Tài liệu Xây dựng và sử dụng thí nghiệm kết nối với máy vi tính trong dạy học động học chuyển động thẳng vật lý 10

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Lưu Đình Trác XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM KẾT NỐI VỚI MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC ĐỘNG HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG VẬT LÝ 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Thành phố Hồ Chí Minh - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Lưu Đình Trác XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM KẾT NỐI VỚI MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC ĐỘNG HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG VẬT LÝ 10 Chuyên ngành : Lý luận và Phương pháp dạy học môn Vật lý Mã số : 60 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN ANH THUẤN Thành phố Hồ Chí Minh - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả LƯU ĐÌNH TRÁC 1 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa học và đề tài nghiên cứu này, tôi đã nhận được sự quan tâm và giúp đỡ rất nhiều từ quý Thầy cô, đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến: TS. Nguyễn Anh Thuấn – người trực tiếp hướng dẫn về mặt chuyên môn, đã rất tận tình chỉ dẫn, định hướng và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Quý Thầy cô trong Khoa Vật lý trường đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, chỉ dẫn tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Phòng Sau đại học trường đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện, hỗ trợ việc học tập và nghiên cứu của các học viên. Ban giám hiệu, quý Thầy cô, đồng nghiệp trường THPT Võ Trường Toản đã quan tâm, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài này. Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian học tập cũng như thời gian hoàn thành luận văn này. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2014. LƯU ĐÌNH TRÁC 2 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ 1 LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... 2 MỤC LỤC ............................................................................................................ 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT................................................................. 7 DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ .............................................. 9 MỞ DẦU ............................................................................................................ 11 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 11 2. Mục đích nghiên cứu ......................................................................................... 13 3. Giả thuyết khoa học .......................................................................................... 13 4. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 13 5. Nhiệm vụ nghiên cứu......................................................................................... 13 6. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 14 7. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 15 8. Đóng góp của đề tài ........................................................................................... 15 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC XAY DỰNG VA SỬ DỤNG THI NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG THPT ............. 16 1.1. Dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo của học sinh ............................................................................................................ 16 1.1.1. Dạy học phát huy tính tích cực ................................................................. 16 1.1.2. Dạy học phát triển năng lực sáng tạo ........................................................ 17 1.1.3. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lý ............. 22 3 1.2. Thí nghiệm trong dạy học vật lý ở THPT .................................................... 26 1.2.1. Thí nghiệm vật lý ...................................................................................... 26 1.2.3. Quy trình xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý ............. 28 1.3. Thí nghiệm kết nối máy vi tính trong dạy học vật lý ở trường THPT ..... 32 1.4. Thí nghiệm vật lý trong tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề33 1.5. Kết luận chương 1 .......................................................................................... 38 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM KẾT NỐI VỚI MÁY VI TÍNH TRONG DẠY HỌC “ĐỘNG HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG” VẬT LÝ 10 ....................................................................................... 40 2.1. Mục tiêu dạy học “Động học chuyển động thẳng” vật lý 10 ...................... 40 2.1.1. Nội dung kiến thức, kỹ năng của chương ................................................. 40 2.1.2. Các thí nghiệm cần tiến hành khi dạy học về “Động học chuyển động thẳng” .................................................................................................................. 42 2.2. Thực trạng sử dụng thí nghiệm trong dạy và học “Động học chuyển động thẳng” vật lý 10 ...................................................................................................... 42 2.2.1. Việc dạy của giáo viên .............................................................................. 42 2.2.2. Việc học của học sinh ............................................................................... 43 2.2.3. Về thiết bị thí nghiệm................................................................................ 43 2.2.4. Nguyên nhân những khó khăn của học sinh và biện pháp khắc phục ...... 43 2.3. Xây dựng bộ thí nghiệm sử dụng cảm biến siêu âm kết nối với máy vi tính trong dạy học “Động học chuyển động thẳng” ................................................... 44 2.3.1. Sự cần thiết phải xây dựng bộ thí nghiệm sử dụng cảm biến siêu âm kết nối với máy vi tính .............................................................................................. 44 2.3.2. Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của bộ thí nghiệm sử dụng cảm biến siêu âm kết nối với máy vi tính .................................................................................. 45 4 2.3.3. Các thí nghiệm có thể tiến hành với bộ thí nghiệm đã xây dựng ............. 50 2.4. Soạn thảo tiến trình dạy học một số kiến thức thuộc “Động học chuyển động thẳng” theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề......................... 58 2.4.1. Phân tích cấu trúc và nội dung “Động học chuyển động thẳng” vật lý 1059 2.4.2. Tiến trình dạy học bài “Chuyển động thẳng đều”..................................... 59 2.4.3. Tiến trình dạy học bài “Chuyển động thẳng biến đổi đều” ...................... 64 2.4.4. Tiến trình dạy học bài “Sự rơi tự do” ....................................................... 73 2.5. Kết luận chương 2 .......................................................................................... 77 CHƯƠNG 3:THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .................................................... 79 3.1. Mục đích, đối tượng, phương pháp và nội dung thực nghiệm sư phạm ... 79 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ................................................................ 79 3.1.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm............................................................... 79 3.1.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm.......................................................... 79 3.2. Quá trình thực nghiệm sư phạm ................................................................... 79 3.2.1. Chuẩn bị .................................................................................................... 80 3.2.2. Tiến hành................................................................................................... 80 3.3. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ................................. 80 3.3.1. Các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ................................ 80 3.3.2. Phân tích diễn biến của các giờ học trong thực nghiệm sư phạm ............. 80 3.3.3. Phân tích định lượng kết quả thực nghiệm sư phạm................................. 83 3.3.4. Đánh giá hiệu quả việc sử dụng tiến trình dạy học đã soạn thảo và ưu điểm, nhược điểm của bộ thí nghiệm đã xây dựng trong việc phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo của học sinh.................................................... 86 3.4. Kết luận chương 3 .......................................................................................... 88 5 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 90 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 91 6 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ GV HS TN THPT TNSP NXB TS LTN LĐC Giáo viên Học sinh Thí nghiệm Trung học phổ thông Thực nghiệm sư phạm Nhà xuất bản Tiến sĩ Lớp thực nghiệm Lớp đối chứng 7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Bảng thống kê điểm kiểm tra của LTN và LĐC ............................................ 83 Bảng 3.2. Bảng phân bố tần suất điểm kiểm tra một tiết của LTN và LĐC .................. 83 Bảng 3.3. Bảng phân bố tần suất tích luỹ điểm kiểm tra một tiết của LTN và LĐC ..... 84 Bảng 3.4. Bảng kết quả hoạt động của HS LTN theo tiết TNSP ................................... 87 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ Hình 1.1. Chu trình sáng tạo khoa học ......................................................................... 22 Hình 1.2. Sơ đồ tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiêm cứu khoa học . 23 Hình 1.3. Dạng khái quát của sơ đồ biểu đạt lôgic của tiến trình khoa học giải quyết vấn đề khi xây dựng, kiểm nghiệm, ứng dụng một giá trị cụ thể........................ 24 Hình 1.4. Sơ đồ TN vật lý với sự hỗ trợ của máy vi tính ............................................... 33 Hình 1.5. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề ................................................................................................. 34 Hình 1.6. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lý thuyết của kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề. ..................................................... 35 Hình 1.7. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm của kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề. ............................................... 36 Hình 2.1. Bộ TN cảm biến siêu âm kết nối với máy vi tính ........................................... 45 Hình 2.2. Nguyên tắc hoạt động của cảm biến ............................................................. 47 Hình 2.3. Cảm biến siêu âm SRF05 .............................................................................. 47 Hình 2.4. Nguyên lý Time Of Flight .............................................................................. 48 Hình 2.5. Vùng phát hiện của SRF05 ............................................................................ 48 Hình 2.6. Minh hoạ sự phụ thuộc của sóng âm hồi tiếp đối với cấu tạo và góc phản xạ của đối tượng. ..................................................................................................... 48 Hình 2.7. Mạch vi điều khiển sử dụng chip EK-TM4C123GXL.................................... 49 Hình 2.8. Giao diện phần mềm xử lý số liệu. ................................................................ 50 Hình 2.9. Sơ đồ TN khảo sát chuyển động thẳng đều ................................................... 51 Hình 2.10. Đồ thị x-t và v-t trong chuyển động thẳng đều ............................................ 51 Hình 2.11. Đồ thị x-t của chuyển động thẳng đều sau khi khớp hàm ........................... 52 Hình 2.12. Đồ thị v-t của chuyển động thẳng đều sau khi khớp hàm ........................... 52 Hình 2.13. Bố trí TN khảo sát chuyển động thẳng biến đổi đều ................................... 54 Hình 2.14. Đồ thị x-t, v-t, a-t của chuyển động thẳng nhanh dần đều .......................... 54 Hình 2.15. Đồ thị x-t của chuyển động thẳng nhanh dần đều sau khi khớp hàm ......... 55 9 Hình 2.16. Đồ thị v-t của chuyển động thẳng nhanh dần đều sau khi khớp hàm ......... 55 Hình 2.17. Đồ thị a-t của chuyển động thẳng nhanh dần đều sau khi khớp hàm ......... 55 Hình 2.18. Sơ đồ TN khảo sát chuyển động rơi tự do ................................................... 56 Hình 2.19. Đồ thị x-t, v-t, a-t của chuyển động rơi tự do .............................................. 57 Hình 2.20. Đồ thị x-t của chuyển động rơi tự do sau khi khớp hàm ............................. 57 Hình 2.21. Đồ thị v-t của chuyển động rơi tự do sau khi khớp hàm ............................. 58 Hình 2.22. Đồ thị a-t của chuyển động rơi tự do sau khi khớp hàm ............................. 58 Hình 2.23. Sơ đồ cấu trúc nội dung “Động học chuyển động thẳng” trong chương Động học chất điểm ............................................................................................ 59 Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn tần suất kết quả học tập của LTN và LĐC ......................... 85 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn tần suất tích luỹ kết quả học tập của LTN và LĐC ............ 85 10