Sử dụng Tracker phát triển năng lực hợp tác qua bài Chuyển động tròn Vật lí 10

Ứng dụng phần mềm Tracker trong dạy học chủ đề chuyển động tròn Vật lí 10. Giải pháp giúp phân tích thí nghiệm, phát triển năng lực hợp tác cho học sinh.

• Tác giả: Nguyễn Thị Ngân Hòa
• Người hướng dẫn: TS. Trần Quỳnh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí
• Đề tài: Khai thác và sử dụng phần mềm Tracker Video Analysis trong dạy học nội dung “Chuyển động tròn” - Vật lí 10 hướng phát triển năng lực hợp tác của học sinh
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Giới thiệu về phần mềm Tracker Video Analysis

Phần mềm Tracker Video Analysis là một công cụ đặc biệt hữu ích trong dạy học vật lí hiện đại, đặc biệt là trong việc phân tích chuyển động tròn. Đây là phần mềm miễn phí, được phát triển bởi cộng đồng khoa học giáo dục, cho phép giáo viên và học sinh phân tích chuyển động thực tế từ các video. Với tính năng theo dõi quỹ đạo chuyển động, đo lường vận tốc, và tính toán gia tốc, Tracker trở thành trợ thủ đắc lực trong việc biến các khái niệm trừu tượng thành những hình ảnh cụ thể, dễ hiểu. Việc sử dụng phần mềm này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn về chuyển động tròn đều mà còn phát triển kỹ năng hợp tác khi làm việc nhóm để thu thập, phân tích dữ liệu và thuyết trình kết quả.

1.1. Khái niệm và nguồn gốc phần mềm Tracker

Tracker Video Analysis được tạo ra để hỗ trợ dạy học thí nghiệm vật lí ở các trường phổ thông. Phần mềm này cho phép người dùng tải lên các video thực tế, sau đó sử dụng các công cụ để phân tích quỹ đạo chuyển động của các vật thể. Với giao diện thân thiện, học sinh có thể dễ dàng đánh dấu vị trí vật qua các khung hình liên tiếp, từ đó tính toán được các đại lượng vật lí như vận tốc, gia tốc, và lực hướng tâm.

1.2. Những tính năng nổi bật của Tracker

Phần mềm Tracker sở hữu các tính năng ưu việt giúp học sinh thực hành chuyển động tròn hiệu quả. Những tính năng chính bao gồm: theo dõi tự động quỹ đạo của vật thể, xuất dữ liệu dưới dạng bảng biểu, vẽ đồ thị các đại lượng vật lí, phân tích lỗi trong phép đo, và tích hợp hệ tọa độ tùy chỉnh. Điều này giúp phát triển năng lực hợp tác khi học sinh cần làm việc nhóm để xử lí dữ liệu.

II. Ứng dụng Tracker trong dạy học chuyển động tròn lớp 10

Trong chương trình Vật lí 10, nội dung chuyển động tròn đều là một chủ đề quan trọng nhưng khó hiểu. Sử dụng phần mềm Tracker giúp học sinh quan sát trực tiếp các hiện tượng chuyển động tròn từ những video thực tế như quay của các vật thể, chuyển động của xe đua trên đường cong, hay chuyển động của hành tinh. Thông qua phân tích video, học sinh có thể đo đạc các đại lượng như tốc độ dài, tốc độ góc, gia tốc hướng tâm, và lực hướng tâm một cách chính xác. Điều này không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về các công thức mà còn phát triển kỹ năng hợp tác khi cách học sinh cùng nhau tiến hành thí nghiệm, phân tích kết quả và rút ra kết luận.

2.1. Các thí nghiệm chuyển động tròn sử dụng Tracker

Có nhiều thí nghiệm chuyển động tròn có thể thực hiện với phần mềm Tracker. Đầu tiên là thí nghiệm khảo sát tốc độ dài và tốc độ góc trong chuyển động tròn đều bằng cách quay một vật thể và ghi video. Thứ hai là xác định mối liên hệ giữa tốc độ, tốc độ góc và bán kính quỹ đạo. Thứ ba là khảo sát lực hướng tâm thông qua việc phân tích quỹ đạo khi có tác động của các lực khác nhau.

2.2. Lợi ích trong phát triển năng lực hợp tác

Khi sử dụng Tracker trong dạy học chuyển động tròn, học sinh phải làm việc nhóm để thực hiện các công việc khác nhau: ghi video, nhập liệu vào phần mềm, phân tích dữ liệu và thuyết trình kết quả. Quá trình này phát triển năng lực hợp tác thông qua giao tiếp, chia sẻ trách nhiệm, và học hỏi lẫn nhau. Học sinh học được cách chia công việc hợp lí, lắng nghe ý kiến của bạn bè và giải quyết vấn đề một cách tập thể.

III. Quy trình xây dựng bài dạy chuyển động tròn với Tracker

Để dạy học hiệu quả về chuyển động tròn sử dụng phần mềm Tracker, giáo viên cần lập kế hoạch bài dạy chi tiết. Trước tiên, giáo viên cần chuẩn bị các video thực tế về chuyển động tròn hoặc hướng dẫn học sinh quay video các thí nghiệm chuyển động tròn. Tiếp theo, trong lớp học, giáo viên chia học sinh thành nhóm và hướng dẫn sử dụng Tracker để phân tích các video đó. Mỗi nhóm có nhiệm vụ thu thập dữ liệu, vẽ đồ thị, và tính toán các đại lượng vật lí như vận tốc, gia tốc và lực hướng tâm. Cuối cùng, mỗi nhóm thuyết trình kết quả và so sánh với lý thuyết. Quy trình này không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện kỹ năng hợp tác và tính độc lập tư duy.

3.1. Chuẩn bị nội dung bài dạy Bài 31 Động học chuyển động tròn

Bài 31 về động học chuyển động tròn đều cần được chuẩn bị kỹ lưỡng. Giáo viên nên chuẩn bị những video minh họa cho chuyển động tròn đều từ thực tế như chuyển động của bánh xe, hay chuyển động quay của các vật thể. Sử dụng Tracker, học sinh sẽ phân tích từng khung hình trong video để xác định vị trí của vật ở các thời điểm khác nhau, từ đó tính toán tốc độ dài và tốc độ góc. Điều này giúp học sinh hình dung cụ thể về các khái niệm trừu tượng.

3.2. Chuẩn bị nội dung bài dạy Bài 32 Lực hướng tâm

Bài 32 về lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm là phần tương đối khó đối với học sinh. Với phần mềm Tracker, học sinh có thể phân tích video về những chuyển động có lực hướng tâm như chuyển động vòng của một viên bi trên một bề mặt. Bằng cách theo dõi quỹ đạo, học sinh có thể tính gia tốc hướng tâm và so sánh với công thức lý thuyết. Việc học tập hợp tác trong quá trình phân tích dữ liệu giúp học sinh hiểu sâu hơn.

IV. Vai trò của năng lực hợp tác trong dạy học với Tracker

Năng lực hợp tác là một trong những kỹ năng thế kỉ 21 mà học sinh cần phát triển. Khi sử dụng phần mềm Tracker để học chuyển động tròn, học sinh được tạo điều kiện để làm việc nhóm một cách có ý nghĩa. Mỗi thành viên trong nhóm có vai trò riêng: người ghi video, người nhập liệu, người phân tích dữ liệu, và người thuyết trình. Quá trình này yêu cầu sự giao tiếp rõ ràng, sự tôn trọng ý kiến của nhau, và trách nhiệm với công việc chung. Thông qua những thí nghiệm thực tế với Tracker, học sinh không chỉ học được kiến thức vật lí mà còn phát triển tính cách, kỹ năng sống và khả năng làm việc nhóm cần thiết cho tương lai.

4.1. Cấu trúc và tiêu chí đánh giá năng lực hợp tác

Năng lực hợp tác bao gồm nhiều thành phần như kỹ năng giao tiếp, lắng nghe tích cực, chia sẻ trách nhiệm, giải quyết xung đột, và đạt được mục tiêu chung. Để đánh giá năng lực hợp tác của học sinh khi học chuyển động tròn với Tracker, giáo viên có thể sử dụng bảng tiêu chí quan sát hành động của học sinh trong nhóm, chất lượng kết quả làm việc, và mức độ tham gia của từng thành viên.

4.2. Ứng dụng thực tế và hiệu quả của phương pháp dạy học

Những thí nghiệm chuyển động tròn sử dụng Tracker đã cho thấy hiệu quả cao trong phát triển năng lực hợp tác của học sinh. Học sinh không chỉ hiểu rõ hơn các khái niệm vật lí mà còn phát triển kỹ năng mềm quý báu. Phương pháp này tạo môi trường học tập sinh động, khuyến khích sự sáng tạo, và xây dựng tình bạn giữa các thành viên trong nhóm. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc tích hợp công nghệ trong giáo dục vật lí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trong cuộc đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục lần thứ 4, tại Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ X (2006) của Đảng, hướng đổi mới giáo dục được khẳng định: “Chuyển dần mô hình giáo dục hiện nay sang mô hình giáo dục mở mô hình xã hội học tập với hệ thống học tập suốt đời, đào tạo liên tục, liên thông giữa các bậc học, ngành học, xây dựng và phát triển hệ thống học tập suốt đời, cho mọi người…”[13]. Đồng nghĩa với việc đổi mới mục tiêu, hệ thống giáo dục và đào tạo, giáo dục lấy người học làm trọng tâm, giáo dục đào tạo “nhân cách, nhân lực, nhân tài”. Trong nghị quyết Hội nghị lần thứ hai Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam (Khóa VIII) đã nêu “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp GD – ĐT, khắc phục lối truyền thụ động một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học”[2].

Chất lượng giáo dục phổ thông đào sâu vào việc phát huy các năng lực, phẩm chất của người học. Giúp người học sau khi tốt nghiệp có thể hội nhập với xã hội, thế giới. Song, cùng với quan điểm chủ đạo trong việc thiết kế Chương trình giáo dục phổ thông 2018 là định hướng phát triển năng lực, nội dung dạy học chuyển từ việc học sinh học được gì sang học sinh làm được gì. Những năng lực, phẩm chất như giao tiếp hợp tác, giải quyết vấn đề - sáng tạo hay yêu nước, trách nhiệm,… trở nên quan trọng hơn.

Không chỉ trang bị cho người học những kiến thức cơ bản mà còn phải trang bị những kiến thức về kĩ năng mềm thiết yếu để khi làm việc có thể hòa nhập, thích ứng với công việc và xã hội nhanh chóng. “Muốn đi nhanh thì đi một mình, muốn đi xa thì phải đi cùng nhau”, một trong những năng lực mà học sinh hiện nay cần phải phát triển là năng lực hợp tác. Đối với môn học Vật lí THPT (2018) thí nghiệm, thực hành lại đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc hình thành các quy luật, định luật vật lí, khái niệm. Tuy nhiên, ở nhiều nơi vẫn còn bị hạn chế về mặt dụng cụ thí nghiệm hay khi thực hiện thí nghiệm còn xảy ra những sai số do dụng cụ đã được sử dụng lâu năm,… Thì thực hiện thí nghiệm trên các phần mềm là một giải pháp cứu cánh thích hợp.

Việc sử dụng các phần mềm, ứng dụng hay các trang mạng để mô phỏng, phân tích hiện tượng, thậm chí làm các thí nghiệm ảo không chỉ giúp học sinh trở nên hứng thú hơn với môn học và còn phát triển các năng lực, phẩm chất của học sinh được nằm ẩn sâu trong tiết học, bài học đó. Tuy 1 nhiên, việc sử dụng các công cụ hỗ trợ đó như thế nào để đáp ứng yêu cầu cần đạt, năng lực phẩm chất mà Bộ giáo dục đưa ra chính là vấn đề cần quan tâm. Với những lí do trên và mong muốn sử dụng công cụ hỗ trợ đó vừa đáp ứng yêu cầu cần đạt, năng lực phẩm chất mà Bộ giáo dục đưa ra vừa phát triển được năng lực hợp tác của học sinh, tôi quyết định chọn đề tài: “Khai thác và sử dụng phần mềm Tracker Video Analysis trong dạy học nội dung “Chuyển động tròn” - Vật lí 10 hướng phát triển năng lực hợp tác của học sinh”. Mục tiêu nghiên cứu Đề xuất được quy trình sử dụng phần mềm Tracker Video Analysis trong dạy học thí nghiệm Vật lí hướng phát triển năng lực hợp tác của học sinh, sử dụng quy trình này để thiết kế các tiến trình dạy học nội dung “Chuyển động tròn” - Vật lí 10 và tổ chức dạy học nhằm phát triển năng lực hợp tác của học sinh.

Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở lí luận về dạy học phát triển năng lực hợp tác của học sinh. Nghiên cứu về nội dung, kiến thức, vai trò, chức năng và các thí nghiệm trong dạy học Vật lí phổ thông. Đề xuất được quy trình sử dụng phần mềm Tracker Video Analysis trong dạy học thí nghiệm Vật lí hướng phát triển năng lực hợp tác của học sinh. Nghiên cứu việc sử dụng phần mềm phân tích video Tracker Video Analysis trong dạy học thí nghiệm Vật lí phổ thông.

Xây dựng tiến trình dạy học có sử dụng phần mềm Tracker Video Analysis trong dạy học thí nghiệm nội dung “Chuyển động tròn” - chương trình Vật lí 10 hiện hành. Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính hiệu quả của việc sử dụng phần mềm phân tích video Tracker Video Analysis trong dạy học thí nghiệm nội dụng “Chuyển động tròn” - chương trình Vật lí 10 hiện hành. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4. Đối tượng nghiên cứu Hoạt động dạy và học thí nghiệm Vật lí ở trường phổ thông sử dụng phần mềm Tracker Video Analysis hướng phát triển năng lực hợp tác của học sinh.

Phạm vi nghiên cứu Về kiến thức: Nội dung kiến thức một số bài trong nội dung “Chuyển động tròn” chương trình Vật lí 10 phổ thông hiện hành. 2 Về địa bàn: Thành phố Đà Nẵng. Thời gian: Quá trình nghiên cứu được thực hiện từ tháng 9 năm 2023 đến tháng 4 năm 2024. Phương pháp nghiên cứu 5.

Phương pháp nghiên cứu lí luận Nghiên cứu và nắm vững mục tiêu chương trình giáo dục, mục tiêu giáo dục của môn Vật lí trong chương trình giáo dục phổ thông 2018. Nghiên cứu các tài liệu về lí luận dạy học phổ thông, lí luận dạy học hiện đại, các văn kiện đại hội Đảng về đổi mới giáo dục và các bài báo, tạp chí liên quan. Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên và các tài liệu tham khảo có liên quan để xác định kĩ năng, kiến thức, thái độ của học sinh cần nắm vững. Từ đó định hướng phát triển năng lực hợp tác của học sinh.

Phương pháp nghiên cứu thực tế Phương pháp điều tra: Sử dụng phiếu hỏi để khảo sát thực trạng dạy học nội dung “Chuyển động tròn” – Vật lí 10 hướng phát triển năng lực hợp tác của học sinh. Phương pháp quan sát sư phạm: Tiến hành quan sát hoạt động dạy và học của GV và HS lớp 10 để bổ sung cho kết quả nghiên cứu thực nghiệm. Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành TNSP ở lớp 10 tại trường THPT địa phương để kiểm nghiệm tính hiệu quả của việc sử dụng phần mềm phân tích video Tracker. Phương pháp thống kê toán học Tiến hành xử lí, phân tích số liệu và rút ra kết luận về tính khả thi của đề tài nghiên cứu.

Tổng quan vấn đề nghiên cứu Hướng nghiên cứu của đề tài sử dụng phần mềm Tracker Video Analysis để hỗ trợ cho việc dạy học thí nghiệm Vật lí đã được một số tác giả thực hiện. Có thể kể đến một số công trình như sau: Đề tài “Sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học “Dao động cơ” Vật lí 12” của tác giả Lê Thị Thu Sản (Trường đại học Sư phạm Hà Nội 2) Đề tài “Sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học kiến thức “Chuyển động tròn” Vật lí 10” của tác giả Vũ Thị Tâm (Trường đại học Sư phạm Hà Nội 2) 3 Đề tài “Sử dụng phần mềm Tracker Video Analysis nhằm hỗ trợ dạy học một số kiến thức chương Động học chất điểm” của tác giả Tị Hơ Lìa (Trường đại học Tây Bắc) Các đề tài nghiên cứu về sử dụng phần mềm Tracker trong dạy học thí nghiệm Vật lí nêu trên đạt được những kết quả tích cực như xây dựng video thí nghiệm, soạn thảo tiến trình dạy học,… Hiện nay các công trình nghiên cứu về đề tài trên đã đạt được nhiều tín hiệu tích cực trong dạy học thí nghiệm nhưng chưa đề cập rõ về áp dụng trong dạy học thí nghiệm Vật lí như thế nào để phát triển năng lực hợp tác của học sinh. Do đó, tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu “Khai thác và sử dụng phần mềm Tracker Video Analysis trong dạy học nội dung “Chuyển động tròn” - Vật lí 10 hướng phát triển năng lực hợp tác của học sinh”. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM TRACKER VIDEO ANALYSIS TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC HỢP TÁC CỦA HỌC SINH 1.

Năng lực hợp tác của học sinh 1. Khái niệm năng lực “Năng lực” trong từ điển tiếng Việt của GS. Hoàng Phê chủ biên được hiểu là “một khả năng, điều kiện tự nhiên có sẵn để thực hiện một hoạt động nào đó; và là một phẩm chất tâm sinh lý tạo cho con người có khả năng hoàn thành một hoạt động nào đó có chất lượng cao” [4]. Nguyễn Công Khanh, “Năng lực của người đọc là khả năng làm chủ những hệ thống kiến thức, kĩ năng, thái độ… phù hợp với lứa tuổi và vận hành (kết nối) chúng một cách hợp lí vào thực hiện thành công nhiệm vụ học tập, giải quyết hiệu quả những vấn đề đặt ra cho chính các em trong cuộc sống.

Năng lực của học sinh là một cấu trúc động, có tính mở, đa thành tố, đa tầng bậc, hàm chứa trong nó không chỉ là kiến thức, kĩ năng…, mà cả niềm tin, giá trị, trách nhiệm xã hội… thể hiện ở tính sẵn sàng hành động của các em trong môi trường học tập phổ thông và những điều kiện thực tế đang thay đổi của xã hội” [9]. Trong “Lý luận dạy học hiện đại: Cơ sở đổi mới mục tiêu, nội dung và phương pháp dạy học” của Nguyễn Văn Cương có cho rằng:“Năng lực là những khả năng và kỹ xảo học được hoặc có sẵn của cá thể nhằm giải quyết các tình huống xác định, cũng như sự sẵn sàng về động cơ, xã hội và khả năng vận dụng các cách giải quyết vấn đề một cách có trách nhiệm và hiệu quả trong những tình huống linh hoạt” [12]. Trong công cuộc đổi mới chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018 ở Việt Nam, việc giáo dục phổ thông đang hướng đến hình thành và phát triển cho học sinh những phẩm chất và năng lực. Thì năng lực trong chương trình GDPT tổng thể của Bộ Giáo dục và Đào tạo được hiểu là “Năng lực 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, kĩ 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].

Sự hình thành và phát triển năng lực của con người có thể chịu các sự tác động từ nhiều yếu tố (yếu tố sinh học, yếu tố hoạt động của chủ thể và yếu tố giao lưu xã hội).