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

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 nghiệm mà các dụng cụ truyền thống không thực hiện được do những hạn chế về thời gian và khó khăn về kĩ 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 thực nghiệm; phân tích, xử lí 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.
Trên cơ sở các lí do đã trình bày ở trên, cùng với mong muốn nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị thí nghiệm, tăng cường hoạt động thực nghiệm cho học sinh trong học tập môn Vật lý theo hướng tích cực, chủ động, sáng tạo tôi đã nghiên cứu đề tài “Sử dụng bộ cảm biến Addestation để thực hiện một số thí nghiệm trong chương trình Vật lý 10”
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là tập trung nghiên cứu về khả năng ứng dụng bộ cảm biến
Addestation để làm một số thí nghiệm trong chương trình Vật lý 10. Qua đó góp phần đổi mới phương pháp dạy học Vật lý theo hướng tiếp cận năng lực.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
– Đối tượng nghiên cứu: HS lớp 10 trường THPT Tương Dương 2.
– Phạm vi nghiên cứu: Đề tài được nghiên cứu trong quá trình dạy học tại trường THPT Tương Dương 2.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
– Tìm hiểu lí luận dạy học Vật lý theo tiếp cận năng lực.
– Nghiên cứu khả năng hỗ trợ của phương tiện dạy học số, thí nghiệm ghép nối máy vi tính và công cụ mô hình hóa trong dạy học Vật lý theo tiếp cận năng lực.
– Thực hiện một số thí nghiệm trong chương Vật lý lớp 10 với bộ cảm biến Addestation.
5. Thời gian nghiên cứu
Trong năm học 2021 – 2022, từ tháng 9/2021 đến tháng 3/2022
6. Đóng góp mới của đề tài
– Áp dụng công nghệ để thực hiện các thí nghiệm nhằm thu thập, xử lý số liệu chính xác và phân tích kết quả nhanh hơn trong dạy học vật lý.
– Đề ra các giải pháp mới trong việc giảng dạy các tiết thực nghiệm có hiệu quả tại trường THPT Tương Dương 2.

PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
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.
– Nhóm năng lực chung bao gồm:
+ Khả năng hành động độc lập thành công;
+ Khả năng sử dụng các công cụ giao tiếp và công cụ tri thức một cách tự chủ; + Khả năng hành động thành công trong các nhóm xã hội không đồng nhất.
– Năng lực chuyên môn liên quan đến từng môn học riêng biệt.
Ví dụ nhóm năng lực chuyên môn trong môn Toán bao gồm các năng lực sau đây:
+ Giải quyết các vấn đề toán học;
+ Lập luận toán học;
+ Mô hình hóa toán học;
+ Giao tiếp toán học;
+ Tranh luận về các nội dung toán học;
+ Vận dụng các cách trình bày toán học;
+ Sử dụng các ký hiệu, công thức, các yêu tố thuật toán.
1.1.3. Dạy học theo tiếp cận năng lực
Từ những năm 90 của thế kỉ trước, khi so sánh quốc tế về thiết kế chương trình giáo dục, người ta thường nêu lên hai cách tiếp cận chính: thứ nhất, tiếp cận dựa theo nội dung hoặc chủ đề (content or topic based approach), và thứ hai là tiếp cận dựa vào kết quả đầu ra (outcome based approach)
– Tiếp cận dựa vào nội dung là cách nêu ra một danh mục đề tài, chủ đề của một lĩnh vực, môn học nào đó. Tức là tập trung xác định và trả lời câu hỏi: Chúng ta muốn học sinh biết cái gì? Cách tiếp cận này chủ yếu dựa vào yêu cầu nội dung học vấn của một bộ môn nên thường mang nặng lí thuyết và tính hệ thống, nhất là khi người thiết kế ít chú ý đến tiềm năng, các giai đoạn phát triển, nhu cầu, hứng thú và điều kiện của người học.
– Tiếp cận kết quả đầu ra là cách tiếp cận nêu rõ kết quả, những khả năng và kĩ năng mà học sinh mong muốn đạt được vào cuối mỗi giai đoạn trong nhà trường ở một môn học cụ thể. Nói cách khác, cách tiếp cận này nhằm trả lời câu hỏi: Chúng ta muốn học sinh biết gì và có thể làm được gì?
Bước sang thế kỉ 21, tốc độ phát triển của kinh tế – xã hội hết sức nhanh chóng với những biến đổi liên tục và khôn lường, vai trò của giáo dục ngày càng được chú trọng và đầu tư hơn bao giờ hết. Xu thế thiết kế chương trình giáo dục theo tiếp cận năng lực được khá nhiều quốc gia quan tâm và vận dụng trong việc thay đổi, sửa sang, cải tiến chương trình và cải cách giáo dục.
Tên gọi của cách tiếp cận này có khác nhau nhưng thuật ngữ được dùng phổ biến là Competency-based Curriculum (Chương trình dựa trên cơ sở năng lực- gọi 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.