SKKN Sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành Vật Lý trong chương trình trung học phổ thông.

PHẦN MỘT: ĐẶT VẤN ĐỀ
I. Lý do chọn đề tài
Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, do đó vai trò của thí nghiệm vật lý là rất quan trọng. Việc giáo viên tổ chức cho học sinh tiếp xúc với thí nghiệm trong quá trình học môn vật lý là tất yếu. Đặc biệt các bài thực hành thí nghiệm vật lý trong chương trình là bắt buộc.
Qua thực hành thí nghiệm học sinh nắm vững tri thức, biến tri thức thành niềm tin, hình thành những năng lực thực nghiệm khoa học, kích thích hứng thú học tập bộ môn và bồi dưỡng những phẩm chất và năng lực cần thiết của người lao động mới như: năng lực quan sát, tính chính xác, cẩn thận, cần cù, tiết kiệm, hợp tác và tổ chức lao động khoa học.
Thí nghiệm là phương tiện giúp học sinh được trải nghiệm – Thông qua thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải làm việc tự lực hoặc hợp tác nhóm , nhờ đó có thể phát huy vai trò cá nhân hoặc tính cộng đồng trách nhiệm trong công việc của các học sinh.
Để thí nghiệm vật lý được thành công thì thiết bị thí nghiệm và phương án thí nghiệm đóng vai trò quan trọng. Kết quả thí nghiệm chính xác, kiểm chứng lý thuyết sẽ tạo niêm tin , hứng thú học tập cho học sinh, đồng thời tạo thuận lợi cho giáo viên trong việc sử dụng thí nghiệm vật lý và đổi mới phương pháp dạy học phát triển phẩm chất năng lực học sinh.
Thực tế dạy học qua nhiều năm sử dụng, theo thời gian một số thiết bị đã bộc lộ những hạn chế, gây ra lúng túng cho giáo viên và học sinh làm mất niềm tin, hứng thú học tập thông qua thí nghiệm . Do đó cần chọn các bộ thí nghiệm vật lý có tính chính xác và hiện đại phù hợp với sự phát triển của khoa học công nghệ.
Thông qua các bài thực hành, học sinh hiểu sâu sắc hơn các khái niệm và hiện tượng Vật lí, tin tưởng vào các chân lí khoa học, quan sát được một số hiện tượng bổ sung cho bài học, củng cố những kiến thức đã học được từ các bài giảng lí thuyết, tập cho các em khả năng vận dụng lí luận vào thực tiễn và giải thích được các hiện tượng Vật lí đơn giản đang xảy ra trong thế giới tự nhiên. Tuy nhiên, để đạt được các mục đích trên thì cần phải đảm bảo được các yếu tố như điều kiện cơ sở vật chất, kĩ năng hướng dẫn của giáo viên, thời gian, sự chuẩn bị của giáo viên và học sinh, nhất là các thiết bị thí nghiệm đo có độ chính xác cao và đồng bộ.
Dạy học trực tuyến, các thiết bị thí nghiệm cảm biến kết nối máy tính cho kết quả đo nhanh đồng thời sử dụng phần mềm xử lí số liệu cho kết quả nhanh giúp học sinh thấy rõ bản chất hiện tượng vật lý, tiếp thu bài học một cách dễ dàng và góp phần nâng cao chất lượng dạy học.
Trong quá trình dạy học vật lý, chúng tôi sử dụng các thiết bị thí nghiệm hiện có ở trường, trong đó có thiết bị thí nghiệm cảm biến Addestation với mục đích tổ chức các tiết thí nghiệm lý thú, thông qua thí nghiệm vật lý nhằm hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh. Với lí do đó tôi chọn đề tài „Sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành Vật Lý trong chương trình trung học phổ thông‟.
II. Mục đích nghiên cứu
Nhằm nâng cao hiệu quả việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong quá trình dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông.
III. Đối tượng khảo sát thực nghiệm
Bộ thí nghiệm Addestation và các bộ thí nghiệm hiện có ở trường THPT.
Các bài thí nghiệm thực hành trong chương trình vật lý THPT.
Xây dựng phương án thí nghiệm và sử dụng hợp lý bộ thí nghiệm Addestion trong quá trình dạy học các bài thực hành thí nghiệm vật lý.
Phương pháp thực nghiệm và phân tích tổng hợp kinh nghiệm.
Phương pháp 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.
Điều tra phân tích thực trạng sử dụng bộ thí nghiệm Addestation trong dạy học vật lý.
IV. Đóng góp mới của đề tài
Điều tra được thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm Addestation dạy học Vật lý ở một số trường THPT của tỉnh Nghệ An. Phân tích các nguyên nhân, khó khăn, xây dựng phương án thí nghiệm và sử dụng hợp lý bộ thí nghiệm Addestion dạy học các bài thực hành thí nghiệm vật lý.
V. Thời gian nghiên cứu
Từ tháng 10 năm 2021 đến tháng 3 năm 2022.

PHẦN HAI: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
I. Thực trạng sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành trong chương trình vật lí trung học phổ thông.
Trong chương trình vật lí trung học phổ thông hiện hành có 9 bài thí nghiệm thực hành: Phần cơ học gồm có thí nghiệm khảo sát chuyển động rơi tự do, xác định gia tốc rơi tự do; xác định hệ số ma sát trượt; khảo sát các định luật dao động của con lắc đơn. Thí nghiệm điện gồm: xác định suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa; khảo sát đặc tính chỉnh lưu của Đi ốt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của Tranzito; khảo sát mạch điện xoay chiều RLC. Thí nghiệm quang học gồm: xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ; xác định bước sóng ánh sáng. Phần nhiệt học có thí nghiệm xác định hệ số căng bề mặt chất lỏng.
Để tìm hiểu thực trạng sử dụng bộ thí nghiệm Addestation tôi đã tiến hành khảo sát bằng phiếu đối với 30 giáo viên dạy môn vật lý ở trường THPT ở một số trường THPT ở tỉnh Nghệ An .
Sau khi thu thập, phân tích, tổng hợp qua các phiếu điều tra cho kết quả như sau:
I.1.Thống kê về mức độ sử dụng bộ thí nghiệm Addestation có kết nối máy tính trong dạy học vật lý THPT.
I.2.Thống kê về sự cần thiết sử dụng thiết bị thí nghiệm Addestation có kết nối máy tính trong dạy học vật lý THPT.
Biểu đồ thống kê sự cần thiết sử dụng thiết bị thí nghiệm có kết nối máy tính
Addestation dạy học vật lí trung học phổ thông.
Mặc dù vật lí là môn khoa học thực nghiệm tuy nhiên việc sử dụng thiết bị thí nghiệm hiện đại có kết nối máy tính trong dạy học vật lý lại ít giáo viên sử dụng là do việc dạy học thí nghiệm vật lí không thành công, kết quả thí nghiệm thiếu thuyết phục đối với học sinh, nên giáo viên có tâm lí e ngại sử dụng sử dụng thí nghiệm trong dạy học.
Giáo viên sử dụng chưa thành thạo thiết bị thí nghiệm hiện đại có kết nối máy tính, tốn nhiều thời gian chuẩn bị thí nghiệm, nên giáo viên ngại không tiến hành được các thí nghiệm.
Sĩ số lớp học đông học sinh, số lượng thiết bị thí nghiệm không đủ cho các nhóm học sinh thí nghiệm; giáo viên không bao quát và trợ giúp hết các nhóm học sinh thí nghiệm dẫn đến không hoàn thành đúng kế hoạch bài dạy, nên giáo viên ít lựa chọn các thí nghiệm.
Thiếu tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị thí nghiệm; hình thức kiểm tra và thi cũng là một rào cản giáo viên tìm tòi, sáng tạo trong việc sử dụng thiết bị thí nghiệm.
Trên có sở phân tích nguyên nhân và khó khăn đã đề cập ở trên chúng tôi thấy việc sử dụng bộ bí nghiệm Addestation có kết nối máy tính là cần thiết và cần có tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị thí nghiệm để khi sử dụng thí nghiệm có kết quả thuyết phục, rút ngắn thời gian thí nghiệm và xử lí số liệu nhằm khắc phục những khó khăn nêu trên.
Việc sử dụng các các thiết bị thí nghiệm truyền thống – không ghép nối với máy vi tính và việc sử dụng các thí nghiệm có ghép nối với máy vi tính cùng có chung tiến trình như sau:
– Tiến hành thí nghiệm để có thể quan sát được hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu.
– Thu thập số liệu đo; xử lí số liệu đo và trình bày kết quả thí nghiệm. Từ các kết quả xử lí đó, tìm ra hay chứng tỏ sự tồn tại các mối quan hệ có tính qui luật trong hiện tượng, quá trình đang nghiên cứu.
Cùng có một tiến trình như nhau, song thiết bị thí nghiệm kỹ thuật số có thể ghép nối với máy vi tính có sự hỗ trợ của phần mềm, nhiều công việc được hoàn thành tự động theo một chương trình đã định sẵn, vì thế giảm được đáng kế thời gian thu thập và xử lí số liệu nên cho kết quả thí nghiệm nhanh hơn.
Khâu thu thập số liệu đo là khâu hết sức quan trọng trong thực nghiệm. Trong mỗi lần thí nghiệm thường phải đo từ 2 đại lượng trở lên và lại phải đo nhiều giá trị khác nhau. Rồi cùng một thí nghiệm lại phải tiến hành nhiều lần, đo nhiều lần. Từ các số liệu đó nếu xử lí số liệu không có sự hỗ trợ của máy tính và các phần mềm hỗ trợ thì thời gian, công sức thu thập số liệu, xử lí số liệu là rất đáng kể và ở nhiều thí nghiệm công việc này là khó khăn đối với giáo viên và học sinh .
Thí nghiệm có kết nối với máy vi tính, nhờ máy vi tính và phần mềm, ta có thể phân tích, xử lí số liệu theo các chương trình do phần mềm định sẵn, ý định phân tích, xử lí số liệu như thế nào là do giáo viên hay học sinh lựa chọn. Còn các phép tính toán cụ thể như: cộng, trừ, nhân, chia, bình phương, khai căn…, lập các biểu bảng, vẽ các đồ thị về các mối quan hệ giữa các đại lượng đang nghiên cứu đều do máy vi tính thực hiện. Các kết quả tính toán, các biểu bảng cũng như các đồ thị này cũng được hiển thị ngay trên màn hình máy vi tính . Quá trình tính toán, lập biểu bảng hay vẽ đồ thị này máy vi tính chỉ làm trong trong vài giây tới một vài phút. Kết quả hiển thị trên màn hình là hoàn toàn chính xác và rất khoa học, đẹp đẽ. Còn trong thí nghiệm không được kết nối và hỗ trợ của máy vi tính việc lập biểu bảng, tính toán hay vẽ đồ thị trong quá t nh xử lí số liệu một cách “thủ công” thường chiếm rất nhiều thời gian và nhiều khi cũng rất khó khăn.
Có thể đưa ra ví dụ cụ thể sau để so sánh ưu nhược điểm giữa thí nghiệm có hỗ trợ của máy vi tính và không có hỗ trợ của máy vi tính:
Trong thí nghiệm xác định suất điện động và điện trở trong của Pin điện hóa. Thí nghiệm không có kết nối máy vi tính sau khi thu thập số liệu về hiệu điện thế và cường độ dòng điện thì việc vẽ đồ thị để tìm mỗi quan hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế mất rất nhiều thời gian. Còn thí nghiệm có kết nối máy tính Addestation sau khi thực hiện xong phép đo chỉ việc ấn vào biểu tượng vẽ đồ thị là đồ thị được hiển thị trên màn hình và lựa chọn phương pháp hồi quy tuyến tính là hiển thị luôn mỗi quan hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế.
Thí nghiệm khảo sát các định luật con lắc đơn, học sinh và giáo viên mất rất nhiều thời gian để vẽ các đồ thị về mỗi quan hệ giữa chu kỳ, bình phương của chu kỳ với chiều dài con lắc đơn. Còn thí nghiệm Addestation có kết nối máy tính và hỗ trợ của phần mềm thì việc vẽ đồ thị chỉ mất vài chục giây. Đồ thị có thể phóng to thu nhỏ và có thể hiển thị nhiều đồ thị trên màn hình để học sinh quan sát.
Việc sử dụng thí nghiệm có kết nối với máy vi tính và có hộ trợ của phần mềm kết hợp với các phương tiện dạy học không có kết nối với máy vi tính trong dạy học thí nghiệm thực hành vật lí trong chương trình vật lí phổ thông có ý nghĩa rất quan trọng; một mặt phát huy được tính ưu việt của thí nghiệm kết nối với máy vi tính như kể trên, mặt khác đảm bảo rèn luyện các kĩ năng và phương pháp đo lường, tính toán đối với các đại lượng cơ bản của vật lí.
Ở trường trung học phổ thông hiện nay có các thí nghiệm không có kết nối máy vi tính và bộ thí nghiệm Addestation có kết nối máy vi tính và phần mềm hỗ trợ; giáo viên và học sinh cần từng bước tiếp cận với các thí nghiệm có ghép nối với máy vi tính bên cạnh các thí nghiệm với các thiết bị đo và cách xử lí số liệu truyền thống để nâng cao hiệu quả dạy học.
II. Cơ sở lý thuyết sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy các bài thí nghiệm thực hành trong chương trình vật lý THPT.
II.1. Bộ thí nghiệm Adestation
Bộ thí nghiệm Addestation gồm các cảm biến và thiết bị thu thập và xử lí tín hiệu cầm tay aMixer MGA cùng với phần mềm Addestation MGA có thể kết nối máy tính. Phần mềm Addestation MGA là phần mềm dùng cho các thí nghiệm vật lý hoạt động nhờ lấy các tín hiệu từ bộ cảm biến đưa vào aMixer MGA có thể kết nối máy vi tính. Sau đó xử lí và biểu diễn số liệu dưới nhiều dạng khác nhau như: bảng số liệu, đồ thị, biểu đồ… phụ thuộc vào ý đồ của người sử dụng.