Luận Văn Sử dụng thí nghiệm khi dạy các chương Từ trường và Cảm ứng điện từ Vật lí 11cơ bản với sự hỗ trợ của

MỤC LỤC
Trang phụ bìa i
Lời cam đoan . ii
Lời cảm ơn iii
Mục lục 1
Danh mục các chữ viết tắt . 4
Danh mục các bảng, biểu đồ, đồ thị . 5
MỞ ĐẦU 6
1. Lí do chọn đề tài . 6
2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu . 8
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 10
4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu . 10
5. Giả thuyết khoa học . 10
6. Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 10
7. Phương pháp nghiên cứu . 11
8. Bố cục luận văn . 11
9. Những đóng góp của đề tài 11
CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 13
1.1. Cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí hiện nay . 13
1.1.1. Các đặc điểm của thí nghiệm vật lí 13
1.1.2. Vai trò của thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh . 14
1.1.3. Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí 17
1.1.4. Những khó khăn và hạn chế của các thí nghiệm truyền thống trong tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh . 19
1.2. Cơ sở lí luận của việc ứng dụng công nghệ thông tin hỗ trợ thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường trung học phổ thông 20
1.2.1. Vai trò của công nghệ thông tin trong dạy học Vật lí 20
1.2.2. Các loại thí nghiệm với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin . 21
1.2.3. Khả năng hỗ trợ của công nghệ thông tin đối với thí nghiệm thực trong dạy học Vật lí ở trường THPT 24
1.3. Kết luận chương 1 . 29
CHƯƠNG 2 SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀO THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CÁC CHƯƠNG TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 31
2.1. Nội dung các chương Từ trường và Cảm ứng từ Vật lí 11 cơ bản . 31
2.1.1. Đặc điểm các chương Từ trường và Cảm ứng điện từ . 31
2.1.2. Mức độ nội dung kiến thức học sinh cần đạt 31
2.2. Sưu tầm và lựa chọn các thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng, Video Clip, hình ảnh của các chương Từ trường và Cảm ứng điện từ Vật lí 11 cơ bản . 32
2.2.1. Quy trình sưu tầm và lựa chọn thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng, video Clip, hình ảnh 32
2.2.2. Thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng, Video Clip, hình ảnh của các chương Từ trường và Cảm ứng điện từ Vật lí 11 cơ bản . 34
2.2.3. Cách sử dụng thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng, Video Clip vào quá trình dạy học 35
2.3. Xây dựng tiến trình dạy học việc sử dụng thí nghiệm vật lí với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin 40
2.3.1. Quy trình thiết kế bài dạy học Vật lí 40
2.3.2. Thiết kế tiến trình dạy học một số bài cụ thể . 45
2.4. Kết luận chương 2 . 55
CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM . 57
3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm 57
3.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm 57
3.2.1. Chọn mẫu thực nghiệm và khảo sát định lượng . 57
3.2.2. Quan sát giờ học . 57
3.3. Đối tượng và phạm vi thực nghiệm sư phạm 58
3.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 58
3.4.1. Đánh giá định tính . 58
3.4.2. Đánh giá định lượng . 59
3.4.3. Kiểm định giả thuyết thống kê . 63
3.5. Kết luận chương 3 . 64
KẾT LUẬN 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 68
PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT


[TABLE="align: center"]
[TR]
[TD]Viết tắt[/TD]
[TD]Viết đầy đủ[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]CNTT[/TD]
[TD]Công nghệ thông tin[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]DH[/TD]
[TD]Dạy học[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]ĐC[/TD]
[TD]Đối chứng[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]GV[/TD]
[TD]Giáo viên[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]HS[/TD]
[TD]Học sinh[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PP[/TD]
[TD]Phương pháp[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]PPDH[/TD]
[TD]Phương pháp dạy học[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]SGK[/TD]
[TD]Sách giáo khoa[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]TN[/TD]
[TD]Thí nghiệm[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]TNg[/TD]
[TD]Thực nghiệm[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]THPT[/TD]
[TD]Trung học phổ thông[/TD]
[/TR]
[/TABLE]



DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ

Bảng 3.1. Bảng thống kê các điểm số (X[SUB]i[/SUB]) của các bài kiểm tra . 59
Bảng 3.2. Bảng phân phối tần suất 60
Bảng 3.3. Bảng phân phối tần suất lũy tích . 60
Bảng 3.4. Bảng phân loại theo học lực của hai nhóm 61
Bảng 3.5. Các tổng hợp, các tham số của hai nhóm 63
Biểu đồ 3.1. Phân bố điểm của hai nhóm ĐC và TNg . 59
Biểu đồ 3.2. Biểu đồ phân loại học lực học sinh theo hai nhóm 61
Đồ thị 3.1. Phân phối tần suất 60
Đồ thị 3.2. Đồ thị phân phối tần suất lũy tích . 61

MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài
Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước là mục tiêu hàng đầu trong đường lối xây dựng phát triển của nước ta, “ .đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và phát triển kinh tế tri thức, đưa nước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp theo hướng hiện đại vào năm 2020”[1]. Muốn thực hiện thành công mục tiêu này, chúng ta phải thấy rõ nhân tố quyết định thắng lợi chính là nguồn nhân lực con người Việt Nam. Vì vậy, giáo dục nước ta không chỉ lo đào tạo đủ về số lượng mà phải đưa chất lượng lên hàng đầu.
Trước tình hình đó, mục tiêu quan trọng đề ra cho ngành giáo dục trong thời đại mới là không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ những kiến thức, kĩ năng có sẵn cho HS mà điều đặc biệt quan trọng là phải bồi dưỡng cho HS năng lực tự giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo. Để từ đó có thể lĩnh hội tri thức mới, phương pháp mới, góp phần làm giàu thêm tri thức của nhân loại. Về vấn đề này, Nghị quyết Hội nghị lần thứ hai Ban chấp hành Trung ương Đảng khóa VIII chỉ rõ: ‘‘Đổi mới mạnh mẽ phương pháp Giáo dục-Đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học. Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học .’’. Để đạt được mục tiêu đó, việc DH nói chung và DH Vật lí nói riêng cần phải đổi mới mạnh mẽ về nội dung và phương pháp, nhất là đổi mới phương pháp dạy và học sao cho vai trò tự chủ của HS trong hoạt động xây dựng kiến thức ngày một nâng cao, để từ đó năng lực sáng tạo của họ được bộc lộ và ngày càng phát triển.
Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm, các khái niệm, định luật, thuyết vật lí đều được xây dựng trên cơ sở khảo sát, phân tích, quan sát từ nhiều TN, hiện tượng, và được kiểm tra bằng TNg. Do vậy, DH Vật lí không chỉ đơn thuần cung cấp cho HS những kiến thức khoa học mà còn trang bị cho HS những kĩ năng, kĩ xảo thực hành cần thiết để tăng cường hứng thú, khả năng sáng tạo, tạo dựng niềm tin khoa học cho HS khi học tập môn Vật lí. Trong đó, TN giữ vai trò quan trọng trong DH Vật lí ở các cấp, bởi nó không chỉ cung cấp kiến thức, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, mà còn là yếu tố kích thích hứng thú và sáng tạo của HS trong học tập.
Tuy nhiên, DH Vật lí để đảm bảo yêu cầu trên là vấn đề không đơn giản bởi nhiều lí do chủ quan và khách quan khác nhau: xét về mặt khách quan, các khó khăn gặp phải khi tiến hành các TN là do một vài TN cần thực hiện với nhiều thao tác phức tạp. Một vài TN khác thì có mức độ nguy hiểm cao hoặc không thể thực hiện được trong điều kiện bình thường. Ở một số trường còn thiếu hoặc thậm chí chưa có các phòng học bộ môn hoặc phòng TN thực hành, những nơi đã có phòng TN thực hành thì thiếu cán bộ chuyên trách. Diện tích phòng học nhỏ, cách bố trí bàn ghế cũng như thiết bị ở bên trong không thuận lợi cho việc sử dụng TN trên lớp, Xét về mặt chủ quan, một số GV cho rằng việc chuẩn bị dụng cụ phục vụ TN tốn thời gian và khi sử dụng TN trong giờ học sẽ mất thời gian giảng bài. Một vài GV ngại khai thác, sử dụng TN vì các dụng cụ TN mới đưa vào giảng dạy trong khi đó nhiều GV chưa được tiếp cận tài liệu hướng dẫn và chưa được tập huấn làm TN
Mặt khác, các chương Từ trường và Cảm ứng điện từ có những nội dung kiến thức trừu tượng (khái niệm từ trường, khái niệm đường sức từ, nguyên lí chồng chất từ trường), khó (cảm ứng từ, đưa ra biểu thức cảm ứng từ của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt, lực Lo-ren-xơ, chuyển động của điện tích trong từ trường đều), Và khi tiến hành một số TN của các chương này (như: TN về tương tác giữa hai dây dẫn mang dòng điện, TN về lực từ, TN về hiện tượng cảm ứng điện từ, ) thì HS chỉ nhận biết được kết quả TN, mà rất khó hiểu được bản chất hiện tượng vật lí của TN. Trong trường hợp này với sự hỗ trợ của CNTT, với các phần mềm TN HS sẽ hiểu được bản chất của hiện tượng vật lí xảy ra trong TN. Nhờ đó quá trình học tập sẽ hứng thú hơn, hoạt động nhận thức có hiệu quả hơn và có thể góp phần nâng cao chất lượng DH ở trường THPT. Tầm quan trọng của CNTT trong giáo dục đã được thể hiện rõ trong Chỉ thị 55/2008/CT-BGD&ĐT của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo về nhiệm vụ của toàn ngành trong năm học 2008-2009 đã nêu: “Công nghệ thông tin là công cụ đắc lực hỗ trợ đổi mới phương pháp giảng dạy, học tập và hỗ trợ đổi mới quản lý giáo dục, góp phần nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng giáo dục. Phát triển nguồn nhân lực CNTT và ứng dụng CNTT trong giáo dục là một nhiệm vụ quan trọng có ý nghĩa quyết định sự phát triển của đất nước’’.
Căn cứ vào chủ trương của Đảng, Nhà nước, Ngành và thực tế DH của bản thân, nhận thức được vai trò của TN trong DH Vật lí và khả năng hỗ trợ của CNTT đối với TN vật lí, nên tôi quyết định nghiên cứu đề tài: “Sử dụng thí nghiệm khi dạy các chương Từ trường và Cảm ứng điện từ Vật lí 11cơ bản với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin ”.
2. Lịch sử vấn đề nghiên cứu
Trong DH Vật lí ở trường phổ thông, hầu hết các kiến thức vật lí được rút ra từ những quan sát và TN. Vì vậy, TN là một phương tiện rất quan trọng, có tác dụng to lớn trong quá trình hình thành kiến thức, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo của HS và nâng cao chất lượng DH. Trong những năm gần đây, bên cạnh những công trình nghiên cứu về việc sử dụng các TN vào DH có hiệu quả (của các tác giả như: TS. Lê Văn Giáo với giáo trình “Thí nghiệm và các phương tiện trực quan trong DH Vật lí”, luận án tiến sĩ của Đồng Thị Diện “Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm đơn giản trong DH kiến thức thuộc phần cơ học lớp 6 theo định hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự lực sáng tạo của HS”, luận án tiến sĩ của Huỳnh Trọng Dương “Nghiên cứu xây dựng và sử dụng thí nghiệm theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS trong DH Vật lí ở trường trung học cơ sở”, ), còn có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng CNTT vào DH Vật lí và đã thu hút sự sự quan tâm của nhiều nhà giáo dục. Tiêu biểu là các công trình nghiên cứu của các tác giả Lê Công Triêm, Phạm Xuân Quế, Nguyễn Quang Lạc, Mai Văn Trinh, Phan Gia Anh Vũ, Vương Đình Thắng, Trần Huy Hoàng, đã nói lên ưu điểm nổi trội cũng như những hạn chế nhất định của việc ứng dụng CNTT vào DH Vật lí trong điều kiện thực tiễn nước ta.
Hiện nay, ngày càng có nhiều giảng viên nghiên cứu việc sử dụng MVT hỗ trợ TN vào DH Vật lí ở trường phổ thông theo các khía cạnh khác nhau. Trong số đó có luận án tiến sĩ của Phan Gia Anh Vũ “Nghiên cứu, xây dựng và sử dụng phần mềm dạy học cho chương trình Động học và Động lực học lớp 10 trung học phổ thông”[35]. Trong đề tài của mình, tác giả đã nghiên cứu khai thác sử dụng phần mềm PAKMA (Đức) để trực quan hóa các đại lượng vectơ của phần Động học và Động học chất điểm mà cụ thể là độ dời, vận tốc, gia tốc và lực. Các đại lượng này được trực quan hóa bằng việc biểu diễn chúng dưới dạng các mũi tên có màu sắc, độ dài, kích thước khác nhau. Và nhờ vào khả năng tính toán nhanh, khả năng đồ họa của máy vi tính mà cấu trúc của chúng được vẽ lại gần như tức thời với các thay đổi của các đại lượng thực được biểu diễn trong cấu trúc. Tác giả cũng đã sử dụng phần mềm này để mô hình hóa cho các dạng chuyển động (chuyển động thẳng đều, chuyển động biến đổi đều, chuyển động tròn đều, ) hoặc xây dựng mô hình chuyển động của các hệ vật (va chạm của hai vật, hệ vật vắt qua ròng rọc, ). Sử dụng kết hợp phần mềm PAKMA với hai bộ cảm ứng là bánh xe đếm xung và SONAR để đo đạc số liệu ở các TN thực. Các số liệu đo thu được ở trên, tác giả tiếp tục sử dụng phần mềm này để xử lí và biểu diễn chúng dưới nhiều dạng khác nhau như đồ thị, biểu đồ, đồng hồ hiện số, đồng hồ kim, Bên cạnh đó, tác giả xây dựng thành công phần mềm 2DMOVMNT giúp khảo sát chuyển động cong bất kì trên mặt phẳng ngang thông qua việc sử dụng chuột (mouse) như một bộ cảm biến và trực quan hóa các đại lượng đặc trưng của chuyển động đó như độ dời, vận tốc, độ biến thiên vận tốc, gia tốc, Với hai phần mềm trên, tác giả cũng đã xây dựng được một hệ thống các TN biểu diễn của giảng viên có sử dụng máy vi tính như một phương tiện DH.
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 dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong DH một số kiến thức ở 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 DH Vật lí, đồng thời đề xuất tiến trình DH một số kiến thức phần Cơ, Nhiệt[13].
Tác giả Mai Văn Trinh “Nghiên cứu các TN kết nối máy tính với bộ CASSY để khảo sát các chuyển động của xe trên đệm không khí ”.
Đồng thời nhiều luận văn thạc sĩ cũng đã nghiên cứu một cách chi tiết các ứng dụng cụ thể của máy vi tính vào DH Vật lí. Trong đó, tác giả Nguyễn Đình Chính đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính trong dạy học Vật lí ở trường trung học phổ thông”. Đề tài này chỉ tập trung vào sử dụng phần mềm Datastudio để hỗ trợ các TN phần Cơ học.
Như vậy, mặc dù đã có nhiều đề tài nghiên cứu sử dụng CNTT để hỗ trợ TN nhưng chưa thấy tác giả nào nghiên cứu vấn đề “Sử dụng thí nghiệm khi dạy các chương Từ trường và Cảm ứng điện từ Vật lí 11cơ bản với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin”.
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng TN với sự hỗ trợ của CNTT trong DH Vật lí ở trường THPT.
- Xây dựng quy trình sưu tầm và lựa chọn các hình ảnh, video clip, TN ảo, TN mô phỏng.
- Sưu tầm và lựa chọn các hình ảnh, video clip, TN ảo, TN mô phỏng của các chương Từ trường, Cảm ứng điện từ và đề xuất phương án sử dụng chúng vào thiết kế tiến trình DH một số bài của các chương này.
4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng nghiên cứu