Sáng kiến kinh nghiệm 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

SỞ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TỈNH QUẢNG TRỊ
TRƯỜNG THPT LÊ LỢI
ĐỀ TÀI
TRỰC QUAN HOÁ THÍ NGHIỆM VỚI SỰ HỔ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ VÀ SÓNG CƠ HỌC.
Lĩnh vực/ Môn: Vật Lý
GV: Lê Thị Thuý Hằng.
Đơn vị công tác: Trường THPT Lê Lợi
NĂM HỌC: 2020 - 2021
ĐỀ TÀI
TRỰC QUAN HOÁ THÍ NGHIỆM VỚI SỰ HỔ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ VÀ SÓNG CƠ HỌC.
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
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 là hiện tượng đông, 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.
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.
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
Đối tượng nghiên cứu
Hoạt động dạy học phần Dao động điều hoà, sóng cơ học vật lý 12 cơ bản có sự hỗ trợ của máy vi tính để trực quan hóa các thí nghiệm.
Phạm vi nghiên cứu
Trực quan hóa thí nghiệm vật lý với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin trong dạy học chủ đề Dao động điều hoà và chủ đề sóng cơ học vật lý 12 cơ bản ở trường THPT Lê lợi, thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu các sách, bài báo, tạp chí chuyên ngành, các Luận án, luận văn có liên quan đến đề tài.
Nghiên cứu tài liệu cơ sở lí luận về phương pháp dạy học vật lý phổ thông, nội dung chương trình Vật lý THPT hiện hành.
Nghiên cứu một số khả năng hỗ trợ của công nghệ thông tin trong dạy học
vật lý.
Kiểm tra đánh giá chất lượng học tập của học sinh sau khi đã ứng dụng
công nghệ thông tin nhằm trực quan hóa thí nghiệm trong dạy học vật lý.
NỘI DUNG
CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NHẰM TRỰC QUAN HÓA THÍ NGHIỆM VẬT LÍ
Cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý hiện
nay.
Từ lâu, con đường tiếp cận để tìm hiểu, khám phá thế giới tự nhiên tuân
theo quy luật nhận thức mà V.I Lê - nin đã nêu ra: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn”. Điều đó cho thấy vấn đề trực quan có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc nhận thức thế giới khách quan nói chung và trong dạy học vật lý nói riêng. Thí nghiệm là một trong những phương tiện trực quan trong dạy học. Hơn nữa, với đặc thù của vật lý là
môn khoa học thực nghiệm nên thí nghiệm càng có tác dụng hết sức to lớn trong việc nâng cao chất lượng nắm kiến thức, rèn luyện các kĩ năng, kĩ xảo cho học sinh.
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
Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn
Ví dụ, hiện tượng phản xạ toàn phần là cơ sở để ứng dụng và chế tạo ra các dụng cụ quang học. Ngoài ra, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học người ta đã chế tạo được sợi quang, cáp quang và đưa chúng vào ứng dụng trong các lĩnh vực y học, trong công nghệ thông tin. Để minh chứng cho điều này, giáo viên hướng dẫn cho học sinh quan sát sự truyền của ánh sáng ở các sợi trong suốt của đèn trang trí.
Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập cho học sinh
Với nhiều lí do khác nhau, trước khi nghiên cứu một hiện tượng, quá trình vật lý nào đó, các em đã có sắn những hiểu biết, những quan niệm riêng về hiện tượng quá trình vật lý đó. Song, khi sử dụng thí nghiệm để nghiên cứu hiện tượng, quá trình vật lý đó thì kết quả thu được trái ngược với những gì các em mong đợi và các em cho là “vô lí”. Chính những điều mới lạ, “vô lí” này đã đưa các em vào tình huống có vấn đề, tạo động lực kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của các em, buộc các em đi tìm cho được câu trả lời về vấn đề đó. Mặt khác,
nhờ thí nghiệm mà các em thu được kết quả rõ ràng, chính xác mang tính thuyết phục cao, giúp các em bác bỏ những quan niệm sai của mình, tin tưởng hơn vào kiến thức thu được.
Ví dụ khi dạy bài rơi tự do, học sinh thường có quan niệm vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ, lúc này thí nghiệm giúp học sinh nhận ra quan niệm sai lầm này.
Cơ sở lí luận của việc ứng dụng công nghệ thông tin trực quan hóa thí nghiệm trong dạy học ở trường THPT
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
TRỰC QUAN HOÁ THÍ NGHIỆM VỚI SỰ HỔ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ VÀ SÓNG CƠ HỌC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN.
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 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.
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.
Tiến trình sử dụng thí nghiệm trong một số bài dạy của chương dao động cơ và sóng cơ hoc.
Chương dao động cơ :Bài dao động điều hoà.
Một trong những mục tiêu cần đạt của bài là học sinh phát biểu được định nghĩa dao động điều hoà, hiểu và nêu được ví dụ về dao động điều hoà.
Sau khi nêu ví dụ và thành lập được phương trình dao động, giáo viên sử dụng thí nghiệm mô phỏng về dao động điều hoà của con lắc lò xo và thí nghiệm mô phỏng về mối liên hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hoà. Thông qua 2 thí nghiệm này giúp học sinh quan sát trực quan về dao động điều hoà và mối liên hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hoà, từ đó vận dụng tốt để giải quyết một số bài tập về dao động điều hoà.
video\Con lắc lò xo Dao động điều hòa.mp4
video\flash.swf
video\dao dong dieu hoa 2018.pptx




2.2 Chương sóng cơ học. Bài sóng cơ và sự truyền sóng cơ.
Mục tiêu cần đạt là học sinh nêu được định nghĩa sóng cơ học, nêu được ý nghĩa của các đại lượng đặc trưng cho sóng cơ như biên độ, chu kỳ, tần số, bước sóng và tốc độ truyền sóng. Thành lập được phương trình sóng.
Để hình thành khái niệm sóng, giáo viên nêu một số ví dụ về sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây đàn hồi...sau đó tiến hành thí nghiệm biểu diễn sóng trên mặt nước cho học sinh quan sát.
Để trực quan hoá thí nghiệm trên lúc này giáo viên kết hợp cho học sinh xem video về sự tạo sóng cơ trong phòng thí nghiệm.
..\GIAO AN\GIAO AN 12\GIAO AN DIEN TU\SÓNG CO HỌC VÀ SỰ
TRUYỀN SÓNG CO\thi nghiem ve su truyen song co tren mat nuoc.mp4
Sau khi học sinh tìm hiểu các đại lượng đặc trưng của sóng hình sin, Do hiện tường sóng diễn ra nhanh, khó quan sát được chuyển động của các phần tử vật chất, học sinh thường có suy nghĩ quá trình truyền sóng là quá trình lan truyền của các phần tử vật chất, các điểm trên dây có biên độ dao động khác nhau.
Lúc này giáo viên trực quan hoá quá trính truyền sóng bằng thí nghiệm mô phỏng sau.
..\GIAO AN\GIAO AN 12\GIAO AN DIEN TU\SÓNG CO HỌC VÀ SỰ
TRUYỀN SÓNG CO\song co hoc.9505.exe
..\GIAO AN\GIAO AN 12\GIAO AN DIEN TU\SÓNG CO HỌC VÀ SỰ
TRUYỀN SÓNG CO\song_mat_nuoc.8689.exe Bài giao thoa sóng trên mặt nước.
Giáo viên tiến hành thí nghiệm biểu diễn giao thoa sóng trên mặt nước cho học sinh quan sát hiện tượng sau đó có thể trực quan hoá thí nghiệm trên bằng thí nghiệm mô phỏng để học sinh dễ quan sát hơn.
video\yt1s.com - double slit coherent wave interference patterns_360p.mp4 Bài sóng dừng.
Khi tiến hành thí nghiệm về sự phản xạ sóng trên vật cản cố định và trên vật cản tự do, hiện tượng sóng diễn ra rất nhanh khiến học sinh khó quan sát sự đổi chiều của biến dạng tại điểm phản xạ.
Giáo viên sử dụng thêm video thí nghiệm trên máy tính để hổ trợ học sinh quan sát và rút ra nhận xét.
video\yt1s.com - PHAN XA SONG_360p.mp4
Trong quá trình giảng dạy, khi giáo viên tổ chức cho học sinh tiến hành thí nghiệm về sóng dừng để rút ra nhận xét, và đi đến định nghĩa sóng dừng.
Giáo trực quan hoá thí nghiệm trên để học sinh có thể dễ dàng quan sát hình ảnh sợi dây ở những thời điểm khác nhau, Từ đó phân biệt được điểm khác nhau giữa sóng dừng và sự truyền sóng cơ. Từ hình ảnh quay chậm của sợi dây
học sinh dễ nhận ra khoảng cách giữa 2 nút sóng liên tiếp hoặc 2 bụng sóng liên tiếp.
..\GIAO AN\GIAO AN 12\GIAO AN DIEN TU\SONG DUNG\Thí nghiệm
Sóng Dừng - Vật Lý 12.mp4
KẾT QUẢ THỰC HIỆN.
Trong quá trình giảng dạy chương dao động cơ và chương sóng cơ, bản thân đã xây dựng được thư viện hình ảnh và video thí nghiệm, thí nghiệm mô phỏng để hổ trợ cho việc dạy và học.
Bản thân đã áp dụng đề tài trên vào quá trình giảng dạy của mình ở các lớp 12b7 năm học 2019-2020 .
Qua thăm dò ý kiến học sinh, đa số học sinh cảm thấy dễ tiếp thu, lĩnh hội kiến thức mới hơn thông qua các thí nghiệm và thí nghiệm mô phỏng. Học sinh cảm thấy hứng thú hơn trong học tập.
Qua kiểm tra đánh giá, bản thân tôi nhận thấy học sinh hiểu và biết vận dụng kiến thức để giải quyết một số bài tập.
Phiếu trắc nghiệm:
Câu 1. Một vật nhỏ dao động điều hòa theo một trục cố định. Phát biểu nào sau đây đúng?
Lực kéo về tác dụng vào vật không đổi.
Quỹ đạo chuyển động của vật là một đoạn thẳng.
Li độ của vật tỉ lệ với thời gian dao động.
Quỹ đạo chuyển động của vật là một đường hình sin.
Câu 2. (Đề THPTQG 2016) Một chất điểm chuyển động tròn đều trên đường tròn tâm O bán kính 10 cm với tốc độ góc 5 rad/s. Hình chiếu của chất điểm lên trục Ox nằm trong mặt phẳng quỹ đạo có tốc độ cực đại là
A. 15 cm/s.	B. 25 cm/s.	C. 50 cm/s.	D. 250 cm/s.
Câu 3. Trong hệ tọa độ vuông góc xOy, một chất điểm chuyển động tròn đều quanh O với tần số 5 Hz. Hình chiếu của chất điểm lên trục Ox dao động điều hòa với tần số góc
A. 31,4 rad/s	B. 15,7 rad/s	C. 5 rad/s	D. 10 rad/s Câu 4. Một con lắc lò xo dao động điều hoà có độ dài quỹ đạo là 20cm, quãng đường vật đi được trong một chu kỳ là
A. 40cm	B. 80cm	C. 20cm	D. 60cm
Câu 5. Một vật dao động điều hòa với chu kì T và biên độ A. Khoảng thời gian
ngắn nhất để vật đi từ vị trí có li độ
x = - A
1	2
đến