Đề tài Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm chuyển động thẳng để phục vụ dạy học phần cơ học trong chương trình SGK lớp 10 THPT

MỤC LỤC Mục lục………………………………………………………………………………….1 Danh mục các kí hiệu viết tắt…………………………………………………………....4 MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………..5 Lí do chọn đề tài……………………………………………………………….... 5 Mục đích nghiên cứu……………………………………………………………..6 Khách thể và đối tượng nghiên cứu……………………………………………....6 Giả thuyết khoa học……………………………………………………………....7 Nhiệm vụ nghiên cứu…………………………………………………………….7 Các phương pháp nghiên cứu………………………………………………….....7 Những đóng góp của đề tài…………………………………………………….....8 Cấu trúc khóa luận………………………………………………………………..8 PHẦN NỘI DUNG……………………………………………………………………..9 Chương I: Cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh…………………………………………………………..…....9 Mục tiêu, nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phổ thông………………….…….....9 Quá trình dạy học vật lí…………………………………………………...……...10 Quá trình dạy học.............................................................................................10 Quá trình dạy học vật lí...................................................................................10 Phương pháp dạy học vật lí....................................................................................15 3.1 Hệ thống các phương pháp dạy học.................................................................15 3.2 Lựa chọn và sử dụng phối hợp các phương pháp dạy học ..............................16 4. Các bước cần tiến hành để thiết kế phương án dạy một tiết học..............................16 5. Thí nghiệm trong dạy học vật lí................................................................................16 5.2 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lí.........................................17 5.3 Các loại thí nghiệm trong dạy học vật lí..........................................................18 5.4 Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí.................................................................20 Kết luận chương I............................................................................................................23 Chương II: Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng để phục vụ dạy học phần cơ học trong chương trình SGK Vật lí 10 THPT..................24 Yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học một số kiến thức về chuyển động thẳng trong chương trình vật lí 10...........................................................................24 Chuyển động thẳng đều........................................................................................24 Khảo sát thực nghiệm chuyển động thẳng...........................................................24 Chuyển động thẳng biến đổi đều..........................................................................25 Định luật I Niu – tơn............................................................................................25 Định luật II Niu – tơn...........................................................................................26 Định luật III Niu – tơn..........................................................................................26 Định luật bảo toàn động lượng............................................................................26 Các bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng đã có............................................27 Bộ thí nghiệm cần rung ........................................................................................27 Bộ thí nghiệm băng đệm khí .................................................................................28 Bộ thí nghiệm máng CT 10-2 ...............................................................................29 Bộ thí nghiệm tương tác giữa hai xe lăn...............................................................29 Bộ thí nghiệm sử dụng đồng hồ tương tác từ....................................................... 30 Bộ thí nghiệm định luật III Niu – tơn ...................................................................31 Thiết kế bộ thí nghiệm............................................................................................... 33 Ý tưởng..................................................................................................................33 Mô hình bộ thí nghiệm.........................................................................................35 Chế tạo bộ thí nghiệm.................................................................................................35 Tiến hành thí nghiệm...................................................................................................40 Thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng đều....................................................40 Thí nghiệm nghiên cứu chuyển động nhanh dần đều............................................42 Thí nghiệm nghiên cứu định luật II Niu – tơn.......................................................44 Thí nghiệm nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng........................................45 Thí nghiệm nghiên cứu định luật III Niu – tơn......................................................47 Nhận xét bộ thí nghiệm sau khi chế tạo......................................................................52 Những điểm mới....................................................................................................52 Hướng phát triển..................................................................................................52 Soạn thảo tiến trình dạy học sử dụng bộ thí nghiệm...................................................53 Chuyển động thẳng đều.........................................................................................53 Chuyển động thẳng biến đổi đều...........................................................................56 Định luật I Niu – tơn.............................................................................................60 Định luật II Niu – tơn............................................................................................63 Định luật III Niu – tơn...........................................................................................67 Định luật bảo toàn động lượng.............................................................................72 Kết luận chương II...........................................................................................................78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................................79 Lời cảm ơn.........................................................................................................................80 Tài liệu tham khảo.............................................................................................................81 Phụ lục...............................................................................................................................82 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Thứ tự  Chữ viết tắt  Nội dung   1  GS  Giáo sư   2  PGS  Phó giáo sư   3  TS  Tiến sĩ   4  PTS  Phó tiến sĩ   5  NXB  Nhà xuất bản   6  SGK  Sách giáo khoa   7  THPT  Trung học phổ thông   8  THCS  Trung học cơ sở   MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Chúng ta đang sống trong thời đại mà cuộc cách mạng khoa học – kỹ thuật và công nghệ đang diễn ra hết sức mạnh mẽ, nó tạo cơ sở mới cho sự phát triển của xã hội, nâng cao đời sống của con người. Để theo kịp sự phát triển của khoa học và công nghệ, để hòa nhập vào nền kinh tế tri thức trong thế kỉ XXI, sự nghiệp giáo dục cũng phải nhanh chóng đổi mới nhằm đào tạo thế hệ trẻ phát triển nhân cách toàn diện có đức có tài, có trí tuệ thông minh, có tư tưởng thẩm mĩ, có sức khỏe dồi dào, sẵn sàng thực hiện nghĩa vụ lao động và bảo vệ tổ quốc, tạo nên nhân cách người Việt Nam vừa truyền thống, vừ hiện đại, phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới. Nhưng trên thực tế, quá trình giáo dục chưa đáp ứng được mục tiêu đã đề ra. Nền giáo dục của ta chưa thực sự đào tạo được thế hệ trẻ đáp ứng được với xu thế phát triển của thế giới. Chúng ta thiếu những con người có tính năng động cá nhân, có tư duy sáng tạo, có kĩ năng thực hành giỏi và tác phong công nghiệp. Tình hình đó đòi hỏi nền giáo dục phải được làm một cuộc cách mạng toàn diện, sâu sắc và triệt để. Trong đó, mấu chốt là đổi mới toàn bộ quá trình dạy học bao gồm nhiều thành tố: nội dung dạy học, phương pháp dạy học, hình thức tổ chức dạy học, cách thức kiểm tra, đánh giá kết quả học tập. [1] Nói cách khác, quá trình dạy học là một quá trình dưới sự lãnh đạo, tổ chức, điều khiển của người giáo viên, người học tự giác, tích cực, chủ động tự tổ chức, tự điều khiển hoạt động nhận thức của mình nhằm thực hiện những nhiệm vụ dạy học. Sự đổi mới phải làm cho quá trình dạy học vừa đảm bảo tính khoa học vừa đảm bảo phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. Nghị quyết hội nghị lần thứ IV Ban chấp hành Trung ương Đảng cộng sản Việt Nam khóa VII về tiếp tục đổi mới sự nghiệp giáo dục và đào tạo đã chỉ rõ “Đổi mới phương pháp dạy và học ở tất cả các cấp học, bậc học…áp dụng những biện pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề”. [8] Triển khai nghị quyết đó, ngành giáo dục nước ta đã và đang có nhiều đổi mới về mục tiêu, chương trình, nội dung sách giáo khoa, phương pháp dạy học... Trong đó có môn vật lí trung học phổ thông. Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, con đường tìm ra kiến thức vật lí cũng có những điểm khác biệt so với những môn học khác. Muốn quá trình dạy học vật lí diễn ra vừa khoa học, vừa phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh thì bài học không thể thiếu các bài thí nghiệm thực hành. Tuy nhiên, qua tìm hiểu tình hình dạy học môn vật lí ở trường phổ thông, kết quả chỉ ra rằng: thực trạng dạy học vật lí hiện nay không đáp ứng được tính khoa học thực nghiệm của bộ môn vật lí. Tình trạng thiếu thiết bị, dụng cụ hoặc có nhưng chất lượng thấp, không đồng bộ là hiện tượng phổ biến ở hầu hết các trường phổ thông, đây là một lí do khiến nhiều giáo viên dạy không có thí nghiệm. Một số trường có thiết bị nhưng ngay cả thí nghiệm biểu diễn giáo viên cũng ít làm vì nhiều lí do, học sinh thường chẳng bao giờ được làm thí nghiệm trực diện mà chủ yếu là học “chay”. Do đó không phát huy được tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh, giảm tính hấp dẫn của bộ môn vật lí đối với học sinh. Như vậy, lí luận và thực tiễn đã chỉ ra rằng các thí nghiệm thực hành vật lí đóng vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình giảng dạy. Trong chương trình vật lí phổ thông, kiến thức liên quan đến chuyển động thẳng (chuyển động thẳng đều, biến đổi đều, định luật I, II, III Niu tơn, định luật bảo toàn động lượng) là phần kiến thức cơ bản của cơ học. Hiện tại đã có nhiều bộ thí nghiệm nghiên cứu phần này. Có thể kể đến các bộ thí nghiệm: bộ cần rung điện, bộ băng đệm khí và bộ máng CT 10 -2, bộ thí nghiệm về lực tương tác giữa hai xe lăn. Tuy nhiên, các bộ thí nghiệm đó chưa đáp ứng một cách tốt nhất nhu cầu người sử dụng. Để giải quyết vấn đề trên, chúng tôi nhận thấy cần nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm mới, khắc phục được các khó khăn của các bộ thí nghiệm cũ. Và sau đó, sử dụng bộ thí nghiệm mới vào dạy học sao cho hiệu quả. Với những lí do trên, chúng tôi đã chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm chuyển động thẳng để phục vụ dạy học phần cơ học trong chương trình SGK lớp 10 THPT” 2. Mục đích nghiên cứu - Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng khắc phục được những nhược điểm của các bộ thí nghiệm đã có trước đó. - Soạn thảo tiến trình dạy học các bài học có sử dụng bộ thí nghiệm nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh. 3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu - Khách thể nghiên cứu: tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh - Đối tượng nghiên cứu: tính tích cực tự chủ sáng tạo của học sinh trong hoạt động học tập kiến thức về chuyển động thẳng. 4. Giả thuyết khoa học Ở nhiều trường phổ thông, dạy học phần kiến thức liên quan đến chuyển động thẳng (SGK Vật lí 10 NC) chưa phát huy được tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. Tồn tại tình trạng đó là do giáo viên chưa tổ chức được quá trình dạy học hợp lí, các bộ thí nghiệm đã có còn nhiều bất tiện gây khó khăn cho giáo viên khi đổi mới quá trình dạy học. Nếu thiết kế, chế tạo được một bộ thí nghiệm mới khắc phục được những nhược điểm của bộ thí nghiệm cũ và sử dụng bộ thí nghiệm mới vào dạy học một cách thích hợp thì sẽ phát huy được tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh khi học tập kiến thức về chuyển động thẳng. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng cơ sở lí luận cho đề tài cần nghiên cứu: tổng hợp kiến thức về giáo dục học, tâm lí học, lí luận dạy học để xây dựng cơ sở lí luận cho đề tài. - Nghiên cứu thực tế dạy học bài “ Chuyển động thẳng đều; Chuyển động thẳng biến đổi đều; Định luật I, II, III Niu- tơn; Định luật bảo toàn động lượng ”ở lớp 10 thuộc một số trường THPT nhằm tìm hiểu tình hình dạy học các bài này, trong đó có thực trạng thiết bị thí nghiệm ở trường phổ thông. Từ đó, xác định được các thiết bị thí nghiệm cần chế tạo, hoàn thiện. Đồng thời, việc nghiên cứu thực tế dạy học cũng còn nhằm phát hiện những khó khăn, sai lầm phổ biến của học sinh trong quá trình học tập và nguyên nhân của chúng. - Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng khắc phục được những nhược điểm của các bộ thí nghiệm đã có trước đó. Phân tích kiến thức về chuyển động thẳng, từ đó đặt ra nhiệm vụ cần thiết kế bộ thí nghiệm như thế nào, tìm hiểu các bộ thí nghiệm đã có xem đã đáp ứng được nhu cầu chưa, còn cần bổ sung gì; thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm mới theo yêu cầu đã đặt ra. - Soạn thảo tiến trình dạy học các bài học có sử dụng bộ thí nghiệm: dựa vào các kết luận thu được từ phần cơ sở lí luận để soạn thảo tiến trình dạy học phát huy được tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. 6. Các phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lí luận: nghiên cứu các vấn đề là cơ sở lí thuyết cho đề tài; nghiên cứu tài liệu về lí luận dạy học hiện đại, SGK, sách giáo viên,…soạn thảo các kiến thức liên quan đến chuyển động thẳng. - Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về việc thiết kế, chế tạo một số thiết bị thí nghiệm. - Phương pháp điều tra thăm dò : điều tra tình trạng của việc dạy học các kiến thức về chuyển động thẳng ở trường phổ thông, điều tra hiện trạng của các bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng đã có. - Phương pháp thống kê toán học được sử dụng trong quá trình xử lí các số liệu thực nghiệm. 7. Những đóng góp của đề tài - Hệ thống kiến thức về lí luận dạy học vật lí: phân biệt quá trình dạy học, phương pháp dạy học và quá trình nghiên cứu khoa học tìm ra cái mới, phương pháp nhận thức. - Tổng kết các công việc cần tiến hành để thiết kế phương án dạy học một tiết học soa cho vừa đảm bảo tính khoa học vừa phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. - Chế tạo thành công bộ thí nghiệm nghiên chuyển động thẳng bao gồm: 1 máng với 2 đường ray dẫn điện, bộ phận đo góc nghiêng, 1 súng cung cấp vận tốc, 2 xe gắn đồng hồ tương tác từ. - Sử dụng bộ thí nghiệm, soạn thảo được tiến trình dạy học các bài: chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi đều, định luật I Niu tơn, định luật II Niuton, định luật III Niu tơn, định luật bảo toàn động lượng. 8. Cấu trúc khóa luận Khóa luận gồm ba phần: phần mở đầu, phần nội dung, phần kết luận và kiến nghị. Ở phần mở đầu, khóa luận nêu lên đặc điểm chung của đề tài, phần này gồm có 8 mục nhỏ. Phần nội dung trình bày toàn bộ quá trình thực hiện đề tài. Phần này gồm hai chương: chương 1 nêu lên cơ sở lí luận của đề tài, chương hai trình bày nội dung, kết quả các công việc mà khóa luận đã nghiên cứu được. Phần kết luận và kiến nghị tổng kết lại quá trình thực hiện đề tài và nêu một vài kiến nghị, mong muốn trong quá trinhg thực hiện đề tài. PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH KHI DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG Mục tiêu, nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phổ thông [1] Mục tiêu của giáo dục Việt Nam là đào tạo thế hệ trẻ phát triển nhân cách toàn diện có đức có tài, có trí tuệ thông minh, có tư tưởng thẩm mĩ, có sức khỏe dồi dào, sẵn sàng thực hiện nghĩa vụ lao động và bảo vệ tổ quốc, tạo nên nhân cách người Việt Nam vừa truyền thống, vừ hiện đại, phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới. Theo đó, dạy học có ba nhiệm vụ cơ bản sau: Nhiệm vụ 1: Điều khiển, tổ chức học sinh nắm vững hệ thống tri thức phổ thông cơ bản và hiện đại, phù hợp với thực tiễn đất nước về tự nhiên, xã hội – nhân văn, đồng thời rèn luyện cho họ hệ thống kĩ năng, kĩ xảo tương ứng. Nhiệm vụ 2: Tổ chức, điều khiển học sinh hình thành, phát triển năng lực và phẩm chất trí tuệ, đặc biệt là năng lực tư duy độc lập, sáng tạo Nhiệm vụ 3: Tổ chức, điều khiển học sinh hình thành cơ sở thế giới quan khoa học, những phẩm chất đạo đức nói riêng và phát triển nhân cách nói chung. Các mục tiêu, nhiệm vụ dạy học chủ yếu được thực hiện thông qua dạy các môn học. Mỗi môn học có đặc điểm của mình và có thể thực hiện nhiệm vụ chung đó bằng các cách khác nhau. [2] Môn vật lí ở trường phổ thông có những đặc điểm cơ bản sau: Vật lí học nghiên cứu các hình thức vận động cơ bản nhất của vật chất, cho nên các kiến thức vật lí là cơ sở của nhiều ngành khoa học tự nhiên, nhất là hóa học và sinh học. Vật lí học ở trường phổ thông chủ yếu là vật lí thực nghiệm, phương pháp của nó chủ yếu là phương pháp thực nghiệm. Nhiều kiến thức vật lí có liên quan chặt chẽ với các vấn đề cơ bản của triết học Vật lí học là cơ sở lí thuyết của việc chế tạo máy móc, thiết bị dùng trong đời sống và sản xuất. Vật lí là khoa học chính xác, đòi hỏi có kĩ năng quan sát thực tế, khéo léo tác động vào tự nhiên khi làm thí nghiệm, có tư duy logic chặt chẽ, biện chứng, trao đổi thảo luận để khẳng định chân lí. Do đó nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phổ thông bao gồm: Trang bị cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, hiện đại, có hệ thống, bao gồm : Các khái niệm vật lí Các định luật vật lí cơ bản Nội dung chính của thuyết vật lí Các ứng dụng quan trọng nhất của vật lí trong đời sống và sản xuất Các phương pháp nhận thức phổ biến dùng trong vật lí Phát triển tư duy khoa học ở học sinh: rèn luyện những thao tác, hành động, phương pháp nhận thức cơ bản nhằm chiếm lĩnh kiến thức vật lí, vận dụng sáng tạo để giải quyết vấn đề trong học tập và hoạt động thực tiễn sau này. Bồi dưỡng cho học sinh thế giới quan duy vật biện chứng, giáo dục lòng yêu nước, thái độ đối với người lao động, đối với cộng đồng và những đức tính khác. Góp phần giáo dục kĩ thuật thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho học sinh, làm cho học sinh nắm được những nguyên lí cơ bản về cấu tạo và hoạt động của máy móc được dùng trong nền kinh tế quốc dân. Có kĩ năng sử dụng các dụng cụ thí nghiệm vật lí phổ biến, kĩ năng lắp ráp thiết bị, vẽ biểu đồ,…. Những kiến thức, kĩ năng đó giúp học sinh nhanh chóng thích ứng với hoạt động lao động sản xuất trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. 2. Quá trình dạy học vật lí 2.1 Quá trình dạy học Nhiệm vụ dạy học vật rất phức tạp và nặng nề. Tất cả những nhiệm vụ đó được thực hiện thông qua quá trình dạy học. Quá trình dạy học là một quá trình dưới sự lãnh đạo, tổ chức, điều khiển của người giáo viên, người học tự giác, tích cực, chủ động tự tổ chức, tự điều khiển hoạt động nhận thức – học tập của mình nhằm thực hiện những nhiệm vụ dạy học. 2.2 Quá trình dạy học vật lí Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm, quá trình dạy học vật lí cũng có những đặc điểm riêng của nó. 2.2.1 Quá trình dạy học vật lí diễn ra một cách khoa học Để quá trình dạy học diễn ra một cách khoa học thì cách tốt nhất là quá trình này cũng phải phỏng theo quá trình nhận thức khoa h