Sáng kiến kinh nghiệm Sử dụng bộ cảm biến Addestation để thực hiện một số thí nghiệm trong chương trình Vật lý 10

 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 
 SỬ DỤNG BỘ CẢM BIẾN ADDESTATION 
ĐỂ THỰC HIỆN MỘT SỐ THÍ NGHIỆM TRONG 
 CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 
 BỘ MÔN: VẬT LÝ 
 1 
 PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ 
 1. Lí do chọn đề tài 
 Hội nghị lần thứ 8 Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam 
(khoá XI) đã thông qua Nghị quyết số 29/NQ-TW ngày 4 tháng 11 năm 2013 về đổi 
mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đáp ứng yêu cầu công nghiệp hoá, hiện 
đại hoá trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập 
quốc tế; Quốc hội đã ban hành Nghị quyết số 88/2014/QH13 ngày 28 tháng 11 năm 
2014 về đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông, góp phần đổi mới 
căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo. 
 Ngày 26/12/2018, Bộ trưởng Bộ GD-ĐT đã ban hành Thông tư số 
32/2018/TT-BGD&ĐT về Chương trình giáo dục phổ thông, trong đó nêu rõ: “Giáo 
dục khoa học tự nhiên giúp học sinh dần hình thành và phát triển năng lực khoa học 
tự nhiên qua quan sát và thực nghiệm, vận dụng tổng hợp kiến thức, kĩ năng để giải 
quyết các vấn đề và sáng tạo trong cuộc sống; đồng thời cùng với các môn Toán, 
Vật lí, Hoá học, Sinh học, Công nghệ, Tin học thực hiện giáo dục STEM, một trong 
những xu hướng giáo dục được coi trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và được quan 
tâm thích đáng trong đổi mới giáo dục phổ thông của Việt Nam”. 
 Vật lí với đặc thù là bộ môn khoa học thực nghiệm có tính công nghệ và kỹ 
thuật nên việc giảng dạy cần thực hiện các thí nghiệm biễu diễn, thí nghiệm khảo sát 
và thí nghiệm thực hành nhằm mục đích giúp học sinh sáng tỏ, khẳng định những 
vấn đề lý thuyết mà giáo viên đã trình bày. Qua đó củng cố, đào sâu những tri thức 
mà họ đã lĩnh hội được hoặc vận dụng lý luận để nghiên cứu vấn đề do thực tiễn đề 
ra. Đồng thời biến tri thức thành niềm tin, hình thành những kỹ năng, kỹ xảo làm 
công tác thực nghiệm khoa học; kỹ năng, kỹ xảo thực hiện những hành động trí tuệ 
- lao động; kích thích hứng thú học tập bộ môn và bồi dưỡng những phẩm chất cần 
thiết của người lao động mới như óc quan sát, tính chính xác, tính cẩn thận, tính cần 
cù, tiết kiệm, tổ chức lao động có khoa học. 
 Trong quá trình đổi mới phương pháp dạy học, thì phương tiện dạy học đóng 
một vai trò hết sức quan trọng. Chức năng chủ yếu của phương tiện dạy học là tạo 
điều kiện để học sinh nắm vững chính xác, sâu sắc kiến thức, phát triển năng lực 
nhận thức và hình thành nhân cách của học sinh. Theo lí luận dạy học hiện đại, 
phương tiện dạy học hỗ trợ hoạt động của giáo viên và học sinh ở tất cả các pha của 
tiến trình giải quyết nhiệm vụ nhận thức. Phương tiện dạy học chứng tỏ vai trò trong 
việc tăng cường tính trực quan và thí nghiệm, thực hành trong quá trình dạy học nói 
chung và dạy học Vật lý nói riêng. Hiện nay, việc trang bị các phương tiện dạy học 
mới cho các trường phổ thông từng bước được tăng cường. Trước yêu cầu đổi mới 
giáo dục ở nước ta theo hướng phát triển năng lực của học sinh, việc sử dụng đa 
dạng và phối hợp các phương tiện dạy học để nâng cao hiệu quả học tập ở các môn 
học là quan trọng và cần thiết. Các phương tiện dạy học số ngày càng phổ biến và 
được áp dụng rộng rãi ở các trường phổ thông. Đối với môn Vật lý, việc sử dụng thí 
nghiệm ghép nối máy vi tính giúp nâng cao khả năng tiến hành các phương án thí 
 3 
 1. Cơ sở lý luận về thí nghiệm vật lý 
 1.1. Dạy học Vật lý theo tiếp cận năng lực 
 1.1.1. Quan niệm về năng lực 
 Có rất nhiều cách quan niệm rất khác nhau về năng lực. Trong Chương trình 
giáo dục phổ thông tổng thể, năng lực được quan niệm là thuộc tính cá nhân được 
hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép 
con người huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác 
như hứng thú, niềm tin, ý chí,... thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, 
đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể. 
 1.1.2. Thành phần và cấu trúc năng lực 
 Theo quan điểm của các nhà sư phạm Đức, cấu trúc chung của năng lực hành 
động được mô tả là sự kết hợp của 4 năng lực thành phần sau: 
 - Năng lực chuyên môn (Professional competency): 
 Là khả năng thực hiện các nhiệm vụ chuyên môn cũng như khả năng đánh giá 
kết quả chuyên môn một cách độc lập, có phương pháp và chính xác về mặt chuyên 
môn. Trong đó bao gồm cả khả năng tư duy lô gic, phân tích, tổng hợp, trừu tượng 
hoá, khả năng nhận biết các mối quan hệ hệ thống và quá trình. Năng lực chuyên 
môn hiểu theo nghĩa hẹp là năng lực “nội dung chuyên môn”, theo nghĩa rộng bao 
gồm cả năng lực phương pháp chuyên môn. 
 - Năng lực phương pháp (Methodical competency): 
 Là khả năng đối với những hành động có kế hoạch, định hướng mục đích 
trong việc giải quyết các nhiệm vụ và vấn đề. Năng lực phương pháp bao gồm năng 
lực phương pháp chung và phương pháp chuyên môn. Trung tâm của phương pháp 
nhận thức là những khả năng tiếp nhận, xử lý, đánh giá, truyền thụ và trình bày tri 
thức. 
 - Năng lực xã hội (Social competency): 
 Là khả năng đạt được mục đích trong những tình huống xã hội xã hội cũng 
như trong những nhiệm vụ khác nhau trong sự phối hợp sự phối hợp chặt chẽ với 
những thành viên khác. 
 - Năng lực cá thể (Induvidual competency): 
 Là khả năng xác định, đánh giá được những cơ hội phát triển cũng như những 
giới hạn của cá nhân, phát triển năng khiếu cá nhân, xây dựng và thực hiện kế hoạch 
phát triển cá nhân, những quan điểm, chuẩn giá trị đạo đức và động cơ chi phối các 
ứng xử và hành vi. 
 Trong các chương trình dạy học hiện nay của các nước thuộc OECD, người 
ta cũng sử dụng mô hình năng lực đơn giản hơn, phân chia năng lực thành hai nhóm 
chính, đó là các năng lực chung và các năng lực chuyên môn. 
 5 
 tắt là tiếp cận năng lực). Chương trình tiếp cận năng lực thực chất vẫn là cách tiếp 
cận kết quả đầu ra. Đầu ra của cách tiếp cận này tập trung vào hệ thống năng lực cần 
có ở mỗi người học. Việc dạy học thay vì chỉ dừng ở hướng tới mục tiêu dạy học 
hình thành kiến thức, kĩ năng và thái độ tích cực ở học sinh thì còn hướng tới mục 
tiêu xa hơn đó là trên cơ sở kiến thức, kĩ năng được hình thành, phát triển khả năng 
thực hiện các hành động có ý nghĩa đối với người học. Học sinh không chỉ biết ghi 
nhớ kiến thức mà còn thực hiện các hoạt động cụ thể, vận dụng những tri thức học 
được để giải quyết các tình huống đặt ra trong cuộc sống. 
 1.2. Sử dụng phương tiện trong dạy học Vật lý 
 1.2.1. Thế nào là phương tiện dạy học số 
 Khi dạy học một số nội dung, để tổ chức quá trình hoạt động học tập vật lý 
một cách tích cực, chủ động, sáng tạo, nếu chỉ sử dụng các phương tiện dạy học 
truyền thống, thì sẽ gặp khó khăn để đạt được mục đích dạy học. Chính vì vậy, khi 
công nghệ thông tin phát triển, để hỗ trợ việc thực hiện tốt hơn mục tiêu dạy học, 
người ta đã tạo ra phương tiện dạy học số - đó là phương tiện mà một phần hay toàn 
bộ được tạo nên và hoạt động dựa trên công nghệ số. 
 Theo định nghĩa này thì phương tiện dạy học số thuộc phương tiện dạy học 
và có thể bao gồm các phương tiện là thiết bị cứng như: máy chiếu Projector, đầu 
đĩa. Camera- gọi tắt là phương tiện dạy học số cứng; và các phương tiện là các dữ 
liệu số, phần mềm hay các thiết bị tích hợp giữa thiết bị cứng và phần mềm như: 
hình ảnh, video, mô hình, thiết bị thí nghiệm ghép nối máy vi tính- gọi tắt là 
phương tiện dạy học số mềm. 
 1.2.2. Phân loại phương tiện dạy học số trong dạy học Vật lý 
 PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC 
 (VẬT LÝ) 
 7 
 Phương tiện dạy học (Vật lý) Phương tiện dạy học (Vật lý) 
 truyền thống số - Dựa tên các phương trình mô tả các mối quan hệ của các đại lượng vật lý 
trong quá trình, hiện tượng nghiên cứu, nhờ phương tiện dạy học số ta có thể mô 
phỏng các mối quan hệ này bằng các hình ảnh tĩnh hay động một cách chính xác, 
trực quan và thẩm mĩ. Cũng nhờ mô phỏng mà ta có thể đưa ra dự đoán về hiện 
tượng, quá trình vật lý mới, phát hiện ra vấn đề mới cần giải quyết. 
 - Phương tiện dạy học số có thể hỗ trợ các thí nghiệm vật lý (thông qua việc 
ghép nối máy vi tính hay phân tích băng hình) để có thể tự động hóa thu thập, lưu 
trữ số liệu thí nghiệm, phân loại, sắp xếp chúng và trình bày kết quả dưới dạng bảng 
số liệu hay đồ thị hết sức nhanh chóng và như ý muốn (nhờ phần mềm). Phương tiện 
dạy học số với khả năng tính toán cực nhanh, có thể hỗ trợ việc kiểm tra những mô 
hình đưa ra là đúng hay sai (trên cơ sở tính toán trong các điều kiện cụ thể và so sánh 
kết quả với các số liệu thực nghiệm thu được dưới dạng đồ thị). Hỗ trợ này giúp cho 
học sinh tham gia tích cực, tự lực và sáng tạo vào giai đoạn giải quyết vấn đề trong 
quá trình nhận thức. 
 1.3. Thí nghiệm trong dạy học Vật lý 
 1.3.1. Thí nghiệm Vật lý 
 Thí nghiệm vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào 
các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà 
trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận 
được tri thức mới hoặc có thể minh họa một cách sinh động cho sự đúng đắn của lí 
thuyết đã có. 
 1.3.2. Ý nghĩa, vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý 
 - Thí nghiệm góp phần hình thành thế giới quan khoa học cho học sinh: 
 Thí nghiệm trong vai trò là bộ phận quan trọng trong dạy học Vật lý sẽ từng 
bước cung cấp và hệ thống hóa tri thức cho con người, qua đó củng cố niềm tin khoa 
học và hoàn thiện thế giới quan khoa học của mỗi người, tạo nên tư duy đúng đắn 
và tích cực. 
 Thông qua thí nghiệm, lí thuyết được tái hiện một cách sinh động và đầy 
thuyết phục, tạo niềm tin khoa học vững chắc, tránh được sự giáo điều trong dạy học 
Vật lí. 
 - Thí nghiệm giúp phát hiện và khắc phục quan niệm sai lầm của học sinh: 
 Khi xem xét cùng một hiện tượng Vật lý, mỗi học sinh sẽ có những quan niệm 
khác nhau từ chính kinh nghiệm sống hàng ngày của mình. Thường những quan 
niệm đó sai lệch so với bản chất của hiện tượng và quá trình Vật lý. Ngay cả những 
hiểu biết không sai lệch với bản chất vật lý của sự vật, hiện tượng thì những quan 
niệm đó cũng không hoàn toàn chính xác và đầy đủ. Do đó, trong dạy học vật lý, 
giáo viên cần phải có biện pháp khắc phục những quan niệm sai lầm của học sinh, 
giúp học sinh tiếp cận chính xác bản chất vật lý của sự vật, hiện tượng. Đã có nhiều 
công trình nghiên cứu chứng minh được rằng một trong những biện pháp khắc phục 
 9 
 Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm ghép nối với máy vi tính về mặt nguyên lí 
 Đối Bộ cảm Thiết bị Máy vi tính Màn hình 
 tượng đo biến Addestation có phần mềm hiển thị 
 xử lý số liệu 
 - Cảm biến đảm nhiệm việc thu thập các số liệu đo về đối tượng nghiên cứu. 
Trong bộ cảm biến, các tương tác của đối tượng đo lên bộ cảm biến dưới các dạng 
khác nhau như cơ, nhiệt, điện, quang, từđều được chuyển thành tín hiệu điện. 
 - Sau khi tín hiệu điện được hình thành tại bộ cảm biến, nó sẽ được chuyển 
qua dây dẫn đến bộ phận tiếp theo trong hệ thống có tên là “thiết bị ghép tương 
thích”. Tại thiết bị ghép tương thích này, các tín hiệu điện sẽ được số hóa một cách 
hợp lí để đưa vào máy vi tính. 
 - Sau khi các tín hiệu đã được số hóa, có thể sử dụng máy vi tính (đã cài đặt 
phần mềm thích hợp) để tính toán, xử lí các tín hiệu số này theo mục đích của người 
nghiên cứu. Phần mềm này được cung cấp kèm theo bộ ghép tương thích khi mua. 
 - Sau khi máy vi tính đã tính toán, xử lí xong, tất cả các kết quả đều có thể 
được hiển thị dưới dạng số, bảng biểu, đồ thị trên màn hình hoặc lưu trữ lại trên máy 
vi tính. 
 Như vậy, với thiết bị thí nghiệm ghép nối máy vi tính, ta có thể tự động thu 
thập số liệu thực nghiệm, lập bảng số liệu, vẽ đồ thị thực nghiệm. Sau khi ta nghiên 
cứu, phân tích số liệu và đồ thị thực nghiệm để dự đoán mối quan hệ có tính quy luật 
giữa các đại lượng trong hiện tượng, quá trình vật lý nghiên cứu, ta có thể nhờ máy 
vi tính kiểm tra dự đoán đó là đúng hay sai bằng cách vẽ và điều chỉnh hàm số chuẩn 
sao cho đồ thị của nó trùng khít với đồ thị thực nghiệm. 
 1.4.2. Khả năng hỗ trợ và ưu điểm của việc sử dụng thí nghiệm ghép nối máy 
vi tính trong dạy học Vật lý theo tiếp cận năng lực 
 So với các thiết bị truyền thống, thí nghiệm được hỗ trợ bằng máy vi tính có 
một số ưu điểm sau: 
 - Có tính trực quan cao hơn trong việc trình bày số liệu đo, hiển thị kết quả. 
 - Tiết kiệm được rất nhiều thời gian do thu thập cũng như xử lí số liệu hoàn 
toàn tự động. 
 - Cho phép thu thập nhiều bộ dữ liệu thực nghiệm trong thời gian rất ngắn (đó 
là một yêu cầu quan trọng trong nghiên cứu thực nghiệm). 
 - Độ chính xác cao của các số liệu đo cũng như kết quả tính toán cuối cùng do 
sử dụng các thiết bị hiện đại và phương pháp tính hiện đại. 
 - Tiết kiệm thời gian lắp đặt thí nghiệm. 
 11