ đồ thị→ khớp hàm để tìm

ra qui luật)

Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến đổi của H theo t thu

được từ TN và khớp hàm số biểu diễn mối liên hệ giữa H và t (𝐻 = 𝜆. 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡) vào đồ thị để thấy đồ thị có dạng của hàm số này.

- GV nhận xét phương án của HS, và đặt câu

- HS trả lời: Cần các dụng cụ như đầu dò (ống

hỏi: để tiến hành phương án TN này chúng

đếm), nguồn PX, giá đỡ… Bố trí: đặt giá đỡ

ta cần có những dụng cụ nào? Vẽ cách bố trí

chứa nguồn PX phía trước ống đếm. Trong quá

TN với những dụng cụ này?

trình đo, cố định vị trí giữa nguồn PX và ống

- GV thông báo cho HS

đếm.

“Trong TN này chúng ta phải sử dụng

nguồn PX Technetium (Tc-99) có chu kì bán

rã ngắn. Không dùng các nguồn PX có chu

kì bán rã lớn (Cs-137 có T=30,2 năm, Co-

60 có T=5,2 năm...) để tiến hành TN vì

trong vài giờ, vài ngày hoặc vài tháng thì

lượng tia PX phát ra trong một đơn vị thời

gian dt của các nguồn này gần như không

thay đổi.”

- GV trình bày cho HS: Do nguồn PX Tc-

- HS xem video GV bố trí, và tiến hành TN.

99 chỉ có thể mượn và tiến hành TN tại bệnh

Tiếp nhận bảng số liệu của GV và suy nghĩ

viện, người làm TN cần đọc số lượng xung

cách xử lí, vẽ đồ thị.

ở nhiều thời điểm khác nhau trong quá trình

PX dài của mẫu chất PX, không thuận tiện

đối với HS nên ở giai đoạn này, các công

việc lắp ráp, bố trí, tiến hành TN để thu thập

bảng số liệu về số lượng xung do nguồn PX

gây ra (trong 30s) tại các thời điểm khác

nhau sẽ do GV thực hiện và quay video về

quá trình tiến hành TN. Sau đó HS được

xem video này và được yêu cầu dựa vào

bảng số liệu, xử lí, tính độ PX H ở mỗi thời

điểm trong quá trình PX, vẽ đồ thị biểu diễn

sự biến đổi của H theo t và xử lí kết quả TN

theo mục đích đề ra.

Hoạt động 4: Xử lí số liệu và rút ra kết luận TN

Hoạt động của GV

Hoạt động của HS

- GV yêu cầu HS nêu các phần mềm và cách

- HS đưa ra một số phần mềm như Excel,

vẽ đồ thị trên máy tính.

Origin…và cách vẽ đồ thị.

- GV nhận xét và cho HS thực hiện việc vẽ

- HS chuẩn bị máy tính để vẽ đồ thị bằng các

đồ thị.

phần mềm như Excel, Origin…

- HS vẽ được đồ thị và khớp hàm đồ thị để có

được hàm số dự kiến:

- GV có thể hướng dẫn HS fix/ khớp hàm bằng Excel (dùng hàm ex) để các em tìm ra được định luật phân rã PX và chu kì bán rã.

*Trong TN này, GV có thể sử dụng các kiểu

hướng dẫn từ khái quát chương trình hóa

đến hướng dẫn tái tạo Angorit hoặc hướng

dẫn tái tạo theo từng thao tác cụ thể nếu

HS không thực hiện thành công.

- GV yêu cầu HS tính toán chu kì bán rã của

nguồn PX trong TN và tìm tài liệu về nguồn

này (trên internet) để đối chiếu.

- HS xác định giá trị , và tính T: λ=0,0000305s-1

𝑙𝑛2

=22741,35 (s)=6,317 (h)

Đối chiếu các giá trị này (T=6,317 h) với chu

kì T của nguồn PX Tc-99 theo tài liệu

(T=6,00067 h), thấy chúng xấp xỉ nhau.

- GV yêu cầu HS rút ra kết luận

- HS rút ra kết luận:

Số hạt nhân phóng xạ giảm dần theo thời gian

theo quy luật hàm số mũ:

N=N0.e- λt

Rubric đánh giá năng lực HS trong quá trình thực hiện TN được trình bày trong phụ

lục 7.

4.4. Soạn thảo tiến trình dạy học ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát

hiện khuyết tật trong vật liệu”

4.4.1. Tiến trình nghiên cứu ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát hiện

1. Nêu tình huống phát hiện vấn đề cần nghiên cứu - Vật liệu được gia công, chế tạo (đúc, hàn…) có thể bị khuyết tật (rỗ khí, lỗ hổng) ở bên trong mà dùng mắt không thấy được. Các khuyết tật này làm giảm chất lượng của vật liệu. - Đường ống trong quá trình vận chuyển chất lỏng (hoá chất, dầu mỏ) lâu ngày bị tắc nghẽn bên trong do cặn, cát… làm ảnh hưởng đến sự chảy của chất lỏng. → cần phải phát hiện được vị trí bị khuyết tật bên trong của vật liệu, vị trí tắc nghẽn bên trong đường ống. Để giải quyết nhiệm vụ này, người ta đã chế tạo và sử dụng TBKT dựa vào đặc điểm của tia  (khả năng đâm xuyên mạnh của tia , cường độ tia  giảm theo độ dày vật liệu) 2. Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu TBKT có nguyên tắc cấu tạo, NTHĐ như thế nào mà có thể sử dụng tia  để phát hiện được vị trí khuyết tật bên trong vật liệu và vị trí bị tắc nghẽn bên trong ống? 3. Nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của TBKT - Tìm hiểu cấu tạo, hoạt động của TBKT qua các tài liệu trên mạng internet: TBKT gồm 2 bộ phận chính: Nguồn PX  và ống đếm để ghi số lượng xung khi chùm tia  được phát ra từ nguồn PX qua các vị trí khác nhau của vật liệu có khuyết tật, hoặc qua các vị trí khác nhau của ống có cặn, tắc nghẽn. - Vận dụng các kiến thức đã học về PX để giải thích NTHĐ của TBKT: + Chùm tia  được phát ra từ nguồn PX trong quá trình xuyên qua vật liệu sẽ bị suy giảm. Chùm tia  xuyên qua vật liệu có bề dày càng lớn thì càng bị suy giảm nhiều. → Do lớp vật liệu có khuyết tật (rỗ khí, lỗ hổng) có bề dày nhỏ hơn bề dày của lớp bình thường khác trong vật liệu và sự suy giảm của tia  qua không khí không đáng kể, nên chùm tia  xuyên qua lớp vật liệu này sẽ bị suy giảm ít hơn khi cũng chùm tia  này xuyên qua lớp bình thường khác của vật liệu. Vì vậy số lượng xung mà ống đếm ghi được khi chùm tia  xuyên qua lớp vật liệu có khuyết tật sẽ lớn hơn số lượng xung mà ống đếm ghi được trong cùng một khoảng thời gian khi cũng chùm tia  này xuyên qua lớp bình thường của vật liệu. → Do chùm tia  sẽ bị suy giảm nhiều theo độ dày của vật liệu nên chùm tia  phát ra từ nguồn PX khi xuyên qua phần ống có các cặn bám ở thành trong của ống sẽ bị suy giảm nhiều hơn so với khi xuyên qua phần ống không có cặn bám ở thành trong của ống. Vì vậy, số lượng xung mà ống đếm ghi nhận được trong cùng một khoảng thời gian khi chùm tia  xuyên qua phần ống có cặn sẽ nhỏ hơn nhiều so với khi chính chùm tia  này xuyên qua phần ống bình thường khác. 4. Thiết kế và thực hiện phương án TN minh hoạ NTHĐ của TBKT

khuyết tật trong vật liệu”

100

Hình 4.2. Thiết kế minh hoạ NTHĐ của TBKT phát hiện vị trí khuyết tật bên trong vật liệu

- Minh hoạ NTHĐ của TBKT để phát hiện vị trí khuyết tật bên trong vật liệu: + Chiếu chùm tia PX  lần lượt xuyên qua từng vị trí của khối sắt bị khuyết tật (có lỗ rỗng). + Dùng đầu dò sử dụng ống đếm G-M đã chế tạo ghi lại số lượng xung trong cùng một khoảng thời gian (30s), khi chùm tia  xuyên qua từng vị trí của khối sắt. Kiểm nghiệm xem có đúng là số lượng xung mà ống đếm ghi được khi chùm tia PX qua vị trí có lỗ rỗng sẽ lớn hơn khi chùm tia PX qua các vị trí bình thường khác của khối sắt hay không? - Minh hoạ NTHĐ của TBKT để phát hiện vị trí tắc nghẽn bên trong ống: + Chiếu chùm tia PX  lần lượt xuyên qua từng vị trí của ống bị tắc nghẽn (có cặn cát, bê tông bên trong). + Dùng đầu dò sử dụng ống đếm G-M đã chế tạo ghi lại số lượng xung trong cùng một khoảng thời gian (30s), khi chùm tia  xuyên qua từng vị trí của ống. Kiểm nghiệm xem có đúng là số lượng xung mà ống đếm ghi được khi chùm tia PX qua vị trí có cặn cát, bê tông sẽ ít hơn khi chùm tia PX qua các vị trí bình thường khác của ống hay không? - Chế tạo khối sắt hình hộp chữ nhật có lỗ rỗng và ống nhựa hình trụ có cặn tắc nghẽn bên trong thành ống. Đánh dấu bên ngoài khối sắt vị trí có lỗ rỗng và bên ngoài ống nhựa vị trí có tắc nghẽn bên trong thành ống. - Thực hiện TN: Lắp ráp, bố trí và tiến hành TN như phương án đã thiết kế (hình 3.28) - So sánh các số lượng xung mà ống đếm ghi được trong cùng một khoảng thời gian khi chiếu cùng một chùm tia  vào các vị trí khác nhau của khối sắt và các vị trí khác nhau của ống nhựa để thấy 2 điều cần kiểm nghiệm là đúng. 5. Rút ra kết luận TBKT có 2 bộ phận chính: Nguồn PX phát  và ống đếm. TBKT được sử dụng để phát hiện vị trí khuyết tật bên trong vật liệu và vị trí tắc nghẽn bên trong ống truyền chất lỏng. TBKT hoạt động dựa vào đặc điểm về khả năng đâm xuyên và sự suy giảm của tia  khi xuyên qua vật liệu: Sự suy giảm của tia  tăng theo bề dày của lớp vật liệu mà tia  xuyên qua và phụ thuộc vào chất làm vật liệu.

❖ Lí giải và cụ thể hoá tiến trình nghiên cứu

Thông qua việc trình chiếu những hình ảnh, bài báo về sự khuyết tật (rỗ khí,

101

lỗ hỗng) của vật liệu đúc và sự tắc nghẽn của ống dẫn để làm xuất hiện nhu cầu, VĐ

cần GQ.

Hình 4.3. Hình ảnh khuyết tật bên trong vật liệu đúc và hình ảnh bài báo có đề cập

đến các ống dầu bị tắc nghẽn phải tháo ra để tìm vị trí tắc nghẽn.

- Nhu cầu: Cần tìm được vị trí khuyết tật trong vật liệu, vị trí tắc nghẽn bên

trong ống.

- GV thu hẹp phạm vi nghiên cứu bằng cách thông báo một trong những giải

pháp để giải quyết nhiệm vụ này là chế tạo và sử dụng TBKT hoạt động dựa vào đặc

điểm của tia . Vấn đề mà HS cần nghiên cứu là TBKT này có nguyên tắc cấu tạo và

NTHĐ như thế nào để phát hiện dược vị trí khuyết tật bên trong vật liệu và vị trí tắc

nghẽn bên trong ống.

- Sau khi thu thập các thông tin về TBKT trên mạng internet, sẽ thấy TBKT

này có 2 bộ phận chính: Nguồn PX  và ống đếm để ghi số lượng xung khi chùm tia 

được phát ra từ nguồn PX qua các vị trí khác nhau của vật liệu có khuyết tật; hoặc

qua các vị trí khác nhau của ống có cặn, tắc nghẽn.

- HS được yêu cầu làm sáng tỏ NTHĐ của TBKT nhờ vận dụng các kiến thức

về phóng xạ vừa học: khi xuyên qua môi trường, tia  bị yếu đi. Sự suy yếu của tia 

phụ thuộc vào bề dày vật liệu của môi trường và bản chất của vật liệu này.

- Việc minh họa NTHĐ của TBKT không đòi hỏi HS phải chế tạo TBTN mới,

mà chỉ đòi hỏi HS thiết kế phương án TN với việc sử dụng nguồn PX đãc dùng trong

các TN trước và đầu dò sử dụng ống đếm G-M.

- Cách phát hiện vị trí khuyết tật bên trong vật liệu và cách phát hiện vị trí tắc

nghẽn bên trong ống cùng dựa trên một nguyên tắc vật lí. Các TN do các nhóm HS

102

tiến hành sẽ khẳng định các điều cần kiểm nghiệm là đúng.

* Mục tiêu bồi dưỡng NLThN của HS qua tiến trình DH GQVĐ Minh hoạ ƯDKT “TBKT sử dụng tia γ để phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu” được trình bày ở phụ lục 8. 4.4.2. Tiến trình dạy học cụ thể ƯDKT “Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát hiện

khuyết tật trong vật liệu”

❖ Công việc chuẩn bị:

GV: - Đầu dò sử dụng ống đếm G-M, nguồn PX γ và giá đỡ, thanh kim loại có chỗ khuyết tật/ rỗng, ống nhựa bị tắc nghẽn bê tông, thước đo, bút để đánh dấu vị trí… - Rubric đánh giá NLThN - Phiếu học tâp HS: - Điện thoại, máy vi tính có kết nối internet.

❖ Tổ chức hoạt động:

Hoạt động của HS - HS lắng nghe. - HS quan sát hình ảnh GV cung cấp, tiếp nhận VĐ. - HS xác định VĐ cần GQ: cần phải tìm ra phương án, TBKT để phát hiện được vị trí bị khuyết tật bên trong của vật liệu, vị trí tắc nghẽn bên trong đường ống bằng cách vận dụng những kiến thức cũ hoặc tìm kiếm thông tin trên internet.

Hoạt động 1: Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết Hoạt động của GV - GV đưa ra những VĐ: + Vật liệu được gia công, chế tạo (đúc, hàn…) có thể bị khuyết tật (rỗ khí, lỗ hổng) ở bên trong mà dùng mắt không thấy được. Các khuyết tật này làm giảm chất lượng của vật liệu. + Đường ống trong quá trình vận chuyển chất lỏng (hoá chất, dầu mỏ) lâu ngày bị tắc nghẽn bên trong do cặn, cát… làm ảnh hưởng đến sự chảy của chất lỏng. - GV trình chiếu những hình ảnh vật liệu khuyết tật và bài báo có hình ảnh ống dẫn dầu bị tắc nghẽn cho HS quan sát. Hình 4.3 - GV giới thiệu các khối sắt có khuyết tật bên trong và ống nhựa có tắc nghẽn bên trong để minh hoạ (hình 3.27) và đặt câu hỏi: Hãy suy nghĩ các phương án để có thể xác định được vị trí vật liệu bị khuyết tật bên trong, hay vị trí các đoạn ống dẫn bị tắc nghẽn bên trong?

103

Hoạt động 2: Thiết kế phương án TN minh hoạ NTHĐ của TBKT sử dụng tia  để phát hiện khuyết tật trong vật liệu Hoạt động của GV Trong TN này, GV chủ yếu sử dụng kiểu hướng dẫn tìm tòi áp dụng các cách thức hành động theo các mẫu đã biết. - GV yêu cầu HS báo cáo phương án GQVĐ nêu trên. - GV nhận xét và định hướng cho HS phương án sử dụng TBKT hoạt động dựa trên khả năng đâm xuyên mạnh của tia . - GV đưa ra câu hỏi: HS hãy xác định nguyên tắc cấu tạo và NTHĐ của TBKT này? - GV có thể trợ giúp HS làm rõ hơn NTHĐ của TBKT này bằng cách nhắc lại đặc điểm của tia . Tia  có khả năng đâm xuyên mạnh, chùm tia  khi xuyên qua vật liệu sẽ bị suy giảm, chùm tia  xuyên qua vật liệu có bề dày càng lớn thì càng bị suy giảm nhiều.

Hoạt động của HS - HS thảo luận nhóm trước khi đưa ra các phương án có thể như dùng máy chụp X- quang, dùng máy dò siêu âm, chụp phim phóng xạ, nội soi… - HS tìm hiểu TBKT có tính năng GV đề cập trên internet. - HS trả lời: TBKT có hai bộ phận chính, đó là nguồn PX  và TB ghi đo chùm tia  xuyên qua vật liệu cần kiểm tra. - HS xác định được NTHĐ: Chùm tia  được phát ra từ nguồn PX trong quá trình xuyên qua vật liệu sẽ bị suy giảm. Chùm tia  xuyên qua vật liệu có bề dày càng lớn thì càng bị suy giảm nhiều. + Do lớp vị trí khuyết tật (rỗ khí, lỗ hổng) có bề dày nhỏ hơn bề dày các vị trí bình thường khác trong vật liệu, nên chùm tia  xuyên qua lớp vật liệu này sẽ bị suy giảm ít hơn khi cũng chùm tia  này xuyên qua lớp bình thường khác của vật liệu. Vì vậy số lượng xung mà ống đếm ghi được khi chùm tia  xuyên qua lớp vật liệu có khuyết tật sẽ lớn hơn số lượng xung mà ống đếm ghi được trong cùng một khoảng thời gian khi cũng chùm tia  này xuyên qua lớp bình thường của vật liệu. + Tương tự, chùm tia  phát ra từ nguồn PX khi xuyên qua phần ống có các cặn bám ở thành trong của ống sẽ bị suy giảm nhiều hơn so với khi xuyên qua phần ống không có cặn bám ở thành trong của ống. Vì vậy, số lượng xung mà ống đếm ghi nhận được trong cùng một khoảng thời gian khi chùm

- GV yêu cầu HS nêu lại mục đích TN, và thiết kế phương án TN? - GV: Để thực hiện phương án TN này cần có những dụng cụ, TBTN gì? Bố trí TBTN và các dụng cụ này như thế nào? - GV: Hãy nêu các bước tiến hành TN và thu thập các dữ liệu TN? Giải thích việc thu thập những dữ liệu TN này?

tia  xuyên qua phần ống có cặn sẽ nhỏ hơn nhiều so với khi chính chùm tia  này xuyên qua phần ống bình thường khác. - HS xác định được mục đích TN là sử dụng tia  để xác định vị trí khuyết tật bên trong vật liệu để minh hoạ NTHĐ của TBKT và vẽ thiết kế phương án TN theo Hình 4.2. - HS: đầu dò (ống đếm), nguồn PX  và giá đỡ. Bố trí như thiết kế ở trên sao cho chùm tia  xuyên qua vật liệu cần kiểm tra và tới đầu dò. - HS: Chia và đánh đấu thanh vật liệu thành nhiều phần, đặt và di chuyển thanh vật liệu trên giá đỡ, sao cho chùm tia  phát ra từ nguồn xuyên qua các vị trí trên thanh vật liệu rồi tới đầu dò. Ghi lại số đếm (số lượng xung) từ nguồn PX  xuyên qua mỗi vị trí của vật cần đo.

Hoạt động của HS - HS tìm hiểu các TBTN và dụng cụ mà GV cung cấp. - HS bố trí TN theo hình 3.28. + Đặt nguồn PX trên giá đỡ và trước ống đếm. Đặt thanh sắt/ ống nhựa cần kiểm tra vào giữa nguồn PX và ống đếm sao cho nguồn PX, vị trí cần kiểm tra trên thanh sắt/ ống nhựa và ống đếm cùng nằm trên một đường thẳng song song với mặt bàn. + Cài đặt thời gian đo (30s hoặc 60s) cho đầu dò. - HS tiến hành TN: + Chia và đánh dấu thanh sắt/ ống nhựa thành nhiều đoạn nhỏ bằng bút lông + Cho đầu dò hoạt động, ghi lại số đếm qua vị trí x1 trên thanh sắt/ ống nhựa.

104

Hoạt động 3: Thực hiện TN minh hoạ NTHĐ của Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia  để phát hiện khuyết tật trong vật liệu Hoạt động của GV - GV cung cấp cho HS (các nhóm) những dụng cụ cần thiết: đầu dò sử dụng ống đếm G-M, nguồn PX , giá đỡ và các thanh sắt hộp có lỗ rỗng bên trong, ống nhựa có tắc nghẽn bên trong. - GV yêu cầu HS bố trí TN. - GV kiểm tra khoảng cách giữa nguồn PX và ống đếm, hướng dẫn HS đặt nguồn PX đối diện với ống đếm, vật cần đo nằm giữa sao cho nguồn PX, vị trí cần kiểm tra trên thanh sắt/ ống nhựa và ống đếm cùng nằm trên một đường thẳng song song với mặt bàn (sử dụng kiểu hướng dẫn tái tạo Angorit). Sau đó cho HS tiến hành TN.

+ Cố định vị trí của nguồn phóng xạ và đầu dò, di chuyển thanh sắt/ ống nhựa cần đo dọc theo một đường thẳng (trục đối xứng của thanh sắt/ ống nhựa) để thay đổi vị trí chiếu tia  qua thanh sắt/ ống nhựa. + Ghi lại số đếm tia PX γ truyền qua mỗi vị trí trên vật liệu vào bảng số liệu. - HS xác định được vị trí cần tìm nhờ NTHĐ đã nêu trên. - HS tiếp thu ý kiến qua những câu hỏi gợi mở của GV, chỉnh sửa và tiến hành lại TN.

105

- Sau khi HS thu thập đầy đủ số liệu, GV yêu cầu HS xác định vị trí khuyết tật trong thanh sắt/ hoặc vị trí tắc nghẽn bên trong ống. - Trong một số trường hợp, nếu HS không thực hiện TN thành công, GV sử dụng một số câu hỏi định hướng để HS tìm ra nguyên nhân TN không thành công, ví dụ: các em xem lại trong quá trình tiến hành TN có thay đổi vị trí của nguồn và đầu dò không? Các em xem tia PX phát ra từ nguồn có xuyên qua vật liệu/ ống nhựa cần đo rồi tới ống đếm hay không? (sử dụng kiểu hướng dẫn tái tạo Angorit) Hoạt động 4: Kết luận và cải tiến TN Hoạt động của GV - Sau khi các nhóm thực hiện xong TN, GV cho các nhóm cử đại diện báo cáo về kết quả của TN, và đưa ra kết luận. - GV yêu cầu HS đề xuất những ý kiến cải tiến để TBKT hoạt động tốt hơn

Hoạt động của HS - HS đưa ra kết luận: + Có thể xác định được chính xác vị trí của khuyết tật/ tắc nghẽn bên trong vật liệu/ ống dẫn nhờ ứng dụng khả năng đâm xuyên của tia . + TBKT gồm nguồn phóng xạ  và đầu dò, hoạt động dựa vào đặc điểm về khả năng đâm xuyên và sự suy giảm của tia  khi xuyên qua vật liệu. - HS: Các cải tiến cho TN chủ yếu là chế tạo giá đỡ toàn hệ thống để có thể thực hiện các thao tác TN ít mắc phải sai sót hơn.

Rubric đánh giá năng lực HS trong quá trình thực hiện TN được trình bày trong phụ

lục 8.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4

106

Vận dụng lí luận về tiến trình DH GQVĐ kiến thức vật lí có giai đoạn tìm hiểu

cách thức GQVĐ đi tới kiến thức mới trong lịch sử nghiên cứu vật lí, tiến trình DH

GQVĐ theo con đường lí thuyết và tiến trình DH GQVĐ ƯDKT của vật lí, đề tài đã

soạn thảo 3 tiến trình DH, trong đó có tiến trình GV hướng dẫn HS xây dựng và sử

dụng TBTN: tiến trình DH kiến thức “Hiện tượng PX – Các loại tia PX”, tiến trình

DH kiến thức “Định luật PX” và tiến trình DH ƯDKT “ Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia

 để phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu”. 3 tiến trình DH nêu trên đều được soạn

thảo theo một dàn ý: Tiến trình xây dựng kiến thức – Tiến trình DH cụ thể - Rubric

đánh giá NLThN của HS trong quá trình học tập kiến thức. Việc đánh giá hiệu quả

bồi dưỡng NLThN của HS trong quá trình HS xây dựng và sử dụng từng TBTN sẽ

dựa trên các Rubric đã xây dựng.

107

CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

5.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm

5.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm.

Việc tiến hành ThNSP ở lớp 12, trường THPT nhằm 2 mục đích:

- Đánh giá tính khả thi của các tiến trình DH các kiến thức về PX nói chung

và tiến trình GV hướng dẫn HS xây dựng, sử dụng TBTN nói riêng. Trên cơ sở đó,

đề tài sẽ sửa đổi, bổ sung để hoàn thiện tiến trình DH này.

- Đánh giá mức độ đạt được của HS ở từng chỉ số hành vi của NLThN và hiệu

quả của tiến trình DH đối với việc bồi dưỡng NLThN của HS.

5.1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm

Để đạt được mục đích như trên, ThNSP có những nhiệm vụ sau:

- Tổ chức dạy học các kiến thức về PX nói chung và hướng dẫn HS xây dựng,

sử dụng TBTN nói riêng theo các tiến trình DH GQVĐ đã soạn thảo.

- Thu thập các dữ liệu liên quan đến HĐ học của HS, nhất là các HĐ tìm hiểu

TBTN, chế tạo TBTN, sử dụng TBTN để tiến hành các TN kiểm nghiệm kiến thức

về PX.

- Xử lí, phân tích dữ liệu đã thu được để xác định mức độ mà HS đã đạt được

ở từng chỉ số hành vi của NLThN theo các Rubric về NLThN đã lập.

- Từ đó, sơ bộ đánh giá tính khả thi, hiệu quả của các tiến trình DH đã soạn

thảo đối với việc bồi dưỡng NLThN của HS.

Từ đó đưa ra những sửa đổi, bổ sung để hoàn thiện các tiến trình DH này.

5.2. Tiến hành thực nghiệm sư phạm

5.2.1. Chọn đối tượng, địa bàn thực nghiệm sư phạm

Đối tượng ThNSP chúng tôi lựa chọn là HS lớp 12 tại các trường THPT trên

địa bàn Tp.HCM, vào đầu học kì 2 năm học 2020-2021. ThNSP được chúng tôi tiến

hành 2 lần tại 2 trường THPT Trần Văn Giàu và Trung học Thực Hành, ĐH Sư Phạm

Tp.HCM.

Lần 1: Chúng tôi tiến hành ThNSP tại trường THPT Trần Văn Giàu, với 11

HS lớp 12, được chia thành 4 nhóm.

108

Lần 2: Chúng tôi tiến hành ThNSP tại trường Trung học Thực Hành ĐH Sư

Phạm Tp.HCM, với 8 HS lớp 12, được chia thành 4 nhóm.

Trường THPT Trần Văn Giàu Trường Trung học Thực Hành

Nhóm Tên HS Mã Hoá Nhóm Tên HS Mã Hoá

Nhựt Đăng Minh Duy HS 1a HS 1

Nhóm 1 Hoàng Phú Nhóm 1a Phương Anh HS 2a HS 2

Lan Nhi HS 3

HS 3a Minh Đức Đại Quý HS 4

HS 4a Phước Hải Nhóm 2 Thảo Vân HS 5 Nhóm 2a Anh Phi HS 6

Thiện Quang HS 7 Nguyên Khang HS 5a

Nhóm 3 Xuân Thái Nhóm 3a Thiện Toàn HS 6a HS 8

Thanh Trúc HS 9

Tường Vy HS 10 Hoàng Minh HS 7a Nhóm 4 Nhóm 4a Hữu Tú HS 11 Tuấn Linh HS 8a

Cơ sở lựa chọn HS và phân nhóm: o Số lượng thiết bị, dụng cụ TN o Mức độ khó của nhiệm vụ ( HS cần phải HĐ nhóm để hoàn thành nhiệm vụ) o Số HS tham gia ThNSP Qua đánh giá của GV đứng lớp, chúng tôi biết rằng: các HS này có học lực

khá-giỏi, hạnh kiểm tốt (ngoan, nhiệt tình, lễ phép), các em có tinh thần tự nguyện,

hợp tác cao.

Qua trao đổi ban đầu với HS, chúng tôi được biết các em được thực hiện TN

rất hạn chế, nếu có, thời gian chỉ trong một tiết học. Các TBTN, dụng cụ cần thiết và hướng dẫn thực hiện TN thường được GV chuẩn bị sẵn. Số lượng TBTN và các dụng cụ khác khá ít, mỗi tổ chỉ có một bộ TBTN hoặc cả lớp quan sát GV thực hiện TN

biểu diễn. HS chưa được hướng dẫn thực hiện một số kĩ năng như thiết kế phương án TN, chế tạo TBTN, xử lí dữ liệu/sai số, đánh giá và cải tiến TN... Các em tự nhận là kĩ năng xử lí dữ liệu, tính toán sai số còn yếu.

109

5.2.2. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm

Bảng 5.1. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm

STT

Mục đích - Triển khai

Hình thức dạy học – thời gian

Làm việc chung ở lớp – 45 phút

1. DH kiến thức “Hiện tượng PX – Các loại tia PX”

Làm việc theo nhóm ở nhà và ở lớp – 45 phút

Làm việc theo nhóm ở nhà (tìm hiểu TBTN và chuẩn bị dụng cụ, vật liệu để chế tạo TBTN) và trên phòng TN – 90 phút

2. Tổ chức cho HS thiết kế, chế tạo buồng sương và thực hiện TN kiểm nghiệm đặc điểm của tia PX , 

Làm việc theo nhóm ở phòng TN– 90 phút

3. Tổ chức cho HS thực hiện TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên mạnh của tia PX 

- GV nêu tình huống có VĐ - HS thảo luận về tình huống để đi tới phát biểu VĐ cần GQ (5 câu hỏi). - GV cùng với HS chia nhóm, giao nhiệm vụ cho các nhóm: Tìm hiểu xem các nhà vật lí đã GQVĐ như thế nào để đi tới các câu trả lời (kiến thức mới)? - Các nhóm tìm hiểu các thông tin trên mạng Internet, kết hợp với nghiên cứu bài học trong SGK, làm báo cáo kết quả nghiên cứu. - GV theo dõi, giúp đỡ, giải đáp các câu hỏi qua gặp trực tiếp, hoặc trực tuyến (qua email, Zalo…). - Các nhóm báo cáo kết quả nghiên cứu. - GV bổ sung, cùng HS lập bảng tổng kết kiến thức cần học. - GV nêu nhiệm vụ cần giải quyết tiếp: thiết kế, chế tạo TBTN buồng sương để kiểm nghiệm các tính chất của tia , . - GV giao nhiệm vụ cho các nhóm nghiên cứu các TBTN: Buồng sương (sử dụng đá khô, sử dụng chip Peltier), cao áp đánh lửa theo các bước: Tìm hiểu TBTN, thiết kế TBTN, chế tạo TBTN và thực hiện TN về đặc điểm của tia , . - HS làm việc theo nhóm: thảo luận nhiệm vụ, phân công thu thập thông tin trên mạng Internet, thiết kế, tìm kiếm vật liệu, gia công, chế tạo TBTN, thực hiện TN với TBTN đã chế tạo, lập báo cáo kết quả nghiên cứu. - GV theo dõi, giúp đỡ các nhóm trong quá trình thực hiện nhiệm vụ của các nhóm. - GV giao nhiệm vụ cho các nhóm tìm hiểu, nghiên cứu đầu dò sử dụng ống đếm G-M, rồi thực hiện các TN: TN kiểm nghiệm tính ngẫu nhiên của sự phóng xạ, TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia  qua các tấm vật liệu (chì, nhôm, nhựa…). - GV cung cấp cho HS đầu dò sử dụng ống đếm G-M, nguồn PX  và các dụng cụ cần thiết. - Các nhóm tìm hiểu cách cài đặt, bố trí và thực hiện TN

Làm việc theo nhóm ở trên lớp hoặc phòng TN – 90 phút

4. Tổ chức cho HS xây dựng định luật PX, và kiểm nghiệm định luật PX

với đầu dò sử dụng ống đếm G-M và nguồn PX , lập báo cáo kết quả nghiên cứu. Riêng đối với TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia PX , GV cho HS xem video GV tiến hành TN. - GV hướng dẫn HS rút ra các nhận xét và so sánh khả năng đâm xuyên của 3 loại tia PX. - GV nêu tình huống có VĐ, hướng dẫn HS thảo luận về tình huống đi tới phát biểu VĐ (câu hỏi) cần GQ. - GV hướng dẫn HS suy đoán và thực hiện giải pháp, để đi tới câu trả lời (kiến thức mới). GV hướng dẫn HS xây dựng các đại lượng vật lí đặc trưng cho hiện tượng PX (, T, H). - GV hướng dẫn HS cách xác định nội dung cần kiểm nghiệm định luật PX (kiểm nghiệm định luật thông qua kiểm nghiệm hệ quả của nó), thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm hệ quả này. - HS xem video quay lại quá trình GV làm TN, tiếp nhận số liệu về số lượng xung mà ống đếm ghi được trong 30s khi các tia  truyền từ nguồn PX Tc-99m tới ống đếm. - HS xử lí số liệu, vẽ đồ thị, đưa ra nhận xét và rút ra kết luận.

Làm việc theo nhóm ở phòng TN – 90 phút

- GV giao nhiệm vụ cho HS thiết kế phương án TN hoặc tìm hiểu TBKT có chức năng phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu, dùng các kiến thức đã học về PX để giải thích nguyên tắc cấu tạo của TBKT. - HS làm việc theo nhóm: thu thập thông tin, thiết kế phương án TN, bố trí, tiến hành TN tìm khuyết tật bên trong vật liệu hay tắc nghẽn bên trong đường ống. - GV theo dõi, giúp đỡ các nhóm trong quá trính thực hiện nhiệm vụ của nhóm.

5. Tổ chức cho HS thực hiện TN minh họa ứng dụng của TBKT sử dụng tia  để phát hiện khuyết tật trong vật liệu

110

Trong quá trình ThNSP, chúng tôi tiến hành phỏng vấn, trao đổi với GV bộ

môn và HS về phương pháp, kĩ thuật DH... để thu thập các góp ý, kiến nghị của HS

và GV và rút kinh nghiệm, điều chỉnh kịp thời.

Ban đầu, chúng tôi dự định sẽ phân chia nhóm và giao cho HS các nhiệm vụ,

trong đó có các HS phải thiết kế, chế tạo các TBTN: Buồng sương sử dụng đá khô,

111

buồng sương sử dụng chip Peltier, cao áp đánh lửa... Tuy nhiên, trong cả hai lần

ThNSP, do điều kiện thời gian không cho phép, chúng tôi chỉ hướng dẫn HS chế tạo

TBTN “Buồng sương sử dụng đá khô”, việc thiết kế và chế tạo TBTN này đơn giản

hơn những TBTN còn lại. “Buồng sương sử dụng chip Peltier” và “cao áp đánh lửa”

được chúng tôi giới thiệu cho HS, như một sự cải tiến, khắc phục được nhược điểm

của loại buồng sương sử dụng đá khô.

5.2.3. Phương pháp thu thập và xử lí số liệu thực nghiệm

Để có thể đánh giá NLThN của HS, chúng tôi chọn sử dụng thang đánh giá NL

và công cụ đánh giá là bảng kiểm quan sát NLThN (rubric) của HS để ghi nhận các biểu

hiện hành vi và các mức độ qua từng tiến trình DH cụ thể. Ngoài việc quan sát trực tiếp

khi đứng lớp, chúng tôi bố trí một camera chính ghi lại diễn biến của cả lớp học và bố trí

một camera quay các thao tác của mỗi nhóm khi tiến hành TN. Quan sát các phiếu học

tập mà HS thực hiện cũng là quan sát quá trình cũng như kết quả học tập của HS, nó là

hình thức thu thập dữ liệu chủ yếu từ các hành vi nhận thức của HS.

Dựa vào các mức độ hành vi của HS biểu hiện qua từng quá trình thực hiện

TN, chúng tôi đưa ra những phân tích để đánh giá sự phát triển NLThN của HS qua

cả quá trình ThNSP.

5.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm

5.3.1. Phân tích định tính

a) Tiến trình 1: Hiện tượng phóng xạ - Các loại tia phóng xạ

Quá trình thiết kế, chế tạo buồng sương và tiến hành TN để kiểm

nghiệm khả năng đâm xuyên của tia α và quãng đường đi được của tia α (Thí

nghiệm 1).

❖ Hoạt động xác định tính chất và đặc điểm của hiện tượng phóng

xạ; phân loại, xác định đặc điểm các loại tia phóng xạ

GV kể chuyện Becquerel tình cờ phát hiện ra tính PX của muối Uranium, sau

đó vợ chồng nhà Curie (Pierre và Marie) tiếp tục nghiên cứu về hiện tượng PX và

phát hiện ra nhiều nguyên tố có tính PX còn mạnh hơn Uranium.

Sau đó GV đề xuất VĐ cần GQ. HS dựa vào SGK, và các tài liệu trên internet

để xác định được bản chất, và đặc điểm của hiện tượng PX. HS xác định được có 3

112

loại tia PX, đó là tia α, tia β, và tia γ; tìm hiểu được bản chất và đặc điểm của từng

loại tia PX này.

GV định hướng cho HS xác định được mục đích TN là kiểm nghiệm một số

đặc điểm của tia PX.

❖ HĐ thiết kế TBTN buồng sương

GV hướng dẫn cho các em HS tìm hiểu các TBTN để phát hiện, ghi đo tia PX

ở trên internet bằng các từ khóa như “TBTN phóng xạ”, “ TB ghi đo phóng xạ’,

“detector”... HS xác định được rất nhiều TBTN có chức năng này, tuy nhiên các em

chưa xác định được TBTN nào sẽ phù hợp cho việc kiểm nghiệm các tính chất của

từng loại tia PX. Do các thông tin trên mạng internet cũng khá nhiễu loạn, HS cần

được GV hướng dẫn tìm thông tin từ các website chính thống, từ các hãng sản xuất

TBTN. GV cùng HS thống nhất, để kiểm nghiệm các đặc điểm của tia α, β sẽ sử dụng

TBTN buồng sương; để kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên cuả tia γ (và khả năng

đâm xuyên của tia β) thì sẽ sử dụng TBTN đầu dò/ ống đếm G-M.

GV giới thiệu về buồng sương Wilson (một TBTN từng giúp cho Wilson đạt

giải Nobel vật lí) và giao nhiệm vụ thiết kế, chế tạo buồng sương cho HS. Trong quá

trình tổ chức HĐ thiết kế TBTN buồng sương cho HS, GV sử dụng “kiểu hướng dẫn

tìm tòi áp dụng các cách thức hành động theo các mẫu đã biết”, hướng dẫn HS tìm

hiểu, nghiên cứu về buồng sương từ các tài liệu ở trên mạng internet để có thể thiết

kế một buồng sương hợp lí, khả thi nhất. Các hãng TBTN đưa ra catalogue các TBTN,

nhưng không đưa ra nguyên tắc cấu tạo và NTHĐ của TBTN, do đó HS chủ yếu tìm

hiểu thiết kế của buồng sương trên Youtube hay các website khác. Đa số các thiết kế

mà HS tìm hiểu được đều có những thiếu sót. Chỉ có một HS (HS4) chọn lọc và đưa

ra mô hình thiết kế có kèm các dụng cụ (NLThN 2.4) và chức năng của chúng, còn

lại hầu hết HS còn lại đều thiết kế không chính xác và không thể chế tạo buồng sương

từ những thiết kế này. Do đó GV gợi ý thêm, chỉ ra một số thiếu sót cho các em chỉnh

sửa thiết kế và TBTN của nhóm theo “kiểu hướng dẫn khái quát chương trình hóa”.

113

HS đưa ra

thiết kế thiếu

một số dụng

cụ quan trọng

của buồng

sương như

mút xốp trữ

cồn, nilon

đen để tạo

tương phản...

Hình 5.1. Các buồng sương được gia công và lắp ráp theo thiết kế không chính xác

nên không quan sát được vệt của tia PX

❖ Hoạt động chế tạo buồng sương và thực hiện TN

Sau khi được GV chỉnh sửa thiết kế, giải thích công dụng của các bộ phận

của buồng sương, HS đã nêu được hầu hết các vật liệu cần thiết. Các em tự gia

công và lắp ráp các bộ phận theo thiết kế để tạo thành một buồng sương hoàn chỉnh

và thử nghiệm để TB hoạt động. Các nhóm đã chế tạo được buồng sương và thử

nghiệm TBTN (NLThN2.7, NLThN2.8) để quan sát được vệt của tia PX với tỉ lệ

114

thành công rất cao (trên 75%). Đối với một số buồng sương chưa được quan sát rõ

vệt tia PX, GV đưa ra câu hỏi định hướng cho các em tìm ra nguyên nhân. Một số

nhóm sửa chữa (NLThN3.3), lắp ráp lại và thử nghiệm TBTN thêm một lần nữa

để kết quả quan sát rõ hơn.

Hình 5.2. HS gia công, lắp ráp theo thiết kế đã chỉnh sửa và chế tạo thành công

buồng sương.

✓ Nhận xét:

- Việc HS có thể gia công, lắp ráp và thử nghiệm buồng sương hoạt động thành

công dựa trên thiết kế đã chỉnh sửa/ thiết kế GV cung cấp chứng tỏ thiết kế buồng

sương của chúng tôi đưa ra khá phù hợp để HS/ GV có thể chế tạo và thực hiện TN.

Trong phạm vi một, hai tiết học rất khó để HS có thể tự lực chế tạo thành công TBTB,

do đó GV cần phải hỗ trợ, hướng dẫn HS hợp lí để các em có thể hoàn thành nhiệm

vụ học tập. GV có thể giao nhiệm vụ chế tạo TBTN cho HS thực hiện trong các buổi

học ngoại khóa, các buổi học ngoài giờ lên lớp.

- Qua việc quan sát các thao tác gia công, lắp ráp TBTN của HS, chúng tôi

đánh giá được các hành vi hành động của HS. Các thao tác còn lóng ngóng, chưa

thành thục, và phải cần sự trợ giúp của GV trong một số bước như dán keo, dán nắp

hộp buồng sương, chiếu đèn quan sát...

115

Hình 5.3. HS tiến hành TN, chiếu đèn và quan sát vệt của tia PX trong buồng

sương.

Về thái độ của HS:

- Một số HS (HS6, HS9, HS2’) không tham gia vào quá trình TN của nhóm, chỉ

thụ động xem các bạn khác thực hiện nhiệm vụ, không giúp đỡ và có ý kiến đóng góp.

Sau khi quan sát các bạn khác thực hiện hoặc được GV hướng dẫn, các em bắt đầu mạnh

dạn hơn, cùng tham gia vào quá trình lắp ráp, thử nghiệm lại TBTN.

- Hầu hết các em HS sau khi chế tạo được TBTN, quan sát được vệt của tia

PX thì có suy nghĩ “đã hoàn thành TN”. Chỉ có một số em thực hiện những hành vi

còn lại như bố trí và tiến hành TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia α bằng

cách đặt tấm bìa bên trong buồng sương (NLThN3.1, NLThN3.2), đưa ra những kết

luận về TN hoặc cải tiến TN(NLThN4.3, NLThN4.4).

- HS có suy nghĩ làm TN để chế tạo một thiết bị hoặc kiểm nghiệm một kiến

thức đã được học và thực hiện dưới sự hướng dẫn của GV. Các em không chuẩn bị

trước hoặc chuẩn bị rất sơ sài.

❖ HĐ kết luận và đánh giá quá trình TN

Một số HS đưa ra được kết luận (NLThN4.3): “Tia alpha và beta có khả năng

ion hóa không khí”, “buồng sương tạo ra môi trường cho chúng ta quan sát tia phóng

xạ”... và ý kiến cải tiến (NLThN4.4) như:

+ Tăng độ tương phản của môi trường lên

+ Nghiên cứu kĩ hơn kích thước của buồng sương

+ Làm buồng sương kín hơn…

116

Theo chúng tôi, những kết luận mà HS đưa ra chưa hoàn thiện và chưa đầy đủ.

Các em chưa đưa ra được kết luận về quãng đường đi và khả năng đâm xuyên kém của

tia α. Những ý kiến để cải tiến TBTN có cơ sở, được các em đưa ra dựa trên những khó

khăn, sai sót mắc phải trong quá trình chế tạo TBTN và thực hiện TN.

Một số kết

luận chính

xác và

những cải

tiến có cơ

sở của HS

đưa ra khi

tiến hành

TN.

Quá trình thực hiện TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia

gamma (Thí nghiệm 2)

❖ HĐ xác định mục đích TN và thiết kế phương án TN

Tương trong quá trình tổ chức cho HS thực hiện TN kiểm nghiệm khả năng

đâm xuyên của tia γ, chúng tôi sử dụng “kiểu hướng dẫn tìm tòi”. GV cho HS tự tìm

hiểu nguyên tắc cấu tạo, NTHĐ của đầu dò sử dụng ống đếm G-M, sau đó tự suy nghĩ

để thiết kế phương án TN.

Đa số HS xác định được mục đích TN (NLThN1.1) là kiểm tra khả năng đâm

xuyên của tia γ (một cách định tính, chưa đầy đủ) và đưa ra phương án thiết kế TN

tương đối chính xác (còn thiếu giá đỡ và một số dụng cụ khác) (NLThN2.2,

NLThN2.3 và NLThN2.4). Chỉ có một HS (HS7) xác định và vẽ được sơ đồ bố trí

TN có giá đỡ trong thiết kế. HS lựa chọn các dụng cụ/ TBTN chính xác: ống đếm/

đầu dò để ghi nhận tia γ, vật liệu che chắn, nguồn PX γ…

117

HS xác

định được

mục đích

TN và đưa

ra thiết kế

chính xác,

thiết kế ở

hình dưới

có cả giá

đỡ cho cả

hệ thống để

tiến hành

TN.

Đối với CSHV “Dự kiến các bước tiến hành TN và thu thập số liệu (NLThN2.5

và NLThN2.6)”: Chỉ có một HS (HS1) dự kiến được các bước tiến hành TN trong

quá trình thiết kế, đó là: “Cho lần lượt các tấm vật liệu vào và ghi nhận số đếm giảm

dần như thế nào, thay đổi các loại vật liệu để so sánh xem vật liệu nào sẽ ngăn cản

tia γ tốt nhất”. Đây là một CSHV khó thực hiện thành công đối với đa số HS. Do đó

GV sử dụng “kiểu hướng dẫn tái tạo”, hướng dẫn cho HS các bước tiến hành TN để

có thể kiểm nghiệm được khả năng đâm xuyên của tia γ và tìm ra vật liệu ngăn cản

tia γ tốt nhất. HS phải dự kiến được các bước tiến hành TN như thay đổi bề dày vật

118

liệu bằng cách thêm vào các tấm vật liệu, và ghi lại số lượng xung của chùm tia γ

xuyên qua vật liệu theo mỗi bề dày, sau đó thay đổi vật liệu để tiến hành lại TN tương

tự.

❖ HĐ thực hiện TN

- HS chủ động tìm hiểu chức năng, cấu tạo và NTHĐ của đầu dò sử dụng ống

đếm G-M. HS tìm hiểu cách cài đặt thời gian, sử dụng đầu dò (NLThN2.3).

- Một số em phát biểu được là “trong môi trường tự nhiên có PX” khi thấy đầu

dò phát ra âm thanh/ “tiếng kêu” dù chưa có nguồn PX ở gần đầu dò (đầu dò ghi được

PX của môi trường xung quanh). Một số HS phát biểu được: “môi trường xung quanh

có PX với cường độ nhỏ”.

- Một số HS chủ động tìm hiểu cách sử dụng thước kẹp để đo bề dày vật liệu.

Hình 5.4. HS tìm hiểu và dùng thước kẹp để đo bề dày vật liệu.

- Trong quá trình HS bố trí các dụng cụ và thực hiện TN, các lỗi thao tác xuất

hiện như: các em để nguồn PX rất xa ống đếm (dẫn đến việc cường độ tia PX đến

ống đếm suy giảm, không đủ để xuyên qua vật liệu), nguồn PX và ống đếm không

nằm đối diện trên một đường thẳng song song với mặt bàn, làm xê dịch vị trí của

nguồn PX và đầu dò (dẫn đến kết quả TN không chính xác). Đa số HS chưa tự phát

hiện được lỗi thao tác TN, sau khi được GV gợi ý (hướng dẫn tái tạo Angorit), các

em mới dùng nhiều cách để khắc phục:

119

+ Điều chỉnh, đặt giá đỡ nguồn PX và đầu dò lên tờ giấy có thước canh để cố

định khoảng cách và vị trí (NLThN3.3).

+ Cố định đầu dò và giá đỡ nguồn PX bằng keo, dán lên trên bàn

(NLThN3.3)...

Hình 5.5. HS đặt đầu dò và nguồn PX trên giấy có ô ly để xác định và cố định

khoảng cách giữa nguồn PX và đầu dò.

- HS biết cách tăng bề dày vật liệu che chắn giữa nguồn PX và ống đếm bằng

cách thêm lần lượt các tấm vật liệu rồi ghi nhận số liệu theo từng bề dày vật liệu

(NLThN3.2).

Hình 5.6. Các thao tác thay đổi bề dày vật liệu che chắn tia PX γ bằng cách thêm

các tấm vật liệu vào.

120

- Một số HS nhận ra được “bất thường” như việc cho thêm vật liệu vào mà số lượng xung

mà đầu dò ghi được từ nguồn PX lại tăng. Các em loại bỏ số liệu này và thực hiện lại phép

đo. Một số em giải thích được khi tăng bề dày vật liệu thì số đếm phải giảm đi, và chỉ ghi

vào bảng những số liệu theo nguyên tắc này (NLThN3.4, NLThN4.1).

HS biết

loại bỏ

những số

liệu không

đúng, ghi

số liệu

một cách

có nghĩa,

tăng bề

dày vật

liệu thì số

đếm phải

giảm đi.

HS chưa

biết loại

bỏ những

số liệu

không

đúng, và

tiến hành

đo lại.

121

Hình 5.7. HS vẽ đồ thị sự suy giảm số đếm theo bề dày vật liệu trên giấy.

122

- Một số HS (HS10, HS11) dù chưa tiến hành TN thành công nhưng có ý thức

tham khảo bạn bè và GV hướng dẫn để tiến hành lại TN tốt hơn.

❖ HĐ rút ra kết luận và đánh giá quá trình TN

Một số HS biết cách vẽ đồ thị dựa trên những số liệu thu thập được

(NLThN4.2) trên phiếu học tập mà GV cung cấp. Cách vẽ đồ thị này chưa thật sự

chính xác nhưng nó cũng có thể giúp các em đưa ra được một số kết luận định tính

đúng dựa vào đồ thị này.

Một số ý kiến cải tiến được HS đưa ra (NLThN4.4) như: “thay thế nguồn PX

mạnh hơn”, “bổ sung giá đỡ để cố định vị trí đầu dò và nguồn PX…” nhưng vẫn chưa

đầy đủ. HS rút ra kết luận từ số liệu thu thập được (NLThN4.3):

- Tia γ có khả năng đâm xuyên tốt, tuy nhiên khi tăng bề dày vật liệu thì cường

độ tia γ giảm (số đếm giảm).

- So sánh được khả năng cản tia γ của các loại vật liệu: chì cản tia γ tốt hơn nhựa.

Các kết luận tương đối chính xác về TN của HS.

123

Khi GV đặt câu hỏi cho HS so sánh khả năng đâm xuyên của các loại tia PX:

tia , tia  và tia . Hầu hết các em HS đều trả lời: “Tia β có khả năng đâm xuyên tốt

hơn tia α. Tia γ có khả năng đâm xuyên lớn hơn nhiều so với tia β”. Câu trả lời này

dựa trên việc tham khảo các đặc điểm của các loại tia PX từ SGK, nhưng các em vẫn

chưa đưa ra được căn cứ để giải thích cho điều này.

GV đưa ra căn cứ và giải thích cho HS: vì vận tốc của tia β lớn hơn tia α rất

nhiều, hạt mang điện của tia β có điện tích nhỏ hơn và kích thước cũng nhỏ hơn so

với hạt mang điện của tia α, do đó tia β có khả năng đâm xuyên tốt hơn tia . Tia γ là

sóng điện từ, có năng lượng cao, khả năng ion hóa kém hơn nên ít tương tác với môi

trường (so với tia tia , tia ), do đó nó có khả năng đâm xuyên mạnh nhất.

GV yêu cầu HS thiết kế phương án TN để kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của

tia . Do HS đã thực hiện việc thiết kế và tiến hành TN tương tự với tia γ nên các em

hoàn thành tốt nhiệm vụ này. Sau đó HS xem video TN mà GV đã tiến hành TN để xác

định khả năng đâm xuyên của tia : “Tia β có khả năng đâm xuyên tốt hơn tia , nó có

khả năng xuyên qua các tấm vật liệu nhựa hay nhôm có bề dày 1mm”.

✓ Nhận xét:

+ HS chưa xác định được “để làm TN kiểm nghiệm sự suy giảm của số lượng

tia PX theo bề dày vật liệu” thì các thông số khác như khoảng cách và vị trí của nguồn

đối với đầu dò phải được giữ cố định do đó làm xê dịch vị trí của nguồn và đầu dò

trong quá trình TN.

+ Các thao tác thực hiện TN chưa chính xác do chưa có giá đỡ của toàn bộ hệ

thống. Tuy nhiên điều này là cơ hội để cho HS thực hiện các hành vi như sửa chữa,

đưa ra các cách khắc phục: “cố định hệ TN bằng keo”, “giữ cố định khoảng cách bằng

thước”...

Có một số nguồn PX trong bộ nguồn có hoạt độ quá nhỏ, nên một số nhóm

không thực hiện thành công TN với những nguồn PX này, một số HS đưa ra ý kiến:

“khi tiến hành TN với nguồn PX yếu nên đưa nguồn lại gần ống đếm hơn”.

Về thái độ: HS tiến hành TN với thái độ hứng thú và nghiêm túc.

+ Trong quá trình tiến hành TN nếu xuất hiện sai hỏng, thì hầu hết các em cố

gắng khắc phục và tiếp tục tiến hành TN.

124

+ Một số nhóm đã tiến hành lại TN thêm một lần nữa để có kết quả tốt hơn.

c) Tiến trình: Xây dựng và kiểm nghiệm biểu thức Định luật phóng xạ

(TN3)

Mục tiêu của tiến trình DH này là để bồi dưỡng cho HS một số kĩ năng sau:

+ Kĩ năng suy luận, GQVĐ bằng suy luận lí thuyết,

+ Thiết kế phương án TN trong đó có CSHV dự kiến các bước tiến hành TN,

+ Kĩ năng xử lí số liệu, vẽ đồ thị, khớp hàm tìm ra qui luật.

GV hướng dẫn HS suy luận lí thuyết để đi đến được biểu thức:

N = 𝑁0. 𝑒−𝜆𝑡

Sau đó HS suy luận để xác đinh biểu thức của các đại lượng đặc trưng của hiện

tượng PX là chu kì bán rã T và hoạt độ PX H.

Tuy nhiên khi GV đặt VĐ: “Làm thế nào để kiểm nghiệm tính đúng đắn của

định luật PX?” thì hầu hết HS đều trả lời là: “Phải thực hiện TN để xác định số hạt

N còn lại theo thời gian t”. GV phải sử dụng “kiểu hướng dẫn tái tạo Angorit”:

“Định luật PX không thể kiểm nghiệm trực tiếp nhờ TN vì không thể xác định được

số HN còn lại chưa phân rã tại các thời điểm khác nhau tính từ thời điểm ban đầu

trong quá trình phân rã của mẫu chất PX. Định luật PX được kiểm nghiệm thông qua

việc kiểm nghiệm biểu thức tính độ PX H của mẫu chất PX (là hệ quả của định luật

PX), do đó phải tiến hành TN để xác định sự thay đổi của hoạt độ H theo thời gian.

(Đo lượng tia PX phát ra từ một nguồn PX trong khoảng thời gian dt tại các thời điểm

khác nhau, thu thập số liệu→ vẽ đồ thị→ khớp hàm để tìm ra qui luật)”.

HS được xem video GV thực hiện TN, sau đó xử lý số liệu mà GV cung cấp,

vẽ đồ thị và khớp hàm để tìm ra quy luật của sự PX. Nhiều HS chưa biết cách vẽ đồ

thị bằng phần mềm Excel trên máy tính. Một số HS biết cách vẽ đồ thị từ bảng số liệu

(HS1, HS6’…) nhưng không biết cách khớp hàm và tìm ra được qui luật PX hay chu

kỳ bán rã của nguồn PX trong TN. GV sử dụng “kiểu hướng dẫn tái tạo từng thao

tác cụ thể, riêng rẽ” đối với các em HS chưa từng vẽ đồ thị bằng phần mềm Excel,

chưa biết cách khớp hàm từ đồ thị để suy ra định luật PX và tìm được chu kì bán rã.

125

Hình 5.8. HS làm theo hướng dẫn của GV để vẽ đồ thị và khớp hàm để tìm ra định

luật PX.

✓ Nhận xét:

+ HS chưa hình dung được phương án kiểm nghiệm định luật PX, vì các em

luôn nghĩ “để tìm được định luật thì phải xác định số hạt còn lại theo thời gian”. HS

gặp khó khăn khi “phải xác định ĐL PX qua một đại lượng gián tiếp hay hệ quả của

định luận PX”. Đối với đa số HS, những thao tác như vẽ đồ thị, khớp hàm từ đồ thị

trên máy tính và tìm được qui luật, các em chưa thể tự thực hiện được vì các em chưa

được làm trước đấy. Do đó hầu hết các hành vi chỉ có thể làm theo hướng dẫn của

GV – mức độ thấp nhất.

d) Tiến trình 4: TN minh họa ứng dụng của Thiết bị kĩ thuật sử dụng tia

γ để phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu (TN4)

Hầu hết HS đều xác định được mục đích TN là: Xác định được vị trí khuyết

tật bên trong vật liệu hoặc vị trí tắc nghẽn bên trong ống.

Trong tiến trình DH này chúng tôi yêu cầu HS phải tự lực ở mức độ cao nhất

để thực hiện nhiệm vụ. Sự hướng dẫn của GV trong tiến trình này chủ yếu đưa ra các

câu hỏi gợi ý hay nhắc nhở các thao tác TN chưa thuần thục của các em HS (kiểu

126

hướng dẫn tìm tòi). Các em tự lực thực hiện tất cả các hành vi từ thiết kế phương án

TN, bố trí và tiến hành TN, tự sửa chữa những sai hỏng trong quá trình thực hiện TN

và cuối cùng là tự rút ra kết luận và cải tiến TN này.

❖ HĐ thiết kế phương án TN

HS vận dụng một số kiến thức đã học liên quan đến VĐ và tìm hiểu cách GQ

các VĐ tương tự trên internet để đề xuất một số phương án (NLThN2.1):

+ dùng máy chụp X-quang

+ dùng máy dò siêu âm

+ ứng dụng PX ( chụp film PX, ứng dụng khả năng đâm xuyên mạnh của tia γ)

GV phân tích và đánh giá các phương án thiết kế TN của HS, những phương

án nào là hợp lý hay chưa phù hợp với thực tế ở chỗ nào. Sau đó GV đặt ra những

câu hỏi định hướng để các em có thể tìm hiểu TBKT dựa vào đặc điểm của tia  (khả

năng đâm xuyên mạnh của tia , cường độ tia  giảm theo độ dày vật liệu) để xác định

vị trí khuyết tật bên trong vật liệu, vị trí tắc nghẽn bên trong đường ống. Các em tìm

hiểu TBKT trên internet và xác định được TBKT gồm 2 bộ phận chính: Nguồn PX 

và ống đếm để ghi số lượng xung khi chùm tia  được phát ra từ nguồn PX qua các

vị trí khác nhau của vật liệu có khuyết tật, hoặc qua các vị trí khác nhau của ống có

cặn, tắc nghẽn.

Một số HS (HS1, HS3, HS7, HS 3’, HS6’…) dự kiến được cách thực hiện TN

và thu thập số liệu (NLThN2.5, NLThN2.6), phát biểu dù chưa chính xác hoàn toàn

nhưng có ý tưởng đúng với NTHĐ của TBKT, đó là: chia vật/ ống ra thành từng phần,

cho tia γ chiếu qua các phần đó, những vị trí nào của thanh kim loại có lỗ hỗng bên

trong thì số lượng tia γ sẽ xuyên qua nhiều hơn những vị trí còn lại, những vị trí nào

của ống bị tắc nghẽn thì số lượng tia γ xuyên qua ít hơn những vị trí còn lại.

HS xác định mục đích TN và đưa ra các thiết kế TN để xác định khuyết tật/ tắc nghẽn...

Trong các thiết kế, HS lựa chọn được các dụng cụ chính là nguồn PX γ và ống đếm/ film

PX, giá đỡ…

127

128

❖ HĐ thực hiện TN

HS biết sử dụng viết lông, phấn chia thanh vật liệu ra thành từng phần, cho tia

PX γ phát ra từ nguồn PX xuyên qua từng vị trí đến ống đếm, ghi lại số đếm tia PX

xuyên qua từng vị trí và phân tích (NLThN3.1, NLThN 3.2).

HS biết cách đánh dấu khoảng cách giữa nguồn PX và đầu dò, hoặc cố định chúng để khoảng cách/ vị trí không thay đổi, “nguồn PX, vị trí cần xác định khuyết

tật trong thanh sắt (hoặc vị trí tắc nghẽn bên trong ống) và ống đếm G-M nằm trên

một đường thẳng song song với mặt bàn (NLThN3.1). Trong quá trình tiến hành TN,

HS có dịch chuyển nguồn PX và ống đếm nhưng các em đã khắc phục, điều chỉnh để

giữ khoảng cách giữa chúng không đổi (NLThN3.3).

+ Một số HS biết cách tìm các vật kê, bệ đỡ thanh sắt, ống nhựa để làm giá đỡ khi nhận thấy các giá đỡ được GV cung cấp chưa đáp ứng được việc bố trí và tiến

hành TN (NLThN3.1).

Hình 5.9. HS dùng các quyển sách/ một thanh sắt khác để làm vật kê, sao cho tia PX γ

truyền qua ống nhựa/ thanh sắt rồi mới tới đầu dò.

129

Hình 5.10. HS phân vùng và đánh dấu vị trí có khuyết tật trên thanh sắt, hoặc

vị trí tắc nghẽn trong ống.

+ HS ghi lại số đếm của tia γ xuyên qua thanh sắt/ ống nhựa theo từng vị trí

vào bảng, rồi dựa vào bảng số liệu này và NTHĐ của TBKT để xác định những vị trí

khuyết tật bên trong vật liệu (hoặc vị trí tắc nghẽn bên trong ống) (NLThN3.4,

NLThN4.1).

❖ HĐ rút ra kết luận và đánh giá kết quả TN

Dựa trên quá trình tiến hành TN và kết quả thu được của TN, HS đưa ra kết

luận: Có thể xác định được vị trí của khuyết tật/ tắc nghẽn bên trong vật liệu/ ống

dẫn nhờ sử dụng TBKT hoạt động dựa trên khả năng đâm xuyên của tia  nhưng một

số HS vẫn chưa diễn đạt được. HS đưa ra những ý kiến cải tiến hợp lý (NLThN4.4)

để cải tiến TBKT như: Cần có giá đỡ cho toàn hệ thống, nguồn mạnh hơn, máy đo

cần phải tốt hơn.

130

✓ Nhận xét:

+ Qua từng TN, các em đã biết cách cài đặt đầu dò sử dụng ống đếm G-M; tự

thực hiện các hành vi như đánh dấu vị trí của ống/ vật cần đo mà không cần GV nhắc

nhở, tự sửa chữa được các thao tác lỗi như làm xê dịch vị trí của nguồn PX và đầu

dò.

+ HS đưa ra một số kết luận, đề xuất cải tiến TN chính xác và ý nghĩa.

5.3.2. Đánh giá định lượng

a) Phân tích định lượng một số HS

Dựa trên một nghiên cứu tương tự của tác giả Bitzenbauer và Meyn [83],

chúng tôi quyết định phân tích định lượng theo tổ hợp một số CSHV mà chúng tôi

cho rằng chúng có biểu hiện và quan hệ gắn bó với nhau. Các tổ hợp hành vi được

phân tích: Thiết kế (Xác định TBTN/ dụng cụ TN + Vẽ sơ đồ bố trí TN); Thực hiện

(Bố trí + tiến hành TN + sửa chữa sai hỏng); Thu thập và xử lí dữ liệu; Kết luận và

cải tiến TN.

131

HS1 có những tiến bộ trong các tổ hợp hành vi, thao tác có sử dụng TBTN (Bố trí, tiến hành TN và sửa chữa sai hỏng; Thu thập và xử lí dữ liệu).

HS 5 có sự tiến bộ đồng đều ở nhiều tổ hợp CSHV.

HS1a cũng có sự tiến bộ đồng đều ở nhiều tổ hợp CSHV.

132

Qua sự phân tích một số tổ hợp CSHV của HS, chúng tôi nhận thấy các HS có

sự phát triển các CSHV của NLThN. Tuy nhiên, độ bền vững của các mức độ CSHV

đạt được vẫn chưa có thể kết luận vì số TN mà HS thực hiện tương đối ít. Các thao

tác hành động của HS thuần thục hơn, chính xác hơn giữa TN2 và TN4, có thể là do

quá trình thực hiện 2 TN này, HS sử dụng cùng một TBTN (đầu dò sử dụng ống đếm

G-M).

b) Phân tích thống kê định lượng một số CSHV trên tất cả HS tham gia ThNSP

Chúng tôi đánh giá những CSHV của HS được biểu hiện liên tục qua các tiến

trình DH. Đó là những chỉ số hành vi của thành tố “Thiết kế phương án TN” (xác

định các TBTN cần sử dụng và vẽ sơ đồ bố trí TN), thành tố “Thực hiện TN” (bố trí/

lắp ráp các TBTN và tiến hành TN, khắc phục được các sai hỏng) cuối cùng là “Rút

ra kết luận và cải tiến TN”.

❖ Mức độ đạt được của các CSHV “Xác định các TBTN cần sử dụng + Vẽ sơ đồ bố

Xác định TBTN cần sử dụng + Vẽ sơ đồ bố trí TN

2.5

ộ đ

1.5

c ứ M

0.5

HS1

HS2

HS3

HS4

HS5

HS6

HS7

HS8

HS9 HS10 HS11

HS THPT Trần Văn Giàu

TN1

TN2

TN4

trí TN” của HS qua các tiến trình DH:

Xác định TBTN cần sử dụng + Vẽ sơ đồ bố trí TN

2.5

ộ đ

1.5

c ứ M

0.5

HS 1a

HS 2a

HS 3a

HS 4a

HS 5a

HS 6a

HS 7a

HS 8a

HS THPT THTH

TN1

TN2

TN4

133

Bố trí, lắp ráp các TBTN và tiến hành TN

2.5

ộ đ

1.5

c ứ M

0.5

HS 1 HS 2 HS 3 HS 4 HS 5 HS 6 HS 7 HS 8 HS 9 HS 10 HS 11 HS THPT Trần Văn Giàu

TN1

TN2

TN4

Bố trí, lắp ráp các TBTN và tiến hành TN

2.5

ộ đ

1.5

c ứ M

0.5

HS 1a

HS 2a

HS 3a

HS 4a

HS 5a

HS 6a

HS 7a

HS 8a

HS THPT THTH

TN1

TN2

TN4

❖ Mức độ đạt được của các CSHV “Bố trí, lắp ráp các TBTN và tiến hành TN” của HS qua các tiến trình dạy học:

134

❖ Mức độ đạt được của các CSHV “Rút ra kết luận và cải tiến TN” của HS qua các

Rút ra kết luận và cải tiến TN

2.5

ộ đ

1.5

c ứ M

0.5

HS 1 HS 2 HS 3 HS 4 HS 5 HS 6 HS 7 HS 8 HS 9 HS 10 HS 11 HS THPT Trần Văn GIàu

TN1

TN2

TN4

Rút ra kết luận và cải tiến TN

2.5

ộ đ

1.5

c ứ M

0.5

HS 1a

HS 2a

HS 3a

HS 4a

HS 5a

HS 6a

HS 7a

HS 8a

HS THPT THTH

TN1

TN2

TN4

tiến trình dạy học

Qua thống kê các mức độ NLThN đạt được của HS khi tham gia các hoạt động

TN trong quá trình ThNSP, chúng tôi nhận thấy:

+ Ở TN1, hầu hết các hành vi của HS chỉ đạt mức thấp nhất, do HS lần đầu

tham gia hoạt động ThN (phải thiết kế, chế tạo TBTN) nên các em vẫn còn chưa quen

và cần nhiều sự hướng dẫn từ GV để hoàn thành nhiệm vụ. Tuy nhiên, tiến trình DH

đã soạn thảo cũng giúp cho các em bộc lộ được các hành vi ứng với các thành tố

NLThN đó mà GV muốn bồi dưỡng.

+ Sang TN2 và TN4, mức độ NLThN của đa số HS đều tăng theo từng tiến

135

trình dạy học, mặc dù HS vẫn thực hiện những hành vi tương tự hành vi đã biết, đã

học nhưng trong một bối cảnh mới. Các thao tác của HS đã trở nên thuần thục, chính

xác hơn. Một số CSHV của một số HS đạt được mức độ cao nhất.

Nguyên tắc bồi dưỡng NL là cần phải bồi dưỡng lâu dài, các mức độ của

CSHV phải đạt được bền vững nhất định thì mới có thể đánh giá được sự phát triển.

Tuy nhiên, kết quả trên cũng cho thấy các TN đã xây dựng và các tiến trình dạy học

được thiết kế và tổ chức để bồ dưỡng NLThN của HS là khả thi.

c) Một số hạn chế trong việc đánh giá NLThN của HS trong luận án:

+ Chúng tôi chưa xác định được mức độ khó của các nhiệm vụ, và mức độ khó

của cùng một CSHV của nhiệm vụ này so với nhiệm vụ khác.

+ Trong quá trình thực hiện chuỗi các TN của HS, chỉ có một số CSHV được

bồi dưỡng liên tục: thiết kế phương án TN (xác định dụng cụ/ vẽ sơ đồ bố trí TN);

thực hiện TN (Lắp ráp, bố trí TBTN, tiến hành TN); rút ra kết luận về TN, cải tiến

TN... Một số CSHV khác (chế tạo TBTN, lập kế hoạch tiến hành TN, tính sai số, và

vẽ đồ thị…) không có cơ hội được bồi dưỡng liên tục.

+ Kết quả đánh giá quá trình có độ tin cậy chưa cao vì số tiến trình DH trong

cả quá trình ThNSP tương đối ít.

5.3.3. Đánh giá tính khả thi của các thiết bị thí nghiệm phóng xạ

✓ Nguồn PX alpha-beta cho TN an toàn vì là đất tự nhiên, nguồn PX γ tại

phòng TN HN trường ĐH Sư Phạm Tp.HCM có kiểm định an toàn hàng năm cho HS

tiến hành TN.

✓ Các TBTN buồng sương mà HS chế tạo hoạt động tốt, để quan sát và kiểm

nghiệm tính chất của tia PX α. Với đầu dò sử dụng ống đếm G-M, HS có thể kiểm

nghiệm được khả năng đâm xuyên của tia γ, tia β và rút ra được kết luận, so sánh khả

năng đâm xuyên của các tia này. Vị trí khuyết tật bên trong các thanh sắt, vị trí tắc

nghẽn bên trong ống nhựa được HS thực hiện TN để xác định tương đối chính xác

bằng việc ứng dụng NTHĐ của TBKT đo gamma truyền qua dựa vào khả năng đâm

xuyên mạnh của tia γ và đầu dò sử dụng ống đếm G-M.

✓ Các TN PX có thể tạo cho HS có nhiều cơ hội tham gia vào tất cả các quá

trình thiết kế phương án, lựa chọn dụng cụ, đến việc lắp ráp/ bố trí và tiến hành TN.

136

KẾT LUẬN CHƯƠNG 5

Từ những phân tích kết quả ThNSP, chúng tôi đưa ra một số kết luận như sau:

✓ Các tiến trình DH đã soạn thảo bước đầu thể hiện được sự hiệu quả đối với

việc bồi dưỡng NLThN của HS. Kết quả đánh giá NLThN của HS phân tích ở trên

cho thấy NLThN của HS có sự phát triển ở một số CSHV như thiết kế phương án TN,

thực hiện TN, rút ra kết luận và cải tiến TN. Tỉ lệ các HS thể hiện các hành vi đạt

mức độ cao hơn cũng tăng dần qua từng quá trình thực hiện TN.

✓ Các tiến trình DH cùng các TN PX đã tạo sự hứng thú cho HS trong các HĐ

nhận thức. HS được tham gia vào quá trình thiết kế, chế tạo TBTN và tiến hành các

TN về PX. HS thể hiện thái độ hứng thú trong việc chế tạo TBTN mới (buồng sương),

thử nghiệm TB hoạt động thành công và quan sát được vệt của tia PX α, β, những tia

mà các em nghĩ là chúng vô hình. Qua TN kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia

γ, các em thấy được tia γ có khả năng đâm xuyên mạnh qua các vật liệu và cũng tìm

được vật liệu ngăn cản tia γ tốt nhất là chì. HS tham gia vào quá trình xử lí số liệu, vẽ

đồ thị và khớp hàm để tìm được qui luật của sự PX (định luật PX). Cuối cùng, các

em được vận dụng kiến thức của PX γ vào ứng dụng thực tế khi tiến hành các TN

minh họa NTHĐ của TBKT sử dụng tia PX γ để tìm được vị trí khuyết tật bên trong

vật liệu hay vị trí tắc nghẽn bên trong đường ống.

137

KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT

1. Những kết quả đạt được của luận án

Luận án đã đạt được một số kết quả sau:

✓ Đã đề xuất cấu trúc của NLThN trong trường hợp phải thiết kế, chế tạo

TBTN để thực hiện thí nghiệm.

✓ Điều tra thực tiễn về thực trạng DH các kiến thức PX ở trường THPT, các

quan niệm sai về PX mà HS vẫn mắc phải sau khi học các kiến thức PX.

✓ Đã nghiên cứu và xây dựng (thiết kế, chế tạo hoặc cải tiến) được 5 TBTN:

Buồng sương sử dụng đá khô; buồng sương sử dụng sò nóng lạnh (chip Peltier); thiết

bị phát hiện tia PX alpha, beta bằng tia lửa điện; đầu dò sử dụng ống đếm G-M; và

hệ đầu dò điều khiển từ xa qua wifi. Các TBTN này dùng để tiến hành 5 TN: 3 TN

kiểm nghiệm một số tính chất của tia PX (làm ion hóa môi trường, quãng đường đi

được, khả năng đâm xuyên của các loại tia PX); TN kiểm nghiệm nội dung định luật

PX và TN minh hoạ NTHĐ của TBKT sử dụng tia γ để phát hiện vị trí khuyết tật

trong vật liệu.

✓ Soạn thảo tiến trình DH một số kiến thức về PX (Vật lí 12) theo tiến trình

DH GQVĐ, trong đó có tiến trình hướng dẫn HS xây dựng và sử dụng các TBTN PX

nhằm bồi dưỡng NLThN của HS.

✓ Vận dụng cấu trúc chung của NLThN đã đề xuất, để xác định mục tiêu bồi

dưỡng các hành vi của NLThN của HS khi nghiên cứu từng nội dung kiến thức PX

và xây dựng được rubric đánh giá NLThN tương ứng.

✓ Từng tiến trình DH, trong đó có tiến trình hướng dẫn HS xây dựng và sử

dụng TBTN đã được ThNSP, bước đầu khẳng định được tính khả thi và hiệu quả của

nó đối với việc bồi dưỡng NLThN của HS.

2. Hạn chế của luận án

Quá trình ThNSP vẫn bị hạn chế về mặt thời gian, do đó HS không thể có điều

kiện để rèn luyện thêm về kĩ năng thiết kế, chế tạo TBTN. Để hướng dẫn HS chế tạo

TBTN mới, đòi hỏi GV phải hướng dẫn HS tìm hiểu về TBTN PX ở nước ngoài (đã

sản xuất bởi các hãng TBTN để bán hoặc các TBTN là kết quả của những nghiên cứu

138

đã công bố trên sách, báo), sau đó sơ bộ nhận xét ưu-nhược điểm của các TBTN này.

Dựa trên việc tìm hiểu TBTN, HS có thể thiết kế và chế tạo lại những TBTN này.

Việc giao cho HS nhiệm vụ chế tạo các TBTN trong luận án của chúng tôi đề cập là

có tính khả thi vì nhiều bộ phận của các TBTN như: Đá khô, chip Peltier, mạch tăng

áp, mạch điều khiển Arduino, ống đếm G-M... có thể tìm mua được trên thị trường

hoặc GV cung cấp. Ngoài ra các bộ phận khác của các TBTN này dễ dàng chế tạo từ

các vật liệu đơn giản, dễ tìm, có giá thành không cao. Việc thiết kế, chế tạo TBTN có

tác dụng bồi dưỡng NLThN của HS.

HS cũng chưa được thực hiện TN với TBTN PX được điều khiển tự động hóa

qua wifi, để có thể tìm hiểu về An toàn bức xạ.

3. Đề xuất

Qua quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đề xuất một số kiến nghị sau:

- Để bồi dưỡng NLThN của HS, có thể tổ chức cho HS nghiên cứu, thiết kế

và chế tạo TBTN (không chỉ là TBTN PX). Việc tổ chức cho HS tự xây dựng TBTN

có thể mất rất nhiều thời gian, nên chúng tôi đề xuất thực hiện việc này trong các tiết

học ngoài giờ, các tiết học ngoại khóa.

- Sử dụng các TBTN đã xây dựng để soạn thảo các tiến trình DH theo mục

tiêu phát triển NL GQVĐ và sáng tạo... hoặc DH về PX để khắc phục các quan niệm

sai về PX của HS và SV.

- Sử dụng các TBTN đã chế tạo để soạn thảo một số tiến trình DH về HĐ trải

nghiệm đo PX môi trường, tìm hiểu về PX tự nhiên, an toàn PX...

- Tổ chức các HĐ trải nghiệm tại các cơ sở/ nhà máy có sử dụng bức xạ để

có thể giúp HS có thêm những hiểu biểu biết về các ứng dụng thực tế của PX, hiểu

biết về An toàn PX...

139

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ

1. Le Anh Duc, Tran Ngoc Chat, and Nguyen Ngoc Hung. Evaluating

experimental competence of 12th-grade students in Vietnam through teaching

methods using radioactive experiments.1st international conference on

innovation in learning instruction and teacher education, Conference

proceedings, Hanoi National University of Education (HNUE), 2019.

2. Anh Duc Le, Quoc B Nguyen, Ngoc Chat Tran, and Ngoc Hung Nguyen. A

remote-controlled detector system with Geiger–Müller counter. Physics

Education 56(2), 025021, 2021.

3. Lê Anh Đức, Vũ Tá Quyền, Phạm Võ Trung Hậu, Đinh Công Minh và Nguyễn

Phương Khả Trân. Khảo sát một số quan niệm về phóng xạ của sinh viên chuyên

ngành vật lí. Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP Tp.HCM, 18(5), 840, 2021.

4. Lê Anh Đức, Phạm Thiên Lộc và Trần Ngọc Chất. Thiết kế, chế tạo thiết bị

phát hiện phóng xạ nhờ tia lửa điện sử dụng trong dạy học về phóng xạ alpha–

beta. Kỉ yếu Hội nghị Giảng dạy Vật lí lần thứ 5, tháng 10, 2021, Hà Nội.

5. Le Anh Duc, Nguyen Minh Duy, Nguyen Quoc B, Tran Ngoc Chat, and

Nguyen Ngoc Hung. Improving the Wilson Cloud Chamber Using Peltier

Chips. The Physics Teacher, 60(1), 62-65, 2022.

6. Lê Anh Đức, Trần Ngọc Chất, Nguyễn Ngọc Hưng. Xây dựng khung cấu trúc

năng lực thực nghiệm vật lí tổng quát. Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP

Tp.HCM (Đã chấp nhận đăng).

140

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bộ Giáo dục và Đào tạo, “Chương trình giáo dục phổ thông - Chương trình

tổng thể,” Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT, p. 52, 2018.

[2] Bộ Giáo dục và Đào tạo, Thông tư 39/2021 - Ban hành Danh mục thiết bị dạy học tối thiểu cấp trung học phổ thông. Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2021.

[3] Bộ Giáo dục và Đào tạo, Sách giáo viên Vật lí 12. NXBGD Việt Nam, 2013.

[4] H. H. Bình, “Năng lực và đánh giá theo năng lực,” Tạp chí Khoa học, Trường

ĐH Sư Phạm Tp.HCM, no. 6 (71), p. 22, 2015.

[5] D. R. Bloom, B. S., Engelhardt, M. D., Furst, E. J., Hill, W. H., & Krathwohl, Taxonomy of educational objectives – Handbook 1: Cognitive domain (16th ed.). New York, 1971.

[6] F. E. Weinert, “Vergleichende Leistungsmessung in Schulen-eine umstrittene Selbstverständlichkeit,” in Leistungsmessungen in schulen, Beltz, 2001, pp. 17–32.

[7] H. Phê, Từ điển tiếng Việt, NXB Hồng Đức. Đà Nẵng, 2013.

[8] D. S. Rychen and L. H. Salganik, “Definition and Selection of Competencies (DESECO): Theoretical and Conceptual Foundations. Strategy Paper,” Neuchatel, Switzerland: Swiss Federal Statistical Office, 2002.

[9] P. Griffin and E. Care, Assessment and teaching of 21st century skills: Methods

and approach. Springer, 2014.

[10] P. Griffin and P. Robertson, “Writing assessment rubrics,” Assessment for

teaching, pp. 125–155, 2014.

[11] Đ. H. Trà, N. V. Biên, T. D. Hải, P. X. Quế, và D. X. Quý, Dạy học phát triển năng lực vật lí trung học phổ thông. NXB ĐH Sư Phạm Hà Nội, 2020.

[12] N. V. Biên, “Đề xuất khung năng lực và định hướng dạy học môn vật lí ở trường phổ thông,” Journal of Science, Educational Science, vol. 61, no. 8B, pp. 11– 22, 2016, doi: 10.18173/2354-1075.2016-0154.

141

[13] N. N. Hưng, “Tài liệu ‘Tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí’, Bài giảng chuyên đề cho học viên cao học chuyên ngành Lí luận và Phương pháp giảng dạy Bộ môn vật lí,” Hà Nội.

[14] N. T. Thuần, “Tổ chức dạy học tìm tòi khám phá chủ đề ‘Nước trong cuộc sống’ nhằm bồi dưỡng năng lực khoa học của học sinh trung học cơ sở,” Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục, Hà Nội, 2019.

[15] N. T. D. Linh, “Bồi dưỡng cho sinh viên sư phạm năng lực thiết kế công cụ đánh giá năng lực trong dạy học vật lí,” Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục, Hà Nội, 2021.

[16] PISA and OECD, “Field trial problem solving framework: Draft subject to

possible revision after the field trial.” Paris: OECD, 2010.

[17] Bộ giáo dục và đào tạo, “Tài liệu tập huấn về năng lực,” Hà Nội, 2014.

experimenteller Kompetenz

[18] B. Eickhorst, M. Dickmann, H. Schecker, H. Theyssen, and K. Neumann, im Large-Scale: Bewertung “Messung experimenteller Aufgaben,” Heterogenität und Diversität-Vielfalt der Voraussetzungen im naturwissenschaftlichen Unterricht (S. 169-171). Kiel: IPN, 2015.

[19] S. Metzger, C. Gut, P. Hild, and J. Tardent, “Modelling and assessing experimental competence: an interdisciplinary progress model for hands-on assessments,” in E-book proceedings of the ESERA 2013 conference: science education research for evidence-based teaching and coherence in learning, 2014, p. 120.

[20] D. Klahr, Exploring science: The cognition and development of discovery

processes. MIT press, 2002.

[21] OCR, “AS and A level Practical skills handbook OCR Advanced Subsidiary [Online]. Available: in Physics,” 2018,

and Advanced GCE www.ocr.org.uk/alevelphysics

[22] N. Schreiber, H. Theyßen, and H. Schecker, “Experimental competencies in science: A comparison of assessment tools,” in E-Book Proceedings of the ESERA 2011 Conference: Science learning and Citizenship. Part, 2012, vol. 10, pp. 66–72.

142

experimenteller Kompetenz ein –

[23] H. Theyßen, H. Schecker, K. Neumann, B. Eickhorst, and M. Dickmann, computergestützter “Messung Experimentiertest,” PhyDid A - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule, vol. 1, no. 15, pp. 26–48, 2016.

[24] T. X. Cảnh, “Xây dựng và sử dụng bài tập để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật - Sinh học 11 Trung học phổ thông,” Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục, Hà Nội, 2015.

[25] X. Vylaychit, “Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học phần ‘Nhiệt học’ - vật lý lớp 8 nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh nước cộng hòa dân chủ nhân dân Lào,” Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục, Hà Nội, 2019.

[26] N. V. Nghĩa, “Bồi dưỡng năng lực thực hành thí nghiệm cho học sinh trong dạy học phần Quang hình học vật lí 11 Trung học phổ thông,” Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục, Huế, 2022.

[27] Vụ Giáo dục Trung học, “Tài liệu tập huấn: Hướng dẫn dạy học và kiểm tra đánh giá theo định hướng phát triển năng lực học sinh cấp trung học phổ thông,” Hà Nội, 2014.

[28] N. A. Thuấn, “Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học chương ‘Sóng cơ học’ ở lớp 12 THPT theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh,” Luận án tiến sĩ, Ha Noi, 2007.

[29] D. X. Quý, “Xây dựng và sử dụng TBTN thực tập theo hướng phát triển hoạt động học tích cực, sáng tạo của HS trong dạy học chương ‘Dao động cơ’ ở lớp 12 THPT,” Luận án tiến sĩ, Hà Nội, 2011.

[30] C. T. Khoa, “Xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức chương ‘sóng cơ’-vật lí 12 theo hướng phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh,” Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục, Hà Nội, 2014.

[31] H. D. Tùng, “Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học các kiến thức về từ trường ở lớp 11 trung học phổ thông,” Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục, Hà Nội, 2014.

143

[32] N. H. Anh, “Xây dựng và sử dụng thí nghiệm tự tạo theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học phần ‘Cơ học’ vật lí lớp 12 nâng cao,” Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục, Huế, 2015.

[33] N. Đ. Thuấn, “Xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối máy tính trong dạy học chương ‘Dao động cơ’ vật lí 12 trung học phổ thông,” Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục, Vinh, 2017.

[34] M. H. Phương, “Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm kĩ thuật số theo quan điểm dạy học dựa trên nghiên cứu trong dạy học một số kiến thức về động lực học chất điểm và các định luật bảo toàn - vật lí 10 nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh,” Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục, Hà Nội, 2021.

[35] N. V. Biên, “Xây dựng chuyên đề thí nghiệm mở để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT chuyên,” Tạp chí giáo dục, pp. 1–6, 2013.

[36] N. T. Nhị, “Phát triển năng lực thực hành thí nghiệm cho sinh viên ngành sư phạm Vật lý ở trường đại học,” Tạp chí Khoa học - Đại Học Vinh, 2017.

[37] N. V. Thiện, “Giảng dạy và đánh giá năng lực thực nghiệm cho sinh viên kỹ thuật,” Can Tho University Journal of Science, vol. Tập 55, S, p. 56, 2019, doi: 10.22144/ctu.jvn.2019.038.

[38] V. T. Tình, “Sử dụng phương tiện trực quan trong dạy học một số khái niệm hóa học cơ bản trường Trung học Cơ sở nhằm phát triểnn năng lực thực nghiệm cho học sinhNo Title,” ĐH Sư Phạm Hà Nội, 2017.

[39] N. Schreiber, H. Theyßen, and H. Schecker, “Experimentelle Kompetenz messen?!,” Physik und Didaktik in Schule und Hochschule, vol. 8, no. 3, p. S. 92-101, 2009.

experimenteller Kompetenz ein –

[40] H. Theyßen, H. Schecker, K. Neumann, B. Eickhorst, and M. Dickmann, “Messung computergestützter Experimentiertest,” PhyDid A - Physik und Didaktik in Schule und Hochschule, vol. 1, no. 15, pp. 26–48, 2016.

[41] M. Dickmann, B. Eickhorst, H. Theyßen, K. Neumann, H. Schecker, and N. large-scale assessments: Schreiber, “Measuring experimental skills developing a simulation-based test instrument,” Strand 11 Evaluation and assessment of student learning and development, p. 50, 2014.

144

[42] N. H. Long, N. Đ. Q. Huy, T. P. Yến, N. T. Nga, và Đ. D. Bích, “Xây dựng một số thí nghiệm ảo theo chương trình giáo dục phổ thông môn vật lí ban hành năm 2018 bằng Matlab App Designer,” 2021.

[43] “https://www.pasco.com/products/lab-apparatus/atomic-and-nuclear/sn-

7972.”

[44] Quốc hội nước CHXHCN Việt Nam, “LUẬT NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ,”

2008.

[45] “NGHỊ ĐỊNH 142: Quy định về việc tiến hành công việc bức xạ và hoạt động

hỗ trợ ứng dụng năng lượng nguyên tử,” Dec. 2020.

[46] R. O. Bastos, C. A. Boff, and F. L. Melquiades, “Nuclear physics experiments with low cost instrumentation,” Phys Educ, vol. 51, no. 6, 2016, doi: 10.1088/0031-9120/51/6/065013.

[47] M. C. Silva, D. C. Vilela, V. G. Migoto, M. P. Gomes, I. M. Martin, and J. S. E. Germano, “Ionizing radiation measurements using low cost instruments for teaching in college or high-school in Brazil,” Phys Educ, vol. 52, no. 6, 2017, doi: 10.1088/1361-6552/aa8420.

[48] F. Green, “Making a fish tank cloud chamber,” Phys Educ, vol. 47, no. 3, pp.

338–341, 2012, doi: 10.1088/0031-9120/47/3/338.

[49] S. Zeze, A. Itoh, A. Oyama, and H. Takahashi, “A sensitive cloud chamber without radioactive sources,” Phys Educ, vol. 47, no. 5, pp. 574–578, 2012, doi: 10.1088/0031-9120/47/5/574.

[50] M. Kamata and M. Kubota, “Simple cloud chambers using gel ice packs,” Phys

Educ, vol. 47, no. 4, pp. 429–433, 2012, doi: 10.1088/0031-9120/47/4/429.

[51] S. Y. Nar and A. Cakir, “Peltier-based cloud chamber,” AIP Conf Proc, vol.

1935, pp. 2–6, 2018, doi: 10.1063/1.5026019.

[52] N. V. Bien, X. Vylaychit, and N. A. Thuan, “Developing of experimental competence of Laos pupils in secondary school science classroom,” Journal for the Education of Gifted Young Scientists, vol. 7, no. 3, pp. 595–608, 2019, doi: 10.17478/jegys.573969.

145

[53] N. Schreiber, H. Theyssen, and H. Schecker, “Auswertungsmethodik im Projekt ‘Diagnostik experimenteller Kompetenz,’” Didaktik der Physik Frühjahrstagung, pp. 2–5, 2011.

[54] Claus Brabrand & Bettina Dahl, “Using the SOLO taxonomy to analyze competence progression of university science curricula,” High Educ, vol. 58, no. 531–549, 2009.

[55] A. Peña, “The Dreyfus model of clinical problem-solving skills acquisition: a critical perspective.,” Medical education online, vol. 15. 2010. doi: 10.3402/meo.v15i0.4846.

[56] “https://www.forbes.com/sites/quora/2016/10/18/yes-bananas-are-

radioactive-and-yes-you-should-keep-eating-them- anyway/?sh=300fcef430bb.”

[57] “https://www.sggp.org.vn/bac-bo-thong-tin-covid19-la-vi-khuan-nhiem-

phong-xa-746361.html.”

[58] R. Millar, K. Klaassen, and H. Eijkelhof, “Teaching about radioactivity and ionising radiation: An alternative approach,” Phys Educ, vol. 25, no. 6, pp. 338–342, 1990, doi: 10.1088/0031-9120/25/6/310.

[59] L. D. Dierking, J. H. Falk, E. K. Henriksen, and D. Jorde, “Informal Science High School Students’ Understanding of Radiation and the Environment: Can Museums Play a Role?,” 2001.

[60] S. Cooper, S. Yeo, and M. Zadnik, “Australian students’ views on nuclear issues: Does teaching alter prior beliefs?,” Phys Educ, vol. 38, no. 2, pp. 123– 129, 2003, doi: 10.1088/0031-9120/38/2/303.

[61] E. Prather, “Students’ beliefs about the role of atoms in radioactive decay and half-life,” Journal of Geoscience Education, vol. 53, no. 4, pp. 345–354, 2005, doi: 10.5408/1089-9995-53.4.345.

[62] R. Maidl, N. Dekay, and B. Hills, “Identifying and Resolving Problematic

Student Reasoning About Ionizing Radiation,” 2012.

[63] S. Neumann, “Three Misconceptions About Radiation-And What We Teachers Can Do to Confront Them,” Phys Teach, vol. 52, no. 6, pp. 357–359, 2014, doi: 10.1119/1.4893090.

146

[64] F. Rego and L. Peralta, “Portuguese students’ knowledge of radiation physics,” Phys Educ, vol. 41, no. 3, pp. 259–262, 2006, doi: 10.1088/0031- 9120/41/3/009.

[65] Thomas Plotz, “Students’ conceptions of radiation and what to do about them,”

Phys Educ, 2017.

[66] N. Đ. Thâm và N. N. Hưng, Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lý ở trường phổ thông. Hà Nội: NXB ĐHQG Hà Nội, 2001.

[67] P. Schilpp, “Albert Einstein, philosopher Scientist, The library of living philosophers, vol. VII,” Revue de Métaphysique et de Morale, vol. 56, no. 2, 1951.

[68] J. Wellington, “Practical work in science: Time for a re-appraisal,” in Teaching

Science in Secondary Schools, Routledge, 2013, pp. 75–86.

[69] I. T. Koponen and T. Mäntylä, “Generative role of experiments in physics and in teaching physics: A suggestion for epistemological reconstruction,” Sci Educ (Dordr), vol. 15, no. 1, pp. 31–54, 2006, doi: 10.1007/s11191-005-3199-6.

[70] B. C. Van Fraassen, The scientific image. Oxford University Press, 1980.

[71] N. Đ. Thâm, N. N. Hưng, và P. X. Quế, “Phương pháp dạy học Vật lí ở trường

phổ thông,” NXB Đại học Sư phạm Hà Nội, 2002.

[72] N. M. Thuần, “Tổ chức hoạt động dạy học vật lí ‘Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm tĩnh điện’ nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh lớp 11,” Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục, Hà Nội, 2022.

[73] Bộ Giáo dục và Đào tạo, “Chương trình giáo dục phổ thông Môn Vật Lí(Ban hành kèm theo Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26 tháng 12 năm 2018 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo),” 2018.

[74] Guide Safety, Use of Radiation in Schools Part 1: Ionizing Radiation Part 2:

Lasers. Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency, 2012.

[75] “https://spark.iop.org/managing-radioactive-materials-schools,” Sep. 2022.

[76] Cục an toàn bức xạ hạt nhân - VARANS, “https://www.varans.vn/tin-tuc/print-

219/,” 2005.

[77] ICRP, “http://icrpaedia.org/Dose_limits,” 2022.

147

[78] “https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/PUB1781_web.pdf.”

[79] “https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1927/wilson/biographical/.”

[80] “ https://tuoitre.vn/tai-sao-da-kho-lai-nguy-hiem-20181227113137823.htm.”

[81] T. Đ. Nghiệp, Giáo trình an toàn bức xạ. Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật,

2002.

[82] “http://vaea.gov.vn/470/news-detail/1493520/nghien-cuu-phat-trien-ung- dung/san-xuat-dong-vi-tc-99m-tren-lo-phan-ung-phuc-vu-cho-y-hoc-hat- nhan.html.”

[83] P. Bitzenbauer and J. P. Meyn, “Fostering experimental competences of prospective physics teachers,” Phys Educ, vol. 56, no. 4, 2021, doi: 10.1088/1361-6552/abfd3f.

1.PL

PHỤ LỤC

Phụ lục 1. Bảng hỏi khảo sát quan niệm về phóng xạ của SV

Khảo Sát Một Số Quan Niệm Về Phóng Xạ Của Sinh Viên

Xin chào bạn,

Hiện tại, chúng tôi đang thực hiện một đề tài nghiên cứu có tên: “Khảo sát một số quan niệm

về phóng xạ của sinh viên”. Định hướng của chúng tôi là sẽ khảo sát một số quan niệm của

sinh viên về phóng xạ để làm dữ liệu để tiến hành một số nghiên cứu khác.

Khảo sát được thực hiện với mục đích phục vụ nghiên cứu khoa học, không nhằm mục đích

thương mại hoặc cá nhân. Vì vậy, đáp án sẽ không có đúng hoặc sai.

Rất mong nhận được sự hỗ trợ của bạn.

Những ý kiến của bạn là nguồn dữ liệu hết sức quý báu đối với chúng tôi.

Xin chân thành cảm ơn bạn!

Lưu ý: Khi chọn đáp án:

❑ : Chọn được nhiều đáp án - Đánh dấu X vào đáp án bạn chọn. o : Chọn được 1 đáp án - Tô đen đáp án bạn chọn.

Phần 1: Thông tin cá nhân:

1. Bạn đang học trường Đại học:

o Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh

o Đại học Sài Gòn

o Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh

o Đại học Đà Lạt

o Đại học Cần Thơ

o Đại học Đồng Nai

o Đại học Đồng Tháp

2. Hiện bạn đang là sinh viên năm:

o Năm nhất

o Năm hai

o Năm ba

o Năm tư

o Khác:_________________

3. Bạn từng nghe hoặc biết đến phóng xạ qua các nguồn thông tin nào:

❑ Được học qua ở chương trình lớp 12

❑ Được học ở chương trình Đại học

❑ Truyền thông (sách, báo, internet,...)

❑ Khác: ________________

2.PL

Phần 2: Phóng xạ

1. Theo bạn, phóng xạ có thể tồn tại trong tự nhiên (đất đá, không khí, nước, thực

phẩm,...) hay không?

o Có

o Không

o Không biết

2. Theo bạn, phóng xạ có thể phát ra từ đâu ?

❑ Lò phản ứng hạt nhân

❑ Phòng thí nghiệm hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân

❑ Khu công nghiệp

❑ Vật dụng hằng ngày (điện thoại, lò vi sóng, máy tính,...)

3. Theo bạn, có phải tia X (trong chụp X-quang) là tia phóng xạ?

o Đồng ý

o Không đồng ý

o Không biết

4. Theo bạn, tia alpha, tia beta, tia gamma là tia phóng xạ?

o Đồng ý

o Không đồng ý

o Không biết

5. Theo bạn, tia hồng ngoại, tử ngoại là tia phóng xạ?

o Đồng ý

o Không đồng ý

o Không biết

6. Có ý kiến cho rằng một vật nếu bị tia phóng xạ chiếu vào thì vật đó sẽ bị nhiễm

phóng xạ và trở thành nguồn phóng xạ, bạn có đồng ý với ý kiến đó không?

o Đồng ý

o Không đồng ý

o Khác:_____________

3.PL

Phần 3: An toàn phóng xạ

1. Bạn nghĩ như nào về mức độ nguy hiểm của phóng xạ

❑ Không nguy hiểm

❑ Ít nguy hiểm

❑ Khá nguy hiểm

❑ Rất nguy hiểm

❑ Khác:_____________

2. Theo bạn ảnh hưởng của phóng xạ tới con người phụ thuộc vào những yếu tố nào ?

❑ Thời gian tiếp xúc

❑ Khoảng cách tiếp xúc

❑ Liều lượng phóng xạ

❑ Mức độ che chắn

❑ Ý kiến khác:_______________

3. Bạn có biết về suất liều phóng xạ không?

o Có biết.

o Không biết

3.1 Bạn có thể cho biết suất liều giới hạn của người bình thường trong 1 năm là bao

nhiêu? (Trả lời nếu chọn “có”):

______________________________________________________________

Phần 4: Phóng xạ trong cuộc sống

1. Trong công nghiệp thực phẩm, người ta chiếu xạ thực phẩm để diệt khuẩn, theo bạn

thực phẩm sau khi chiếu xạ có an toàn không?

o An toàn

o Không an toàn

o Khác: ________________

2. Theo bạn, trong y học, phóng xạ được sử dụng để:

❑ Chụp X - Quang

❑ Chụp cộng hưởng từ MRI

❑ Chụp cắt lớp CT

❑ Xạ trị

❑ Hóa trị

3. Một trong những cách chẩn đoán/ điều trị bệnh ung thư, bệnh nhân được uống hoặc

tiêm thuốc phóng xạ vào người. Theo bạn, việc đó có làm cho bệnh nhân bị nhiễm

phóng xạ hay không?

o Bị nhiễm

o Không bị nghiễm

o Khác: __________________

4. Theo bạn, trong công nghiệp, phóng xạ được sử dụng để kiểm tra các đường ống

tắc nghẽn, khuyết tật vật liệu?

o Đồng ý

o Không đồng ý

o Khác:_____________

5. Theo bạn, trong nông nghiệp phóng xạ được áp dụng vào kỹ thuật vô sinh côn

trùng

o Đồng ý

o Không đồng ý

o Khác:_____________

6. Hiện nay, phóng xạ được ứng dụng vào sản xuất năng lượng hạt nhân?

o Đồng ý

o Không đồng ý

o Khác:_____________

4.PL

Lời Cảm Ơn!

Cảm ơn bạn đã giúp chúng tôi thực hiện bảng khảo sát này!

Chúc bạn sẽ luôn học tập thật tốt!

Trân trọng cảm ơn./

5.PL

Phụ lục 2: Kết quả khảo sát các quan niệm về phóng xạ trên 505 SV

Sau khi hoàn thiện bảng hỏi khảo sát qua các bước tham khảo ý kiến chuyên gia, khảo sát thử với một nhóm nhỏ SV và chỉnh sửa, chúng tôi đã tiến hành khảo sát trên SV chuyên ngành vật lí tại 7 trường đại học (ĐH Sư phạm Tp.HCM, ĐH Khoa học Tự Nhiên Tp.HCM, ĐH Sài Gòn, ĐH Đà Lạt, ĐH Đồng Nai, ĐH Đồng Tháp, ĐH Cần Thơ) với số lượng là 505 SV.

Dữ liệu từ các phiếu khảo sát được nhập liệu và phân tích định lượng thông qua thống

kê theo tỉ lệ phần trăm để phản ánh tỉ lệ sinh viên có quan niệm mâu thuẫn về phóng xạ.

1. Kết quả

1.1. Phân loại các loại bức xạ và phóng xạ như tia X, tia hồng ngoại/ tử ngoại với tia alpha, beta và gamma

Trong khảo sát của chúng tôi về sự hiểu biết hay phân loại giữa phóng xạ và các loại bức xạ khác, gần 89% trên tổng số SV cho rằng tia alpha, beta và gamma là tia phóng xạ. Tuy nhiên hơn 42% số SV này lại nghĩ rằng tia hồng ngoại và tia tử ngoại là tia phóng xạ, 72% SV cho rằng tia X là tia phóng xạ. Kết quả khảo sát của câu hỏi này chỉ ra được có thể cách phân loại bức xạ là một vấn đề mà SV chuyên ngành vật lí chưa hiểu rõ.

a) b)

6.PL

Hình 1. Kết quả khảo sát sinh viên về phân loại các loại bức xạ và phóng xạ.

1.2. Phóng xạ có trong tự nhiên hay phóng xạ là nhân tạo

Đối với câu hỏi: Phóng xạ có thể tồn tại trong tự nhiên (đất đá, không khí, nước, thực phẩm...) hay không? Gần 93% SV lựa chọn có, số lượng SV lựa chọn không biết và không có chiếm đến gần 8%. Nhưng bất ngờ nhất, đối với câu hỏi phóng xạ phát ra từ đâu hoặc khu vực nào là nhiều nhất, một số lượng lớn sv ngoài việc chọn phóng xạ được phát ra từ các lò phản ứng hạt nhân, phòng thí nghiệm hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân… còn có 314/505 (62%) SV lựa chọn phóng xạ được phát ra từ các vật dụng hàng ngày như điện thoại, máy tính, lò vi sóng… Kết quả này một lần nữa cho thấy SV vẫn chưa phân biệt được các bức xạ từ điện thoại, máy tính, lò vi sóng… với tia phóng xạ.

7.PL

b) Hình 2. Kết quả khảo sát sinh viên về nguồn phát của phóng xạ và

bức xạ khác.

1.3. Sự chiếu xạ và nhiễm xạ

8.PL

Hình 3. Kết quả khảo sát về sự chiếu xạ và nhiễm xạ cho thấy có sự mâu thuẫn trong các lựa chọn của sinh viên.

Với câu hỏi: Trong công nghiệp thực phẩm, người ta chiếu xạ thực phẩm để diệt khuẩn, theo bạn thực phẩm sau khi chiếu xạ có an toàn không? Có 394/505 SV được chúng tôi khảo sát cho rằng chiếu xạ thực phẩm là an toàn (78%), qua kết quả của câu hỏi này và câu hỏi trên, chúng tôi nhận thấy quan niệm của SV về sự chiếu xạ còn mâu thuẫn.

Ở một câu hỏi khác về ứng dụng của phóng xạ trong y học hạt nhân: Một trong những cách chuẩn đoán/ điều trị bệnh ung thư, bệnh nhân được uống hoặc tiêm thuốc phóng xạ vào người. Theo bạn, việc đó có làm cho bệnh nhân bị nhiễm phóng xạ hay không? 44% SV trong cuộc khảo sát này nghĩ rằng bệnh nhân sẽ không bị nhiễm phóng xạ. 2% số SV có những ý nghĩ khác như “Liều lượng lớn thì nhiễm, nhỏ thì không”; “Tùy vào chất phóng xạ, sức khỏe mỗi người”; “Có thể có hoặc không”. Chỉ có 1 SV đưa ra ý kiến “Bị nhiễm trong một thời gian ngắn sau khi tiếp xúc”. Khi chẩn đoán hoặc điều trị bằng cách uống hoặc tiêm chất phóng xạ vào cơ thể, chất phóng xạ sẽ đi khắp cơ thể. Do đó, chất phóng xạ sẽ tồn tại trong cơ thể trong vài ngày cho đến khi cơ thể có cơ hội loại bỏ nó hoặc nó sẽ phân rã hết; hầu hết các trường hợp điều trị dạng này, cơ thể người sẽ bị nhiễm xạ trong thời gian ngắn, và phải bị cách li.

9.PL

Hình 4. Kết quả khảo sát sinh viên với câu hỏi bệnh nhân được uống hoặc tiêm thuốc phóng xạ vào người thì có bị nhiễm phóng xạ không?

1.4. Sự nguy hiểm của phóng xạ, các yếu tố ảnh hưởng, suất liều/ liều

Hình 5. Kết quả về sự lựa chọn mức độ nguy hiểm của phóng xạ

Có 55% SV nghĩ phóng xạ “Rất nguy hiểm” khi tiếp xúc, và 28% SV nghĩ rằng phóng xạ khá nguy hiểm... Chúng tôi thêm một lựa chọn “Ý kiến khác” để SV viết thêm một số hiểu biết của họ về mức độ nguy hiểm của phóng xạ, chẳng hạn như phóng xạ nguy hiểm tùy thuộc vào hoạt độ và cách tiếp xúc của chúng ta với nó, tuy nhiên hoàn toàn không có ý kiến nào khác được SV điền vào.

10.PL

Việc quan niệm phóng xạ nguy hiểm là đúng dù không hẳn là hoàn toàn là vì mức độ nguy hiểm của chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Phóng xạ chỉ thật sự nguy hiểm nếu các bức xạ ion hóa thấm vào các mô sống làm ảnh hưởng đến quá trình sinh học bình thường hay tùy thuộc vào bộ phận nào trên cơ thể bị chiếu xạ. Ngoài ra mức độ tác hại phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc, khoảng cách tiếp xúc, vật liệu che chắn và cường độ của phóng xạ. Đa số SV lựa chọn mức độ ảnh hưởng của phóng xạ tới con người phụ thuộc vào liều lượng phóng xạ (432/505) và thời gian tiếp xúc (373/505), khoảng cách tiếp xúc và mức độ che chắn dù kì vọng của chúng tôi là 100% SV vật lí sẽ chọn hết tất cả các đáp án này.

Hình 6. Thống kê về sự lựa chọn các yếu tố đặc trưng cho mức độ ảnh hưởng của phóng xạ đến con người.

1.5. Ứng dụng của phóng xạ

Hình 7. Thống kê về sự lựa chọn các ứng dụng của phóng xạ của sinh viên.

11.PL

Trong kết quả khảo sát các SV chuyên ngành Vật lí, đa phần các SV cho rằng phóng xạ dùng trong y học được áp dụng vào phương pháp xạ trị (409/505) và chụp X-Quang (349/505). Số lượng SV cho rằng phóng xạ được áp dụng vào chụp Cắt lớp CT là 259/505, chụp Cộng hưởng từ MRI là 256/505. 77% SV lựa chọn ứng dụng của phóng xạ trong công nghiệp là xác định khuyết tật vật liệu, độ cao mực chất lỏng hoặc tắc nghẽn đường ống… Tuy nhiên, 92% SV (462/505 SV) cho rằng phóng xạ được sản xuất cho năng lượng hạt nhân và 211/505 SV cho rằng phóng xạ có ứng dụng trong hóa trị. Năng lượng hạt nhân chủ yếu đến từ phản ứng phân hạch hạt nhân duy trì, còn hóa trị là sử dụng chất hóa học để tiêu diệt hay ức chế tế bào ung thư.

Hình 8. 92% sinh viên đồng ý với việc phóng xạ được ứng dụng vào sản xuất năng lượng hạt nhân.

12.PL

Phụ lục 3: So sánh ưu nhược điểm của 3 TBTN được sử dụng để kiểm nghiệm các đặc điểm của tia phóng xạ , 

Cao áp đánh lửa

Buồng sương sử dụng đá khô

Buồng sương sử dụng chip Peltier

- Chế tạo: + Ưu điểm: được chế tạo từ các linh kiện phổ biến, dễ mua, ít hư hỏng hơn so với 2 TBTN buồng sương. + Nhược điểm: việc chế tạo phức tạp hơn buồng sương sử dụng đá khô.

- Chế tạo: + Ưu điểm: đơn giản từ các vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền. + Nhược điểm: đá khô không được bán rộng rãi, chỉ sử dụng được 1 lần làm TN, không thể bảo quản trong tủ lạnh thông thường cho các lần thực hiện TN sau.

- Bố trí, tiến hành TN đơn giản

- Chế tạo: + Ưu điểm: được chế tạo từ các linh kiện, trong đó có chip Peltier có thể mua được ở các cửa hàng điện tử, website thương mại, có thể sử dụng nhiều lần hơn so với buồng sương sử dụng đá khô. + Nhược điểm: việc chế tạo phức tạp hơn buồng sương sử dụng đá khô. - Bố trí TN: cần nhiều bộ phận hơn, cồng kềnh hơn buồng sương sử dụng đá khô. - Hiệu quả TN: + TBTN tạo ra các vệt mờ, mảnh hơn so với buồng sương sử dụng đá khô. + Không thực hiện được TN kiểm nghiệm sự đâm xuyên của tia beta.

- Hiệu quả TN: + Tạo được nhiệt độ buồng sương thấp → quan sát được rõ các vết của tia PX trong thời gian dài. + Không thực hiện được TN kiểm nghiệm sự đâm xuyên của tia beta.

- Hiệu quả TN: + Hiệu ứng âm thanh, hình ảnh gây ấn tượng mạnh, hứng thú với HS (TBTN tạo ra tia lửa điện, tiếng nổ lách tách khi có tia PX ,  chiếu vào). + TBTN cần cải tiến để hoạt động với với tia PX 

13.PL

Hầu hết GV và HS đều lo ngại về sự nguy hiểm khi tiếp xúc với phóng xạ trong quá

trình tiến hành TN. Điều đó đặt ra một vấn đề là bên cạnh trang bị những TN như đầu dò,

nguồn phóng xạ thì việc đảm bảo yếu tố an toàn khi tiếp xúc với phóng xạ cũng là một vấn

đề cần phải xem xét. Nó làm cho HS, SV an tâm khi tiến hành TN trong thời gian dài, và

cũng làm cho những người giảng dạy, người quản lý an tâm.

Mục tiêu của chúng tôi là thiết kế và chế tạo một hệ thống đầu dò điều khiển từ xa

cho phép HS, SV và người hướng dẫn tiến hành các TN phóng xạ một cách an toàn. Với hệ

thống TN điều khiển từ xa qua Internet, chúng ta có thể tiến hành TN mà không cần phải

tiếp xúc với nguồn phóng xạ, chỉ cần sử dụng máy tính hoặc điện thoại có kết nối mạng

Internet… là có thể tiến hành đo lường, quan sát và lấy kết quả từ hệ thống từ một nơi cách

xa nguồn phóng xạ. Hệ thống có thể đo lường sự suy giảm của cường độ phóng xạ theo

khoảng cách từ nguồn đến vị trí cần đo, đo khả năng đâm xuyên của tia gamma qua một số

vật liệu có bề dày khác nhau, hoặc cũng có thể đo chu kì bán rã của một số nguồn phóng xạ

có chu kì ngắn… Nó tương tự như là một phiên bản đơn giản của những hệ thống ghi đo

phóng xạ tự động hóa từ lâu đã được sử dụng trong Công nghiệp, Y học…

Hệ thống này là sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm. Ở phần cứng, chúng tôi sử

dụng ống đếm G-M vì chúng có giá thành rẻ và rất phổ biến và có thể kết nối được với mạch

điều khiển Arduino. Chúng tôi đã thiết kế một giá đỡ nguồn phóng xạ có khả năng chuyển

động tịnh tiến dựa vào động cơ bước để tùy chỉnh khoảng cách từ nguồn đến đầu dò phóng

xạ. Trên giá đỡ nguồn phóng xạ, chúng tôi còn kết hợp thêm với một khung thép để đỡ và

đo bề dày của vật liệu mà tia phóng xạ có thể xuyên qua. Ở phần mềm, chúng tôi sử dụng vi

xử lí Arduino để thu nhận tín hiệu và lấy kết quả từ đầu dò. Số liệu này sẽ đươc truyền đến

một website và lưu trữ ở đó để xử lý số liệu. Website này được kết nối với phần cứng thông

qua mạng di động không dây (Wifi), không chỉ lấy số liệu mà chúng ta còn có một bảng điều

khiển trên website để tùy chỉnh khoảng cách, thời gian đo, và số lần đo. Những sai số trong

quá trình TN do ảnh hưởng chủ quan của người làm TN bị loại bỏ.

Giá thành sản xuất cũng là một vấn đề phải lưu tâm, những thiết bị từ các hãng như

Phywe, Laybold… rất mắc tiền, hệ thống của chúng tôi bao gồm tất cả các linh kiện có giá

thành chưa tới 200 USD.

Phụ lục 4: Hệ thống đầu dò tự động điều khiển từ xa qua wifi

14.PL

a) Hệ thống và các thành phần cấu tạo

Hệ thống đầu dò điều khiển từ xa sử dụng ống đếm G-M

(1) Ống đếm Geiger-Müller

(2) Đế chì đựng nguồn phóng xạ (giá đỡ nguồn)

(3) Màn hình LCD hiển thị

(4) Động cơ bước

(5) Khung của hệ thống

(6) Thước đo độ dày của vật liệu

(7) Đế nhôm

(8) Nguồn điện 12V-DC

(9) Mạch thu phát sóng Wifi

(10) Thanh trượt

(11) Hộp đựng mạch Arduino, mạch cao áp và các thiết bị khác.

Các thông số kỹ thuật của hệ thống hoàn chỉnh:

Chiều dài của hệ thống: 58.0 cm

Chiều cao của hệ thống: 15.5 cm

Bề rộng của hệ thống: 17.5 cm

Chiều dài của thanh trượt: 50.0 cm

15.PL

Danh sách các thiết bị cần thiết cho hệ thống được trình bày trong Bảng dưới.

Bảng: Danh sách các thiết bị cần thiết cho hệ thống

STT Các thành phần cấu tạo Thông số kĩ thuật

Ống đếm Geiger-Müller SBT 11 A có

vỏ là 1 lớp mica mỏng, ống đếm có thể

phát hiện được tia alpha, beta, gamma

có năng lượng thấp vì lớp mica mỏng Ống đếm G-M loại SBT 11A. nên các tia có thể dễ dàng xuyên qua

được. 1

Thông số kĩ thuật:

• Hiệu điện thế hoạt động (DC): 260

- 320 V

• Thời gian chết (tại 400 V): 50.10-6s

• Kích thước: 29x56x23 mm

Mạch tăng áp 12V-400V (DC)

Chức năng: tăng hiệu điện thế thích

hợp để cấp cho ống đếm G-M (260 -

320V) 2 Thông số kĩ thuật:

• Hiệu điện thế vào (DC): 12 V

Mạch tăng áp 12V-400V • Hiệu điên thế ra (DC): 45 - 400 V

Mạch điều khiển Arduino UNO

Thông số kĩ thuật:

• Hiệu điện thế hoạt động (DC): 5 V 3 (với cổng USB, hoặc từ bộ nguồn

DC).

• Số chân Digital: 14 (6 chân Mạch vi xử lý Arduino UNO

16.PL

PWM).

• Số chân tín hiệu analog: 6

• Dòng DC chân digital: 20 mA

• Dòng DC tại chân 3.3 V: 50 mA

Các thông số kỹ thuật của động cơ

bước:

• Mã động cơ: 57HS5630A4

• Góc bước: 1,8 độ

• Dòng điện: 3 A

• Mômen xoắn: 1,1 Nm

• Số lượng dây điều khiển: 4

Mạch điêu khiển TB6560 là một trong

những loại Phổ biến nhất hiện nay. Bo 4 mạch có thể điều khiển động cơ bước

AC (10 - 35 V - DC) với công suất tối

đa 3 A. Nó được sử dụng rộng rãi trong Động cơ bước và mạch điều khiển máy CNC, hoặc các hệ thống cơ khí TB6560 chính xác cao.

Thông số kỹ thuật của bo mạch điều

khiển TB6560:

• Điện áp đầu vào (DC): 10 - 35 V

• Dòng điện: 3 A (tối đa 3,5 A)

Thông số kỹ thuật của cảm biến

khoảng cách:

• Mô hình: ToF Laser Radar VL53L0X

5 • Điện áp đầu vào (DC): 2,8 - 5,0 V

• Phương pháp đo khoảng cách: Laser

Cảm biến khoảng cách VL53L0X

17.PL

Thông số kỹ thuật:

• Điện áp (DC): 2,2 - 3,6 V

• Dòng điện: 90 mA

Mạch phát và nhận tín hiệu wifi

ESP32

Thông số kỹ thuật của bảng hiển thị

LCD LCD200:

• Điện áp (DC): 5 V

• Kích thước: 98,0x60,0x13,5 mm

Thông số kỹ thuật của mạch chuyển

tiếp cho LCD2004 sang I2C: 7

• Điện áp (DC): 2,5 - 6,0 V

• Hỗ trợ màn hình: LCD1602, 1604,

2004

Màn hình LCD LCD200 và mạch • Giao tiếp: I2C Mặc định

chuyển tiếp • Kích thước: 41,5x19,0x15,3 mm

18.PL

Sơ đồ thiết kế của hệ thống

Chú thích:

(1) Mạch tăng áp

(2) Ống đếmGeiger-Müller

(3) Màn hình hiển thị LCD

(4) Động cơ bước

(5) Mạch cảm biến khoảng cách

(6) Mạch Arduino

(7) Nguồn điện một chiều 12 V

(8) Mạch phát sóng wifi- ESP32

(9) Mạch điều khiển động cơ bước (TB6560)

(10) Mạch dò xung của detector

➢ Các bước lắp ráp và hình thành hệ thống

- Nối cực dương của ống Geiger-Müller với điện cực dương đầu ra thích hợp

của mô-đun điều chỉnh điện áp.

- Nối cực âm của ống Geiger-Müller với đầu vào của bảng mạch dò xung. Nối

19.PL

chân GND của bảng mạch dò xung với điện cực âm của mô-đun điều chỉnh điện áp.

- Nối chân VCC của bảng mạch dò xung với chân 3,3 V của mô-đun ESP32.

Nối chân GND khác của bảng mạch dò xung với chân GND của mô-đun ESP32.

- Nối chân “pulse output” của bảng mạch dò xung với chân thứ 25 của mô-đun

ESP32.

- Nối hai điện cực đầu vào của module mạch cao áp với các điện cực thích hợp

của nguồn điện 12 V - DC.

- Nối hai điện cực của động cơ bước (dây đen và đỏ) với các điện cực thích

hợp của nguồn điện 12 V - DC.

- Nối hai điện cực của động cơ bước (dây đen và đỏ) với điện cực GND và

điện cực 24 V của mạch TB6560.

- Nối chân GND của mạch Arduino với điện cực âm của nguồn điện 12 V, nối

chân 5 V của mạch Arduino với điện cực dương của nguồn điện.

- Kết nối chân thứ 18 của ESP32 với chân kỹ thuật số thứ 3 của Arduino và

chân thứ 19 của ESP32 với chân kỹ thuật số thứ 2 của Arduino.

- Nối chân GND của mạch TB6560 với chân GND của mạch Arduino, nối

chân 5 V của mạch TB6560 với chân VIN của mạch Arduino.

- Kết nối các chân SCL và SDA của mạch VL53L0X với các chân tương ứng

của mạch Arduino.

- Kết nối chân GND và 5 V của mạch VL53L0X với GND và chân 5 V của

mạch Arduino.

- Kết nối chân GND và 5 V của mạch LCD với chân GND và 5 V của mô-đun

ESP32.

- Kết nối chân SCL của mạch LCD với chân thứ 20 của module ESP32 và kết

nối chân SDA của mạch LCD với chân thứ 23 của module ESP32.

- Kết nối chân GND và 24 V của bo mạch TB6560 với chân GND và 12 V của

nguồn điện.

- Kết nối A +, A-, B +, B- của động cơ bước với A +, A-, B +, B- của bo

mạch TB6560.

- Kết nối các chân 2, 3, 5, 4, 8 của mạch Arduino với các chân CW +, CLK-

20.PL

, EN-, EN + của mạch TB6560. Mã cho các kết nối và trang web giám sát được bao

gồm trong tệp sau:

https://ducla1988.blogspot.com/2020/09/codes-for-system-of-remote-

controlled.html

b) Website điều khiển hệ thống

Khi chúng ta nhập khoảng cách và khoảng thời gian đo vào bảng điều khiển trên

website, thông tin sẽ được mã hóa và chuyển từ website xuống mạch Arduino thông qua

mạch thu phát wifi, mạch Arduino nhận thông tin và điều khiển động cơ bước để di chuyển

nguồn phóng xạ, đồng thời kết hợp với cảm biến khoảng cách để cho ra khoảng cách mong

muốn. Sau khi đo khoảng cách xong, mạch sẽ nhận tín hiệu từ ống đếm G-M để đếm số tia.

Tổng số đếm được theo thời gian sẽ được truyền đến website và hiển thị đồng bộ.

Để điểu khiển được hệ thống chúng tôi đã thiết kế một website có đường link:

192.168.1.109. Chỉ cần cho điện thoại hoặc máy tính kết nối wifi của hệ thống và sau đó

truy cập vào đường link trên thì trên trình duyệt web sẽ xuất hiện giao diện như hình bên

dưới. Với website này chúng tôi có thể điểu khiền được thời gian đo, tùy chọn được khoảng

cách từ nguồn phóng xạ đến đầu dò và ghi nhận các kết quả đo được.

Giao diện Website điều khiển hệ thống c) Các thao tác trên website để điểu khiển hệ thống, tiến hành thí nghiệm

• Nút nhấn thoát trang đo “Log out”, trang web chỉ cho phép một người điều khiển

tại một thời điểm, vì vậy nó sẽ tự động liên kết để xem trang khi đăng xuất. Sau đó, người

dùng khác có thể đăng nhập để tiến hành đo.

• Nhập thời gian đo và khoảng cách sau đó nhấp nút “Submit”, hệ thống sẽ tiến hành

đo đạc khoảng cách và cài đặt thời gian đo.

• Sau khi thiết lập xong, hệ thống sẽ truyền lệnh để ống đếm bắt đầu đếm, thời gian

và số xung đếm được hiện tại sẽ được hiện ở bảng 2. Sau khi đo hết thời gian, hệ thống sẽ

tự động dừng và hiển thị kết quả cuối cùng ở bảng 3.

21.PL

22.PL

Sơ đồ tiến trình DH GQVĐ: “Hiện tượng phóng xạ - Các loại tia phóng xạ - Kiểm nghiệm một số đặc điểm của tia phóng xạ α” nhằm bồi dưỡng NLThN của HS.

Phụ lục 5: Mục tiêu bồi dưỡng và Rubric đánh giá NLThN của HS trong quá trình chế tạo và thực hiện TN với buồng sương sử dụng đá khô để kiểm nghiệm một số tính chất của tia PX α, β

23.PL

Chỉ số hành vi

Mức 1

Tiêu chí chất lượng Mức 2

NLThN1.1

Nêu lại được các mục đích TN

Nêu được chính xác một số mục đích TN

Mức 3 Xác định được đầy đủ và chính xác các mục đích TN là: Kiểm nghiệm được tính chất ion hóa, quãng đường đi và khả năng đâm xuyên của tia PX α, β.

NLThN2.2

Nêu lại được một số TBTN PX

Xác định được đầy đủ và chính xác các TBTN cần thiết và phù hợp cho TN như: buồng sương, đầu dò...

NLThN2.3

Nêu lại được chức năng của buồng sương là quan sát vết của tia PX α, β

Tìm hiểu được chức năng của buồng sương là quan sát vết của tia PX α, β; và nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng ion hóa.

NLThN2.4

Vẽ được chính xác sơ đồ TBTN có bố trí các bộ phận, giải thích được cách bố trí các bộ phận trong sơ đồ.

Nêu lại được một số bộ phận của buồng sương theo thiết kế GV cung cấp

NLThN2.5

Chuẩn bị được một số vật liệu chưa phù hợp

Tìm hiểu và nêu được các TBTN phù hợp với TN nhưng chưa lí giải tại sao lại chọn các dụng cụ Tìm hiểu được chức năng buồng của sương nhưng chưa giải được thích nguyên tắc hoạt động Vẽ phác được sơ đồ TBTN nhưng chưa đầy đủ các bộ phận, chưa giải thích được cách bố trí các bộ phận, tác dụng của các bộ phận trong sơ đồ Chuẩn bị được một số nguyên vật liệu phù hợp nhưng chưa đầy đủ

NLThN2.6 NLThN2.7

Lặp lại được các thao tác gia công, lắp ráp các bộ phận của buồng sương

lắp ráp Gia công, được nhưng chưa thuần thục, còn một số sai sót, chưa đầy đủ

Chuẩn bị được những vật liệu cần thiết như: Hộp thuỷ tinh, mút xốp, bao ni lông đen, keo dán, cồn… Gia công, lắp ráp đúng và đầy đủ các dụng cụ TN như dán mút xốp xung quanh thành hộp, dán nilông đen ở đáy, dùng màng bọc thực phẩm làm nắp đậy… như sơ đồ thiết kế.

NLThN2.8

Cho buồng sương hoạt động và điều chỉnh được các lỗi nhờ sự hướng dẫn của GV

Cho buồng sương hoạt động, xác định được các lỗi mắc phải và khắc phục được hoàn toàn, đưa ra phương án cải tiến buồng sương.

Cho buồng sương hoạt động, xác định được một trong các lỗi gặp phải như buồng sương không được đậy kín, đáy

buồng sương chưa đủ tương phản… nhưng chưa đầy đủ và chưa khắc phục được hoàn toàn

24.PL

NLThN2.9

Trình bày lại được cách bố trí và tiến hành TN

Nêu được cách bố trí tiến hành TN và nhưng chưa rõ ràng, hoàn thiện

NLThN3.1 NLThN3.2

Tiến hành được TN dưới sự hướng dẫn của GV

Tiến hành được thành công TN nhưng thao tác còn lúng túng, hiện tượng chưa rõ để quan sát

NLThN4.3

Trình bày lại được các kết luận của TN

Nêu được một số kết luận chính xác nhưng chưa đầy đủ

NLThN4.4

Đề xuất được một ý kiến cải tiến hợp lý nhưng chưa đầy đủ

Nêu được ý kiến cải theo tiến hướng dẫn của GV

Nêu được các bước bố trí, tiến hành TN: + Cho buồng sương hoạt động để quan sát vệt của tia phóng xạ + Đặt tờ giấy trên giá đỡ vào buồng sương để quan sát khả năng đâm xuyên của tia PX. Tiến hành được TN đúng theo thiết kế: chế tạo giá đỡ, đặt các tờ giấy/bìa vào buồng sương để kiểm tra tính đâm xuyên của tia α Rút ra được kết luận chính xác và đầy đủ dựa trên kết quả TN: Tia PX α ( và β) có khả năng ion hoá, chỉ đi được vài cm trong môi trường và có khả năng đâm xuyên kém. Đề xuất và lí giải được các phương án cải tiến TN: + Sử dụng hộp có kích cỡ, có nắp đậy phù hợp. + Sử dụng sò nóng lạnh làm buồng sương để khắc phục nhược điểm của đá khô.

Rubric đánh giá NLThN của HS trong quá trình chế tạo và thực hiện TN với buồng sương sử dụng đá khô để kiểm nghiệm một số tính chất của tia PX α, β

25.PL

Phụ lục 6: Mục tiêu bồi dưỡng và Rubric đánh giá NLThN của HS trong quá trình thực hiện TN kiểm nghiệm tính chất đâm xuyên của tia gamma

Sơ đồ tiến trình DH GQVĐ: “Kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia ” nhằm bồi dưỡng NLThN của HS.

26.PL

Chỉ số hành vi

Mức 1

Tiêu chí chất lượng Mức 2

NLThN1.1

Nêu lại được các mục đích TN

Nêu được mục đích TN nhưng chưa đầy đủ

Mức 3 Xác định được chính xác, đầy đủ mục đích TN là: + Kiểm nghiệm khả năng đâm xuyên của tia γ + Tìm ra vật liệu ngăn cản tia γ tốt nhất.

NLThN2.2

Nêu được TBTN và các dụng cụ sự dưới khác hướng dẫn của GV

Xác được định TBTN và các dụng cụ phù hợp với TN nhưng chưa đầy đủ (sai tên TBTN, thiếu giá đỡ…)

Xác định được chính xác và đầy đủ TBTN và dụng cụ cần thiết cho TN như: + đầu dò, ống đếm… + nguồn PX γ + vật liệu che chắn như chì, nhôm, nhựa, giấy + giá đỡ.

NLThN2.4

Vẽ phác lại được sơ đồ TN

Vẽ phác được sơ đồ TN nhưng chưa đủ thông tin trên sơ đồ

NLThN2.5

Trình bày lại dự kiến các bước tiến hành TN

Mô tả được nhưng chưa đầy đủ các bước tiến hành TN (thiếu việc thay đổi bề dày các tấm vật liệu hoặc thay đổi các loại vật liệu để so sánh...)

NLThN2.6

Nêu được lại những dữ liệu TN cần thu thập

thu

Xác định được các dữ liệu cần thu thập, nhưng chưa đầy đủ, chưa lí giải được tại thập sao phải những số liệu này

Vẽ chính xác và đầy đủ thông tin sơ đồ TN có bố trí các dụng cụ TN. Trình bày, phân tích được đầy đủ các bước TN: + Đặt nguồn PX đối diện với ống đếm + Đặt các tấm vật liệu vào giữa nguồn PX và đầu dò; ghi số đếm theo mỗi bề dày + Thay đổi các loại vật liệu khác nhau, ghi số đếm theo mỗi bề dày vật liệu khác nhau. Xác định được đầy đủ và có lí giải cho việc: + Đo/ thu thập số đếm tia PX phát ra tới đầu dò khi không có vật liệu chắn. + Đo/ thu thập số đếm tia PX phát ra tới đầu dò khi có vật liệu chắn với bề dày khác nhau + Đo/ thu thập số đếm tia PX phát ra tới đầu dò theo các loại vật liệu khác nhau.

27.PL

NLThN3.1

Bố trí được TBTN và các dụng cụ dưới sự hướng dẫn của GV

trí được TN Bố thuần nhưng chưa thục, còn mắc sai sót: nguồn chưa được đặt đối diện với đầu dò, khoảng cách giữa nguồn và đầu dò khá xa

NLThN3.2

Tiến hành được TN dưới sự hướng dẫn từng giai đoạn của GV

Tiến hành được TN nhưng chưa thuần thục, thao tác cho các tấm vật liệu vào còn làm xê dịch khoảng cách giữa nguồn và đầu dò

NLThN3.3

Xác định được lỗi gặp phải và chỉnh sửa theo hướng dẫn của GV

Phát hiện được một số lỗi và đề xuất phương án sửa chữa nhưng chưa đầy đủ

Bố trí được thuần thục, chính xác TN: + Đặt nguồn PX và đầu dò vào giá đỡ, sao cho nguồn và đầu dò ở gần nhau, đối diện nhau trên một đường thẳng song song với mặt bàn. + Đặt vật liệu che chắn vào giữa nguồn PX và đầu dò. Tiến hành được TN thuần thục và chính xác theo các bước: 1. Đo số đếm phông PX của môi trường N0 2. Đặt nguồn cách ống đếm một khoảng cách vài cm, ghi lại số đếm N1 3. Cố định vị trí của nguồn và ống đếm, đặt lần lượt từng tấm của cùng một vật liệu vào và tiến hành đo. Ghi lại số đếm N2, N3, N4…tương ứng với các bề dày 4. Thay đổi loại vật liệu che chắn, tiếp tục làm TN nhiều lần để thu thập đủ số liệu cần thiết. Phát hiện và khắc phục được các lỗi đã mắc phải: + Làm xê dịch, thay đổi vị trí của đầu dò và nguồn PX + Các tấm vật liệu không đặt sát nhau, nguồn PX và đầu dò không được đặt trên một trục thẳng trên giá đỡ + Khi tăng bề dày vật liệu che chắn mà số đếm lại tăng thêm thì phải tiến hành đo lại phép đo này.

thu

NLThN3.4

Thu thập được dữ liệu theo bảng mà mà GV cung cấp

Hiểu và thập được các loại dữ liệu nhưng chưa đầy đủ, còn thiếu một trong số các dữ liệu cần thiết

Thu thập được đầy đủ các dữ liệu: + số đếm phông PX của môi trường N0 + số đếm của nguồn PX khi không có vật liệu che chắn. + số đếm của nguồn thay đổi theo từng bề dày vật liệu và các loại vật liệu.

28.PL

NLThN4.1

Xử lý dữ liệu theo hướng dẫn của GV

Xử lí dữ liệu chính xác: + Loại bỏ được những số liệu bất thường. + Tính được số đếm trung bình.

NLThN4.2

Vẽ được đồ thị theo hướng dẫn của GV

Nhập liệu và vẽ đồ thị bằng phần mềm, đồ thị có đầy đủ thông tin, đơn vị.

Xử lí được dữ liệu nhưng chưa biết loại bỏ được những số liệu bất thường Vẽ được đồ thị nhưng thiện hoàn chưa (thiếu tên đồ thị, đơn vị...)

NLThN4.3

Nêu lại được các kết luận của TN

Nêu được một vài kết luận chính xác nhưng chưa đầy đủ

NLThN4.4

Nêu lại được các phương án cải tiến TN

các Nêu được phương án cải tiến hợp lí nhưng chưa đầy đủ, chưa lí giải được phương án.

Trình bày chính xác và đầy đủ các kết luận: + Tia γ có khả năng đâm xuyên tốt, có thể đâm xuyên qua được các lớp kim loại như nhôm, chì, nhựa… + Khi càng tăng bề dày vật liệu thì cường độ tia γ bị suy giảm (số đếm giảm) + Chì là vật liệu cản trở được sự đâm xuyên của tia γ tốt nhất. Đề xuất và lí giải được các phương án cải tiến TN: + Sử dụng ống chuẩn trực để tạo ra chùm tia PX γ song song. + Sử dụng giá đỡ (cả nguồn và đầu dò) để giảm sai sót trong quá trình tiến hành TN.

Rubric đánh giá NLThN của HS trong quá trình thực hiện TN kiểm nghiệm tính chất đâm xuyên của tia gamma

29.PL

Phụ lục 7: Mục tiêu bồi dưỡng và Rubric đánh giá NLThN của HS trong quá trình thực hiện TN kiểm nghiệm kiến thức “Định luật phóng xạ”

Sơ đồ tiến trình DH GQVĐ: Kiểm nghiệm “Định luật phóng xạ” nhằm bồi dưỡng NLThN của HS.

30.PL

Tiêu chí chất lượng

Chỉ số hành vi

Mức 1

Mức 2

Mức 3

NLThN1.1

Nêu lại được mục đích TN

Nêu được mục đích TN nhưng chưa rõ ràng, đủ ý

Xác định được chính xác, rõ ràng mục đích TN: Kiểm nghiệm định luật phóng xạ qua biểu thức độ PX H của mẫu chất PX

NLThN2.2

Nêu lại được TBTN và các dụng cụ TN cần thiết

Nêu được TBTN và các dụng cụ phù hợp với TN nhưng chưa đầy đủ, chưa xác định được nguồn PX sử dụng trong TN phải có chu kì bán rã ngắn

Xác định được đầy đủ và chính xác TBTN và các dụng cụ cần thiết cho TN như: đầu dò/ ống đếm, nguồn PX, giá đỡ... lí giải được nguồn PX trong TN phải có chu kì bán rã ngắn.

NLThN2.4

NLThN2.5

NLThN2.6

Vẽ được sơ đồ TN có bố trí các dụng cụ ở trên (Nguồn PX đặt đối diện trước ống đếm sao cho cả hai cùng nằm trên một đường thẳng song song với mặt bàn). Dự kiến được việc phải tiến hành đo trong nhiều thời điểm để thu thập số đếm của nguồn PX/trong một đơn vị thời gian dt theo các thời điểm khác nhau và lí giải được điều này. Thu thập số đếm mà đầu dò ghi được trong khoảng thời gian dt (30s) ở các thời điểm khác nhau, cách nhau khoảng t (h).

NLThN4.1 Tính độ PX H ở mỗi thời điểm theo bảng số liệu mà GV cung cấp.

NLThN4.2

Vẽ được đồ thị nhưng chưa biết cách khớp hàm để rút ra được định luật PX

Vẽ được đồ thị bằng phần mềm như Excel, hoặc phần mềm khác, khớp hàm để rút ra được định luật PX.

NLThN4.3

NLThN4.4

Vẽ được đồ thị và khớp hàm để rút ra được định luật PX theo bước các hướng dẫn của GV Trình bày được kết luận: Số hạt nhân phóng xạ giảm dần theo thời gian theo quy luật hàm số mũ: N=N0.e- λt Tìm tài liệu về nguồn PX Tc-99m (giá trị λ, T của nguồn PX) trên internet để đối chiếu với kết quả TN.

Rubric đánh giá NLThN của HS trong quá trình thực hiện TN kiểm nghiệm kiến thức “Định luật phóng xạ”

31.PL

Sơ đồ tiến trình DH GQVĐ minh hoạ ƯDKT “TBKT sử dụng tia γ để phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu” nhằm bồi dưỡng NLThN của HS

Phụ lục 8: Mục tiêu bồi dưỡng và Rubric đánh giá NLThN của HS trong quá trình thực hiện TN minh hoạ ƯDKT “TBKT sử dụng tia γ để phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu”

32.PL

Tiêu chí chất lượng

Chỉ số hành vi

Mức 1

Mức 2

Mức 3

NLThN1.1

Xác định được vị trí bị khuyết tật bên trong của vật liệu, vị trí tắc nghẽn bên trong đường ống.

Nêu và lí giải được các biện

Nêu được một số biện pháp có sử

Nêu được một số biện pháp hợp lí có

pháp có sử dụng các kiến thức liên quan đến VĐ cần GQ:

NLThN2.1

dụng các kiến thức liên quan đến VĐ

sử dụng các kiến thức liên quan đến VĐ cần

+ dùng máy chụp X-quang + dùng máy dò siêu âm

cần GQ nhưng chưa phù hợp

GQ nhưng chưa đầy đủ

+ ứng dụng của phóng xạ ...

Xác định và lí giải được đầy đủ các dụng cụ cần thiết cho

Nêu được các dụng

TBKT:

NLThN2.2

Nêu lại được các dụng cụ TN cần

cụ cần thiết cho TBKT nhưng chưa

+ Nguồn phóng xạ 

thiết cho TBKT

+ Đầu dò/ ống đếm

đầy đủ và lí giải được chức năng

+ Giá đỡ + Thước đo

Vẽ chính xác được sơ đồ

Vẽ phác được sơ đồ minh hoạ nguyên tắc

Vẽ phác lại được sơ đồ minh hoạ nguyên

minh hoạ nguyên tắc hoạt động của TBKT đầy đủ các

NLThN2.4

hoạt

động

hoạt động của TBKT nhưng chưa đầy đủ

tắc TBKT

dụng cụ, thông tin và giải thích được cách bố trí các

thông tin trên hình

dụng cụ trong sơ đồ.

Trình bày được đầy đủ và

chính xác việc đặt các TBTN như sơ đồ thiết kế: cố định

Trình bày được dự

NLThN2.5

nguồn PX và đầu dò, chỉ di chuyển vật cần đo sao cho

Nêu lại được các bước tiến hành TN

đầu dò luôn ghi nhận được tia

kiến các bước tiến hành TN nhưng chưa đầy đủ, chưa rõ ràng

 phát ra từ nguồn PX xuyên

qua vật tới đầu dò.

Xác định được việc thu thập

NLThN2.6

Nêu lại được các dữ liệu TN cần thu thập

số lượng xung từ nguồn PX 

Xác định được dữ liệu cần thu thập là số đếm tia phóng xạ

xuyên qua từng vị trí

xuyên qua mỗi vị trí của vật

của vật nhưng chưa đề cập đến việc chia/

liệu trong cùng một khoảng thời gian và lí giải được điều

này.

đánh dấu thanh vật liệu thành nhiều phần

và thu thập số lượng xung xuyên qua từng

vị trí của vật

Bố trí được các dụng

cụ nhưng chưa thuần thục, vẫn còn một số

sai sót (khoảng cách giữa nguồn PX, vật

Bố trí các dụng cụ và canh chỉnh chính xác: nguồn PX, vị trí cần kiểm tra trên vật liệu

Bố trí được các dụng cụ TN nhưng

liệu cần đo và đầu dò còn quá xa; nguồn

33.PL

NLThN3.1

và ống đếm cùng nằm trên một đường thẳng song song

chưa hoàn chỉnh, cần có sự hướng

PX, vị trí cần kiểm tra trên vật liệu và

dẫn của GV

với mặt bàn; khoảng cách giữa nguồn PX, vật liệu và

ống đếm không nằm trên một đường thẳng

đầu dò phải gần nhau.

song song với mặt bàn) dẫn đến kết quả

TN vẫn chưa được tốt nhất

Tiến hành được TN thuần thục và chính xác:

+ Chia/ đánh dấu thanh sắt hộp, ống nhựa thành nhiều

Tiến hành được TN nhưng thao tác chưa

đoạn nhỏ bằng bút lông + Cố định vị trí của nguồn

Tiến hành được TN

NLThN3.2

thuần thục, còn sai sót, trong quá trình

phóng xạ và đầu dò, di chuyển thanh sắt/ ống nhựa

dưới sự hướng dẫn của GV

tiến hành TN làm xê dịch các TBTN

cần đo dọc theo một đường thẳng (trục đối xứng của

thanh sắt/ ống nhựa) để thay

đổi vị trí chiếu tia  qua thanh

sắt/ ống nhựa.

Phát hiện và khắc phục được

Xác định được lỗi

Phát hiện được một số lỗi thao tác và đề

các lỗi thao tác xuất hiện như: nguồn không được đặt đối

34.PL

NLThN3.3

gặp phải và chỉnh sửa theo yêu cầu

xuất phương án sửa chữa nhưng chưa đầy

diện đồng tâm trên đường đẳng trục với đầu dò, khoảng

của GV

đủ

cách giữa nguồn và đầu dò, hay vật liệu cần đo bị xê dịch.

Lập bảng và ghi được chính xác, đầy đủ các dữ liệu:

Ghi lại được dữ liệu

Ghi được các dữ liệu

NLThN3.4

vào bảng dưới sự hướng dẫn của GV

cần thiết nhưng chưa đầy đủ cho mọi vị trí

Số đếm của đầu dò ghi nhận được theo vị trí của ống/vật

theo từng vị trí.

Xác định được vị trí khuyết tật bên trong vật liệu, vị trí tắc nghẽn bên trong

NLThN4.1

đường ống dựa vào bảng số liệu.

Có thể xác định được chính xác vị trí của khuyết tật/ tắc nghẽn bên trong vật

NLThN4.3

liệu/ ống nhựa nhờ ứng dụng khả năng đâm xuyên của tia .

Đề xuất được các phương án

cải tiến TN minh hoạ như: Chế tạo hệ thống giá đỡ đầu

Phát hiện được chỗ hạn chế của TN minh

dò, nguồn và vật liệu cần đo. Giá đỡ có kết cấu sao cho

Nêu lại được các

NLThN4.4

hoạ, đưa ra được phương án cải tiến

nguồn và đầu dò phải đẳng trục, vị trí phải được cố định

phương án cải tiến TN

TN bằng giá đỡ nhưng chưa cụ thể

không xê dịch trong quá trình đo, hoặc có thể di chuyển

đồng thời nguồn PX và đầu dò nhưng không dịch chuyển

vị trí của vật liệu cần đo.

Rubric đánh giá NLThN của HS trong quá trình thực hiện TN minh hoạ ƯDKT “TBKT sử dụng tia γ để phát hiện khuyết tật bên trong vật liệu”