MỞ ĐẦU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm gần gũi và gan liền với cuộc song. Do vay, viéc day va thuc hanh thi nghiém vat li dong vai tro quan trong trong viéc hinh thanh kiến thức, kỹ năng va phát triển tư duy cho học sinh THPT. Tuy nhiên do những điều kiện khách quan cũng như thiếu thốn về dụng cụ thí nghiệm mà việc đưa thí nghiệm vật lí vào dạy học hay thực hành thí nghiệm vật lí ở các trường THPT còn nhiều khó khăn và hạn chế.
Đặc biệt là việc sử dụng các bộ thí nghiệm phần Động lực học — Vật lí 10 luôn gặp khó khăn trong việc xác định các đại lượng như gia tốc, vận tốc và lực tác dụng,. Các phương pháp truyền thống như dùng cần rung điện, đồng hồ hiện số, lực kế thường cho kết quả kém chính xác và việc thu nhận xử lí số liệu tốn nhiều thời gian, gây khó khăn cho việc dạy và học của giáo viên, học sinh. Hiện nay một số bộ thí nghiệm ghép nối với máy vi tính cùng với các phần mềm xử lí số liệu thí nghiệm giúp cho việc mà việc đo đạc và xử lí số liệu thí nghiệm trở nên nhanh chóng và dễ dang hon. Cu thể như các thiết bị ghép nối và các phần mềm tương ứng cua Cassy, Phywe (Đức), Pasco, Vernier (Mỹ), Coach (Hà Lan).
Tuy nhiên, các bộ thí nghiệm này chủ do các hãng nước ngoài sản xuất nên giá thành tương đối cao, chương trình xử lí số liệu khó sử dụng nên khó trang bị rộng rãi trong dạy và học Vật lí ở Việt Nam. Trong chương trình Vật lí lớp 10, GV thường gặp nhiều khó khăn trong việc giảng dạy nội dung phần động lực học. Do những khó khăn trong khảo sát các đại lượng tức thời như lực, gia tốc, vận tốc nên giáo viên thường thuyết trình, diễn giảng và đưa ra công thức cho học sinh công nhận, chưa chú trọng đến việc tổ chức hoạt động dạy học sử dụng thí nghiệm dé hình thành kiến thức cho học sinh. Những khó khăn trên ảnh hưởng đến việc phát triển tư duy và tạo niềm tin vững chắc về kiến thức mà học sinh lĩnh hội.
Gần đây, một số tác giả thuộc Đại học Tây Nguyên [1] đã nghiên cứu sử dụng nhiều loại cam biến dé chế tạo các thiết bi thí nghiệm vật lí phổ thông và ứng dụng trong giảng day phan Động lực học — Vật lí 10 THPT. Những công trình cua tác giả đã ứng dụng hiệu qua kỹ thuật ghép nối máy tính cho các bộ thí nghiệm vật lí, nâng cao độ chính xác của các dữ liệu thu thập cũng như giúp cho việc xử lí số liệu dễ dàng và nhanh chóng hơn. Tuy nhiên, các bộ thí nghiệm này thường có dây nối từ máy tính đến vật cần khảo sát làm cho việc bồ trí thí nghiệm cồng kênh, phức tạp, dẫn đến kết việc thu thập số liệu từ cảm biến kém chính xác. Từ những lí do trên, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ cảm biến đo gia tốc và lực sử dụng trong trong dạy hoc Vật lí THPT”.
Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế và chế tạo bộ thí nghiệm cảm biến đo lực, cảm biến đo gia tốc và bộ kết nối với máy vi tính tương thích dé tiến hành các thí nghiệm trong day học vật lí ở trường phố thông theo hướng tăng cường hoạt động nhận thức tích cực và sáng tao của học sinh. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp các tài liệu nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến, lý thuyết truyền nhận dữ liệu bằng sóng radio và lý luận phương pháp dạy học vật lí THPT. Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: Nhờ giảng viên hướng dẫn đề xây dựng sơ đồ và câu tạo bộ thí nghiệm. Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát đặc tính cũng như hoạt động của của cảm biến, truyền nhận dữ liệu giữa hai board mạch bằng sóng radio trên testboard, từ đó rút ra ưu nhược điểm và thiết kế mạch hoàn chỉnh.
Làm thí nghiệm khảo sát, sau đó đánh giá sai số tương đối, so sánh kết quả thực nghiệm với kết quả lý thuyết và kết quả từ các bộ thí nghiệm khác, đánh giá độ chính xác của bộ thí nghiệm. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đôi tượng nghiên cứu: Các cảm biên đo lường, kiên thức điện — điện tử cơ bản, vi điều khiển AVR, ngôn ngữ lập trình Labview, các nội dung kiến thức vật lí THPT có sử dụng các bộ thí nghiệm ghép nối máy tính. Nhiệm vu nghiên cứu Nghiên cứu lí luận dạy học hiện đại và việc xây dựng, sử dụng các thiết bị thí nghiệm theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phô thông. Nghiên cứu các loại cảm biến phục vụ cho việc đo đạc các đại lượng lực và gia tốc: phạm vi do đạc, mức độ chính xác, phương thức hoạt động.
Nghiên cứu kiến thức điện - điện tử: ngôn ngữ lập trình Labview, bảng mạch điện tử Arduino, vi điều khiển Atmega328P, module truyền nhận dự liệu bằng sóng radio nRFIO1: cách thức hoạt động, cách lập trình cho arduino và vi điều khiển, giao tiếp giữa hai bảng mạch thông qua sóng radio. Thiết kế giao điện day học trên máy vi tính. Thiết kế và chế tạo được bộ thí nghiệm sử dụng cho phần động lực học. Đánh giá bộ thí nghiệm nhằm rút ra được ưu nhược điểm của bộ thí nghiệm, từ đó dé xuất hướng cải tiến phù hợp.
Những đóng góp của đề tài Thiết kế được giao diện dạy học trên máy vi tính. Thiết kế, chế tạo được bộ thí nghiệm cảm biến đo lực, gia tốc và bộ kết nối tương thích. Xây dung được 5 bài thí nghiệm: kiểm chứng định luật I, II, II Newton, kiểm chứng dao động điêu hòa của con lac lò xo, kiêm chứng va chạm đàn hôi. CHUONG 1: CƠ SỞ LÝ THUYET 1.
TINH TÍCH CUC VA SANG TẠO CUA HỌC SINH TRONG HỌC TAP 1. Tính tích cực của HS trong học tập. Khái niệm: Học tập là một trường hợp riêng của nhận thức, thực hiện dưới sự chỉ đạo, tổ chức hướng dẫn của GV. Vì vậy, tính tích cực học tập thực chất là tính tích cực nhận thức hay hoạt động nhận thức tích cực.
Tính tích cực trong hoạt động nhận thức của HS là một hiện tượng sư phạm biểu hiện ở sự cố gang hết sức về nhiều mặt trong hoạt động nhận thức của HS nói chung. Tính tích cực học tập là sự phát triển ở mức độ cao hơn trong tư duy, đòi hỏi một quá trình hoạt động “bên trong” hết sức căng thăng với một nghị lực cao của bản thân nhằm đạt được mục đích là giải quyết vấn đề cụ thê đặt ra. Các biểu hiện của tính tích cực trong học tập: Tính tích cực trong hoạt động nhận thức của HS thé hiện ở những hoạt động cơ bắp nhưng quan trọng hơn là sự biểu hiện ở hoạt động trí tuệ: hai hình thức biểu hiện này thường đi liền với nhau. Có thể nêu những dấu hiệu của tính tích cực hoạt động trí tuệ như sau: — HS khao khát tự nguyện tham gia trả lời câu hỏi của GV, bổ sung câu trả lời của bạn, thích được phát biểu ý kiến của mình về những van đề nêu ra.
— HS hay nêu thắc mắc, đòi hỏi GV phải giải thích cặn kẽ những van đề GV trình bày chưa đủ rõ. — HS chủ động vận dụng linh hoạt những kiến thức kỹ năng đã học được dé nhận ra van đề mới. — HS mong muốn đóng góp với thầy, với bạn những thông tin mới mẻ lấy từ những nguồn thông tin khác nhau, có khi vượt ra ngoài phạm vi bài học. Tính sáng tạo của HS trong học tập.
Năng lực sáng tạo là khả năng tạo ra những giá trị mới về tinh thần, vật chất, tìm ra kiến thức mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công những hiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới. Như vậy, sản phẩm của sự sáng tạo không thể suy ra từ cái đã biết bằng cách suy luận logic hay bắt chước làm theo. Năng lực sáng tạo gắn liền với kỹ năng, kỹ xảo và von hiéu biét của chủ thê. Trong bat cứ lĩnh vực hoạt động nào, càng thành thạo và có kiến thức sâu rộng thì càng nhạy bén trong dự đoán, đề ra được nhiều dự đoán, nhiều phương án dé lựa chọn, càng tạo điều kiện cho trực giác phát triển.
Bởi vậy, không thé rèn luyện năng lực sáng tạo tách rời, độc lập với học tập kiên thức vê một lĩnh vực nao đó. Phát huy tính tích cực và năng lực sáng tạo trong dạy học vật lí dựa trên phương pháp dạy học giải quyết vấn đề [1, tr.8 — 10] Khái niệm dạy học giải quyết vấn đề: Dạy học giải quyết vấn đề được hiểu theo nghĩa chung nhất là toàn bộ các hành động như: tổ chức các tình huống có vấn dé, nêu ra vấn dé, chú ý những điều cần thiết để HS giải quyết vấn đề, hướng dẫn, điều khiển việc giải quyết vấn dé của HS, kiểm tra cách giải quyết đó và cuối cùng lãnh đạo quá trình hệ thống hoá và cũng cố kiến thức thu nhận được. Dạy học giải quyết vấn đề có tác dụng phát huy hoạt động nhận thức một cách tích cực của HS, giúp HS chiếm lĩnh được các tri thức khoa học sâu sắc, vững chắc và vận dụng được các kiến thức đó vào các tình huống cụ thể. Đồng thời đảm bảo sự phát triển trí tuệ, phát triển năng lực sáng tạo của HS trong quá trình học tập.
Trong dạy học giải quyết vấn đề, khái niệm vấn đề dùng để chỉ một khó khăn, một nhiệm vụ nhận thức mà người học không thé giải quyết được bằng vốn tri thức, kinh nghiệm sẵn có, nghĩa là không thể dùng tư duy tái hiện đơn thuần để giải quyết mà phải tìm tòi sáng tạo và khi giải quyết được thì người học đã thi nhận được kiến thức, kỹ năng mới. Tình huống có vấn đề là tình huống mà khi HS tham gia thì gặp khó khăn, HS ý thức được vấn đề, mong muốn giải quyết được van dé đó và cảm thấy với khả năng của mình thì hy vọng có thể giải quyết được. Nghĩa là, tình huống đó phải kích thích được hoạt động nhận thức tích cực của HS: đề xuất vấn đề và giải quyết vấn đề đã đề xuất.