Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận văn thạc sĩ ngành giáo dục học với đề tài: Thiết kế bộ thí nghiệm cơ học dùng cảm biến SONAR và sử dụng trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” lớp 10 trung học phổ thông

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
Lê Hoàng Anh Linh
THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM CƠ HỌC DÙNG
CẢM BIẾN SONAR VÀ SỬ DỤNG TRONG DẠY
HỌC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”
LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. PHAN GIA ANH VŨ
Thành phố Hồ Chí Minh – 2013

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
Lê Hoàng Anh Linh
THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM CƠ HỌC DÙNG
CẢM BIẾN SONAR VÀ SỬ DỤNG TRONG DẠY
HỌC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”
LỚP 10 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học môn Vật lí
Mã số: 60.14.10
LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. PHAN GIA ANH VŨ
Thành phố Hồ Chí Minh – 2013

3. LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ luận văn nào khác.
Người viết cam đoan
Lê Hoàng Anh Linh

4. LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này, tác giả đã nhận được
sự quan tâm và giúp đỡ rất lớn từ quý Thầy cô, đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin
được bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến:
Thầy TS. Phan Gia Anh Vũ – người trực tiếp hướng dẫn về mặt chuyên môn,
đã rất tận tâm chỉ dạy, truyền đạt kinh nghiệm và giúp đỡ tôi vượt qua những khó
khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Thạc sĩ Phan Minh Tiến – người đóng góp ý kiến, giúp đỡ và tạo mọi điều
kiện thuận lợi về cơ sở vật chất để tôi hoàn thành luận văn này.
Quý Thầy cô phản biện và hội đồng chấm luận văn đã đọc và có những nhận
xét cũng như những góp ý quý giá về luận văn.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, đồng nghiệp đã động
viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013
LÊ HOÀNG ANH LINH

5. MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt trong luận văn
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị trong luận văn
MỞ ĐẦU............................................................................................................1
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN.......................................................................5
1.1. Tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học Vật lí..........................5
1.1.1. Cơ sở tâm lí học của hoạt động nhận thức ..............................................5
1.1.2. Cơ sở khoa học của việc tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh
trong dạy học Vật lí...........................................................................................8
1.2. Những vấn đề lí luận về thí nghiệm Vật lí..................................................12
1.2.1. Thí nghiệm Vật lí ..................................................................................12
1.2.2. Vai trò của thí nghiệm Vật lí trong dạy học Vật lí................................13
1.2.3. Quy trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lí
.........................................................................................................................14
1.2.3.1. Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lí............14
1.2.3.2. Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý...............17
1.2.4. Sử dụng máy vi tính hỗ trợ TN Vật lí [2]..............................................21
1.2.5. Thí nghiệm vật lí trong tiến trình dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề
.........................................................................................................................24
1.3. Kết luận chương 1.......................................................................................29
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM CƠ HỌC DÙNG CẢM BIẾN
SONAR VÀ THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC
CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” LỚP 10 THPT ..................31
2.1. Nội dung kiến thức phần cơ học trong chương trình Vật lí THPT .............31
2.2. Thực trạng của việc sử dụng thí nghiệm và thực trạng dạy học phần Cơ học
ở trường THPT...................................................................................................32
2.2.1. Thuận lợi................................................................................................32
2.2.2. Khó khăn ...............................................................................................33
2.2.3. Ưu điểm của bộ thí nghiệm Cơ học dùng cảm biến SONAR ...............35
2.3. Xây dựng bộ thí nghiệm Cơ học dùng cảm biến SONAR..........................36
2.3.1. Giới thiệu về cảm biến Go! Motion của Vernier...................................37
2.3.2. Xây dựng các thí nghiệm cơ học dùng cảm biến SONAR với xe động
lực....................................................................................................................41
2.3.3. Xây dựng các thí nghiệm cơ học dùng cảm biến SONAR với bộ thí
nghiệm đệm không khí....................................................................................54

6. 2.3.4. Xây dựng thí nghiệm sự rơi tự do dùng cảm biến SONAR ..................64
2.3.5. Xây dựng các thí nghiệm về dao động của con lắc lò xo và con lắc đơn
dùng cảm biến SONAR...................................................................................65
2.4. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức thuộc chương “Các định luật
bảo toàn” – Vật lí 10 THPT ...............................................................................77
2.4.1. Phân tích cấu trúc và nội dung kiến thức của chương “Các định luật bảo
toàn”. ...............................................................................................................77
2.4.2.Tiến trình dạy học bài “Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng”..81
2.4.3. Tiến trình dạy học bài “Cơ năng”..........................................................86
2.5. Kết luận chương 2.......................................................................................92
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM.................................................94
3.1. Mục đích, đối tượng, phương pháp và nội dung thực nghiệm....................94
3.1.1. Mục đích thực nghiệm...........................................................................94
3.1.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm ...........................................................94
3.1.3. Phương pháp thực nghiệm.....................................................................95
3.1.4. Nội dung thực nghiệm...........................................................................95
3.2. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm..................................95
3.2.1. Đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học đã thiết kế được...............96
3.2.2. Phân tích định lượng kết quả kiểm tra.................................................104
3.2.2.1.Tính toán các số liệu cần thiết [12]...................................................104
3.2.2.2.Kết quả tính toán...............................................................................105
3.2.3. Kiểm định giả thuyết thống kê ............................................................108
3.2.4. Bước đầu đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã thiết kế được
trong việc nâng cao tính hứng thú, tích cực, sáng tạo của HS trong học tập 109
3.2.5. Ưu điểm, nhược điểm của bộ TN cơ học dùng cảm biến SONAR trong
dạy học chương “ Các định luật bảo toàn”....................................................110
3.3. Kết luận chương 3.....................................................................................110
KẾT LUẬN....................................................................................................112
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................114

7. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
VIẾT ĐẦY ĐỦ VIẾT TẮT
Giáo viên
Học sinh
Thí nghiệm
Trung học phổ thông
Thực nghiệm
Đối chứng
GV
HS
TN
THPT
TN
ĐC

8. DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 3.1. Bảng thống kê điểm kiểm tra của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng
..............................................................................................................................107
Bảng 3.2. Bảng phân phối tần suất của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng........
..............................................................................................................................107
Bảng 3.3. Bảng phân phối tần suất tích lũy của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng
..............................................................................................................................108
Bảng 3.4. Bảng xác định các tham số cần tìm của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng
..............................................................................................................................108

9. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ
Trang
Hình 1.1. Chu trình sáng tạo khoa học ................................................................. 9
Hình 1.2. Sơ đồ tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học
..................................................................................................................... 10
Hình 1.3. Dạng khái quát của sơ đồ biểu đạt lôgic của tiến trình khoa học giải quyết
vấn đề khi xây dựng, kiêm nghiệm, ứng dụng một giá trị cụ thể .......................... 11
Hình 1.4. Sơ đồ TN vật lí với sự hỗ trợ của máy vi tính...................................... 22
Hình 1.5. Sơ đồ khái quát của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DH PH &
GQ VĐ ................................................................................................................... 24
Hình 1.6. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết của
kiểu DH PH & GQ VĐ ............................................................................................... 25
Hình 1.7 . Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm
của kiểu DH PH & GQ VĐ......................................................................................... 26
Hình 2.1. Nguyên lí TOF....................................................................................... 38
Hình 2.2. Cảm biến Go! Motion của Vernier........................................................ 38
Hình 2.3. Giao diện phần mềm Logger Pro .......................................................... 39
Hình 2.4. Góc quét của cảm biến ......................................................................... 29
Hình 2.5. Các ưu điểm của Go! Motion................................................................ 40
Hình 2.6. Xe động lực và vật nặng........................................................................ 41
Hình 2.7. Bộ TN xe động lực ................................................................................ 41
Hình 2.8. Sơ đồ bố trí TN chuyển động thẳng đều của xe động lực..................... 42
Hình 2.9. Đồ thị tọa độ và vận tốc của vật chuyển động thẳng đều theo thời....... 43
Hình 2.10. Cửa sổ Cruve Fit.................................................................................. 44
Hình 2.11. Kết quả phân tích đồ thị của vật chuyển động thẳng đều.................... 44
Hình 2.12. Bố trí TN của vật chuyển động thẳng biến đổi đều............................. 45
Hình 2.13. Đồ thị tọa đô, vận tốc, gia tốc của vật chuyển động thẳng biến đổi đều
theo thời gian.......................................................................................................... 46
Hình 2.14. Bố trí TN của vật chuyển động thẳng biến đổi đều............................. 47

10. Hình 2.15. Đồ thị tọa đô, vận tốc, gia tốc của vật chuyển động thẳng biến đổi đều
theo thời gian.......................................................................................................... 48
Hình 2.16. Sơ đồ bố trí TN va chạm mềm của hai xe cùng khối lượng................ 49
Hình 2.17. Đồ thị vận tốc của hệ 2 xe va chạm mềm trước và sau tương tác....... 50
Hình 2.18. Sơ đồ bố trí TN 2 xe động lực cùng khối lượng va chạm đàm hồi..... 51
Hình 2.19. Đồ thị vận tốc của hệ 2 xe trước và sau tương tác đàn hồi ................. 52
Hình 2.20. Sơ đồ bố trí TN 2 xe động lực đứng yên, sau đó tương tác với nhau . 52
Hình 2.21. Đồ thị vận tốc hai xe trước và sau tương tác....................................... 53
Hình 2.22. Ray đệm không khí ............................................................................. 54
Hình 2.23. Bộ cấp khí ........................................................................................... 54
Hình 2.24. Xe trượt ............................................................................................... 54
Hình 2.25. Các phụ kiện của bộ đệm khí .............................................................. 54
Hình 2.26. Bố trí TN chuyển động thẳng đều trên đệm không khí của xe trượt... 55
Hình 2.27 Đồ thị tọa độ và vận tốc của vật chuyển động thẳng đều theo thời gian
................................................................................................................................ 56
Hình 2.28 Bố trí TN xe trượt chuyển động trên mặt phẳng nghiêng của đệm khí 57
Hình 2.29 Đồ thị tọa độ và vận tốc theo thời gian của xe trượt trên mặt phẳng
nghiêng................................................................................................................... 58
Hình 2.30. Bố trí TN xe trượt chuyển động thẳng biến đổi đều trên đệm khí ..... 59
Hình 2.31. Đồ thị tọa đô, vận tốc, gia tốc của vật chuyển động thẳng biến đổi đều
theo thời gian.......................................................................................................... 60
Hình 2.32. Bố trí TN hai xe trượt cùng khối lượng va chạm mềm trên đệm không
khí........................................................................................................................... 61
Hình 2. 33. Đồ thị vận tốc của hệ 2 xe trượt trước và sau tương tác..................... 62
Hình 2.34. Bố trí TN hai xe trượt cùng khối lượng va chạm đàn hồi trên đệm không
khí........................................................................................................................... 62
Hình 2. 35. Đồ thị vận tốc của hệ 2 xe trước và sau tương tác ............................. 63
Hình 2.36. Sơ đồ bố trí TN rơi tự do..................................................................... 64
Hình 2.37. Đồ thị tọa đô, vận tốc, gia tốc của vật rơi tự do theo thời gian........... 65

11. Hình 2.38. Sơ đồ bố trí TN con lắc lò xo dao động thẳng đứng ........................... 66
Hình 2.39. Đồ thị tọa đô, vận tốc của con lắc lò xo dao động thẳng đứng theo thời
gian......................................................................................................................... .67
Hình 2.40. Cửa sổ phần mềm Calculated Column Options .................................. 68
Hình 2.41. Mục Option ở cửa sổ phần mềm Calculated Column Options........... 69
Hình 2.42. Mục Column Option ở cửa sổ phần mềm Calculated Column Options
khi thiết lập hàm động năng................................................................................... 69
Hình 2.43. Mục Column Option ở cửa sổ phần mềm Calculated Column Options
khi thiết lập hàm cơ năng....................................................................................... 70
Hình 2.44. Đồ thị động năng, thế năng và cơ năng theo thời gian của con lắc lò xo
dao động theo phương thẳng đứng......................................................................... 70
Hình 2.45. Bố trí TN con lắc lò xo dao động theo phương ngang........................ 71
Hình 2.46. Bố trí TN con lắc lò xo dao động trên mặt phẳng nghiêng ................. 72
Hình 2.47. Đồ thị li độ, vận tốc của con lắc lò xo dao động theo phương nằm ngang
theo thời gian.......................................................................................................... 73
Hình 2.48. Đồ thị li độ, vận tốc của con lắc lò xo dao động theo phương nghiêng
theo thời gian.......................................................................................................... 73
Hình 2.49. Sơ đồ bố trí TN dao động của con lắc đơn.......................................... 74
Hình 2.50. Đồ thị li độ và vận tốc của con lắc đơn dao động theo thời gian ....... 75
Hình 2.51. Đồ thị động năng, thế năng và cơ năng của con lắc đơn dao động theo
thời gian.................................................................................................................. 76
Hình 2.52. Sơ đồ cấu trúc kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” ................ 77
Hình 3.1. Đồ thị vận tốc theo thời gian của hệ hai vật cùng khối lượng va chạm
mềm........................................................................................................................ 97
Hình 3.2. Đồ thị vị trí và vận tốc theo thời gian của vật rơi tự do ........................ 101
Hình 3.3. Đồ thị vị trí và vận tốc theo thời gian của con lắc lò xo dao động thẳng
đứng........................................................................................................................ 101
Hình 3.4. Đồ thị cơ năng theo thời gian của con lắc lò xo dao động thẳng đứng.
................................................................................................................................ 102

12. Hình 3.5. Đồ thị phân bố tần suất của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng............ 106
Hình 3.6. Đồ thị phân bố tần suất tích lũy của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng
................................................................................................................................ 106

13. 1
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Hiện nay, chúng ta đang thực hiện việc đổi mới toàn diện nội dung và
phương pháp dạy học ở trường trung học phổ thông. Đối với các môn khoa học thực
nghiệm nói chung và môn Vật lí nói riêng thì việc đổi mới đó phải gắn liền với việc
phải tăng cường sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học.
Cơ học, nội dung đầu tiên được đưa vào giảng dạy ở cấp Trung học phổ
thông, khảo sát những quá trình đơn giản nhất của Vật lí học: chuyển động cơ.
Chuyển động cơ có mặt ở khắp mọi nơi trong thực tiễn cuộc sống. Do đó, các hiện
tượng của phần cơ học gắn liền với thực tế một cách sâu sắc và có tính trực quan rất
cao nhưng các đại lượng vật lý trong cơ học lại rất trừu tượng và khó tiếp thu đối
với học sinh. Do đó, việc dùng thí nghiệm trong tiến trình dạy các kiến thức của
phần cơ học là rất cần thiết, nhằm phát triển tư duy và năng lực sáng tạo cho học
sinh. Khi tìm hiểu cấu trúc, nội dung kiến thức và thực trạng dạy học phần kiến thức
cơ học trong chương trình Vật lí phổ thông hiện nay, tôi nhận thấy việc sử dụng các
thí nghiệm trong các tiết học còn hạn chế. Kết quả thu được từ các thí nghiệm này
có sai số khá lớn và cần phải có khá nhiều thời gian để thực hiện nên làm ảnh
hưởng đến tiến trình dạy học. Vì vậy, một thực tế đặt ra là cần cải tiến hoặc xây
dựng mới các thí nghiệm cơ học có độ chính xác cao hơn và tốn ít thời gian hơn để
giúp giáo viên có điều kiện để tiến hành thí nghiệm khi giảng dạy các kiến thức cơ
học.
Ngày nay, trong nghiên cứu và giảng dạy Vật lí, ta có thể sử dụng các cảm
biến để thu thập các số liệu thực nghiệm một cách nhanh chóng và chính xác. Các
số liệu thực nghiệm và kết quả xử lí được hiển thị trên bộ chỉ thị hiện số hoặc được
kết nối với máy vi tính để hiển thị, phân tích trên màn hình. Các cảm biến và bộ
ghép nối hiện số được coi như các dụng cụ đo hiện số có độ nhạy tốt, độ chia nhỏ và
thang đo rộng. Một trong các loại cảm biến thường dùng trong các thí nghiệm cơ
học nhưng ít được sử dụng trong chương trình vật lý phổ thông là cảm biến
SONAR.

14. 2
Xuất phát từ những phân tích trên, tôi nhận thấy: Nếu xây dựng bộ thí
nghiệm cơ học trong chương trình Vật lí phổ thông dùng cảm biến SONAR sẽ
khắc phục được các hạn chế về độ chính xác và thời gian thí nghiệm của các bộ thí
nghiệm đã có. Nếu xây dựng thành công bộ thí nghiệm cơ học này thì có thể sử
dụng nó một cách hiệu quả trong quá trình dạy học chương trình Vật lí trung học
phổ thông.
Với các lí do trên, tôi lựa chọn và nghiên cứu đề tài: Thiết kế bộ thí nghiệm
cơ học dùng cảm biến SONAR và sử dụng trong dạy học chương “Các định luật
bảo toàn” lớp 10 trung học phổ thông.
2. Mục đích nghiên cứu
- Thiết kế một số bài thí nghiệm cơ học trong chương trình Vật lí phổ thông
có sử dụng cảm biến SONAR.
- Thiết kế tiến trình dạy học có sử dụng bộ thí nghiệm đã xây dựng trong dạy
học chương “Các định luật bảo toàn” lớp 10 trung học phổ thông.
3. Giả thuyết nghiên cứu
Nếu thiết kế được bộ thí nghiệm cơ học dùng cảm biến SONAR đáp ứng
các yêu cầu về mặt sư phạm và sử dụng các thí nghiệm một cách hợp lí vào quá
trình dạy học nội dung “Các định luật bảo toàn”, lớp 10, chương trình vật lí phổ
thông thì có thể nâng cao hiệu quả của việc dạy học.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu lí luận dạy học hiện đại về các phương pháp, hình thức dạy
học nhằm tăng cường tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong học tập.
- Phân tích nội dung phần “Các định luật bảo toàn” trong Vật lý 10 Trung
học phổ thông nhằm tìm hiểu nội dung và đặc điểm các kiến thức cần xây dựng.
- Tìm hiểu thực tế dạy học phần “Các định luật bảo toàn” ở lớp 10, trường
trung học phổ thông nhằm làm rõ những khó khăn và nguyên nhân của những khó
khăn ấy trong việc tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh theo hướng tích cực,
sáng tạo.

15. 3
- Nghiên cứu các thí nghiệm cơ học đã có trong phòng thí nghiệm Vật lí phổ
thông để tìm ra những ưu điểm và nhược điểm của chúng.
- Tìm hiểu cảm biến sonar để đo khoảng cách, bộ ghép nối và các phần mềm
tương ứng.
- Thiết kế các thí nghiệm cơ học trong chương trình Vật lí phổ thông dùng
cảm biến sonar.
- Thiết kế tiến trình dạy học các kiến thức của chương “Các định luật bảo
toàn” Vật lí 10 trung học phổ thông có dùng các thí nghiệm mới xây dựng.
- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của tiến trình dạy
học đã thiết kế và phân tích các ưu nhược điểm của các thí nghiệm mới xây dựng.
5. Đối tượng nghiên cứu
- Nội dung và phương pháp dạy học phần cơ học trong chương trình Vật lí
phổ thông.
- Các cảm biến sonar dùng trong các thí nghiệm cơ học của chương trình
Vật lí phổ thông.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý luận: nghiên cứu lí luận dạy học, tâm lí học, cơ sở lý luận
về đổi mới phương pháp dạy học, các tài liệu, sách, báo, các văn kiện, các nghị
quyết của Trung ương Đảng về lĩnh vực giáo dục.
- Nghiên cứu thực tiễn: sử dụng phương pháp phỏng vấn, điều tra ngắn
nhằm thu thập thông tin về tính hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy
học môn Vật lí ở trường trung học phổ thông, nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
về thiết kế chế tạo và hoàn thiện một số thí nghiệm.
- Thực nghiệm sư phạm: tổ chức hoạt động dạy và học, ghi chép, chụp ảnh,
quay phim, khảo sát kết quả học tập, rút kinh nghiệm giờ dạy, phân tích diễn biến
quá trình thực nghiệm.
- Thống kê toán học: tổng hợp, phân tích và xử lí số liệu thống kê kết quả
thực nghiệm.

16. 4
7. Đóng góp của đề tài
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là nguồn tư liệu dạy học bổ sung cho
chương “ Các định luật bảo toàn”. Đồng thời, đây sẽ là cơ sở cho các đề tài nghiên
cứu xây dựng và sử dụng hiệu quả các thí nghiệm trong dạy và học Vật lí trong
tương lai.

17. 5
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN
1.1. Tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong dạy học Vật lí
Trong quá trình dạy học, mục tiêu, nội dung, phương pháp và phương tiện
dạy học có mối quan hệ biện chứng với nhau. Các chuyên gia sư phạm xác định
mục tiêu dạy học và đề ra nội dung dạy học tương ứng. Trên cơ sở nội dung và mục
tiêu đã đề ra, GV phải lựa chọn, vận dụng các phương pháp và sử dụng phương tiện
thích hợp sao cho có thể phát huy tích cực và phát triển được năng lực sáng tạo của
HS.[1]
Mục tiêu giáo dục không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ những kiến thức, rèn
luyện những kỹ năng có sẵn cho HS mà quan trọng là phải bồi dưỡng cho họ năng
lực sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề, để từ đó có thể sáng tạo ra những trí thức
mới, phương pháp mới, cách giải quyết vấn đế mới, góp phần làm giàu thêm nền
kiến thức của bản thân HS. Vì vậy, dạy học nói chung và dạy học vật lí nói riêng
cần phải tiến hành đổi mới nội dung và phương pháp, nhất là đổi mới phương pháp
dạy và học sao cho vai trò tự chủ của HS trong hoạt động xây dựng kiến thức ngày
một nâng cao, để từ đó năng cao năng lực sáng tạo của HS.[2]
Để quá trình đổi mới phương pháp dạy và học đạt hiệu quả, các nhà giáo dục
phải trên cơ sở nghiên cứu tâm lí học để từ đó xây dựng tiến trình dạy học phù hợp.
Hoạt động học tập của HS thực chất là hoạt động nhận thức. Thông qua hoạt động
của bản thân mà HS tự chiếm lĩnh kiến thức, hình thành và phát triển năng lực trí
tuệ, cũng như quan điểm, đạo đức, thái độ. Vì vậy, trong quá trình dạy học, GV cần
tổ chức, kiểm tra, định hướng hoạt động học tập của HS theo một chiến lược hợp lí
sao cho HS tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức. HS là chủ thể của hoạt động nhận
thức.[3]
1.1.1. Cơ sở tâm lí học của hoạt động nhận thức
Chúng ta biết rằng quá trình nhận thức bao giờ cũng diễn ra theo hai giai
đoạn: nhận thức cảm tính và nhận thức lí tính.

18. 6
Giai đoạn nhận thức cảm tính bao gồm các hoạt động cảm giác, tri giác và
hình thành biểu tượng về đối tượng cần nhận thức. Chỉ thông qua các hoạt động
cảm giác, tri giác đối tượng cần nhận thức có thể hình thành biểu tượng về đối
tượng đó một cách chân thực và đúng đắn. Nhờ đó mới có được những thao tác tư
duy (nhận thức lý tính) như: phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa đạt độ
chính xác khoa học cần thiết, qua đó HS lĩnh hội được kiến thức một cách sâu sắc,
có được những thao tác tư duy đúng đắn, có khả năng vận dụng những tri thức đã
học, có điều kiện để xây dựng kiến thức mới.
Những thành tựu của tâm lí học nhận thức và tâm lí học sư phạm đã khẳng
định vai trò và tác dụng của các phương tiện trực quan trong việc kích thích hứng
thú nhận thức, tạo cơ sở cho nhu cầu nhận thức xuất hiện và động lực của quá trình
nhận thức được duy trì và phát triển. Do đó làm cho người học đạt kết quả cao trong
việc chiếm lĩnh tri thức lẫn hình thành năng lực tư duy sáng tạo và kĩ năng thực
hành.[4]
Theo quan điểm của tâm lí học liên tưởng, khi sự vật, hiện tượng tác động
vào giác quan thì cảm giác sẽ được hình thành. Những cảm giác này sẽ làm xuất
hiện những ý tưởng có liên quan. Những ý tưởng được hình thành này sau đó lại
kích thích sự ra đời của những ý tưởng khác. Vì vậy, hoạt động học thực chất là quá
trình hình thành các liên tưởng, phát triển trí nhớ của người học. Hoạt động học sẽ
có hiệu quả nếu người học có thể hình thành cho mình những mối liên hệ giữa các
khái niệm, quy luật, cách thức…để từ đó ghi nhớ và tái hiện tài liệu học tập tốt hơn.
Tương tự như vậy, hoạt động dạy cần phải hình thành ở người học càng nhiều càng
tốt những mối liên hệ giữa những tri thức riêng lẻ, giữa những kiến thức của một
phần hay một phạm vi khoa học nhất định nào đó cũng như giữa các ngành khoa
học khác nhau.
Khi sử dụng TN với sự hỗ trợ của máy vi tính vào dạy học, HS có điều kiện
quan sát trực tiếp hiện tượng và quá trình vật lí xảy ra trong thí nghiệm, đồng thời
có thể quan sát được số liệu thu được từ thí nghiệm thông qua màn hình máy vi
tính. Các số liệu đó được thu thập, được sắp xếp, xử lí và hiển thị theo ý đồ sư phạm

19. 7
của giáo viên. Nhờ đó, có thể giúp HS dễ dàng xác định được những mối liên hệ
giữa những thuộc tính khác nhau của sự vật hiện tượng, giữa cái chung và cái riêng,
giữa hình thức và nội dung của các đối tượng nghiên cứu.[4]
Khi đó, nếu có được sự hướng dẫn, gợi ý cần thiết của giáo viên thì HS có
thể chuyển hóa vấn đề nhận thức từ cụ thể sang trừu tượng, rồi từ đó chuyển lên cái
cụ thể ở mức cao hơn. Lúc này tính trực quan được dùng để vạch ra mối quan phổ
biến của các đối tượng, hiện tượng, hiện tượng và quá trình.
Lí thuyết kiến tạo của Bruner cho rằng học tập là một quá trình tích cực,
trong đó người học kiến tạo các ý tưởng mới dựa trên các kiến thức hiện có. Người
dạy có thể làm cho việc học hiệu quả hơn bằng cách cung cấp tư liệu để giúp cho
người học xây dựng kiến thức từ những gì họ đã biết để biết nhiều hơn và tự họ
khám phá ra chân lí. Hoạt động học sẽ hiệu quả hơn nếu người học có thể tham gia
tích cực vào việc điều khiển quá trình học. Chính vì vậy, HS cần phải có những lựa
chọn, tự kiểm soát kế hoạch học tập và tự đưa ra mục đích cho mỗi hành động học
của mình, tăng cường sự hợp tác và ý thức cộng đồng, hình thành những phương
pháp học tập phù hợp với hoàn cảnh, tăng cường tự đánh giá, tự nhận xét.[4]
Theo Vưgôtxky, sử dụng phương tiện chẳng qua là sử dụng các đối tượng
nào đó làm phương thức, phương tiện thực hiện hành vi của bản thân mình. Theo
đó, sự phát triển, hiện đại hóa các phương tiện dạy học sẽ góp phần phát triển, hoàn
thiện các hành vi của học sinh, góp phần phát triển các thao tác tư duy, năng lực
sáng tạo của người học. Trong giai đoạn đầu của việc giải quyết vấn đề, HS khuyến
khích, hỗ trợ, hướng dẫn lẫn nhau, trong giai đoạn sau HS đưa ra kết luận dựa trên
các bằng chứng thực nghiệm và giải quyết các bất đồng ý kiến bằng cách dung hòa
các lập luận khác nhau. Từ đó có thể kết luận rằng HS có thể đạt được mục tiêu học
tập thông qua hợp tác với nhau bằng các bài thuyết trình, phát biểu, tranh luận.[2]
Vưgôtxky còn cho rằng dạy học sẽ có hiệu quả hơn khi HS tham gia các hoạt
động với môi trường hỗ trợ học tập và khi họ nhận được những hướng dẫn gián tiếp
của các công cụ học tập. Những công cụ này được định nghĩa như là các chiến lược
nhận thức, người cố vấn, bạn cùng học, máy tính, tư liệu hoặc bất kí dụng cụ nào

20. 8
cung cấp thông tin cho người học. Vai trò của các công cụ này là chủ động hỗ trợ
người học hoàn thành nhiệm vụ học tập gần với giới hạn trên của vùng phát triển
gần và thoát khỏi sự trợ giúp khi người học đạt được mức tự tin cao hơn.[2]
Như vậy, trong quá trình dạy học vật lí ở trường phổ thông, giáo viên cần
phải biết sử dụng thí nghiệm vật lí hỗ trợ cho quá trình dạy học. Đồng thời, giáo
viên cần phải tổ chức các hoạt động dạy học và hướng dẫn HS tham gia vào quá
trình thảo luận đưa ra các phán đoán (giả thuyết) sau đó xây dựng và tiến hành các
thí nghiệm kiểm chứng nhằm khẳng định hay bác bỏ giả thuyết đã đưa ra. Từ đó,
HS tự chiếm lĩnh và hình thành nên tri thức cho bản thân.
Quá trình dạy học các tri thức thuộc một môn khoa học cụ thể được hiểu là
những hoạt động của giáo viên và của HS trong sự tương tác thống nhất biện chứng
của ba thành phần: GV, HS và tư liệu học tập. Hệ thống hoạt động dạy học bao gồm
các hành động có mục đích của GV, tổ chức hoạt động trí óc và tay chân của HS,
đảm bảo cho HS chiếm lĩnh được nội dung dạy học, đạt được mục tiêu xác định.
GV tổ chức định hướng hành động chiếm lĩnh tri thức vật lí của HS phỏng theo tiến
trình của chu trình sáng tạo khoa học. Như vậy chúng ta có thể hình dung diễn biến
của hoạt động dạy học như sau:
- GV tổ chức tình huống, HS chấp nhận tình huống, nhận nhiệm vụ, nảy sinh
vấn đề cần tìm tòi giải quyết. Dưới sự chỉ đạo của GV, vấn đề được diễn đạt chính
xác hóa, phù hợp với mục tiêu dạy học và các nội dung cụ thể đã xác định.
- HS tự chủ tìm tòi, giải quyết vấn đề đặt ra với sự theo dõi, định hướng, giúp
đỡ của GV.
- GV chỉ đạo sự trao đổi, tranh luận của HS, bổ sung, tổng kết, khái quát hóa,
thể chế hóa tri thức, kiểm tra kết quả học tập phù hợp với mục tiêu dạy học các nội
dung cụ thể đã xác định.
1.1.2. Cơ sở khoa học của việc tổ chức hoạt động nhận thức cho
học sinh trong dạy học Vật lí
Quá trình sáng tạo khoa học gồm các giai đoạn chính: Từ những sự kiện khởi
đầu đi đến xây dựng mô hình trừu tượng của hiện tượng, tức là đề xuất giả thuyết,

21. 9
từ giả thuyết suy ra các hệ quả logic; từ hệ quả đi đến thiết kế và tiến hành kiểm tra
bằng thực nghiệm; nếu các sự kiện thực nghiệm phù hợp với hệ quả logic thì giả
thuyết trở thành chân lí khoa học từ đó hình thành định luật, thuyết vật lí. Cho đến
khi xuất hiện những sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với các hệ quả rút ra
từ lí thuyết dẫn tới phải xem lại lí thuyết cũ, cần phải chỉnh lí lại hoặc phải thay đổi
mô hình giả thuyết, và bắt đầu xây dựng những giả thuyết mới, thiết kế những thiết
bị mới để kiểm tra và như vậy mà kiến thức của nhân loại ngày một phong phú
thêm.[5]
Từ chu trình sáng tạo khoa học trên, tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề
được mô tả như sau: “ Đề xuất vấn đề - suy đoán giải pháp – khảo sát lí thuyết và
(hoặc) thực nghiệm – kiểm tra, vận dụng kết quả”.
- Đề xuất vấn đề: Từ những lí thuyết, sự kiện thực tế đã biết và nhiệm vụ cần
giải quyết nảy sinh nhu cầu tìm hiểu một vấn đề còn chưa biết, về một cách giải
quyết không có sẵn, nhưng hi vọng có thể tìm tòi, xây dựng được và diễn đạt nhu
cầu đó thành câu hỏi.
- Suy đoán giải pháp: Để giải quyết vấn đề đặt ra, từ điểm xuất phát cho phép
đi tìm lời giải: chọn hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành được để đi tới cái cần
tìm; hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể xảy ra mà nhờ đó có thể khảo
sát thực nghiệm để xác định được vấn đề cần tìm.
Các sự kiện xuất phát
Hình 1.1. Chu trình sáng tạo khoa học [5]
Các hệ quả logic
Thực nghiệm
Mô hình – Giả thuyết
trừ tượng

22. 10
- Khảo sát lí thuyết hoặc thực nghiệm, vận hành mô hình rút ra kết luận logic
về cái cần tìm hoặc có thể thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thực nghiệm,
thu lượm các dữ liệu cần thiết và xen kẽ, rút ra kết luận về vấn đề cần tìm hiểu.
- Kiểm tra, vận dụng kết quả: xem xét khả năng chấp nhận được của các kết
quả tìm được, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích hoặc tiên đoán các sự kiện và
xem xét sự phù hợp của lí thuyết và thực nghiệm. Xem xét sự cách biết giữa kết
luận có được nhờ sự suy luận lí thuyết với kết luận có được từ các dữ liệu thực
nghiệm để quy nạp chấp nhận kết quả tìm được khi có sự phù hợp giữa lí thuyết và
thực nghiệm, hoặc để xét lại, bổ sung, sửa đổi đối với thực nghiệm hoặc đối với sự
xây dựng và vận hành mô hình xuất phát khi chưa có sự phù hợp giữa lí thuyết và
thực nghiệm, nhằm tiếp tục tìm tòi xây dựng điều cần tìm.[5]
Việc xây dựng tri thức khoa học như trên không phải là công việc chỉ của
riêng một nhà khoa học mà là một quá trình mang tính xã hội. Nhận thức của mỗi cá
nhân, thành viên xã hội, tiến triển trong sự tương tác xã hội và xung đột xã hội –
nhận thức. Kết quả nghiên cứu của mỗi cá nhân nhà khoa học có sự hỗ trợ của
người khác. Kết quả đó được thông báo và trải qua sự tranh luận phản bác, bảo vệ
trong cộng đồng các nhà khoa học. Nhờ đó, kết quả nghiên cứu được chỉnh lí bổ
sung, hoàn thiện và được cộng đồng khoa học chấp nhận. Chính vì vậy, quá trình
xây dựng tri thức có thể minh họa bằng sơ đồ hình 1.2
Tình huống có tiềm ẩn vấn đề
Phát biểu vấn đề - Bài toán
Giải quyết vấn đề
Kiểm tra xác nhận kết quả
Trình bày, thông báo, thảo luận và bảo vệ kết quả
Vận dụng tri thức mới để giải quyết vấn đề
Hình 1.2. Sơ đồ tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học

23. 11
Trong quá trình dạy học Vật lí ở trường trung học phổ thông, GV cần phải
biết vận dụng các quan điểm của lí luận dạy học hiện đại theo chiến lược dạy học
giải quyết vấn đề cho từng kiến thức trong từng bài học cụ thể.
Theo GS.TS Phạm Hữu Tòng, có thể khái quát tiến trình khoa học
giải quyết vấn đề khi xây dựng, kiểm nghiệm hoặc ứng dụng thực tiễn một kiến
thức cụ thể bởi sơ đồ 1 và sơ đồ 2 hình 1.3.[5]
Hình 1.3. Dạng khái quát của sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình khoa học
giải quyết vấn đề khi xây dựng, kiêm nghiệm, ứng dụng một giá trị cụ thể [5]
KẾT LUẬN
(Thu được nhờ suy luận lí thuyết)
KẾT LUẬN
(Thu được nhờ quan sát và thí nghiệm)
(Sơ đồ 2)
Giải bài toán bằng
suy luận lí thuyết
Giải bài toán bằng thí
nghiệm và quan sát
BÀI TOÁN
Vấn đề
(Đòi hỏi kiểm nghiệm/ứng dụng thực tiễn kiến thức)
Điều kiện cần sử dụng để đi tìm câu trả lời cho vấn đề đặt ra, một mặt
nhờ suy luận, mặt khác nhờ thí nghiệm và quan sát
(Sơ đồ 1)
BÀI TOÁN
Vấn đề
(Đòi hỏi tìm kiếm xây dựng kiến thức)
Điều kiện cần sử dụng để đi tìm câu trả lời
cho vấn đề đặt ra
Giải quyết bài toán
KẾT LUẬN / NHẬN ĐỊNH

24. 12
1.2. Những vấn đề lí luận về thí nghiệm Vật lí
1.2.1. Thí nghiệm Vật lí
Theo Từ điển tiếng Việt, TN là gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào
đó trong điều kiện xác định để quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu, kiểm tra hay chứng
minh.[6]
Một số quan điểm khác cho rằng: TN là một sự thử nghiệm hay kiểm tra một
lí thuyết khoa học bằng cách thao tác với yếu tố trong môi trường để quan sát kết
quả có phù hợp với các tiên đoán lí thuyết hay không.[2]
TN còn được hiểu là: Quá trình tạo dựng một sự quan sát hay thực hiện một
phép đo. TN là sự quan sát hiện tượng nghiên cứu trong các điều kiện được kiểm tra
chính xác, cho phép theo dõi tiến trình của hiện tượng và tái tạo nó mỗi lần lặp lại
các hiện tượng này.[2]
Trong Vật lí học, TN là phương pháp, là cách thức mà bằng cách nào đó con
người tác động một cách có ý thức, hệ thống lên các sự vật, hiện tượng xảy ra trong
những điều kiện nhất định. Sự phân tích về mặt lí thuyết các điều kiện và quá trình
xảy ra trong đó đóng vai trò hết sức quan trọng. Sự tác động đó có thể là trực tiếp
hay gián tiếp thông qua các thiết bị máy móc gọi là công cụ TN.
Các khái niệm trên đều cho thấy TN bao gồm các thành phần sau đây:
+ Một lí thuyết hay giả thuyết
+ Đối tượng, hệ thống, quá trình phản ánh lí thuyết đó.
+ Các thao tác lên đối tượng, hệ thống, quá trình theo một trình tự nhất định
và trong những điều kiện xác định.[7]
Từ các phân tích trên, TN Vật lí là TN để nghiên cứu các hiện tượng, quá
trình Vật lí. Kết quả của TN Vật lí nhiều khi là các định luật, các ứng dụng kĩ thuật
nhưng nhiều khi chỉ để chứng minh một giả thuyết hoặc hình thành một giả thuyết
Vật lí mới.

25. 13
1.2.2. Vai trò của thí nghiệm Vật lí trong dạy học Vật lí
Theo quan niệm trên, TN vật lí có vai trò rất quan trọng trong quá trình dạy
học vật lí. Ở giai đoạn định hướng mục tiêu nghiên cứu, TN vật lí để đề xuất vấn đề
nghiên cứu, tạo điều kiện cho HS nhanh chóng tiếp cận mục tiêu nghiên cứu. Việc
sử dụng TN tạo tình huống có vấn đề là rất quan trọng đối với HS vì kết quả TN
thường làm nảy sinh mâu thuẫn giữa kiến thức mới với các quan niệm sẵn có của
HS. Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, TN vật lí cung cấp các số liệu thực
nghiệm và đó là cơ sở vững chắc nhất để khái quát hóa, quy nạp, kiểm tra tính đúng
đắn của giả thuyết hoặc hệ quả logic để hình thành kiến thức mới. Trong giai đoạn
củng cố kiến thức, kỹ năng của HS, TN vật lí có vai trò không những kiểm tra kiến
thức, kỹ năng, kỹ xảo mà còn đánh giá được khả năng tự lực, sáng tạo của HS trong
quá trình TN.[7]
Theo quan điểm của lí luận nhận thức, TN là phương tiện của việc thu nhận
tri thức, là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của tri thức, và là phương tiện để vận
dụng tri thức thu được vào thực tiễn.
Ngày nay, dạy học không chỉ truyền thụ cho HS các kiến thức, rèn luyện kỹ
năng, kỹ xảo mà còn góp phần phát triển nhân cách HS một cách toàn diện. Giờ học
có sử dụng TN vật lí làm cho HS hứng thú hơn trong học tập và quá trình thu nhận
thông tin của HS ngày càng tích cực, tự lực và sáng tạo hơn. Như vậy, qua quá trình
tiếp cận với các TN vật lí, dần dần trong HS xuất hiện sự ham muốn tìm hiểu, ham
muốn nghiên cứu, xóa dần sự ngăn cách trong ý thức của HS giữa vật lí và cuộc
sống muôn hình muôn vẻ để tạo cho HS hứng thú nhận thức.[8]
TN vật lí là phương tiện cho phép tổ chức các hình thức làm việc tập thể
khác nhau nhằm bồi dưỡng cho HS thói quen hợp tác trong lao động, trong nghiên
cứu khoa học và trung thực khi nhận thức một sự vật hiện tượng. Hiện tượng vật lí
xảy ra trong tự nhiên chằng chịt, đan xen nhau giữa các quá trình. Do đó, để nghiên
cứu một hiện tượng, một quá trình nào đó, phương tiện có thể phản ánh đúng bản
chất của sự vật hiện tượng một cách chính xác, trung thực và đơn giản nhất là các

26. 14
TN vật lí, vì chúng diễn tả các hiện tượng một cách đơn giản và kiểm soát được các
quá trình, giúp cho HS có các thông tin chân thực về hiện tượng vật lí.[2]
TN là phương tiện đơn giản hóa các hiện tượng quá trình vật lí, làm bộc lộ
những nét đặc trưng của sự vật, hiện tượng nghiên cứu, đặc biết đối với những đối
tượng không tri giác trực tiếp bằng các giác quan của con người, tạo trực quan sinh
động hỗ trợ cho quá trình tư duy trừu tượng của HS.[7]
Tóm lại, TN đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình dạy học Vật lí và có
tác dụng lớn trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS. Vì vậy, dạy học
vật lí cần phải gắn TN vật lí. TN vật lí không chỉ là nguồn tri thức, là phương tiện
có nhiều sức mạnh trong nghiên cứu vật lí, là tiêu chuẩn chân lí của các kiến thức
về giới tự nhiên mà còn tạo ra yếu tố kích thích hứng thú, khuyến khích tính tích
cực, tự giác và sáng tạo của HS, đồng thời cũng là một phương pháp dạy học sát với
thực tế giáo dục của Việt Nam: “Học đi đôi với hành, lí luận gắn với thực tiễn”.
1.2.3. Quy trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong
dạy học Vật lí
Trên cơ sở lí luận dạy học về việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng
tạo của học sinh trong dạy học Vật lý và vai trò của thí nghiệm đối với hoạt động
nhận thức của học sinh, tác giả Nguyễn Anh Thuấn [9] đã đề xuất qui trình xây
dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm ở trường THPT như sau.
1.2.3.1. Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lí
Việc xây dựng các thiết bị thí nghiệm bao gồm các quá trình thiết kế, chế
tạo thiết bị mới, cải tiến, hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm đã có sao cho
chúng thỏa mãn được các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về
mặt sư phạm đối với các thiết bị thí nghiệm.
a) Yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật
- Tạo ra hiện tượng rõ ràng, điều khiển được các yếu tố tác động. Các số liệu
thu thập từ thí nghiệm đảm bảo độ chính xác chấp nhận được ở trường phổ thông.
- Chất lượng vật liệu dùng để chế tạo thiết bị thí nghiệm phải đảm bảo tuổi

27. 15
thọ cao và độ bền chắc.
- Quá trình chế tạo thiết bị thí nghiệm cần áp dụng các thành tựu công nghệ
chế tạo mới của khoa học – kĩ thuật.
b) Yêu cầu về mặt sư phạm
- Các thiết bị thí nghiệm cần đơn giản: số chi tiết không nhiều, cấu tạo gọn,
ít hỏng, dễ sửa chữa, dễ dàng vận chuyển và bảo quản.
- Cần thiết kế, chế tạo các bộ thí nghiệm Vật lý sao cho có thể làm được
nhiều thí nghiệm không chỉ ở một chương, một phần mà còn những phần khác
nhau của chương trình Vật lý, không phải chỉ vì lí do kinh tế mà còn cho phép
học sinh không tốn nhiều thời gian nghiên cứu tác dụng, cách sử dụng các chi tiết,
giúp học sinh dễ dàng thực hiện được các thí nghiệm, tận dụng được thời gian đi
sâu nghiên cứu cái mới được đề cập trong trong các thí nghiệm và thấy được sự
liên kết được các kiến thức đã học.
- Thời gian chuẩn bị các thí nghiệm không đòi hỏi nhiều, dễ dàng tập hợp,
thay đổi các chi tiết, thao tác bằng tay không phức tạp, có thể lắp ráp từng bước
và chắc chắn.
- Các thiết bị thí nghiệm có thể được sử dụng ở nhiều giai đoạn của quá
trình dạy học: tạo tình huống có vấn đề, hình thành kiến thức mới, củng cố và vận
dụng kiến thức.
- Các thiết bị thí nghiệm phải hỗ trợ được quá trình nhận thức tích cực, sáng
tạo của học sinh, nhất là trong giai đoạn phát hiện vấn đề cần giải quyết, hỗ trợ
việc xây dựng giả thuyết, để kiểm tra giả thuyết hoặc để kiểm tra hệ quả suy
được từ giả thuyết.
- Các thiết bị thí nghiệm phải đảm bảo các yêu cầu mĩ thuật: các đường
nét, hình khối cân xứng, khối lượng không quá nặng, màu sắc làm nổi bật được
các chi tiết quan trọng. Riêng đối với các thiết bị thí nghiệm biểu diễn cần có
kích thước đủ lớn, các bộ phận trong thiết bị phải được bố trí sao cho học sinh
toàn lớp quan sát được biểu biễn của hiện tượng diễn ra trong thí nghiệm.
c) Qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý

28. 16
Trên cơ sở xác định các yêu cầu của việc xây dựng các thiết bị thí nghiệm,
quá trình xây dựng các thiết bị thí nghiệm có thể được tiến hành theo các giai đoạn
sau:
- Xác định nội dung các kiến thức, kĩ năng mà học sinh cần có được trong
quá trình học tập.
- Xác định các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học nội dung này.
- Tìm hiểu tình hình thực tiễn về các thiết bị thí nghiệm để xác định được
hiện nay đã có những thiết bị thí nghiệm nào cho phép tiến hành các thí nghiệm đã
xác định? Việc tiến hành các thí nghiệm với những thiết bị thí nghiệm này có
những ưu, nhược điểm gì? Có đáp ứng được các yêu cầu đã nêu ở trên không, nhất
là yêu cầu đối với việc dạy học phát triển tính tích cực sáng tạo của học sinh.
Giai đoạn nghiên cứu này đi tới kết luận: một số thí nghiệm đã có sẵn và đáp
ứng được các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm; cũng đã có một số thiết bị thí
nghiệm mà việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm này chưa phát huy được vai trò của
chúng với hoạt động nhận thức của học sinh, cần cải tiến hoàn thiện; không có thiết
bị thí nghiệm nào để tiến hành một số thí nghiệm đã xác định ở trên.
Đối với trường hợp cần nghiên cứu cải tiến, hoàn thiện các thiết bị thí
nghiệm có sẵn (nhưng chưa đáp ứng nhu cầu dạy học) và nghiên cứu thiết kế, chế
tạo các thiết bị thí nghiệm mới thì trong cả hai trường hợp, các thiết bị thí nghiệm
được chế tạo mới hoặc được cải tiến, hoàn thiện phải đảm bảo được các yêu cầu về
mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm.
- Sản xuất thử thiết bị thí nghiệm, tiến hành nhiều lần các thí nghiệm với
thiết bị thí nghiệm, trước hết nhằm đảm bảo thí nghiệm thành công. Sau đó, cần
phân tích, đánh giá thiết bị thí nghiệm này để điều chỉnh thiết kế sao cho thiết bị
có thể đạt được tối đa các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư
phạm.
- Đưa thiết bị thí nghiệm đã đề xuất vào dạy thực nghiệm sư phạm để tiếp
tục xác định những khó khăn, hạn chế trong quá trình sử dụng nhằm bổ sung
hoàn chỉnh thiết bị thí nghiệm.

29. 17
- Sản xuất thiết bị mẫu, soạn tài liệu hướng dẫn, trình Bộ giáo dục và đào
tạo duyệt để có thể sản xuất hàng loạt và trang bị cho các trường phổ thông.
1.2.3.2. Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý
Để thí nghiệm phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong dạy học Vật lý thì
việc sử dụng thí nghiệm phải tuân theo một số yêu cầu về mặt kĩ thuật và về mặt
phương pháp dạy học.
a) Yêu cầu của việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý.
- Xác định rõ lôgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng thí nghiệm
phải là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết một nhiệm
vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức. Trước mỗi thí nghiệm, phải đảm bảo cho học
sinh ý thức được sự cần thiết của thí nghiệm và hiểu rõ mục đích của thí nghiệm.
- Xác định rõ các thiết bị thí nghiệm cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến
trình thí nghiệm (để đạt được mục đích thí nghiệm, cần sử dụng các thiết bị thí
nghiệm nào, bố trí ra sao, cần tiến hành thí nghiệm theo các bước nào, cần quan
sát, đo đạc cái gì). Không xem nhẹ các thí nghiệm đơn giản.
- Đảm bảo cho học sinh ý thức được rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả
các giai đoạn thí nghiệm bằng cách giao cho học sinh thực hiện các nhiệm vụ cụ
thể.
- Thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi thí nghiệm trước giờ học, đảm bảo thí
nghiệm phải thành công (hiện tượng xảy ra phải quan sát được rõ ràng, kết quả
đo có độ chính xác chấp nhận được).
- Việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm phải tuân
theo các qui tắc an toàn.
b) Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý.
- Giai đoạn 1: Thiết bị thí nghiệm được sử dụng làm xuất hiện vấn đề cần
nghiên cứu.
Trong giai đoạn làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu ở học sinh, giáo viên
có thể sử dụng thiết bị thí nghiệm theo các bước sau:
+ Bước 1: Giáo viên mô tả một hoàn cảnh thực tiễn tạo nên một vấn đề “hấp

30. 18
dẫn” và yêu cầu học sinh dự đoán hiện tượng có thể xảy ra.
+ Bước 2: Giáo viên làm một thí nghiệm, hoặc giáo viên cho học sinh làm
một thí nghiệm đơn giản để học sinh thấy được hiện tượng diễn ra không phù hợp
với dự đoán của mình.
+ Bước 3: Giáo viên hướng dẫn học sinh phát biểu vấn đề của bài học. Căn
cứ vào trình độ của học sinh, vào nội dung của bài học mà giáo viên lựa chọn và
đưa ra mức độ thích hợp nhằm yêu cầu học sinh tự lực phát biểu vấn đề của bài học.
Lúc đầu, giáo viên có thể đưa ra mức độ cao hơn thăm dò, sau đó giáo viên hướng
dẫn và giảm bớt khó khăn cho học sinh khi cần thiết.
- Giai đoạn 2: Thiết bị thí nghiệm được sử dụng để hỗ trợ việc đề xuất giả
thuyết của học sinh
Trong giai đoạn giáo viên hướng dẫn học sinh đề xuất giả thuyết, thiết bị thí
nghiệm có thể được sử dụng theo các bước sau
+ Bước 1: Giáo viên yêu cầu học sinh đề xuất giả thuyết để nêu nguyên nhân
của vấn đề đã được phát biểu ở giai đoạn trước. Học sinh có thể đề xuất giả thuyết
dựa trên một số gợi ý sau:
- Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có.
- Dựa trên sự tương tự.
- Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa
chúng có mối quan hệ nhân quả.
- Dựa trên nhận xét thấy hai hiện tượng luôn luôn biến đổi đồng thời, cùng
tăng hoặc cùng giảm mà dự đoán về mối quan hệ nhân quả giữa chúng.
- Dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiều quá trình.
- Dự đoán về mối quan hệ định lượng.
+ Bước 2: Nếu học sinh vẫn không đề xuất được giả thuyết thì giáo viên sẽ
tiến hành một thí nghiệm để cung cấp thêm cho học sinh mối liên hệ giữa một số
đại lượng trong hiện tượng đang nghiên cứu, giúp học sinh khái quát được những
kết quả quan sát được để đưa ra dự đoán.
- Giai đoạn 3: Thiết bị thí nghiệm được sử dụng để kiểm tra giả thuyết

31. 19
hoặc hệ quả được suy ra từ giả thuyết
Để rút ra hệ quả từ giả thuyết, giáo viên hướng dẫn học sinh suy luận lí
thuyết. Trong giai đoạn này, giáo viên không cần sử dụng thiết bị thí nghiệm.
Trong đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được
suy ra từ giả thuyết, học sinh phải suy nghĩ, tìm tòi để tìm ra phương hướng giải
quyết vấn đề.
Trong giai đoạn này, giáo viên nhất thiết phải sử dụng các thiết bị thí
nghiệm. Qui trình sử dụng thí nghiệm của giáo viên trong giai đoạn này có thể
theo các bước sau:
+ Bước 1: Giáo viên giúp học sinh nhận thức rõ điều mà họ cần tiến hành thí
nghiệm kiểm tra và gợi cho học sinh nhớ lại những kiến thức, kinh nghiệm có liên
quan.
+ Bước 2: Giáo viên tổ chức cho học sinh đề xuất các phương án thí nghiệm
để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết.
+ Bước 3: Giáo viên tổ chức cho học sinh trao đổi, phân tích tính khả thi của
mỗi phương án và chọn ra phương án có nhiều triển vọng nhất.
+ Bước 4: Giáo viên hướng dẫn học sinh lựa chọn thiết bị thí nghiệm, bố trí
dụng cụ thí nghiệm, dự kiến tiến trình thí nghiệm. Giáo viên bổ sung, điều chỉnh
một số chi tiết cần thiết để tăng thêm hiệu quả của thiết bị thí nghiệm.
+ Bước 5: Giáo viên tiến hành thí nghiệm trên thiết bị thí nghiệm đã thiết kế
(đã được giáo viên chuẩn bị từ trước). Nếu việc tiến hành thí nghiệm không đòi hỏi
kĩ năng phức tạp thì giáo viên có thể yêu cầu học sinh tự tiến hành thí nghiệm, giáo
viên chỉ giúp đỡ học sinh khi học sinh gặp khó khăn.
- Giai đoạn 4: Thiết bị thí nghiệm được sử dụng trong giai đoạn vận dụng
kiến thức
Để học sinh có thể vận dụng được kiến thức một cách sáng tạo, làm cho kiến
thức của học sinh trở nên sâu sắc, bền vững, giáo viên có thể giao cho học sinh
những nhiệm vụ đòi hỏi phải sử dụng thiết bị thí nghiệm theo các cách sau:
+ Cách 1: Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ sử dụng thiết bị thí nghiệm

32. 20
đã được sử dụng để tiến hành thí nghiệm khác hoặc phải sử dụng thiết bị thí nghiệm
có sẵn để tiến hành thí nghiệm.
+ Cách 2: Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ chế tạo dụng cụ thí nghiệm
và tiến hành thí nghiệm với nó.
Trong hai cách sử dụng thiết bị thí nghiệm ở giai đoạn vận dụng kiến thức,
giáo viên có thể tổ chức hoạt động của học sinh dựa theo một số dạng hướng dẫn cụ
thể sau:
+ Giáo viên cho học sinh những dụng cụ thí nghiệm cần thiết, nêu các bước
tiến hành thí nghiệm và yêu cầu học sinh tiến hành thí nghiệm theo các bước này,
rồi giải thích các kết quả thí nghiệm.
+ Giáo viên cho học sinh dụng cụ thí nghiệm cần thiết, nêu các bước tiến
hành thí nghiệm và yêu cầu học sinh dự đoán kết quả thí nghiệm, rồi mới làm thí
nghiệm kiểm tra.
+ Giáo viên cho học sinh dụng cụ thí nghiệm cần thiết và yêu cầu học sinh tự
thiết kế tiến trình thí nghiệm để đạt được mục đích đề ra.
+ Học sinh tự lựa chọn dụng cụ có sẵn, lập tiến trình thí nghiệm (gồm bố trí,
các bước tiến hành thí nghiệm, đo kết quả, xử lý kết quả đo) để đạt mục đích đề ra.
+ Học sinh tự lựa chọn dụng cụ, chế tạo thiết bị thí nghiệm, lập tiến trình thí
nghiệm (gồm bố trí, các bước tiến hành thí nghiệm, đo kết quả, xử lý kết quả đo) để
đạt mục đích đề ra.
Việc sử dụng thiết bị thí nghiệm theo cả hai cách đã nêu không đơn thuần chỉ
tiến hành thí nghiệm với thiết bị đó, không phải là sự vận dụng máy móc các kiến
thức, kĩ năng đã biết mà phải có những yếu tố chứa đựng sự sáng tạo của học sinh ở
một khâu hoặc ở tất cả các khâu của việc sử dụng thiết bị thí nghiệm: thiết kế
phương án thí nghiệm, lựa chọn các chi tiết để chế tạo dụng cụ mong muốn, tiến
hành thí nghiệm với dụng cụ vừa chế tạo, xử lí các kết quả thí nghiệm thu được.
Trong giai đoạn vận dụng kiến thức, giáo viên có thể lựa chọn cách sử dụng
thiết bị thí nghiệm trên cơ sở các yêu cầu về nội dung kiến thức, kĩ năng cần đạt
được ở học sinh, trình độ của học sinh. Quá trình tổ chức hướng dẫn của giáo viên

33. 21
trong giai đoạn này có thể theo các bước sau:
+ Bước 1: Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ sử dụng thiết bị thí nghiệm
để giải quyết vấn đề đặt ra.
+ Bước 2: Giáo viên tổ chức cho học sinh thảo luận để lựa chọn, thiết kế, chế
tạo dụng cụ thí nghiệm, lập kế hoạch thí nghiệm.
+ Bước 3: Giáo viên hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm, thu thập và
xử lí kết quả thí nghiệm.
Trong bốn giai đoạn của qui trình sử dụng thiết bị trong dạy học Vật lý, thiết
bị thí nghiệm đóng vai trò quan trọng nhất ở giai đoạn kiểm tra giả thuyết hoặc
kiểm tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết. Việc kiểm tra tính đúng đắn của giả
thuyết hoặc kiểm tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết đòi hỏi học sinh (dưới dự
hướng dẫn của giáo viên) phải xây dựng được phương án thí nghiệm kiểm tra,
xâydựng được phương án thí nghiệm cần sử dụng và tiến hành được phương án
thí nghiệm có sử dụng thiết bị thí nghiệm đó.
Quá trình sử dụng thiết bị thí nghiệm theo các giai đoạn này không những
tạo và duy trì hứng thú ở học sinh, rèn luyện cho học sinh kĩ năng đưa ra dự đoán và
kĩ năng đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra mà còn tạo điều kiện rèn luyện kĩ
năng thực hành cho học sinh.
1.2.4. Sử dụng máy vi tính hỗ trợ TN Vật lí [2]
Trong các TN Vật lí sử dụng vào dạy học ở trường phổ thông, máy vi tính
được chú ý đến với tư cách là một công cụ sư phạm, hơn là một thiết bị đa năng có
tốc độ xử lí cao. Điều đó có nghĩa là máy vi tính được sử dụng trong hệ thống TN
vật lí với nhiều mục đích dạy học khác nhau. Việc sử dụng máy vi tính có khi chỉ là
một công cụ đơn thuần để đo thời gian, quãng đường, vận tốc, gia tốc, nhiệt độ, điện
trở, hiệu điện thế…, tức là đo một đại lượng nào đó. Tuy nhiên đối với các nhà sư
phạm, thì máy vi tính có thể hỗ trợ TN các mặt sau:
- Thu thập và lưu trữ số liệu: Máy vi tính có thể thu thập số liệu thực nghiệm
dưới nhiều dạng khác nhau, có thể ghi lại rất nhiều giá trị đo cùng một thời gian
ngắn, các phép đo được tiến hành tự động ở những nơi, những lúc mà con người

34. 22
không thể trực tiếp quan sát, đo đạc được. Những số liệu thu được ghi vào máy vi
tính thành các file dữ liệu sẽ được sử dụng lại khi cần.
- Xử lí số liệu: Các phần mềm chuyên dụng có khả năng xử lí các số liệu đã
đo được trong TN theo nhiều cách khác nhau như nội suy, ngoại suy các giá trị cần
tìm hoặc đưa ra các phương trình đặc trưng của đường biểu diễn số liệu, tính giá trị
sai số…
- Biểu diễn số liệu: Nhờ khả năng đồ họa linh hoạt, máy vi tính có thể biểu
diễn số liệu dưới nhiều dạng khác nhau như đồng hồ hiện số thời gian, đồng hồ đo
độ dài, đo cường độ dòng điện, đo nhiệt độ, đo vận tốc, đo gia tốc… biểu diễn đồ
thị hay biểu đồ thời gian thực (là những biểu đồ được vẽ gần như đồng thời với
phép đo số liệu). Một số phần mềm có thể biểu diễn số liệu dưới dạng các phân tử
đồ họa như vectơ vận tốc, vectơ gia tốc, vectơ lực…, các hình phẳng, hình khối…
và thậm chí cả những hình ảnh chuyển động.
Ngoài ra, việc sử dụng kết hợp TN với bài giảng điện tử, máy vi tính sẽ giúp
cho GV trong việc tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh.
Như vậy, máy vi tính không chỉ hỗ trợ thí nghiệm mà còn hỗ trợ cho GV và
HS trong quá trình hoạt động nhận thức.
Tùy thuộc vào mục tiêu, nội dung dạy học cụ thể, phương pháp và hình thức
tổ chức dạy học của giáo viên mà máy vi tính có thể được sử dụng để hỗ trợ các TN
vật lí theo 4 hình thức sau:
- Sử dụng máy vi tính hỗ trợ các TN thực trong việc tiến hành TN và tổ chức
hoạt động nhận thức.
- Sử dụng TN ảo trong dạy học vật lí.
- Sử dụng TN mô phỏng trong dạy học vật lí.
- Sử dụng máy vi tính trực quan hóa các TN vật lí truyền thống, khó quan sát.

35. 23
Đối với các TN vật lí thực, sự hỗ trợ của máy vi tính nhờ có các phần mềm
thích hợp nhận tín hiệu thông qua Bộ giao diện chuyển đổi (Interface) được nối với
bộ cảm biến (sensor).
Nhờ đó mà máy vi tính có thể thu thập số liệu trong thí nghiệm dưới nhiều
dạng khác nhau, có thể ghi lại rất nhiều giá trị đo cùng một thời gian ngắn. Những
số liệu thu được có thể đồng thời ghi lên file dữ liệu và hiển thị lên màn hình theo
đúng ý đồ của GV. Trên cơ sở đó, máy vi tính tiến hành xử lí số liệu theo yêu cầu
của việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS trong giờ lên lớp.
Trong cơ học, các thiết bị cảm biến (sensor), thông qua giao diện máy tính,
có thể đo được vận tốc, gia tốc, vị trí theo các phương pháp khác nhau. Khi đó, máy
vi tính vừa làm nhiệm vụ của một máy đo vạn năng, vừa tiến hành thu thập, xử lí
lưu trữ hoặc hiển thị lên màn hình (số liệu, bảng số liệu, đồ thị, hình ảnh…) với tốc
độ xử lí nhanh và cho kết quả đúng thực tế của TN theo yêu câu.
Như vậy, không những khắc phục được những hạn chế của phương tiện dạy
học truyền thống, máy vi tính còn có khả năng xử lí và trình diễn các hiện tượng,
quá trình mà tưởng chừng không thể thực hiện được. Điều đó chắc chắn sẽ lôi cuốn
HS vào tiết học, đồng thời tạo niềm tin khoa học cần thiết cho các em.
Đối tượng đo
(Thí nghiệm)
Bộ cảm biến
(Sensor)
Màn hình
hiển thị
Máy vi tính
và phần
mềm
Bộ giao diện
chuyển đổi
(Interface)
Hình 1.4. Sơ đồ TN vật lí với sự hỗ trợ của máy vi tính [2]

36. 24
1.2.5. Thí nghiệm vật lí trong tiến trình dạy học phát hiện và giải
quyết vấn đề
Theo V.Ôkôn, dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề dưới dạng chung nhất
là toàn bộ các hành động như tổ chức các tình huống có vấn đề, biểu đạt (nêu ra)
các vấn đề (tập cho HS quen dần để tự làm lấy công việc này), chú ý giúp đỡ cho
HS những điều cần thiết để giải quyết vấn đề, kiểm tra các cách giải quyết đó và
cuối cùng lãnh đạo quá trình hệ thống hóa và củng cố các kiến thức đã tiếp thu
được.[10]
Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề là kiểu dạy học dạy HS thói quen tìm
tòi giải quyết vấn đề theo cách của các nhà khoa học, không những tạo nhu cầu,
hứng thú học tập, giúp học sinh chiếm lĩnh được kiến thức, mà còn phát triển được
năng lực sáng tạo của học sinh.[11]
Theo Nguyễn Ngọc Hưng [11], các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến
thức theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề được tổ chức như sau:
Giai đoạn 1: Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát:
từ kiến thức cũ, kinh nghiệm, thí nghiệm, bài tập, truyện kể lịch sử…
Giai đoạn 2: Phát hiện vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần câu trả lời)
Giai đoạn 3: Giải quyết vấn đề
- Suy đoán giải pháp giải quyết vấn đề: nhờ khảo sát lí thuyết hoặc khảo sát
thực nghiệm.
- Thực hiện giải pháp đã suy đoán
Giai đoạn 4: Rút ra kết luận (kiến thức mới)
Giai đoạn 5: Vận dụng kiến thức mới để giải quyết những nhiệm vụ đặt ra tiếp theo
Hình 1.5. Sơ đồ khái quát của tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu DH PH
& GQ VĐ [11]
Cụ thể hơn, tùy theo nội dung kiến thức của bài học mà tiến trình xây dựng
kiến thức theo kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề diễn ra theo một trong
hai con đường: Con đường lí thuyết và con đường thực nghiệm.

37. 25
 Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lý thuyết
của kiểu dạy học PH&GQVĐ
1. Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát: từ kiến thức cũ,
kinh nghiệm, thí nghiệm, bài tập, truyện kể lịch sử…
3. Giải quyết vấn đề
3.1. Giải quyết vấn đề nhờ suy luận lí thuyết, trong đó có suy luận toán học
- Suy đoán giải pháp giải quyết vấn đề:
* Xác định các kiến thức đã biết cần vận dụng.
* Xác định cách thức vận dụng các kiến thức này để đi tới câu trả lời.
- Thực hiện giải pháp đã suy đoán để tìm được kết quả.
Làm thế nào để kiểm nghiệm nhờ thí nghiệm
kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết?
3.2. Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận lý thuyết nhờ thí nghiệm
- Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ thí nghiệm:
* Phân tích xem có thể kiểm nghiệm trực tiếp nhờ thí nghiệm kết quả thu được
từ suy luận lý thuyết không?
* Nếu không được, suy luận lôgic từ kết quả này ra hệ quả kiểm nghiệm được
nhờ thí nghiệm.
- Thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm nghiệm kết quả đã thu được từ suy luận lí
thuyết hoặc hệ quả của nó: cần những dụng cụ nào, bố trí chúng ra sao, tiến hành thí
nghiệm như thế nào, thu thập những dử liệu định tính và định lượng nào, xử lí các dữ
liệu thí nghiệm này như thế nào?
- Thực hiện thí nghiệm: Lập kế hoạch thí nghiệm, lắp ráp, bố trí và tiến hành thí nghiệm,
thu thập và xử lí các dữ liệu thí nghiệm để đi tới kết quả.
4. Rút ra kết luận
Đối chiếu kết quả thí nghiệm với kết quả đã rút ra từ suy luận lý thuyết. Có 2 khả năng xảy
ra:
- Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết thì kết
quả này trở thành kiến thức mới.
- Nếu kết quả thí nghiệm không phù hợp với kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết
thì cần kiểm tra lại quá trình thí nghiệm và quá trình suy luận từ các kiến thức đã biết.
Nếu quá trình thí nghiệm đã đảm bảo điều kiện mà thí nghiệm cần tuân thủ và quá trình
suy luận không mắc sai lầm thì kết quả thí nghiệm đỏi hỏi phải đề xuất giả thuyết. Quá
trình kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết này sau đó sẽ dẫn tới kiến thức mới bổ sung,
sửa đổi những kiến thức đã vận dụng lúc đầu làm tiền đề cho suy luận lí thuyết.
Những kiến thức vận dụng lúc đầu này nhiều khi là trường hợp riêng, trường hợp
giới hạn của kiến thức mới. Qua đó, phạm vi áp dụng các kiến thức đã vận dụng lúc đầu
được chỉ ra.
Hình 1.6. Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường lí thuyết
của kiểu DH PH & GQ VĐ [11]
2. Phát hiện vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần câu trả lởi)

38. 26
 Các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực
nghiệm của kiểu dạy học PH & GQ VĐ
1. Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết từ tình huống (điều kiện) xuất phát: từ kiến thức
cũ, kinh nghiệm, thí nghiệm, bài tập, truyện kể lịch sử…
2. Phát hiện vấn đề cần giải quyết (câu hỏi cần câu trả lởi)
3. Giải quyết vấn đề
3.1. Đề xuất giả thuyết
Các cách đề xuất giả thuyết: Kinh nghiệm; sự tương tự; mối liên hệ nhân q
nghịch của nhiều quá trình; phép ngoại suy; các mối liên hệ định lượng thường gặp…
Làm thế nào để kiểm tra được nhờ thí
nghiệm tính đúng đắn của giả thuyết đã đề
xuất?
3.2. Kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết nhờ thí nghiệm
- Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ thí nghiệm:
* Phân tích xem có thể kiểm tra trực tiếp nhờ thí nghiệm tính đúng đắn của
giả thuyết đã đề xuất không?
* Nếu không được, suy luận lôgic từ giả thuyết ra hệ quả kiểm tra được trực
tiếp nhờ thí nghiệm.
- Thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết kết quả đã
thu được từ suy luận lí thuyết hoặc hệ quả của nó: cần những dụng cụ nào, bố trí
chúng ra sao, tiến hành thí nghiệm như thế nào, thu thập những dử liệu định tính và
định lượng nào, xử lí các dữ liệu thí nghiệm này như thế nào?
- Thực hiện thí nghiệm: Lập kế hoạch thí nghiệm, lắp ráp, bố trí và tiến hành thí
nghiệm, thu thập và xử lí các dữ liệu thí nghiệm để đi tới kết quả.
4. Rút ra kết luận
Đối chiếu kết quả thí nghiệm với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất. Có 2 khả năng xảy ra:
- Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất thì giả thuyết trở
thành kiến thức mới.
- Nếu kết quả thí nghiệm không phù hợp với giả thuyết (hệ quả) đã đề xuất thì cần
kiểm tra lại quá trình thí nghiệm và quá trình suy luận từ giả thuyết ra hệ quả. Nếu
quá trình thí nghiệm đã đảm bảo điều kiện mà thí nghiệm cần tuân thủ và quá trình
suy luận không mắc sai lầm thì kết quả thí nghiệm đỏi hỏi phải đề xuất giả thuyết
mới, rồi lại kiểm tra tính đúng đắn của nó. Quá trình này có thể tiếp diễn nhiều lần,
cho tới khi xây dựng kiến thức mới.
Hình 1.7 . Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo con đường thực
nghiệm của kiểu DH PH & GQ VĐ [11]

39. 27
Như vậy, chúng ta có thể thấy TN vật lí có vài trò vô cùng quan trọng, không
thể thay thế trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề. TN vật lí tham gia vào hầu
hết các giai đoạn của tiến trình xây dựng kiến thức, từ tạo tình huống, giải quyết
tình huống đến đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu tiếp theo cho HS.
- Giai đoạn 1: Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết
Ngoài việc dùng kiến thức cũ, kinh nghiệm, bài tập, truyện kể lịch sự … để
làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết, GV có thể dùng TN là phương tiện để làm xuất
hiện vấn đề, kích thích sự tìm tòi suy nghĩ của HS. TN làm xuất hiện trước HS một
hiện tượng mới lạ, xảy ra trái với suy nghĩ thông thường của HS và với vốn kiến
thức đã có, HS không thể giải quyết được, mà phải tìm tòi sáng tạo để giải quyết.
Như vậy, TN giúp làm xuất hiện mâu thuẫn nhận thức, kích thích sự tò mò, tạo
hứng thú nhận thức và động cơ học tập của HS. Trong lí luận dạy học gọi là làm
xuất hiện tình huống có vấn đề.
- Giai đoạn 3: Giải quyết vấn đề
+ TN hỗ trợ cho việc đề xuất giả thuyết
Khi xây dựng kiến thức theo con đường thực nghiệm của kiểu dạy học phát
hiện và giải quyết vấn đề, ngoài các cách đề xuất giả thuyết bằng kinh nghiệm, sự
tương tự, mối liên hệ nhân quả…, GV có thể dùng TN để hỗ trợ việc đề xuất giả
thuyết.
Trong nghiên cứu vật lí, khi đứng trước một vấn đề hoàn toàn mới lạ, người
nghiên cứu chưa có một chút hiểu biết hay kinh nghiệm nào đó liên quan, khó có
thể đưa ra được một dự đoán có căn cứ. Để tránh khỏi một dự đoán vu vơ, nhà
nghiên cứu thực hiện một TN thăm dò để sơ bộ xác định được phương hướng diễn
biến của hiện tượng, dựa trên đó mà xây dựng dự đoán giả thuyết. TN trong trường
hợp này chưa khẳng định một điều gì cả mà chỉ gợi lên một hướng suy nghĩ. Tất
nhiên, cùng một TN cũng có thể gợi ra những suy nghĩ khác nhau, những dự đoán
khác nhau.
Đối với HS, chưa có nhiều kiến thức vật lí và kinh nghiệm thì việc sử dụng
TN để tạo ra cho họ một số kinh nghiệm thực tế ban đầu, hỗ trợ cho việc xây dựng

40. 28
dự đoán là rất quan trọng, nếu không thì sẽ rơi vào tình trạng hoàn toàn bế tắc.
+ TN kiểm tra kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết (kiểu DH PH & GQ
VĐ theo con đường lí thuyết) hay dùng để kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết đã
đề xuất (kiểu DH PH & GQ VĐ theo con đường thực nghiệm).
Như ta đã thấy, trên con đường tìm tòi nghiên cứu để giải quyết những vấn
đề mới, nhà khoa học lúc đầu phải đưa ra câu trả lời dự đoán. Dự đoán đó tuy có
căn cứ nhưng không chắc chắn vì không suy ra được từ những kiến thức đã biết
(còn gọi là giả thuyết). Vậy muốn biết dự đoán đó có đúng không, nghĩa là có phù
hợp với thực tế khách quan không thì bắt buộc phải làm TN kiểm tra. Khi kết quả
TN phù hợp với dự đoán thì điều dự đoán đó trở thành chân lí khách quan, trở thành
kiến thức khoa học. Nếu không phù hợp thì phải bỏ đi để xây dựng dự đoán mới.
Vì dự đoán là mới mẻ, chưa từng có nên TN để kiểm tra dự đoán cũng là mới
mẻ, chưa từng có. Dự đoán thường có tính trừu tượng khái quát. TN lại chỉ là một
biểu hiện trong trường hợp cụ thể, với những điều kiện cụ thể có thể quan sát được.
Bởi vậy, trước khi làm TN kiểm tra, cần phải đảm bảo rằng, lập luận suy từ dự đoán
khái quát ra biểu hiện cụ thể trong TN phải chặt chẽ không sai sót. Trong nhiều
trường hợp, quá trình suy luận đó khá dài dòng, cần sử dụng cả lập luận lôgíc và
biến đổi toán học khá phức tạp, rất dễ phạm sai lầm. Như vậy, TN thường không
kiểm tra trực tiếp dự đoán mà kiểm tra gián tiếp qua hệ quả của nó. Một dự đoán
(giả thuyết) có thể có nhiều hệ quả trong những điều kiện khác nhau. Càng kiểm tra
bằng TN được nhiều hệ quả thì điều dự đoán càng có giá trị cao. Đến một lúc, người
ta phát hiện ra kết quả TN không phù hợp với một hệ quả nào đó thì phải bổ sung,
sửa đổi kiến thức cũ để xây dựng một kiến thức mới rộng hơn, khái quát hơn, bao
gồm nhiều kiến thức cũ như trường hợp riêng.
Tính mới mẻ của TN kiểm tra thể hiện ở nhiều mặt: sử dụng trang thiết bị
mới, cách xử lí kết quả đo lường, độ chính xác của phép đo,…Bởi vậy, người
nghiên cứu phải chế tạo ra dụng cụ TN mới, đề xuất phương án TN mới, nghĩ ra
một phương pháp mới nâng cao tính hiệu quả, độ chính xác của TN,…
- Giai đoạn 5: Vận dụng kiến thức mới để giải quyết các nhiệm vụ đặt ra tiếp theo

41. 29
TN là phương tiện để minh họa kiến thức hoặc để HS vận dụng tri thức mới
ví dụ như: các bài tập TN, các bài tập giải thích hiện tượng mà TN tạo ra,…làm cho
HS hiểu sâu kiến thức hơn. Thậm chí thông qua quá trình vận dụng tri thức với việc
sử dụng TN sẽ tiếp tục làm nảy sinh vấn đề mới và đi đến một nhiệm vụ nhận thức
tiếp theo của tiến trình dạy học.
Ngoài những phân tích nêu trên về hỗ trợ của TN trong các pha của tiến
trình dạy học giải quyết vấn đề, TN còn là phương tiện để thống nhất giữa lí thuyết
và thực hành (giữa lí luận và thực tiễn). Sự suy luận lí thuyết thuần túy hay một TN
đứng riêng không kèm theo phân tích lí thuyết đều không thể cho phép có được kết
luận đúng đắn về tính chất, quy luật của tự nhiên. Do đó, trong khi tiến hành TN để
tìm tòi nghiên cứu, cần phải kết hợp cả lí thuyết và thực hành thì mới đạt được kết
quả mong muốn. Sự thành thạo trong thực hành sẽ tạo điều kiện để kiểm tra, đánh
giá sự đúng đắn, chính xác của lí thuyết. Mặt khác, phải có lí luận chặt chẽ, sắc bén
thì mới có thể dự đoán được những hệ quả thực tiễn, cụ thể của những lí thuyết trừu
tượng.
Tóm lại, TN vật lí trong tiến trình dạy học vật lí theo định hướng đổi mới
(cụ thể ở đây là kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề) chiếm một vai trò rất
quan trọng trong việc phát triển tư duy và năng lực sáng tạo của học sinh.
1.3. Kết luận chương 1
Xuất phát từ một số quan điểm của lí luận dạy học trong việc tổ chức hoạt
động nhận thức của HS, tôi nghiên cứu việc tổ chức hoạt động nhận thức của HS
thông qua việc tạo tình huống học tập và tổ chức hoạt động giải quyết vấn đề nhằm
tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS.
Trong dạy học giải quyết vấn đề đòi hỏi phải có sự tham gia của các phương
tiện dạy học phù hợp, đặc biệt là các TN Vật lí, vì vai trò của TN trong dạy học Vật
lí rất quan trọng. TN Vật lí có thể được sử dụng ở nhiều giai đoạn khác nhau của
quá trình dạy học giải quyết vấn đề, từ đề xuất vấn đề nghiên cứu, tham gia quá
trình hướng dẫn HS giải quyết vấn đề hình thành trí thức mới, hệ thống hóa kiến
thức, kiểm tra đánh giá kiến thức của HS. Do đó, việc xây dựng các TN Vật lí cho

42. 30
kết quả chính xác và nhanh chóng là điều cần thiết trong quá trình dạy học Vật lí
nhằm gây hứng thú, lòng yêu thích, say mê Vật lí và góp phần nâng cao năng lực
sáng tạo cho HS.
Những cơ sở lí luận nghiên cứu trên đây sẽ được tôi cụ thể hóa trong việc
vận dụng thiết kế bộ thí nghiệm cơ học dùng cảm biến SONAR và sử dụng vào việc
thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức trong chương “Các định luật bảo toàn”.

43. 31
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM CƠ HỌC DÙNG CẢM
BIẾN SONAR VÀ THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ
KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” LỚP 10
THPT
2.1. Nội dung kiến thức phần cơ học trong chương trình Vật lí THPT
Nội dung kiến thức phần cơ học trong chương trình Vật lí THPT bao gồm :
cơ học chất điểm và cơ học vật rắn. Cơ học chất điểm bao gồm các chương: động
học, động lực học, các định luật bảo toàn thuộc chương trình lớp 10, và chương dao
động ở chương trình lớp 12. Cơ học vật rắn
Phần động học chất điểm bao gồm: Chuyển động thẳng đều, chuyển động
thẳng biến đổi đều, sự rơi tự do và chuyển động tròn đều. Trong các phần này, HS
được nghiên cứu các dạng chuyển động của vật mà không xét đến nguyên nhân gây
ra chuyển động. HS cần hiểu được các đại lượng vận tốc, gia tốc, tọa độ …và phải
vận dụng các kiến thức đã học vào thực tiễn và giải quyết các bài toán về chuyển
động các vật.
Phần động lực học bao gồm: Các định luật Newton, các lực cơ học, ứng dụng
của các định luật Newton. Trong phần này, HS được tiếp tục nghiên cứu chuyển
động và các nguyên nhân thay đổi trạng thái chuyển động thông qua các định luật
Newton, định luật vạn vật hấp dẫn, định luật Húc mà trong đó các định luật Newton
đóng vai trò then chốt.
Phần các định luật bảo toàn bao gồm: Định luật bảo toàn động lượng và định
luật bảo toàn cơ năng. Trong phần này, HS nắm được nội dung các định luật bảo
toàn trong hệ kín. Các khái niệm động năng, thế năng, động lượng, cơ năng … và
áp dụng kiến thức đã học để giải thích các hiện tượng thực tế.
Phần dao động và sóng cơ học được trình bày ở chương trình lớp 12. Trong
phần này HS được nghiên cứu dao động điều hòa của con lắc lò xo và dao động
điều hòa của con lắc đơn. HS cần phải xác định được các đặc trưng cơ bản của dao
động điều hòa như li độ, biên độ, tần số, vận tốc, gia tốc … từ đó đi sâu vào nghiên

44. 32
cứu các quá trình xảy ra trong thực tế như dao động tắt dần, dao động duy trì, cưỡng
bức, hiện tượng cộng hưởng, tổng hợp dao động.
Cơ học vật rắn tập trung cho HS nghiên cứu các điều kiện cân bằng của các
vật, quy tắc hợp lực, quy tắc momen lực áp dụng cho vật rắn. Đồng thời, HS được
nghiên cứu các dạng cân bằng của vật rắn và áp dụng để giải thích một số hiện
tượng trong thực tế.
2.2. Thực trạng của việc sử dụng thí nghiệm và thực trạng dạy học
phần Cơ học ở trường THPT
Chúng ta biết rằng dạy học Vật lí phải gắn với TN Vật lí. Tuy nhiên, thực tế
ở trường phổ thông việc sử dụng TN trong dạy học Vật lí đang ở mức độ nào và
hiệu quả của nó ra sao? GV có coi trọng việc sử dụng TN trong dạy học chưa?
Trong phần cơ học, việc sử dụng TN gặp phải những thuận lợi và khó khăn gì?
Thông qua việc dạy học Vật lí ở trường tôi và tham khảo các ý kiến đóng
góp của các đồng nghiệp dạy Vật lí ở các trường THPT trên địa bàn TP. Hồ Chí
Minh, tôi có thể nêu ra một số thuận lợi và khó khăn khi giảng dạy Vật lí ở trường
THPT hiện nay.
2.2.1. Thuận lợi
Hầu hết GV ý thức được việc đổi mới phương pháp dạy học là yêu cầu cần
thiết trong giai đoạn hiện nay.
Cơ sở vật chất, phương tiện dạy học có nhiều bước chuyển biến đáng kể về
khả năng đầu tư, số lượng, chất lượng.
Các cấp quản lí giáo dục có nhiều quan tâm đến hoạt động nâng cao chất
lượng dạy học dưới nhiều hình thức phong phú, đa dạng: sáng kiến kinh nghiệm, thi
GV dạy giỏi vật lí, thi làm đồ dùng dạy học, thi và tuyển chọn các giáo án điện tử…
Các hoạt động này mang lại cho GV cơ hội rất lớn để học hỏi, trao đổi kinh nghiệm
và bồi dưỡng kiến thức.

45. 33
Công tác bồi dưỡng, phát hiện HS giỏi được quan tâm đáng kể. Bên cạnh đó,
các HS yếu kém cũng được quan tâm kịp thời. Tuy nhiên hiệu quả thu được trong
lĩnh vực này vẫn chưa khả quan lắm.
2.2.2. Khó khăn
Hiện nay, đội ngũ GV Vật lí mặc dù đều ý thức được sự cần thiết phải đổi
mới phương pháp dạy học và vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí nhưng thực
tế giảng dạy thì GV chưa thể hiện sự quan tâm đúng mức vấn đề này vì những
nguyên nhân sau:
- Hình thức kiểm tra đánh giá hiện nay chưa phù hợp với cách dạy mới, đặc
biệt đối với môn Vật lí, các kỹ năng thực hành hầu như không được đề cập đến.
- Trong thực tế, số tiết dạy cho GV Vật lý trong một tuần còn quá cao. Do đó,
quỹ thời gian cần thiết để chuẩn bị cho TN và đầu tư cho việc nâng cao nghiệp vụ
còn nhiều hạn chế. Thậm chí, phần lớn GV còn phải giảng dạy các môn khác ngoài
chuyên môn được đào tạo (GV vật lí thường phải giảng dạy môn Kỹ thuật Công
nghệ).
- Trong các trường THPT hiện nay đại đa số chưa có cán bộ chuyên trách
phòng TN, mà chỉ có GV kiêm nhiệm công tác phòng TN.
- GV phần lớn ngại làm TN vì nhiều lí do khác nhau: tốn kém thời gian, kết
quả TN chưa thuyết phục, năng lực sư phạm và kỹ năng thực hành một số GV còn
hạn chế …
- GV chủ yếu làm việc với sách giáo khoa, sách giáo viên, tài liệu tham khảo.
- Khả năng cập nhật thông tin về các lĩnh vực: Tin học, phương pháp dạy học
mới, thiết bị dạy học hiện đại từ các kênh thông tin khác nhau còn hạn chế.
- Hiện nay ở các trường trung học phổ thông rất ít trường có phòng bộ môn đạt
yêu cầu để giảng dạy Vật lí. Một số trường sử dụng phòng học cũ làm phòng bộ
môn, các thiết bị TN ở trường phổ thông còn thiếu. Một số thiết bị được cung cấp
thì lại không đồng bộ và chất lượng kém làm hạn chế khả năng quan sát, phân tích,
tổng hợp trong quá trình dạy học, đồng thời kết quả đo đạc lại thiếu chính xác làm
giảm tính thuyết phục đối với HS trong quá trình dạy học. Điều này dẫn đến tình