SKKN Rèn luyện kỹ năng thực hành thí nghiệm cho học sinh trong dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 THPT thông qua bộ thí nghiệm dùng cảm biến và thiết bị amixer MGA

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lý do chọn đề tài
Nghị quyết số 29-NQ/TW “Về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế” đã để ra mục tiêu: “Đối với giáo dục phổ thông, tập trung phát triển trí tuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, năng lực công dân, phát hiện và bồi dưỡng năng khiếu, định hướng nghề nghiệp cho học sinh. Nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, chú trọng giáo dục lý tưởng, truyền thống, đạo đức, lối sống, ngoại ngữ, tin học, năng lực và kỹ năng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn”. Trước yêu cầu đổi mới thì định hướng đổi mới phương pháp dạy học hiện nay đó là tăng cường tính chủ động nhận thức của người học, giáo dục học sinh thành những người có năng lực thực hành, có khả năng tư duy sáng tạo và năng lực giải quyết vấn đề. Trong đổi mới kiểm tra và đánh giá cần đánh giá coi trọng thái độ và kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tế.
Trước yêu cầu đổi mới Giáo dục ở nước ta theo hướng phát triển năng lực của người học, 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.V.I.Lênin đã chỉ ra qui luật chung nhất của hoạt động nhận thức: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn, đó là con đường biện chứng của nhận thức chân lí, của sự nhận thức hiện thực khách quan’’.
Vật lí là môn khoa học thực nghiệm. Để học tốt môn Vật lí, mỗi học sinh không chỉ cần hiểu biết sâu sắc lí thuyết mà còn phải làm thực hành thí nghiệm. Thí nghiệm Vật lí trong trường THPT giúp học sinh củng cố và khắc sâu những kiến thức, kĩ năng thu được từ thực tiễn và các bài giảng lí thuyết, gắn lí thuyết với thực hành, học đi đôi với hành, giúp học sinh tin tưởng vào các chân lí khoa học. Vì vậy việc bồi dưỡng, rèn luyện và phát triển ở học sinh những kĩ năng, kĩ xảo thực hành thí nghiệm Vật lí cũng như tư duy, khả năng suy luận, vận dụng lí thuyết vào thực hành thí nghiệm là vấn đề được quan tâm trong dạy học Vật lí ở trường THPT.
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 lí, việc sử dụng thí nghiệm ghép nối với máy vi tính giúp nâng cao kỹ năng thực hành các phương án thí nghiệm mà các dụng cụ truyền thống không thực hiện được do những hạn chế về thời gian và khó khăn về kỹ thuật. Thí nghiệm sử dụng cảm biến ghép nối và máy vi tính cho phép tự động thu thập rất nhiều số liệu trong thời gian ngắn. Học sinh có thể sử dụng phần mềm để lập các bảng, đồ thị thí nghiệm, phân tích xử lý các số liệu thu được từ cảm biến một cách nhanh chóng và chính xác. Các kết quả phân tích số liệu hiển thị trên màn hình rõ ràng, khoa học và có tính trực quan cao.
Qua thực tiễn dạy học, kỹ năng thực hành thí nghiệm của học sinh còn hạn chế, nhiều giáo viên chưa quan tâm đến rèn luyện kỹ năng thực hành thí nghiệm cho học sinh. Vì vậy trong dạy học Vật lí cần tăng cường hoạt động thực hành thí nghiệm

cho học sinh, vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Trong quá trình giảng dạy chúng tôi nhận thấy rằng chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý lớp 12 THPT có nhiều kiến thức rất gần gũi với đời sống hàng ngày, gắn kết với thí nghiệm, thực hành và được áp dụng vào trong khoa học kỹ thuật hiện đại.
Trên cơ sở các lí do đã trình bày trên, cùng với mong muốn nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị thí nghiệm, tăng cường hoạt động thí nghiệm cho học sinh trong học tập môn Vật lí theo hướng tích cực, chủ động, sáng tạo, rèn luyện kỹ năng thực hành thí nghiệm chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu “Rèn luyện kỹ năng thực hành thí nghiệm cho học sinh trong dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 THPT thông qua bộ thí nghiệm dùng cảm biến và thiết bị amixer MGA”.
2. Mục đích nghiên cứu
Bồi dưỡng, rèn luyện kỹ năng thực hành thí nghiệm cho học sinh thông qua bộ thí nghiệm dùng cảm biến và thiết bị amixer MGA trong dạy học chủ đề dòng điện xoay chiều Vật lý 12 THPT từ đó góp phần nâng cao chất lượng dạy học Vật lí ở trường THPT nói riêng và chất lượng giáo dục nói chung.
3. Đối tượng nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
– Thực hành, thí nghiệm ở trường THPT.
– Bộ thí nghiệm dùng cảm biến ghép nối máy thiết bị amixer MGA.
– Quá trình dạy học Vật lí ở trường THPT.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
– Chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lí lớp 12 THPT
4. Giả thuyết khoa học
Nếu sử dụng bộ thí nghiệm dùng cảm biến ghép nối máy thiết bị amixer MGA trong dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” vật lí 12 THPT thì sẽ bồi dưỡng, rèn luyện được cho học sinh kĩ năng thực hành, thí nghiệm nâng cao chất lượng dạy học.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
– Tìm hiểu lí luận dạy học phát triển năng lực, kỹ năng thực hành thí nghiệm.
– Biện pháp bồi dưỡng, rèn luyện kĩ năng thực hành, thí nghiệm.
– Thiết kế kế hoạch dạy học có thí nghiệm sử dụng bộ thí nghiệm dùng cảm biến ghép nối thiết bị amixer MGA.
6. Phương pháp nghiên cứu
6.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận
– Nghiên cứu các tài liệu về lý luận và phương pháp dạy học Vật lý.
– Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa, sách bài tập và các tài liệu tham khảo.

6.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
– Điều tra thực trạng dạy học thực hành thí nghiệm ở trường trung học phổ thông.
– Sử dụng phương pháp thực nghiệm sư phạm để tổ chức thí nghiệm sản phẩm, đánh giá hiệu quả sư phạm nhằm kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài.
6.3. Phương pháp thống kê
– Xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm bằng thống kê toán học.
7. Tính mới, đóng góp của đề tài
– Đề tài tập trung khai thác và hưỡng dẫn sử dụng bộ thí nghiệm dùng cảm biến ghép nối máy thiết bị amixer MGA và máy vi tính để dùng trong dạy học chủ đề dòng điện xoay chiều vật lý 12 THPT nhằm bồi dưỡng KNTHTN cho học sinh
– Đề xuất một số biện pháp bồi dưỡng kỹ năng thực hành thí nghiệm cho học
sinh.
– Thiết kế quy trình rèn luyện KNTHTN

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. Cơ sở lý luận và thực tiễn
1.1. Cơ sở lí luận
1.1.1. Kỹ năng thực hành thí nghiệm
1.1.1.1 Khái niệm kỹ năng thực hành thí nghiệm
Kỹ năng thực hành thí nghiệm vật lý là khả năng thực hiện có kết quả các thí nghiệm vật lý. Kỹ năng thực hành thí nghiệm vật lý là khả năng vận dụng kiến thức về cách thực hành thí nghiệm và các kỹ xảo thí nghiệm vật lý đã có vào việc chuẩn bị, thực hiện và xử lý, đánh giá kết quả thí nghiệm nhằm đạt được mục đích của thí nghiệm. Như vậy, rèn luyện kỹ năng thực hành thí nghiệm vật lý cho học sinh là nhằm giúp họ nhận thức được hệ thống hành động, thao tác chuẩn bị, thực hiện, xử lý, đánh giá kết quả thí nghiệm vật lý, biết và sử dụng được các phương tiện (các dụng cụ thí nghiệm, dụng cụ đo, các phương tiện hỗ trợ quan sát, đo đạc,…) tương ứng với các thao tác đó. Nghĩa là học sinh biết đối chiếu mục đích, tiến trình thí nghiệm với hệ thống hành động, thao tác thí nghiệm đã biết và các điều kiện thực tế (vật liệu, dụng cụ đã có,…) để lựa chọn, lập ra một hệ thống hành động, thao tác, dụng cụ thí nghiệm vật lý phù hợp và thực hiện được.
Như vậy để rèn luyện kỹ năng THTN vật lý cho học sinh, ta phải bắt đầu từ
việc rèn luyện các kỹ năng thành phần như: kỹ năng tìm hiểu phương án TN, kỹ năng chuẩn bị và tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm, kỹ năng bố trí thí nghiệm, kỹ năng thu thập số liệu TN, kỹ năng xử lí số liệu TN, kỹ năng sửa chữa và chế tạo dụng cụ TN, kỹ năng đánh giá kết quả thí nghiệm.
1.1.1.2. Cấu trúc của kỹ năng thực hành thí nghiệm

Kĩ năng thu thập số liệu TN
Kĩ năng xử lí số liệu TN
Kĩ năng sửa chữa, chế tạo dụng cụ TN.

1.1.1.2.1. Kĩ năng tìm hiểu phương án TN
Đây là bước đầu tiên của quá trình làm TN, quyết định tới sự thành công của một bài TN. Xây dựng được một kế hoạch tốt sẽ tạo điều kiện thuận lợi để HS tiến hành đúng hướng, đúng phương pháp, thu đủ kết quả và hoàn thành đúng thời gian quy định. Kĩ năng tìm hiểu phương án TN gồm:
– Xác định vấn đề, mục đích TN
– Đề xuất phương án TN và lựa chọn phương án TN
– Xây dựng tiến trình làm TN
– Lập các bảng biểu, đồ thị
Nhằm bồi dưỡng và phát triển kĩ năng lập kế hoạch, GV cần tăng dần mức độ tự lực của HS, từ việc lập kế hoạch cho một TN có bản hướng dẫn trong tài liệu đến việc hoàn toàn tự lực trong việc lập bản kế hoạch cho một TN bất kì. Kĩ năng tìm hiểu phương án TN cần rèn luyện thường xuyên, đặc biệt là với các TN thực hành, GV nên dành nhiều thời gian hướng dẫn các em lập kế hoạch đầy đủ và chi tiết.
1.1.1.2.2. Kĩ năng chuẩn bị và tìm hiểu dụng cụ TN
TN nào cũng được tiến hành với sự kết hợp nhiều dụng cụ khác nhau. Mỗi dụng cụ đều có công dụng và nguyên tắc hoạt động riêng của nó. Do đó, trước khi tiến hành TN, HS cần có kĩ năng tìm hiểu kĩ các dụng cụ liên quan để sử dụng đúng cách, tránh làm hư hỏng và đảm bảo an toàn khi làm TN. Các hành động đòi hỏi HS cần thực hiện đối với kĩ năng này là:
– Quan sát hình dạng bên ngoài của dụng cụ và gọi tên dụng cụ
– Tìm hiểu cấu tạo, công dụng, nguyên tắc hoạt động các dụng cụ
– Đọc, hiểu các kí hiệu, số liệu kĩ thuật và giới hạn sử dụng trên dụng cụ
– Chuẩn bị dụng cụ TN
Để thực hiện được các TN, HS cần lựa chọn các dụng cụ phù hợp với phương án đã lựa chọn. Thực tế, các dụng cụ thường có sẵn trong phòng TN của trường, vì vậy các em chỉ việc lựa chọn các dụng cụ chất lượng tốt để thực hiện TN. Tuy nhiên, trong trường hợp, các thiết bị không có sẵn trong trường thì GV có thể yêu cầu HS tự chế tạo dụng cụ phù hợp với phương án đã lựa chọn. Các dụng cụ này có thể chế tạo từ các phế liệu trong cuộc sống hàng ngày như lon bia, vỏ chai, ông tuýp nhựa, bìa cáttông… Nếu kĩ năng này được rèn luyện thì không những kiến thức vật lí được nâng cao mà thông qua đó HS còn phát hiện ra những hư hỏng khác để khắc phục, sửa chữa.
1.1.1.2.3. Kĩ năng bố trí TN
Bố trí TN là sắp xếp, lắp ráp các dụng cụ một cách trật tự, hợp lí để việc đo đạc diễn ra đúng quy trình và bảo đảm an toàn trong khi làm TN.
Sự bố trí thích hợp sẽ giúp quan sát được rõ ràng hiệu quả của mỗi tác động, không bị nhiễu, không bị nhầm lẫn. Sự bố trí khéo léo có thể làm giảm các hiện tượng phụ làm lạc hướng quan sát. Ngoài ra, trong chương trình SGK có một số TN yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn trong khi làm TN chẳng hạn như TN về sự phóng điện trong chất khí, do đó nếu bố trí không hợp lí có thể xảy ra sự cố nguy hiểm như cháy nổ. Sự bố trí tốt nhất là sao cho một tác động chỉ gây ra một sự biến đổi về một mặt nào đó còn các mặt khác thì giữ nguyên. Đó không phải là việc dễ dàng làm, đòi hỏi HS phải rèn luyện thường xuyên. Các hành động HS cần thực hiện để rèn luyện kĩ năng này là:
– Tháo lắp các dụng cụ TN
– Bố trí, sắp xếp các dụng cụ TN
Nếu kĩ năng này được rèn luyện tốt thì khi phương án TN bị thay đổi HS vẫn có thể tự thiết kế sơ đồ và bố trí dụng cụ hợp lí mà vẫn đảm bảo an toàn khi thực hiện.
1.1.1.2.4. Kĩ năng thu thập số liệu TN
Đó là việc ghi chép lại những dấu hiệu, diễn biến của hiện tượng. Việc thu thập số liệu là căn cứ, cơ sở để phân tích và đưa ra kết luận cuối cùng cho một bài TN. Vì vậy cần ghi chép một cách có hệ thống, lập thành bảng biểu cho dễ đối chiếu, so sánh. Nhiều khi nhờ có sự đối chiếu những sự biến đổi của hai đại lượng trong bảng ghi kết quả mà có thể phát hiện được mối liên hệ có tính quy luật giữa chúng. HS cần thực hiện các hành động sau:
– Đo đạc và thao tác với dụng cụ TN
– Quan sát diễn biến TN
– Đọc kết quả TN
Khi bồi dưỡng năng lực này, GV cần cung cấp cho HS sai số dụng cụ và hướng dẫn HS cách đọc số liệu theo đúng sai số quy định, nếu cần GV có thể thực hiện mẫu, sau đó yêu cầu HS thực hiện.
1.1.1.2.5. Kĩ năng xử lí số liệu TN
Đây cũng là kĩ năng quan trọng trong quá trình thực hiện một bài TN. Kĩ năng xử lí số liệu bao gồm: rút ra các mối quan hệ phụ thuộc hàm số giữa các đại lượng, tính sai số của phép đo, làm tròn kết quả, vẽ đồ thị, từ đồ thị rút ra quy luật liên hệ giữa các đại lượng… Sau khi xử lí xong số liệu thì cần đưa ra nhận xét xem kết quả có như mong đợi theo lí thuyết không, sai số có chấp nhận được không, nguyên nhân nào dẫn đến sai số. Cuối cùng, yêu cầu HS đề xuất phương án làm giảm sai số của phép đo.
Để rèn luyện kĩ năng này, GV cần:
– Hướng dẫn các em cách tính sai số trực tiếp, gián tiếp, cách làm tròn kết quả, cách ghi kết quả cuối cùng, cách vẽ đồ thị.
1.1.1.2.6. Kĩ năng sửa chữa và chế tạo dụng cụ TN
Trong quá trình tìm hiểu dụng cụ TN, HS sẽ dễ dàng phát hiện những hư hỏng, nếu đó là những hư hỏng nhẹ như đứt dây, hỏng vít… thì GV có thể yêu cầu các em tự sửa chữa, khắc phục. Nếu thiết bị không thể sử dụng lại lần sau hoặc không có sẵn thì GV cũng có thể hướng dẫn các em chế tạo dụng cụ khác thay thế. Các dụng cụ đó thường đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo và ít tốn kém như lon bia, bìa cứng, vỏ chai, tuýp nước… Đối với HS khá giỏi có thể yêu cầu chế tạo những dụng cụ phức tạp và tinh tế hơn. Việc rèn luyện kĩ năng chế tạo dụng cụ, ngoài việc giúp HS dễ dàng sử dụng được các dụng cụ, kích thích sự say mê, khám phá thì cũng nhờ đó mà HS thể phát hiện được hư hỏng của các dụng cụ, đồng thời biết cách khắc phục và sửa chữa các dụng cụ đó.
1.1.1.2.7. Kỹ năng đánh giá kết quả TN
Để rèn luyện kĩ năng này, GV cần:
– Hướng dẫn HS cách nhận xét kết quả thu được, cụ thể là xem xét xem kết quả có phù hợp không, sai số chấp nhận được không?
– Hướng dẫn HS đánh giá toàn bộ bài TN dựa trên kết quả thu được. Kết quả thu được có như mong muốn không? Tiến trình TN có gì khó khăn không? Hướng khắc phục như thế nào?
1.1.1.3. Quy trình rèn luyện kỹ năng thực hành thí nghiệm
Thực chất của việc bồi dưỡng NLTN trong dạy học vật lí là tập trung bồi dưỡng hệ thống các kĩ năng thực hành cho HS. Do đó, trước khi bồi dưỡng, GV cần xác định rõ các kĩ năng thực hành thí nghiệm cần bồi dưỡng cho HS. Từ việc nghiên cứu hệ thống các kĩ năng thực hành thí nghiệm và căn cứ vào nội dung bài học, GV xem xét xem bài học đó có thể bồi dưỡng những kĩ năng nào. Mỗi bài học GV có thể bồi dưỡng cho HS nhiều kĩ năng. Tuy nhiên, tùy thuộc vào tình hình thực tế, GV cần lựa chọn những kĩ năng quan trọng để rèn luyện với hiệu quả cao.