Luận văn Thiết kế, chế tạo và sử dụng bộ thí nghiệm về giao thoa sóng nước nhằm phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học bài Giao thoa sóng - Vật lí 12 nâng cao

1 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU...........................................................................................................5 1. Lý do chọn đề tài...........................................................................................5 2. Mục tiêu nghiên cứu......................................................................................6 3. Giả thuyết khoa học.......................................................................................7 4. Tổng quan vấn đề nghiên cứu......................................................................7 5. Nhiệm vụ nghiên cứu....................................................................................7 6. Phƣơng pháp nghiên cứu..............................................................................8 7. Đóng góp của luận văn.................................................................................9 8. Cấu trúc của luận văn....................................................................................9 CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN...................................................................11 1.1. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƢỜNG PHỔ THÔNG..........................................................................................11 1.1.1. Đặc điểm của môn học Vật lí ở trƣờng phổ thông................................11 1.1.2. Mục tiêu dạy học Vật lí ở trƣờng phổ thông.........................................11 1.2. PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC TÍCH CỰC..............................................13 1.2.1. Tính tích cực trong học tập...................................................................13 1.2.2. Đặc trƣng của phƣơng pháp dạy học tích cực ......................................15 1.2.3. Các phƣơng pháp dạy học tích cực.......................................................17 1.3. THÍ NGHIỆM VẬT LÍ, ĐẶC ĐIỂM, YÊU CẦU CỦA THÍ NGHIỆM VẬT LÍ .................................................................................19 1.3.1. Thí nghiệm Vật lí..................................................................................19 1.3.2. Đặc điểm của thí nghiệm Vật lí............................................................20 1.3.3. Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trƣờng phổ thông ..............................................................................................21 2 1.3.4. Các loại thí nghiệm trong dạy học Vật lí...............................................25 1.3.5. Các yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lí...................................................27 Kết luận chƣơng I ...............................................................................31 CHƢƠNG II: XÂY DỰNG THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CÁC NỘI DUNG KIẾN THỨC BÀI “GIAO THOA SÓNG” – VẬT LÍ 12 (NÂNG CAO) .........................................................................32 2.1. NỘI DUNG KIẾN THỨC VÀ CÁC THÍ NGHIỆM CẦN TIẾN 2.2. HÀNH TRONG BÀI...............................................................................32 2.1.1. Các nội dung cần tiến hành trong bài....................................................32 2.1.2. Các thí nghiệm cần tiến hành trong bài.................................................32 2.3. THỰC TẾ DẠY BÀI “GIAO THOA SÓNG” Ở MỘT SỐ TRƢỜNG PHỔ THÔNG.........................................................................32 2.3.1. Mục đích điều tra..................................................................................32 2.3.2. Phƣơng pháp điều tra............................................................................33 2.3.3. Kết quả điều tra.....................................................................................33 2.4. THIẾT KẾ XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM VỀ GIAO THOA SÓNG NƢỚC..........................................................................................36 2.3.1. Giới thiệu khái quát bộ thí nghiệm.......................................................36 2.3.2. Lắp đặt và tiến hành thí nghiệm...........................................................38 2.3.3. Giải thích kết quả thu đƣợc...................................................................40 2.3.4. Một số lƣu ý khi tiến hành thí nghiệm..................................................42 2.3.5. Những ƣu nhƣợc điểm của bộ thí nghiệm đã thiết kế...........................42 2.4. SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI GIAO THOA SÓNG – VẬT LÍ 12 (NÂNG CAO)......................................................................42 2.4.1. Sơ đồ biểu đạt lôgic của tiến trình khoa học giải quyết vấn đề dạy học bài Giao thoa sóng.................................................................................42 2.4.2. Thiết kế bài soạn bài Giao thoa sóng....................................................45 3 2.4.3. Phƣơng án kiểm tra đánh giá................................................................52 Kết luận chƣơng II..............................................................................53 CHƢƠNG III. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM............................................54 3.1. MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM..................54 3.1.1. Mục đích TNSP....................................................................................54 3.1.2. Nhiệm vụ của TNSP.............................................................................54 3.2. ĐỐI TƢỢNG VÀ NỘI DUNG TNSP.....................................................54 3.2.1. Đối tƣợng TNSP...................................................................................54 3.2.2. Nội dung TNSP ....................................................................................55 3.3. NHỮNG THUẬN LỢI VÀ KHÓ KHĂN KHI TIẾN HÀNH TNSP …….………………………………………………………..…..55 3.3.1. Những thuận lợi....................................................................................55 3.3.2. Những khó khăn....................................................................................56 3.4. PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TNSP...................................56 3.4.1. Phân tích định tính dựa trên theo dõi hoạt động của HS trong giờ học........................................................................................57 3.4.2. Phân tích kết quả định lƣợng dựa trên kết quả bài kiểm tra..................57 3.4.3. Khống chế các tác động ảnh hƣởng đến TNSP.....................................57 3.5. ĐÁNH GIÁ CỤ THỂ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC ĐÃ SOẠN THẢO BÀI “GIAO THOA SÓNG”...................................................................59 3.5.1. Tính khả thi của tiến trình dạy học đã soạn thảo..................................59 3.5.2. Tính khả thi của bộ thí nghiệm đã thiết kế............................................63 3.6. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA TIẾN TRÌNH DẠY HỌC THÔNG QUA BÀI KIỂM TRA ...........................................................................63 3.6.1. Yêu cầu chung về việc xử lý kết quả thực nghiệm sƣ phạm.................63 3.6.2. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm...............................................................65 3.7. ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ TNSP..............................................................68 4 Kết luận chƣơng III................................................................................69 KẾT LUẬN CHUNG.............................................................................70 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................73 PHỤ LỤC ..............................................................................................76 5 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nƣớc ta đang bƣớc vào giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa với mục tiêu đến năm 2020 Việt Nam sẽ cơ bản trở thành một nƣớc công nghiệp. Nhân tố quyết định thắng lợi của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế là con ngƣời, việc này cần đƣợc bắt đầu từ giáo dục phổ thông mà trƣớc hết đó là một hệ thống phẩm chất và năng lực đƣợc hình thành trên một nền tảng kiến, thức kĩ năng đủ và vững chắc. Trong nền giáo dục đó, quá trình dạy học phải phát huy đƣợc tính tích cực, chủ động của ngƣời học để đào tạo ra những ngƣời lao động có khả năng sáng tạo, thích ứng nhanh với những yêu cầu, những đòi hỏi của thời kỳ mới. Do vậy, đổi mới nội dung và phƣơng pháp dạy học là vấn đề mang tính thời sự. Từ Nghị quyết Trung ƣơng 4 khóa VII (tháng 1 năm 1993), Nghị quyết Trung ƣơng 2 khóa VIII (tháng 12 năm 1996) đến Nghị quyết Hội nghị lần thứ II Ban Chấp hành Trung ƣơng Đảng Cộng sản Việt Nam khoá VIII năm 1997 đều khẳng định: “Phải đổi mới phương pháp đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học. Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh”. Điều đó đã đƣợc thể chế hóa trong điều 28 Luật Giáo Dục năm 2005 và đƣợc cụ thể hóa trong các chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào tạo, đặc biệt là chỉ thị số 14 (tháng 4 năm 1999). Có thể nói cốt lõi của đổi mới dạy và học là hƣớng tới hoạt động học tập chủ động, phát huy tính tích cực của học sinh. Vì vậy, hiện nay toàn ngành giáo dục đã và đang từng bƣớc đổi mới mạnh mẽ về nội dung và phƣơng pháp dạy học nhƣ thiết kế lại chƣơng trình và nội dung sách giáo khoa, đổi mới 6 phƣơng pháp dạy học, tăng cƣờng thiết bị và phƣơng tiện dạy học… Bộ môn Vật Lí cũng không nằm ngoài những bƣớc đổi mới đó. Tuy nhiên, bộ môn Vật Lí có những đặc thù riêng, đặc biệt là phần thí nghiệm. Thực tiễn giảng dạy trong nhà trƣờng phổ thông hiện nay cho thấy, các thí nghiệm đƣợc cung cấp không đủ cả về chủng loại và số lƣợng, chất lƣợng thiết bị không cao, việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong các bài giảng còn hạn chế do nhiều nguyên nhân trong đó có một nguyên nhân là giới hạn về mặt nghiên cứu của thí nghiệm… Điều này dẫn tới những khó khăn nhất định cho giáo viên (GV) và học sinh (HS) trong quá trình dạy và học. Đối với nội dung kiến thức bài “Giao thoa sóng” - Vật Lí 12 (nâng cao) qua điều tra và trao đổi với một số GV tác giả nhận thấy có một số vấn đề sau: - Kiến thức bài học trừu tƣợng - Hiện tƣợng giao thoa sóng nƣớc xảy ra nhanh, khó quan sát - Trong quá trình học, HS còn tiếp nhận kiến thức một cách thụ động. - Các trƣờng đã đƣợc trang bị bộ thiết bị thí nghiệm về sóng nƣớc đầu năm 2009 nhƣng rất ít đƣợc sử dụng. - Thí nghiệm về sóng nƣớc đƣợc cung cấp chỉ giới hạn ở việc nghiên cứu định tính về sóng tròn, nhiễu xạ qua khe hẹp và giao thoa sóng trong trƣờng hợp hai sóng tới cùng pha. Từ những vấn đề đó, tác giả chọn đề tài nghiên cứu là: Thiết kế, chế tạo và sử dụng bộ thí nghiệm về giao thoa sóng nƣớc nhằm phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học bài Giao thoa sóng - Vật lí 12 (nâng cao). 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm về sóng nƣớc và thiết kế tiến trình dạy học các nội dung kiến thức bài Giao thoa sóng - Vật lí 12 (nâng cao) nhằm phát huy tính tích cực của HS. 7 3. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Nếu thiết kế, chế tạo đƣợc bộ thí nghiệm về sóng nƣớc - Vật lí 12 (nâng cao) và xây dựng đƣợc tiến trình dạy học có sử dụng bộ thí nghiệm này trên quan điểm lý luận dạy học hiện đại một cách hợp lý thì sẽ phát huy đƣợc tính tích cực, chủ động của HS trong học tập. 4. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Đề cập đến vấn đề dạy học nội dung kiến thức bài Giao thoa sóng trong những năm gần đây có một số đề tài nghiêm cứu sau: - Đoàn Văn Đức (2006), Chế tạo và sử dụng bộ thí nghiệm trong tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh khi dạy học một số kiến thức phần sóng cơ học (Vật lí 12 – Trung học phổ thông), Đề tài luận văn thạc sỹ Giáo dục. - Hoàng Thị Lan Hƣơng (2006), Sử dụng phối hợp các thí nghiệm thật và thí nghiệm mô phỏng trong việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh khi dạy học một số kiến thức phần “sóng cơ” theo chương trình thí điểm Vật lí 12 – Ban Khoa học Tự nhiên – Bộ 2, Đề tài luận văn Thạc sỹ Giáo dục. Các đề tài của các tác giả trên cũng đã thể hiện đƣợc sự đổi mới phƣơng pháp giảng dạy đó là hƣớng tới hoạt động học tập chủ động, phát huy tính tích cực của ngƣời học. Tuy nhiên nhƣ tác giả đã nêu ra ở mục 1 của phần này các thí nghiệm còn hạn chế về mặt nghiên cứu, theo điều tra của tác giả tại một số trƣờng việc tiếp thu kiến thức của học sinh còn gặp khó khăn, còn thụ động, rất nhiều HS còn hiểu nhầm một số đặc điểm của sự giao thoa sóng. Do đó tác giả thực hiện đề tài này nhằm khắc phục những vấn đề đã nêu. 5. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Với những mục đích lý luận và thực tiễn nhƣ đã nêu, tác giả xác định những nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể nhƣ sau: 8 - Nghiên cứu các văn kiện của Đảng và nhà nƣớc về mục tiêu, nhiệm vụ giáo dục trong giai đoạn hiện nay, các yêu cầu và định hƣớng về đổi mới phƣơng pháp dạy học. - Tìm hiểu các đề tài, các bài viết liên quan tới sự giao thoa sóng. - Nghiên cứu các quan điểm lý luận dạy học hiện đại về: Các phƣơng pháp tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học Vật lí; sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí; thiết kế tiến trình dạy học nhằm phát huy tính tích cực của HS. - Tìm hiểu thực trạng dạy và học bài Giao thoa sóng - Vật lí 12 (nâng cao) nhằm tìm ra những khó khăn của GV và HS trong giảng dạy cũng nhƣ lĩnh hội kiến thức có liên quan. - Nghiên cứu kiến thức có liên quan tới bài Giao thoa sóng - Vật lí 12 (nâng cao) nhằm xác định những mục tiêu dạy học cụ thể. - Soạn thảo tiến trình dạy học bài Giao thoa sóng. - Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm ở trƣờng THPT nhằm đánh giá tính khả thi của các phƣơng án thí nghiệm và thiết kế tiến trình dạy học đã thiết kế, qua đó bổ sung, sửa chữa các phƣơng án thí nghiệm và tiến trình dạy học đã thiết kế. 6. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để hoàn thành các nội dung nghiên cứu của đề tài, tác giả lựa chọn sử dụng phối hợp các phƣơng pháp sau: - Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận dạy học: Nghiên cứu lý luận về thí nghiệm trong dạy và học Vật lí ở trƣờng THPT; các yêu cầu đối với một bộ thí nghiệm ở trƣờng phổ thông. - Phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn: + Nghiên cứu thực tiễn việc dạy và học nội dung kiến thức bài Giao thoa sóng - Vật lí 12 (nâng cao) 9 + Xin ý kiến của các chuyên gia giáo dục, chuyên gia cơ khí. + Tổng kết kinh nghiệm: Tìm hiểu kinh nghiệm việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm. - Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm - Phƣơng pháp thống kê toán học: Nhằm phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm. 7. ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN Từ việc thực hiện đề tài tác giả hi vọng đóng góp một phần nhỏ công sức của mình vào kho tàng phƣơng pháp dạy học Vật lí với những nội dung thực tiễn cơ bản nhƣ sau: + Góp phần hoàn thiện cơ sở lý luận về việc phát huy tính tích cực trong dạy học + Thiết kế đƣợc 01 bộ thí nghiệm về sóng nƣớc với các thí nghiệm có thể thực hiện: - Thí nghiệm khảo sát hiện tƣợng sóng tròn trên mặt nƣớc - Thí nghiệm sóng phẳng trên mặt nƣớc - Thí nghiệm khảo sát hiện tƣợng nhiễu xạ qua 1 khe hẹp và qua 2 khe hẹp - Thí nghiệm khảo sát hiện tƣợng giao thoa sóng với độ lệch pha giữa hai sóng tới là bất kì. + Thiết kế đƣợc tiến trình dạy học khoa học với các nội dung kiến thức bài Giao thoa sóng. 8. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Luận văn đƣợc trình bày gồm các phần: Phần mở đầu, 3 chƣơng, phần phụ lục và tài liệu tham khảo. Các vấn đề cụ thể trong từng chƣơng đƣợc trình bày nhƣ sau: 10 CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1. Mục tiêu của dạy học Vật lí ở trƣờng phổ thông 1.2. Phƣơng pháp dạy học tích cực 1.3. Thí nghiệm Vật lí, đặc điểm, yêu cầu của thí nghiệm Vật lí Kết luận chƣơng I CHƢƠNG II: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CÁC NỘI DUNG KIẾN THỨC BÀI GIAO THOA SÓNG - Vật Lí 12 (nâng cao) 2.1. Nghiên cứu nội dung kiến thức bài Giao thoa sóng 2.2. Tìm hiểu thực tế dạy học bài Giao thoa sóng ở trƣờng THPT 2.3. Thiết kế các phƣơng án thí nghiệm 2.4. Soạn thảo tiến trình dạy học bài Giao thoa sóng Kết luận chƣơng II CHƢƠNG III. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm 3.2. Đối tƣợng và phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 3.3. Những thuận lợi và khó khăn khi tiến hành thực nghiệm sƣ phạm 3.4. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 3.5. Đánh giá cụ thể tiến trình dạy học đã soạn thảo bài Giao thoa sóng 3.6. Đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học. Kết luận chƣơng III