77 Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXV, số 1A-2006 Định hớng khai thác và sử dụng các thiết bị đ đợc trang bị để tiến hành các thí nghiệm phơng pháp giảng dạy Vật lý theo chơng trình thí điểm THPT phân ban Nguyễn Cảnh Vạn (a) Tóm tắt. Trong bài viết này, chúng tôi đề xuất những định hớng khai thác thiết bị của phòng thí nghiệm để thực hiện các thí nghiệm phù hợp với chơng trình và sách giáo khoa mới. I. Mở đầu Các thiết bị thí nghiệm hiện nay có ở phòng thí nghiệm phơng pháp giảng dạy (PPGD) Vật lý gồm nhiều chủng loại, nhiều thế hệ và của nhiều nớc sản xuất. Mới đây nhất (2004) phòng đợc trang bị một số thiết bị thí nghiệm do hãng Ley Bold (Cộng hoà Liên bang Đức) sản xuất. Vấn đề đặt ra là khai thác, sử dụng các thiết bị này nh thế nào để đạt đợc hiệu quả cao nhất trong dạy học, nhằm nâng cao chất lợng đào tạo giáo viên trong giai đoạn mới. Trớc khi đa ra những định hớng chúng tôi có một số nhận xét về các thí nghiệm trong sách giáo khoa mới. II. Một số điểm mới về thí nghiệm Vật lý trong sách giáo khoa Vật lý ban khoa học tự nhiên (KHTN) 1. Một trong các yêu cầu rất quan trọng của chơng trình Vật lý Trung học phổ thông (THPT) là coi trọng đúng mức một trong các phơng pháp nhận thức đặc thù của Vật lý học là phơng pháp thực nghiệm. Thí nghiệm Vật Lý là một khâu quan trọng của phơng pháp đó. Cụ thể, chơng trình mới đã giành khoảng 30% số tiết học có làm thí nghiệm. Để thực hiện đợc yêu cầu đó cần có trang thiết bị thích hợp, đầy đủ, đồng bộ và tơng đối hiện đại. Sách giáo khoa (SGK) thí điểm Ban KHTN đã trình bày nội dung một số thí nghiệm với những thiết bị mà phần lớn các trờng THPT đã đợc trang bị và đã đợc thử nghiệm trớc khi viết sách. Điều đó khẳng định tính khả thi của các thí nghiệm này. 2. Nội dung trình bày các thí nghiệm trong SGK theo hớng mở nhằm tạo điều kiện cho giáo viên và học sinh sáng tạo trong các hoạt động thí nghiệm, chẳng hạn nh: lựa chọn các phơng án thí nghiệm, sử dụng các dụng cụ, thiết bị đã đợc trang bị; thiết kế, chế tạo thêm các thiết bị từ những vật liệu rẻ tiền, từ phế liệu 3. Nội dung các thí nghiệm trình bày ngắn gọn, chỉ mang tính chất gợi ý, tăng cờng các ảnh chụp, không quy định chặt chẽ về hình thức biểu bảng, mẫu Nhận bài ngày 17/10/2005. Sửa chữa xong 10/11/2005. 78 Nguyễn Cảnh Vạn, Định hớng khai thác và sử dụng , tr. 77-82 báo cáo kết quả các bài thực hành Vật Lý nhằm giúp giáo viên và học sinh năng động hơn trong việc vận dụng các kỹ năng đã có của mình về thí nghiệm Vật lý. 4. Thí nghiệm Vật lý theo sách giáo khoa mới đã tính đến việc sử dụng các thiết bị hiện đại nhằm nâng cao yêu cầu về nội dung học vấn so với chơng trình hiện hành. Chẳng hạn nh sử dụng đệm khí, đồng hồ đo hiện số, nguồn lade, dao động ký điện tử, các loại cảm biến quang điện Đặc biệt, bớc đầu đã sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lý THPT với điều kiện đợc cung cấp phần mềm (hoặc tự thiết kế phần mềm đơn giản, phù hợp) và các trang thiết bị cần thiết: Máy vi tính; ti vi; card chuyển đổi; hiện đại hơn thì dùng Multimedia Projector, nối mạng III. Định hớng khai thác và các giải pháp thực hiện 1. Nguồn khai thác Nguồn khai thác thứ nhất là tất cả các trang thiết bị cũ và mới có trong phòng thí nghiệm phơng pháp giảng dạy (PPGD). Với các trang thiết bị này chúng ta có thể tiến hành đợc các bài thí nghiệm về cơ học, nhiệt học, điện hoá, mạch điện, điện tử, quang hình học, quang học sóng, cảm ứng điện từ, tĩnh điện và tĩnh từ. Nguồn khai thác thứ hai là các dụng cụ, thiết bị, vật liệu tự bổ sung bằng cách tự sản xuất, chế tạo, tự kiếm, tự mua sắm. Nguồn khai thác thứ ba bằng cách liên kết với các phòng thí nghiệm khác trong khoa, các khoa bạn, ngoài trờng. để mợn thiết bị hoặc xin chuyển nhợng, hoặc hợp đồng nghiên cứu. Nguồn khai thác thứ nhất mang tính chất bắt buộc, nghĩa là cán bộ, giáo viên thuộc bộ môn PPGD phải có trách nhiệm nghiên cứu, sử dụng phục vụ công tác đào tạo. Nguồn thứ hai và ba tuỳ thuộc vào khả năng, lòng nhiệt tình của ngời trực tiếp nghiên cứu, sử dụng các thiết bị và mối quan hệ với các đơn vị khác trong khoa, trờng và ngoài trờng. Để có đợc hệ thống các bài thí nghiệm hoàn hảo, trong tình hình hiện nay hai nguồn sau là rất quan trọng. 2. Hệ thống các bài thí nghiệm cần thực hiện a) Các dạng thí nghiệm trong sách giáo khoa Vật lý Ban KHTN Nghiên cứu các thí nghiệm đợc trình bày trong SGK thí điểm Ban KHTN chúng tôi thấy gồm những dạng chính sau đây: - Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên (thí nghiệm chứng minh); Loại thí nghiệm này do giáo viên làm trong giờ học lý thuyết, học sinh (HS) quan sát và tham gia trả lời các câu hỏi của giáo viên đặt ra, nhận xét và rút ra kết luận. 79 Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXV, số 1A-2006 Căn cứ vào cách trình bày nội dung các thí nghiệm của các bộ SGK thí điểm và mục đích của thí nghiệm biểu diễn trong quá trình nhận thức vật lý, thí nghiệm biểu diễn của giáo viên có thể chia thành các loại sau: thí nghiệm mở đầu nhằm tạo tình huống có vấn đề, gây hứng thú nhận thức ngay từ đầu giờ học; thí nghiệm nghiên cứu khảo sát nhằm xây dựng kiến thức mới; thí nghiệm kiểm tra, minh hoạ nhằm xác nhận điều kết luận đã nêu ra; thí nghiệm củng cố nhằm giúp học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải thích hiện tợng, giải thích hoạt động của các máy móc, thiết bị kỹ thuật, qua đó củng cố, đào sâu kiến thức. - Thí nghiệm do HS tự thực hiện: + Thí nghiệm trực diện đồng loạt của học sinh (HS): Đây là những thí nghiệm đơn giản, dễ làm, tốn ít thời gian, do HS làm trong khi học lý thuyết để thu thập thông tin cần thiết. Lựa chọn thí nghiệm nào cho HS thực hiện đồng loạt tuỳ thuộc vào từng giáo viên và điều kiện cụ thể về trang thiết bị của nhà trờng. + Thí nghiệm thực hành Vật lý: Đây là những thí nghiệm do HS làm dới sự hớng dẫn của giáo viên sau khi đã học xong lý thuyết. Theo chơng trình và SGK thí điểm ban KHTN, ở lớp 10 có 6 tiết thí nghiệm thực hành (TNTH) (chiếm 6,8% tổng số tiết học), ở lớp 11 có 8 tiết TNTH (chiếm 9,1% tổng số tiết học), ở lớp 12 có 8 tiết TNTH (chiếm 7,6% tổng số tiết học). - Thí nghiệm t duy: HS không phải làm thí nghiệm mà là khai thác các số liệu đã cho từ các thí nghiệm đã đợc trình bày trong SGK để rút ra những kết luận cần thiết. Loại này thờng dành cho những thí nghiệm phức tạp, khó thực hiện, thời gian thực hiện quá một tiết học. - Thí nghiệm ảo: Loại thí nghiệm này phải sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo để mô phỏng các thí nghiệm chứng minh hay các thí nghiệm thực hành. Khi tiến hành, giáo viên là ngời trực tiếp sử dụng máy tính để truy xuất các phần mềm thích hợp theo sổ địa chỉ đã có, còn học sinh quan sát và trả lời các câu hỏi của giáo viên để nhận xét và kết luận. Hiện nay SGK Vật lý lớp 10 ban KHTN chỉ mới giới thiệu một số thí nghiệm ảo của phần cơ - nhiệt; chuyển động tròn đều; chuyển động của một vật bị ném ngang; lực đàn hồi khi kéo, nén lò xo; lực đàn hồi khi thanh bị uốn; nguyên lý máy lạnh; b) Hệ thống các bài thí nghiệm cần thực hiện Dựa vào các kết quả nghiên cứu về hệ thống thí nghiệm trong SGK mới và các nguồn khai thác thiết bị nêu trên, đề tài đề xuất các bài thí nghiệm cần thực hiện theo các chủ đề sau: 80 Nguyễn Cảnh Vạn, Định hớng khai thác và sử dụng , tr. 77-82 - Các bài thí nghiệm về cơ học: Các dạng chuyển động đều, chuyển động biến đổi đều với hai đại lợng cơ bản là vận tốc, gia tốc; các định luật Niutơn, dao động và sóng cơ học. - Các bài thí nghiệm về nhiệt học: Tính chất các chất khí; sự nở vì nhiệt; sự truyền nhiệt trong các chất khí, chất lỏng và chất rắn; sự biến đổi pha của các chất. - Các bài thí nghiệm về điện hoá: Tính dẫn điện của dung dịch chất điện phân và ứng dụng (mạ điện); các mối quan hệ phụ thuộc giữa dòng điện và hiệu điện thế, giữa điện trở và khoảng cách các điện cực; các nguồn điện hoá nh pin, ac quy. - Các bài thí nghiệm về điện và điện từ học: Sự nhiễm điện của các vật; điện tích chỉ phân bố mặt ngoài vật dẫn; hai loại điện tích, định luật Ohm, vật liệu từ; đờng sức từ, từ trờng của dòng điện thẳng, cuộn dây; mạch xoay chiều; chỉnh lu dòng xoay chiều; nguyên tắc hoạt động của Rơle, máy biến thế; máy phát điện. - Các bài thí nghiệm về điện tử: Quang trở và ứng dụng, các diode, transitor và ứng dụng. - Các bài thí nghiệm về quang học: Sự truyền thẳng ánh sáng; sự phản xạ ánh sáng và tính chất của gơng phẳng, gơng cầu lồi, gơng cầu lõm, sự khúc xạ ánh sáng và tính chất của các thấu kính; máy ảnh, mắt, kính lúp, kính hiển vi, kính viễn vọng; hiện tợng tán sắc, giao thoa và nhiễu xạ. c) Yêu cầu về việc thực hiện các bài thí nghiệm Để chuẩn bị tốt các bài thí nghiệm theo các chủ đề nêu trên, đề tài đặt ra yêu cầu chung là nội dung các bài thí nghiệm phải phù hợp với các dạng chính mà SGK thí điểm đã thể hiện. Đối với từng loại thí nghiệm có các yêu cầu cụ thể nh sau: Đối với thí nghiệm biểu diễn: + Dụng cụ thí nghiệm phải có chất lợng cao, kích thớc đủ lớn để cả lớp nhìn rõ (có thể dùng đèn chiếu khuếch đại); có cấu tạo đơn giản; có độ chính xác cao để đảm bảo tính khoa học của thí nghiệm và phải đảm bảo an toàn. + Bố trí sắp xếp dụng cụ sao cho lôi cuốn đợc sự chú ý của HS (có màu sắc thích hợp và hình thức đẹp càng tốt) và không làm phân tán sự chú ý của họ (không gây nhiễu). Nếu cần thiết có thể dùng vật chỉ thị để làm nổi bật bộ phận chính hoặc những hiện tợng cần lu ý HS theo dõi nh nớc màu, sơn màu, vật làm mốc, màn huỳnh quang, + Phơng pháp tiến hành thí nghiệm: Phải cho học sinh hiểu rõ mục đích thí nghiệm để họ có ý thức tham gia tích cực vào việc quan sát và rút ra kết luận; vạch kế hoạch thí nghiệm và thực hiện kế hoạch theo trình tự hợp lý. Điều quan 81 Đại học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXV, số 1A-2006 trọng đối với thí nghiệm biểu diễn là phải đa ra đúng lúc, phù hợp với nội dung bài giảng, đảm bảo thành công ngay, các kết quả phải đáng tin cậy. Đối với thí nghiệm thực hành: + Yêu cầu trớc tiên là phải lựa chọn một phơng án thí nghiệm tối u (trong các phơng án có thể) sao cho phù hợp với cơ sở lý thuyết đã học, có tính khả thi cao hơn, sai số nhỏ hơn, thao tác đơn giản hơn. + Phơng án tiến hành bài học thực hành có thể theo trình tự: cho học sinh ôn tập trớc lý thuyết liên quan đến nội dung bài thực hành; nêu mục đích cần đạt đợc; lựa chọn dụng cụ thiết bị; hớng dẫn lắp ráp, thứ tự thực hiện các phép đo, các thao tác; lập các bảng dữ liệu cần thiết; xử lý kết quả; kết luận; câu hỏi đào sâu, mở rộng; báo cáo thí nghiệm. Điều cần phải lu ý về việc tổ chức các hoạt động trong các bài thực hành là đòi hỏi HS tự lực làm việc nhiều, dành khoảng 50% thời gian cho hoạt động theo nhóm thí nghiệm. Đối với loại thí nghiệm thực hành đồng loạt, thí nghiệm ảo, trong tình hình hiện nay do cha có điều kiện thực hiện rộng rãi ở các trờng phổ thông nên đề tài cha có điều kiện đề cập đến các yêu cầu cụ thể cho hai loại này. Các yêu cầu nh đã nêu đối với hai loại thí nghiệm cơ bản: thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm thực hành phải đợc cụ thể hoá trong tài liệu hớng dẫn thí nghiệm PPGD Vật lý dành cho sinh viên s phạm ngành Vật lý. IV. Một số kiến nghị Để triển khai hệ thống các bài thí nghiệm theo các chủ đề nêu trên điều kiện cần là phải có diện tích để thao tác chuẩn bị, nghĩa là phải có một phòng để lắp ráp và thực hiện các thí nghiệm. Các cấp quản lý tổ, khoa, trờng cần có sự quan tâm đúng mức, kịp thời về kinh phí, chế độ làm việc, điều động trang thiết bị bổ sung, mua sắm, hợp tác nghiên cứu Tổ chức seminar khoa học ở tổ chuyên môn để thảo luận, lựa chọn các phơng án thí nghiệm cho mỗi đề tài, đảm bảo tính khoa học, tính khả thi, phù hợp với cơ sở lý thuyết và yêu cầu của chơng trình. 82 Nguyễn Cảnh Vạn, Định hớng khai thác và sử dụng , tr. 77-82 Tài liệu tham khảo [1] Lơng Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vật lý 10, Sách giáo khoa thí điểm, Bộ sách thứ hai, Ban Khoa học tự nhiên, NXB Giáo dục, 2003. [2] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Vật lý 10, Sách giáo khoa thí điểm, Bộ sách thứ nhất, Ban Khoa học tự nhiên, NXB Giáo dục, 2003. [3] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Vật lý 11, Sách giáo khoa thí điểm, Bộ sách thứ nhất, Ban Khoa học tự nhiên, NXB Giáo dục, 2004. [4] Tài liệu hớng dẫn bộ thí nghiệm STM Vật lý (dùng trong trờng THPT) do hãng Ley Bold Cộng hoà Liên bang Đức sản xuất - TTTV & CGCN, Công ty Thiết bị giáo dục Thắng lợi, Hà Nội, 2004. [5] Chơng trình THPT môn Vật lý (thí điểm phân ban), Bộ Giáo dục và Đào tạo, Hà Nội, 2003. [6] Phạm Hữu Tòng, Lý luận dạy học Vật lý ở trờng trung học, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2001. SUMMARY Equipment exploiting and using orientation for carrying out experiments of teaching methodology of physics in accordance with pilot program applied to high school with science subdivision In this article we would like to propose some directions to take advantages of laboratory equipment in order to make experiments suitable for new programmers and coursebooks. (a) Khoa vật lý, Trờng Đại học Vinh . học Vinh Tạp chí khoa học, tập XXXV, số 1A-2006 Định hớng khai thác và sử dụng các thiết bị đ đợc trang bị để tiến hành các thí nghiệm phơng pháp giảng dạy Vật lý theo chơng trình thí điểm. hớng khai thác và các giải pháp thực hiện 1. Nguồn khai thác Nguồn khai thác thứ nhất là tất cả các trang thiết bị cũ và mới có trong phòng thí nghiệm phơng pháp giảng dạy (PPGD). Với các trang. vận dụng các kỹ năng đã có của mình về thí nghiệm Vật lý. 4. Thí nghiệm Vật lý theo sách giáo khoa mới đã tính đến việc sử dụng các thiết bị hiện đại nhằm nâng cao yêu cầu về nội dung học