Thạc Sĩ Khai thác và sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong tổ chức hoạt động nhận thức cho

MỤC LỤC
Trang

Trang bìa phụ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- i
Lời cam đoan----------------------------------------------------------------------------------------------------------- ii
Lời cám ơn---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- iii
MỤC LỤC---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1
MỞ ĐẦU------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4
1. Lí do chọn đề tài---------------------------------------------------------------------------------------- 4
2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu------------------------------------------------------------------------ 6
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài----------------------------------------------------------------- 8
4. Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài---------------------------------------------------------------------- 8
5. Phương pháp nghiên cứu--------------------------------------------------------------------------- 8
6. Đối tượng nghiên cứu-------------------------------------------------------------------------------- 9
7. Phạm vi, giới hạn nghiên cứu------------------------------------------------------------------- 9
8. Giả thuyết khoa học---------------------------------------------------------------------------------- 9
9. Cấu trúc của luận văn-------------------------------------------------------------------------------- 9
NỘI DUNG------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10
Chương 1. Cơ sở lí luận về tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh với
sự hỗ trợ của máy vi tính trong thí nghiệm-------------------------------------- 10
1.1. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí----- 10
1.1.1. Hoạt động nhận thức--------------------------------------------------------------------------- 10
1.1.2. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí-- 12
1.2. Vai trò của thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh 15
1.2.1. Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức------------------- 15
1.2.2. Thí nghiệm là phương tiện của việc kiểm tra tính đúng đắn của
tri thức------------------------------------------------------------------ 16
1.2.3. Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức vào thực tiễn 17
1.3. Khả năng hỗ trợ thí nghiệm của máy vi tính--------------------------------------- 18
1.3.1. Những khó khăn và hạn chế của các thí nghiệm truyền thống
trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh---------------------------- 18
1.3.2. Các chức năng của máy vi tính trong hỗ trợ thí nghiệm---------------- 20
1.3.3. Các loại thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính-------------------------- 21
1.3.3.1. Thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo---------------------------------------- 21
1.3.3.2. Thí nghiệm ghép nối với máy vi tính----------------------------- 27
1.3.3.3. Trực quan hóa thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính------------ 30
1.4. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh với việc sử dụng thí nghiệm
có sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học vật lí------------------------------ 31
1.5. Kết luận chương 1----------------------------------------------------------------------------------- 32
Chương 2. Khai thác và sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính
trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh---------------------------- 35
2.1. Đặc điểm phần Từ trường trong chương trình vật lí nâng cao THPT 35
2.1.1. Cấu trúc chương và chuẩn kiến thức, kĩ năng--------------------------------- 35
2.1.2. Những khó khăn gặp phải khi dạy học phần Từ trường----------------- 36
2.1.3. Khả năng hỗ trợ thí nghiệm của máy vi tính trong phần Từ trường 38
2.1.3.1. Dùng máy vi tính trực quan hóa thí nghiệm--------------------------------- 38
2.1.3.2. Dùng máy vi tính xây dựng, trình chiếu các thí nghiệm mô phỏng,
thí nghiệm ảo------------------------------------------------------------------------------------ 39
2.1.3.3. Dùng máy vi tính xây dựng các thí nghiệm thực ghép nối máy
vi tính---------------------------------------------------------------- 39
2.2. Quy trình khai thác và sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy
vi tính trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh------------------- 39
2.3. Xây dựng, khai thác thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính-------- 41
2.3.1. Khai thác các thí nghiệm trực quan hóa nhờ máy vi tính-------------- 41
2.3.2. Khai thác các thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo------------------- 47
2.3.3. Xây dựng các thí nghiệm thực với sự hỗ trợ của máy vi tính-------- 49
2.4. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức trong chương Từ trường
có sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính------------------------ 61
2.4.1. Bài 1: Từ trường----------------------------------------------------------------------------------- 61
2.4.2. Bài 2: Cảm ứng từ. Định luật Am-pe------------------------------------------------- 63
2.4.3. Bài 3: Từ trường của một số dòng điện có dạng đơn giản------------- 66
2.4.4. Bài 4. Lực Lo-ren-xơ--------------------------------------------------------------------------- 68
2.5. Kết luận chương 2----------------------------------------------------------------------------------- 71
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm----------------------------------------------------------------------- 73
3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm---------------------------------------------------- 73
3.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm----------------------------------------------------- 73
3.3. Đối tượng và phạm vi thực nghiệm sư phạm-------------------------------------- 74
3.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm----------------------------------------------- 74
3.4.1. Đánh giá định tính------------------------------------------------------------------------------- 74
3.4.2. Đánh giá định lượng---------------------------------------------------------------------------- 75
3.4.3. Kiểm định giả thuyết thống kê---------------------------------------------------------- 79
3.5. Kết luận chương 3----------------------------------------------------------------------------------- 80
KẾT LUẬN-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO------------------------------------------------------------------------------------- 84
PHỤ LỤC


MỞ ĐẦU1. Lí do chọn đề tài
Ngày nay, sự phát triển như vũ bão của khoa học và công nghệ cùng với sự bùng nổ thông tin đã làm cho kho tàng tri thức nhân loại tăng lên nhanh chóng. Điều đó đã đặt ra cho giáo dục những nhiệm vụ nặng nề và khó khăn. Nhà trường không thể cung cấp, truyền thụ hết toàn bộ khối kiến thức đồ sộ của nhân loại đến từng học sinh. Vì vậy, đổi mới giáo dục là một yêu cầu cấp bách của thực tiễn đặt ra cho tất cả các nước, trong đó có Việt Nam chúng ta. Để đáp ứng yêu cầu về con người và nguồn nhân lực là nhân tố quyết định sự phát triển đất nước trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá và hội nhập quốc tế thì phải tạo chuyển biến cơ bản, toàn diện về giáo dục và đào tạo. Đổi mới giáo dục cần thực hiện đồng bộ từ mục tiêu, nội dung, chương trình đến phương pháp, phương tiện dạy học và cả cơ cấu, hệ thống tổ chức, cơ chế quản lý giáo dục .trong đó đổi mới phương pháp được xác định là nhiệm vụ trọng tâm.
Chiến lược phát triển kinh tế - xã hội 2001- 2010 đã đề ra yêu cầu: “Đổi mới phương pháp dạy và học, phát huy tư duy sáng tạo và năng lực tự đào tạo của người học, coi trọng thực hành, thực nghiệm, ngoại khoá, làm chủ kiến thức, tránh nhồi nhét, học vẹt, học chay” [1].
“Đổi mới nội dung, chương trình, phương pháp giáo dục theo hướng chuẩn hoá, hiện đại hoá, tăng cường giáo dục tư duy sáng tạo, năng lực tự học, tự tu dưỡng, tự tạo việc làm” [2].
Những định hướng chỉ đạo của Đảng và Nhà nước là đúng đắn, tuy nhiên quá trình thực hiện ở các cấp giáo dục, các cơ sở đào tạo, các trường còn những hạn chế, thiếu sót và bất cập. Báo cáo của Ban chấp hành Trung ương Đảng khóa IX ngày 10 tháng 4 năm 2006 về phương hướng nhiệm vụ phát triển kinh tế - xã hội 5 năm 2006 - 2010 đã đưa ra nhận định: “Chất lượng giáo dục còn nhiều yếu kém; khả năng chủ động, sáng tạo của học sinh, sinh viên ít được bồi dưỡng, năng lực thực hành của học sinh, sinh viên còn yếu. Chương trình, phương pháp dạy và học còn lạc hậu, nặng nề, chưa thật phù hợp” [3]. Do đó, trong định hướng phát triển giáo dục - đào tạo giai đoạn 2006 - 2010, Đảng ta xác định: “Ưu tiên hàng đầu cho việc nâng cao chất lượng dạy và học” [3]. Cụ thể hóa định hướng này, ngành Giáo dục cần phải đưa ra những giải pháp cụ thể để nâng cao chất lượng giáo dục, bồi dưỡng khả năng chủ động, sáng tạo của học sinh. Về mặt phương pháp dạy học, một số giải pháp đó là vận dụng các phương pháp dạy học tích cực vào tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh, khai thác và sử dụng có hiệu quả các phương tiện, thiết bị dạy học hiện có, nghiên cứu, tiếp cận các xu hướng dạy học mới, những phương tiện dạy học hiện đại trên thế giới.
Thực tiễn cho thấy công nghệ thông tin (CNTT) và truyền thông ngày càng thâm nhập sâu và rộng, có tác động mạnh mẽ đến giáo dục. Những năm gần đây, nghiên cứu về ứng dụng CNTT trong dạy học diễn ra vô cùng sôi động và đã đạt được nhiều kết quả có ý nghĩa về mặt lí luận và thực tiễn. Trong dạy học vật lí, xu hướng khai thác và ứng dụng CNTT nói chung và máy vi tính nói riêng cũng được nhiều nhà khoa học và đông đảo giáo viên quan tâm. Bằng chứng là nhiều đề tài khoa học, nhiều luận án tiến sĩ và luận văn thạc sĩ đã tiến hành theo hướng này. Những nghiên cứu trên cùng rất nhiều những sản phẩm CNTT do các chuyên gia, giáo viên, sinh viên thiết kế đã làm phong phú kho tư liệu điện tử phục vụ dạy học. Việc khai thác và sử dụng hợp lí nguồn tư liệu này vào dạy học có thể góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông.
Vật lí học là một khoa học thực nghiệm, cho nên dạy học vật lí không thể thiếu thí nghiệm (TN). Chính vì thế, nghiên cứu khả năng hỗ trợ TN của máy vi tính là một hướng lớn trong ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí. Ở đó, máy vi tính được khai thác, sử dụng như một thiết bị hỗ trợ TN đa năng. Khả năng hỗ trợ TN của máy vi tính rất rộng, máy vi tính có thể tạo ra không gian cho các TN ảo, TN mô phỏng, lưu trữ và trình chiếu các đoạn phim TN, hỗ trợ TN thực. Trong đó, đáng chú ý là những nghiên cứu về TN ghép nối với máy vi tính là một xu hướng tương đối mới mẻ và có nhiều tiềm năng phát triển. Song trên thực tế, việc khai thác khả năng hỗ trợ TN của máy vi tính còn mang tính chất đơn lẻ và chưa có sự phối hợp cao, sử dụng TN ghép nối máy vi tính trong dạy học chưa phổ biến. Vì vậy, nghiên cứu khai thác và sử dụng TN với sự hỗ trợ của máy vi tính vào quá trình dạy học sao cho hợp lí và khoa học là vấn đề mang ý nghĩa thực tiễn cao.
Phần Từ trường thuộc chương trình vật lí trung học phổ thông (THPT) có nhiều hiện tượng hấp dẫn nhưng kiến thức khá trừu tượng đối với học sinh (HS) phổ thông. Do đó, tổ chức hoạt động nhận thức cho HS khi dạy học phần này gặp phải một số khó khăn. Sử dụng TN với sự hỗ trợ của máy vi tính khi dạy học phần này có thể giải quyết những khó khăn đó và mang lại hiệu quả sư phạm cao.
Với những lí do nêu trên chúng tôi chọn đề tài "Khai thác và sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh khi dạy học phần Từ trường".
2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng CNTT trong dạy học nói chung và máy vi tính trong hỗ trợ TN vật lí nói riêng những năm gần đây phát triển rất mạnh. Các tác giả trong nước như Phạm Xuân Quế, Lê Công Triêm, Nguyễn Quang Lạc, Phan Gia Anh Vũ, Mai Văn Trinh, Nguyễn Xuân Thành, Vương Đình Thắng, Trần Huy Hoàng .đã có nhiều đề tài, công trình nghiên cứu và công bố nhiều bài báo khoa học về vấn đề này. Những nghiên cứu trên đã làm sáng tỏ phần lớn cơ sở lí luận của ứng dụng CNTT trong dạy học vật lí. Đồng thời, các nghiên cứu đó cũng đề xuất những phương án, quy trình khai thác những ứng dụng CNTT và máy vi tính và dạy học vật lí. Các tác giả Phạm Xuân Quế, Phan Gia Anh Vũ tập trung vào mảng xây dựng các phần mềm dạy học, các TN mô phỏng, TN ảo. Tác giả Lê Công Triêm, Nguyễn Quang Lạc đã làm sáng tỏ lí luận của ứng dụng CNTT trong dạy học vật lí. Tác giả Mai Văn Trinh nghiên cứu sử dụng máy vi tính và các phương tiện dạy học hiện đại vào quá trình dạy học. Tác giả Vương Đình Thắng nghiên cứu sử dụng máy vi tính và hệ thống multimedia trong dạy học vật lí ở trường trung học cơ sở. Tác giả Nguyễn Xuân Thành nghiên cứu sử dụng máy vi tính và phần mềm chuyên dụng để phân tích video. Tác giả Trần Huy Hoàng nghiên cứu sử TN với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học một số kiến thức phần Cơ và Nhiệt. Trong luận án tiến sĩ của mình, tác giả Trần Huy Hoàng đã hệ thống hóa cơ sở lí luận của việc sử dụng TN với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học vật lí, làm sáng tỏ khái niệm thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng, đồng thời đề xuất tiến trình dạy học một số kiến thức phần Cơ, Nhiệt theo chiến lược dạy học giải quyết vấn đề.