Tài liệu Sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học chương “cảm ứng điện từ” vật lí 11 cơ bản

i TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG KHOA TOÁN-TIN ----------------------- HÀ THỊ LAN HỒNG SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÍ 11 CƠ BẢN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: Sư phạm Vật lí NGƯỜI HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Thị Huệ Phú Thọ, 2018 ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo ThS. Nguyễn Thị Huệ, giảng viên bộ môn Vật lí – khoa Toán – Tin. Cô đã dành nhiều thời gian quý báu tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp. Đồng thời, cô còn là người giúp em lĩnh hội được những kiến thức chuyên môn và rèn luyện cho em tác phong nghiên cứu khoa học. Trong suốt thời gian làm khóa luận tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em còn nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo bộ môn vật lí trong khoa Toán - Tin, Trường Đại học Hùng Vương và các thầy (cô) giáo. Các em học sinh lớp 11A2 và 11A3 trường trung học phổ thông Hương Cần. Để hoàn thành khóa luận này, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện tại trường Đại học Hùng Vương. Cuối cùng em kính chúc quý thầy, cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý. Em xin chân thành cảm ơn! Việt Trì, 14 tháng 5 năm 2018 Sinh viên Hà Thị Lan Hồng iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ quy trình tự tạo thí nghiệm.................................................. 16 Hình 1.2. Sơ đồ quy trình sử dụng TNTT tổ chức HĐNT cho HS trong dạy học vật lí....................................................................................................... 20 Hình 2. 1. Lôgic phát triển nội dung. ............................................................ 26 Hình 2. 2. Mô hình thiết kế bộ thí nghiệm cảm ứng điện từ. ......................... 33 Hình 2. 4. Bộ nguồn 12V.............................................................................. 33 Hình 2.5. Công tắc điện 1 chiều ................................................................... 33 Hình 2.6. Cuộn dây đồng.............................................................................. 34 Hình 2.7. Bóng đèn led 1,5V ........................................................................ 34 Hình 2.8. Nam châm đất hiếm. ..................................................................... 34 Hình 2.9. Đinh sắt (đinh 10). ........................................................................ 34 Hình 2.10. Quấn dây đồng vào ống nhựa đã cắt. .......................................... 35 Hình 2.11. Nối đèn led với cuộn dây đồng ................................................... 35 Hình 3.1. Giảng dạy ở lớp Đối chứng bài "Từ thông. Cảm ứng điện từ" ...... 59 Hình 3.2. Giảng dạy ở lớp Thực nghiệm ...................................................... 59 Hình 3.3. Biểu đồ phân bố tần suất điểm bài kiểm tra số 1 ........................... 62 Hình 3.4. Biểu đồ so sánh kết xếp loại học lực của hai lớp thông qua quả bài kiểm tra số 1 ................................................................................................. 63 Hình 3.5. Biểu đồ phân bố tần suất điểm bài kiểm tra số 2 ........................... 65 Hình 3.6. Biểu đồ so sánh kết quả xếp loại học lực của hai lớp thông qua bài kiểm tra số 2 ................................................................................................. 66 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1. Kết quả điều tra về thiết bị thí nghiệm ở trường THPT Hương Cần ............................................................................................................... 22 Bảng 1. 2.Những khó khăn khi sử dụng TNTT trong dạy học vật lí ............. 22 Bảng 1. 3. Các mức độ sử dụng TNTT để kiểm chứng kiến thức trong DHVL ..................................................................................................................... 23 Bảng 3. 1. Sĩ số và chất lượng học tập lớp đối chứng và lớp thực nghiệm….57 Bảng 3. 2.Kết quả và sử lí tần số, tần suất của lớp TN và ĐC số 1 ............... 61 Bảng 3. 3. Phân loại kết quả bài kiểm tra số 1 .............................................. 63 Bảng 3. 4. Kết quả và sử lí tần số, tần suất của lớp TN và ĐC số 2 .............. 64 Bảng 3. 5. Phân loại kết quả bài kiểm tra số 2 .............................................. 66 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Cụm từ đầy đủ Chữ cái viết tắt 1 Câu hỏi CH 2 Dạy học DH 3 Đối chứng ĐC 4 Giải quyết vấn đề GQVĐ 5 Giáo viên GV 6 Phương pháp dạy học PPDH 7 Sách giáo khoa SGK 8 Quá trình dạy học QTDH 9 Thí nghiệm TN 10 Thử nghiệm sư phạm TNSP 11 Thí nghiệm tự tạo TNTT 12 Trung học phổ thông THPT vi MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .............. 5 1.1. Thí nghiệm vật lí trong dạy học ............................................................ 5 1.1.1. Khái niệm thí nghiệm vật lí ................................................................... 5 1.1.2. Phân loại thí nghiệm trong dạy học ...................................................... 5 1.2. Thí nghiệm tự tạo trong dạy học thí nghiệm vật lí .............................. 7 1.2.1. Khái niệm thí nghiệm tự tạo.................................................................. 7 1.2.2. Phân loại thí nghiệm tự tạo................................................................... 9 1.2.3. Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm tự tạo .......................................... 10 1.2.4. Vai trò của TNTT trong dạy học vật lý ................................................ 11 1.2.5. Quy trình thiết kế bộ thí nghiệm tự tạo............................................... 12 1.3. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học giải quyết vấn đề. ......................................................................................................... 17 1.3.1. Dạy học giải quyết vấn đề................................................................... 17 1.3.2. Các giai đoạn của dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí ............................................................................................................. 17 1.4. Thực trạng về dạy học vật lí sử dụng thí nghiệm tại trường trung học phổ thông Hương Cần ................................................................................ 20 1.4.1. Mục đích điều tra................................................................................ 20 1.4.2. Phương pháp điều tra ......................................................................... 21 1.4.3. Đối tượng điều tra .............................................................................. 21 1.4.4. Kết quả điều tra .................................................................................. 21 1.5. Kết luận chương 1................................................................................ 24 CHƯƠNG 2: TỰ TẠO BỘ THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TỰ TẠO TRONG CHƯƠNG “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” VẬT LÍ 11 CƠ BẢN ......................................... 25 2.1. Nội dung kiến thức cơ bản của chương “ Cảm ứng điện từ” ............ 25 2.1.1. Đặc điểm của chương “Cảm ứng điện từ”.......................................... 25 vii 2.1.2. Lôgic phát triển nội dung.................................................................... 26 2.1.3. Phân tích nội dung và những khó khăn khi dạy học chương cảm ứng điện từ .......................................................................................................... 27 2.2. Xây dựng quy trình thiết kế bộ thí nghiệm tự tạo chương “cảm ứng điện từ” vật lí 11 cơ bản ............................................................................. 31 2.2.1. Đặc điểm của bộ thí nghiệm đã có ở trường phổ thông....................... 31 2.2.2. Các bước tạo bộ thí nghiệm tự tạo ...................................................... 32 2.3. Thiết kế tiến trình dạy học bài “Từ thông. Cảm ứng điện từ”.......... 36 2.4. Thiết kế tiến trình dạy học bài “Suất điện động cảm ứng” ............... 50 2.5. Kết luận chương 2................................................................................ 55 Chương 3: THỬ NGHIỆM SƯ PHẠM ..................................................... 56 3.1. Phương pháp thực nghiệm sư phạm................................................... 56 3.1.1. Mục đích của thử nghiệm sư phạm ..................................................... 56 3.1.2. Nhiệm vụ của thử nghiệm sư phạm..................................................... 56 3.1.3. Nội dung của thử nghiệm sư phạm...................................................... 56 3.1.4. Đối tượng thử nghiệm sư phạm........................................................... 57 3.1.5. Tổ chức thử nghiệm ............................................................................ 58 3.2. Kết qủa thử nghiệm sư phạm.............................................................. 59 3.2.1. Kết quả về mặt định tính ..................................................................... 59 3.2.2. Kết quả thử nghiệm về mặt định lượng ............................................... 61 3.2.3. Nhận xét kết quả học tập ..................................................................... 67 3.3. Kết luận chương 3..................................................................................68 KẾT LUẬN ................................................................................................. 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 70 PHỤ LỤC 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Vật lí là một bộ môn khoa học thực nghiệm, các nội dung kiến thức chủ yếu là vật lý thực nghiệm, hầu hết các khái niệm, định luật, thuyết vật lí… được rút ra trên cơ sở khảo sát, phân tích các kết quả có được từ việc tiến hành TN [1]. Vì vậy, DH vật lí không chỉ đơn thuần cung cấp cho HS kiến thức mà điều quan trọng nữa là phải trang bị những kỹ năng, kỹ xảo về thực hành như: gia công, lắp ráp, tiến hành TN để thu thập và xử lý kết quả... Việc sử dụng TN trong DH vật lí ở trường phổ thông không chỉ là công việc bắt buộc, mà nó còn là một trong những biện pháp quan trọng giúp nâng cao chất lượng DH, góp phần tích cực hoạt động nhận thức của HS. Một trong những tác dụng của TN vật lí là tạo ra sự trực quan sinh động trước mắt HS, vì thế mà sự cần thiết của TN trong DH vật lí còn được quy định bởi tính chất, quá trình nhận thức của HS dưới sự hướng dẫn của GV. Thông qua TN vật lí, có thể tạo ra những tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan, với sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, từ đó có thể thu nhận được tri thức mới. Để thực hiện hiệu quả đổi mới PPDH đối với DH vật lí luôn cần có sự hỗ trợ của các thiết bị TN, phương tiện trực quan. Hiện nay ở một số trường phổ thông vẫn chưa đủ số lượng TN để tổ chức DH nhóm; chưa có nhiều phương án TN để HS lựa chọn khi DH với phương pháp bàn tay nặn bột; phương pháp DH theo dự án khó thực hiện vì cần có các thiết bị TN, dụng cụ để tổ chức hoạt động học tập cho HS…[4]. Do đó, vấn đề tự tạo TN để hỗ trợ cho việc tổ chức các hoạt động học tập của HS là vấn đề cấp thiết đang được các nhà nghiên cứu giáo dục quan tâm giải quyết trong thời gian qua. Đặc biệt, nội dung kiến thức vật lí được DH ở THPT thường liên quan đến những hiện tượng, quá trình vật lí cơ bản, đơn giản, định tính nên rất phù hợp với loại TN đơn giản mà GV và HS có thể tự tạo để sử dụng, đó là TNTT. TNTT có nhiều ưu điểm nổi trội như: được tạo ra từ những vật liệu thông thường 2 trong cuộc sống nên dễ tìm kiếm; thao tác gia công, lắp ráp và tiến hành thường đơn giản, không mất nhiều thời gian nên dễ tự tạo; sử dụng TN nhanh gọn, cho kết quả rõ ràng, dễ gắn kết logic bài học nên có tính khả thi. Không chỉ ở Việt Nam, TNTT được sử dụng phổ biến ở nhiều nước phát triển trên thế giới như Mỹ, Đức, Canada, Ai Cập...[6] bởi tính đơn giản nhưng lại có hiệu quả cao trong DH. TNTT còn thể hiện được tính sáng tạo của người làm ra nó, nhất là khi sử dụng để hỗ trợ cho các hoạt động học tập tìm tòi, khám phá và nghiên cứu khoa học của HS trong DH vật lí ở trường phổ thông. Trong chương trình vật lí THPT, phần “Cảm ứng điện từ” ở chương trình vật lí 11 cơ bản có nhiều hiện tượng, quá trình tuy gần gũi với thực tiễn cuộc sống nhưng nội dung kiến thức như: khái niệm về từ trường, tác dụng của từ trường, khái niệm của từ thông, hiện tượng cảm ứng điện từ,… lại trừu tượng. Bên cạnh đó, các định luật như định luật len-xơ, định luật Faraday là các định luật mà HS khó có thể khái quát được. Tuy nhiên đây lại là một phần nội dung tương đối quan trọng, tạo cơ sở cho HS tiếp thu kiến thức về dòng điện xoay chiều. Đòi hỏi HS phải trực quan hóa các hiện tượng, quá trình vật lí thông qua các TN hoặc mô phỏng trên các phương tiện. Thực tiễn DH vật lí ở các trường THPT cho thấy GV mất nhiều thời gian để thuyết trình, diễn giải và mô tả nhưng HS vẫn không hiểu hết bản chất của hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu [3]. Đặc biệt là HS chưa vận dụng được kiến thức đã học vào thực tiễn cuộc sống. Nguyên nhân của những hạn chế này một phần là do GV chưa quan tâm khai thác, sử dụng TNTT để khắc phục những hạn chế về cơ sở vật chất, thiết bị TN sẵn có, một phần do phương pháp DH. Với đặc thù về kiến thức và đối tượng DH của HS lớp 11 THPT, việc tăng cường tổ chức hoạt động học tập theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động nhận thức như DH theo nhóm sẽ góp phần nâng cao hiệu quả DH. Thông qua quá trình học, HS cùng nhau trao đổi, đưa ra bước tiến hành TN, thu thập thông tin, xử lý kết quả trong sự hợp tác, hỗ trợ nhau để tìm ra kiến thức cần nghiên cứu. Như vậy, nghiên cứu phối hợp khai thác, sử dụng TNTT chương “Cảm ứng điện từ” Vật lí 11 là vấn đề cấp thiết nhằm đổi mới phương pháp DH theo hướng 3 tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS, góp phần nâng cao hiệu quả DH vật lí ở trường phổ thông. Xuất phát từ những lý do trên và có thể giúp được GV hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình, khắc phục được những khó khăn trong quá trình DH. Tôi lựa chọn và nghiên cứu đề tài: “Sử dụng thí nghiệm tự tạo trong dạy học chương “Cảm ứng điện từ” Vật lí 11 cơ bản. 2. Mục tiêu khóa luận. - Thiết kế và sử dụng thành công bộ TNTT từ đó ứng dụng vào DH các bài của chương “Cảm ứng điện từ” Vật lí 11 cơ bản. - TNSP và đánh giá mức độ khả thi của TNTT trong DH phần “Cảm ứng điện từ”. 3. Giả thuyết khoa học Xây dựng thành công bộ TNTT phục vụ cho việc dạy học chương “Cảm ứng điện từ”. Thiết kế được tiến trình dạy học và tiến hành thử nghiệm tại trường THPT Hương Cần nhằm phát huy tính tích cực hoạt động nhận thức của HS góp phần nâng cao hiệu quả học tập Vật lí. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Đề tài đã xây dựng và tự tạo TN sử dụng trong chương: “Cảm ứng điện từ” và thiết kế hai tiến trình DH giải quyết vấn đề có sử dụng bộ TNTT, áp dụng trực tiếp tiến trình DH đó vào quá trình giảng dạy. - Ý nghĩa thực tiễn: Qua quá trình thực hiện đề tài bản thân cũng thu được thêm kinh nghiệm mà mở rộng vốn hiểu biết cho bản thân đặc biệt là cách thiết kế và xây dựng thí nghiệm. HS đã được học và sử dụng bộ TNTT, từ đó có điều kiện phát huy tối đa năng lực sáng tạo, phát huy tính tích cực, chủ động của HS, phát huy được kỹ năng làm và tự làm TN, đồng thời HS phát triển ngôn ngữ vật lí, làm việc nhóm trong lớp học. Đồng thời, đề tài có thể làm tài liệu tham khảo hữu ích cho GV và sinh viên ngành Vật lí. Cũng như đáp ứng được yêu cầu đổi mới và nâng cao chất lượng DH theo hướng tích cực hóa. 4 5. Bố cục của khóa luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, khóa luận được chia thành ba chương: Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài Trong chương 1, làm rõ cơ sở lí luận của việc tự tạo thí nghiệm và điều tra, phân tích thực trạng DH với thí nghiệm vật lí ở trường THPT Hương Cần. Chương 2: Chế tạo và thiết kế tiến trình dạy học sử dụng thí nghiệm tự tạo trong chương “Cảm ứng điện từ” Vật lí 11 cơ bản Trong chương 2, trình bày tiến trình dạy học bài “Từ thông cảm ứng điện từ”, bài “ Suất điện động cảm ứng” và tự tạo bộ thí nghiệm cảm ứng điện từ. Các bài được thiết kế dựa trên dạy học giải quyết vấn đề đã trình bày ở chương 1. Chương 3: Thử nghiệm sư phạm Trong chương 3, trình bày tiến trình thử nghiệm sư phạm với các bài đã thiết kế và dạy học ở trường THPT Hương Cần và phân tích, xử lí kết quả thử nghiệm sư phạm để từ đó đánh giá, nhận xét tính khả thi của TNTT. 5 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Thí nghiệm vật lí trong dạy học 1.1.1. Khái niệm thí nghiệm vật lí TN vật lí là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới [7]. TN là phương tiện tổ chức hiệu quả, nhanh chóng hoạt động nhận thức cho HS, nhất là khi DH các hiện tượng, quá trình vật lí không thể tri giác trực tiếp bằng giác quan. Khi không có sự hỗ trợ của các bộ TN, GV thường phải mất nhiều thời gian để mô tả, giải thích nhiều lần, cũng như tìm cách diễn giải bằng lời, tranh ảnh để cả lớp hiểu rõ vấn đề. Nếu GV chọn sử dụng TNTT để hỗ trợ tổ chức dạy học thì HS sẽ tích cực, tự lực, chủ động tìm kiếm kiến thức một cách nhanh chóng mà còn giúp HS hiểu sâu bản chất của các hiện tượng và quá trình vật lí cần nghiên cứu. 1.1.2. Phân loại thí nghiệm trong dạy học 1.1.2.1. Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên TN biểu diễn giữ vai trò quan trọng trong hệ thống TN Vật lí phổ thông, là loại TN do GV tiến hành, HS quan sát. Từ TN này GV tái tạo lại các hiện tượng Vật lí, qua đó giúp việc khảo sát mối liên hệ giữa các đại lượng Vật lí khi tiến hành nghiên cứu một lý thuyết nào đó. Đây là loại TN được GV hay dùng trong giảng dạy. Với việc tiến hành TN những hiện tượng cần nghiên cứu sẽ giúp HS tiếp thu kiến thức dễ dàng hơn và một cách có khoa học. Tùy theo mục đích dạy học, TN biểu diễn gồm: - TN mở đầu: Là TN tiến hành từ đầu giờ lên lớp, nghiên cứu lý thuyết mới nhằm tạo ra tình huống có vấn đề thúc đẩy mâu thuẫn giữa trình độ kiến thức đã có và hiện tượng vật lí mới nhằm kích thích tính tò mò, gây hứng thú học tập của HS, lôi cuốn HS vào hoạt động nhận thức. - TN nghiên cứu hiện tượng, quá trình vật lí: 6 Là loại TN được dùng để hình thành kiến thức mới, nhằm đưa ra mối quan hệ bản chất giữa các hiện tượng. Tùy theo mục đích nghiên cứu mà người ta có thể phân thành hai loại: TN nghiên cứu khảo sát và TN nghiên cứu minh họa. TN nghiên cứu khảo sát được tiến hành nhằm đi đến một luận đề khái quát, một định luật hay một quy tắc trên cơ sở khái quát những kết quả rút ra từ thực nghiệm tức là theo con đường quy nạp. TN loại này khi tiến hành thường khó thực hiện, mất nhiều thời gian, số liệu không đầy đủ, chính xác, số TN tiến hành chỉ có giới hạn nên kết luận đưa ra không có tính thuyết phục cao. - TN củng cố: TN củng cố là TN nhằm giúp cho HS vận dụng kiến thức để giải thích, dự đoán hiện tượng, qua đó nắm vững được kiến thức đã học. 1.1.2.2. Thí nghiệm do học sinh thực hiện - TN trực diện đồng loạt HS: Là TN do HS tiến hành trên lớp, chủ yếu khi nghiên cứu kiến thức mới, có thể ôn tập trong tiết học bài mới. Có nhiều TN trực diện đồng loạt như: TN mở đầu, nghiên cứu hiện tượng hoặc TN củng cố, TN trực diện có thể làm TN đồng loạt, TN cá thể. - TN thực hành vật lí: Thực hành vật lí tạo khả năng ôn tập những kiến thức đã học ở những trình độ cao, đào sâu mở rộng và tổng hợp các kiến thức, phát triển các kĩ năng và thói quen sử dụng các dụng cụ phức tạp và hoàn thiện hơn, gần gũi với kĩ thuật hơn, làm quen với những yếu tố tự lực nghiên cứu thực nghiệm. - Các bài toán TN: Các bài toán TN đòi hỏi HS phải tìm tòi bằng thực nghiệm, từ những số liệu khởi đầu để giải quyết về mặt lí thuyết các bài toán đó và kiểm tra bằng thực nghiệm. - TN và quan sát ở nhà: TN và quan sát ở nhà là một loại bài tập thực hiện tự lực (không có sự kiểm tra của GV trong quá trình thực hiện), từ các TN đơn giản nhất. 7 Tóm lại, hệ thống các TN nói trên, tất cả HS đều đi dần dần từ những kiến thức ban đầu thu nhận được trong thời gian GV làm TN, đến việc đào sâu kiến thức, kĩ năng làm TN. Đồng thời HS giải các bài tập TN và áp dụng các kiến thức thu được vào thực tế. Qua đó HS hứng thú, phát triển những yếu tố sáng tạo khoa học kỹ thuật và nắm được phương pháp làm việc với các dụng cụ vật lí kỹ thuật. 1.2. Thí nghiệm tự tạo trong dạy học thí nghiệm vật lí Sử dụng TNTT vào DH vật lí ở trường phổ thông là một trong những xu hướng được nhiều nước trên thế giới quan tâm nghiên cứu. TNTT được xem là một trong những phương tiện quan trọng hỗ trợ hoạt động nhận thức của HS nhằm đổi mới PPDH theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của HS. 1.2.1. Khái niệm thí nghiệm tự tạo Nội hàm của mỗi khái niệm luôn được mở rộng và phát triển theo sự phát triển và tiến bộ của xã hội. Khái niệm về TNTT cũng phát triển và mở rộng theo quy luật đó. Đến nay đã có nhiều tác giả ở trong và ngoài nước đưa ra các định nghĩa khác nhau về khái niệm TNTT. Ở nước ngoài theo tác giả Hans-Joachim Wilke (Đức) TNTT là những TN được làm bằng tay (bàn tay là phương tiện chủ yếu) và được làm với những vật liệu dễ kiếm trong đời sống hàng ngày hoặc có thể mua dễ dàng trong các cửa hàng [12]. Ở trong nước cũng đã có nhiều tác giả nghiên cứu về TNTT và đưa ra những định nghĩa về loại TN vật lí này. Theo Nguyễn Ngọc Hưng, các TN do GV và HS tự làm hay còn gọi là TNTT là những TN có đặc điểm: Việc chế tạo dụng cụ TN đòi hỏi vật liệu phải đơn giản, dễ kiếm, ít tốn kém; dụng cụ dễ chế tạo, việc gia công các vật liệu chỉ bằng các dụng cụ thông thường; dễ lắp ráp, tháo rời các bộ phận; dễ bảo quản, vận chuyển, an toàn trong chế tạo cũng như bố trí, tiến hành TN; việc tiến hành và bố trí loại dụng cụ này đơn giản, không tốn nhiều thời gian; hiện tượng vật lí diễn ra trong dụng cụ rõ ràng, dễ quan sát [13]. 8 Theo TS. Lê Văn Giáo [4]: TN đơn giản, rẻ tiền là những TN được tạo ra từ những dụng cụ đơn giản, rẻ tiền, dễ kiếm trong đời sống. Các tác giả Đồng Thị Diện, Lê Cao Phan và Nguyễn Hoàng Anh cũng đưa ra những định nghĩa tương tự. Theo các tác giả Nguyễn Anh Thuấn, Đặng Minh Chưởng, Dương Xuân Quý thì cho rằng: TNTT là các TN được chế tạo từ các thiết bị phổ biến có thể mua sắm trên thị trường ở Việt Nam (như các vi mạch, IC, cảm biến, cổng quang, động cơ…) với giá thành không quá cao, gia công và lắp ráp không quá phức tạp đối với năng lực của GV. TNTT vẫn đảm bảo độ chính xác về định lượng và tính khả thi trong dạy học vật lí ở THPT. Như vậy, có thể hiểu: TNTT là các TN do GV và HS tự thiết kế, gia công, lắp ráp để tự tạo nhằm phục vụ trực tiếp vào quá trình dạy và học của họ; TNTT là thiết bị được chế tạo bằng cách gia công, lắp ráp với các thao tác đơn giản nhưng cũng có thể được đầu tư công phu, phức tạp của người làm ra nó; TNTT được làm từ các vật liệu đơn giản, dễ kiếm như: vỏ lon bia, chai nhựa, tre, gỗ, bảng nhựa… đến các linh kiện hiện đại có thể mua sắm (với giá thành tương đối thấp) trong đời sống như: diện trở, cuộn cảm, cảm biến, cổng quang, LED, vi mạch tổng hợp…; TNTT là những TN có nội dung về các hiện tượng, quá trình vật lí định tính, đơn giản và cũng có thể là các TN mang nội dung định lượng, phức tạp… Mặc dù có những điểm khác nhau trong định nghĩa về khái niệm TNTT, nhưng các định nghĩa đó đều có điểm chung là: - Về phương tiện gia công TN: Chủ yếu được tự tạo bằng thủ công. - Về vật liệu: Dễ kiếm trong đời sống hàng ngày, có thể là các vật liệu đã qua sử dụng, hoặc là các vật liệu, thiết bị, linh kiện dễ mua ở các cửa hàng dụng cụ dân dụng. - Về phương pháp gia công: Có thể đơn giản hoặc phức tạp. - Về đối tượng gia công, chế tạo và sử dụng: GV và HS ở các trường phổ thông. - Về tính chất TN trong DH: TN định tính hoặc TN định lượng. 9 TNTT là những TN định tính hay định lượng do GV và HS tự chế tạo, được gia công từ đơn giản đến phức tạp, từ những vật liệu, linh kiện, thiết bị thông dụng, dễ kiếm trong đời sống. 1.2.2. Phân loại thí nghiệm tự tạo Có nhiều cách phân loại TNTT theo các dấu hiệu khác nhau. Thông thường người ta phân loại TNTT dựa vào mức độ phức tạp của quá trình gia công, lắp ráp TN [9]. Theo cách phân loại TNTT gồm: - TNTT đơn giản: Là các TN được chế tạo ra trên cơ sở thực hiện các thao tác gia công, lắp ráp tương đối đơn giản, nhanh gọn với các dụng cụ hỗ trợ phổ biến trong đời sống như: kìm, búa, dao, kéo,… Tuy nhiên vật liệu được sử dụng không chỉ từ các phế liệu như: vỏ lon bia, vỏ chai nước, tấm sắt, mẩu gỗ,…; mà có thể là các linh kiện điện tử, vật liệu điện, vật liệu từ sử dụng phổ biến trong cuộc sống hàng ngày nên HS dễ kiếm như: bóng đèn, công tắc, bảng điện, dây đồng dẫn điện, nam châm, lò xo xoắn,… - TNTT phức tạp: Đó là những TN mà quá trình gia công, lắp ráp tạo với nhiều thao tác tương đối phức tạp, công phu, mất nhiều thời gian hoặc có thể cần đến sự hỗ trợ của thợ lành nghề cùng máy móc cơ khí hiện đại. Ví dụ: Khi chế tạo các bánh răng trong chuyển động cơ; sử dụng máy cưa, tiện gỗ để chế tạo ghế xoay trong TN kiểm chứng định luật bảo toàn mô men động lượng; hàn nối các chi tiết, linh kiện điện tử để lắp ráp TN khảo sát chu kỳ dao động của con lắc đơn… - TNTT hiện đại: TNTT hiện đại là những TN được tạo ra có sử dụng các thiết bị và linh kiện điện tử hiện đại như: vi điều khiển, mạch điện tử,… Những TN này thường là những thiết bị tự động. Hầu hết TNTT đơn giản thường là các TN định tính hay trong việc chế tạo và sử dụng phải phù hợp với mục tiêu DH của chương trình vật lí THCS và số ít ở THPT. Đối với TNTT phức tạp, có sự đầu tư nhiều hơn về kỹ thuật gia công các thiết bị, việc chế tạo và sử dụng thường phức tạp hơn. Thực tiễn DH vật lí ở trường phổ thông cho thấy: Việc sử dụng TNTT trong DH đạt được hiệu quả cao không phụ thuộc vào tính đơn giản hay phức tạp mà phụ 10 thuộc vào đặc điểm và vai trò của TN trong việc đáp ứng mục tiêu DH. Ngoài cách phân loại trên, người ta còn dựa vào mức độ định lượng của TN để phân loại theo TNTT định tính và TNTT định lượng; dựa vào mục đích sử dụng trong DH, TNTT được phân thành TN mở đầu, TN nghiên cứu hiện tượng mới, TN củng cố luyện tập… Như vậy, có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng chọn TNTT trong DH phải dựa vào mục đích, nội dung kiến thức cụ thể. Trong đề tài, chủ yếu tập trung nghiên cứu khai thác và sử dụng TNTT đơn giản trong phần “Cảm ứng điện từ” Vật lí 11 cơ bản. 1.2.3. Ưu điểm và hạn chế của thí nghiệm tự tạo TNTT được quan tâm và sử dụng trong DHVL chương trình THPT: a. Ưu điểm - Góp phần làm phong phú thêm các phương tiện trực quan, qua đó trực quan hóa được nhiều hiện tượng và quá trình vật lí. - Về vật liệu, linh kiện được sử dụng để chế tạo TN: là những vật liệu, linh kiện dễ kiếm thường phổ biến trong đời sống hàng ngày. - Về gia công, lắp ráp TN: Dễ chế tạo, gia công đơn giản, không đòi hỏi nhiều kỹ năng khó nên GV và HS đều có thể tự tạo được. - Điều kiện để thực hiện TN: Không đòi hỏi khắt khe về cơ sở vật chất như mạng điện; phòng bộ môn… nên có thể tiến hành ở các trường phổ thông khác nhau. - Việc bố trí và tiến hành TN đơn giản, không tốn nhiều thời gian, dễ thao tác, lắp ráp, tháo rời các bộ phận của dụng cụ TN, dễ vận chuyển, bảo quản và an toàn trong chế tạo cũng như trong quá trình tiến hành TN. - Kết quả TN: Rõ ràng, dễ quan sát, có sức hấp dẫn và kích thích hứng thú học tập của HS; gần gũi với những hiện tượng trong đời sống hằng ngày. - Về khả năng sử dụng TN: Thuận tiện trong DH, dễ thành công, ít ảnh hưởng đến tiến trình DH nên GV dễ chủ động và thuận lợi trong việcgiảng dạy. Vì thế, TNTT còn được sử dụng nhiều trong giai đoạn của quá trình DH như: TN mở đầu, TN nghiên cứu kiến thức mới, TN củng cố, vận dụng… - Phát huy tính tích cực, tự lực và rèn luyện kỹ năng thực hành cho HS 11 như: đề xuất phương án TN; bố trí TN; tiến hành và xử lí kết quả TN; thiết kế và chế tạo TN nhằm minh họa lại kiến thức đã thu nhận. Hiện nay, TNTT được xem là một trong những phương tiện hỗ trợ hiệu quả cho các PPDH tích cực trong DHVL như: PPDH thực nghiệm, PPDH nhóm, PPDH dự án... bởi vì dạy học có sử dụng TNTT, HS không những được đề xuất phương án TN mà còn trực tiếp lắp ráp, tiến hành TN để chủ động tìm ra kiến thức vật lí cần nghiên cứu. b. Hạn chế Bên cạnh những ưu điểm, TNTT cũng có những hạn chế nhất định, đó là hạn chế về tính thẩm mĩ và độ bền, do các dụng cụ TN được gia công bằng tay, không được sản xuất theo dây chuyền công nghệ. 1.2.4. Vai trò của Thí nghiệm tự tạo trong dạy học vật lí TNTT đóng vai trò quan trọng trong DH vật lí ở trường phổ thông hiện nay: - Phát huy tính tích cực, chủ động trong hoạt động nhận thức của HS: cho kết quả trái với dự đoán của HS, vì vậy sẽ gây ra cho HS sự ngạc nhiên bất ngờ và làm cho yếu tố tiềm ẩn của HS như: tính tò mò, hiếu kì, hiếu động qua đó kích thích được hứng thú học tập vật lí của HS trong giờ học. - Góp phần làm phong phú TN trong DH: Tạo ra sự phong phú về phương án TN giúp GV thuận tiện cho việc lựa chọn và sử dụng TN vào tổ chức hoạt động nhận thức và rèn luyện kỹ năng cho HS trongquá trình lên lớp cũng như tổ chức tự học ở nhà. - Hỗ trợ tổ chức DH ở nhiều khâu và nhiều hình thức khác nhau: TNTT là những thiết bị TN có nhiều ưu điểm, do đó có vai trò rất lớn trong việc hỗ trợ cho quá trình DH như: nêu vấn đề vào bài, hình thành kiến thức mới, ôn tập, củng cố vận dụng... - Rèn luyện kỹ năng thực hành TN và phát triển tư duy sáng tạo cho cả GV và HS. Dạy học TNTT trong DH vật lí đòi hỏi GV và HS phải thực hiện nhiều lần và qua nhiều khâu liên quan đến kỹ năng thực hành TN. Do đó, TNTT có vai trò vừa là phương tiện, vừa là biện pháp rèn luyện cho cả GV và 12 HS. Bên cạnh đó, việc tạo ra TNTT không chỉ dựa trên những phương án TN sẵn có mà có thể tự tìm ra những phương án TN mới, vì vậy đóng vai trò phát triển tư duy sáng tạo cho HS. - Tạo ra phương tiện hỗ trợ quan trọng cho tổ chức DH theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của HS. Như đã đề cập, TN vật lí nói chung và TNTT nói riêng là những phương tiện hỗ trợ hiệu quả nhất cho tổ chức DH ở trường phổ thông. Tóm lại, TNTT có vai trò quan trọng trong DH vật lí, đặc biệt có vai trò trong việc vừa tạo ra phương tiện hỗ trợ nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS ở trường phổ thông. 1.2.5. Quy trình thiết kế bộ thí nghiệm tự tạo 1.2.5.1. Các yêu cầu đối với việc tự tạo thí nghiệm Các TNTT được xây dựng và sử dụng trong DHVL phải đảm bảo: * Về mặt khoa học - Các TNTT được xây dựng phải đảm bảo khi tiến hành TN phải thành công, tạo ra hiện tượng rõ ràng, đúng với bản chất vật lí. - Quá trình thiết kế, chế tạo cần ứng dụng các thành tựu mới trong khoa học; có cấu tạo gọn nhẹ, thuận tiện trong quá trình sử dụng (tháo lắp, bố trí và tiến hành TN); đảm bảo an toàn trong sử dụng, dễ sửa chữa, bảo quản và vận chuyển. * Về mặt sư phạm - TNTT có thể được sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của QTDH như: sử dụng trong đề xuất vấn đề nghiên cứu, hình thành kiến thức mới, củng cố, vận dụng kiến thức. - Kết quả của TNTT phải gắn liền với nội dung bài học, sử dụng cho mục đích DH một cách hợp lí, logic về mặt thời gian của tiết học. - Tạo điều kiện cho HS phát huy tính tích cực nhận thức trong và ngoài giờ học thông qua việc đề xuất và lựa chọn phương án TN, thiết kế và chế tạo dụng cụ TN nhằm kiểm chứng hoặc minh họa kiến thức đã thu nhận. 13 * Về mặt thẩm mĩ - Các dụng cụ TNTT phải có kích thước đủ lớn, đảm bảo cho cả lớp quan sát nhằm giúp cho HS dễ theo dõi diễn biến của TN để có thể rút ra được những kết luận cần thiết. TN phải có màu sắc thích hợp và hình dáng đẹp đẽ lôi cuốn sự chú ý của HS, đặc biệt là làm nổi bật bộ phận cần quan sát. * Về mặt kinh tế - Các TNTT được xây dựng phải đảm bảo giá thành không cao nhờ sử dụng các nguyên vật liệu, dụng cụ và linh kiện có sẵn và dễ tìm trong cuộc sống hằng ngày. 1.2.5.2. Quy trình tự tạo thí nghiệm trong dạy học vật lí Trong DH vật lí ở trường phổ thông hiện nay, việc tự tạo TN và sử dụng TNTT vào tổ chức hoạt động DH cho HS theo hướng tích hóa hoạt động nhận thức là hết sức cần thiết, đáp ứng yêu cầu về đổi mới PPDH. Chính vì vậy, để việc sử dụng các TNTT vào tổ chức hoạt động nhận thức HS đạt được hiệu quả thì việc xây dựng các TNTT phải tuân theo một quy trình nhất định và cần phải bổ sung, điều chỉnh sao cho phù hợp với mục tiêu DH, nội dung kiến thức, tình hình cơ sở vật chất, thiết bị TN và các hình thức tổ chức DH. Qua nghiên cứu, tôi nhận thấy rằng quy trình tự tạo TN có thể được tiến hành theo các bước sau: Bước 1. Xác định mục tiêu dạy học Mục tiêu DH sẽ chỉ đạo toàn bộ nội dung, PPDH như: kiến thức, kỹ năng và thái độ. Vì vậy, trước khi sử dụng TNTT vào tổ chức hoạt động DH, GV cần xác định mục tiêu cần đạt được sau khi thực hiện TN hoặc qua bài học GV cần hình thành những kiến thức, kĩ năng cho HS. Bước 2. Nghiên cứu nội dung bài học DH vật lí ở trường phổ thông là nhằm giúp cho HS đạt được một hệ thống kiến thức vật lí cơ bản phù hợp với trình độ nhận thức của HS, những kiến thức đó là các hiện tượng, các khái niệm vật lí, các định luật vật lí, thuyết vật lí và ứng dụng của vật lí trong đời sống và trong sản xuất. Trên cơ sở nghiên cứu mục tiêu DH và nội dung bài học, GV cần xác định những nội