Tóm tắt Luận án 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

g sau: + Nghiên cứu chế tạo và sử dụng các TN để tổ chức QTDH các kiến thức cơ bản giao thoa sóng, sóng dừng, hiệu ứng Đốpple phỏng theo con đường NCVL. + Vận dụng tổ chức dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL trong việc đề xuất tiến trình khoa học xây dựng kiến thức và thiết kế tiến trình dạy học cụ thể về sóng cơ cho HS lớp 12 theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo của HS. Chương 2 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2.1. PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, NĂNG LỰC SÁNG TẠO 2.1.1. Phát huy tính tích cực của HS 2.1.1.1. Tính tích cựcTính tích cực nhận thức 2.1.1.2. Những biểu hiện của tính tích cựccủa HS trong học tập Các biểu hiện của tính tích cực xét trên các khía cạnh tiếp nhận vấn đề nghiên cứu, thực hiện nhiệm vụ, giải quyết vấn đề và tổng kết, trình bày kết quả, vận dụng kiến thức được nêu, được chúng tôi sử dụng để đánh giá hiệu quả của các tiến trình dạy học một số kiến thức chương “sóng cơ” đối với việc phát triển tính tích cực của HS trong học tập. 2.1.1.3. Những tiêu chí đánh giá tính tích cực nhận thức của HS trong giờ học 1- Kết quả học tập (Sau một giờ học, một quá trình học) 2- Mức độ hoạt động của HS trong giờ học: 3- Sự tập trung chú ý của HS trong tiến trình bài học 4- Hứng thú nhận thức của HS 5- Lượng thời gian duy trì trạng thái tích cực của HS trong lớp: 2.1.1.4. Các biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức Theo mục tiêu nghiên cứu, chúng tôi tập trung cho các biện pháp đã trình bày chi tiết trong luận án. 2.1.2. Phát triển năng lực sáng tạo của HS 7 2.1.2.1. Khái niệm năng lực sáng tạo Năng lực sáng tạo có thể hiểu là khả năng tạo ra những giá trị mới về vật chất và tinh thần, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công những hiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới. 2.1.2.2. Các biểu hiện của năng lực sáng tạo 2.1.2.3. Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo 2.1.2.4. Các biện pháp hình thành và phát triển năng lực sáng tạo của HS Từ những vấn đề lý luận đã nêu, chúng ta có thể xây dựng lộ trình tổng quát của phương pháp dạy học tích cực là: “Làm cho người học tiếp cận tài liệu học tập ở trạng thái vận động theo hệ thống và phê phán” 2.2. TỔ CHỨC DẠY HỌC VẬT LÍ PHỎNG THEO CON ĐƯỜNG NCVL 2.2.1. Quá trình nhận thức vật lí trong khoa học vật lí và trong dạy học vật lí Quá trình sáng tạo khoa học có thể khái quát theo dạng chu trình mà V.G. Razumốpxki nghiên cứu. Xuất phát từ tư tưởng “Dạy HS học vật lí như NCVL trong QTDH, để việc tổ chức hoạt động nhận thức của HS phỏng theo hoạt động của các nhà khoa học được thành công cần chú ý: - Lôgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức (trong đó đặc biệt tránh những thông báo áp đặt ..v..v..): theo qui luật nhận thức trong nghiên cứu vật lí - Phương pháp nghiên cứu: phương pháp lí thuyết và phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô phỏng nhờ máy vi tính ..v..v.. - Phương tiện nghiên cứu: hệ thống thiết bị nghiên cứu càng đầy đủ, mang tính chính xác, khoa học cao, hệ thống các tư liệu tham khảo càng hiện đại và phù hợp trình độ học sinh, điều kiện trường phổ thông càng tốt - Hình thức tổ chức nghiên cứu: cá nhân, hợp tác nhóm (thảo luận, tự đánh giá, đánh giá ..v..v..) Ngoài ra, việc dạy học vật lí như nghiên cứu vật lí còn chú ý đến niềm say mê, tính tích cực, tự lực và sáng tạo cao độ của người học. Có sự khác biệt giữa quá trình hoạt động của học sinh trong học tập và quá trình sáng tạo của các nhà khoa học. Sự khác biệt này bao gồm những vấn đề: Về nội dung kiến thức; Về thời gian nghiên cứu; Về phương tiện nghiên cứu do đặc điểm của học sinh và những điều kiện làm việc của họ. 2.2.2. Tổ chức DHVL phỏng theo con đường NCVL 2.2.2.1. Cơ sở tâm lí học trong việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí 2.2.2.1.1. Lý thuyết phát triển nhận thức của J. Piaget (Jean Piaget – 1896 – 1980, nhà tâm lí học, giáo dục học, triết học và lôgic học người Thụy Sĩ). 8 2.2.2.1.2. Lý thuyết phát triển nhận thức của Lev Semyonovich Vygotsky (L.S. Vygotsky – Nhà tâm lí học người Nga): 2.2.2.2. Tổ chức dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL Căn cứ vào hai lý thuyết tâm lý học bổ sung hỗ trợ lẫn nhau của Piaget và Vygotsky, việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một cách khoa học cần phải tổ chức theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề với các chú ý quan trọng như sau: 1) Tổ chức tình huống học tập trong đó làm xuất hiện mâu thuẫn về mặt nhận thức 2) Điều khiển, dẫn dắt học sinh tự lực giải quyết mâu thuẫn nhận thức một cách sáng tạo 3) Dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL Với dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, việc phát hiện vấn đề là rất quan trọng được thực hiện tốt nhất là bởi HS. Thiết kế và thực hiện tiến trình dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL: 1) Tổ chức hoạt động học tập của HS theo con đường, phương pháp nhận thức vật lí, PH&GQVĐ (phát huy tính hứng thú, tự lực và sáng tạo của HS) 2) Logic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức mang tính khoa học -Tránh áp đặt, công nhận - Xây dựng và sử dụng các TN có tính khoa học, định lượng, chính xác - Sau khi xây dựng được các phương trình vật lí toán mô tả quá trình, hiện tượng vật lí một cách tổng quát thì sử dụng mô phỏng để trực quan hóa quá trình hiện tượng vật lí trong những điều kiện cụ thể để chỉ rõ dấu hiệu bản chất của hiện tượng (có thể bị giới hạn của việc quan sát thực tế) và làm cơ sở cho việc kiểm chứng tính đúng đắn của qui luật được mô tả bởi phương trình này bằng thực nghiệm 3) Sử dụng phối hợp các TN trong các pha của quá trình nhận thức - Phối hợp trong quá trình xây dựng/ hình thành một đơn vị kiến thức (trong các giai đoạn/ pha dạy học khác nhau) phối hợp để khai thác và sử dụng các ưu điểm của từng loại TN - Sử dụng TN truyền thống ở các pha nêu vấn đề (tạo tình huống có vấn đề) và vận dụng kiến thức trong thực tiễn - Sử dụng thích hợp các loại TN trong pha giải quyết vấn đề (trong giải pháp suy luận lí thuyết có thể sử dụng 2 phương pháp: phương pháp giải tích và phương pháp mô phỏng/TN mô phỏng; sử dụng TN ghép nối với máy vi tính khi TN truyền thống không đáp ứng) - Sử dụng các TN kĩ thuật số trong việc trình bày kiến thức mang tính khái quát và khoa học ở giai đoạn vận dụng 2.3. VAI TRÒ CỦA THÍ NGHIỆM TRONG VIỆC TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC VẬT LÍ 9 2.3.1. Vai trò của thí nghiệm trong việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một cách khoa học 2.3.1.1. Vai trò của thí nghiệm trong các giai đoạn nhận thức vật lí 2.3.1.2. Sự cần thiết sử dụng phối hợp các loại phương tiện dạy học trong việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một cách khoa học Trong luận án này, chúng tôi đề xuất việc xây dựng và sử dụng các loại TBTN theo các phương án: + Cải tiến cấu trúc các TBTN truyền thống theo hướng số hóa (Đèn hoạt nghiệm, nguồn xung) + Ghép nối TBTN truyền thống với TBTN kĩ thuật số để thu thập, xử lí, hỗ trợ đánh giá đối tượng nghiên cứu đòi hỏi điều kiện nghiên cứu đặc biệt như diễn ra rất nhanh hoặc rất chậm + Sử dụng TN mô phỏng nhằm giúp HS tiếp cận các đề xuất bằng con đường lí thuyết một cách trực quan, sinh động, hỗ trợ học sinh hình dung tiếp nhận những kiến thức mang tính khái quát một cách trực quan, dễ dàng thông qua hình ảnh, âm thanh (multimedia) các quá trình diễn biến theo thời gian một cách chọn lọc + Sử dụng các video, các file âm thanh đã được ghi lại từ các hiện tượng tự nhiên (chứ không sắp đặt hay tự nghĩ, tạo ra hiện tượng không tồn tại trong thực tế trước khi tìm ra kiến thức) làm dữ liệu thực tế kết hợp với các phần mềm phân tích (Phần mềm phân tích âm thanh, phân tích video, phần mềm dao động kí) nhằm hỗ trợ khảo sát bản chất các hiện tượng vật lí. Sử dụng trong bước giải quyết vấn đề trong dạy học. Các phương án sử dụng trên nhằm mục đích hỗ trợ dạy học đạt hiệu quả khi tổ chức quá trình nhận thức một cách khoa học như quá trình nghiên cứu vật lí cho học sinh. 2.3.2. Vai trò của thí nghiệm trong việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một cách tích cực sáng tạo TN có vai trò quan trọng trong chiếm lĩnh kiến thức của học sinh: TN có vai trò quan trọng trong việc phát triển các năng lực hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo: TN có vai trò quan trọng trong việc tạo hứng thú, lòng say mê học tập 2.3.3. Đề xuất hệ thống các biện pháp sử dụng phối hợp các loại thí nghiệm truyền thống và kĩ thuật số trong việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một cách tích cực, sáng tạo Từ các quan điểm sử dụng phương tiện kĩ thuật số, đối chiếu với quá trình tổ chức nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS và nội dung các bước của dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề dẫn đến việc cần thực hiện các biện pháp sau: Biện pháp 1: Tăng cường các hoạt động của HS trong việc sử dụng những quá trình, hiện tượng trong tự nhiên và trong đời sống hay những TN về những quá trình, hiện tượng 10 tồn tại trong tự nhiên, cuộc sống được hỗ trợ bằng máy vi tính khi xây dựng tình huống có vấn đề để HS đề xuất được vấn đề cần nghiên cứu Biện pháp 2: Tăng độ chính xác, tính định lượng , số lượng dữ liệu về quá trình, hiện tượng VL trong các TN của HS theo dạy học PH&GQVĐ Biện pháp 3: Kết hợp thí nghiệm biểu diễn của giáo viên và thí nghiệm trực diện của học sinh Biện pháp 3: Kết hợp TN trực diện của HS và TN biểu diễn của GV Biện pháp 4: Tăng cường hoạt động của HS trong việc sử dụng các TN mô phỏng về các quá trình vi mô Việc sử dụng các TN trong 4 biện pháp đã đề xuất ở trên, cần lưu ý: - sử dụng phối hợp sao cho đạt mục đích HS học kiến thức một cách khoa học, tích cực và sáng tạo, - TN truyền thống thường và nên sử dụng trong giai đoạn phát hiện vấn đề - TN truyền thống và kĩ thuật số thường được sử dụng trong giai đoạn giải quyết vấn đề - TN truyền thống và kĩ thuật số (TN ghép nối máy vi tính) thường được sử dụng trong giai đoạn củng cố, rèn luyện kĩ năng. 2.4. THỰC TẾ DẠY HỌC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” Ở THPT 2.4.1. Mục tiêu cần đạt được trong dạy học các kiến thức của chương “sóng cơ” Theo yêu cầu phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS thì việc dạy học các kiến thức của chương “Sóng cơ” cần phải hướng tới các mục tiêu cao hơn. chúng tôi xây dựng như sau: - Mức độ nhận biết, tái hiện: + Nhận dạng được các dấu hiệu đặc trưng của quá trình sóng cơ. + Nhớ được dạng toán học của phương trình sóng cơ. + Trình bày được biểu thức tính độ lệch pha của dao động tại các điểm khác nhau trên cùng phương truyền sóng. + Nhớ được biểu thức tính bước sóng. + Nhớ được các đặc điểm cơ bản của sóng ngang, sóng dọc, mặt nước khi có giao thoa, sóng dừng - Mức độ hiểu, vận dụng được trong các tình huống quen thuộc: + Trình bày được các khái niệm về hiện tượng: Sóng dừng, giao thoa, hiệu ứng Dopple dưới các dạng: phát biểu bằng lời, bản chất vật lí + Nêu các đặc điểm của sóng dừng, giao thoa sóng, điều kiện xuất hiện hiện tượng giao thoa. + Xác định được ý nghĩa vật lí của khái niệm bước sóng, chu kì sóng, biên độ sóng; ý nghĩa vật lí của phương trình sóng khi xét tại một vị trí, xét tại một thời điểm. + Phân tích được nội dung vật lí-toán học của các công thức tính bước sóng, biên độ sóng trong hiện tượng giao thoa + Biết cách xử lí các số liệu TN thu thập được một cách khoa học. 11 + Tiến hành được các TN theo kế hoạch đã đề ra. + Mô tả được đặc điểm lan truyền sóng, đặc điểm của quá trình truyền năng lượng trong hiện tượng sóng. - Mức độ vận dụng linh hoạt trong các tình huống không quen thuộc: + Sử dụng phương pháp đại số để tổng hợp được hai dao động cùng phương, cùng tần số, cùng biên độ. + Lập kế hoạch và thực hiện các TN khi có TBTN. + Tìm được công thức tổng quát liên hệ vị trí của một phần tử sóng và độ lệch pha giữa hai sóng tới điểm xét trong hiện tượng giao thoa và sóng dừng. + Rút ra được các yếu tố cần kiểm nghiệm từ các kết quả suy luận lí thuyết. - Mức độ sáng tạo + Xây dựng phương án TN kiểm nghiệm được các kết quả từ suy luận lí thuyết. + Đề xuất được cách thức bố trí, tiến hành TN hiệu quả. + Đề ra kế hoạch giải bài toán lí thuyết và cách thức kiểm nghiệm kết quả. + Bổ sung, điều chỉnh các kế hoạch thực hiện nhiệm vụ đã đề ra. + Đề xuất việc cải tiến một số chi tiết của TBTN và cách thức thực hiện TN. - Ngoài mục tiêu kiến thức, kĩ năng thì việc dạy học về sóng cơ cũng cần đạt được mục tiêu cho lĩnh vực tình cảm, thái độ: + Quan tâm, hứng thú đối với các vấn đề về sóng cơ: tò mò, hỏi và trao đổi các vấn đề liên quan đến sóng cơ trong đời sống và kĩ thuật... + Tự đề ra được kế hoạch và thực hiện nghiên cứu để tìm ra đặc điểm, quy luật của các hiện tượng liên quan tới sóng cơ, sóng âm và tác động với con người. Những mục tiêu trên được chúng tôi lấy làm căn cứ để đánh giá thực tế dạy học chương “Sóng cơ” mà chúng tôi tiến hành điều tra. Chúng cũng sẽ là căn cứ để xây dựng và sử dụng TBTN trong tiến trình dạy học sẽ TNSP. 2.4.2. Khảo sát thực tiễn dạy học vật lí chương “sóng cơ” ở các trường THPT 2.4.2.1. Mục đích khảo sát: Khảo sát thực tế dạy học vật lí phần “sóng cơ” nhằm phục vụ mục đích nghiên cứu của luận án. 2.4.2.2. Nội dung khảo sát: - Tìm hiểu thực trạng thiết bị thí nghiệm ở trường THPT hiện nay có đáp ứng yêu cầu dạy học vật lí như nghiên cứu vật lí, phát huy cao độ tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS, trên cơ sở đó xác định các thiết bị cần được cải tiến hoàn thiện hoặc chế tạo mới. - Các khó khăn của giáo viên và học sinh khi dạy học các kiến thức phần sóng cơ, từ đó làm cơ sở xây dựng tiến trình dạy học theo hướng tích cực hoạt động nhận thức của học sinh. 2.4.2.3. Phương pháp điều tra khảo sát: - Điều tra qua phiếu điều tra 12 - Trao đổi trực tiếp với giáo viên, học sinh - Dự giờ, khảo sát các thiết bị thí nghiệm của phòng thí nghiệm vật lí của nhà trường. Chúng tôi đã tìm hiểu tình hình dạy học chương sóng cơ tại các trường THPT ở các tỉnh: Tỉnh Thái Nguyên: THPT Gang Thép Thái Nguyên, THPT Khánh Hòa; THPT Đại Từ; THPT Chuyên Thái Nguyên; Tỉnh Cao Bằng: THPT Dân tộc nội trú tỉnh Cao Bằng; Tỉnh Quảng Ninh: THPT Móng Cái; Tỉnh Tuyên Quang: THPT Kim Xuyên – Sơn Dương; THPT Sơn Dương. Thời gian thực hiện các điều tra: Vòng 1: Năm 2008; Vòng 2: Năm học 2011 – 2012. 2.4.2.4. Kết quả điều tra: * Về phương pháp dạy học của giáo viên Với kết quả điều tra mới nhất, hầu hết giáo viên được điều tra thường xuyên sử dụng phương pháp đàm thoại gợi mở cho học sinh tham gia xây dựng bài từng phần, kết hợp thuyết trình (25/27 giáo viên chiếm 93% số được hỏi). * Về thực trạng sử dụng thí nghiệm trong dạy học phần sóng: Như vậy hầu hết giáo viên đều ý thức được vai trò quan trọng của thí nghiệm vật lí trong dạy học và thực tế triển khai thường sử dụng thí nghiệm biểu diễn, các loại thí nghiệm khác chưa được thực hiện đầy đủ. + Trang thiết bị hiện có: Các phương tiện kĩ thuật số như máy vi tính, máy phát âm tần hầu hết tại các trường đều đã có, đây chính là cơ sở cho việc sử dụng phối hợp các phương tiện dạy học truyền thống và hiện đại được thực hiện. * Kết luận: Với kết quả điều tra, để phát huy tính tích cực tự lực sáng tạo của học sinh trong quá trình dạy học, cần có một số biện pháp cơ bản: - Thay đổi lôgic hình thành các kiến thức trong chương, cần có tiến trình dạy học phù hợp với yêu cầu. - Chế tạo, hoàn thiện thiết bị thí nghiệm để có thể tiến hành các thí nghiệm theo quá trình dạy học yêu cầu. - Sử dụng các thí nghiệm với các thiết bị thí nghiệm đã chế tạo trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề sao cho kích thích được hứng thú, phát triển được tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh. 13 Chương 3 XÂY DỰNG, HOÀN THIỆN CÁC TN, THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ “SÓNG CƠ” VẬT LÍ 12 NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC SÁNG TẠO CỦA HS Trong chương này chúng tôi trình bày các vấn đề: xây dựng hoàn thiện các TBTN và thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức về Sóng cơ - Vật lí 12 với việc sử dụng các TBTN đã xây dựng, nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo và góp phần nâng cao kết quả học tập của HS. 3.1. QUY TRÌNH XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN TBTN TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 3.1.1. Các yêu cầu chung đối với TBTN phần sóng cơ 3.1.1.1. Yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật 3.1.1.2. Yêu cầu về mặt sư phạm 3.1.1.3. Yêu cầu về kinh tế 3.1.1.4. Yêu cầu về thẩm mĩ 3.1.1.5. Các yêu cầu đối với TBTN biểu diễn và thực tập TBTN cần được chế tạo thành bộ, bộ phận quan trọng nhất có thể sử dụng với nhiều phép đo với cùng mục đích TN hoặc thực hiện nhiều TN khác nhau trong cùng một thời gian. TBTN cần đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của HS với vai trò là người nghiên cứu, thực hiện được các phương án TN với giá trị đo dải rộng mà vẫn hoạt động ổn định. VÍ dụ máy phát tần số kép có thể điều chỉnh được độ lệch pha giữa hai nguồn với các giá trị bất kì từ 1 tới 360o, tần số thay đổi từ 1-200Hz, khoảng cách các nguồn sóng điều chỉnh định lượng để thay đổi số vân giao thoa trong miền giao thoa. Nguồn âm trong TBTN khảo sát hiện tượng Đốp-ple có thể thay đổi tần số khi khảo sát các trường hợp khác nhau TBTN cần được chế tạo đơn giản, bằng vật liệu có độ bền cao để sử dụng tần suất lớn khi sử dụng với vai trò TBTN thực tập. TBTN cần đáp ứng được yêu cầu cao nhất về an toàn cho người sử dụng. Ví dụng với bộ TBTN khảo sát hiện tượng Đốp-ple, xe chạy với tốc độ cao cần chạy trên giá có kích thước không quá lớn, thiết kế chắc chắn, đai truyền gọn gàng. TBTN cần có sự lắp ghép cần được chế tạo dễ dạng lắp ráp, dễ dạng thu thập số liệu. Với TBTN ghép nối máy tính cần được cài đặt phần mềm, ghép nối phần cứng nhanh chóng tiện lợi. Ví dụ phần ghép nối máy tính của thí nghiệm khảo sát sóng cơ, khảo sát hiện tượng Đốp-ple đều được ghép nối qua cổng USB. 3.1.2. Quy trình xây dựng TBTN trong dạy học vật lí Quy trình tiến hành theo các giai đoạn sau: - Xác định mục tiêu dạy học (học sinh cần đạt được kiến thức, kĩ năng và phát triển tư duy gì, như thế nào trong quá trình chiếm lĩnh kiến thức) - Xác định lôgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức 14 - Xác định các yêu cầu về khoa học, kĩ thuật, sư phạm, kinh tế và mĩ thuật của thiết bị thí nghiệm đáp ứng hỗ trợ tổ chức hoạt động nhận thức học sinh theo lôgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức và chức năng cần có của thí nghiệm đó - Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm và thử nghiệm, kiểm tra trong thực nghiệm sư phạm. 3.2. XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN CÁC TBTN TRUYỀN THỐNG VÀ KĨ THUẬT SỐ NHẰM HỖ TRỢ DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC TRONG CHƯƠNG “ SÓNG CƠ ” VẬT LÍ 12 3.2.1. Xây dựng và hoàn thiện TBTN giao thoa sóng nước Để khắc phục các hạn chế của bộ TN hiện có ở các trường THPT, đồng thời đáp ứng được yêu cầu hỗ trợ HS nghiên cứu hiện tượng giao thoa như nhà vật lí, chúng tôi đã xây dựng TBTN giao thoa sóng nước gồm các TBTN thành phần như sau: - TBTN nguồn dao động - TBTN máy phát tần số kép - TBTN đèn hoạt nghiệm Chúng tôi đã mô tả từng TBTN thành phần theo cùng một cấu trúc: Sự cần thiết phải chế tạo TBTN, Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của TBTN, Kết quả thử nghiệm đánh giá TBTN, Đề xuất sử dụng TBTN. 3.2.1.1. TBTN nguồn dao động a) Sự cần thiết phải chế tạo TBTN nguồn dao động Trên thế giới, TBTN giao thoa sóng nước của các hãng Pasco, Phywe; của một số nước trong khu vực như Inđônêxia có kết cấu khá phức tạp, cồng kềnh. Trên nguyên tắc tạo sự dao động bằng trục cam tác động lên hai cần rung hoặc sử dụng không khí bị nén giãn, hoặc sử dụng nước nhỏ giọt Điểm chung nhau của các bộ TN này là giá thành cao, không phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam và ít được sử dụng tại Việt Nam. Thực tế phổ thông, hầu hết được trang bị bộ TN giao thoa sóng nước với nguồn cần rung sử dụng sự quay lệch tâm của một động cơ điện một chiều, khi quay với tốc độ n (vòng/giây) tương ứng tạo ra dao động cưỡng bức với tần số f = n tác động lên cần rung và tạo ra sóng lan truyền trên mặt nước trong khay nước của bộ TN. Tất cả các TBTN giao thoa sóng nước hiện có trên thế giới và ở Việt Nam đều tạo ra hai nguồn kết hợp bằng cách tách ra từ một nguồn. Như vậy, hai nguồn sóng này đã là hai nguồn kết hợp (cùng tần số, độ lệch pha không đổi, cùng biên độ). Khi sử dụng thiết bị này để khảo sát hiện tượng giao thoa sóng nước, người học đã nhận thấy ngay hiện tượng giao thoa sóng nước trong một trường hợp đặc biệt, đơn giản nhất: hai nguồn cùng tần số, biên độ, pha ban đầu. Với thiết bị thí nghiệm như vậy, vô hình chung, đã có sự áp đặt ngay từ ban đầu việc tạo ra hiện tượng giao thoa trong điều kiện đặc biệt. Dạy học phỏng theo con đường NCVL, thì không thể ngay từ đầu trình bày trước HS một quá trình quá đặc biệt được tạo bởi hai nguồn cùng tất cả tần số, biên độ và pha, nghĩa là ngay từ đầu đã định hướng HS phải quan sát vào chính quá trình đặc biệt này (mà trong thực tế thì hầu như không bao giờ con người gặp trong tự nhiên...). Để tránh áp đặt sử dụng thí nghiệm mở đầu như vậy, chúng tôi đã đưa ra ý tưởng thiết kế hai nguồn sóng độc lập, trên cơ sở đó tạo ra hiện tượng giao thoa sóng gần 15 với tự nhiên, với các tần số f1 và f2 của hai nguồn có thể được điều chỉnh khác nhau. Chỉ khi điều chỉnh f1 thay đổi sao cho f1=f2 thì quan sát thấy hiện tượng đặc biệt đó (giao thoa) nghĩa là chỉ khi có hai nguồn kết hợp. Bộ TN như vậy sẽ tạo điều kiện cho GV, HS chủ động, linh hoạt khảo sát hiện tượng, đáp ứng được các yêu cầu khác nhau của QTDH. Qua nghiên cứu và thử nghiệm nhiều lần, đưa ra thực tế dạy học ở phổ thông, chúng tôi đã hoàn thiện nguồn dao động đáp ứng được các yêu cầu dạy học của TBTN. Các yêu cầu đối với nguồn dao động - Dao động ổn định chỉ theo phương thẳng đứng (Nhằm khắc phục nhược điểm của nguồn sóng hiện có tại các trường THPT) - Tần số được xác định với độ chính xác tới 1Hz. - Cần có hai nguồn có thể điều chỉnh tần số, biên độ một cách độc lập hoặc điều chỉnh đồng thời (Hai nguồn sóng kết hợp) - Tạo ra các sóng nước ổn định nhờ tiếp xúc của đầu cần rung và mặt nước. Đầu cần rung cần có hình dạng và khối lượng thích hợp. - Có thể dễ dàng chế tạo hàng loạt với giá thành thấp, hoạt động bền bỉ, dễ sửa chữa. b) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của TBTN nguồn dao động TBTN nguồn dao động tạo ra hai nguồn dao động (nguồn sóng) trên mặt nước . Hai nguồn sóng này có thể thay đổi tần số của mỗi nguồn một cách độc lập. TBTN nguồn dao động có cấu tạo: - Mỗi nguồn sóng sử dụng cuộn dây có lõi thép kĩ thuật. Cần rung làm bằng vật liệu sắt từ ở phần gần đầu cuộn dây. Phần nối dài có chiều dài 15mm. Cuối cần rung có gắn khối bán cầu nhỏ. Khối bán cầu được tiếp xúc với mặt nước, khi cần rung dao động, khối bán cầu sẽ tạo trên mặt nước một sóng tròn. - Hai nguồn sóng giống hệt nhau, mỗi nguồn được gắn tương ứng trên một thanh kim loại . Cách điều chỉnh: - Khoảng cách giữa hai nguồn sóng có thể điều chỉnh được nhờ điều chỉnh góc lệch giữa thanh kim loại trong khoảng từ 10 tới 100mm. - Tần số của hai nguồn sóng có thể điều chỉnh chính xác từ 1Hz đến 200Hz nhờ TBTN máy phát tần số kép (Sẽ mô tả ở phần 3.2.1.3) c) Kết quả thử nghiệm đánh giá - Ưu điểm: + Khử bỏ được hiện tượng dao động ngang khi hoạt động. + Có thể điều chỉnh chính xác tần số dao động nhờ điều chỉnh tần số dòng điện xoay chiều cung cấp bởi máy phát tần số sẵn có trong phòng TN. + Có thể điều chỉnh tần số từng nguồn. + Có thể thay đổi và đo được khoảng cách giữa các nguồn. Hình 3.1 Nguồn sóng sử dụng trong TN giao thoa sóng nước 16 + Có thể thay đổi độ lệch pha dao động giữa các nguồn (khi cùng tần số) và sử dụng với máy phát tần số kép. + Đáp ứng được các yêu cầu nêu trên khi tổ chức dạy học theo logic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức theo con đường học như NCVL, phát huy tính tích cực và sáng tạo của HS. + Chế tạo đơn giản, giá thành thấp. Hoạt động ổn định, điều chỉnh dễ dàng. - Nhược điểm: Chưa định lượng được biên độ dao động (vì biên độ nhỏ). d) Đề xuất sử dụng - Sử dụng cùng máy phát tần số có sẵn ở các trường hoặc sử dụng với máy phát tần số kép (được nghiên cứu và trình bày trong LA) để mở rộng phạm vi sử dụng. Thay thế cho các nguồn sóng nước hoạt động thiếu ổn định hiện có. - Cần sử dụng với khay nước với chiều dày lớp nước tối thiểu từ 3 cm, thành khay nước cần đặt nghiêng (nhằm giảm tối đa nhiễu sóng phản xạ từ thành và đáy khay nước lên mặt nước). - Sử dụng trong tiến trình dạy học được đề xuất ở phần tiếp theo. 3.2.1.2. TBTN máy phát tần số kép a) Sự cần thiết phải chế tạo TBTN máy phát tần số kép Chúng tôi đã nghiên cứu và chế tạo bộ nguồn phát tần số kép (phần cứng) và phần mềm điều khiển ghép nối thiết bị với máy vi tính để hiển thị rõ ràng và điều khiển dễ dàng các tần số nguồn dao động, độ lệch pha giữa hai nguồn, đáp ứng được các yêu cầu của TBTN hỗ trợ QTDH. Các yêu cầu với máy phát tần số kép - Tạo ra hai tín hiệu điện áp xoay chiều (hai kênh riêng biệt) hình sin có thể điều chỉnh và định lượng được tần số, biên độ từng kênh một cách độc lập hoặc đồng thời. - Tín hiệu được hiển thị tần số trên thiết bị. Có đèn báo chớp sáng mô tả trực quan tín hiệu điện áp cung cấp. - Tạo ra hai tín hiệu điện áp xoay chiều cùng tần số, có độ lệch pha có thể điều chỉnh được nhanh chóng (Cùng pha, vuông pha, ngược pha) và điều chỉnh giá trị theo từng độ. - Tần số, độ lệch pha được điều chỉnh, hiển thị trên màn hình qua phần ghép nối máy tính giúp cả lớp quan sát được dễ dàng. b) Cấu tạo máy phát tần số kép Hình 3.2 là sơ đồ khối cấu tạo của máy phát tần số kép. Các thành phần cấu tạo nên máy phát tần số kép được đóng gọn trong hộp nhựa chuyên dụng, đáp ứng quy chuẩn an toàn. Các nút điểu chỉnh nhẹ, dễ dàng, có hướng dẫn bằng tiếng việt rõ ràng trên mặt máy. Vi mạch điều khiển trung tâm Led hiển thị 7 thanh, Công tắc, Nút chỉnh Mạch tạo nguồn ổn áp điều chỉnh vô cấp ( có bảo vệ quá dòng) Tạo ra nguồn điện áp có biên độ, tần số và góc pha điều chỉnh được Kết nối tín hiệu với máy tính qua cổng USB Kênh 1 Kênh 2 Hình 3.2 Sơ đồ khối cấu tạo của máy phát tần số kép 17 Để thuận lợi cho việc sử dụng của GV, trên cơ sở các máy vi tính cài đặt các hệ điều hành khác nhau tại các trường THPT, chúng tôi đã lựa chọn phương án ghép nối máy tính thông qua cổng chuyển đổi COM/USB, tương thích với tất cả các hệ điều hành Windows (Windows XP, Windows 7, Windows 8: 32 hoặc 64bit). Giao diện hiển thị của phần mềm ghép nối, điều khiển được thiết kế hướng đến phục vụ tốt nhất cho việc quan sát thu thập số liệu của HS và việc thiết kế tiến trình dạy học đa dạng (Cho nhiều nội dung, nhiều tình huống thực dạy) dành cho GV. Phần mềm điều khiển thiết bị được lập trình riêng biệt, được thử nghiệm và cải tiến liên tục đáp ứng yêu cầu dạy học (Hiện nay là phiên bản 1.0.05). Phần mềm được hướng dẫn đầy đủ bằng tiếng Việt, thuận lợi cho các GV khi cài đặt. Hình 3.3 gồm hai phần: Máy phát tần số kép (bên trái) được ghép nối truyền thông với máy tính, hiển thị trên màn hình là giao diện phần mềm điều khiển máy phát tần số kép. c) Kết quả thử nghiệm và đánh giá Máy phát tần số kép đã được chế tạo có các tính năng đúng như thiết kế: Tạo ra dao động điện tuần hoàn với tần số phát tùy ý nhảy bậc từ 1 tới 200Hz, biên độ điện áp tối đa 24V, cường độ dòng điện hiệu dụng tối đa đạt tới 1A. Máy phát được thiết kế bộ phận bảo vệ tự động ngắt khi quá tải và khôi phục lại dễ dàng. Đầu ra có hai kênh có thể điều chỉnh hoàn toàn độc lập, hoặc có thể hoạt động ở chế độ nguồn kết hợp, ở chế độ này người sử dụng có thể điều chỉnh tần số của hai kênh, điều chỉnh độ lệch pha dao động giữa hai kênh tùy ý từ 00 tới 3600 hoặc điều chỉnh nhanh các mức cùng pha, vuông pha, ngược pha. Việc điều khiển được hiển thị rõ ràng trên mặt máy phát và đồng thời hiển thị rõ ràng trên màn hình máy tính được ghép nối với máy phát. d) Đề xuất sử dụng - Sử dụng cùng TBTN nguồn dao động (3.2.1.1). - Sử dụng trong tiến trình dạy học được đề xuất ở phần tiếp theo. 3.2.1.3. TBTN đèn hoạt nghiệm a) Sự cần thiết phải chế tạo đèn hoạt nghiệm Trong QTDH các kiến thức vật lí thuộc chương trình vật lí THPT, có nhiều quá trình diễn ra rất nhanh như sự rơi tự do, các quá trình dao động tuần hoàn, quá trình lan truyền sóng, hiện tượng giao thoa sóng cơ. Chúng được trình bày trên cơ sở các quan sát, đo đạc bằng thực nghiệm. Tuy nhiên do các quá trình này diễn ra rất nhanh nên ta khó hay không thể quan sát được, nhưng việc này lại hết sức cần thiết để từ đó là cơ sở giúp HS khám phá bản chất các hiện tượng, từ trực quan sinh động, Trong thực tế dạy học hiện nay, việc sử dụng các dụng cụ đo gián tiếp, các phương án TN Hình 3.3 Hình ảnh máy phát tần số kép đã được ghép nối máy tính 18 giúp phản ánh được các dấu hiệu bản chất của hiện tượng vật lí đã được thực hiện và có nhiều tác động tích cực tới hiệu quả dạy học. Trong QTDH chương sóng cơ, việc cho HS quan sát hiện tượng giao thoa sóng, sóng dừng bằng thực nghiệm đã được thực hiện, tuy nhiên với các kết quả quan sát được qua các TN đang được thực hiện ở các trường phổ thông mới chỉ dừng lại ở các quan sát sơ bộ về hiện tượng mà chưa cho HS thấy được các dấu hiệu bản chất của hiện tượng Một trong các phương pháp nghiên cứu các quá trình cơ học diễn biến nhanh nói chung và dao động tuần hoàn có tần số lớn nói riêng là sử dụng hiệu ứng hoạt nghiệm Các yêu cầu đối với đèn hoạt nghiệm - Có cường độ sáng đủ lớn để hiệu ứng hoạt nghiệm quan sát được - Điều chỉnh được thời gian sáng tắt. - Hoạt động ổn định, giá thành thấp. b) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của TBTN đèn hoạt nghiệm Chúng tôi lựa chọn phương án sử dụng nguồn sáng là đèn LED siêu sáng sẵn có trên thị trường, đèn hoạt động nhờ một nguồn hoạt nghiệm được sử dụng vi điều khiển (Tín hiệu cung cấp đã được số hóa), có thể điều chỉnh được tần số, thời gian đèn sáng (Ts) và thời gian giữa hai chớp sáng liên tiếp (thời gian tắt sáng Tt ). Sử dụng đèn hoạt nghiệm trong dạy học Sóng cơ Để sử dụng đèn hoạt nghiệm trong dạy học, bước đầu tiên cần cho HS nắm được phương pháp hoạt nghiệm là gì, ưu và nhược điểm của phương pháp hoạt nghiệm trong nghiên cứu các quá trình vật lí. Phần hướng dẫn này GV có thể thông qua một số bài tập tính toán chu kì biểu kiến của dao động điều hòa được quan sát bởi các chớp sáng hoạt nghiệm khi đã biết chu kì chớp sáng, chu kì dao động của vật, qua đó HS làm quen với việc xác định kết quả chuyển động thực của vật qua các kết quả thu được bởi việc quan sát biểu kiến, đo chu kì biểu kiến. 3.2.1.4. Các TN có thể tiến hành với TBTN giao thoa sóng nước TBTN giao thoa sóng nước gồm 3 TBTN thành phần (TBTN nguồn dao động, TBTN máy phát tần số kép, TBTN đèn hoạt nghiệm) được sử dụng phối hợp để tiến hành được 8 TN: - Thí nghiệm 1: Khảo sát độ lệch pha giữa các dao động, ý nghĩa của độ lệch pha với các dao động khác nhau. - Thí nghiệm 2: Khảo sát đặc trưng vật lí và sinh lí của sóng âm: Độ cao, độ to. - Thí nghiệm 3: Khảo sát giao thoa sóng nước. - Thí nghiệm 4: Kiểm chứng hệ quả của lí thuyết giải thích hiện tượng giao thoa. - Thí nghiệm 5: Khảo sát điều kiện để có hiện tượng giao thoa. Hình 3.5 Bộ TN đèn hoạt nghiệm 19 - Thí nghiệm 6: Xác định bước sóng, tốc độ truyền sóng dựa trên hiện tượng giao thoa sóng nước. - Thí nghiệm 7: Khảo sát sự dao động của các phần tử mặt nước trong hiện tượng giao thoa sóng nước. - Thí nghiệm 8: Sử dụng máy phát tần số kép với chức năng nguồn phát đèn hoạt nghiệm trong khảo sát dao động của phần tử dây khi có sóng dừng. Chúng tôi đã mô tả cụ thể từng TN theo cấu trúc: Mục đích TN, dụng cụ TN, bố trí dụng cụ TN, tiến hành TN, quan sát hiện tượng, thu thập số liệu, phân tích xử lí thông tin, số liệu rút ra kết luận. 3.2.3. Chế tạo thiết bị khảo sát hiệu tượng Đốpple 3.2.3.1. Sự cần thiết phải chế tạo bộ thiết bị khảo sát định lượng hiện tượng Đốp-ple: Hiện nay, tại các trường THPT không có bộ TBTN khảo sát định lượng hiện tượng Đốp-ple. Khi dạy học bài “Hiệu ứng Đốp-ple” theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, cần sử dụng TBTN - Thực hiện khảo sát được các trường hợp: Nguồn âm chuyển động so với máy thu, máy thu chuyển động so với nguồn âm. -Thu thập được các dữ liệu thực nghiệm: Tốc độ dịch chuyển của nguồn âm (hoặc máy thu) với độ chính xác cao; Tần số nguồn âm và tần số âm thu được bởi máy thu. - Thay đổi được các thông số: Tần số nguồn âm; Tốc độ dịch chuyển của xe gắn nguồn âm hoặc máy thu. - Số liệu thu thập được phải được HS (dưới sự hướng dẫn của GV) xử lý, được hiển thị và cho kết luận rõ ràng về hiện tượng. - Bộ thí nghiệm đáp ứng được với các yêu cầu của bộ thí nghiệm biểu diễn, quan sát dễ dàng, thu thập số liệu nhanh chóng, đảm bảo thành công ngay. - Thiết kế gọn, có thể mở rộng các tác dụng đo cho nhiều đối tượng học sinh thực hiện trong thí nghiệm thực tập. Chúng tôi đã chế tạo được bộ TBTN ghép nối máy tính đáp ứng các yêu cầu đặt ra. Có thể sử dụng bộ thiết bị trong các TN sau: TN1: kiểm chứng thực nghiệm công thức hiệu ứng Đôp-ple (được rút ra bằng suy luận lí thuyết) khi biết tốc độ truyền âm v theo công thức (1) trong SGK vật lí 12, trong đó dấu (+) và (-) ứng với hai chiều chuyển động đi về của xe. TN2: Khảo sát hiệu ứng Đốp-ple tổng quát, phát triển thành TN nghiên cứu cho học sinh chuyên lí THPT, sử dụng trong ôn luyện phần thực nghiệm. Hình 3.6 Bộ TN khảo sát hiện tượng Đốpple 20 3.3. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ” TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG CÁC PTDH TRUYỀN THỐNG VÀ HIỆN ĐẠI ĐÃ ĐƯỢC XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN Vận dụng lí luận dạy học giải quyết vấn đề bằng con đường suy luận lí thuyết, trên cơ sở các TBTN thực tập đã chế tạo, chúng tôi tiến hành soạn thảo tiến trình dạy học 4 nội dung kiến thức của chương “Sóng cơ”. Ví dụ trong Hình là Sơ đồ lôgic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức “Giao thoa sóng cơ” Hãy rút ra kết luận về điều kiện xảy ra hiện tượng giao thoa và đặc điểm hình ảnh mặt nước khi có hiện tượng giao thoa Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết và phát biểu vấn đề nghiên cứu Sử dụng TN 3 + Khi tần số 2 nguồn khác nhau: HS quan sát thấy trên mặt nước có các gợn sóng có dạng đường cong đang dịch chuyển từ nguồn này sang nguồn khác. + Thay đổi tần số tới khi tần số hai nguồn bằng nhau, mặt nước ổn định với các gợn sóng có vị trí cố định. Phát biểu vấn đề cần giải quyết Để mặt nước có hình ảnh ổn định theo thời gian, các sóng cần có điều kiện gì? Khi xảy ra hiện tượng có hình ảnh ổn định, sóng trên mặt nước có những đặc điểm gì? Giải quyết vấn đề Đề xuất giải pháp: theo con đường suy luận lí thuyết Giao thoa là do sự tổng hợp của hai sóng trên mặt nước. Sử dụng lí thuyết tổng hợp dao động và phương trình sóng sẽ giải thích được sự tổng hợp sóng. Để có sóng ổn định (biên độ không đổi theo thời gian) thì hai sóng tới điểm xét phải cùng tần số và độ lệch pha không đổi. - Viết phương trình sóng tới u1 do nguồn 1 truyền tới M, u2 do B truyền tới M. Viết phương trình sóng tổng hợp tại M. uM = u1 + u2 từ đó suy ra đặc điểm của biên độ dao động tại M. Kết quả: - Tại từng điểm trên mặt nước, phần tử nước dao động tuần hoàn cùng tần số với nguồn, có biên độ phụ thuộc vào vị trí điểm xét so với vị trí của hai nguồn. (1) - Quỹ tích các điểm có cùng biên độ được xác định qua biểu thức: 2 1d d K  - Có quỹ tích các điểm sóng có biên độ cực đại ứng với 0, 1, 2,...K k    (2) - Có quỹ tích các điểm không dao động ứng với ( 0,5)K k  (3) Trực quan hóa: Dùng phần mềm mô phỏng cho HS quan sát hình ảnh (ứng với một vài điều kiện cụ thể) Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết nhờ TN Nội dung kiểm nghiệm: - Điều kiện có giao thoa: Khi hai nguồn cùng tần số, độ lệch pha giữa hai nguồn không đổi, môi trường trường truyền sóng ổn định thì mặt nước có giao thoa. Khi khác tần số hoặc độ lệch pha 2 nguồn thay đổi theo thời gian, hoặc tính chất môi trường truyền thay đổi theo thời gian thì không xảy ra giao thoa. - Đặc điểm của hiện tượng giao thoa: Biên độ dao động mỗi điểm không đổi, tần số dao động các điểm bằng tần số của nguồn, các vân giao thoa có dạng hypecbol Kiểm tra trực tiếp: Kiểm tra bằng TN sử dụng đèn hoạt nghiệm Kiểm tra qua hệ quả: Sử dụng TN: Thiết kế phương án+ Thực hiện TN 3, 4, 5, 7 (mục 3.2.1.4) Kết luận - Điều kiện để có hiện tượng giao thoa: Các sóng kết hợp được phát đi từ các nguồn cùng tần số, có độ lệch pha không đổi. - Vùng hai sóng kết hợp gặp nhau, mặt nước ổn định với các vân cực đại, cực tiểu xen kẽ có dạng đường hypebol, hiện tượng đó gọi là hiện tượng giao thoa. Làm thế nào kiểm nghiệm bằng thực nghiệm kết luận được suy ra từ suy luận lí thuyết? 21 Chương 4 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 4.1. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 4.1.1. Mục đích, nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm Việc tiến hành TNSP ở trường THPT nhằm mục đích: Kiểm nghiệm tính khả thi của các tiến trình dạy học đã soạn thảo nói chung và của các TBTN nói riêng, để từ đó, bổ sung, chỉnh sửa các tiến trình dạy học và cải tiến, hoàn thiện tiếp các TBTN đã chế tạo. Bước đầu đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học nói chung và của hệ thống TBTN nói riêng đối với việc phát triển tính tích cực, tính tự lực và năng lực sáng tạo của HS. Sơ bộ đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo nói chung và của các TBTN nói riêng và đối với việc nâng cao chất lượng kiến thức của HS. TNSP có các nhiệm vụ sau: - Đánh giá tính khả thi của TBTN đã xây dựng và tính khả thí của các thí nghiệm được tiến hành với các thiết bị thí nghiệm đó theo quan điểm dạy học vật lí như nghiên cứu vật lí. - Đánh giá tính khả thi của 4 tiến trình dạy học đã soạn thảo. - Sơ bộ đánh giá hiệu quả của các TBTN đã xây dựng và các tiến trình dạy học đã soạn thảo với việc phát huy tính tích cực, tự lực, phát triển năng lực sáng tạo (theo quan điểm dạy học vật lí như nghiên cứu vật lí) và góp phần nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh. 4.1.2. Đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm Đối tượng TNSP là các HS lớp 12 trường THPT trong tiến trình dạy học một số kiến thức phần sóng cơ. Các phương pháp TNSP gồm: - Điều tra trước và sau TNSP trên diện rộng HS. - Theo dõi, quan sát trực tiếp GV và HS trong các giờ dạy TNSP. - Phân tích qua băng ghi hình các giờ dạy TNSP. - Trình bày các kết quả nghiên cứu và tham vấn ý kiến của các giáo viên THPT có kinh nghiệm lâu năm trong dạy học, qua đó điều chỉnh TBTN cũng như tiến trình dạy học cho phù hợp với yêu cầu thực tế THPT. - Phân tích định lượng bằng phương pháp thống kê điểm số sau bài kiểm tra cuối chương. 4.1.3. Thời gian, địa điểm và công tác chuẩn bị thực nghiệm sư phạm Việc TNSP được thực hiện trong hai năm học: vòng 1 năm học 2010- 2011, vòng 2 năm học 2011-2012. TNSP được tiến hành ở 2 trường THPT của Thành phố Thái Nguyên: THPT Giang Thép và THPT Đại Từ. Ở mỗi vòng TNSP và tại mỗi trường, chúng tôi đều chọn cách thức thực nghiệm là có lớp thực nghiệm được dạy học theo các phương án đã thiết kế và lớp đối chứng được dạy 22 học theo cách thức bình thường. Cách làm này thực hiện trong khi học chương “Sóng cơ". Việc chọn các lớp HS được dựa trên cơ sở kết quả học tập của HS trong hai năm học trước (lớp 10 và lớp 11) đối với môn Toán và Vật lí, sao cho trình độ HS ở các lớp gần tương đương nhau. Trong khi tiến hành tiết dạy, chúng tôi dự giờ ở cả hai nhóm thực nghiệm và đối chứng, ghi chép diễn biến giờ học, chụp ảnh, quay phim tiến trình dạy học. Cuối mỗi đợt thực nghiệm, chúng tôi tổ chức kiểm tra cùng một đề cả hai nhóm thực nghiệm và đối chứng. Trong quá trình thực nghiệm, chúng tôi tiến hành phỏng vấn, trao đổi với giáo viên và học sinh về phương pháp, phương tiện, hình thức tổ chức dạy học, thu thập các góp ý, kiến nghị của học sinh và giáo viên để rút kinh nghiệm và điều chỉnh kịp thời. Sau khi thu thập đủ số liệu, chúng tôi xử lí, phân tích, đánh giá kết quả các bài kiểm tra bằng phương pháp thống kê mô tả và phương pháp thống kê kiểm định. 4.2. PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 4.2.1. Xây dựng các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm Chúng tôi xem xét các yếu tố sau qua TNSP: 1. Về tính khả thi của các TBTN đã xây dựng so với yêu cầu đã đề ra, đặc biệt ở hai khía cạnh là khoa học- kĩ thuật và sư phạm. Thời gian trung bình để lắp ráp điều chỉnh TBTN. Đây là biểu hiện để đánh giá khả năng đáp ứng yêu cầu về mặt kĩ thuật của các TBTN trong dạy học trên lớp. Tỉ lệ HS quan sát ghi nhận được quá trình biến đổi các đại lượng vật lí qua TN. Đây là biểu hiện để xem xét khả năng đáp ứng yêu cầu sư phạm của các TBTN trong dạy học trên lớp. Chúng tôi quan sát và đếm số HS không quan sát được qua biểu hiện phải hỏi bạn bè, di chuyển vị trí, phỏng vấn nhanh HS ở cuối lớp.... Tỉ lệ số HS đề xuất yêu cầu phương án đo mới khi sử dụng TBTN. Đây là dấu hiệu quan trọng giúp có căn cứ để đánh giá việc hiệu quả việc phát huy tính tích cực hoạt động của HS, đồng thời cũng đánh giá được tác dụng của TBTN trong việc tạo điều kiện để HS bộc lộ những ý tưởng sáng tạo, ý tưởng thay đổi những cách thức hoạt động cũ. 2. Về tính khả thi của tiến trình dạy học đã xây dựng, việc đánh giá yếu tố này căn cứ theo các biểu hiện: Tỉ lệ HS tiếp nhận nhiệm vụ. Đây là dấu hiệu xem xét tính tích cực của HS trong việc huy động họ tham gia vào giờ học; sự quan tâm của HS đến vấn đề được đưa ra. Tỉ lệ HS đề xuất giải pháp thực hiện. Đây là dấu hiệu để đánh giá về khả năng phát huy tính tích cực và sáng tạo ở các cá nhân HS: sự say mê, quan tâm đến vấn đề đặt ra, sự xoay trở tìm cách thực hiện nhiệm vụ. Dấu hiệu này cũng cho phép thấy sự phát triển năng lực sáng tạo của HS thông qua việc bộc lộ các ý tưởng sáng tạo trong việc giải quyết các vấn đề học tập. Tỉ lệ HS thực hiện xử lí số liệu. Đây cũng là dấu hiệu giúp đánh giá tính tích cực của HS trong việc tham gia hoạt động TN một cách trọn vẹn từ việc tiếp nhận vấn đề cho đến giai 23 đoạn xử lí số liệu để kết luận vấn đề (chứ không chỉ làm qua loa cho biết hiện tượng). Qua đó để đánh giá về mức độ hoàn thành và trách nhiệm của HS trước nhiệm vụ được giao. Tỉ lệ HS tranh luận, trao đổi. Dấu hiệu này để xem xét tính tích cực hoạt động tập thể của HS trong học tập. Các biểu hiện của tính tích cực nhận thức của HS trong giờ học được thống kê theo các tiêu chí: Mức độ hoạt động của HS (4 mức độ); Sự tập trung chú ý của HS (4 mức độ ), chúng tôi thống kê và tính theo số lượng % làm cơ sở để đánh giá. 3. Kết quả học tập của HS Chúng tôi sơ bộ đánh giá kết quả học tập của HS qua đợt TNSP thông qua việc đánh giá điểm số mà HS đạt được khi thực hiện bài kiểm tra cuối chương. Bài kiểm tra thực hiện trong 45 phút với 25 câu hỏi (đề kiểm tra ở phụ lục 2). Chúng tôi đã phân tích tiến trình dạy học từng bài cụ thể trong quá trình TNSP nhằm có kết quả đánh giá định tính TNSP Kết quả định lượng về mức độ thu nhận kiến thức của học sinh được phản hồi qua kết quả bài kiểm tra cuối đợt TNSP, từ đó biết được khả năng vận dụng kiến thức đã có vào giải bài tập, giải thích hiện tượng trong thực tế. Phân tích kết quả định lượng cho thấy việc tổ chức tiến trình dạy học chương “Sóng cơ” theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh đã đem lại hiệu quả bước đầu trong việc nâng cao kết quả học tập của học sinh. TNSP nhằm mục đích đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học đã soạn thảo. Việc đánh giá được thực hiện trên hai bình diện: Xem xét khả năng phát triển hoạt động tích cực, tự lực và sáng tạo của HS thông qua việc giải quyết các vấn đề lí thuyết và các vấn đề thực nghiệm; đánh giá về chất lượng kiến thức của HS. TNSP cũng giúp đánh giá tính khả thi của TBTN đã chế tạo. Kết quả hai vòng thực nghiệm sư phạm tại 2 trường THPT trong hai năm học 2010 - 2011, 2011- 2012 cho thấy: Các tiến trình dạy học là khả thi, đáp ứng được việc thực hiện các mục tiêu dạy học mới nhưng vẫn phù hợp với tình hình dạy học hiện tại và tương lai gần về mặt thời gian và cách thức tố chức dạy học. Các TBTN được chế tạo đáp ứng được các yêu cầu về mặt khoa học - kĩ thuật, sư phạm, kinh tế, thẩm mĩ được sử dụng tạo ra nhiều cứ liệu thực nghiệm phong phú, đem lại hiệu quả tốt trong việc phát triến tính tích cực, tự lực và năng lực sáng tạo của HS. Các kết quả về mặt điểm số, thông qua các phân tích thống kê, phần nào cho thấy ý nghĩa của việc tác động theo phương pháp dạy học mới đối với mục tiêu nâng cao kết quả học tập của HS. 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đề tài nghiên cứu của chúng tôi đã giải quyết được các vấn đề sau đây: Trên cơ sở nghiên cứu kiểu dạy học PH&GQVĐ tổ chức QTDH tiệm cận với tiến trình nghiên cứu của các nhà khoa học nhằm phát triển ở mức độ nâng cao tính tích cực nhận thức và phát triển năng lực sáng tạo ở HS, chúng tôi tiến hành áp dụng vào việc dạy học một số kiến thức vật lí, mà nội dung của nó có thể được xây dựng theo tính hệ thống, để từ đó đề ra tiến trình dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL. Tiến hành điều tra một số trường THPT ở nhiều vùng khác nhau về tình hình dạy học phần Sóng cơ, chúng tôi thấy được sự khó khăn, hạn chế trong việc dạy học các kiến thức, từ đó xác định được nguyên nhân của các thực trạng đó là do chưa có được những nghiên cứu cụ thể cho việc đổi mới dạy học các kiến thức phần Sóng cơ và đặc biệt là thực trạng thiếu TBTN chưa đáp ứng được các yêu cầu dạy học trong việc tổ chức dạy học phần Sóng cơ ở trường THPT sao cho QTDH tiệm cận với quá trình nghiên cứu của các nhà vật lí. Vận dụng quy trình xây dựng TBTN đã bổ sung, đã chế tạo được máy phát tần số kép, nguồn dao động cơ độc lập; đèn hoạt nghiệm có điều khiển thời gian sáng tắt; Bộ TN khảo sát hiện tượng Đốpple sóng âm ghép nối máy tính, nhờ đó đã xây dựng được phương án sử dụng trong dạy học các kiến thức về Sóng cơ - Vật lí 12. Các TBTN này đáp ứng được các yêu cầu đối với TBTN cần được dùng trong dạy học vật lí ở trường phổ thông và theo yêu cầu của việc dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL. Đặc biệt, TBTN máy phát tần số kép, nguồn dao động cơ độc lập, đèn hoạt nghiệm có điều khiển, bộ TN khảo sát hiện tượng Đốpple được chế tạo dựa trên phương án hoàn toàn mới, chưa được sử dụng trong dạy học vật lí từ trước đến nay. Vận dụng quan điểm dạy học vật lí phỏng theo con đường NCVL, áp dụng các nguyên tắc và biện pháp sử dụng các loại TN truyền thống và kĩ thuật số cũng như các TN được xây dựng, chúng tôi đã soạn thảo 4 tiến trình dạy học ứng với 6 kiến thức về Sóng cơ - Vật lí 12. Các tiến trình dạy học này nói chung và các TN mới nói riêng đã được TNSP và bước đầu khẳng định tính khả thi và hiệu quả của chúng đối với việc phát triển hoạt động học tích cực, sáng tạo, góp phần nâng cao kết quả học tập của HS. Các kết quả trên đã khẳng định tính đúng đắn của giả thuyết khoa học của đề tài: Nếu xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các TN đáp ứng yêu cầu việc tổ chức quá trình dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL đối với một số kiến thức về Sóng cơ (vật lí 12 THPT) thì có thể phát huy tính tích cực, sáng tạo và nâng cao kết quả học tập của HS. Qua việc thực hiện đề tài, chúng tôi đề xuất một số kiến nghị như sau: Đề nghị được thực hiện tiếp các nghiên cứu để sản xuất các TBTN mới, cung cấp cho các trường THPT trong thời gian sớm nhất. Đề nghị được tiếp tục thực hiện các nghiên cứu để bổ sung, tăng cường các TBTN tương đối đồng bộ, đặc biệt là các TBTN biểu diễn, tương ứng với các nội dung kiến thức vật lí khác ở trường phổ thông. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 1. Cao Tiến Khoa (2009) Ra đề thi và kiểm tra môn vật lí bằng phương pháp trắc nghiệm khách quan -TC Nghiên cứu giáo dục 158, tr 33-34. Nội dung tìm hiểu và nêu các giải pháp hỗ trợ GV áp dụng thành thạo PP TNKQ ở các trường THPT. 2. Cao Tiến Khoa (2010) Chế tạo và sử dụng bộ TN giao thoa ánh sáng trong dạy học sóng ánh sáng (vật lí 12) - Tạp chí giáo dục - số đặc biệt 3/2010. Trang 62. Nội dung trình bày cách chế tạo khe Young và nguồn sáng sử dụng cho TN giao thoa ánh sáng phục vụ dạy học 2010. 3. Cao Tiến Khoa, Nguyễn Quang Ánh (2010) - Sử dụng các TN hỗ trợ khi dạy học kiến thức “Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 - Tạp chí giáo dục, số 249 kì 1 - 11/2010 trang 40-41, 39. Thiết kế, sử dụng các TN ghép nối máy tính trong dạy học kiến thức “Sóng cơ và sóng âm”. 4. Cao Tiến Khoa (2010) Xây dựng logic tiến trình dạy học kiến thức giao thoa sóng cơ (vật lí 12 THPT) trên cơ sở vận dụng chu trình sáng tạo Razumốpxki và các TBTN tự chế tạo - Kỉ yếu hội nghị giảng dạy vật lí toàn quốc - Hà nội 2010, trang 52. Báo cáo trình bày các mục tiêu cần đạt và yêu cầu TBTN cần được sử dụng, là cơ sở để thiết kế chế tạo thiết bị, vận dụng chu trình sáng tạo Razumốpxki trong dạy học. 5. Phạm Xuân Quế, Cao Tiến Khoa (2011) Sử dụng phương pháp hoạt nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông -Tạp chí giáo dục- Số 265 kì 1- 7/2011 – Trang 48, 49. Nội dung trình bày cách sử dụng phương pháp hoạt nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, cụ thể trong phần sóng cơ - 12 6. Phạm Xuân Quế, Cao Tiến Khoa (2011) - Thiết kế, chế tạo thiết bị tạo dao động với các tần số thích hợp để dạy bài “giao thoa sóng” Vật lí 12 (Nâng cao) - Tạp chí Thiết bị Giáo dục - Tháng 10 năm, số 2011 - Trang 48. Trình bày các nghiên cứu chế tạo và sử dụng thiết bị tạo dao động với tần số và pha thay đổi theo yêu cầu của QTDH phần “giao thoa sóng” lớp 12. 7. Phạm Xuân Quế, Cao Tiến Khoa (2011) - Thiết kế, chế tạo TBTN hỗ trợ dạy học hiệu ứng Đốpple phần sóng cơ, Vật lí 12 (Nâng cao) - Tạp chí Giáo dục - Số đặc biệt cuối năm, số 2011 - Trang 7. Trình bày nghiên cứu chế tạo và sử dụng thiết bị kiểm chứng hiệu ứng Đốpple theo yêu cầu của QTDH phần “sóng cơ” lớp 12.