Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Thiết kế một số bài giảng và bước đầu xây dựng tài liệu hỗ trợ cho phần Quang hình học

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:168

Thêm vào BST

Báo xấu

69
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Thiết kế một số bài giảng và bước đầu xây dựng tài liệu hỗ trợ cho phần Quang hình học là nhằm xây dựng một số thí nghiệm sử dụng phần mềm Flash trong phần “Quang hình học"; thiết kế một số bài giảng điện tử trong phần “Quang hình học” sử dụng phần mềm Power Point và các thí nghiệm đã được xây dựng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Thiết kế một số bài giảng và bước đầu xây dựng tài liệu hỗ trợ cho phần Quang hình học

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM TP. HOÀ CHÍ MINH ------------------------------- NGUYỄN THỊ BÉ THIẾT KẾ MỘT SỐ BÀI GIẢNG VÀ BƯỚC ĐẦU XÂY DỰNG TÀI LIỆU HỖ TRỢ CHO PHẦN QUANG HÌNH HỌC Chuyeân ngaønh: Lyù luaän vaø phöông phaùp daïy hoïc moân Vaät lyù Maõ soá: 60 14 10 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ GIAÙO DUÏC HOÏC NGÖÔØI HÖÔÙNG DAÃN KHOA HOÏC: TS. ĐỖ XUÂN HỘI Thaønh Phoá Hoà Chí Minh - 2008
LỜI CẢM ƠN Trước hết, cho tôi được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS. Đỗ Xuân Hội. Thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi thực hiện đề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô giáo phản biện đã nhận xét, góp ý và sửa chữa những thiếu sót để luận văn hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả quý Thầy, Cô giáo đã giảng dạy chúng tôi trong suốt những năm học dưới mái trường Đại học Sư phạm thân yêu này. Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể Cán bộ, Giảng viên, công nhân viên ở phòng Khoa học công nghệ sau đại học đã tạo điều kiện học tập thuận lợi cho chúng tôi trong suốt những năm qua. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đối với gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp tại trường THPT Nguyễn Thái Bình – Quận Tân Bình – TP. Hồ Chí Minh, đã động viên và nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. TÁC GIẢ
MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngành giáo dục đào tạo ở nước ta hiện nay đang thực hiện nhiều đổi mới trong hoạt động dạy và học. Trong đó, tập trung đổi mới về nội dung chương trình học, sách giáo khoa, đổi mới phương pháp đánh giá và đặt biệt là đổi mới phương pháp dạy học nhằm khắc phục lối truyền thụ một chiều, học sinh thụ động tiếp thu kiến thức. Nghị quyết số 40/2000/QH10 của Quốc hội khóa 10 đã khẳng định “Xây dựng nội dung chương trình, phương pháp giáo dục, sách giáo khoa phổ thông nhằm nâng cao giáo dục toàn diện thế hệ trẻ, đáp ứng yêu cầu phát triển nguồn nhân lực phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, phù hợp với thực tiễn và truyền thống Việt Nam, tiếp cận trình độ giáo dục phổ thông ở các nước phát triển trong khu vực và thế giới”. Việt Nam đang bước vào thời kì hội nhập, có rất nhiều vấn đề chúng ta phải đổi mới để có thể hòa nhập với xu hướng quốc tế. Mục tiêu đến năm 2020 Việt Nam sẽ từ một nước nông nghiệp về cơ bản trở thành một nước công nghiệp và hội nhập với cộng đồng quốc tế. Nhân tố quyết định thắng lợi của công cuộc hiện đại hóa và hội nhập quốc tế là con người và vì thế nguồn nhân lực Việt Nam phải được phát triển về số lượng và chất lượng trên cơ sở mặt bằng dân trí được nâng cao, có những phẩm chất và năng lực được hình thành trên một nền tảng kĩ năng kiến thức chắc chắn. Việc này phải bắt đầu từ giáo dục phổ thông. Để đáp ứng được mục tiêu giáo dục hiện nay, nhiều giáo viên đã tích cực thay đổi phương pháp giảng dạy, nâng cao tính trực quan trong dạy học nhằm tạo cho học sinh hứng thú học tập, chủ động, tích cực tiếp thu kiến thức. Trong đó, phải kể đến việc ứng dụng các thành tựu công nghệ thông tin vào dạy học với sự trợ giúp của máy vi tính. Trong nhiều chỉ thị của Bộ giáo dục và đào tạo đã xác định rõ: công nghệ thông tin tác động mạnh mẽ, làm thay đổi nội dung, phương pháp và cả phương thức dạy và học. Vì thế phải đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin trong công tác giáo dục và đào tạo ở các cấp học, bậc học và ngành học.
Bên cạnh đó, trong những năm gần đây, việc ứng dụng các thành tựu khoa học vào giảng dạy diễn ra thật sự sôi nổi. Trong đó, có thể kể đến lĩnh vực tin học đã thật sự tạo nên nét mới cho giáo dục hiện nay. Những thành tựu trong lĩnh vực công nghệ thông tin đã hỗ trợ rất nhiều cho người giáo viên trong công việc giảng dạy của mình. Việc ứng dụng những phần mềm vào dạy học là một trong những khuynh hướng hiện nay đã góp phần không nhỏ vào công cuộc đổi mới giáo dục bên cạnh việc đổi mới nội dung chương trình. Mặt khác, nhiều trường phổ thông hiện nay đã được trang bị hệ thống máy vi tính và máy chiếu, nên việc sử dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy ở trường phổ thông có nhiều thuận lợi và hiện đang được khuyến khích. Thêm vào đó, ngày nay internet đã trở nên khá phổ biến, đây sẽ là nguồn tư liệu vô cùng phong phú giúp cho người giáo viên có thể thiết kế một bài giảng điện tử sinh động, hấp dẫn. Trong chương trình vật lý ở đại học cũng như phổ thông, “Quang hình học” là một phần kiến thức khá quan trọng. Ở cấp phổ thông, trước năm 2007, học sinh được học phần này ở lớp 12 (từ năm 2007 theo chương trình đối mới của Bộ giáo dục, phần “Quang hình học” được đưa vào chương trình phân ban lớp 11). Trong phần “Quang hình học”, có nhiều thí nghiệm được đề nghị thực hiện. Tuy nhiên một thực tế ở trường phổ thông hiện nay là điều kiện phòng thí nghiệm, các thiết bị thí nghiệm chưa được trang bị đầy đủ, nên việc thực hiện các thí nghiệm này còn hạn chế và gặp nhiều khó khăn. Vì thế, trong đề tài này tôi sử dụng phần mềm Flash để minh họa những thí nghiệm quan trọng mà giáo viên có thể sử dụng để minh họa cho học sinh, hầu bù đắp phần nào việc thiếu thí nghiệm. Trên tinh thần đó, trong phạm vi luận văn này, tôi đi tìm hiểu những kiến thức cơ bản và chuyên sâu thuộc nội dung phần “Quang hình học” trong chương trình lớp 12. Hiện nay, Power Point và Flash là hai phần mềm đang được sử dụng khá phổ biến trong việc thiết kế bài giảng điện tử ở trường phổ thông cho hầu hết các môn học. Riêng đối với môn vật lý, nó có thể giúp người giáo viên thết kế những thí nghiệm minh họa thay cho thí nghiệm thật mà giáo viên khó có thể thực hiện trên
lớp. Ngoài ra, tôi sưu tập và giới thiệu một vài website tham khảo có nội dung liên quan đến phần quang hình học. Tôi hy vọng việc minh họa các thí nghiệm trên máy vi tính thay cho các thí nghiệm thật mà chúng ta không có điều kiện tiến hành trên lớp sẽ có thể giúp học sinh dễ tiếp cận vấn đề, tạo được hứng thú học tập từ đó học sinh tiếp thu bài học một cách tốt hơn, rèn được nhiều kĩ năng cho học sinh hơn và giờ học sẽ trở nên sinh động và hấp dẫn hơn. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Xây dựng một số thí nghiệm sử dụng phần mềm Flash trong phần “Quang hình học” - Thiết kế một số bài giảng điện tử trong phần “Quang hình học” sử dụng phần mềm Power Point và các thí nghiệm đã được xây dựng - Tìm hiểu nội dung liên quan đến phần “Quang hình học” trên một số website - Tóm tắt một số kiến thức cơ bản và chuyên sâu trong phần “Quang hình học” - Bước đầu tìm hiểu về sử dụng phương pháp ma trận trong việc giải một số bài toán về quang hình học. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Đối tượng nghiên cứu - Sử dụng phần mềm Flash để thiết kế một số thí nghiệm minh họa. - Thiết kế một số thí nghiệm và bài giảng điện tử trong phần “Quang hình học” lớp 12 Trung học phổ thông.  Phạm vi nghiên cứu Nội dung và phương pháp giảng dạy phần “Quang hình học” trong chương trình vật lý trung học phổ thông bằng hình thức sử dụng giáo án điện tử
4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Với mục tiêu nghiên cứu như trên, tôi xác định nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài như sau: - Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc sử dụng phương tiện dạy học nói chung và việc sử dụng máy vi tính nói riêng trong dạy học vật lý. - Nghiên cứu về đặc điểm của thí nghiệm và việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý. - Nghiên cứu nội dung phần “Quang hình học” trong chương trình vật lý 12 và một số kiến thức nâng cao có liên quan. - Nghiên cứu quy trình thiết kế bài giảng điện tử . - Tìm hiểu một số website có nội dung liên quan đến phần “Quang hình học”. - Bước đầu tìm hiểu về phương pháp ma trận trong việc giải một số bài toán quang hình học. - Tiến hành thiết kế một số thí nghiệm và bài giảng điện tử phần “Quang hình học” lớp 12 trung học phổ thông. - Sử dụng những kết quả nghiên cứu vào thực nghiệm sư phạm, kiểm tra đánh giá kết quả và rút ra kết luận. 5. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Viêc lựa chọn thí nghiệm để minh họa phù hợp, sử dụng bài giảng điện tử hợp lí, việc sử dụng phần mềm dạy học với sự hỗ trợ của máy vi tính sẽ nâng cao tính trực quan trong dạy học, từ đó gây được sự chú ý của học sinh vào nội dung học tập, kích thích hứng thú học tập của học sinh, góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học tập bộ môn vật lý ở phần “Quang hình học”. 6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Phương pháp nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu các tài liệu, tạp chí giáo dục về định hướng đổi mới giáo dục ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay. - Nghiên cứu các tài liệu về lý luận dạy học, các tài liệu bồi dưỡng phương pháp giảng dạy cho giáo viên trung học phổ thông.
- Nghiên cứu một số tài liệu, giáo trình liên quan đến nội dung phần “Quang hình học” và quang học ma trận. - Nghiên cứu các giáo trình, website hướng dẫn sử dụng Flash, Power Point. - Tìm kiếm một số website có nội dung liên quan đến phần “Quang hình học” trên mạng internet.  Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Lập quy trình thiết kế các bài giảng điện tử phần “Quang hình học” lớp 12. - Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại lớp hai lớp 12 trường Trung học phổ thông Nguyễn Thái Bình –Thành phố Hồ Chí Minh. - Phân tích kết quả thực nghiệm và rút ra kết luận.  Phương pháp thu nhận dữ kiện - Trong khi tiến hành thực nghiệm sư phạm, theo dõi quan sát thái độ, hoạt động của học sinh nhằm nắm được phản ứng của các em trong việc học tập dưới sự hỗ trợ của các phương tiện hiện đại. - Tham khảo ý kiến của đồng nghiệp trong việc xây dựng các bài giảng điện tử và trong quá trình thực nghiệm sư phạm. 7. NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI - Thiết kế một số bài giảng điện tử phần “Quang hình học” - Bước đầu xây dựng tài liệu hỗ trợ cho phần “Quang hình học” bao gồm tóm tắt một số kiến thức cơ bản và nâng cao; sử dụng phương pháp ma trận trong việc giải một số bài toán quang hình học, xây dựng một số thí nghiệm minh họa bằng phần mềm Flash để hỗ trợ cho việc thiết kế bài giảng điện tử. 8. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN  Mở đầu  Chương I: Cơ sở lí luận  Chương II: Thiết kế một số thí nghiệm minh họa và bài giảng điện tử và bước đầu xây dựng tài liệu hỗ trợ cho phần “Quang hình học”  Chương III: Thực nghiệm sư phạm  Kết luận
Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN 1. 1. Cơ sở khoa học của việc sử dụng phương tiện dạy học trong dạy học vật lý 1.1.1. Các phương tiện dạy học [1] 1.1.1.1. Các phương tiện dạy học truyền thống Trong dạy học vật lý, chúng ta thường sử dụng các phương tiện sau: - Bảng - Tranh ảnh và các bản vẽ sẵn - Các tài liệu in: sách giáo khoa, sách bài tập, sách hướng dẫn và các tài liệu tham khảo khác - Các mô hình vật chất - Các thiết bị thí nghiệm dùng để tiến hành các thí nghiệm của giáo viên và các thí nghiệm của học sinh - Các vật thật trong đời sống và kỹ thuật 1.1.1.2. Các phương tiện dạy học hiện đại Bên cạnh những phương tiện dạy học quen thuộc trong dạy học truyền thống, ngày nay các phương tiện nghe nhìn được khai thác và sử dụng rộng rãi trong dạy học: - Phim học tập: phim đèn chiếu, phim chiếu bóng, phim học tập trên truyền hình, phim video. - Các phần mềm máy vi tính được sử dụng để minh họa hay mô phỏng các hiện tượng, các quá trình vật lý. Trong một số thí nghiệm, máy vi tính đóng vai trò là máy đo và xử lí kết quả thí nghiệm. Các phương tiện nghe nhìn được sử dụng trong dạy học với sự hỗ trợ của máy móc kỹ thuật. Thông tin chứa trong phương tiện này gồm hình ảnh và âm thanh. Chúng tác động đến học sinh qua hình ảnh (hình ảnh tĩnh hoặc động, sơ đồ, kí hiệu,…) và âm thanh (tiếng nói, nhạc điệu, tiếng động,…).
1.1.2. Các chức năng của phương tiện dạy học 1.1.2.1. Các chức năng của phương tiện dạy học theo quan điểm của lí luận dạy học - Sử dụng phương tiện dạy học để tạo động cơ học tập, kích thích hứng thú nhận thức của học sinh, đặc biệt trong giai đoạn định hướng mục đích nghiên cứu. - Sử dụng phương tiện dạy học để hình thành kiến thức và kỹ năng mới. - Phương tiện dạy học có thể sử dụng một cách đa dạng trong quá trình cũng cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hóa,…) kiến thức, kỹ năng của học sinh. - Phương tiện dạy học được sử dụng để kiểm tra kiến thức, kỹ năng mà học sinh đã thu được. - Bên cạnh đó, việc sử dụng phương tiện dạy học (thiết bị thí nghiệm, mô hình, tranh ảnh, video,…) còn mang lại những hiệu quả về mặt xúc cảm do những đặc điểm bên ngoài (hình ảnh, màu sắc,..) được bố trí đẹp về mặt thẩm mỹ, cách thức gây tác động đến học sinh. - Phương tiện dạy học phải được thiết kế và cần được giáo viên sử dụng sao cho mang lại tác dụng tốt trong việc điều khiển quá trình nhận thức của học sinh. - Nhiều phương tiện dạy học như các mô hình có thể tháo lắp được, máy vi tính được sử dụng như thiết bị đo và xử lý các kết quả thí nghiệm,.. là những phương tiện quý báo giúp cho việc hợp lý hóa quá trình lĩnh hội kiến thức của học sinh. - Phương tiện dạy học góp phần vào việc thực hiện một trong những nhiệm vụ của dạy học vật lý là phát triển tốt nhân cách của từng học sinh. 1.2.2.2. Các chức năng của phương tiện dạy học theo quan điểm của tâm lý học học tập Theo quan điểm tâm lí học học tập, hoạt động nhận thức của học sinh có thể diễn ra trên nhiều bình diện khác nhau: bình diện hành động đối tượng – thực tiễn,
bình diện trực quan trực tiếp, bình diện trực quan gián tiếp và bình diện nhận thức khái niệm – ngôn ngữ. Học sinh chỉ có thể nắm vững sâu sắc, chính xác, bền vững và vận dụng được các kiến thức, nếu như trong quá trình học tập, hoạt động nhận thức của học sinh diễn ra trên nhiều bình diện khác nhau. Việc sử dụng phương tiện dạy học tạo đều kiện rất thuận lợi cho quá trình nhận thức của học sinh trên tất cả các bình diện khác nhau, đặc biệt trên bình diện trực quan trực tiếp và bình diện trực quan gián tiếp. Các bình diện của họat Các ví dụ về việc các phương tiện dạy học tạo động nhận thức điều kiện cho họat động nhận thức của học sinh Bình diện hành động – đối - Các thí nghiệm của học sinh với các thiết bị tượng – thực tiễn thí nghiệm Bình diện trực quan trực - Các vật thật, các bức ảnh chụp tiếp - Các thí nghiệm của giáo viên với các thiết bị thí nghiệm - Phim học tập Bình diện trực quan gián - Các thí nghiệm mô hình tiếp - Các phim họat họa - Các phần mềm MVT mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lý - Các mô hình vật chất - Các hình vẽ, sơ đồ Bình diện nhận thức khái - Sách giáo khoa, sách bài tập, sách tahm khảo niệm – ngôn ngữ - Các phần mềm máy vi tính dùng cho việc ôn tập Như vậy rõ ràng cần phải sử dụng phối hợp các phương tiện dạy học trong dạy học vật lý để tạo điều kiện cho hoạt động nhận thức của học sinh diễn ra trên nhiều bình diện khác nhau nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức của học sinh.
1.1.3. Một số định hướng chung về phương pháp sử dụng phương tiện dạy học Sử dụng phối hợp các phương tiện dạy học trên các bình diện khác nhau của hoạt động nhận thức ở các khâu của quá trình dạy học. Gắn việc sử dụng phương tiện dạy học với các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh, tạo ra các kích thích đa dạng về mặt cơ học, âm học, quang học… với mối tương quan phù hợp trong quá trình thu nhận và chế biến thông tin của học sinh, kích thích sự tranh luận tích cực của học sinh đối với đối tượng nhận thức. Đặt biệt trong việc tổ chức học sinh tiến hành các thí nghiệm ở khâu nghiên cứu tài liệu mới hoặc trong thực hành, các hoạt động chân tay (vẽ sơ đồ thí nghiệm, bố trí thí nghiệm, sử dụng các dụng cụ, đo đạc, viết kết quả thí nghiệm…) cần gắn liền với họat động trí óc (đề xuất giả thuyết, thiết kế phương án thí nghiệm, so sánh, khái quát hóa, tính toán, mô tả, giả thích kết quả thí nghiệm…). Việc sử dụng phương tiện dạy học trong quá trình hình thành và vận dụng kiến thức phải góp phần làm sáng tỏ tính biện chứng giữa cái chung và cái riêng, cái giống nhau và khác nhau giữa các hiện tượng, quá trình vật lý. Việc sử dụng phương tiện dạy học góp phần làm tăng tính chính xác và tính hệ thống của các kiến thức mà học sinh lĩnh hội. 1.2. Sử dụng máy vi tính trong dạy học vật lý 1.2.1. Cơ sở khoa học của việc sử dụng máy vi tính trong dạy học vật lý 1.2.1.1. Cơ sở tâm lý học Phương tiện dạy học là một trong những yếu tố đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả dạy học. Sự tương quan hợp lí giữa lời nói của giáo viên và phương tiện trực quan sẽ giúp học sinh lĩnh hội tri thức tốt hơn. Để hình thành ở người học một phương thức tư duy đúng đắn và hệ thống kiến thức bền vững thì cần phải nâng cao tính tích cực nhận thức ở học sinh. Việc sử dụng máy vi tính trong dạy học sẽ góp phần đáp ứng được yêu cầu này. Với những hình ảnh sinh động, sự kết hợp hài hòa giữa màu sắc, âm thanh, văn bản,… sẽ góp phần nâng cao tính trực quan, từ đó tác động tích cực vào các giác quan của học sinh, tạo cơ
sở cho việc phát triển các năng lực tư duy của học sinh. Như vậy, việc sử dụng máy vi tính trong dạy học, trước hết gây được sự chú ý của học sinh vào đối tượng cần nghiên cứu, hình thành sự tò mò khám phá tri thức và thúc đẩy học sinh tham gia một cách tích cực vào tiến trình dạy học – đây là điều kiện cần thiết để quá trình lĩnh hội kiến thức đạt hiệu quả cao. Khi sử dụng máy vi tính trong đánh giá kết quả học tập của học sinh luôn bảo đảm sự công bằng, khách quan nên có thể hình thành ở học sinh những thói quen tốt: trung thành với bản thân và đánh giá khách quan đối với người khác. 1.2.1.2. Cơ sở lí luận dạy học Mục tiêu dạy học của Việt Nam trong giai đoạn hiện nay là đào tạo nên những con người lao động năng động, sáng tạo, luôn đáp ứng kịp thời sự phát triển của khoa học và công nghệ. Để đáp ứng được yêu cầu đó, đòi hỏi phải có sự cải tiến, hiện đại hóa về nội dung chương trình, phương pháp giảng dạy và cả phương tiện dạy học. Khi máy vi tính được sử dụng trong dạy học như một phương tiện dạy học hiện đại, người dạy học có cơ hội thuận lợi để sử dụng phương pháp mô hình hóa vì máy vi tính có khả năng cho ta xây dựng nên các mô hình tĩnh hoặc động với chất lượng cao, có thể vận động theo những quy luật khách quan của hiện tượng mà người lập trình đã đưa vào chương trình. Với vai trò là một phương tiện dạy học, máy vi tính có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn của quá trình dạy học: củng cố trình độ tri thức xuất phát của học sinh, xây dựng tri thức mới, ôn luyện và vận dụng tri thức, tổng kết hệ thống hóa kiến thức và kiểm tra đánh giá trình độ tri thức, kĩ năng của học sinh. Điều này chứng tỏ máy vi tính có thể góp phần thực hiện một cách có hiệu quả các nhiệm vụ của quá trình dạy học. Theo chủ nghĩa Mac – Lênin, giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh là một trong những nhiệm vụ hàng đầu mà giáo dục phải đạt được. Vật lý học là một môn khoa học có tính thực nghiệm nên có nhiều thế mạnh trong việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh. Một trong những vấn đề cần thực hiện để giải quyết nhiệm vụ này là lựa chọn tài liệu học tập có giá trị khoa học lớn và có xu hướng thực
tiễn, đặc biệt là về kỹ thuật và công nghệ, lựa chọn những phương pháp, phương tiện góp phần phát triển những năng lực sáng tạo của học sinh. Như vậy, việc lựa chọn máy vi tính và các ứng dụng của công nghệ thông tin làm phương tiện dạy học tạo điều kiện cho các em học sinh làm quen, tìm hiểu nguyên lí của các ứng dụng trong hệ thống thiết bị điều khiển tự động có trong thực tế sản xuất và góp phần định hướng nghề nghiệp trong tương lai [2]. 1.2.1.3. Cơ sở thực tiễn Sử dụng công nghệ thông tin vào dạy học là một trong những hướng nhằm đổi mới việc dạy và học hiện nay. Với thực tế phát triển của công nghệ thông tin và kỹ thuật, máy vi tính ngày càng được sử dụng rất rộng rãi, hầu hết các truờng phổ thông đều được trang bị máy vi tính trong việc quản lí, và là phương tiện dạy học để hỗ trợ giáo viên và học sinh có thể thực hành trên máy tính. Bên cạnh đó, trong chương trình của bộ môn Tin học, học sinh được trang những hiểu biết khá đây đủ về phần cứng, cũng như một số phần mềm thông dụng. Về phía giáo viên, một số giáo viên có trình độ tin học đủ đáp ứng cho việc sử dụng máy vi tính như một phương tiện dạy học. Mặt khác, không thể không kể đến những phần mềm phục vụ cho giáo dục ra đời ngày càng nhiều hơn. Với những điều kiện thuận lợi như thế thì việc sử dụng máy vi tính trong dạy học có thể áp dụng rộng rãi trong nhà trường là điều hoàn toàn có thể thực hiện được [7]. 1.2.2. Sử dụng máy vi tính trong dạy học vật lý 1.2.2.1. Sử dụng máy vi tính trong dạy học Cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, phần cứng của máy tính ngày càng được nâng cấp và sự ra đời của nhiều phần mềm với tính năng hỗ trợ ngày càng cao nên máy vi tính đã được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực của xã hội: nghiên cứu khoa học, kinh tế, quốc phòng,…Đặc biệt trong lĩnh vực giáo dục, ngày càng có nhiều người nghiên cứu việc sử dụng máy vi tính trong dạy học.
Nhờ có chức năng lưu trữ và hiển thị một lượng thông tin vô cùng lớn dưới dạng văn bản, hình ảnh và âm thanh nên máy vi tính được sử dụng để hỗ trợ giáo viên trong việc minh họa các hiện tượng, các quá trình tự nhiên cần nghiên cứu. Người dạy hoàn toàn có thể chủ động lựa chọn, sắp xếp các thông tin cần truyền đạt cho học sinh theo một trình tự tùy ý. Một trong những ưu điểm của máy vi tính so với các phương tiện khác là các quá trình, hình ảnh, văn bản có thể được phóng to, thu nhỏ, làm chậm, làm nhanh, dừng lại quá trình đang xảy ra hay chuyển sang nghiên cứu quá trình khác [1]. Bên cạnh đó, máy vi tính còn được sử dụng trong việc mô phỏng, mô hình hóa các hiện tượng, các quá trình cần nghiên cứu dưới sự hỗ trợ của nhiều phần mềm (đồ họa, thiết kế,…) để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nhận thức của học sinh. Tương tự vậy, nhờ máy vi tính, ta có thể xây dựng các mô hình về các đối tượng nghiên cứu giúp cho việc nhận thức đối tượng đó được thuận lợi hơn. Một thuận lợi khác là ta có thể xây dựng và quan sát mô hình tĩnh hay động dưới nhiều góc độ khác nhau, trong một không gian hai hay ba chiều, với đủ các màu sắc trong tự nhiên. Mặt khác, ngày càng có nhiều chương trình được xây dựng nhằm hỗ trợ cho việc tự học, tự ôn tập của học sinh, trong đó các yếu tố kích thích hứng thú, phát huy tính tích cực tự lực cũng như phát triển năng lực trí tuệ của học sinh hết sức được chú trọng. Việc kiểm tra, đánh giá với sự hỗ trợ của máy vi tính đang được sử dụng trong lĩnh vực dạy học nhằm bảo đảm được tính khách quan, chính xác cao. Nhiều phần mềm tự kiểm tra đánh giá có sự tương tác nên bảo đảm thực hiện các mối liên hệ ngược trong quá trình dạy học. 1. 2.2.2. Sử dụng máy vi tính trong dạy học vật lý Trong nhiều môn học, máy vi tính được sử dụng ở các lĩnh vực: học tập, ôn tập bằng máy, kiểm tra, đánh giá kết quả bằng máy, xử lý và tính toán các kết quả bằng máy,… riêng đối với môn vật lý, máy vi tính còn được sử dụng chủ yếu trong các lĩnh vực quan trọng sau: - Mô phỏng các đối tượng vật lý cần nghiên cứu
- Hỗ trợ trong việc xây dựng các mô hình - Hỗ trợ các thí nghiệm vật lý - Hỗ trợ cho việc phân tích băng video ghi các quá trình vật lý thực Là một thiết bị đa phương tiện, có thể kết nối với các phương tiện hiện đại khác nên việc sử dụng máy vi tính đặc biệt mang lại hiệu quả cao trong việc thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu cũng như trình bày kết quả một cách tự động, chính xác; góp phần giải quyết những khó khăn mà các phương tiện dạy học khác chưa giải quyết được. Sử dụng máy vi tính trong việc mô phỏng các đối tượng nghiên cứu của vật lý [1] Mô phỏng các đối tượng nghiên cứu của vật lý nhờ máy vi tính theo quan điểm của lí luận dạy học là một phương pháp dạy học. Xuất phát từ các tiên đề hay các kết luận lý thuyết (các phương trình hoặc nguyên lý vật lý) được viết dưới dạng toán học, vận dụng các phương pháp tính toán trên mô hình nhờ máy vi tính giải quyết các nhiệm vụ sau: - Mô phỏng, minh họa một các trực quan và chính xác các hiện tượng, các quá trình vật lý cần nghiên cứu. - Mô phỏng các hiện tượng, quá trình vật lý, để qua đó tìm ra các kiến thức mới bằng con đường nhận thức lý thuyết. Mô phỏng, minh họa một cách trực quan các hiện tượng, quá trình vật lý Do những đặc điểm của khoa học vật lý đòi hỏi việc giảng dạy bộ môn này trong nhà trường phải dựa vào thí nghiệm giáo khoa. Quan sát là điểm xuất phát của việc nghiên cứu hiện tượng vật lý, nguồn biểu tượng đầu tiên về hiện tượng đó. Giáo viên cần tổ chức quan sát trong tiến trình thực hiện thí nghiệm. Tuy nhiên, trong chương trình vật lý phổ thông có một số quá trình cần nghiên cứu mà ta không thể quan sát chúng trong tự nhiên một các dễ dàng như: chuyển động rơi, chuyển động ném ngang của một vật, dao động điều hòa, dao động điện, hiện tượng phân rã hạt nhân, phóng xạ,… vì diễn biến của các quá trình này nhanh quá hoặc chậm quá không thể bằng mắt thường ta xác định được những đại lượng
cần thiết và nhiều thí nghiệm mà ta không thể thực hiện được vì dụng cụ sử sụng cồng kềnh, phức tạp, đắt tiền, không an toàn. Trong những trường hợp đó, ta hoàn toàn có thể sử dụng máy vi tính để mô phỏng các quá trình đó, nghĩa là hiển thị hiện tượng, quá trình nghiên cứu trên màn hình, làm cho quá trình đó diễn ra nhanh hơn hay chậm đi, có thể dừng lại từng giai đoạn để ta nghiên cứu dễ dàng. Tuy nhiên, mức độ chính xác của việc mô phỏng còn phụ thuộc vào hai yếu tố: - Thứ nhất, nó phụ thuộc vào nhận thức của người nghiên cứu về quy luật phản ánh hiện tượng, quá trình vật lý. Các quy luật này thường được mô tả bằng các phương trình, hệ phương trình toán lý. - Thứ hai, nó phụ thuộc vào khả năng của người lập trình, sử dụng ngôn ngữ máy tính để phản ánh lại các quy luật đó chính xác đến chừng nào trong phần mềm của máy vi tính. Mô phỏng các hiện tượng, quá trình để qua đó tìm ra các kiến thức mới Ngoài khả năng mô phỏng một cách trực quan và chính xác các hiện tượng, quá trình vật lý, máy vi tính còn có thể tạo điều kiện để đi sâu vào và tìm ra các mối quan hệ có tính quy luật của các hiện tượng, quá trình vật lý nhờ các chức năng ưu việt trong việc tính toán và xử lý số liệu của máy vi tính. Vai trò của máy vi tính ở đây là tạo ra các khả năng rút ngắn thời gian tính toán và tìm ra lời giải cho các bài toán và nhờ vào các phần mềm được cài đặt sẵn trong máy có thể giúp giáo viên và học sinh thực hiện nhanh chóng các tính toán lý thuyết. Bên cạnh đó, máy vi tính có khả năng hiển thị các kết quả tính toán, xử lý số liệu dưới nhiều dạng trực quan khác nhau, tạo điều kiện cho người học dễ phát hiện ra các mối quan hệ chứa đựng trong đó. Các kết quả tìm được trên tính toán lý thuyết này phải kiểm tra bằng thực nghiệm như mọi kết luận được suy ra từ con đường lý thuyết khác. Các kết luận đã được kiểm chứng bằng thí nghiệm sẽ được dùng để tiên đoán các hiện tượng liên quan [1].
Sử dụng máy vi tính hỗ trợ việc xây dựng các mô hình toán học (đồ thị, biểu thức, phương trình) của các hiện tượng, quá trình vật lý Khi nghiên cứu các hiện tượng, quá trình vật lý mới, người ta tiến hành quan sát, đo đạc, thu thập, phân tích và xử lý số liệu để đi tới nhận thức được các quy luật chi phối chúng. Trước hết cần thử xem các hiện tượng, quá trình này có tuân theo những quy luật đã biết hay không. Nếu các hiện tượng, quá trình này không tuân theo các quy luật đã biết thì nhiệm vụ của người nghiên cứu phải xây dựng một mô hình toán học mới (đồ thị, biểu thức, phương trình) cho hiện tượng, quá trình đang nghiên cứu này sao cho có thể giải thích được những kết quả quan sát, đo đạc đã thu thập được. Các bước trong việc xây dựng mô hình toán học nhờ máy vi tính: - Quan sát hiện tượng, quá trình cần nghiên cứu. Phải quan sát tỉ mỉ, tiến hành các phép đo, thu thập các số liệu, biểu thị số liệu dưới dạng bảng hay đồ thị. - Đưa ra giả thuyết về các mối liên hệ có tính quy luật của một số đại lượng vật lý trong hiện tượng, quá trình đang nghiên cứu. - Kiểm tra giả thuyết (mô hình toán học). Việc kiểm tra giả thuyết đưa ra là đúng hay sai là một việc khó khăn. Sử dụng máy vi tính hỗ trợ các thí nghiệm vật lý Một trong các ứng dụng đặc trưng của máy vi tính là hỗ trợ các thí nghiệm vật lý Máy vi tính có thể tham gia vào thí nghiệm thực với tư cách là một thiết bị đo, lưu trữ, xử lí và hiển thị kết quả - Là thiết bị cập nhật số liệu: số liệu có thể được con người đưa vào từ bàn phím hoặc qua các thiết bị chuyển đổi nối kết với hệ thống máy vi tính, hoặc qua các file dữ liệu. - Là một máy đo vạn năng có độ chính xác cao: nhờ có các thiết bị ngoại vi và các phần mềm hỗ trợ mà máy vi tính có thể thực hiện chức năng của
nhiều thiết bị đo từ cường độ dòng điện, hiệu điện thế, điện trở, nhiệt độ, thời gian,… - Là thiết bị lưu trữ và xử lý số liệu với tốc độ nhanh - Là thiết bị hiển thị kết quả dưới nhiều dạng dữ liệu khác nhau (văn bản, hình ảnh, âm thanh) với khả năng đồ họa cao. Sử dụng máy vi tính hỗ trợ việc phân tích các băng video ghi các quá trình vật lý Việc ghi các quá trình vật lý thực vào băng hình và quay chậm lại tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho việc quan sát đối tượng nghiên cứu. Tuy nhiên việc sử dụng băng hình này còn khó khăn, thường mất nhiều thời gian trong việc thu thập số liệu, thực hiện các phép toán trong phân tích và xử lý số liệu cũng như trong việc trình bày các kết quả đó. Để giải quyết những khó khăn này, người ta đã sử dụng máy vi tính với các phần mềm tương ứng. Các giai đoạn sử dụng máy vi tính để hỗ trợ việc sử dụng các băng ghi hình trong nghiên cứu các quá trình vật lý: - Quan sát quá trình vật lý cần nghiên cứu. - Xác định tọa độ và thời điểm tương ứng của vật chuyển động - Lập bảng số liệu về quan hệ giữa tọa độ và thời gian trong chuyển động - Phân tích, xử lý số liệu và trình bày kết quả của việc phân tích, xử lý. 1.3. Thí nghiệm trong dạy học vật lý [1] Thí nghiệm vật lý là một phương pháp nghiên cứu mà trong đó chủ thể tác động lên đối tượng bằng một loạt các thao tác có chủ định, có hệ thống và theo dõi sự biến đổi của các đối tượng nhằm tìm hiểu chúng một cách chủ động. Thông qua sự phân tích các các điều kiện và kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới. Trong thí nghiệm vật lý, người nghiên cứu chủ động tạo ra những điều kiện cần thiết để làm cho hiện tượng diễn ra một cách khách quan và thuần khiết, làm sao cho nó bộc lộ rõ mặt chủ yếu và bản chất. Để nghiên cứu mối quan hệ giữa các mặt, các yếu tố của một đối tượng, ta thay đổi các điều kiện tác động, quan sát, đo,
ghi lại các dữ kiện, các kết quả thí nghiệm bằng máy móc, dụng cụ đặc biệt với mục đích xác định. 1.3.1. Các đặc điểm của thí nghiệm vật lý Thí nghiệm trong vật lý có một số đặc điểm sau đây: - Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm có thể trả lời được các câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc các hệ quả suy ra từ một giả thuyết. Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần phải xác định rõ: • Xác định đối tượng và nhiệm vụ thí nghiệm và đối tượng nghiên cứu. • Lựa chọn phương pháp nghiên cứu và cách thức để đạt được phương pháp đó. • Dùng toán học và suy luận logic để xử lý kết quả thí nghiệm đi đến những kết luận cần thiết. - Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là phải đảm bảo sự quan sát được biến đổi của một đại lượng nào đó do sự biến đổi của đại lượng khác. - Có thể làm lại các thí nghiệm nhiều lần và bảo đảm kết quả thu được tương đối giống nhau. - Một thí nghiệm bao giờ cũng mang tính chủ quan vì nó phụ thuộc vào khả năng cảm nhận, năng lực và kiến thức của người thí nghiệm; việc xác lập mục đích và phương pháp nghiên cứu cũng như các thao tác của người thí nghiệm. - Mọi thí nghiệm đều được gắn liền với một hệ thống lý thuyết bởi vì thí nghiệm bao giờ cũng diễn ra theo một mục đích xác định được xây dựng trên cơ sở của một hệ thống kiến thức nhất định và khi xứ lý kết quả phải sử dụng lý thuyết bao giờ thí nghiệm cũng được đi trước bằng một hệ thống lý thuyết, và trong nhiều trường hợp, từ hệ thống lý thuyết người ta tiên đoán trước một cách chính xác kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên cũng
có những trường hợp mà kết quả của nó lại làm tiền đề cho một lý thuyết mới. 1.3.2. Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lý 1.3.2.1 Vai trò trong nhận thức của thí nghiệm vật lý Thí nghiệm là phương tiện cung cấp các dữ kiện phát hiện vấn đề: Nhiều vấn đề của việc dạy học vật lý cũng như nhận thức thực tiễn có thể được đặt ra thông qua những hiện tượng thực thực tiễn hoặc thông qua những kiến thức đã có. Tuy nhiên rất nhiều hiện tượng vật lý không thể diễn ra trực tiếp trong lớp học cũng như không thể quan sát được trong tự nhiên. Trong trường hợp này thí nghiệm sẽ làm nỗi rõ những hiện tượng và làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu cho học sinh. Thí nghiệm cung cấp các dữ kiện cho việc xây dựng các kiến thức vật lý. Trong rất nhiều phương pháp nghiên cứu và xây dựng kiến thức vật lý, đều phải có sử dụng đến thí nghiệm vật lý. Ta xét vai trò của thí nghiệm trong một số phương pháp xây dựng kiến thức vật lý: - Trong phương pháp thực nghiệm trước hết ta dự đoán về một thuộc tính, một mối quan hệ nào đó của đối tượng, sau đó đi xây dựng thí nghiệm để xác nhận dự đoán đó. Các kết quả thí nghiệm sẽ được xử lý và khái quát hóa để dẫn tới kiến thức vật lý. - Trong phương pháp suy luận logic, xuất phát từ những kiến thức đã có và những dữ kiện thu nhận được qua thí nghiệm, qua quan sát mà dùng suy luận logic để xây dựng một kiến thức mới. Từ đó đi xây dựng một thí nghiệm để xác nhận kết quả này và khái quát hóa kết quả để hình thành kiến thức mới. - Trong phương pháp tương tự, giả sử ta có đối tượng A đã được mô tả đầy đủ bởi những thuộc tính và những quy luật đã biết. Một đối tượng B khác cũng có một vài thuộc tính tương tự như A, do đó ta có thể suy ra đối tượng B cũng có những thuộc tính còn lại của A. Từ đó có thể lấy một số phương pháp và kết quả nghiên cứu của đối tượng A áp dụng cho đối tượng B để xây dựng nhựng tri thức mới về B. Để kiểm chứng tính chính xác của những dự