SKKN Hướng dẫn học sinh thiết kế chế tạo một số phương án thí nghiệm có SD cảm biến trên điện thoại thông minh áp dụng khi tổ chức dạy học Vật lí

1. Tên sáng kiến, lĩnh vực áp dụng

Chúng tôi là nhóm tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến: “Hướng dẫn học sinh thiết kế, chế tạo một số phương án thí nghiệm có sử dụng cảm biến trên điện thoại thông minh áp dụng khi tổ chức dạy học Vật lí”

Lĩnh vực áp dụng: Giảng dạy.

2. Nội dung

2.1. Giải pháp cũ

* Giải pháp cũ

Đối với bộ môn Vật lí công cụ để cuốn hút HS vào bài học chính là các thí nghiệm kiểm chứng hay các thí nghiệm thực hành. Tuy nhiên do thời gian để chuẩn bị một tiết dạy có thí nghiệm còn mất nhiều thời gian, cơ sở vật chất ở một số trường còn thiếu thốn, thiết bị hỏng hóc nhiều nên khi giảng dạy các nội dung này GV thường dạy chay, cho xem các Video có sẵn trên mạng hoặc trình diễn các thí nghiệm biểu diễn với các thiết bị có sẵn.

* Ưu điểm

– Với cách dạy cũ giúp giảm công sức của GV, tiết kiệm thời gian, đảm bảo tiến độ chương trình.

– HS thường có nhiều thời gian cho việc làm bài tập và luyện thi.

* Nhược điểm

Về trang thiết bị thí nghiệm sẵn có

Hiện nay trong phòng thí nghiệm của các trường phổ thông phục vụ cho dạy học cũng đã có sẵn một số thí nghiệm kiểm chứng và các bộ thí nghiệm thực hành. Tuy nhiên các thí nghiệm này còn có các hạn chế sau:

– Một số bộ thí nghiệm như bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động của con lắc đơn, sự rơi tự do của một vật, thí nghiệm kiểm chứng định luật II Newton dùng cổng quang điện và đồng hồ đo thời gian để đếm chu kỳ và đo thời gian chuyển động khá cồng kềnh so với không gian lớp học, hay bị lỗi sau một thời gian sử dụng, giá thành 1 bộ thí nghiệm còn cao, trong khi đó mỗi lớp học cần từ 4 đến 6 bộ.

– Chưa có các bộ thí nghiệm kiểm chứng về chu kỳ tần số con lắc lò xo, dao động tắt dần, con lắc đơn, gia tốc hướng tâm của chuyển động tròn đều, chuyển động lăn trên mặt phẳng, đồ thị dao động của các âm do các nguồn khác nhau phát ra…

– Các thí nghiệm biểu diễn hầu hết còn chưa có, GV chủ yếu tự lấy các thí nghiệm sẵn có trên mạng về cho HS quan sát.

Về phương pháp dạy học

– Chỉ chú trọng trang bị kiến thức cho HS, chưa quan tâm đến phát triển năng lực thực nghiệm của HS.

– HS chỉ nhận biết được các hiện tượng thông qua một số thí nghiệm được GV cho xem video hoặc trình diễn trước lớp. Vì vậy HS chưa hiểu bản chất các hiện tượng.

– HS không được tiếp xúc, làm việc với thiết bị nên khó liên hệ kiến thức khoa học với những ứng dụng thực tiễn.

– Không khơi dậy sự tò mò, sáng tạo, niềm say mê trong học tập và nghiên cứu khoa học.

2.2. Giải pháp mới

2.2.1. Thiết kế, chế tạo một số phương án thí nghiệm có sử dụng cảm biến trên điện thoại thông minh

Ngày nay, điện thoại thông minh (smartphone) đã trở thành một vật dụng rất phổ biến với tất cả mọi người. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều người không biết rằng trong mỗi chiếc điện thoại tích hợp rất nhiều loại cảm biến như cảm biến ánh sáng, cảm biến gia tốc, cảm biến áp suất,… để tạo ra những chức năng thông minh phục vụ người dùng. Những năm gần đây, một số nghiên cứu đã chỉ ra việc sử dụng điện thoại thông minh như một công cụ đo đạc và lưu trữ dữ liệu thực nghiệm tạo được nhiều bất ngờ và hứng thú cho người học. Trong sáng kiến này, chúng tôi đã tổ chức cho HS thiết kế, chế tạo 6 phương án thí nghiệm có sử dụng ứng dụng Phyphox (Phụ lục 1) cài ở điện thoại thông minh để đo đạc và xử lí số liệu, gồm

Nội dung các thí nghiệm mà chúng tôi đã thiết kế, chế tạo GV có thể sử dụng nó trong quá trình thiết kế bài học theo các cách khác nhau. Có thể dạy học dự án, dạy học nêu vấn đề, …

2.2.2. Xây dựng kế hoạch

Chia lớp học thành các nhóm, mỗi nhóm nghiên cứu chế tạo một sản phẩm. Mỗi sản phẩm được thiết kế, chế tạo qua các giai đoạn:

+ Giai đoạn tìm kiếm thông tin

Trong giai đoạn này HS thảo luận thống nhất những từ khoá cần thiết cho việc tìm kiếm thông tin, dựa trên các từ khoá liên quan đến thông tin HS tìm kiếm những thông tin cần thiết cho việc thiết kế, chế tạo mỗi sản phẩm.

+ Giai đoạn xử lí thông tin

HS họp nhóm thống nhất thông tin mà mỗi cá nhân đã tìm kiếm để đi đến thống nhất chung về nội dung kiến thức cần thiết. Tổng hợp kết qủa dưới hình thức sơ đồ tư duy trên khổ giấy A3. Trong sơ đồ tư duy phải thể hiện được các bộ phận chính của mỗi sản phẩm làm bằng vật liệu gì, nguyên lí hoạt động của chúng.

+ Giai đoạn xây dựng ý tưởng cho các sản phẩm, thiết kế sản phẩm

Lựa chọn mô hình, bố cục cho từng sản phẩm.

Tính toán thiết kế chi tiết cho mỗi sản phẩm.

Tìm kiếm vật liệu chế tạo, chuẩn bị công cụ cần thiết, dự trù kinh phí.

+ Giai đoạn thực hiện chế tạo và lắp ráp sản phẩm

HS tham gia chế tạo theo sự phân công điều hành của trưởng nhóm vận hành thử sản phẩm. Chỉ ra những nhược điểm và sự cố gặp phải khi vận hành, tìm cách khắc phục để hoàn thiện sản phẩm. GV giám sát, hỗ trợ khi cần.

+ Giai đoạn hoàn thiện và trình bày báo cáo sản phẩm

2.2.3. Xây dựng tiêu chí và hình thức đánh giá kết quả làm việc của các nhóm

Xây dựng cách đánh giá bằng 2 hình thức: HS tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng với nhau và GV đánh giá.

HS đánh giá: Tổ chức, hướng dẫn HS đánh giá dựa vào các bảng tiêu chí cụ thể của từng nội dung, vì đây là hình thức đánh giá mới nên chúng tôi có thể hỗ trợ giải thích cụ thể các tiêu chí cho các em nếu các em còn thấy băn khoăn. Sau đó tiến hành việc đánh giá, có thể trên lớp hoặc ở nhà theo bảng tiêu chí và các mẫu đánh giá.

2.2.4. Quá trình thực hiện

Buổi 1: Gặp gỡ HS, giao nhiệm vụ cho HS

GV giao nhiệm vụ cho HS, phân chia nhóm. HS các nhóm tiến hành họp phiên thứ nhất để bầu nhóm trưởng, thư kí, lập kế hoạch sơ bộ cho các hoạt động.

Thống nhất từ khóa và phân công tìm kiếm thông tin liên quan đến các sản phẩm.

Buổi 2: Họp nhóm thống nhất thông tin và xử lí thông tin tìm kiếm được

GV hẹn gặp và làm việc cụ thể với từng nhóm.

Buổi 3: Thống nhất ý tưởng cho các sản phẩm, thiết kế sản phẩm

Theo đúng lịch hẹn, GV tổ chức cho các nhóm họp bàn kế hoạch thống nhất ý tưởng lựa chọn hình thức, kiểu dáng, vât liệu, dự trù kinh phí…cho từng sản phẩm một.

Buổi 4: Các nhóm tham gia chế tạo sản phẩm

Các nhóm tập hợp mang theo dụng cụ, vật liệu… để bắt đầu chế tạo sản phẩm.

Buổi 5: Tổ chức HS báo cáo sản phẩm

GV tổ chức cho HS được báo cáo sản phẩm trước lớp, mỗi nhóm cử 1 bạn đại diện lên báo cáo, các nhóm còn lại sẽ bổ sung, phản biện, đặt câu hỏi liên quan đến sản phẩm, GV sẽ chốt lại kết quả và nhận xét.

Sau khi kết thức buổi cáo cáo yêu cầu các nhóm nộp bản nhận xét đánh giá sản phẩm của các nhóm, yêu cầu HS về hoàn thiện các phiếu đánh giá cá nhân, các nhóm hoàn thành phiếu đánh giá trong nhóm, chéo nhóm để tổng hợp kết quả cho mỗi thành viên.

2.2.5 Hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm trong giảng dạy môn Vật lí

Chúng tôi đã ứng dụng các thí nghiệm trên vào các bài học sau:

Vật lí 10: Bài 11: Thực hành: Đo gia tốc rơi tự do; Bài 15: Định luật II Newton, Bài 32: Gia tốc hướng tâm, lực hướng tâm.

Vật lí 12: Bài 1,2,3: Dao động điều hòa – Con lắc lò xo – Con lắc đơn; Bài 4: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức.

Trong quá trình dạy học ở các lớp (10B1, 10B2) và (12B1, 12B2) và chúng tôi đã sử dụng thí nghiệm cho các lớp 10B1 và 12B1 chúng tôi thực hiện phương pháp quan sát: Quan sát về các hoạt động của GV và HS trong quá trình diễn ra bài dạy học theo các tiêu chí:

– Mức độ học và hiểu bài về nhà của HS qua các câu hỏi kiểm tra bài cũ.

– Các bước lên lớp của GV, sự điều khiển và gợi ý cho các hoạt động của HS thông qua các câu hỏi của GV.

– Các thao tác và mức độ xử lí của GV trong khi sử dụng thiết bị thí nghiệm.

– Thao tác thực hiện và cách nhận xét kết quả của HS đối với thiết bị thí nghiệm.

– Tính tích cực của HS thông qua không khí lớp học, sự tập trung và nghiêm túc, số lượng và chất lượng các câu trả lời cũng như phát biểu xây dựng bài của HS.

– Mức độ đạt được các mục tiêu của bài dạy thông qua các câu hỏi của GV trong phần củng cố vận dụng.

Sau mỗi bài dạy học có trao đổi với GV dự giờ và HS, lắng nghe ý kiến để rút kinh nghiệm cho các bài dạy học khác cũng như cho sáng kiến.

Qua quan sát giờ học ở các lớp thực nghiệm (10B1, 12B1) và đối chứng (10B2, 12B2) được tiến hành theo tiến trình dạy học, đặc biệt là phần tiến trình dạy tự biên soạn, chúng tôi rút ra được một số nhận xét sau:

– Đối với lớp (10B2, 12B2), không khí lớp học diễn ra bình thường. Cách dạy tuy có đổi mới nhưng chưa thấy có chuyển biến rõ rệt. GV chủ yếu là truyền giảng, cho HS quan sát Video thí nghiệm có sẵn hoặc mô tả thí nghiệm trong SGK, HS tập trung lắng nghe và ghi chép. Tuy HS có trả lời các câu hỏi của GV đặt ra nhưng chưa thể hiện rõ sự hứng thú và tự giác, chủ yếu là đọc sách và trả lời. Mau quên, không ấn tượng lắm những gì đã được học.