SKKN Trực quan hóa thí nghiệm với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin trong dạy học chương dao động cơ và sóng cơ học Vật lý 12 cơ bản

Nội dung text: SKKN Trực quan hóa thí nghiệm với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin trong dạy học chương dao động cơ và sóng cơ học Vật lý 12 cơ bản

1. ĐỀ TÀI TRỰC QUAN HOÁ THÍ NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ VÀ SÓNG CƠ HỌC. I. MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, việc đổi mới phương pháp đã được Bộ Giáo dục và Đào tạo tập trung chỉ đạo quyết liệt. Nhiều địa phương đã triển khai có hiệu quả việc đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực học tập của học sinh; tích cực ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào quá trình dạy học đã có nhiều công trình nghiên cứu trên các khía cạnh khác nhau như thiết kế website dạy học, thiết kế bài giảng điện tử, mô phỏng các thí nghiệm vật lí, Các công trình này đã tác động tích cực vào quá trình dạy học, từng bước góp phần đổi mới hình thức, phương pháp dạy học của giáo viên và học sinh. Đối với thí nghiệm, máy vi tính hỗ trợ với nhiều hình thức như: thí nghiệm ảo, thí nghiệm mô phỏng, phim thí nghiệm , ngoài ra còn hỗ trợ thí nghiệm thực có các dụng cụ và phần mềm chuyên biệt. Việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ thí nghiệm sẽ tạo điều kiện rộng rãi cho dạy học theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, do đó hầu hết các kiến thức vật lí đều được rút ra từ những quan sát và thí nghiệm. Chính vì vậy trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, thí nghiệm là một phương tiện rất quan trọng, có tác dụng to lớn trong việc nâng cao chất lượng học tập của học sinh nên trong quá trình hình thành những kiến thức mới cho học sinh đòi hỏi giáo viên và học sinh phải tiến hành các thí nghiệm. Từ đó tạo niềm tin, phát triển tư duy và góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh. Thế nhưng việc tiến hành thí nghiệm vật lý hiện nay vẫn gặp một số khó khăn nhất định, như một số trường chưa có phòng học bộ môn hoặc phòng thí nghiệm thực hành, những nơi đã có phòng thí nghiệm thực hành thì thiếu cán bộ chuyên trách; diện tích phòng học nhỏ và bố trí bàn ghế cũng như thiết bị ở bên trong không thuận lợi cho việc sử dụng thí nghiệm trên lớp. Khi dạy phần dao động điều hoà và sóng cơ học ở chương trình vật lý 12 cơ bản, giáo viên tiến hành một số thí nghiệm thực về dao động của con lắc lò xo và các thí nghiệm về sóng cơ học thì học sinh mới quan sát được hiện tượng. Hiện tượng sóng và dao động điều hoà là hiện tượng động, diễn biến khá nhanh, khó hình dung bằng hình vẽ hay tưởng tượng. Để học sinh hiểu sâu hơn về bản chất thì giáo viên có thể kết hợp thêm phim thí nghiệm về hiện tượng này.
2. 2 Với những lí do nêu trên, tôi chọn để tài: “Trực quan hóa thí nghiệm với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin trong dạy học chương dao động cơ và sóng cơ học vật lý 12 cơ bản”. Mục đích nghiên cứu là: Xây dựng được cơ sở lí luận của việc ứng dụng công nghệ thông tin nhằm trực quan hóa thí nghiệm trong dạy học lí. Xây dựng được thư viện hình ảnh, video clip, thí nghiệm phần dao động điều hoà, sóng cơ học với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin để trực quan hóa các thí nghiệm thực. Xây dựng được tiến trình dạy học với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin nhằm trực quan hóa thí nghiệm phần dao động điều hoà và sóng cơ học II. NỘI DUNG 1. Thực trạng và một số khó khăn khi dạy chương dao động cơ và sóng cơ. Phần Dao động cơ học và sóng cơ học là hai chương đầu tiên của phần dao động và sóng trong sách giáo khoa vật lý lớp 12 THPT. Hai chương này đề cập đến các kiến thức quan trọng như dao động tuần hoàn, dao động điều hòa, dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, khảo sát dao động điều hòa của con lắc lò xo, con lắc đơn, hiện tượng sóng trong cơ học và hiện tượng giao thoa sóng. Khi giảng dạy và học tập chương này học sinh gặp phải một số khó khăn chủ yếu như sau: Một số khái niệm mang tính trừu tượng đối với học sinh như dao động điều hoà, mối liên hệ giữa dao động điều hoà và chuyển động tròn đều. Thí nghiệm thực với con lắc lò xo nằm ngang bị ảnh hưởng nhiều bởi ma sát Khái niệm sóng cơ, sự truyền pha dao động, bước sóng Các hiện tượng, quá trình xảy ra nhanh do vậy HS rất khó quan sát một cách rõ ràng trực quan. Do đó việc tiếp thu, lĩnh hội các kiến thức của phần này sẽ gặp những hạn chế, đôi khi HS phải chấp nhận một số tính chất, kết luận một cách thụ động. Để nâng cao chất lượng tri thức của HS, giúp HS lĩnh hội kiến thức một cách có căn cứ khoa học thì việc trực quan hóa các hiện tượng, làm chậm lại các quá trình ấy thông qua thí nghiệm mô phỏng hay minh họa trên màn hình là một nhu cầu cần thiết khi giảng dạy. Khái niệm sóng cơ học là một trong những khái niệm trừu tượng khi dạy cho HS. Khi một sóng cơ học lan truyền trong một môi trường đàn hồi, các phần tử vật chất của môi trường không bị dịch chuyển, không bị truyền đi, chúng chỉ dao động tại chỗ. Đó là trường hợp sóng lan truyền trên mặt nước khi ta thả hòn đá xuống nước. Hiện tượng sóng dừng là hiện tượng rất khó hình dung vì tần số dao động của các phần tử môi trường tạo được trong thí nghiệm hết sức nhanh. Trên đây là một số khó khăn mà theo tôi là giáo viên và học sinh thường thường gặp, tuy nhiên trong giảng dạy giáo viên có thể gặp những khó khăn khác nhau tuy vào năng lực bản thân và môi trường dạy học.
3. 3 2. Các giải pháp áp dụng sáng kiến. Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức Thông qua thí nghiệm, học sinh có thể tiếp thu được một số thông tin nhất định từ những vấn đề đang học. Việc đưa thí nghiệm khảo sát, thí nghiệm minh họa ra đúng lúc giúp học sinh thu thập tài liệu một cách dễ dàng. Dựa trên những thông tin thu thập được, các em có thể đưa ra đánh giá sơ bộ về tính chất của các sự vật, hiện tượng. Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được Có không ít kiến thức vật lý được rút ra thông qua lập luận lôgic từ kiến thức đã biết trước đó. Với trường hợp này thì kết quả thu được từ thí nghiệm là bằng chứng có tính thuyết phục nhất khẳng định tính đúng đắn của nó Ví dụ, khi nghiên cứu về ảnh của một vật được tạo bởi sư khúc xạ ánh sáng qua mặt phân cách hai môi trường, vị trí ảnh O’ của điểm O nằm ở đáy cốc nước được xác định bằng cách sử dụng phương pháp hình học để vẽ. Vị trí của ảnh O’ là điểm giao nhau của đường kéo dài của hai tia ló, do vậy O’ là ảnh ảo nằm gần mặt thoáng hơn so với điểm O. Vì thế ta nói nếu đặt mắt ngoài không khí sao cho chùm tia khúc xạ đi vào mắt ta sẽ có cảm giác là đáy cốc như được dâng cao hơn so với bình thường. Để kiểm tra tính đúng đắn của vấn đề này, cần tiến hành thí nghiệm bằng cách thả một đồng xu xuống đáy một cái hộp sao cho khi đặt mắt ở phía trên, cạnh bên ngoài miệng hộp mà ta không thấy đồng xu. Sau đó rót nước từ từ vào hộp, đến một lúc nào có cảm giác như đáy hộp được nâng lên nên mới thấy được đồng xu ở đáy hộp Ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học có thể giúp chúng ta cung cấp cho học sinh các thí nghiệm mô phỏng, mô tả các hiện tượng vật lý. Ngoài ra HS còn có thể xem các đoạn phim ghi lại diễn biến của các hiện tượng, quá trình vật lý không thể quan sát trực tiếp trong giờ học, làm cho học sinh dễ tiếp thu kiến thức hơn đồng thời kích thích hứng thú học tập cho học sinh. 3. Quá trình thực hiện. a. Nghiên cứu xây dựng thư viện video clip và các thí nghiệm mô phỏng chương dao động cơ và chương sóng cơ vật lý 12 cơ bản THPT Bên cạnh sử dụng các hình ảnh tĩnh và động để minh họa cho các hiện tượng, quá trình vật lý người ta cũng có thể dùng các video clip. Với các video clip ấy chúng ta có thể trực quan hóa các thí nghiệm với các khả năng làm nhanh hoặc làm chậm quá trình giúp người học dễ dàng quan sát. Vì vậy, việc xây dựng một thư viện các video clip là hết sức cần thiết. Để xây dựng một thư viện các video clip phong phú phục vụ cho dạy học vật lý thì chúng ta có thể trực tiếp sản xuất các đoạn video với máy camera hoặc donwload trên các website. Trong điều kiện hiện nay, với việc sử dụng các máy camera kỹ thuật số chúng ta sẽ ghi lại các thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện mà không thể
4. 4 tiến hành được trên lớp hoặc các các hiện tượng xảy ra rất nhanh hoặc rất chậm trong tự nhiên. Một số video về dao động Thí nghiệm mô phỏng về dao động của con lắc lò xo. Thí nghiệm mô phỏng về mối liên hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hoà.
5. 5 Khi dạy chủ đề sóng cơ học gồm sự truyền sóng cơ, giao thoa sóng trên mặt nước và sóng dừng trên sợi dây. Giáo viên ngoài chuần bị thí nghiệm thưc còn có thể sử dụng thêm thí nghiệm mô phỏng và phim thí nghiệm để học sinh dễ quan sát từ đó nhận ra vấn đề cần nắm. - Đoạn phim thí nghiệm về sự tạo sóng cơ trên mặt nước ở trong phòng thí nghiệm. -Thí nghiệm mô phỏng về dao động của các phần tử môi trường khi có sóng truyền qua. Phim thí nghiệm về sự tạo thành sóng dừng trên sợi dây đàn hồi.
6. 6 b. Tiến trình sử dụng thí nghiệm trong một số bài dạy của chương dao động cơ và sóng cơ hoc. BÀI 1: DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ I. MỤC TIÊU. 1. Kiến thức - Nêu được định nghĩa của dao động, dao động tuần hoàn, dao động điều hòa - Viết được biểu thức của phương trình của dao động điều hòa giải thích được các đại lượng trong phương trình - Nêu được mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều. - Nắm được công thức liên hệ giữa tần số góc, chu kì và tần số. - Nắm được công thức của vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa. 2. Kĩ năng - Vận dụng được các biểu thức làm các bài tập đơn giản và nâng cao trong SGK, SBT vật lý 12. - Vẽ được đồ thị của li độ theo thời gian với pha ban đầu bằng không - Vận dụng được các biểu thức làm các bài tập đơn giản và nâng cao trong SGK hoặc SBT vật lý 12. 3. Thái độ - Rèn thái độ tích cực tìm hiểu, học tập, tự lực nghiên cứu các vấn đề mới trong khoa học - Hứng thú trong học tập, tìm hiểu khoa học. - Có tác phong của nhà khoa học. 4. Năng lực hướng tới - Năng lực giải quyết vấn đề thông qua đặt câu hỏi khác nhau về dao động điều hòa. - Năng lực tự học, đọc hiểu và giải quyết vấn đề theo giải pháp đã lựa chọn thông qua việc tự nghiên cứu và vận dụng kiến thức về dao động điều hòa để giải một số bài toán. - Năng lực tính toán, trình bày và trao đổi thông tin.