Mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu thực trạng một số dụng cụ thí nghiệm ở một số bài học trong SGK Vật lí 10 phần ‘‘Nhiệt học”
Thiết kế và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học phần "nhiệt học" của Vật lý 10 cơ bản là một phương pháp hiệu quả nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh Việc áp dụng các thiết bị thí nghiệm không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn về các khái niệm lý thuyết mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện Qua đó, học sinh có cơ hội thực hành, trải nghiệm thực tế và nâng cao kỹ năng phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm, góp phần vào việc hình thành kiến thức vững chắc và khả năng áp dụng vào cuộc sống.
Tăng cường trao đổi và học hỏi kinh nghiệm từ đồng nghiệp là cách hiệu quả để nâng cao chuyên môn và khả năng tự học Tôi mong muốn đóng góp một phần nhỏ bé vào sự đổi mới toàn diện của ngành giáo dục Việt Nam thông qua việc chia sẻ và tiếp thu kinh nghiệm từ những người xung quanh.
Khách thể và đối tượng nghiên cứu
Khách thể nghiên cứu
Học sinh khối lớp 10 THPT trong quá trình học tập môn Vật lí.
Đối tượng nghiên cứu
- Nội dung kiến thức Vật lí 10 phần ‘‘Nhiệt học” và một số thí nghiệm hỗ trợ cho các bài dạy đó
- Năng lực thực nghiệm được phát triển trong dạy học giải quyết vấn đề với việc sử dụng các thí nghiệm Vật lí
Giả thuyết khoa học
Nếu xây dựng và thiết kế được các dụng cụ thí nghiệm Vật lí 10 phần
Việc tích hợp "nhiệt học" vào các bài giảng không chỉ nâng cao chất lượng giảng dạy của giáo viên mà còn kích thích hứng thú học tập của học sinh Điều này giúp phát huy tính tích cực, chủ động, đồng thời khơi dậy niềm đam mê, sự sáng tạo và phát triển năng lực thực nghiệm, tư duy cũng như khả năng tự học của học sinh.
Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu về cơ sở lý luận trong việc dạy học nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh là rất quan trọng, đặc biệt là trong môn Vật lý Việc xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm không chỉ giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách trực quan mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện Thông qua các thí nghiệm thực tế, học sinh có thể áp dụng lý thuyết vào thực tiễn, từ đó nâng cao khả năng hiểu biết và phát triển kỹ năng thực hành.
- Nghiên cứu nội dung kiến thức để xác định được các kiến thức về phần
“Nhiệt học” lớp 10 mà học sinh cần lĩnh hội Từ đó xác định các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học
- Tìm hiểu thực trạng về các dụng cụ thí nghiệm Vật lí 10, những khó khăn gặp phải trong quá trình giảng dạy
- Hướng dẫn cách sử dụng thiết bị thí nghiệm nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh
Soạn thảo và thực nghiệm sư phạm là bước quan trọng trong việc đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học Qua đó, chúng ta có thể bổ sung và hoàn thiện các kiến thức đã được soạn thảo, đồng thời cải tiến các thiết bị thí nghiệm đã xây dựng.
Để nâng cao chất lượng và hiệu quả giảng dạy môn Vật lý, cần đề xuất các biện pháp phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh Một trong những giải pháp quan trọng là thiết kế và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm phù hợp trong các tiết học Việc này không chỉ giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách trực quan mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện, từ đó cải thiện kỹ năng thực hành và hiểu biết về môn học.
Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện được các nhiệm vụ trên, chúng tôi sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết bao gồm việc phân tích sách, bài báo, luận án, luận văn và khóa luận tốt nghiệp, cũng như chương trình nội dung sách giáo khoa Vật lý lớp 10 Mục tiêu của nghiên cứu này là xây dựng cơ sở lý luận cho đề tài và cung cấp căn cứ cho các đề xuất về tiến trình dạy học sử dụng thiết bị thí nghiệm.
- Thực nghiệm sư phạm: Vận dụng các biện pháp đề xuất vào thực tiễn dạy học nhằm kiểm nghiệm tính khả thi của đề tài
- Thống kê toán học: Xử lí, thống kê, đánh giá kết quả điều tra và kết quả thực nghiệm sư phạm.
Dự kiến đóng góp mới của đề tài
- Về lý luận: Đề xuất được cấu trúc và biện pháp phát triển năng lực thực nghiệm trong dạy học vật lí
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày cách thức chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm trong tiết học Vật lí 10, đặc biệt là trong phần "Nhiệt học" Bên cạnh đó, chúng tôi cũng sẽ xây dựng nhiệm vụ học tập liên quan đến hoạt động thực nghiệm, nhằm đánh giá sự phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong quá trình học tập phần "Nhiệt học" của môn Vật lí lớp 10.
Dự kiến cấu trúc của luận văn
Luận văn được cấu trúc thành 4 chương, bên cạnh phần Mở đầu, Kết luận, Tài liệu tham khảo và Phụ lục Mỗi chương có bố cục rõ ràng, giúp người đọc dễ dàng theo dõi và hiểu nội dung.
Chương 1: Cơ sở lí luận của vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Thực trạng dạy học thí nghiệm phần nhiệt học
Chương 3: Thiết kế thiết bị thí nghiệm trong dạy học một số nội dung kiến thức phần nhiệt học
Chương 4: Thực nghiệm sư phạm
7 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7 1.1 Năng lực và thực nghiệm
Năng lực
Năng lực là thuật ngữ phổ biến trong cả khoa học và giao tiếp hàng ngày, thường được thay thế bằng các từ như khả năng, năng khiếu, khả năng thực hiện, năng lực chuyên môn, hiệu quả và kỹ năng.
Năng lực đề cập đến khả năng của một cá nhân trong một lĩnh vực cụ thể, giúp họ thực hiện các hoạt động nhằm đạt được hiệu quả mong muốn trong lĩnh vực đó.
Khái niệm năng lực (competence) có nguồn gốc tiếng Latinh
"Competentia" có nghĩa là "gặp gỡ" Hiện nay, khái niệm năng lực được hiểu theo nhiều cách khác nhau, với nhiều nhà nghiên cứu đưa ra những định nghĩa cụ thể về năng lực.
Theo từ điển Tiếng Việt, “năng lực” được định nghĩa là khả năng hoặc điều kiện chủ quan, tự nhiên sẵn có để thực hiện một hoạt động nào đó Khi nói về năng lực của một đối tượng, nó phản ánh khả năng hoàn thành nhiệm vụ với chất lượng cao, bao gồm cả phẩm chất tâm lý và sinh lý của con người.
Theo tâm lý học, năng lực được định nghĩa là sự kết hợp của những đặc điểm riêng biệt của mỗi cá nhân, phù hợp với yêu cầu cụ thể của một hoạt động nhất định, nhằm đảm bảo rằng hoạt động đó đạt được kết quả tốt.
Năng lực, theo từ điển Bách khoa Việt Nam, được định nghĩa là đặc điểm của cá nhân thể hiện mức độ thông thạo, tức là khả năng thực hiện một cách thành thục và chắc chắn một số dạng hoạt động nhất định.
Theo P.A Rudich, năng lực được định nghĩa là đặc điểm tâm sinh lý của con người, ảnh hưởng đến khả năng tiếp thu kiến thức, kỹ năng và kỹ xảo, đồng thời quyết định hiệu quả thực hiện các hoạt động cụ thể.
Năng lực được định nghĩa là một thuộc tính tâm lý phức tạp, bao gồm nhiều yếu tố như kiến thức, kỹ năng, thái độ, kinh nghiệm, sự sẵn sàng hành động và trách nhiệm.
Năng lực thực nghiệm
Chúng tôi đã nghiên cứu các nội dung lý thuyết và khái niệm từ các luận văn, luận án và tạp chí để có cái nhìn đa dạng về năng lực thực nghiệm.
Theo Josephy (1986), hoạt động thực nghiệm trong vật lý được đánh giá thông qua OCEA, bao gồm bốn quy trình chính: Lập kế hoạch (thiết kế thí nghiệm, nâng cao và làm sáng tỏ vấn đề), Thực hiện (quan sát, thao tác, thu thập dữ liệu), Diễn giải (xử lý dữ liệu, đưa ra suy luận, dự đoán và giải thích) và Giao tiếp (báo cáo, nhận thông tin) Các quy trình và kỹ năng này không được trình bày theo thứ tự phân cấp hay hệ thống nào.
Theo Millar (2004), hoạt động thực hành bao gồm tất cả các hoạt động liên quan đến việc quan sát và thao tác với các đối tượng nghiên cứu Hoạt động này không chỉ diễn ra trong phòng thí nghiệm mà còn bao gồm cả các hoạt động tại nhà Thực hành giúp học sinh hành động như những nhà khoa học thực thụ.
Theo Lin Zang, phương pháp dạy học có ảnh hưởng đến khả năng của học sinh trong việc áp dụng kiến thức về năng lượng trong các tình huống quen thuộc, nhưng không tạo ra sự khác biệt trong việc vận dụng kiến thức này trong các tình huống mới.
Theo nghiên cứu của Nico Schreiber, Heike Ben và Horst Schreeker (2009), năng lực thực nghiệm là một kỹ năng quan trọng được phát triển thông qua việc dạy học môn Vật lý Khi giải quyết các bài tập thực nghiệm, học sinh cần vận dụng tổng hợp kiến thức và lý thuyết, kết hợp khả năng tư duy và thực hành, từ đó nâng cao hiểu biết về Vật lý, kỹ thuật và cuộc sống thực tế Do đó, việc giải các bài tập thực nghiệm sẽ góp phần bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh.
Theo Nguyên Văn Biên (2013), năng lực thực nghiệm là một trong những năng lực quan trọng hàng đầu mà học sinh cần được hình thành và phát triển thông qua việc dạy học môn vật lý.
Lý Thị Thu Phương nhấn mạnh rằng năng lực thực nghiệm là một khả năng nhận thức khoa học quan trọng, cho phép thiết kế và thực hiện các phương án thí nghiệm khả thi Năng lực này không chỉ giúp đề xuất và kiểm tra các giả thuyết mà còn đảm bảo thực hành thành công, từ đó rút ra những kết quả cần thiết cho nghiên cứu.
10 lực thao tác TN, hiểu theo nghĩa năng lực thực nghiệm là năng lực thực hiện các thao tác bằng tay, quan sát, đo đạc
Năng lực thực nghiệm được định nghĩa là khả năng kết hợp kiến thức, kỹ năng và tâm lý để thực hiện thành công các nhiệm vụ thí nghiệm Nó bao gồm việc xác định mục đích thí nghiệm, thiết kế phương án thí nghiệm với việc lựa chọn công cụ, dự kiến cách tiến hành và thu thập dữ liệu Ngoài ra, năng lực thực nghiệm còn bao gồm khả năng tiến hành thí nghiệm, lắp ráp và bố trí, thu thập kết quả, cũng như xử lý dữ liệu và đánh giá kết quả đạt được.
1.1.2.1 Cấu trúc năng lực thực nghiệm
Qua tìm hiểu và tham khảo các đề tài luận văn, chúng tôi tập hợp và chọn ra cấu trúc năng lực thực nghiệm với trình tự như sau:
- Xác định mục đích thí nghiệm gồm các hành vi:
+ Thực hiện suy luận lôgic để tìm ra hệ quả cần kiểm nghiệm
+ Xác định kết luận cần rút ra được từ thí nghiệm
- Thiết kế phương án thí nghiệm
- Tiến hành phương án thí nghiệm phương án đã thiết kế gồm các hành vi:
+ Tìm hiểu các bộ phận của thiết bị thực
+ Lắp ráp, bố trí thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm
+ Thực hiện được thí nghiệm theo kế hoạch
- Phân tích kết quả và đánh giá thí nghiệm:
+ Đánh giá ưu nhược điểm
1.1.2.2 Các mức độ năng lực thực nghiệm
Cấu trúc năng lực thực nghiệm được phân chia thành các mức độ khác nhau dựa trên sự tự giác, độ phức tạp và khả năng của từng học sinh Các mức độ năng lực này được sắp xếp theo trình tự tăng dần, từ cơ bản đến nâng cao.
* Mức độ 1: Ở mức độ này HS phụ thuộc nhiều vào sự hướng dẫn của GV hay tài liệu
GV cần tổ chức thí nghiệm mẫu để học sinh có thể thực hành hoặc chuẩn bị tài liệu hướng dẫn chi tiết Tài liệu này nên bao gồm mục đích thí nghiệm, cơ sở lý thuyết, danh sách dụng cụ, cách bố trí thí nghiệm, thứ tự thực hiện và hướng dẫn báo cáo Qua đó, học sinh sẽ tìm hiểu kiến thức và nắm vững cách thức tiến hành thí nghiệm hiệu quả.
Với mức độ này, biểu hiện về năng lực thực nghiệm được thể hiện thông qua các kĩ năng:
+ Quan sát, mô tả, giải thích được một số hiện tượng Vật lí đơn giản, chưa giải thích được rõ ràng và chính xác với mục đích đặt ra
Khi thực hiện thí nghiệm, việc lựa chọn dụng cụ thí nghiệm phù hợp và cách bố trí thí nghiệm là rất quan trọng Các thiết kế phương án thí nghiệm cần được xây dựng rõ ràng, cùng với các bước tiến hành thí nghiệm đơn giản theo mẫu đã định sẵn Điều này giúp đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình thí nghiệm.
Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu là bước quan trọng để rút ra kết luận chính xác theo mục đích đã đề ra Việc thực hiện thí nghiệm đơn giản theo mẫu và tuân thủ các bước quy định sẽ giúp đảm bảo tính khoa học và độ tin cậy của kết quả.
Ở mức độ 2, học sinh (HS) trở nên chủ động hơn trong quá trình thực nghiệm, giảm bớt vai trò của giáo viên (GV) HS có khả năng vận dụng và liên kết các kiến thức, kinh nghiệm để đề xuất phương án cải tiến thí nghiệm hoặc thực hiện một phương án khác Năng lực của HS được thể hiện rõ qua những hành động này.
Kỹ năng thiết kế các phương án thí nghiệm và cải tiến thiết bị thí nghiệm là rất quan trọng Học sinh có khả năng thiết kế một số phương án thí nghiệm đơn giản, giúp nâng cao hiểu biết và kỹ năng thực hành trong lĩnh vực khoa học Việc này không chỉ thúc đẩy tư duy sáng tạo mà còn tạo điều kiện cho học sinh áp dụng lý thuyết vào thực tiễn.
+ Lựa chọn và bố trí dụng cụ thí nghiệm, học sinh lựa chọn các dụng cụ được nhiều, bố trí thí nghiệm đúng theo mục đích
Tiến hành thí nghiệm theo phương án đã thiết kế, sau đó trình bày kết quả đo dưới dạng bảng Đồng thời, thực hiện tính toán sai số và xử lý số liệu theo mẫu quy định.
- Đánh giá kết quả thí nghiệm khá rõ ràng
Dạy học Vật lí theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm
1.2.1 Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm
Thí nghiệm trong dạy học Vật lí đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển năng lực học sinh, đặc biệt trong giai đoạn phát hiện vấn đề Giáo viên cần mô tả cụ thể để học sinh có thể cảm nhận và liên hệ với kinh nghiệm thực tế trong cuộc sống hàng ngày Việc thực hiện thí nghiệm biểu diễn hoặc thí nghiệm đơn giản, gắn liền với cuộc sống, giúp học sinh nhận biết và hiểu rõ hiện tượng cần nghiên cứu.
Giáo viên yêu cầu học sinh mô tả hoặc giải thích các hiện tượng bằng ngôn ngữ vật lý, đồng thời khuyến khích học sinh dự đoán các hiện tượng có thể xảy ra trong bối cảnh đã được mô tả Học sinh cũng được yêu cầu giải thích các hiện tượng quan sát dựa trên kiến thức và phương pháp đã học Giáo viên hỗ trợ học sinh nhận diện những thiếu sót trong kiến thức và cách giải quyết vấn đề để nâng cao khả năng hiểu biết và tư duy phản biện.
Vai trò tiếp theo là hỗ trợ đề xuất giả thuyết, trong đó giáo viên yêu cầu học sinh đưa ra các giả thuyết và dự đoán dựa trên kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn Giáo viên tiến hành thí nghiệm để cung cấp thêm mối liên hệ giữa các đại lượng nghiên cứu, từ đó giúp học sinh sử dụng toán học để giải quyết vấn đề hoặc tiến hành thí nghiệm kiểm tra các giả thuyết đã đưa ra.
Thí nghiệm Vật lí cung cấp cho học sinh những thông tin và kỹ năng cần thiết để áp dụng kiến thức một cách hiệu quả Để giúp học sinh vận dụng các kiến thức khoa học và kinh nghiệm, giáo viên cần tạo điều kiện cho họ phát triển hiểu biết một cách sâu sắc và bền vững.
Học sinh cần giải các bài tập trong sách giáo khoa và sách bài tập để củng cố kiến thức Việc tổ chức cho học sinh nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật của kiến thức đã học là rất quan trọng Giáo viên nên khuyến khích học sinh thực hiện bài tập thí nghiệm và bài tập về nhà để phát triển kỹ năng và hiểu biết thực tiễn.
Để nâng cao khả năng thực hành cho học sinh, cần xây dựng 14 câu hỏi thí nghiệm hoặc bài tập dự án nhằm đề xuất các ứng dụng cụ thể gần gũi trong đời sống và kỹ thuật Qua đó, học sinh sẽ được luyện tập tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lý số liệu một cách hiệu quả.
1.2.2 Xây dựng nhiệm vụ học tập gắn liền với hoạt động thực nghiệm Để phát triển năng lực thực nghiệm của HS trong môn Vật lí ngoài nhiệm vụ phát triển những năng lực chung mà mỗi HS cần có, còn có nhiệm vụ phát triển năng lực thực nghiệm, một năng lực hết sức quan trọng Người GV cần có sự chỉ ra rõ ràng cách thức xây dựng các nhiệm vụ học tập cụ thể để phát triển những biểu hiện hành vi cụ thể của năng lực thực nghiệm
Để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh, giáo viên cần thiết kế các hoạt động học tập cho phép học sinh thể hiện hành động tương ứng với các biểu hiện hành vi của năng lực này.
Thiết kế thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lý ở THPT
1.3.1 Vai trò và tính chất của thiết kế thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lý ở THPT
Vật lí học là một môn khoa học quan trọng với nhiều ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày Thí nghiệm trong Vật lí học giúp tạo ra các hiện tượng trong điều kiện có thể kiểm soát và thay đổi, từ đó khảo sát mối quan hệ và tính chất của sự vật Những thí nghiệm này cung cấp thông tin về các dấu hiệu bên ngoài của hiện tượng, cho phép quan sát trong những điều kiện xác định Để nhận biết và phát hiện mối quan hệ giữa các dấu hiệu, cần thực hiện các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hóa và khái quát hóa.
Thí nghiệm vật lý đóng vai trò quan trọng trong việc giảng dạy và học tập, giúp rút ra những kết luận khái quát từ các hiện tượng xảy ra trong điều kiện cụ thể Để đạt được điều này, cần thực hiện phép quy nạp để tổng quát hóa cho nhiều trường hợp khác nhau Quá trình này bao gồm hai hoạt động song song: quan sát các dấu hiệu cụ thể bên ngoài của hiện tượng và thực hiện suy luận để tìm ra các mối quan hệ trừu tượng ẩn giấu.
Tự thiết kế dụng cụ thí nghiệm vật lý là phương hướng quan trọng trong giáo dục, góp phần nâng cao cả về mặt sư phạm và kinh tế Những dụng cụ này không chỉ thể hiện sự sáng tạo và nhiệt huyết của giáo viên và học sinh, mà còn tạo động lực học tập hiệu quả hơn Quá trình thiết kế và sử dụng dụng cụ thí nghiệm giúp học sinh tập trung hơn, nắm vững kiến thức mới và rèn luyện tính cần cù, cẩn thận, tỉ mỉ, cùng với ý thức tổ chức kỷ luật và phát triển năng lực thực nghiệm.
Các thí nghiệm có thể áp dụng trong mọi giai đoạn của quá trình dạy học, bao gồm hoạt động khởi động, hình thành kiến thức mới, luyện tập, vận dụng, tìm tòi sáng tạo, cũng như kiểm tra và đánh giá kiến thức và kỹ năng của học sinh.
1.3.2 Các yêu cầu cần đạt khi thiết kế thiết bị thí nghiệm Vật lí
Các dụng cụ thí nghiệm vật lý tự thiết kế cần phải thể hiện rõ ràng các hiện tượng vật lý mà người dùng muốn quan sát Ngoài ra, sơ đồ lắp đặt của các dụng cụ này phải dễ thực hiện và việc tháo lắp cũng cần phải nhanh chóng, thuận tiện.
- Việc bố trí, tiến hành thí nghiệm đơn giản, không tốn nhiều thời gian, không gây nguy hiểm Dễ vận chuyển, sử dụng an toàn
1.3.3 Các tiêu chuẩn đánh giá thiết bị thí nghiệm Vật lí
Dụng cụ thí nghiệm vật lý tự thiết kế cần đảm bảo tính chính xác thông tin về hiện tượng liên quan đến bài học, phản ánh rõ bản chất nội dung dạy học và giải quyết các vấn đề trong chương trình SGK Hơn nữa, dụng cụ này phải góp phần vào việc đổi mới phương pháp dạy học, không chỉ đơn thuần là minh họa cho bài giảng.
Dụng cụ trực quan hỗ trợ tư duy giúp học sinh tiếp thu kiến thức hiệu quả hơn, mở rộng và làm sâu sắc thêm nội dung bài học, từ đó nâng cao vốn hiểu biết của các em.
Thiết bị thí nghiệm dễ sử dụng, cho phép thực hiện nhiều bài học khác nhau và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
* Tính thẩm mĩ Đẹp, bền gây cảm hứng cho thầy và trò, tiết kiệm, đảm bảo môi trường,
1.3.4 Các bước tiến hành khi thiết kế các thiết bị thí nghiệm Vật lí
- Tìm hiểu chương trình, nội dung môn học, những bài học nào chỉ có mô hình trong SGK mà chưa có bộ thí nghiệm thật
- Hình thành ý tưởng về các dụng cụ thí nghiệm vật lí tự thiết kế
Hãy phác thảo và trao đổi ý tưởng về các dụng cụ thí nghiệm vật lý tự thiết kế, đồng thời tìm kiếm mối liên hệ giữa chúng với nội dung các bài học và các môn học khác Việc này không chỉ giúp nâng cao hiểu biết về vật lý mà còn tạo ra sự liên kết chặt chẽ giữa các lĩnh vực học thuật, từ đó khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện trong học tập.
- Dự kiến nguyên vật liệu làm các dụng cụ thí nghiệm vật lí tự thiết kế
- Hoàn thiện các dụng cụ thí nghiệm vật lí tự thiết kế
Trong chương 1, chúng tôi đã trình bày cơ sở lý luận của đề tài, tóm tắt những vấn đề chính thành các luận điểm quan trọng.
Thí nghiệm Vật lí có vai trò quan trọng đối với hoạt động nhận thức của
Thí nghiệm Vật lí không chỉ phát triển tính tích cực và sáng tạo của học sinh (HS) mà còn kích thích sự tìm tòi và suy nghĩ của các em Nó hỗ trợ việc xây dựng và kiểm tra giả thuyết, đồng thời đảm bảo sự liên kết giữa lý thuyết và thực hành trong quá trình học tập.
Năng lực thực nghiệm là một trong những thành tố quan trọng trong quá trình học tập và phát triển của HS
Chúng tôi đề xuất các biện pháp nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong môn Vật lý, đặc biệt là trong phần "Nhiệt học" Việc sử dụng thiết bị thí nghiệm sẽ được áp dụng ở từng giai đoạn của quá trình khám phá kiến thức, giúp học sinh nâng cao khả năng thực hành và hiểu biết sâu sắc về các khái niệm nhiệt học.
18 THỰC TRẠNG DẠY HỌC THÍ NGHIỆM PHẦN NGHIỆT HỌC 18 2.1 Thực trạng về các dụng cụ thí nghiệm phần ‘‘Nhiệt học” – Vật lí 10 cơ bản
Thực trạng về việc sử dụng các dụng cụ thí nghiệm trong dạy học phần ‘‘Nhiệt học” - Vật lí lớp 10 cơ bản
‘‘Nhiệt học” - Vật lí lớp 10 cơ bản
Qua khảo sát thực trạng dạy học tại một số trường trên địa bàn,chúng tôi đã thu được một số kết quả sau:
Hầu hết giáo viên được khảo sát đều có kiến thức về phương pháp dạy học phát huy tính tích cực của người học (PPTN), tuy nhiên, một số vẫn hiểu sai rằng PPTN chỉ đơn thuần là việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên trong giảng dạy Điều này dẫn đến việc áp dụng phương pháp này trong quá trình dạy học còn hạn chế.
- Tình hình dạy học chương chất khí:
Giảng dạy hiện nay chủ yếu diễn ra thông qua lời nói của giáo viên, bao gồm mô tả và giải thích hiện tượng, nhấn mạnh kiến thức cơ bản và yêu cầu học sinh áp dụng công thức làm bài tập Một số giáo viên sử dụng thí nghiệm (TN) trong bộ TN tối thiểu để minh họa cho định luật Bôilơ – Mariôt và định luật Sáclơ, nhưng thường là do giáo viên biểu diễn, trong khi học sinh chủ yếu nghe và ghi chép Kết quả từ các thí nghiệm này thường có sai số lớn, dẫn đến tính thuyết phục không cao, vì vậy nhiều giáo viên ngại sử dụng và chỉ dựa vào kết quả thí nghiệm từ sách giáo khoa.
+ Hầu hết các GV không sử dụng đến BTTN trong quá trình dạy học
Việc tổ chức cho học sinh tự lực chiếm lĩnh kiến thức chưa được giáo viên quan tâm, chủ yếu do chất lượng học sinh còn thấp và việc chuẩn bị cho một tiết học như vậy tốn nhiều thời gian.
- Kỹ năng HS vận dụng PPTN vào quá trình học tập vật lí:
HS gặp khó khăn khi trả lời các câu hỏi liên quan đến kỹ năng của PPTN, bao gồm việc đề xuất PATN, tiến hành TN, đo đạc, đọc số liệu và tính toán sai số.
+ HS ít có dịp được thao tác các TN để nâng cao kĩ năng thực hành
Nhiều học sinh vẫn chưa nắm vững cách khám phá bản chất vật lý của các hiện tượng, đặc biệt là khả năng liên hệ các quá trình trạng thái với thực tiễn còn hạn chế.
- Thái độ học tập của HS:
Nhiều học sinh hiện nay vẫn còn thụ động trong quá trình học tập, họ chủ yếu chỉ ngồi nghe giảng, ghi chép và học thuộc mà chưa tích cực tìm hiểu và khám phá những điều mới mẻ.
+ Đa số HS thiếu tự tin và khả năng trình bày ý kiến của mình khi thực hiện các yêu cầu được GV giao cho
2.3 Phân tích nguyên nhân của thực trạng
- Chương trình SGK còn nhiều hạn chế Nặng về kiến thức mà coi nhẹ kỹ năng thực hành và ứng dụng thực tế
Cơ sở vật chất của nhà trường còn thiếu thốn, với dụng cụ thực hành không đồng bộ và độ chính xác kém Số lượng học sinh trong lớp đông cũng gây khó khăn trong việc triển khai các bài học yêu cầu thực hành.
Áp lực thành tích và phương thức thi cử hiện nay còn nặng nề và chưa hợp lý, dẫn đến tình trạng giáo viên và học sinh phải đối phó Giáo viên chủ yếu tập trung vào việc nhồi nhét kiến thức cho học sinh, trong khi việc rèn luyện khả năng tư duy sáng tạo cho học sinh lại bị xem nhẹ.
Phương pháp giảng dạy truyền thống hiện nay không đủ sức kích thích khả năng tư duy sáng tạo của học sinh, đồng thời cũng chưa khơi dậy được niềm đam mê nghiên cứu vật lý trong các em.
Khi thực hiện các thí nghiệm, nhiều giáo viên thường lựa chọn phương pháp PATN để biểu diễn, dẫn đến việc học sinh không được rèn luyện kỹ năng thực hành và xử lý số liệu một cách hiệu quả.
Năng lực chuyên môn và nghiệp vụ sư phạm của một số giáo viên chưa đáp ứng yêu cầu, dẫn đến việc thiếu sáng tạo trong phương pháp giảng dạy Hầu hết học sinh chưa hình thành thói quen lao động trí óc và thường ngại suy nghĩ, khiến họ phụ thuộc vào sự hướng dẫn của giáo viên khi gặp khó khăn.
Hầu hết các giáo viên xây dựng các định luật chất khí theo trình tự trong sách giáo khoa mà chưa chú trọng đến việc phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh.
Trong chương 2, chúng tôi phân tích thực trạng của đề tài, từ đó rút ra các luận điểm chính đáng chú ý.
Môn Vật Lý ở trường THPT chủ yếu dựa vào thực nghiệm, với thí nghiệm Vật Lý đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành tri thức cho học sinh Tuy nhiên, phương pháp dạy học hiện nay vẫn chủ yếu theo lối “thông báo - tái hiện”, dẫn đến việc học sinh có ít cơ hội nghiên cứu và thực hiện thí nghiệm Điều này hạn chế khả năng lĩnh hội kiến thức và phát triển bản thân của các em Do đó, việc bồi dưỡng các năng lực thực nghiệm cần thiết như xác định vấn đề nghiên cứu, thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm và phân tích kết quả cần được chú trọng hơn.
Để giúp học sinh tiếp thu kiến thức vật lý hiệu quả hơn và nâng cao khả năng phát triển năng lực thực nghiệm, tôi đề xuất một số biện pháp cụ thể cho chương kế tiếp.
25 THIẾT KẾ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ NỘI
Thiết kế thiết bị thí nghiệm cho Quá trình đẳng nhiệt
Chúng tôi thiết kế thiết bị đầu tiên nhằm kiểm tra kiến thức về khí lý tưởng, cụ thể là quá trình đẳng nhiệt và định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, theo nội dung bài 29 trong sách giáo khoa Vật lý 10, trang 156 Mục đích của việc chế tạo thiết bị này là để thực hiện các thí nghiệm liên quan và củng cố hiểu biết về các quy luật của khí lý tưởng.
Kiểm chứng lại nội dung của định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt b Cơ sở lý thuyết
Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích
Theo định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, nếu p1 và V1 là áp suất và thể tích của một lượng khí ở trạng thái 1, còn p2 và V2 là áp suất và thể tích của lượng khí ở trạng thái 2, thì ta có mối quan hệ giữa các đại lượng này được thể hiện qua công thức V hay pV = hằng số.
𝑝 1 𝑉 1 = 𝑝 2 𝑉 2 c Vật dụng: Xi lanh y tế, bóng bay nhỏ d Mô tả sẩn phẩm: Ta sử dụng một xi lanh y tế bỏ kim với dung tích
100ml, 1 bóng bay nhót cao su thổi phồng với kích cỡ gần bằng lòng xi lanh có thể đẩy dễ dàng trong xi lanh e Sản phẩm
Hình 3.1 Dụng cụ thí nghiệm nghiệm lại quá trình đẳng nhiệt – Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt f Tiến hành thí nghiệm
Bóng bay quả nhót được thổi gần bằng kích thước lòng xi lanh, có thể di chuyển dễ dàng trong lòng xi lanh
Để thực hiện thí nghiệm, bạn hãy cho bóng bay vào trong lòng xi lanh, sau đó dùng tay bịt kín đầu xi lanh Tiếp theo, ép xi lanh nén lại một cách từ từ, đảm bảo không để lượng khí trong xi lanh thoát ra ngoài Hãy chú ý tránh tối đa tiếp xúc với nhiệt để nhiệt độ bên trong không thay đổi, sau đó thả tay ra khỏi đầu bịt.
Khi ép xi lanh, thể tích của nó giảm, dẫn đến việc quả bóng đồng thời xẹp xuống Khi thả tay ra, quả bóng sẽ quay trở về thể tích ban đầu.
Để thực hiện quy trình, chúng ta đặt bóng bay vào sâu bên trong xi lanh và giữ đầu mút của xi lanh gần sát với bóng bay Sau đó, bịt chặt đầu ra của xi lanh và rút xi lanh để mở rộng thể tích bên trong, đảm bảo không để khí bên ngoài tràn vào và hạn chế tối đa tiếp xúc nhiệt lên xi lanh.
Khi rút xi lanh, thể tích của bóng bay mở rộng tương ứng với thể tích bên trong xi lanh Ngược lại, khi thả tay khỏi xi lanh, kích thước của bóng bay sẽ trở về trạng thái ban đầu.
Kết quả thí nghiệm có thể dễ dàng giải thích thông qua hiện tượng đẳng nhiệt theo Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt Thí nghiệm này mang lại nhiều ưu điểm, giúp minh họa rõ ràng các nguyên lý vật lý liên quan đến sự thay đổi thể tích và áp suất của khí trong điều kiện nhiệt độ không đổi.
- Đơn giản, dễ dàng thao tác và dễ dàng thành công
- Dụng cụ rất dễ kiếm, dễ chế tạo, giá thành rẻ nên phù hợp để nhân rộng
- Đảm bảo vệ sinh, an toàn, kết quả rõ ràng
Thiết kế thiết bị thí nghiệm cho Quá trình đẳng tích
Chúng tôi tiến hành chế tạo thiết bị thí nghiệm để nghiên cứu các hiện tượng liên quan đến Quá trình đẳng tích, cụ thể là định luật Sác-lơ Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về cách thiết kế bộ thí nghiệm cho Quá trình đẳng tích, nhằm phục vụ cho việc giáo dục và nghiên cứu trong lĩnh vực Vật lý lớp 10 Mục đích chính của việc chế tạo thiết bị này là để giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm và ứng dụng của định luật Sác-lơ trong thực tế.
Tìm hiểu về áp suất chất khí khi tăng nhiệt độ của một lượng khí xác định trong quá trình đẳng tích b Cơ sở lý thuyết
Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối
Trong một hệ thống khí, áp suất và nhiệt độ tuyệt đối được ký hiệu lần lượt là p1, T1 cho trạng thái 1 và p2, T2 cho trạng thái 2 Mối quan hệ giữa các thông số này có thể được mô tả bằng công thức T = ℎằ𝑛𝑔 𝑠ố.
- 01 chai thuỷ tinh có nút chai
- Nước nóng (mới được đun sôi) d Mô tả sản phẩm
Chai thủy tinh sạch và rỗng được gắn nút chai, đặt thẳng đứng trong một ca nước lớn hơn để có thể bổ sung nước vào lòng ca khi thực hiện thí nghiệm.
Hình 3.2 Dụng cụ thí nghiệm nghiệm lại quá trình đẳng tích Định luật Sác-lơ f Tiến hành thí nghiệm
Để tạo ra một lượng khí nhất định trong chai, hãy đậy nút chai không quá chặt để có thể bật ra dễ dàng Đặt chai thẳng đứng trong ca và từ từ đổ nước nóng vừa đun sôi vào đáy ca, đồng thời giữ cổ chai để tránh bị đổ Giữ nguyên trong khoảng 10 – 20 giây để nhiệt độ khí trong chai tăng lên.
Khi nhiệt độ khí trong chai tăng, áp suất bên trong chai cũng tăng theo, trong khi thể tích chai không thay đổi Kết quả là áp suất khí đẩy nắp chai văng ra xa khỏi miệng chai.
Khi thực hiện thí nghiệm, cần chú ý giữ khoảng cách để tránh nắp chai bắn vào mặt hoặc các bộ phận nhạy cảm Việc lựa chọn nắp chai nhẹ và an toàn cũng rất quan trọng để đảm bảo an toàn trong quá trình thí nghiệm.
- Đơn giản, dễ dàng thao tác và dễ dàng thành công
- Dụng cụ rất dễ kiếm, dễ chế tạo, giá thành rẻ nên phù hợp để nhân rộng
- Đảm bảo vệ sinh, an toàn, kết quả rõ ràng
3.1.3 Thiết kế thiết bị thí nghiệm cho Quá trình đẳng áp
Thiết bị thí nghiệm về quá trình đẳng áp theo định luật Gay-Lussac thuộc kiến thức Bài 31 trong chương trình Vật lý 10, trang 163 Mục đích của việc chế tạo thiết bị này là nhằm giúp học sinh hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa nhiệt độ và thể tích của khí lý tưởng trong điều kiện áp suất không đổi.
Tìm hiểu về mối quan hệ giữa nhiệt độ và thể tích của chất khí trong quá trình đẳng áp b Cơ sở lý thuyết
Quá trình đẳng áp là quá trình biến đổi trạng thái của khí khi áp suất giữ nguyên Trong quá trình này, thể tích của khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.
- 01 bình thuỷ tinh hoặc kim loại cỡ 200ml có nắp đậy kín để chứa không khí ngăn cách với bên ngoài
- 01 đoạn ống Ti ô dài 30cm d Mô tả sản phẩm:
Để thực hiện thí nghiệm, ta khoan 3 lỗ trên nắp bình chứa: một lỗ để đặt nhiệt kế, một lỗ nối với áp kế, và một lỗ nối ống Ti ô Cả ba lỗ này cần được làm kín tuyệt đối để ngăn không khí lọt vào hoặc ra ngoài bình Sau khi vặn nắp bình kín, ta cho một giọt nước màu vào ống Ti ô để ngăn cách không khí trong ống và không khí bên ngoài Tiếp theo, sử dụng máy sấy tóc để sấy bình khí và quan sát đồng thời nhiệt độ trên nhiệt kế cùng với sự dịch chuyển của giọt nước trong ống Ti ô.
Hình 3.3 Thiết bị thí nghiệm cho quá trình đẳng áp f Tiến hành thí nghiệm
Sử dụng máy sấy tóc để sấy bình khí và quan sát kết quả nhiệt độ trên nhiệt kế và độ dịch chuyển của giọt nước trong ống Ti ô tại cùng thời điểm Quá trình này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa nhiệt độ và chuyển động của chất lỏng.
Khi máy sấy hoạt động, nhiệt độ khí trong bình chứa tăng lên, khiến các phân tử khí chuyển động hỗn loạn hơn, tác động vào giọt nước màu và làm cho giọt nước màu di chuyển trong lòng ống Ti ô Trong quá trình này, cả nhiệt độ và thể tích của khối khí đều tăng, trong khi áp suất giữ nguyên không thay đổi Thí nghiệm này mang lại nhiều ưu điểm, giúp hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa nhiệt độ, thể tích và áp suất trong các hệ thống khí.
- Tạo sự hứng thú cho học sinh, chú ý theo dõi bài dạy
- Dễ làm, kết quả thí nghiệm đem lại có độ chính xác tương đối cao
- Có thể phát triển để thực hiện cho toàn bố thí nghiệm trong phần chất khí với các đẳng quá trình còn lại
Thiết kế thiết bị thí nghiệm xác định hệ số nở dài của vật rắn
+ Xác định hệ số nở dài của vật rắn (đồng, thép hoặc nhôm…)
+ Tính sai số và biểu diễn kết quả đo hệ số nở dài của vật rắn (đồng, thép hoặc nhôm …) b Cơ sở lí thuyết
Hầu hết các vật chất sẽ nở ra khi nhiệt độ tăng Hiện tượng này xảy ra do khi nhiệt độ tăng, biên độ dao động trung bình của các nguyên tử trong vật rắn cũng tăng lên, dẫn đến khoảng cách trung bình giữa các nguyên tử gia tăng và kích thước của vật rắn lớn hơn.
Khi một vật rắn có chiều dài L chịu sự biến thiên nhiệt độ t, nếu t là tương đối nhỏ, thì sự biến thiên chiều dài L sẽ tỉ lệ thuận với chiều dài L của vật và độ biến thiên nhiệt độ t.
Hệ số nở dài là đại lượng mô tả đặc tính nở nhiệt của một chất và phụ thuộc vào bản chất lý hóa của chất đó Để xác định hệ số nở dài của vật rắn, cần đo chiều dài L, độ biến thiên chiều dài L và độ biến thiên nhiệt độ t của vật.
(K -1 ) hay ( 0 C -1 ) c Dụng cụ thí nghiệm
1 Bình đun sinh hơi nước (bình cung cấp nhiệt)
2 Ống dẫn hơi bằng nhựa
3 Mẫu vật cần xác định hệ số nở dài: các ống đồng, thép hoặc nhôm
4 Đồng hồ đo nhiệt độ có khoảng đo nhiệt độ từ -50 0 C ÷ 150 0 C
5 Đồng hồ Micrômét, chia độ đến 10 m để đo độ nở dài của vật
6 Thước thẳng có độ chia đến milimét
7 Bộ giá đỡ thí nghiệm d Sản phẩm
Hình 3.4 Thiết bị thí nghiệm xác định hệ số nở dài của vật rắn e Tiến hành thí nghiệm
Hình 3.5 Ống đồng, thép hoặc nhôm
Xác định hệ số nở dài của đồng
Mở nắp bình đun sinh hơi nước và đổ nước vào sao cho mực nước cách miệng bình từ 3 đến 4 cm Sau đó, đậy chặt nắp bình để đảm bảo hơi nước không thoát ra ngoài khi nước sôi, giữ cho nắp được cân đối từ mọi phía.
Đo chiều dài L của các ống kim loại như đồng, thép hoặc nhôm bằng thước thẳng ở nhiệt độ phòng, chú ý đo từ vị trí ốc vít đến đầu còn lại của ống Ghi lại kết quả vào bảng số liệu tương ứng.
Đặt ống đồng lên giá đỡ của bộ đo hệ số nở dài và xiết vít vừa đủ để cố định đầu A của ống đồng làm điểm chuẩn đo độ dãn nở Đầu đo của đồng hồ micrômét cần được tì lên mặt đầu B của ống đồng Gắn cặp nhiệt điện của đồng hồ đo nhiệt độ vào khoảng giữa ống đồng để đảm bảo cặp nhiệt điện tiếp xúc tốt với ống.
+ Quay nhẹ mặt số của đồng hồ micrômét để qui “0”, khi ống dãn nở, thì kim đồng hồ micrômét sẽ quay thuận chiều quay kim đồng hồ
+ Quan sát đồng hồ đo nhiệt độ, đọc và ghi lại nhiệt độ ban đầu (T đ) vào bảng số liệu
Bật điện bình đun sinh hơi nước và đóng van nối với ống kim loại, sau đó mở van xả Khi nước sôi và hơi nước phun ra, đóng van xả và mở van nối với ống đồng để hơi nước tràn vào, làm ống nóng lên và dãn nở Quan sát đồng hồ micrômét và đồng hồ đo nhiệt độ, ghi lại chỉ số khi kim ngừng quay (mỗi vạch tương ứng với độ nở dài 0,01 mm) Tiếp tục cấp điện cho bình đun nước và chờ 5-6 phút để nhiệt độ ổn định, sau đó ghi giá trị nhiệt độ (T s) vào bảng số liệu.
Chú ý: + Ts lấy nhiệt độ cao nhất đo được vì khi đó đầu đo và ống đồng tiếp xúc tốt nhất
+ Đo xong phải ngắt nguồn điện cho bình đun đề phòng cháy bình đun vì cạn nước
Xác định hệ số nở dài của thép hoặc nhôm
Lặp lại thí nghiệm trên đối với ống kim loại còn lại… (Ghi các số liệu vào bảng.)
Bảng số liệu + Sai số của thước thẳng: 0,5 mm
+ Sai số của đồng hồ micrômét: 0,005 mm + Sai số của đồng hồ đo nhiệt độ: 0,05 0 C
Vật liệu L (mm) ∆L (mm) T đ ( 0 C) T s ( 0 C) Đồng đỏ Đồng thau
Kết thúc thí nghiệm, tắt đồng hồ đo nhiệt độ, ngắt điện các thiết bị và xếp gọn dụng cụ
3.2 Xây dựng các hoạt động dạy học một số phần kiến thức có sử dụng các dụng cụ thí nghiệm tự thiết kế
Sử dụng thiết bị thí nghiệm đã thiết kế trong tiến trình dạy học kiến thức về Quá trình đẳng nhiệt
Hệ thống kiến thức cơ bản của bài và kiểm chứng nội dung Quá trình đẳng nhiệt – Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt b Chuẩn bị
Giáo viên chia lớp thành 10 nhóm và giao nhiệm vụ cho học sinh chuẩn bị vật liệu để chế tạo dụng cụ thí nghiệm tự thiết kế Các nhóm học sinh sẽ tiến hành chuẩn bị vật liệu, chế tạo dụng cụ và thực hiện thí nghiệm.
- GV đưa ra yêu cầu cho HS giải thích nguyên nhân xảy ra hiện tượng thu được từ thí nghiệm vừa thực hiện c.Tổ chức hoạt động
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Chia nhóm, phân nhiệm vụ cho học sinh
Đưa ra câu hỏi về hiện tượng và nguyên nhân xảy ra
Nhận nhiệm vụ từ giáo viên tiến hành thiết kế và thao tác thí nghiệm như mục 3.1.1
HS nêu hiện tượng đã quan sát được, giải thích nguyên nhân gây ra hiện tượng thu được từ thí nghiệm trên
Trong quá trình thực hiện thí nghiệm, thể tích của bóng bay biến đổi theo các bước thực hiện Khi thể tích của khối xi lanh giảm, bóng bay co lại; ngược lại, khi thể tích của xi lanh tăng, bóng bay sẽ giãn nở Cuối cùng, khi mở đầu xi lanh, bóng bay trở về trạng thái ban đầu.
- Giải thích được hiện tượng xảy ra về mối quan hệ giữa thể tích và áp suất của khối khí khi giữ nguyên nhiệt độ
Học sinh có khả năng đưa ra ý kiến và nhận xét về thí nghiệm, đồng thời đánh giá hiệu quả của việc thực hiện thí nghiệm bằng các dụng cụ tự thiết kế Việc theo dõi và đánh giá này giúp nâng cao kỹ năng phân tích và tư duy phản biện của học sinh trong quá trình học tập.
Giáo viên quan sát và hỗ trợ học sinh trong quá trình học tập, ghi chú các khó khăn cần lưu ý vào sổ theo dõi Đồng thời, dựa vào sản phẩm và thái độ thực hiện nhiệm vụ của học sinh, giáo viên đánh giá ý thức và kết quả học tập của các em.
Sử dụng thiết bị thí nghiệm đã thiết kế trong tiến trình dạy học kiến thức về Quá trình đẳng tích
Với dụng cụ thí nghiệm cho quá trình đẳng tích, chúng tôi đề ra mục tiêu tạo tình huống mở đầu dẫn dắt vào bài dạy mới b Chuẩn bị
- Giáo viên chuẩn bị 4 bộ dụng cụ thí nghiệm tự thiết kế (ở mục 3.1.2.) chia đều cho 4 nhóm HS HS 4 nhóm nhận dụng cụ và tiến hành thí nghiệm
- - GV đưa ra yêu cầu cho HS dự đoán nguyên nhân xảy ra hiện tượng thu được từ thí nghiệm vừa thực hiện c Tổ chức hoạt động
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Chia nhóm, chia dụng cụ và phân nhiệm vụ cho học sinh
Hướng dẫn bố trí thiết kế
Đưa ra câu hỏi về hiện tượng và nguyên nhân xảy ra
Nhận nhiệm vụ từ giáo viên tiến hành thiết kế và thao tác thí nghiệm như mục 3.1.2
HS nêu hiện tượng đã quan sát được, dự đoán nguyên nhân
38 gây ra hiện tượng thu được từ thí nghiệm trên
Các nhóm thực hiện thiết kế thí nghiệm sẽ bố trí sản phẩm theo hướng dẫn đã đề ra Kích thước của các chai được giữ đồng nhất và độ cao của nút chai cũng được nén tương tự nhau.
Thực hiện thí nghiệm với nước ở nhiệt độ khác nhau, như 60°C và 80°C, để quan sát độ bật ra của nút chai Qua đó, so sánh mối liên hệ giữa nhiệt độ và áp suất Yêu cầu sản phẩm cần được ghi nhận rõ ràng.
Khi tiến hành thí nghiệm, cần tuân thủ nghiêm ngặt các biện pháp an toàn khi làm việc với nước ở nhiệt độ cao Đảm bảo nút chai được đặt đúng cách và sẽ bật ra khỏi miệng chai khi nhiệt độ gia tăng.
- Đưa ra hiện tượng và dự đoán được nguyên nhân hiện tượng xảy ra về mối quan hệ giữa nhiệt và áp suất khi giữ nguyên thể tích
Học sinh có khả năng đưa ra ý kiến và nhận xét về thí nghiệm, đồng thời đánh giá hiệu quả của việc thực hiện thí nghiệm bằng dụng cụ tự thiết kế Việc theo dõi và đánh giá quá trình thí nghiệm giúp học sinh hiểu sâu hơn về kiến thức khoa học và phát triển kỹ năng tư duy phản biện.
Giáo viên theo dõi và hỗ trợ học sinh trong quá trình học tập, ghi chú những khó khăn gặp phải vào sổ theo dõi Dựa vào sản phẩm và thái độ thực hiện nhiệm vụ của học sinh, giáo viên đánh giá ý thức và kết quả học tập của các em.
Sử dụng thiết bị thí nghiệm đã thiết kế trong tiến trình dạy học kiến thức về Quá trình đẳng áp
Sử dụng thiết bị thí nghiệm tự thiết kế trong quá trình dạy học về Quá trình đẳng áp giúp học sinh hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa các yếu tố trong thí nghiệm Qua kết quả thu được, học sinh có khả năng phân tích và rút ra những kết luận quan trọng, từ đó nâng cao hiệu quả học tập và ứng dụng kiến thức vào thực tiễn.
39 sự thay đổi về nhiệt độ và thể tích, đồng thời đưa ra được nội dung và biểu thức của định luật b Chuẩn bị
- Giáo viên chuẩn bị 4 bộ dụng cụ thí nghiệm tự thiết kế (ở mục 3.1.3.) chia đều cho 4 nhóm HS HS 4 nhóm nhận dụng cụ và tiến hành thí nghiệm
GV lập kế hoạch hướng dẫn HS giải thích nguyên nhân của hiện tượng, đồng thời xác định mối quan hệ giữa sự thay đổi nhiệt độ và thể tích HS cần nắm rõ nội dung và biểu thức của định luật liên quan Tổ chức các hoạt động học tập để củng cố kiến thức này.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Chuẩn bị vật liệu phục vụ thiết kế dụng cụ thí nghiệm cho học sinh
- Hướng dẫn bố trí thiết kế
- Đưa ra câu hỏi về hiện tượng và nguyên nhân xảy ra
- Các nhóm HS nhận dụng cụ và tiến hành thí nghiệm
- HS nêu hiện tượng đã quan sát được, giải thích nguyên nhân gây ra hiện tượng thu được từ thí nghiệm trên
Ghi chép số liệu thu được từ thí nghiệm giúp xử lý và suy luận mối quan hệ giữa sự thay đổi nhiệt độ và thể tích Qua đó, chúng ta có thể xác định nội dung và biểu thức của định luật liên quan.
HS ghi lại giá trị nhiệt độ trên nhiệt kế và quan sát sự dịch chuyển của giọt nước tại các thời điểm khác nhau Sau đó, học sinh sẽ tổng hợp và xử lý số liệu vào bảng để phân tích kết quả.
Khi thay đổi nhiệt độ, cần chú ý quan sát kỹ chỉ số áp kế trên bình chứa và thực hiện với tốc độ chậm để đảm bảo áp suất trong bình không thay đổi Công thức liên quan là t o o ∆t o ∆V=S(hn-ho) ∆V/∆t o To=to+273 V/T.
- Kết quả của thí nghiệm đòi hỏi những số liệu có độ chính xác cao nên bộ dụng cụ phải được thiết kế chính xác và chặt chẽ
HS đã thực hiện thí nghiệm và xử lý số liệu để làm rõ mối quan hệ giữa sự thay đổi nhiệt độ và thể tích Đồng thời, HS cũng đã trình bày nội dung và biểu thức của định luật liên quan.
∆V/∆t o = hằng số Hay V/T = hằng số
- Học sinh đưa ra được ý kiến và nhận xét về thí nghiệm và hiệu quả khi thực hiện thí nghiệm bằng dụng cụ tự thiết kế
Theo dõi và đánh giá
Giáo viên quan sát và hỗ trợ học sinh trong quá trình học tập, ghi chú những khó khăn cần lưu ý vào sổ theo dõi Dựa vào sản phẩm và thái độ thực hiện nhiệm vụ của học sinh, giáo viên đánh giá ý thức và kết quả học tập của các em.
Sử dụng thiết bị thí nghiệm đã thiết kế trong tiến trình dạy học phần Sự nở vì nhiệt của vật rắn
Sự nở vì nhiệt của vật rắn a Mục tiêu
Sử dụng thiết bị thí nghiệm tự thiết kế trong quá trình dạy học giúp học sinh hiểu rõ về sự nở dài của chất rắn Qua kết quả thí nghiệm, học sinh có thể xác định mối quan hệ giữa sự thay đổi nhiệt độ và độ dài, cũng như tính toán hệ số nở dài của vật rắn Điều này giúp học sinh giải quyết các hiện tượng và bài tập liên quan đến sự nở vì nhiệt của chất rắn một cách hiệu quả.
- Giáo viên chuẩn bị 1 bộ dụng cụ thí nghiệm tự thiết kế (ở mục 3.1.4.) chia đều cho 4 nhóm HS HS 4 nhóm nhận dụng cụ và tiến hành thí nghiệm
GV lập kế hoạch hướng dẫn HS giải thích nguyên nhân của hiện tượng, xác định mối quan hệ giữa sự thay đổi nhiệt độ và độ dài, đồng thời nêu rõ hệ số nở dài của một số chất rắn trong thí nghiệm Tổ chức hoạt động này nhằm giúp HS hiểu rõ hơn về các khái niệm vật lý liên quan.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Chuẩn bị, chế tạo vật dụng cụ thí nghiệm cho học sinh
- Hướng dẫn cách thực hiện
- Đưa ra câu hỏi về hiện tượng và nguyên nhân xảy ra
- Các nhóm HS nhận dụng cụ và tiến hành thí nghiệm
- HS nêu hiện tượng đã quan sát được, giải thích nguyên nhân gây ra hiện tượng thu được từ thí nghiệm trên
- Ghi chép số liệu thu được từ thí nghiệm từ đó xử lí, đưa ra kết luận và xử lí các câu hỏ liên quan
Bảng số liệu + Sai số của thước thẳng: 0,5 mm
+ Sai số của đồng hồ micrômét: 0,005 mm + Sai số của đồng hồ đo nhiệt độ: 0,05 0 C
Câu hỏi sau thí nghiệm
Câu 1 Giải thích nguyên nhân gây ra hiện tượng giãn nở vì nhiệt của vật rắn
Viết biểu thức xác định hệ số nở dài của vật rắn, giải thích ý nghĩa các đại lượng trong biểu thức
Câu 2 Để xác định hệ số nở dài trong bài thí nghiệm này, ta cần đo các đại lượng nào? Nêu cách đo các đại lượng đó
Để tính sai số tuyệt đối của hệ số nở dài trong bài thí nghiệm, cần áp dụng lý thuyết sai số Nếu các đại lượng đo được chỉ được thực hiện một lần, sai số sẽ được xác định dựa trên độ chính xác của thiết bị đo Việc này giúp đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả thí nghiệm.
Khi so sánh giá trị hệ số nở dài của đồng, thép và nhôm thu được từ thí nghiệm, ta có thể nhận thấy rằng hệ số nở dài của đồng đỏ là α = 1,7 x 10^-5 (K^-1), đồng thau là α = 2,0 x 10^-5 (K^-1), thép là α = 1,2 x 10^-5 (K^-1), và nhôm là α = 2,4 x 10^-5 (K^-1) Những giá trị này cho thấy nhôm có hệ số nở dài cao nhất, tiếp theo là đồng thau, đồng đỏ và cuối cùng là thép, phản ánh tính chất vật lý khác nhau của các kim loại này.
1)…, sai lệch bao nhiêu phần trăm?
Các vật liệu như đồng, thép và nhôm đều là vật liệu đẳng hướng, có nghĩa là độ nở dài của chúng theo mọi hướng là giống nhau Dựa trên hệ số nở dài đã được xác định, chúng ta có thể tính toán độ nở thể tích của các vật liệu này.
+ Sử dụng các kết quả đã đo được, tính hệ số nở dài của đồng, thép hoặc nhôm theo công thức t L
(K -1 ) hay ( 0 C -1 ) + Vận dụng lý thuyết sai số tuyệt đối để tính sai số của hệ số nở dài
+ Biểu diễn và biện luận kết quả đo hệ số nở dài của vật rắn (đồng, thép hoặc nhôm)
- Kết quả của thí nghiệm đòi hỏi những số liệu có độ chính xác cao nên bộ dụng cụ phải được thiết kế chính xác và chặt chẽ
HS đã tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu để làm rõ mối quan hệ giữa sự thay đổi nhiệt độ và độ dài Đồng thời, HS cũng đưa ra giải thích cho một số hiện tượng giãn nở vì nhiệt.
- Học sinh đưa ra được ý kiến và nhận xét về thí nghiệm và hiệu quả khi thực hiện thí nghiệm bằng dụng cụ tự thiết kế
Theo dõi và đánh giá
Giáo viên quan sát và hỗ trợ học sinh trong quá trình học tập, ghi chú những khó khăn và trường hợp cần lưu ý vào sổ theo dõi Dựa trên sản phẩm và thái độ thực hiện nhiệm vụ của học sinh, giáo viên đánh giá ý thức và kết quả học tập của các em.
Dựa trên nội dung lý luận trong chương 1 và thực trạng nghiên cứu ở chương 2, chương 3 sẽ trình bày các phương hướng giải quyết nhiệm vụ, bao gồm đề xuất một số phương án thiết kế dụng cụ thí nghiệm cho các bài học trong phần "Nhiệt học".
+ Thiết kế thiết bị thí nghiệm cho Quá trình đẳng nhiệt
+ Thiết kế thiết bị thí nghiệm cho Quá trình đẳng tích
+ Thiết kế thiết bị thí nghiệm cho Quá trình đẳng áp
+ Thiết kế thiết bị thí nghiệm cho Sự nở vì nhiệt của chất rắn
Thiết kế phương án dạy học cho các nội dung kiến thức liên quan với từng thiết bị thí nghiệm tự thiết kế:
+ Sử dụng thiết bị thí nghiệm đã thiết kế trong tiến trình dạy học kiến thức về Quá trình đẳng nhiệt
+ Sử dụng thiết bị thí nghiệm đã thiết kế trong tiến trình dạy học kiến thức về Quá trình đẳng tích
+ Sử dụng thiết bị thí nghiệm đã thiết kế trong tiến trình dạy học kiến thức về Quá trình đẳng áp
+ Sử dụng thiết bị thí nghiệm tự thiết kế trong hoạt động khởi động của tiến trình dạy học kiến thức về Sự nở vì nhiệt của chất rắn
Việc hướng dẫn học sinh tự thiết kế dụng cụ và thiết bị thí nghiệm là rất quan trọng trong việc phát triển năng lực thực nghiệm Qua đó, học sinh có khả năng đưa ra dự đoán, lập kế hoạch, xử lý vấn đề và thực hiện thí nghiệm Kết quả từ các thí nghiệm giúp học sinh hiểu sâu hơn về kiến thức bài học, từ đó kích thích sự chủ động, sáng tạo và hứng thú học tập trong môn Vật lý.
Kết quả từ việc áp dụng đề tài vào giảng dạy cho thấy các thiết bị thí nghiệm tự thiết kế dễ làm, chính xác và có giá thành rẻ Phương pháp này giúp học sinh hiểu bài tốt hơn và ứng dụng vào thực tế Học sinh hứng thú hơn với bài giảng nhờ có thiết bị thí nghiệm, khác với các tiết học khô khan trước đây Phản hồi từ đồng nghiệp cũng rất tích cực, họ đưa ra ý kiến cải tiến để nâng cao chất lượng bài học cho học sinh.
46 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 46 4.1 Mục đích, đối tượng và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm
Mục đích của thực nghiệm sư phạm
Chúng tôi thực hiện nghiên cứu tại trường THPT để kiểm tra giả thuyết khoa học rằng việc thiết kế và sử dụng các thiết bị thí nghiệm trong giảng dạy phần “Nhiệt học” sẽ giúp phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh.
Kiểm nghiệm tính khả thi của việc tự thiết kế và sử dụng thí nghiệm trong dạy học phần "Nhiệt học" là rất quan trọng Việc áp dụng các thiết bị thí nghiệm tự thiết kế vào quá trình giảng dạy không chỉ giúp nâng cao hiệu quả học tập mà còn tạo điều kiện cho học sinh hiểu sâu hơn về các khái niệm nhiệt học.
- Đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh THPT qua tiến trình dạy học phần “Nhiệt học” đã xây dựng.
Đối tượng và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm
Đối tượng thực nghiệm sư phạm Đối tượng chúng tôi lựa chọn để TNSP là 4 lớp 10 tại trường THPT Ngô Gia
Tại Tự Hà Đông, KĐT Xa La, Hà Đông, Hà Nội, chúng tôi đã tiến hành một nghiên cứu với 4 lớp 10A1, 10A2, 10A3, và 10A4 Trong đó, hai cặp lớp được lựa chọn để thực hiện thí nghiệm (TN) và đối chứng (ĐC) với sự tương đồng về số lượng học sinh, chất lượng học tập môn Vật lý, và cùng một giáo viên phụ trách môn học này Đối tượng thí nghiệm là giáo viên phụ trách tại trường.
Phùng Văn Thiện Trường THPT Ngô
Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm
- Lựa chọn đối tượng và nội dung TNSP tại trường THPT đang công tác
Để nắm bắt thực trạng của giáo viên và học sinh, chúng tôi thực hiện điều tra và thăm dò ý kiến thông qua việc xây dựng các phiếu điều tra trước và sau khi diễn ra TNSP.
Thiết kế nội dung dạy học cho phần "Nhiệt học" từ các thiết bị thí nghiệm tự thiết kế là một bước quan trọng trong việc nâng cao chất lượng giảng dạy Việc giảng dạy sẽ được thực hiện theo kế hoạch bài giảng đã được xây dựng, đồng thời có sự tham gia và góp ý của tổ chuyên môn nhằm cải thiện và tối ưu hóa nội dung học tập.
- Theo dõi, quan sát trực tiếp HS trong các giờ dạy trước và sau khi thực nghiệm sư phạm để đánh giá về năng lực thực nghiệm của HS
Việc thu thập ý kiến và kết quả nhằm xử lý và phân tích dữ liệu giúp đánh giá hiệu quả của việc thiết kế và sử dụng các thiết bị thí nghiệm trong phần “Nhiệt học” Điều này đóng góp quan trọng vào việc phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh.
Phương pháp và nội dung tiến hành thực nghiệm sư phạm
4.2.1 Phương pháp thực nghiệm sư phạm
Xin phép sự đồng ý của Ban Giám Hiệu trường THPT Ngô Gia Tự Hà Đông về việc tổ chức TNSP cho 4 lớp 10 Đồng thời, chúng tôi sẽ xin ý kiến và trao đổi trong cuộc họp tổ chuyên môn để thống nhất với các thành viên và giáo viên tham gia giảng dạy.
TN các vấn đề trước khi TNSP:
- Xin nhận xét và góp ý của GV tham gia TN về các lớp thuộc đối tượng TN
Trao đổi chi tiết với giáo viên tham gia thực nghiệm nhằm xác định phương pháp và công cụ đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh Nội dung kiến thức xây dựng sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị thí nghiệm tự thiết kế.
Theo dõi thái độ, hành vi học tập và kỹ năng xử lý của học sinh, kết hợp với các bài kiểm tra sau thực nghiệm, là cách hiệu quả để đánh giá chất lượng học tập và hiệu quả của phương pháp giảng dạy.
4.2.2 Xây dựng nội dung thực nghiệm sư phạm
Việc tiến hành thiết kế nội dung TNSP được trao đổi với GV tham gia TNSP để thống nhất về các vấn đề sau:
Để tối ưu hóa việc sử dụng các thiết bị và dụng cụ thí nghiệm tự thiết kế trong các bài học về "Nhiệt học", cần xây dựng một khuôn mẫu chung Khuôn mẫu này sẽ giúp giáo viên dễ dàng áp dụng và cải thiện hiệu quả giảng dạy trong chương trình học Việc thiết kế các thí nghiệm phù hợp không chỉ nâng cao sự hiểu biết của học sinh mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện trong quá trình học tập.
3 Thống nhất về tiến trình bài học, nội dung kiểm tra đánh giá Sử dụng chung bài kiểm tra 45 phút cho lớp TN và lớp ĐC sau khi kết thúc TNSP
GV tham gia tổ chức dạy học theo đúng phân phối chương trình của Bộ GD&ĐT, đồng thời kết hợp sử dụng các dụng cụ và thiết bị thí nghiệm tự thiết kế trong chương 3 để nâng cao hiệu quả quá trình dạy học.
GV tham gia TN chỉ tổ chức dạy học theo chương trình của Bộ GD&ĐT và không sử dụng dụng cụ, thiết bị thí nghiệm tự thiết kế.
Tiến trình thực nghiệm sư phạm
Chúng tôi đã thực hiện TNSP cho 04 phần nội dung kiến thức sử dụng thiết bị thí nghiệm tự thiết kế theo chương 3 của đề tài Đánh giá sự tiến bộ của học sinh được thực hiện qua hai hình thức khác nhau.
Kết quả đánh giá định tính chịu ảnh hưởng bởi tinh thần và thái độ học tập của học sinh trước và sau khi tham gia TNSP Để thực hiện việc này, chúng tôi dựa vào các tiêu chí đánh giá cụ thể về tinh thần và thái độ học tập của học sinh.
+ Sự nhanh chóng hoàn thiện nhiệm vụ học tập ở lớp cũng như ở nhà của HS
Sự hứng thú và ham thích nhận nhiệm vụ học tập của học sinh được thể hiện qua những biểu hiện tích cực như tham gia trao đổi nhóm, phát biểu ý kiến, và chất lượng câu trả lời khi được giáo viên đặt câu hỏi Những yếu tố này không chỉ phản ánh sự chủ động trong việc tiếp thu kiến thức mà còn góp phần nâng cao hiệu quả học tập của các em.
+ Tỉ lệ phần trăm HS hoàn thành nhiệm vụ ở nhà
+ Thăm dò ý kiến của GV dự giờ các lớp ĐC và lớp TN
+ Thăm dò ý kiến của HS ở các lớp ĐC và lớp TN
Chúng tôi thực hiện đánh giá định lượng bằng cách sử dụng kết quả bài kiểm tra của học sinh, tập trung vào cả kiến thức và phương pháp giải quyết Đối với đánh giá năng lực thực nghiệm, chúng tôi đã tiến hành đánh giá dựa trên các biểu hiện hành vi của năng lực thực nghiệm.
1) HS suy luận để tìm được hệ quả cần kiểm nghiệm
2) HS xác định được kết luận rút ra từ thí nghiệm
3) HS xác định được cách bố trí thí nghiệm từ những dụng cụ có sẵn
4) HS dự kiến được các bước tiến hành thí nghiệm
5) HS có khả năng lắp ráp tốt thí nghiệm đảm bảo tiêu chuẩn thực hiện thí nghiệm
6) Thời gian hoàn thành thí nghiệm
7) Khả năng thu thập số liệu
8) Khả năng xử lí số liệu
Kết quả đánh giá được xử lí và thống kê ở mục tiếp theo (4.4).
Kết quả thực nghiệm sư phạm
Sau khi thực hiện TNSP tại 4 lớp trường THPT Ngô Gia Tự Hà Đông với 155 học sinh, chúng tôi đã quan sát và ghi chép tỉ mỉ về thái độ và hành vi học tập của các em Kết quả bài kiểm tra 45 phút được tính theo thang điểm 10 cùng với phiếu điều tra về mức độ thực nghiệm của học sinh đã được thu thập Dữ liệu sau đó được xử lý bằng phương pháp thống kê để đưa ra những kết luận chính xác.
50 so sánh hiệu quả thực hiện giữa các lớp TN và ĐC Tổng kết lại qua quá trình TNSP, chúng tôi có được các nhận xét sau đây:
4.4.1 Thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm sư phạm
Trường học cung cấp môi trường thuận lợi cho việc thực hiện TNSP với cơ sở vật chất hiện đại, bao gồm phòng học rộng rãi, trang bị đầy đủ máy chiếu, máy tính và kết nối internet ổn định.
- Học sinh ngoan, tích cực hợp tác
- Đồng nghiệp hỗ trợ nhiệt tình, đưa ra nhiều đóng góp hữu ích trong quá trình TNSP
Học sinh thường ít được tiếp xúc với thí nghiệm, dẫn đến khả năng xử lý thí nghiệm ban đầu còn yếu Biểu hiện của tình trạng này bao gồm việc khó khăn trong việc đưa ra phương án thí nghiệm, thao tác chậm chạp, ngại ngùng khi đưa ra ý kiến, và thiếu kỹ năng ghi chép cũng như xử lý số liệu.
- Một số HS chưa tích cực tham gia làm thí nghiệm chức, kĩ năng làm việc nhóm chưa cao, khả năng xử lí tính toán còn kém
- Thời gian 1 tiết học là 45 phút là quá ngắn ngủi nên không thể thực hiện quá tỉ mỉ theo như tiến trình mong muốn
- Tình hình dịch bệnh diễn biến phức tạp cản trở đến quá trình thực hiện xuyên suốt của GV và HS
* Kết quả khảo sát về độ yêu thích của HS đối với môn Vật lí
Bảng 4.1 Kết quả điều tra mức độ yêu thích của HS đối với môn Vật lí trước TNSP
Mức độ Lớp TN Lớp ĐC
Biểu đồ 4.1 Biểu hiện mức độ yêu thích của HS đối với môn Vật lí
Rất thích Thích Bình thường Không thích
Số lượng học sinh (HS) trong nhóm "rất thích và thích" môn Vật lý ở khối lớp TN cao hơn đáng kể so với lớp ĐC, với 58,44% (45 HS) ở lớp TN so với 32,05% (25 HS) ở lớp ĐC.
Tỷ lệ học sinh không thích môn Vật lý ở khối lớp TN giảm mạnh, chỉ còn dưới 8%, so với 17,95% ở khối lớp ĐC Đồng thời, số học sinh có thái độ bình thường với môn học này cũng giảm hơn 16%, chỉ còn 33,77% ở lớp TN, trong khi con số này ở lớp ĐC là 50%.
Việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm tự thiết kế đã nâng cao hứng thú học tập và cải thiện tinh thần học tập của học sinh một cách đáng kể.
Sau khi trải qua chương trình TNSP, học sinh lớp TN chia sẻ: “Vật lí không còn là môn học trừu tượng mà trở nên gần gũi với cuộc sống xung quanh Em không còn cảm thấy sợ hãi và mơ hồ về môn học này như trước Em hy vọng mỗi tiết học đều có thí nghiệm Vật lí để hiểu bài sâu hơn và tiếp thu nhiều kỹ năng bổ ích.”
* Kết quả khảo sát tình trạng phát biểu của HS các lớp học thực nghiệm
Bảng 4.2 Kết quả khảo sát tình trạng tham gia phát biểu xây dựng bài của
HS trong giờ học Vật lí
Biểu hiện Lớp TN Lớp ĐC
Hăng hái phát biểu 43 55,84 15 19,23 Ít khi phát biểu 12 15,58 23 29,49
Không bao giờ phát biểu 22 28,58 40 51,28
Biểu đồ 4.2 Biểu hiện tình trạng tình trạng tham gia phát biểu xây dựng bài của HS trong giờ học Vật lí
Tổng số học sinh trong nhóm TN thể hiện tinh thần hăng hái khi phát biểu đã tăng đáng kể, với tỷ lệ 55,84% so với 19,23% ở lớp ĐC Trong khi đó, tỷ lệ học sinh không bao giờ phát biểu cũng được ghi nhận.
Hăng hái phát biểu Ít khi phát biểu Không bao giờ phát biểu
Tỷ lệ phát biểu của học sinh lớp TN đã giảm mạnh xuống chỉ còn 28,58%, so với 51,28% ở lớp ĐC Đồng thời, tỷ lệ học sinh ít phát biểu trong lớp TN cũng cải thiện đáng kể với 15,58%, trong khi lớp ĐC là 29,49% Sự hỗ trợ từ thiết bị thí nghiệm tự thiết kế và tiến trình bài học mới đã đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành tác phong học tập của học sinh.
Việc học sinh tích cực phát biểu và chia sẻ ý kiến cá nhân cho thấy sự tự tin và chủ động trong việc tiếp thu kiến thức Vật lý, từ đó tạo nền tảng vững chắc cho việc phát triển khả năng thực nghiệm trong quá trình học tập.
* Kết quả khảo sát khả năng xử lí những thao tác thí nghiệm vật lí cơ bản
Bảng 4.3 Kết quả khảo sát khả năng xử lí số liệu từ kết quả thí nghiệm HS trong giờ học Vật lí
Biểu hiện Lớp TN Lớp ĐC
Biểu đồ 4.3 Khả năng xử lí số liệu từ kết quả thí nghiệm HS trong giờ học
Sự chênh lệch rõ rệt trong kỹ năng xử lý số liệu giữa học sinh khối lớp TN và ĐC cho thấy ảnh hưởng của phương pháp giảng dạy Học sinh khối TN có lợi thế hơn nhờ vào việc thường xuyên học tập và thực hành với thiết bị thí nghiệm tự thiết kế, cùng với quy trình dạy học khác biệt, giúp nâng cao kỹ năng xử lý số liệu của các em.
Chính xác Còn sai xót Không biết xử lí
Kết quả khảo sát cho thấy lớp TN có thành tích vượt trội hơn lớp ĐC trong việc xử lý số liệu, với 54,54% học sinh làm tốt so với 17,95% của lớp ĐC Mặc dù số lượng học sinh mắc sai sót là tương đương, lớp ĐC thường gặp lỗi về phương pháp, trong khi lớp TN chủ yếu sai ở khâu tính toán Đặc biệt, có 8 học sinh lớp TN không biết xử lý số liệu, trong khi con số này ở lớp ĐC lên tới 39 học sinh, tương ứng với 17,95% và 50% Nguyên nhân chính là do các em không được rèn luyện kỹ năng thực nghiệm, thường chỉ quan sát thí nghiệm mà không được thực hành trực tiếp, dẫn đến việc quên nhanh các phương pháp đã học.
Thông số khảo sát nhấn mạnh vai trò quan trọng của việc áp dụng thiết bị thí nghiệm tự thiết kế trong quá trình dạy học, cùng với việc xây dựng một tiến trình giảng dạy hợp lý.
* Kết quả khảo sát biểu hiện hành vi của 01 HS được lựa chọn ngẫu nhiên thông qua quá trình thí nghiệm trong TNSP với 4 thí nghiệm đã xây dựng
Chúng tôi tiến hành đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh dựa trên các biểu hiện hành vi đã nêu trong mục 4.3, với thang điểm đánh giá từ 1 đến 5.
Bảng 4.4 Mức độ biểu hiện hành vi của 01 học sinh
Mức độ hoàn thành các tiêu chí hành vi
HV1 HV2 HV3 HV4 HV5 HV6 HV7 HV8
Biểu đồ 4.4 thể hiện sự phát triển năng lực tư duy của học sinh trong quá trình thực hiện thí nghiệm, đặc biệt qua hành vi suy luận để xác định hệ quả cần kiểm nghiệm.
Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm
Qua quá trình theo dõi và quan sát tỉ mỉ trong các giờ học, cùng với kết quả từ các bài kiểm tra và phiếu thăm dò, chúng tôi đã rút ra được những nhận định quan trọng.
Giáo viên sử dụng thiết bị thí nghiệm tự thiết kế trong lớp TN, giúp học sinh tiếp cận và hiểu sâu hơn về kiến thức so với lớp ĐC.
Học sinh (HS) được trang bị nhiều kiến thức quý giá thông qua việc tham gia vào các giai đoạn quan trọng của quá trình hình thành phương pháp thí nghiệm Từ việc quan sát thực tiễn để nảy sinh vấn đề nghiên cứu, xây dựng giả thuyết (PATN), suy luận hệ quả logic, đến thực hiện thí nghiệm kiểm tra và rút ra kiến thức áp dụng vào cuộc sống Quá trình này giúp HS rèn luyện các kỹ năng thực hành như đo đạc, quan sát, thu thập và xử lý số liệu, từ đó nâng cao năng lực thực nghiệm Việc áp dụng phương pháp dạy học mới đã tạo hứng thú cho đa số HS trong giờ học vật lý, khuyến khích các em tích cực tham gia và tham gia vào các hoạt động học tập Sự tích cực này cũng được thể hiện rõ qua việc thiết kế PATN, thao tác thí nghiệm, khả năng quan sát, phán đoán, phân tích và giải quyết vấn đề của HS.
Nhóm ĐC tiếp nhận kiến thức một cách thụ động theo tiến trình của sách giáo khoa, không có cơ hội tham gia thực hành thí nghiệm, dẫn đến việc thiếu hụt một số kỹ năng cần thiết Điều này hạn chế khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, làm giảm hiệu quả của các tiết học so với nhóm TN.
Thái độ của học sinh (HS) trong nhóm ĐC thường kém sôi nổi do tiếp cận kiến thức theo phương pháp truyền thống từ giáo viên, dẫn đến hiệu quả học tập thấp hơn so với nhóm TN HS ít có cơ hội làm việc nhóm và rèn luyện kỹ năng thực hành, khiến các em thiếu hứng thú và không tập trung trong giờ học Ngược lại, lớp TN áp dụng phương pháp dạy học tích cực, giúp HS nắm vững kiến thức một cách sâu sắc hơn.
69 sắc hơn mà còn tạo niềm tin cho các em khi tiếp nhận tri thức đó, đồng thời
Môn học có ý nghĩa quan trọng trong cuộc sống thực tế, giúp học sinh phát triển thái độ học tập nghiêm túc và đưa ra những ý kiến sắc sảo Qua đó, giáo viên có thể nhận diện những học sinh có khả năng tư duy tốt, từ đó bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho các em.
Các nhận xét và phân tích số liệu trên đã khẳng định tính đúng đắn của giả thuyết khoa học trong đề tài Kết quả thu được chứng minh rõ ràng điều này.
Việc áp dụng thiết bị thí nghiệm tự thiết kế trong giảng dạy phần "Nhiệt học" cho thấy tính khả thi cao Qua những tiết học này, học sinh không chỉ được củng cố kiến thức mà còn phát triển kỹ năng thực hành, từ đó nâng cao năng lực thực nghiệm của bản thân.
Trong bối cảnh hiện nay, giáo viên cần thể hiện sự sáng tạo, nhiệt huyết và chăm chỉ trong công việc Họ nên không ngừng tìm tòi, học hỏi để đưa ra những sáng kiến quý giá, giúp học sinh thiết kế các thiết bị thí nghiệm hữu ích Điều này sẽ làm cho việc học trở nên thú vị, hấp dẫn hơn và nâng cao hiệu quả học tập của các em.
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm quý giá và hoàn thành các nhiệm vụ nghiên cứu cần thiết Dưới đây là những kết quả nổi bật mà chúng tôi đã đạt được.
- Đưa ra được hệ thống cơ sở lí luận về năng lực thực nghiệm và việc phát triển năng lực thực nghiệm cho HS THPT
Chúng tôi đã nghiên cứu thực trạng dạy học thí nghiệm Vật lí trong phần “Nhiệt học” của chương trình THPT, đồng thời xem xét tác động của nó đến việc phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh Qua đó, chúng tôi nhấn mạnh vai trò quan trọng của việc thiết kế và sử dụng các thiết bị thí nghiệm tự thiết kế trong quá trình dạy học.
Thiết kế các thiết bị thí nghiệm trong phần “Nhiệt học” một cách đơn giản và trực quan giúp người học dễ dàng thao tác Những thiết bị này được sử dụng hiệu quả trong quá trình dạy học, hỗ trợ việc truyền đạt kiến thức một cách sinh động và dễ hiểu.
Quá trình TNSP đã tạo niềm tin vững chắc về tính khả thi của đề tài, thể hiện rõ qua các số liệu thống kê kết quả học tập và sự hứng thú của học sinh với môn Vật lý Học sinh trở nên hào hứng, tích cực và chủ động hơn trong việc tiếp thu kiến thức, trong khi giáo viên cũng cảm thấy thêm đam mê với công việc, nhận được nhiều động lực và gia tăng tình yêu với nghề nghiệp của mình.
Tính năng động và khả năng tự lập của học sinh ngày càng rõ rệt, tạo nên mối quan hệ gần gũi giữa thầy và trò Học sinh mạnh dạn trình bày quan điểm và mở rộng giao tiếp tư duy Việc tự thiết kế và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học không chỉ nâng cao chất lượng giáo dục mà còn mang lại lợi ích kinh tế đáng kể, đặc biệt trong bối cảnh hiện nay.
72 các trường THPT của nước ta không đủ điều kiện để trang bị những bộ thí nghiệm đắt đỏ trên thị trường
Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi gặp khó khăn về thời gian và ảnh hưởng tiêu cực từ đại dịch Covid, dẫn đến phạm vi và nội dung của đề tài còn nhiều hạn chế Mặc dù việc đánh giá chưa thể đầy đủ và khách quan, nhưng kết quả từ đề tài đã góp phần quan trọng vào việc bồi dưỡng và phát triển năng lực cho học sinh, đồng thời hỗ trợ xây dựng chương trình giáo dục phổ thông hoàn chỉnh và tối ưu.
KHUYẾN NGHỊ
Qua quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi có một vài để xuất đóng góp sau:
Đổi mới phương pháp giảng dạy và sáng tạo trong việc thiết kế thí nghiệm là rất cần thiết Cần có sự ủng hộ và tạo điều kiện cho các nghiên cứu nhằm bổ sung và tăng cường các thiết bị thí nghiệm phù hợp với nội dung sách giáo khoa và thực tế.
- Cần thường xuyên tổ chức các buổi tập huấn hay hội nghị bồi dưỡng cho
GV là cầu nối hiệu quả giúp giáo viên trao đổi về các phương pháp đổi mới giảng dạy, chia sẻ sáng kiến và kinh nghiệm trong việc thiết kế, sử dụng và tổ chức lớp học.
1) Lương Duyên Bình, Nguyễn Xuân Chi, Tô Giang, Trần Chí Minh, Vũ Quang, Bùi Gia Thịnh (2006), Vật lí 10 Cơ bản, NXB Giáo dục
2) Bộ giáo dục và đào tạo (2014), Dạy học và kiểm tra, đánh giá kết quả học tập theo định hướng phát triển năng lực của học sinh cấp trung học cơ sở, Tài liệu tập huấn
3) Nguyễn Văn Biên (2013), “Xây dựng chuyên đề thí nghiệm mở để bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh THPT Chuyên”, Tạp chí giáo dục khoa học, Hà Nội, Số đặc biệt tháng 11/2013
4) Phạm Thuý Diễm (2017), Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập phần
“quang hình học” lớp 11 THPT nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh, Luận văn thạc si Khoa học giáo dục, Trường ĐH Sư phạm
5) Nguyễn Ngọc Lê Nam, Tích cực hoạt động hoá nhận thức của học sinh trong dạy học vật lý nhờ sử dụng thí nghiệm với sự hỗ trợ của máy vi tính (Thể hiện qua chương “ Dòng điện trong các môi trường” lớp 11 THPT chương trình nâng cao, Luận văn thạc sĩ sư phạm Vật lí, Trường Đại học Vinh
6) Ngô Quang Sơn (2014), Module THPT 20 – Sử dụng các thiết bị dạy học ở THPT, Đại Học Sư Phạm Huế
7) Phạm Xuân Quế, Ngô Diệu Nga, Nguyễn Văn Biên, Nguyễn Anh Thuấn, Thạch Thị Đào Liên, Nguyễn Văn Nghiệp, and Nguyễn Trọng Sửu
(2014), 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
8) Phạm Văn Nam (2013), Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm về các định luật chất khí, vật lí 10 nâng cao, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường ĐHSP Hà Nội
9) Nguyễn Thị Tươi (2020), Thiết kế và sử dụng dụng cụ thí nghiệm trong dạy học vật lí 10 nằm nâng cao hứng thú học tập của học sinh, Luận văn thạc sĩ sư phạm Vật lí, Trường ĐHGD – ĐHQGHN
10) Xaypaseu vylaychit (2019), Xây dựng và sử dụng các thiết bị thí nghiệm trong dạy học phần “nhiệt học” - vật lí 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, Trường ĐHSP Hà Nội
PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1 PHIẾU THĂM DÒ Ý KIẾN CỦA GIÁO VIÊN
Dựa trên kinh nghiệm của quý thầy (cô), xin vui lòng trả lời các câu hỏi dưới đây để chúng tôi có thể đánh giá thực trạng dạy học môn Vật lí và việc sử dụng dụng cụ thí nghiệm tại các trường THPT nơi quý thầy (cô) đang giảng dạy Chân thành cảm ơn quý thầy (cô)!
Trong quá trình giảng dạy Vật lý 10, đặc biệt là phần "Nhiệt học", giáo viên thường áp dụng các phương pháp dạy học tương tác và mô phỏng để truyền đạt kiến thức từ những hình vẽ trong sách giáo khoa Khi không có bộ thí nghiệm thực tế, việc sử dụng các công cụ như mô hình 3D, video minh họa, hoặc phần mềm mô phỏng sẽ giúp học sinh hình dung rõ hơn về các hiện tượng nhiệt học Phương pháp này không chỉ kích thích sự hứng thú của học sinh mà còn nâng cao hiệu quả tiếp thu kiến thức.
STT Phương pháp được sử dụng Thường xuyên Ít dùng
1 Thông báo, diễn giải phần kiến thức mới theo trình tự SGK
2 Đàm thoại, dẫn dắt, gợi mở, thảo luận để HS tham gia, xây dựng hình thành kiến thức mới
3 Sử dụng thí nghiệm ảo
4 Cho HS làm thí nghiệm đồng loạt tại lớp
5 Hướng dẫn HS tự thiết kế thí nghiệm và tự làm thí nghiệm ở nhà
Câu 2 Ở trường mà Thầy (cô) đang dạy, trong phòng thí nghiệm có đầy đủ các thiết bị thí nghiệm và đều có thể sử dụng được không?
Câu 3 Các thầy (cô) thường sử dụng các loại thí nghiệm nào để phục vụ việc tìm hiểu kiến thức mới của HS?
Câu 4 Theo thầy (cô) có cần thiết phải thiết kế các bộ thí nghiệm còn thiếu
(trong phòng thí nghiệm không có) trong chương trình Vật lí 10 không?
Việc thiết kế và sử dụng các bộ thí nghiệm trong dạy học Vật lí 10 có thể làm thay đổi thái độ học tập của học sinh một cách tích cực Các bộ thí nghiệm giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách trực quan, kích thích sự tò mò và ham học hỏi Khi tham gia vào các hoạt động thực hành, học sinh sẽ cảm thấy hứng thú hơn với môn học, từ đó nâng cao động lực học tập và khả năng tiếp thu kiến thức Hơn nữa, việc thực hành thí nghiệm cũng phát triển kỹ năng tư duy phản biện và khả năng làm việc nhóm, góp phần hình thành những thói quen học tập tích cực cho học sinh.
Có khi nào thầy (cô) lên kế hoạch giao cho học sinh nhiệm vụ thiết kế các dụng cụ thí nghiệm theo nhóm, theo tổ, hoặc cá nhân không? Đồng thời, thầy (cô) có hướng dẫn học sinh thực hiện thí nghiệm với những dụng cụ đó không?
Câu 7 Theo thầy (cô) khi giao cho HS nhiệm vụ thiết kế các dụng cụ thí nghiệm sẽ giúp HS hình thành và phát triển năng lực gì?
Câu 8 Theo thầy (cô), việc yêu cầu HS thiết kế, sáng tạo một số ứng dụng kiến thức mà các em đã được học sẽ giúp các em:
Phụ lục 2 trình bày phiếu điều tra nhằm khảo sát thực trạng yêu thích học tập của học sinh trong môn Vật lý 10 Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá tình trạng phát biểu và sự tham gia của học sinh trong quá trình học tập, từ đó đưa ra những nhận định về động lực học tập và phương pháp giảng dạy hiệu quả.
Câu 1: Hãy chọn mức độ phù hợp với em khi tham gia các tiết học Vật lí ở các nội dung sau?
Stt Nội dung điều tra
Em có thích cách giảng dạy của giáo viên về môn Vật lí không?
Em có thích giáo viên sử dụng thí nghiệm vào trong dạy học không?
3 Em có thích tìm tòi học ở tài liệu không?
4 Em có thích các thí nghiệm ảo trên máy chiếu không?
5 Em có thích tiến hành thí nghiệm ở lớp học không?
6 Em có thích tự thiết kế thí nghiệm ở nhà không?
Em có thích sử dụng các kiến thức đã học để ứng dụng vào cuộc sống hàng ngày không?
Câu 2: Khi tham gia học tiết học Vật lí thì tình trạng phát biểu của em thuộc mức nào sau đây?
Phát biểu ít Hăng hái phát biểu Chưa bao giờ phát biểu
Câu 3: Những hoạt động nào tác động đến hứng thú học tập của em? ( HS có thể chọn nhiều đáp án phù hợp với mình)
Chỉ nghe thầy cô giảng bài
Xem giáo viên trình bày thí nghiệm ảo qua máy chiếu
Theo dõi GV làm thí nghiệm
Tự mình làm thí nghiệm
Tự mình thiết kế thí nghiệm và sáng tạo
PHỤ LỤC 3 ĐỀ KIỂM TRA 45 PHÚT PHẦN “NHIỆT HỌC”
Có hai bình cầu có cùng thể tích chứa cùng một loại khí, được ngăn cách bởi một giọt thủy ngân Nhiệt độ ban đầu của bình 1 và bình 2 lần lượt là T1 và T2 Khi nung nóng bình, sự thay đổi nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến áp suất và thể tích của khí trong mỗi bình.
1 đến nhiệt độ tăng gấp đôi Hỏi giọt Hg dịch chuyển thế nào ?
A Chưa đủ dữ kiện đẻ xác đinh sự dịch chuyển của Hg
Câu 2: Chọn câu đúng khi nói về đường đẳng nhiệt trong hệ trục tọa độ (pOV)
A Là một đường cong hyperbol biểu diễn mối quan hệ của áp suất vào thể tích của một lượng khí xác định khi nhiệt độ không đổi
B Là đường thẳng song song với trục OV biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và thể tích
C Là đường thẳng kéo dài đi qua gốc toạ độ
D Là đường biểu diễn mối quan hệ giữa thể tích và nhiệt độ
Câu 3: Số phân tử khí có trong 11 gam khí CO2 là:
Câu 4: Cho 4 bình có cùng dung tích và cùng nhiệt độ đựng các khí khác nhau Khí ở bình nào có áp suất lớn nhất?
A Bình 2 đựng 22gam khí Cacbonic B Bình 1 đựng 4gam khí Hidro
C Bình 4 đựng 4gam khí Oxi D Bình 3 đựng 7gam khí Nito
Dưới điều kiện tiêu chuẩn (p0 = 1atm, T0 = 273K), một lượng khí xác định có thể tích là 2cm³ Khi áp suất tăng lên 2atm và nhiệt độ đạt 27°C, thể tích của lượng khí này cần được tính toán lại.
Câu 6: Điều nào sau đây đúng với khí lí tưởng?
A Các phân tử khí lí tưởng không tương tác với nhau
B Các phân tử được coi là chất điểm và chỉ tương tác khi va chạm
C Các chất khí đều được coi là khí lí tưởng
D Lực liên kết giữa các phân tử khí là rất lớn
Câu 7: Một lượng khí xác định biến đổi trạng thái từ trạng thái (1) sang trạng thái (2) theo đồ thị như hình vẽ Nhìn hình vào vẽ ta thấy:
A hai trạng thái có áp suất bằng nhau B hai trạng thái có thể tích bằng nhau
C trạng thái 2 có áp suất nhỏ hơn trạng thái 1
D trạng thái 2 có áp suất lớn hơn trạng thái 1
