Abstract image of a woman sitting on books and studying on a laptop

Luận văn: Sử dụng thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học Vật lý 10

Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864, profile picture
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864

Luận văn của Phan Minh Tiến tại Trường Đại học Sư phạm TP.HCM tập trung vào việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm hỗ trợ dạy học các chương ``chất khí'' và ``cơ sở của nhiệt động lực học'' trong môn Vật lý lớp 10. Tài liệu đề cập đến lý thuyết, quy trình và thực nghiệm sư phạm để nâng cao hiệu quả giảng dạy và sự hiểu biết của học sinh. Luận văn cũng đưa ra các thiết bị thí nghiệm đơn giản và phương pháp dạy học tích hợp nhằm cải thiện kết quả học tập trong lĩnh vực này.

Education
1 of 141
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Most read
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Most read
26
27
28
29
Most read
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Phan Minh Tiến XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM HỖ TRỢ QUÁ TRÌNH DẠY HỌC CÁC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VÀ “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”, VẬT LÝ 10 BAN CƠ BẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Thành phố Hồ Chí Minh- 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Phan Minh Tiến XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM HỖ TRỢ QUÁ TRÌNH DẠY HỌC CÁC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VÀ “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”, VẬT LÝ 10 BAN CƠ BẢN Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC MÔN VẬT LÝ Mã số: 60.14.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN LÂM DUY Thành phố Hồ Chí Minh- 2012
i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này, tác giả đã nhận được sự quan tâm và giúp đỡ rất lớn từ quý Thầy cô, đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến: Thầy TS. Nguyễn Lâm Duy – người trực tiếp hướng dẫn về mặt chuyên môn, đã rất tận tâm chỉ dạy, truyền đạt kinh nghiệm cũng như luôn động viên và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Thầy TS. Nguyễn Mạnh Hùng – người gợi ý những phương hướng nghiên cứu, đóng góp ý kiến và động viên tôi từ những ngày đầu thực hiện luận văn. Quý Thầy cô trường Đại học Sư phạm TP.HCM và các thầy cô thỉnh giảng đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Quý Thầy cô phản biện và hội đồng chấm luận văn đã đọc và có những nhận xét cũng như những góp ý quý giá về luận văn. Quý Thầy cô, các đồng nghiệp trong Khoa Vật lý - Trường Đại học Sư phạm TP. HCM luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất để tôi có thể thực hiện các nghiên cứu phục vụ cho luận văn. Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn sát cánh bên tôi trong thời gian học tập, luôn động viên, ủng hộ và hỗ trợ về mọi mặt để tôi hoàn thành luận văn này trong điều kiện tốt nhất. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2012 PHAN MINH TIẾN
ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i MỤC LỤC.................................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................. vi DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................... viii MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1 1. Lí do chọn đề tài..................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ..........................................................................3 3. Giả thuyết của đề tài............................................................................................3 4. Nhiệm vụ cần nghiên cứu của đề tài...................................................................3 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................4 6. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................4 7. Đóng góp của đề tài.............................................................................................4 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN..................................................................................5 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu .....................................................................5 1.2. Những vấn đề lí luận về thí nghiệm Vật lý......................................................7 1.2.1. Một số khái niệm cơ bản...........................................................................7 1.2.1.1. Khái niệm trực quan...........................................................................7 1.2.1.2. Khái niệm phương tiện trực quan ......................................................7 1.2.1.3. Khái niệm phương tiện dạy học.........................................................7 1.2.1.4. Khái niệm phương tiện giáo dục........................................................8 1.2.1.5. Khái niệm thiết bị dạy học .................................................................8 1.2.1.6. Khái niệm hiệu quả ............................................................................8 1.2.1.7. Khái niệm hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học.....................................8 1.2.1.8. Khái niệm chất lượng dạy học ...........................................................9 1.2.2. Thí nghiệm Vật lý ...................................................................................10 1.2.3. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý...........................................14 1.2.3.1. Vai trò của thí nghiệm Vật lý trong dạy học truyền thống ..............14
iii 1.2.3.2. Vai trò của thí nghiệm Vật lý theo lí luận dạy học hiện đại ............15 1.2.4. Xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông...........................................................................................................18 1.2.4.1. Khái niệm “thí nghiệm đơn giản”....................................................18 1.2.4.2. Ý nghĩa của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý ...............................................................................................19 1.2.4.3. Các yêu cầu đối với việc xây dựng thí nghiệm đơn giản.................21 1.2.4.4. Các khả năng, hình thức sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý.............................................................................................................22 1.2.4.5. Vị trí của thí nghiệm đơn giản trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề ............................................................................................................22 1.2.4.6. Hướng dẫn học sinh tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản...............24 1.2.5. Qui trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý ...........................................................................................................................25 1.2.5.1. Qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý...........25 1.2.5.2. Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý.............27 1.3. Sử dụng thiết bị thí nghiệm Vật lý trong trong quá trình dạy học.................32 1.3.1. Những vấn đề chung ...............................................................................32 1.3.2. Sử dụng thiết bị theo tinh thần dạy học nêu vấn đề................................35 1.3.2.1. Yêu cầu của một tình huống có vấn đề............................................35 1.3.2.2. Cách tạo mâu thuẫn..........................................................................36 1.3.2.3. Cách tạo hứng thú ............................................................................37 1.3.3. Thí nghiệm biểu diễn ..............................................................................41 1.3.3.1. Lĩnh vực sử dụng có hiệu quả..........................................................41 1.3.3.2. Yêu cầu của các thí nghiệm biểu diễn .............................................42 1.3.3.3. Phương pháp biểu diễn thí nghiệm ..................................................44 1.4. Kết luận ..........................................................................................................45
iv CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM Ở CÁC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VÀ “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”, VẬT LÝ 10, BAN CƠ BẢN ...................................................................................................................................47 2.1. Nội dung kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm trong chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” ............................................................................47 2.2. Tình hình dạy học chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”.49 2.2.1. Nội dung điều tra.....................................................................................49 2.2.2. Phương pháp điều tra ..............................................................................49 2.2.3. Kết quả điều tra.......................................................................................50 2.2.3.1. Thực trạng thiết bị thí nghiệm chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” ở các trường THPT đã khảo sát....................................50 2.2.3.2. Về phương pháp dạy của giáo viên..................................................51 2.2.3.3. Về phương pháp học và những khó khăn, sai lầm của học sinh......51 2.2.3.4. Nguyên nhân gây nên những khó khăn của học sinh và biện pháp khắc phục ......................................................................................................53 2.3. Xây dựng các thiết bị thí nghiệm để hỗ trợ quá trình dạy học chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”...............................................................54 2.3.1. Các thí nghiệm minh họa thuyết động học phân tử chất khí ..................54 2.3.1.1. Thí nghiệm 1: Quan sát chuyển động Brao trong chất lỏng ............54 2.3.1.2.Thí nghiệm 2: Dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn ...........58 2.3.1.3. Thí nghiệm 3: Chứng minh sự chuyển động của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ ....................................................................59 2.3.2. Các thí nghiệm định tính và định lượng các định luật chất khí ..............60 2.3.2.1. Định luật Sác-lơ ...............................................................................60 2.3.2.2. Định luật Gay Luy-xắc.....................................................................65 2.3.3. Xây dựng mô hình động cơ Stirling........................................................67 2.3.3.1. Giới thiệu động cơ Stirling...............................................................67 2.3.3.2. Nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling .......................................68
v 2.3.3.3. Xây dựng động cơ Stirling từ vỏ lon, chai nhựa và các vật liệu đơn giản................................................................................................................69 2.4. Soạn thảo tiến trình dạy học một số bài của chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”có sử dụng các thí nghiệm thiết bị thí nghiệm đã xây dựng..72 2.4.1. Logic hình thành kiến thức trong chương...............................................72 2.4.2. Tiết 1: Thuyết động học phân tử chất khí...............................................74 2.4.3. Tiết 2: Quá trình đẳng tích . Định luật Sác-lơ.........................................82 2.4.4. Tiết 3-4-5: Các nguyên lý của nhiệt động lực học..................................90 2.4.5. Kết luận...................................................................................................99 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ...........................................................100 3.1. Mục đích, đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm ......................100 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm............................................................100 3.1.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm...........................................................100 3.1.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm......................................................100 3.2. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm...................................102 3.2.1. Các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ............................102 3.2.2. Phân tích diễn biến của các giờ học trong thực nghiệm sư phạm.........103 3.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm.......................................................106 3.3.1. Xử lí kết quả học tập của học sinh lớp thực nghiệm.............................106 3.3.2. Xử lí kết quả học tập của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng...............109 KẾT LUẬN.............................................................................................................116 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI....................................................118 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ.......................................................119 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................120 PHỤ LỤC................................................................................................................123
vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐHSP SGK SPSS THPT Đại học Sư phạm Sách giáo khoa Statistical Products for the Social Services (phần mềm chuyên ngành thống kê) Trung học phổ thông
vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. So sánh thí nghiệm Vật lý của nhà nghiên cứu và thí nghiệm Vật lý của học sinh………………………………………………………………………….…11 Bảng 2.1. Bảng nội dung của bài thuyết trình về động cơ Stirling………………...96 Bảng 2.2. Tiêu chí đánh giá nhóm………………………………………………...97 Bảng 3.1. Bảng thống kê điểm kiểm tra quá trình (kiểm tra 15 phút) và điểm kiểm tra 1 tiết của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm . ……………………………….107 Bảng 3.2. Bảng phân bố tần suất của lớp thực nghiệm…………………………..107 Bảng 3.3. Bảng phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập lớp thực nghiệm…...…108 Bảng 3.4. Bảng phân bố tần suất kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm……………………………………………………………………….109 Bảng 3.5. Bảng phân bố tần suất tích lũy kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng………………………………………………………….109 Bảng 3.6. Bảng kết quả điểm trung bình và độ lệch chuẩn được xử lí từ phần mềm SPSS………………………………………………………………………………111 Bảng 3.7. Bảng kết quả kiểm định Mann-Whitney hai mẫu độc lập được xử lí từ phần mềm SPSS…………………………………………………………………..114
viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc hoạt động làm thí nghiệm của học sinh…………………13 Hình 1.2. Hình vẽ nguyên tắc đòn bẩy…………………………………………….34 Hình 1.3. Thí nghiệm nguyên tắc đòn bẩy………………………………………...34 Hình 2.1. Bộ thí nghiệm Bôi-lơ – Ma-ri-ốt được trang bị ở các trường phổ thông………………………………………………………………………………..50 Hình 2.2. Thí nghiệm quan sát chuyển động Brao………………………………...57 Hình 2.3. Ảnh chụp các phân tử lưu huỳnh nhìn qua kính hiển vi………………...57 Hình 2.4. Dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn…………………………..58 Hình 2.5. Thí nghiệm đơn giản minh họa vận tốc phân tử khí và áp suất chất khí phụ thuộc và nhiệt độ………………………………………………………………60 Hình 2.6. Thí nghiệm đơn giản minh họa định tính định luật Sác-lơ……………...61 Hình 2.7. Thí nghiệm đơn giản giải thích hiện tượng liên quan đến định luật Sác- lơ…………………………………………………………………………………...62 Hình 2.8. Bố trí dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng định luật Sác-lơ………………..63 Hình 2.9. Cách bố trí cốc và chậu thủy tinh để làm thay đổi nhiệt độ của nước..…65 Hình 2.10. Cách bố trí dụng thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay – Luy-xắc…...66 Hình 2.11. Giản đồ p–V của chu trình Stirling……………………………………68 Hình 2.12. Các giai đoạn hoạt động của chu trình Stirling loại pít-tông tự do……68 Hình 2.13. Cấu tạo động cơ Stirling loại pít-tông tự do với nguồn nóng có nhiệt độ cao………………………………………………………………………………….70 Hình 2.14. Động cơ Stirling làm từ vỏ lon, chai nhựa và các vật liệu đơn giản…..71 Hình 2.15. Sơ đồ cấu trúc nội dung thuyết động học phân tử chất khí theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản………………………………………………………....72 Hình 2.16. Sơ đồ cấu trúc nội dung các định luật chất khí theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản……………………………………………………………………...73 Hình 2.17. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản…………………………………………….......73
ix Hình 2.18. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức…………………………………...75 Hình 2.19. Độ dời của hạt Brao trong những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau ……………………………………………………………………….…79 Hình 2.20. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức…………………………………...83 Hình 3.1. Biểu đồ phân bố tần suất kết quả học tập của lớp thực nghiệm……….108 Hình 3.2. Biểu đồ phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập của lớp thực nghiệm…………………………………………………………………………….109 Hình 3.3. Biểu đồ phân bố tần suất kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng……………………………………………………………………..110 Hình 3.4. Biểu đồ phân bố tần suất tích lũy kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng………………………………………………………….110 Hình 3.5. Giao diện trong phần mềm SPSS……………………………………...113
1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Chúng ta đang ở thế kỉ 21, thế kỉ mà thế giới đang xảy ra sự bùng nổ khoa học và công nghệ, đây cũng là thế kỉ mà tri thức và trí tuệ sáng tạo của con người được coi là yếu tố quan trọng quyết định sự phát triển của xã hội. Nước ta đang trên đà phát triển và hội nhập với các nước trong khu vực và trên thế giới. Tình hình trên đòi hỏi ngành giáo dục cần phải đổi mới mạnh mẽ, toàn diện và đồng bộ, trong đó đổi mới về phương pháp dạy học có tầm quan trọng đặc biệt. Cùng với xu thế phát triển chung của nền giáo dục thế giới, sự nghiệp giáo dục và đào tạo ở nước ta được Đảng và Nhà nước rất quan tâm và đã nêu rõ trong Nghị quyết Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VIII: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục – đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học”. Mục tiêu chủ yếu là giáo dục toàn diện đạo đức, trí dục, thể dục ở tất cả các bậc học, coi trọng giáo dục chính trị tư tưởng, nhân cách, khả năng tư duy, sáng tạo và năng lực thực hành. Rõ ràng, ở nước ta cũng như các nước khác trên thế giới, mục đích giáo dục hiện nay không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ cho học sinh những kiến thức, kĩ năng loài người đã tích lũy được mà còn đặc biệt quan tâm đến việc bồi dưỡng cho họ khả năng tư duy sáng tạo, năng lực thực hành và năng lực giải quyết vấn đề. Một trong những biện pháp quan trọng để thực hiện đường lối trên là đưa học sinh vào vị trí chủ thể của hoạt động nhận thức thông qua hoạt động tự lực của bản thân nhằm chiếm lĩnh kiến thức, phát triển năng lực trí tuệ. Những năm gần đây, ngành giáo dục nước ta đã không ngừng đổi mới về nội dung, chương trình, sách giáo khoa, sách tham khảo và rất chú trọng đẩy mạnh phong trào đổi mới phương pháp dạy học ở các cấp, bậc học. Do những yêu cầu về đổi mới phương pháp dạy học, việc trang bị đầy đủ các phương tiện dạy học ở các trường phổ thông trở nên rất cấp thiết, và tùy từng bộ môn mà có những phương tiện dạy học riêng phù hợp với việc đổi mới phương pháp dạy học. Vật lý là một bộ môn khoa học thực nghiệm. Tư tưởng chủ đạo của các sách giáo khoa Vật lý trung học phổ thông là nội dung kiến thức mới được hình thành
2 phần lớn thông qua các thí nghiệm và thực hành, điều đó không chỉ tích cực hoá việc học tập của học sinh mà còn rèn luyện kỹ năng sử dụng thiết bị, đồ dùng trong cuộc sống, rèn luyện thái độ, đức tính kiên trì, tác phong làm việc của những người làm khoa học. Vì thế, các phương tiện thí nghiệm Vật lý đóng vai trò quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lý hiện nay. Thực tế dạy học Vật lý cho thấy chất lượng thiết bị, thời gian thí nghiệm, thói quen sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học còn rất nhiều mặt hạn chế, gây nhiều lúng túng cho giáo viên và học sinh. Mặt khác, trong chương trình Vật lý trung học phổ thông, ngoài các bài thí nghiệm được chỉ định tối thiểu và đã có các thiết bị đi kèm, thì rất nhiều nội dung thí nghiệm khác trong sách giáo khoa chưa có dụng cụ thí nghiệm. Điều đó đòi hỏi sự sáng tạo, tích cực của giáo viên và học sinh để tạo ra những dụng cụ phục vụ nội dung bài học. Việc giáo viên và học sinh tự thiết kế, chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản để tiến hành các thí nghiệm Vật lý là hoạt động nhiều ý nghĩa và có nhiều tác dụng: tăng cường tính trực quan, góp phần nâng cao chất lượng lĩnh hội và nắm vững kiến thức, phát triển năng lực tư duy, độc lập và sáng tạo của học sinh. Việc tiến hành thí nghiệm, giải thích hoặc tiên đoán kết quả thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải vận dụng các kiến thức ở nhiều nội dung khác nhau một cách linh hoạt. Do đó, các kiến thức mà học sinh đã lĩnh hội được củng cố, đào sâu, mở rộng và hệ thống hoá. Việc sử dụng các dụng cụ thí nghiệm tự làm trong dạy học Vật lý là rất cần thiết vì trong nhiều trường hợp, các chi tiết của các thiết bị thí nghiệm hiện đại có thể che lấp bản chất Vật lý của hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm mà học sinh cần phải quan sát. Đồng thời, để kích thích tính tích cực, độc lập và phát huy khả năng tư duy sáng tạo của học sinh trong học tập, giáo viên cũng có thể cá thể hoá quá trình học tập của học sinh bằng cách giao cho học sinh chế tạo dụng cụ thí nghiệm tự làm, hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm với mức độ khó, dễ khác nhau. Các dụng cụ thí nghiệm tự làm phần lớn đáp ứng việc thực hành đồng loạt của học sinh. Nó giải quyết được một phần khó khăn về thiết bị, tạo điều kiện cho các em tự lực làm việc nhiều hơn. Nó không những đòi hỏi khả năng thao tác
3 tay chân một cách đơn thuần mà còn phát triển năng lực hoạt động trí tuệ, kinh nghiệm thực tiễn và kĩ năng hợp tác của học sinh. Chính những lí do ở trên, tôi đã mạnh dạn chọn đề tài : “Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”, Vật lý 10 ban cơ bản”. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Xây dựng (chế tạo và hoàn thiện) một số thí nghiệm và soạn thảo tiến trình dạy học các bài học của chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” (chương V, chương VI Vật lý 10, ban cơ bản) trong đó có sử dụng các thí nghiệm một cách thuận lợi và đạt hiệu quả. 3. Giả thuyết của đề tài Nếu xây dựng (chế tạo và hoàn thiện) được một số thí nghiệm đáp ứng các yêu cầu về mặt sư phạm và sử dụng các thí nghiệm một cách hợp lí vào quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” thì có thể nâng cao hiệu quả của việc dạy học. 4. Nhiệm vụ cần nghiên cứu của đề tài Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ nghiên cứu cơ bản sau: − Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương tiện thí nghiệm trong dạy học Vật lý ở trường trung học phổ thông. − Nghiên cứu lý luận dạy học Vật lý, vấn đề đổi mới phương pháp dạy học và phương pháp dạy học hiệu quả. − Nghiên cứu nội dung các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” chương trình Vật lý 10, ban cơ bản. − Nghiên cứu các thí nghiệm Vật lý trong các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” chương trình Vật lý 10, ban cơ bản. − Thiết kế, chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản; khai thác và hoàn thiện các dụng cụ thí nghiệm đã có rồi xây dựng một số thí nghiệm ở các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”. − Thực nghiệm sư phạm.
4 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Quá trình dạy học Vật lý có sử dụng thí nghiệm ở các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” chương trình Vật lý 10, ban cơ bản được thực hiện ở trường Trung học Thực hành ĐHSP TP. Hồ Chí Minh. 6. Phương pháp nghiên cứu − Phương pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu lí luận dạy học, tâm lí học, cơ sở lý luận về đổi mới phương pháp dạy học, các tài liệu, sách, báo, các văn kiện, các nghị quyết của Trung ương Đảng về lĩnh vực giáo dục. − Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Sử dụng phương pháp phỏng vấn, điều tra ngắn nhằm thu thập thông tin về tính hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học môn Vật lý ở trường trường trung học phổ thông, nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về việc thiết kế, chế tạo và hoàn thiện một số thí nghiệm. − Phương pháp thực nghiệm sư phạm: tổ chức hoạt động dạy và học, ghi chép, chụp ảnh, quay phim, khảo sát kết quả học tập, rút kinh nghiệm giờ dạy, phân tích diễn biến quá trình thực nghiệm. − Phương pháp thống kê toán học: tổng hợp, phân tích và xử lí số liệu thống kê kết quả thực nghiệm. 7. Đóng góp của đề tài Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là nguồn tư liệu dạy học bổ sung cho chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”. Đồng thời, đây sẽ là cơ sở cho các đề tài nghiên cứu xây dựng và sử dụng hiệu quả các thí nghiệm trong dạy và học Vật lý trong tương lai.
5 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Việc sử dụng thí nghiệm để hỗ trợ quá trình dạy học chủ yếu theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh. Trong bài giảng chuyên đề cho lớp cao học tại trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh, tác giả Nguyễn Ngọc Hưng đã trình bày “Chiến lược dạy học giải quyết vấn đề: tổ chức, định hướng hoạt động tìm tòi sáng tạo giải quyết vấn đề và tư duy khoa học của học sinh”. Những luận điểm cơ bản của chiến lược đó là: Trong dạy học môn khoa học, giáo viên cần tổ chức tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà học sinh tự thấy mình có khả năng tham gia giải quyết và do đó, học sinh sẽ suy nghĩ đưa ra giải pháp riêng của mình, tự tìm tòi cách giải quyết thích hợp. Hoạt động nhận thức khoa học của học sinh cần được định hướng phù hợp với tiến trình xây dựng tri thức Vật lý: đề xuất vấn đề; suy đoán giải pháp và khảo sát lí thuyết hoặc thực nghiệm; kiểm tra, vận dụng kết quả. Cần sử dụng những quan điểm vốn có của học sinh vào việc xây dựng tình huống có vấn đề và định hướng hoạt động giải quyết vấn đề một cách hữu hiệu. Việc học tập, xây dựng kiến thức khoa học của học sinh sẽ thuận lợi và có hiệu quả hơn nhờ sự trao đổi, tranh luận với bạn học. Trong thời gian gần đây, một số luận án tiến sĩ, luận văn cao học và khóa luận sinh viên của các tác giả Đồng Thị Diện [8], Nguyễn Anh Thuấn [19], Trần Văn Nguyệt [15]…cũng nghiên cứu chế tạo, hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm để tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh trong việc giảng dạy một số kiến thức cụ thể ở trường phổ thông. Tuy nhiên, quá trình tìm hiểu việc nghiên cứu về dạy học chương “Chất khí” và “Cơ sở nhiệt động lực học” ở các trường phổ thông cho thấy: Về mặt nghiên cứu tổ chức hoạt động dạy học với sự hỗ trợ của thí nghiệm nhằm phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh: Cho đến nay, chưa có công trình nghiên cứu khoa học nào nghiên cứu việc tổ chức hoạt động dạy học phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong quá trình học tập hai chương này.
6 Về việc nghiên cứu thiết bị thí nghiệm để sử dụng trong dạy học chương “Chất khí”: - Tác giả Phạm Thị Phú [16] đã đề xuất phương án chế tạo bộ thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền để khảo sát định lượng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và định luật Sác-lơ. - Tác giả Phạm Thị Lý, sinh viên khóa 48A trường Đại học Vinh, có công trình nghiên cứu sử dụng bộ thí nghiệm “Khảo sát định lượng các định luật chất khí có kết nối máy tính vào dạy học phần nhiệt học Vật lý lớp 10”, đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học, khoa Vật lý, trường đại học Vinh năm 2010-2011. - Tác giả Nguyễn Ngọc Hưng [10] có công trình nghiên cứu về thí nghiệm Vật lý với dụng cụ tự làm từ chai nhựa và vỏ lon, phần Cơ học chất lỏng và chất khí. - Các trường phổ thông đều có trang bị bộ thí nghiệm biểu diễn kiểm nghiệm các định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, Sác-lơ với giá 935.000 VNĐ. Bộ thí nghiệm này bộc lộ rất nhiều nhược điểm, và đặc biệt rất dễ hỏng nên hầu hết giáo viên ở các trường đều không sử dụng để hỗ trợ quá trình dạy học chương này. Có thể nói, đối với chương “Cơ sở nhiệt động lực học”, cho đến nay vẫn chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu chế tạo các mô hình động cơ nhiệt để hỗ trợ quá trình dạy học. Trong đề tài này, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu cải tiến bộ thí nghiệm chứng minh định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt đã được trang bị ở các trường phổ thông, đặc biệt là thí nghiệm chứng minh định luật Sác-lơ. Bộ thí nghiệm đã được cải tiến kết hợp với các thí nghiệm đơn giản được dùng để hỗ trợ quá trình dạy học phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh. Bên cạnh đó, tác giả cũng xây dựng các thí nghiệm đơn giản để minh họa cho nội dung Thuyết động học phân tử chất khí và chế tạo mô hình động cơ Stirling, một ứng dụng thực tế của chương “Chất khí” và “Cơ sở nhiệt động lực học”.
7 1.2. Những vấn đề lí luận về thí nghiệm Vật lý 1.2.1. Một số khái niệm cơ bản 1.2.1.1. Khái niệm trực quan Khái niệm trực quan thường được sử dụng rộng rãi trong dạy học nhưng “trực quan là gì” thì lại ít được định nghĩa trong các tài liệu sư phạm. Từ sự nghiên cứu lí luận và qua trải nghiệm thực tiễn, ta có thể hiểu: Trực quan là khái niệm biểu thị tính chất của hoạt động nhận thức, trong đó, những thông tin thu được từ các sự vật và hiện tượng của thế giới bên ngoài nhờ sự cảm nhận trực tiếp của các cơ quan cảm giác của con người [21]. 1.2.1.2. Khái niệm phương tiện trực quan Phương tiện trực quan là những công cụ mà giáo viên và học sinh sử dụng trong quá trình dạy học nhằm tạo ra những biểu tượng, hình thành những khái niệm cho học sinh thông qua sự tri giác trực tiếp bằng các giác quan của các em [21]. Thí dụ: các vật tự nhiên như cây, hoa quả, các sản phẩm, máy móc; các vật tượng trưng như: tranh ảnh, bản đồ, mô hình, phim ảnh… dùng để dạy học. 1.2.1.3. Khái niệm phương tiện dạy học Phương tiện dạy học là một khái niệm rộng hơn phương tiện trực quan. Đó là những công cụ mà giáo viên và học sinh sử dụng trong quá trình dạy học nhằm đạt được mục đích dạy học. Những công cụ này giúp người giáo viên tổ chức, điều khiển quá trình dạy học thông qua các hoạt động như kích thích hoạt động nhận thức, tổ chức hoạt động nhận thức, kiểm tra đánh giá…, và giúp học sinh tổ chức hoạt động nhận thức của mình một cách hiệu quả [18], [21]. Các phương tiện dạy học được sử dụng chủ yếu trong nhà trường là: - Các vật thật (động vật, thực vật trong tự nhiên; các khoáng vật; mẫu hóa chất; các hiện tượng Vật lý, Hóa học); các vật tượng trưng (bản đồ, sơ đồ, biểu đồ, đồ thị, bản vẽ…); vật tạo hình (tranh ảnh, mô hình, hình vẽ, phim…). - Thí nghiệm và các thiết bị thí nghiệm. - Các phương tiện mô tả đối tượng và hiện tượng bằng lời nói, bằng kí hiệu (sách giáo khoa, sách hướng dẫn, các tài liệu in, các công thức, phương trình…).
8 - Các phương tiện kĩ thuật dạy học (phương tiện nghe – nhìn, camera, máy dạy học, máy kiểm tra, computer…) . 1.2.1.4. Khái niệm phương tiện giáo dục Phương tiện giáo dục là một khái niệm rộng dùng để chỉ tất cả các dụng cụ (phương tiện) mà giáo viên và học sinh sử dụng trực tiếp trong quá trình giáo dục (nghĩa rộng) thông qua các hoạt động của nó (dạy học, lao động sản xuất, vui chơi, sinh hoạt tập thể, hoạt động xã hội…) và các điều kiện dạy học cần thiết cho các hoạt động đó (nhà cửa, bàn ghế, xưởng, trường, sân bãi…) [21] 1.2.1.5. Khái niệm thiết bị dạy học Thiết bị dạy học là thuật ngữ chỉ một đối tượng vật chất hoặc một tập hợp đối tượng vật chất, mà đối với giáo viên, chúng là phương tiện để điều khiển hoạt động nhận thức của học sinh; còn đối với học sinh, đó là nguồn tri thức, là phương tiện để học sinh lĩnh hội tri thức, hình thành kĩ năng nhằm thực hiện các mục đích dạy học [18], [21]. Thiết bị dạy học được cung cấp cho các trường phổ thông hiện nay còn là một sản phẩm hàng hoá đặc biệt, vì nó phải tuân theo các tiêu chí rất chặt chẽ và phải đáp ứng nhiều yêu cầu của người sử dụng. 1.2.1.6. Khái niệm hiệu quả Theo cuốn Đại từ điển Tiếng Việt [23]: “Hiệu quả là kết quả như yêu cầu của việc làm mang lại.” Quan niệm này cho thấy, hiệu quả là một khái niệm luôn gắn liền với một việc làm, một hoạt động nhất định. Nói đến hiệu quả là nói đến kết quả mang lại của một việc làm, một hoạt động so với yêu cầu nêu ra. 1.2.1.7. Khái niệm hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học Dựa vào định nghĩa khái niệm “hiệu quả” ở trên, ta có thể nêu ra định nghĩa khái niệm “hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học” như sau: “Hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học là kết quả việc sử dụng thiết bị dạy học mang lại so với yêu cầu đặt ra đối với việc sử dụng thiết bị dạy học.”
9 Để xác định hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học thì trước hết phải xác định các yêu cầu đối với việc sử dụng thiết bị dạy học trong quá trình dạy học. Trong quá trình dạy học, học sinh tiến hành nhận thức thế giới dưới sự điều khiển của giáo viên và nhờ các thiết bị dạy học. Thiết bị dạy học là công cụ lao động sư phạm của giáo viên và học sinh. Sử dụng thiết bị dạy học trong quá trình dạy học phải đáp ứng được các yêu cầu sau: - Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo cung cấp cho học sinh thông tin về các hiện tượng và đối tượng nghiên cứu một cách đầy đủ và chính xác, làm cho học sinh hiểu sâu và nắm chắc kiến thức, tránh chủ nghĩa hình thức trong kiến thức của học sinh. - Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo nâng cao tính trực quan của dạy học, mở rộng khả năng tiếp cận các đối tượng, hiện tượng. - Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo kích thích hứng thú học tập ở học sinh, thoả mãn nhu cầu nhận thức của học sinh. - Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo nâng cao nhịp độ nghiên cứu tài liệu học tập của học sinh. - Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo đổi mới phương pháp dạy học theo hướng tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh, tạo điều kiện để học sinh hoạt động tự lực chiếm lĩnh tri thức, rèn luyện kĩ năng. Vậy hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học là kết quả đáp ứng năm yêu cầu trên của việc sử dụng thiết bị dạy học trong quá trình dạy học. 1.2.1.8. Khái niệm chất lượng dạy học Theo cuốn Đại từ điển Tiếng Việt [23]: “Chất lượng là cái làm nên phẩm chất, giá trị của con người, sự vật. Chất lượng là cái tạo nên bản chất sự vật, làm cho sự vật này khác với sự vật kia.” Ở đây, dạy học là hoạt động cơ bản để thực hiện mục tiêu giáo dục, đào tạo thế hệ trẻ thành những chủ nhân tương lai có đức, có tài, làm cho học sinh trở thành những người lao động thông minh, người công nhân có ý thức. Sản phẩm của hoạt động dạy học là sự phát triển về trí tuệ (kiến thức, kĩ năng) và nhân cách của học sinh. Xét theo mục tiêu đào tạo con người mới thì chất lượng dạy học bao gồm chất
10 lượng nắm vững kiến thức, kĩ năng, sự phát triển các năng lực, sự chuyển biến, phát triển về thái độ, phẩm chất nhân cách của học sinh. Theo tác giả Phạm Hữu Tòng thì chất lượng nắm vững kiến thức của học sinh được thể hiện qua các dấu hiệu sau: tính chính xác, tính khái quát, tính hệ thống, tính áp dụng được và tính bền vững. Cụ thể như sau: - Tính chính xác của kiến thức được đặc trưng bởi sự phù hợp nội dung biểu đạt kiến thức của học sinh với nội dung khoa học của kiến thức đó. - Tính khái quát của kiến thức được đặc trưng bởi tỉ lệ dấu hiệu bản chất trong các dấu hiệu mà học sinh chọn dùng để phản ánh (trình bày lại) về sự vật, hiện tượng. - Tính hệ thống của kiến thức được đặc trưng bởi mức độ hiểu biết của học sinh về các mối liên hệ giữa kiến thức này với các kiến thức khác. - Tính áp dụng được của kiến thức đặc trưng bởi khả năng học sinh huy động, sử dụng kiến thức đó vào hoạt động nhận thức hoặc hành động thực tiễn. - Tính bền vững của kiến thức được đặc trưng bởi mức độ đầy đủ, chính xác của kiến thức mà học sinh tái hiện được sau khi lĩnh hội kiến thức một khoảng thời gian. 1.2.2. Thí nghiệm Vật lý Khi bàn về khái niệm “thí nghiệm” nói chung và “thí nghiệm Vật lý” nói riêng, cuốn Đại từ điển Tiếng Việt định nghĩa: “Thí nghiệm là làm thử theo những điều kiện, nguyên tắc đã được xác định để nghiên cứu, chứng minh...” [23]. Tác giả Nguyễn Đức Thâm định nghĩa: “Thí nghiệm Vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới.” [18]. Từ các định nghĩa trên, ta thấy thí nghiệm Vật lý có một số đặc điểm sau: a) Tính mục đích và kế hoạch của thí nghiệm: một thí nghiệm bất kỳ được lập ra luôn phải nhằm tới một mục đích cụ thể nào đó và phải có một kế hoạch hành động. Mục đích của thí nghiệm rất đa dạng và nó thay đổi theo sự phát triển của khoa học, kỹ thuật. Do đó, kế hoạch tiến hành thí nghiệm cũng đa dạng và không có một mẫu chung.
11 b) Những yếu tố cơ bản: Một thí nghiệm thường phải xác định được nhiệm vụ thí nghiệm và đối tượng nghiên cứu; người làm thí nghiệm cũng cần lựa chọn phương pháp nghiên cứu và cách thức phù hợp để thực hiện phương pháp ấy, dùng toán học và suy luận lôgic để xử lý kết quả thí nghiệm nhằm rút ra những kết luận cần thiết. c) Một thí nghiệm bao giờ cũng mang tính chủ quan. Đó là do: thí nghiệm luôn phụ thuộc vào đặc điểm các cơ quan cảm giác của người làm thí nghiệm; khả năng cảm nhận, năng lực và kiến thức của người làm thí nghiệm; việc xác lập mục đích và phương pháp nghiên cứu của người làm thí nghiệm; các thao tác của người làm thí nghiệm. d) Mọi thí nghiệm đều được gắn liền với một hệ thống lý thuyết. Đó là do: các thí nghiệm đều sử dụng các dụng cụ thí nghiệm mà các dụng cụ này lại là kết quả của các hoạt động lý thuyết trước đó; thí nghiệm bao giờ cũng diễn ra theo một mục đích xác định được xây dựng trên cơ sở của một hệ thống kiến thức nhất định; các kết quả thí nghiệm không ghi lại được toàn bộ diễn biến của hiện tượng mà chỉ ghi lại được những nút nhất định. Bảng 1.1. So sánh thí nghiệm Vật lý của nhà nghiên cứu và thí nghiệm Vật lý của học sinh Các thành phần thí nghiệm Thí nghiệm Vật lý của các nhà nghiên cứu Thí nghiệm Vật lý của học sinh Mục đích thí nghiệm Tìm tri thức mới cho nhân loại Tìm tri thức mới cho bản thân mình Phương án thí nghiệm Tự mình vạch ra Có sự hỗ trợ của sách giáo khoa và giáo viên Dụng cụ thí nghiệm Nhiều loại, phức tạp, yêu cầu cao về kĩ thuật Ít loại, đơn giản, dễ lắp ráp, dễ thực hiện Thực hiện thí nghiệm Hoàn toàn tự tiến hành Có sự hỗ trợ của sách giáo khoa và giáo viên Kết quả thí nghiệm Có độ chính xác cao Có độ chính xác không cao
12 Làm thí nghiệm Vật lý là để qua đó thu nhận được tri thức mới, nhưng thí nghiệm Vật lý của học sinh khác với thí nghiệm Vật lý của các nhà nghiên cứu ở những điểm được trình bày trong bảng 1.1. Như vậy, làm thí nghiệm Vật lý là hoạt động có mục đích, có cách thức thực hiện, có thứ tự các hành động, thao tác, sử dụng các phương tiện tương ứng với các điều kiện nhất định. Mặc dù là thành phần của hoạt động nhận thức nhưng việc làm thí nghiệm khác với các hoạt động suy luận lí thuyết. Sự khác nhau đó đơn thuần ở chỗ khi làm thí nghiệm Vật lý, người ta phải sử dụng phối hợp các giác quan, các thao tác chân tay với các thao tác trí tuệ. Hoạt động làm thí nghiệm Vật lý gồm có ba giai đoạn: chuẩn bị, thực hiện và kiểm tra, xử lí kết quả. Mỗi giai đoạn lại gồm một số hành động. Cấu trúc chung của hoạt động làm thí nghiệm của học sinh có thể được mô tả bằng sơ đồ hình 1.1. Cụ thể từng giai đoạn như sau: - Giai đoạn chuẩn bị thí nghiệm: + Các hành động tâm lí bên trong: Cụ thể hóa mục đích thí nghiệm; tìm hiểu phương án, tiến trình thí nghiệm; đối chiếu phương án với điều kiện cụ thể về dụng cụ, thiết bị; ghi nhớ các bước thực hiện thí nghiệm. + Các hành động bên ngoài: tập hợp vật liệu, dụng cụ thí nghiệm, thiết bị điều khiển, dụng cụ đo, thiết bị hỗ trợ quan sát, ghi nhận cần thiết; lắp ráp vận hành thử; kẻ bảng để ghi số liệu... Trong giai đoạn chuẩn bị, khi vận hành thử, nếu thấy không thực hiện được thì người làm thí nghiệm có thể phải xem lại việc lắp ráp, việc chọn dụng cụ, cũng có thể phải sử dụng thiết bị khác thay thế. - Giai đoạn thực hiện thí nghiệm: + Chủ yếu là các hành động bên ngoài: tác động vào sự vật cho hiện tượng xảy ra, điều khiển quá trình Vật lý; quan sát sự vật, hiện tượng, quá trình Vật lý; đo các đại lượng Vật lý; ghi nhận các diễn biến của quá trình, các số liệu thí nghiệm. + Các hành động tâm lí bên trong: đối chiếu các bước triển khai thực tế với kế hoạch ban đầu; điều chỉnh thao tác bên ngoài cho phù hợp.
13 Có thí nghiệm khi thực hiện chỉ cần quan sát mà không phải đo đạc. Có nhiều thí nghiệm khi thực hiện ta vừa quan sát, vừa phải đo đạc các đại lượng. - Giai đoạn xử lí, đánh giá kết quả thí nghiệm: + Có các hành động: xử lí các số liệu, diễn biến hiện tượng thu thập được; so sánh đối chiếu kết quả với mục đích thí nghiệm; quyết định dừng lại hay làm lại. + Sau khi xử lí các hiện tượng, số liệu, đối chiếu kết quả với mục đích thí nghiệm, đạt mục đích thì kết thúc thí nghiệm, chưa đạt mục đích thì làm lại. + Sau khi xử lí các hiện tượng, số liệu, đối chiếu kết quả với mục đích thí nghiệm, đạt mục đích thì kết thúc thí nghiệm, chưa đạt mục đích thì làm lại. Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc hoạt động làm thí nghiệm của học sinh Chuẩn bị thí nghiệm 1. Làm rõ mục đích thí nghiệm. 2. Tìm hiểu phương án, tiến trình thí nghiệm. 3. Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm. Lắp ráp vận hành thử. 4. Chuẩn bị bảng ghi kết quả thí nghiệm. Thực hiện thí nghiệm Đo đạc các đại lượng Quan sát hiện tượng Ghi nhận kết quả Điều kiện thí nghiệm Xử lí, đánh giá kết quả thí nghiệm 1. Xử lí đánh giá kết quả thí nghiệm 2. Đối chiếu mục đích, đánh giá kết quả thí nghiệm.
14 1.2.3. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý 1.2.3.1. Vai trò của thí nghiệm Vật lý trong dạy học truyền thống Dạy học truyền thống tập trung chủ yếu vào việc truyền thụ cho học sinh những kiến thức, kinh nghiệm mà loài người đã tích lũy được để học sinh bắt chước làm theo. Trong dạy học truyền thống, thí nghiệm đóng vai trò như sau: - Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp cho học sinh hiểu những kiến thức Vật lý trừu tượng một cách dễ dàng: Giáo viên làm thí nghiệm để cho học sinh nhận biết được những biểu hiện cụ thể (có thể chưa đầy đủ) của các kiến thức trong thực tế. Nhưng như thế là tách kiến thức ra hai phần riêng biệt: lý thuyết và thực tế. Học sinh có thể hoặc học kiến thức trước, một thời gian sau mới biết biểu hiện thực tế của nó, hoặc nhiều khi chỉ dừng ở mức hiểu biết lý thuyết, hoặc chỉ biết đến những cái cụ thể mà không biết khái niệm khái quát, trừu tượng. Kết quả là kiến thức của học sinh không vững chắc, không hoàn chỉnh. - Thí nghiệm Vật lý là nguồn trực tiếp của tri thức: Từ trước đến nay, chúng ta thường thấy các nhà Vật lý học luôn luôn làm thí nghiệm để tìm hiểu những tính chất, những qui luật của thế giới vật chất. Vì vậy, chúng ta có thể có những nhầm tưởng rằng làm thí nghiệm là tìm thấy những tính chất, những qui luật có sẵn trong đó, làm thí nghiệm là để cho chúng bộc lộ ra ngoài cho ta quan sát được. Thực ra, nếu chỉ dựa vào quan sát các thí nghiệm thì ta không thể nào biết được các tính chất qui luật của tự nhiên, thậm chí còn có thể có những hiểu biết sai. Như vậy, quan niệm cho rằng thí nghiệm là nguồn trực tiếp của tri thức đã dẫn đến một hậu quả tai hại là làm cho giáo viên và học sinh tưởng rằng cứ làm thí nghiệm là thấy tất cả, không cần phải suy nghĩ gì nữa. Đó là chưa kể đến việc phải làm thí nghiệm như thế nào, dùng những dụng cụ nào, thực hiện những động tác nào… thì giáo viên và học sinh cũng chỉ biết nhắc lại thí nghiệm do các nhà khoa học nghĩ ra và bắt chước làm lại. Nếu yêu cầu học sinh tự nghĩ ra một thí nghiệm để nghiên cứu một tính chất hay một quy luật chưa biết thì đó thực sự là một thử thách khó khăn đối với họ. Do đó, thí nghiệm có vai trò giúp rèn luyện kĩ năng thực hành cho học sinh.
15 Trong dạy học truyền thống, kiến thức Vật lý được phân biệt rõ thành hai bộ phận khác hẳn nhau: kiến thức lý thuyết và dạy kĩ năng thực hành (gồm kĩ năng sử dụng các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, các dụng cụ đo lường, các máy móc phổ biến, kĩ năng bố trí lắp ráp thí nghiệm, tính toán kết quả đo lường, xác định sai số, vẽ đồ thị…). Dạy học Vật lý cũng được tách riêng việc dạy kiến thức lý thuyết và dạy kĩ năng thực hành. Trong khi học kiến thức lý thuyết, học sinh có thể không cần biết làm thí nghiệm, thực hiện các phép đo vì giáo viên đã làm hết. Ngược lại, học sinh có thể rất khéo léo trong việc sử dụng các dụng cụ máy móc để làm thí nghiệm nhưng không hiểu biết cơ sở lý thuyết của thí nghiệm đó. Đặc biệt, trong điều kiện trang thiết bị còn thiếu thốn, trong dạy học, người ta dễ dàng bỏ qua phần thực hành, kết quả là học sinh chỉ biết “lý thuyết suông”. Việc tách rời lý thuyết và thực hành như thế khiến học sinh có những kiến thức lý thuyết cũng không vững chắc, không áp dụng được vào hoạt động thực tiễn. 1.2.3.2. Vai trò của thí nghiệm Vật lý theo lí luận dạy học hiện đại Hiện nay, mục tiêu của chương trình trung học không chỉ dừng lại ở việc trang bị kiến thức cho học sinh mà còn chú trọng hình thành ở họ năng lực giải quyết vấn đề, năng lực tự hoạt động nhận thức. Quá trình hình thành năng lực sáng tạo của học sinh không chỉ được quan tâm ở khâu vận dụng kiến thức vào trong thực tiễn mà còn được chú trọng ngay trong khâu xây dựng kiến thức mới. Mục tiêu dạy học mới đó không thể tách rời kiến thức lý thuyết và kĩ năng thực hành mà xem nó là hai mặt của của một thể thống nhất của phẩm chất của học sinh. Với mục tiêu đó, thí nghiệm Vật lý cũng có vai trò mới – vai trò thí nghiệm đối với hoạt động nhận thức của học sinh. Cụ thể như sau: - Thí nghiệm là phương tiện làm xuất hiện vấn đề cần phải nghiên cứu, kích thích sự tìm tòi suy nghĩ của học sinh: Thí nghiệm làm xuất hiện trước học sinh một hiện tượng mới lạ, xảy ra trái với suy nghĩ thông thường của học sinh và với vốn kiến thức đã có, học sinh không giải thích được. Như vậy, thí nghiệm giúp làm xuất hiện mâu thuẫn nhận thức, kích thích sự tò mò, nhu cầu hiểu biết, tức là thí nghiệm tạo tình huống có vấn đề.
16 - Thí nghiệm là phương tiện hỗ trợ việc xây dựng giả thuyết: Trong nghiên cứu Vật lý, khi đứng trước một vấn đề hoàn toàn mới lạ, nếu người nghiên cứu chưa có một hiểu biết hay kinh nghiệm nào có liên quan thì khó có thể đưa ra được một dự đoán có căn cứ. Để tránh khỏi một dự đoán vu vơ, nhà nghiên cứu thực hiện một thí nghiệm thăm dò để xác định sơ bộ phương hướng diễn biến của hiện tượng, dựa trên đó làm cơ sở xây dựng giả thuyết. Thí nghiệm trong trường hợp này chưa khẳng định một điều gì cả mà chỉ gợi lên một hướng suy nghĩ. Tất nhiên, cùng một thí nghiệm cũng có thể gợi ra những suy nghĩ khác nhau, những dự đoán khác nhau. Đối với học sinh, vì chưa có nhiều kiến thức Vật lý và kinh nghiệm thì việc dùng thí nghiệm để tạo ra cho họ một số kinh nghiệm thực tế ban đầu, hỗ trợ cho việc xây dựng giả thuyết là rất quan trọng, nếu không thì nhiều trường hợp, học sinh sẽ rơi vào tình trạng hoàn toàn bế tắc. - Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết: Trên con đường tìm tòi nghiên cứu để giải quyết vấn đề mới, nhà khoa học lúc đầu phải đưa ra câu trả lời dự đoán (giả thuyết). Giả thuyết đó tuy có căn cứ nhưng không chắc chắn vì không suy ra được từ những kiến thức đã biết. Vậy muốn biết giả thuyết đó có đúng không, nghĩa là có phù hợp với thực tế khách quan không thì bắt buộc phải làm thí nghiệm kiểm tra. Thực tiễn là tiêu chuẩn của chân lí. Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với giả thuyết thì giả thuyết đó trở thành chân lý khách quan, trở thành kiến thức khoa học. Nếu không phù hợp thì phải bỏ đi và xây dựng giả thuyết mới. Vì giả thuyết là mới mẻ, chưa từng có nên thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết cũng là mới mẻ, chưa từng có. Giả thuyết thường có tính trừu tượng khái quát, thí nghiệm lại chỉ là một biểu hiện trong một trường hợp cụ thể, với những điều kiện có thể quan sát được. Bởi vậy, trước khi làm thí nghiệm kiểm tra giả thuyết, cần phải đảm bảo rằng, lập luận suy từ giả thuyết khái quát ra biểu hiện cụ thể trong thí nghiệm phải chặt chẽ, không sai sót. Trong nhiều trường hợp, quá trình suy luận đó khá dài dòng, cần sử dụng cả lập luận lôgic và biến đổi toán học khá phức tạp, rất dễ phạm sai lầm. Như vậy, thí nghiệm không phải kiểm tra trực tiếp giả thuyết mà mà kiểm tra gián tiếp qua hệ quả của nó. Một giả thuyết có thể có nhiều hệ quả
17 trong những điều kiện khác nhau. Càng kiểm tra bằng thí nghiệm được nhiều hệ quả thì giả thuyết càng có giá trị cao. Đến một lúc, người ta phát hiện ra kết quả thí nghiệm không phù hợp với kết quả nào đó thì phải bổ sung, sửa đổi kiến thức cũ để xây dựng một kiến thức mới, trong đó kiến thức cũ như một trường hợp riêng. Tính mới mẻ của thí nghiệm kiểm tra thể hiện ở nhiều mặt: sử dụng thiết bị mới, cách bố trí thí nghiệm mới, cách xử lý thí nghiệm đo lường, độ chính xác của phép đo…Bởi vậy, người nghiên cứu phải chế tạo ra dụng cụ thí nghiệm mới, đề xuất phương án thí nghiệm mới, nghĩ ra một phương án mới nâng cao tính hiệu quả, độ chính xác của thí nghiệm… - Thí nghiệm là phương tiện để phát triển hoạt động nhận thức tích cực sáng tạo của học sinh. Bản thân thí nghiệm là khách quan, vô cảm với mọi người, nó không kích thích mà cũng không kìm hãm tư duy của học sinh. Có khi làm những thí nghiệm rất khó nhưng chỉ đòi hỏi khả năng thành thạo chứ không đòi hỏi thêm sự sáng tạo. Thí nghiệm chỉ có tác dụng phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh với sự tổ chức hướng dẫn của giáo viên. Trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, giáo viên cần chú ý bồi dưỡng cho học sinh các yếu tố của năng lực hoạt động trí tuệ như sau: năng lực đề xuất giả thuyết, phân tích mô tả các hiện tượng, quá trình Vật lý, tổng hợp các mặt, các khía cạnh trong mối liên hệ với nhau, khái quát hóa thành những kết luận tổng quát nhờ phép qui nạp, đối chiếu các kết quả này với giả thuyết (hoặc hệ quả) đã đề xuất, giải thích, so sánh các hiện tượng, quá trình Vật lý, các ứng dụng trong sản xuất và trong đời sống của các kiến thức đã học. Để phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, cần tận dụng nhiều hình thức khác nhau của thí nghiệm, trong đó có thí nghiệm nhằm giải quyết các nhiệm vụ thiết kế - kĩ thuật. Quá trình làm việc tự lực với thí nghiệm của học sinh sẽ làm tăng hứng thú nhận thức, niềm đam mê nghiên cứu, tạo niềm vui của sự thành công khi giải quyết được nhiệm vụ đặt ra và góp phần phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh. - Thí nghiệm là phương tiện đảm bảo sự phù hợp giữa lý thuyết và thực hành (tức là giữa lí luận và thực tiễn). Như ta đã thấy, sự suy luận lí thuyết thuần túy hay một thí nghiệm đứng riêng không kèm theo phân tích lí thuyết thì đều không thể cho phép
18 có được kết luận đúng đắn về bản chất hay quy luật của tự nhiên. Mặt khác, phải có lí luận chặt chẽ, sắc bén thì mới có thể dự đoán được những hệ quả cụ thể trong thực tiễn của những lí thuyết trừu tượng. Người nghiên cứu Vật lý theo phương pháp thực nghiệm phải luôn kết hợp cả hai mặt đó mới đạt được kết quả. Học sinh hoạt động nhận thức theo phương pháp đó sẽ đồng thời phát triển cả hai mặt: tư duy lí thuyết và khả năng thực hành. Cách sử dụng thí nghiệm đúng với vai trò của nó như trên sẽ tạo ra một lớp học sinh vừa có tư duy sáng tạo, vừa có khả năng thực hành giỏi. 1.2.4. Xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông 1.2.4.1. Khái niệm “thí nghiệm đơn giản” Thí nghiệm đơn giản là thí nghiệm được tiến hành với các dụng cụ (vật liệu) thông thường, dễ kiếm, rẻ tiền được giáo viên, học sinh sưu tầm, thiết kế và chế tạo để nghiên cứu các hiện tượng Vật lý đơn giản thuộc phạm vi chương trình, kiến thức phổ thông. Việc chuẩn bị và tiến hành thí nghiệm đơn giản không mất nhiều thời gian, công sức nhưng vẫn đảm bảo được mục tiêu dạy học [8]. Như vậy, theo cách hiểu này thì thí nghiệm đơn giản gồm hai loại: - Loại thứ nhất: Thí nghiệm được tiến hành với những dụng cụ (vật liệu) có sẵn, dễ kiếm, rẻ tiền do giáo viên và học sinh sưu tầm, tập hợp (mỗi một dụng cụ thí nghiệm được tận dụng từ một hay vài vật liệu hoặc vật dụng sẵn có mà giáo viên và học sinh không phải chế tạo). Thí dụ: Thí nghiệm cho một quả trứng gà đã luộc chín chui tọt vào trong một cái chai có miệng chai nhỏ kích thước quả trứng gà tạo tình huống để đặt vấn đề vào bài “Quá trình đẳng tích. Định luật Sác-lơ”. Hoặc một số thí nghiệm đơn giản dùng cho các bài học khác với các vật liệu có sẵn như: thước kẻ, cái cốc, nắp chai... - Loại thứ hai: thí nghiệm được tiến hành với những dụng cụ được giáo viên, học sinh thiết kế và tự tay chế tạo từ những dụng cụ (vật liệu) dễ kiếm, rẻ tiền. Thí dụ: dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn, động cơ nhiệt Stirling...
19 1.2.4.2. Ý nghĩa của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý Vấn đề giáo viên và học sinh tham gia xây dựng (thiết kế, chế tạo, cải tiến) và vận dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý có ý nghĩa rất lớn đối với quá trình giáo dục về mặt nhận thức, sư phạm và kinh tế. a) Về mặt nhận thức: Do học sinh tự tay chế tạo và sử dụng dụng cụ thí nghiệm đơn giản nên các em có thể hiểu các vấn đề khoa học sâu sắc, chính xác và bền vững hơn. Nó cũng góp phần bồi dưỡng kĩ năng thực hành và giúp học sinh phát triển năng lực sáng tạo, kích thích hứng thú, chủ động tìm tòi giải quyết vấn đề, góp phần nâng cao chất lượng kiến thức trong học tập. Việc học sinh tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản là cần thiết trong các hoạt động cụ thể của quá trình dạy học. Thật vậy, sự huy động học sinh cùng tham gia chế tạo và sử dụng thí nghiệm không những tạo cho học sinh có thói quen nghiên cứu kiến thức trước khi đến lớp mà còn tạo điều kiện cho các em có sự chuẩn bị trước câu hỏi, thắc mắc để trao đổi kĩ hơn về các thí nghiệm được tiến hành trên lớp cũng như ngoài giờ học. Mặt khác, học sinh tự tìm kiếm những vật liệu, có trong đời sống hàng ngày để tự chế tạo dụng cụ thí nghiệm đơn giản càng làm cho các em thấy được mối quan hệ gắn bó giữa Vật lý và đời sống. Việc học sinh tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản sẽ tạo điều kiện cho các em tự lực làm việc nhiều hơn, nâng cao tinh thần hợp tác, trao đổi kiến thức, chia sẻ kinh nghiệm trong quá trình làm việc. Vấn đề sử dụng thí nghiệm đơn giản còn rất cần thiết trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông, bởi vì các thí nghiệm có sẵn trong phòng thí nghiệm, trong nhiều trường hợp, cái “hiện đại” của thiết bị có thể che lấp mất cái bản chất Vật lý của hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm mà học sinh cần nhận thức. Chính sự gần gũi, đơn giản của thí nghiệm kích thích học sinh tìm tòi kiến thức.
20 b) Về mặt sư phạm: Ở các nước phát triển, vấn đề tự làm đồ dùng dạy học chỉ đặt ra cho học sinh như là một khâu của quá trình dạy học. Đối với giáo viên, vấn đề này chỉ khuyến khích, tự nguyện; còn chủ yếu là giáo viên khai thác, tận dụng những đồ dùng dạy học đã được trang bị khá phong phú ở trường. Ở nước ta cũng như các nước đang phát triển khác, vấn đề này đặt ra cho giáo viên như là một biện pháp, nhằm làm phong phú thêm đồ dùng dạy học cho nhà trường, đồng thời bồi dưỡng nghiệp vụ sư phạm cho giáo viên. Thật vậy, cũng như các ngành lao động khác, nếu người thợ thể hiện trình độ tay nghề của mình qua công cụ lao động thì trình độ nghiệp vụ của người giáo viên phải được thể hiện qua việc sử dụng thiết bị dạy học, sao cho kết quả dạy học đạt hiệu quả cao tương tự như năng suất lao động của người thợ. Nhưng thiết bị dạy học của người giáo viên có tính đặc thù riêng của nó và nghiệp vụ sư phạm của giáo viên sẽ được bồi dưỡng qua quá trình sử dụng thiết bị dạy học. Đặc biệt trong dạy học Vật lý, các dụng cụ thí nghiệm đơn giản tự làm thõa mãn tính thời sự, phục vụ kịp thời những vấn đề mà xã hội đặt ra, phù hợp với đặc điểm của từng địa phương và trình độ nhận thức của học sinh trong những điều kiện cụ thể. Vì vậy, nó đem lại hiệu quả sư phạm cao hơn. Đó là những đặc điểm các dụng cụ do các nhà máy, cơ sở sản xuất không thể nào đáp ứng được. c) Về mặt kinh tế: Khi nói đến ý nghĩa kinh tế của thiết bị dạy học tự làm nói chung, thí nghiệm đơn giản tự làm trong dạy học Vật lý nói riêng, chúng ta hãy xem xét vấn đề tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản thủ công (gọi là sản xuất thủ công) của giáo viên và học sinh so với sản xuất công nghiệp có tiết kiệm hơn hay không? Đứng về mặt năng suất lao động thuần túy mà xét, năng suất lao động cũng như chất lượng sản phẩm của sản xuất thủ công kém hơn nhiều so với sản xuất công nghiệp. Nhưng tiết kiệm ở đây là: dụng cụ tự làm đem lại hiệu quả sư phạm cao hơn; huy động được năng lực và trí sáng tạo của hàng triệu giáo viên và học sinh; tận dụng được nguồn vật tư rất phong phú và đa dạng mà nền sản xuất xã hội nhiều khi không được chú ý đến. Mặt khác, hiện nay, nước ta chưa thể cung cấp đầy đủ trang thiết bị cho hệ
21 thống các trường trên toàn quốc, những dụng cụ thí nghiệm tự làm của giáo viên và học sinh từ những vật liệu dễ kiếm, sẵn có, rẻ tiền sẽ là nguồn bổ sung trang thiết bị rất tốt cho phòng thí nghiệm của nhà trường. Trong những năm qua, mặc dù nhà nước đã cố gắng đầu tư vào sản xuất thiết bị dạy học, nhưng đến nay, trừ một số trường trọng điểm của trung ương và địa phương, các trường khác vẫn chưa được trang bị đầy đủ các thiết bị dạy học, và đặc biệt thiếu thốn ở các trường ở vùng miền khó khăn. Chính vì vậy, bên cạnh từng bước trang bị cho các trường những trang thiết bị dạy học cần thiết, cần động viên, khuyến khích và tạo điều kiện về mọi mặt để giáo viên và học sinh tự làm đồ dùng dạy học nhằm khắc phục những khó khăn thiếu thốn hiện tại. 1.2.4.3. Các yêu cầu đối với việc xây dựng thí nghiệm đơn giản Để việc sử dụng thí nghiệm đơn giản đem lại hiệu quả, giáo viên và học sinh cần lưu ý những điểm sau: - Trước khi sử dụng thí nghiệm đơn giản, giáo viên và học sinh cần tìm hiểu nguyên tắc, cấu tạo của dụng cụ thí nghiệm đơn giản. - Cần lưu ý học sinh khi sử dụng thí nghiệm đơn giản phải nhẹ nhàng, khéo léo để tránh hỏng hóc hoặc quá giới hạn sử dụng đối với các dụng cụ đo. - Trước khi sử dụng thí nghiệm đơn giản, học sinh cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động của chúng. - Các thí nghiệm đơn giản phải được sử dụng hợp lý và đưa ra đúng lúc trong tiến trình dạy học sao cho gây hứng thú học tập cho học sinh. - Khi sử dụng thí nghiệm đơn giản, học sinh cần hiểu được mục đích của thí nghiệm; trực tiếp đề xuất các phương án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết; tự tay tiến hành thí nghiệm; quan sát, thu thập số liệu và rút ra kết luận trên cơ sở phân tích các kết quả thí nghiệm thu được. - Phải đảm bảo an toàn trong khi sử dụng các thí nghiệm đơn giản.
22 1.2.4.4. Các khả năng, hình thức sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý Thí nghiệm đơn giản có khả năng sử dụng dưới nhiều hình thức trong quá trình dạy học Vật lý: - Các thí nghiệm đơn giản được sử dụng ở tất cả các khâu của quá trình dạy học: đặt vấn đề (tạo tình huống có vấn đề), hình thành kiến thức mới (khảo sát hoặc minh họa), củng cố và vận dụng các kiến thức đã học (trong đó có sự đề cập các ứng dụng của kiến thức Vật lý trong sản xuất đời sống) và cũng có thể dùng để kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh. - Các thí nghiệm đơn giản có thể được giáo viên và học sinh tiến hành trong chương trình chính khóa hoặc ngoại khóa, trên lớp hoặc ở nhà. - Việc chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản để tiến hành các thí nghiệm có thể giao cho từng học sinh hoặc các nhóm học sinh làm ở nhà hay trong giờ ngoại khóa, không những để củng cố các kiến thức đã học mà có khi còn để cung cấp các dữ liệu thực nghiệm chuẩn bị cho nội dung kiến thức ở các bài học sau. - Cùng một nội dung kiến thức Vật lý, giáo viên có thể tiến hành thí nghiệm trên lớp với dụng cụ có sẵn trong phòng thí nghiệm, còn học sinh được giao nhiệm vụ tiến hành thí nghiệm này nhưng với dụng cụ thí nghiệm đơn giản do chính tay mình chế tạo. - Giáo viên cũng có thể làm thí nghiệm trên lớp với dụng cụ đơn giản, yêu cầu học sinh về nhà chế tạo lại hoặc chế tạo nó theo phương án khác (nếu có thể). - Với dụng cụ thí nghiệm đơn giản do mình chế tạo, học sinh tiến hành thí nghiệm mà giáo viên đã biểu diễn trên lớp nhưng nghiên cứu sâu hơn mối liên hệ giữa các đại lượng Vật lý được đề cập trong nội dung thí nghiệm. 1.2.4.5. Vị trí của thí nghiệm đơn giản trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề Thí nghiệm đơn giản được sử dụng ở tất cả các pha của tiến trình dạy học nêu và giải quyết vấn đề:
23 a) Tạo tình huống có vấn đề: Trong nhiều bài học, thí nghiệm đơn giản được sử dụng ở pha thứ nhất: chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hóa tri thức để tạo tình huống có vấn đề. Do ưu điểm của thí nghiệm đơn giản là thành công ngay, cho kết quả mâu thuẫn với kiến thức đã biết, với kinh nghiệm sẵn có hoặc trái ngược với sự chờ đợi của học sinh nên nó tạo ra nhu cầu, hứng thú tìm tòi kiến thức mới của học sinh. Những thí nghiệm đơn giản thường làm bằng những vật liệu rẻ tiền; ít tốn thời gian chuẩn bị, lắp ráp, thao tác; hấp dẫn đối với học sinh nên thường được dùng trong giai đoạn định hướng mục đích nghiên cứu, đề xuất vấn đề cần nghiên cứu. Thí dụ: thí nghiệm về sự phồng lên trở lại của quả bóng bàn bị bẹp trong nước nóng (sự nở vì nhiệt của không khí); thí nghiệm về sự sôi của nước nóng trong một bình kín không phải bằng cách đun nóng nước mà nhờ đổ nước lạnh lên vỏ ngoài bình (sự sôi dưới áp suất thấp)... b) Kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới (giải quyết vấn đề, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết để đề xuất, xác nhận kết quả xem sự phù hợp của lý thuyết và thực nghiệm), thí nghiệm đơn giản được sử dụng ở pha thứ hai: học sinh hành động độc lập, tự chủ, trao đổi, tìm tòi giải quyết vấn đề. Ở chương “Nhiệt học”, Vật lý 10, ban cơ bản, học sinh có thể dựa trên đụng cụ đo áp suất sẵn có và kết hợp với các dụng cụ đơn giản khác như cốc thủy tinh, ống nhựa... để tiến hành thí nghiệm nhằm thực hiện giải pháp đã đề xuất. c) Vận dụng kiến thức Trong một số bài học, thí nghiệm đơn giản còn được sử dụng ở pha thứ ba của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề. Trong giai đoạn này, thí nghiệm đơn giản có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hóa kiến thức và vận dụng) kiến thức, kỹ năng của học sinh. Các thí nghiệm đơn giản không những dùng để củng cố kiến thức, kỹ năng của học sinh trong các giờ học trên lớp mà cả các giờ ngoại khóa và ở nhà. Việc tiến hành các thí nghiệm trong giai đoạn củng cố được giao cho học sinh dưới dạng những nhiệm vụ
24 có nội dung sao cho phát triển được năng lực hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh, chứ không đơn thuần chỉ là hoạt động tay chân đơn giản. 1.2.4.6. Hướng dẫn học sinh tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản Giáo viên có thể gợi ý hoặc chỉ ra cho học sinh những vật liệu cần thiết có thể thấy trong đời sống hàng ngày để các em sưu tầm và sử dụng vào việc chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản. Thí dụ: mô hình động cơ Stirling có thể chế tạo từ những vật liệu đơn giản: vỏ lon, chai nhựa dùng làm thân xi lanh, miếng xốp dùng để làm pít-tông tự do, thanh kẽm dùng làm trục quay, bánh đà làm bằng các đĩa CD hỏng... Giáo viên có thể hướng dẫn học sinh thiết kế, chế tạo và lắp ráp một số thí nghiệm đơn giản trong bài học mà giáo viên đã chế tạo để sử dụng. Trên cơ sở đó, giáo viên gợi ý để các em có thể suy nghĩ cách thay thế một số chi tiết nhỏ của dụng cụ thí nghiệm bằng những vật liệu đơn giản, gần gũi với các em nhằm kích thích và lôi cuốn các em tham gia vào hoạt động này một cách tự giác. Giáo viên cũng có thể đưa ra cho học sinh một số mẫu thiết kế mà giáo viên đã làm để các em về nhà nghiên cứu, và từ đó có thể đề xuất những phương án khác nhằm chế tạo dụng cụ thí nghiệm đó. Giáo viên cần hướng dẫn học sinh cách gia công một số vật liệu để chế tạo được các dụng cụ thí nghiệm đơn giản. Thí dụ: cắt đáy lon bia để làm xi-lanh của động cơ Stirling, dùng kiềm để bẻ thanh kẽm cứng thành những góc vuông và cho chúng lệch nhau góc 90o , khoan lỗ, trét keo... Giáo viên có thể tổ chức các nhóm làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản để hỗ trợ lẫn nhau. Các nhóm có thể hoạt động trong cả năm, giáo viên phân công mỗi nhóm làm một vài dụng cụ thí nghiệm, khi cần có thể cung cấp cho các nhóm khác dùng, nhằm tạo nên chất lượng của dụng cụ thí nghiệm tốt hơn và số lượng cũng được nhiều hơn. Giáo viên cần khuyến khích động viên từng cá nhân học sinh tự làm dụng cụ và tiến hành thí nghiệm đơn giản nhằm phát huy tính năng động, tự lực và độc lập sáng tạo của học sinh.
25 1.2.5. Qui trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý Trên cơ sở lí luận dạy học về việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học Vật lý và vai trò của thí nghiệm đối với hoạt động nhận thức của học sinh, tác giả Nguyễn Anh Thuấn [19] đã đề xuất qui trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm ở trường THPT như sau. 1.2.5.1. Qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý Việc xây dựng các thiết bị thí nghiệm bao gồm các quá trình thiết kế, chế tạo thiết bị mới, cải tiến, hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm đã có sao cho chúng thỏa mãn được các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm đối với các thiết bị thí nghiệm. a) Yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật - Tạo ra hiện tượng rõ ràng, điều khiển được các yếu tố tác động. Các số liệu thu thập từ thí nghiệm đảm bảo độ chính xác chấp nhận được ở trường phổ thông. - Chất lượng vật liệu dùng để chế tạo thiết bị thí nghiệm phải đảm bảo tuổi thọ cao và độ bền chắc. - Quá trình chế tạo thiết bị thí nghiệm cần áp dụng các thành tựu công nghệ chế tạo mới của khoa học – kĩ thuật. b) Yêu cầu về mặt sư phạm - Các thiết bị thí nghiệm cần đơn giản: số chi tiết không nhiều, cấu tạo gọn, ít hỏng, dễ sửa chữa, dễ dàng vận chuyển và bảo quản. - Cần thiết kế, chế tạo các bộ thí nghiệm Vật lý sao cho có thể làm được nhiều thí nghiệm không chỉ ở một chương, một phần mà còn những phần khác nhau của chương trình Vật lý, không phải chỉ vì lí do kinh tế mà còn cho phép học sinh không tốn nhiều thời gian nghiên cứu tác dụng, cách sử dụng các chi tiết, giúp học sinh dễ dàng thực hiện được các thí nghiệm, tận dụng được thời gian đi sâu nghiên cứu cái mới được đề cập trong trong các thí nghiệm và thấy được sự liên kết được các kiến thức đã học.
26 - Thời gian chuẩn bị các thí nghiệm không đòi hỏi nhiều, dễ dàng tập hợp, thay đổi các chi tiết, thao tác bằng tay không phức tạp, có thể lắp ráp từng bước và chắc chắn. - Các thiết bị thí nghiệm có thể được sử dụng ở nhiều giai đoạn của quá trình dạy học: tạo tình huống có vấn đề, hình thành kiến thức mới, củng cố và vận dụng kiến thức. - Các thiết bị thí nghiệm phải hỗ trợ được quá trình nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh, nhất là trong giai đoạn phát hiện vấn đề cần giải quyết, hỗ trợ việc xây dựng giả thuyết, để kiểm tra giả thuyết hoặc để kiểm tra hệ quả suy được từ giả thuyết. - Các thiết bị thí nghiệm phải đảm bảo các yêu cầu mĩ thuật: các đường nét, hình khối cân xứng, khối lượng không quá nặng, màu sắc làm nổi bật được các chi tiết quan trọng. Riêng đối với các thiết bị thí nghiệm biểu diễn cần có kích thước đủ lớn, các bộ phận trong thiết bị phải được bố trí sao cho học sinh toàn lớp quan sát được biểu biễn của hiện tượng diễn ra trong thí nghiệm. c) Qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý Trên cơ sở xác định các yêu cầu của việc xây dựng các thiết bị thí nghiệm, quá trình xây dựng các thiết bị thí nghiệm có thể được tiến hành theo các giai đoạn sau: - Xác định nội dung các kiến thức, kĩ năng mà học sinh cần có được trong quá trình học tập. - Xác định các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học nội dung này. - Tìm hiểu tình hình thực tiễn về các thiết bị thí nghiệm để xác định được hiện nay đã có những thiết bị thí nghiệm nào cho phép tiến hành các thí nghiệm đã xác định? Việc tiến hành các thí nghiệm với những thiết bị thí nghiệm này có những ưu, nhược điểm gì? Có đáp ứng được các yêu cầu đã nêu ở trên không, nhất là yêu cầu đối với việc dạy học phát triển tính tích cực sáng tạo của học sinh. Giai đoạn nghiên cứu này đi tới kết luận: một số thí nghiệm đã có sẵn và đáp ứng được các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm; cũng đã có một số thiết bị thí
27 nghiệm mà việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm này chưa phát huy được vai trò của chúng với hoạt động nhận thức của học sinh, cần cải tiến hoàn thiện; không có thiết bị thí nghiệm nào để tiến hành một số thí nghiệm đã xác định ở trên. Đối với trường hợp cần nghiên cứu cải tiến, hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm có sẵn (nhưng chưa đáp ứng nhu cầu dạy học) và nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị thí nghiệm mới thì trong cả hai trường hợp, các thiết bị thí nghiệm được chế tạo mới hoặc được cải tiến, hoàn thiện phải đảm bảo được các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm. - Sản xuất thử thiết bị thí nghiệm, tiến hành nhiều lần các thí nghiệm với thiết bị thí nghiệm, trước hết nhằm đảm bảo thí nghiệm thành công. Sau đó, cần phân tích, đánh giá thiết bị thí nghiệm này để điều chỉnh thiết kế sao cho thiết bị có thể đạt được tối đa các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm. - Đưa thiết bị thí nghiệm đã đề xuất vào dạy thực nghiệm sư phạm để tiếp tục xác định những khó khăn, hạn chế trong quá trình sử dụng nhằm bổ sung hoàn chỉnh thiết bị thí nghiệm. - Sản xuất thiết bị mẫu, soạn tài liệu hướng dẫn, trình Bộ giáo dục và đào tạo duyệt để có thể sản xuất hàng loạt và trang bị cho các trường phổ thông. 1.2.5.2. Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý Để thí nghiệm phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong dạy học Vật lý thì việc sử dụng thí nghiệm phải tuân theo một số yêu cầu về mặt kĩ thuật và về mặt phương pháp dạy học. a) Yêu cầu của việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý. - Xác định rõ lôgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng thí nghiệm phải là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức. Trước mỗi thí nghiệm, phải đảm bảo cho học sinh ý thức được sự cần thiết của thí nghiệm và hiểu rõ mục đích của thí nghiệm. - Xác định rõ các thiết bị thí nghiệm cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình thí nghiệm (để đạt được mục đích thí nghiệm, cần sử dụng các thiết bị thí nghiệm nào,
28 bố trí ra sao, cần tiến hành thí nghiệm theo các bước nào, cần quan sát, đo đạc cái gì). Không xem nhẹ các thí nghiệm đơn giản. - Đảm bảo cho học sinh ý thức được rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả các giai đoạn thí nghiệm bằng cách giao cho học sinh thực hiện các nhiệm vụ cụ thể. - Thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi thí nghiệm trước giờ học, đảm bảo thí nghiệm phải thành công (hiện tượng xảy ra phải quan sát được rõ ràng, kết quả đo có độ chính xác chấp nhận được). - Việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm phải tuân theo các qui tắc an toàn. b) Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý. - Giai đoạn 1: Thiết bị thí nghiệm được sử dụng làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu. Trong giai đoạn làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu ở học sinh, giáo viên có thể sử dụng thiết bị thí nghiệm theo các bước sau: + Bước 1: Giáo viên mô tả một hoàn cảnh thực tiễn tạo nên một vấn đề “hấp dẫn” và yêu cầu học sinh dự đoán hiện tượng có thể xảy ra. + Bước 2: Giáo viên làm một thí nghiệm, hoặc giáo viên cho học sinh làm một thí nghiệm đơn giản để học sinh thấy được hiện tượng diễn ra không phù hợp với dự đoán của mình. + Bước 3: Giáo viên hướng dẫn học sinh phát biểu vấn đề của bài học. Căn cứ vào trình độ của học sinh, vào nội dung của bài học mà giáo viên lựa chọn và đưa ra mức độ thích hợp nhằm yêu cầu học sinh tự lực phát biểu vấn đề của bài học. Lúc đầu, giáo viên có thể đưa ra mức độ cao hơn thăm dò, sau đó giáo viên hướng dẫn và giảm bớt khó khăn cho học sinh khi cần thiết. - Giai đoạn 2: Thiết bị thí nghiệm được sử dụng để hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết của học sinh Trong giai đoạn giáo viên hướng dẫn học sinh đề xuất giả thuyết, thiết bị thí nghiệm có thể được sử dụng theo các bước sau:
29 + Bước 1: Giáo viên yêu cầu học sinh đề xuất giả thuyết để nêu nguyên nhân của vấn đề đã được phát biểu ở giai đoạn trước. Học sinh có thể đề xuất giả thuyết dựa trên một số gợi ý sau: − Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có. − Dựa trên sự tương tự. − Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có mối quan hệ nhân quả. − Dựa trên nhận xét thấy hai hiện tượng luôn luôn biến đổi đồng thời, cùng tăng hoặc cùng giảm mà dự đoán về mối quan hệ nhân quả giữa chúng. − Dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiều quá trình. − Dự đoán về mối quan hệ định lượng. + Bước 2: Nếu học sinh vẫn không đề xuất được giả thuyết thì giáo viên sẽ tiến hành một thí nghiệm để cung cấp thêm cho học sinh mối liên hệ giữa một số đại lượng trong hiện tượng đang nghiên cứu, giúp học sinh khái quát được những kết quả quan sát được để đưa ra dự đoán. - Giai đoạn 3: thiết bị thí nghiệm được sử dụng để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được suy ra từ giả thuyết Để rút ra hệ quả từ giả thuyết, giáo viên hướng dẫn học sinh suy luận lí thuyết. Trong giai đoạn này, giáo viên không cần sử dụng thiết bị thí nghiệm. Trong đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được suy ra từ giả thuyết, học sinh phải suy nghĩ, tìm tòi để tìm ra phương hướng giải quyết vấn đề. Trong giai đoạn này, giáo viên nhất thiết phải sử dụng các thiết bị thí nghiệm. Qui trình sử dụng thí nghiệm của giáo viên trong giai đoạn này có thể theo các bước sau: + Bước 1: Giáo viên giúp học sinh nhận thức rõ điều mà họ cần tiến hành thí nghiệm kiểm tra và gợi cho học sinh nhớ lại những kiến thức, kinh nghiệm có liên quan.
30 + Bước 2: Giáo viên tổ chức cho học sinh đề xuất các phương án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. + Bước 3: Giáo viên tổ chức cho học sinh trao đổi, phân tích tính khả thi của mỗi phương án và chọn ra phương án có nhiều triển vọng nhất. + Bước 4: Giáo viên hướng dẫn học sinh lựa chọn thiết bị thí nghiệm, bố trí dụng cụ thí nghiệm, dự kiến tiến trình thí nghiệm. Giáo viên bổ sung, điều chỉnh một số chi tiết cần thiết để tăng thêm hiệu quả của thiết bị thí nghiệm. + Bước 5: Giáo viên tiến hành thí nghiệm trên thiết bị thí nghiệm đã thiết kế (đã được giáo viên chuẩn bị từ trước). Nếu việc tiến hành thí nghiệm không đòi hỏi kĩ năng phức tạp thì giáo viên có thể yêu cầu học sinh tự tiến hành thí nghiệm, giáo viên chỉ giúp đỡ học sinh khi học sinh gặp khó khăn. - Giai đoạn 4: Thiết bị thí nghiệm được sử dụng trong giai đoạn vận dụng kiến thức Để học sinh có thể vận dụng được kiến thức một cách sáng tạo, làm cho kiến thức của học sinh trở nên sâu sắc, bền vững, giáo viên có thể giao cho học sinh những nhiệm vụ đòi hỏi phải sử dụng thiết bị thí nghiệm theo các cách sau: + Cách 1: Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ sử dụng thiết bị thí nghiệm đã được sử dụng để tiến hành thí nghiệm khác hoặc phải sử dụng thiết bị thí nghiệm có sẵn để tiến hành thí nghiệm. + Cách 2: Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ chế tạo dụng cụ thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm với nó. Trong hai cách sử dụng thiết bị thí nghiệm ở giai đoạn vận dụng kiến thức, giáo viên có thể tổ chức hoạt động của học sinh dựa theo một số dạng hướng dẫn cụ thể sau: + Giáo viên cho học sinh những dụng cụ thí nghiệm cần thiết, nêu các bước tiến hành thí nghiệm và yêu cầu học sinh tiến hành thí nghiệm theo các bước này, rồi giải thích các kết quả thí nghiệm. + Giáo viên cho học sinh dụng cụ thí nghiệm cần thiết, nêu các bước tiến hành thí nghiệm và yêu cầu học sinh dự đoán kết quả thí nghiệm, rồi mới làm thí nghiệm kiểm tra.
31 + Giáo viên cho học sinh dụng cụ thí nghiệm cần thiết và yêu cầu học sinh tự thiết kế tiến trình thí nghiệm để đạt được mục đích đề ra. + Học sinh tự lựa chọn dụng cụ có sẵn, lập tiến trình thí nghiệm (gồm bố trí, các bước tiến hành thí nghiệm, đo kết quả, xử lý kết quả đo) để đạt mục đích đề ra. + Học sinh tự lựa chọn dụng cụ, chế tạo thiết bị thí nghiệm, lập tiến trình thí nghiệm (gồm bố trí, các bước tiến hành thí nghiệm, đo kết quả, xử lý kết quả đo) để đạt mục đích đề ra. Việc sử dụng thiết bị thí nghiệm theo cả hai cách đã nêu không đơn thuần chỉ tiến hành thí nghiệm với thiết bị đó, không phải là sự vận dụng máy móc các kiến thức, kĩ năng đã biết mà phải có những yếu tố chứa đựng sự sáng tạo của học sinh ở một khâu hoặc ở tất cả các khâu của việc sử dụng thiết bị thí nghiệm: thiết kế phương án thí nghiệm, lựa chọn các chi tiết để chế tạo dụng cụ mong muốn, tiến hành thí nghiệm với dụng cụ vừa chế tạo, xử lí các kết quả thí nghiệm thu được. Trong giai đoạn vận dụng kiến thức, giáo viên có thể lựa chọn cách sử dụng thiết bị thí nghiệm trên cơ sở các yêu cầu về nội dung kiến thức, kĩ năng cần đạt được ở học sinh, trình độ của học sinh. Quá trình tổ chức hướng dẫn của giáo viên trong giai đoạn này có thể theo các bước sau: + Bước 1: Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ sử dụng thiết bị thí nghiệm để giải quyết vấn đề đặt ra. + Bước 2: Giáo viên tổ chức cho học sinh thảo luận để lựa chọn, thiết kế, chế tạo dụng cụ thí nghiệm, lập kế hoạch thí nghiệm. + Bước 3: Giáo viên hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lí kết quả thí nghiệm. Trong bốn giai đoạn của qui trình sử dụng thiết bị trong dạy học Vật lý, thiết bị thí nghiệm đóng vai trò quan trọng nhất ở giai đoạn kiểm tra giả thuyết hoặc kiểm tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết. Việc kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc kiểm tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết đòi hỏi học sinh (dưới dự hướng dẫn của giáo viên) phải xây dựng được phương án thí nghiệm kiểm tra, xây
32 dựng được phương án thí nghiệm cần sử dụng và tiến hành được phương án thí nghiệm có sử dụng thiết bị thí nghiệm đó. Quá trình sử dụng thiết bị thí nghiệm theo các giai đoạn này không những tạo và duy trì hứng thú ở học sinh, rèn luyện cho học sinh kĩ năng đưa ra dự đoán và kĩ năng đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra mà còn tạo điều kiện rèn luyện kĩ năng thực hành cho học sinh. 1.3. Sử dụng thiết bị thí nghiệm Vật lý trong trong quá trình dạy học Một trong những vấn đề có tầm quan trọng hàng đầu của thiết bị dạy học nói chung và thiết bị thí nghiệm Vật lý nói riêng là “nghiên cứu sử dụng thiết bị dạy học”. Thiết bị dù hiện đại đến đâu cũng chỉ là những vật vô tri vô giác, không thể làm nhiệm vụ của người thầy. Nó chỉ phát huy được tác dụng trong việc nâng cao chất lượng giáo dục khi được người thầy sử dụng đúng phương pháp trong quá trình dạy học. Hiện nay, nhìn chung, năng lực sử dụng thiết bị dạy học của giáo viên còn hạn chế. Vì vậy, nghiên cứu việc sử dụng các thiết bị dạy học là hết sức cần thiết. 1.3.1. Những vấn đề chung Trước hết, ta cần nhắc lại một vài luận điểm cơ bản khi sử dụng thiết bị dạy học: Khi sử dụng thiết bị dạy học nào đó, phải xác định được nhiệm vụ của nó trên bài học. Nếu thiết bị không có nhiệm vụ rõ ràng trong quá trình dạy học thì không nên sử dụng, vì điều đó sẽ có hại về mặt sư phạm và kinh tế, làm hỏng cấu trúc bài học, phân tán sự chú ý của học sinh, lãng phí thời gian và nguyên vật liệu. Mỗi thiết bị phải có một vị trí nhất định trong bài học. Giáo viên phải xác định được thiết bị sẽ được giới thiệu ở đâu, vào lúc nào, và nắm được phương pháp sử dụng thiết bị khi chuẩn bị giờ lên lớp. Có thể dùng thiết bị khi mở bài nhằm tạo mâu thuẫn nhận thức, kích thích hứng thú của học sinh; khi giảng bài mới hoặc khi vận dụng củng cố... Hiện nay, đa số giáo viên chỉ sử dụng thiết bị khi giảng bài mới. Điều đó đúng vì truyền thụ kiến thức cho học sinh là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của việc dạy học. Nhưng cũng cần tăng cường việc sử dụng thiết bị ở các khâu
33 khác nhau của quá trình dạy học như mở bài, vận dụng và củng cố, vì quá trình dạy học chỉ đem lại hiệu quả cao khi các bước của nó được hoàn thiện. Cần đặc biệt chú ý sử dụng thiết bị dạy học khi mở bài nhằm giúp giáo viên tạo ra mâu thuẫn nhận thức và kích thích hứng thú của học sinh đối với vấn đề cần nghiên cứu. Điều đó rất cần thiết vì học sinh chỉ học tập có kết quả khi các em hứng thú. Xét về khía cạnh triết học, có thể nói những mâu thuẫn nội tại giữa nhu cầu nhận thức và trình độ hiểu biết có hạn của học sinh là động lực chủ yếu của quá trình học tập. Thời gian sử dụng thiết bị phải được xác định hợp lí, phù hợp với tính chất và lượng kiến thức mà thiết bị giới thiệu và khả năng nhận thức của học sinh. Nếu vấn đề không quan trọng mà dành thời gian sử dụng thiết bị quá dài sẽ làm mất cân đối cấu trúc của bài học và làm học sinh hiểu lệch trọng tâm của vấn đề nghiên cứu. Mỗi thiết bị có những đặc điểm và khả năng riêng. Trong quá trình dạy học, giáo viên phải sử dụng phối hợp các thiết bị với nhau mới có thể đạt được hiệu quả sư phạm cao. Khi hình thành các khái niệm, hiện tượng bằng phương pháp quy nạp, các thiết bị thường được sử dụng theo trình tự tính trừu tượng tăng dần: vật thật, mô hình, sơ đồ, kí hiệu... Thí dụ: khi học bài động cơ nhiệt, việc phối hợp các thiết bị dạy học có thể được tiến hành như sau: Trước hết cho học sinh xem một động cơ nhiệt thật để các em thấy vị trí, kích thước, cấu tạo... của nó trong thực tế, nhưng động cơ thật có rất nhiều chi tiết thừa, dễ làm phân tán sự chú ý của học sinh, lại khó tháo lắp, vận hành để học sinh quan sát sự chuyển vận của nó. Vì vậy, cần dùng một mô hình thường trang bị cho các trường để giảng dạy. Nhưng với mô hình chỉ có thể giới thiệu cấu tạo và chuyển vận là những hiện tượng bề ngoài, còn mối quan hệ nội tại giữa áp suất p và thể tích V khi nén và giãn trong xi-lanh là bản chất của vấn đề, là nguyên nhân sinh ra công và chuyển động thì học sinh chỉ có thể hiểu được khi dùng đồ thị. Cuối cùng có thể cho học sinh xem lại toàn bộ quá trình trong dạng động bằng cách dùng một phim giáo khoa. Như vậy, qua thí dụ trên, ta đã sử dụng phối hợp năm thiết bị: vật thật, mô hình, công thức, đồ thị và phim.
34 Ngược lại, khi muốn giới thiệu một hiện tượng, một quá trình theo phương pháp suy diễn thì việc sử dụng thiết bị sẽ đi từ trừu tượng tới cụ thể. Thí dụ: khi giới thiệu nguyên tắc đòn bẩy ta phải trải qua những bước sau: - Công thức: 1 2 2 1 l F = l F ; - Hình vẽ: (hình 1.2) Hình 1.2. Hình vẽ nguyên tắc đòn bẩy - Thí nghiệm: (hình 1.3) Hình 1.3. Thí nghệm nguyên tắc đòn bẩy - Ảnh của vật thật như đòn bẩy, cần trục... Trong những năm gần đây, một số nhà tâm lý học chủ trương cần rèn luyện phương pháp suy diễn cho học sinh bằng cách thực hiện trong dạy học chiến lược “đi từ trừu tượng tới cụ thể” và xem đó là một trong những phương hướng quan trọng nhất nhằm rèn luyện năng lực sáng tạo cho học sinh. Tuy vậy, cho đến nay, quan điểm này chưa được thể hiện nhiều trong thực tế. Nội dung, phương pháp giảng dạy ở các trường và thiết bị dạy học loại này cũng còn ít. Cần nhấn mạnh rằng, khi sử dụng phối hợp các thiết bị phải chú ý đến lôgic chung của chúng. Mỗi thiết bị phải là một bộ phận hợp thành của một vấn đề thống nhất về mặt cấu trúc cũng như về các phương pháp, nó phải phù hợp với nội dung
35 kiến thức ta muốn truyền thụ. Nói cách khác, hệ thống thiết bị phải đẳng cấu với hệ thống kiến thức. Có như vậy, thiết bị mới góp phần truyền thụ kiến thức một cách chính xác và có hiệu quả. Một trong những vấn đề đáng lưu ý là khi sử dụng thiết bị, nhất là các thiết bị thí nghiệm, phải xác định lượng kiến thức sẽ truyền thụ cho học sinh một cách hợp lý. Lượng thông tin của các thí nghiệm cần phải vừa phải, không nên quá nhiều và quá phức tạp làm học sinh mệt mỏi. Nhưng cũng không nên quá ít, không thỏa mãn nhu cầu nhận thức và tư duy, làm các em thấy vấn đề nghiên cứu nông cạn, hời hợt, do đó không có thái độ nghiêm chỉnh đối với vấn đề nghiên cứu. Khi có nhiều thí nghiệm đơn giản, thì nên ghép chúng lại với nhau và giới thiệu với học sinh như mỗi thí nghiệm thống nhất để đảm bảo lượng thông tin cần thiết. 1.3.2. Sử dụng thiết bị theo tinh thần dạy học nêu vấn đề Trong những năm gần đây, lí luận dạy học ở nước ta nói nhiều đến những phương pháp dạy học mới, trong đó có dạy học nêu vấn đề, mà thực chất là điều khiển để học sinh tự tìm kiếm lấy kiến thức, trên cơ sở tích cực hóa hoạt động nhận thức của họ. Để làm việc này, người giáo viên cần có những thiết bị dạy học tương ứng. 1.3.2.1. Yêu cầu của một tình huống có vấn đề Như ta đã biết, xây dựng tình huống có vấn đề là một giai đoạn quan trọng của quá trình dạy học, nếu thiếu nó thì quá trình tư duy sáng tạo không thể khởi phát được. Thực tế giảng dạy cho thấy, việc xây dựng tình huống có vấn đề sẽ gặp nhiều khó khăn nếu không có những thiết bị cần thiết. Theo tác giả Thái Duy Tuyên, một thiết bị dạy học xây dựng tình huống có vấn đề phải thõa mãn những yêu cầu sau: - Tạo được mâu thuẫn của thông tin. - Mâu thuẫn phải kích thích hứng thú của học sinh đối với vấn đề nghiên cứu. Một khi học sinh cảm thấy có thể giải quyết được mâu thuẫn, nghĩa là mâu thuẫn đã đảm bảo tính vừa sức.
36 1.3.2.2. Cách tạo mâu thuẫn Vấn đề đặt ra là làm thế nào để tạo ra mâu thuẫn, sử dụng thiết bị thế nào để tạo ra mâu thuẫn? Đó là những qui trình, những thủ thuật cụ thể mà giáo viên phải vận dụng trong thực tiễn giảng dạy. Nếu không giải quyết được những vấn đề này thì những tư tưởng, quan điểm có tầm quan trọng chiến lược đặt ra trong lí luận dạy học sẽ không có điều kiện thể hiện trong thực tiễn nhà trường. Để xác định được phương pháp sử dụng thiết bị dạy học nhằm xây dựng tình huống có vấn đề, ta phải bắt đầu từ việc phân tích nội dung kiến thức được qui định trong các tài liệu học tập. Kiến thức trình bày trong các tài liệu này bao giờ cũng chứa đựng những mâu thuẫn giữa những vấn đề mà học sinh đã biết và những vấn đề mới mà học sinh sẽ học. Hơn nữa, nói cho cùng thì kiến thức nào cũng chứa đựng mâu thuẫn, các khái niệm định lí, định luật đều là sự thống nhất giữa khách quan và chủ quan. Một mặt chúng phản ánh những tính chất, những qui luật tương tác và vận động của thế giới khách quan (đó là tính khách quan), mặt khác nó phản ánh mức độ nhận thức có giới hạn của con người đối với thế giới (đó là tính chủ quan). Vì vậy, khái niệm định lí, định luật nào cũng có giới hạn đúng của nó. Nếu ta đặt những khái niệm, định lí, định luật này ngoài những giới hạn đó thì sẽ xảy ra mâu thuẫn, nghịch lí. Thí dụ: nguyên tắc bình thông nhau chỉ đúng khi thí nghiệm tiến hành trên mặt đất, nếu làm thí nghiệm ở không gian phi trọng lực thì nguyên tắc bình thông nhau sẽ không đúng nữa. Sau khi nhìn nhận được mâu thuẫn, các thiết bị dạy học, với tư cách là phương tiện thông tin, phải được sử dụng sao cho hai vế của mâu thuẫn xích lại gần nhau. Quá trình này cần được mô tả dưới dạng động để làm nổi bật cơ chế của nó. Tốc độ biểu diễn của quá trình cần đủ chậm để học sinh nhận biết được mâu thuẫn qua thao tác so sánh thông tin, rồi kết hợp hai vế của mâu thuẫn trong một câu hỏi thống nhất. Nhìn chung, tình huống có vấn đề không phải có thể được tạo ra dễ dàng qua một vài thao tác biểu diễn thí nghiệm, giới thiệu tranh hoặc mô hình. Đó thường là
37 kết quả của một quá trình phát triển ít nhiều mang tính phức tạp, chế biến câu hỏi và phải có thời gian mà không thể xảy ra một cách nhanh chóng. Việc tạo mâu thuẫn nhận thức không phải là một quá trình đơn giản. Điều đáng chú ý là trong quá trình này, việc sử dụng thiết bị phải gắn liền với lời giải thích của giáo viên. Điều đó có thể giải thích như sau: Việc quan sát một hoặc nhiều hiện tượng cụ thể luôn gắn liền với kinh nghiệm sống, những cái được giả thiết là cố định và là một mặt của mâu thuẫn. Để làm lộ rõ mâu thuẫn, phải tạo ra mặt kia của hiện tượng bằng cách cho quan sát một hoặc nhiều hiện tượng cụ thể khác. Nhiều khi, sau khi quan sát hai hiện tượng hoặc hai loại hiện tượng, ta vẫn chưa đề xuất ngay được mâu thuẫn, mà phải phân tích hiện tượng ở mức độ khái quát, nghĩa là phải giải thích lí thuyết mới thấy được mâu thuẫn, rồi kết hợp chúng lại trong một câu hỏi, trong một vấn đề thống nhất. Nhiều trường hợp không phải có thể dễ dàng quan sát các hiện tượng thực tiễn. Có lúc hai hiện tượng xảy ra rất xa nhau về thời gian và không gian, nhưng là hai mặt của một vấn đề nhận thức. Thí dụ: trong việc nghiên cứu các vấn đề xã hội, có lúc nêu lên một vấn đề, ta phải khái quát hóa cả một thời kì lịch sử. Trong trường hợp đó, nhiều khi phải dùng thêm các tài liệu để xây dựng tình huống có vấn đề.Các phương tiện này do những đặc điểm riêng của chúng có khả năng trình bày những sự kiện rất xa nhau về không gian và thời gian thành một vấn đề thống nhất nhằm tạo ra những tình huống có vấn đề hấp dẫn trong quá trình dạy học. 1.3.2.3. Cách tạo hứng thú Làm thế nào để tạo ra những thiết bị hứng thú đối với học sinh? Như đã nói ở trên, thiết bị phải tạo ra mâu thuẫn giữa kiến thức mới và kiến thức cũ. Nhưng nếu những mâu thuẫn này chỉ tồn tại như một khách thể đối với học sinh thì nó chưa thể trở thành động lực của quá trình dạy học. Mâu thuẫn này chỉ trở thành động lực của quá trình dạy học khi nó được học sinh tiếp nhận, trở thành một mâu thuẫn trong ý thức của học sinh, một mâu thuẫn nội tại. Điều đó chỉ có được khi học sinh học tập một cách tự giác và với sự hứng thú thực sự. Usinski đã từng nói: “Học tập bị tước đoạt mọi hứng thú và chỉ tiếp nhận bằng sức mạnh cưỡng bức,
38 dù là có được từ những nguồn tốt nhất, từ tình yêu cha mẹ, thầy giáo, làm giảm ở học sinh sự tự giác học tập mà không có điều đó thì không giải quyết được”. Hứng thú của một người đối với một sự vật, một hiện tượng là sự phản ánh thái độ của người đó đối với thế giới khách quan. Nhưng đây là sự phản ánh có chọn lọc vì thế giới bên ngoài rất đa dạng, mà con người chỉ hứng thú đối với một số vật và hiện tượng nào đấy. Chỉ những vật nào cần thiết, quan trọng, có giá trị đối với cá nhân, nghĩa là có thể thõa mãn nhu cầu vật chất và tinh thần đối với cá nhân thì mới có thể gây hứng thú. Hứng thú còn gắn liền với kiến thức và kinh nghiệm, với sự phát triển tương lai của con người. Về mặt quan hệ, hứng thú chỉ nảy sinh khi có sự thống nhất giữa cá nhân và môi trường (thế giới khách quan). Chính vì có mối liên hệ mật thiết đó nên có thể điều khiển hứng thú của cá nhân bằng cách thay đổi môi trường và điều kiện bên ngoài. Như vậy, để điều khiển được hứng thú của cá nhân, ta cần phải cải tạo cả bản chất con người lẫn môi trường bên ngoài, làm cho hai yếu tố này xích lại gần nhau, thống nhất với nhau. Đó là điều kiện rất quan trọng để nảy sinh hứng thú. Hứng thú học tập là một dạng hứng thú mang tất cả tính chất đặc thù, cho nên khi sử dụng thiết bị dạy học, để gây hứng thú cho học sinh, giáo viên cần định hướng theo những vấn đề đã nêu. Tuy nhiên, khi nói đến sự cần thiết kích thích hứng thú nhận thức của học sinh, cũng cần chú ý rằng, không phải bất kì vấn đề khoa học nào cũng làm cho học sinh hứng thú. Usinski cũng từng nói: “Học tập chỉ dựa vào hứng thú thì không thể trao dồi khả năng nắm kiến thức và ý chí của học sinh, vì không phải tất cả mọi điều trong quá trình học tập đều hứng thú, mà có nhiều điều cần tiếp cận bằng sức mạnh của ý chí...” Dựa vào những lý luận trên, ta thấy, việc sử dụng thiết bị nhằm kích thích hứng thú của học sinh phải thõa mãn một số yêu cầu nhất định: a) Về nội dung: thiết bị phải đem lại những thông tin mới cho học sinh nhưng không mới đến mức hoàn toàn không hiểu được; cái mới phải bổ sung, phát triển hoặc mâu thuẫn với cái cũ. Thật ra, trong khuôn khổ của một giờ học và trong điều kiện thông tin hiện đại, thì việc đưa ra cái mới, có tác dụng hấp dẫn học sinh không
39 phải dễ. Tuy nhiên, ta có thể chế tạo hoặc sử dụng thiết bị để giới thiệu những vấn đề không lớn và nhiều sự vật, hiện tượng dưới góc độ mới. b) Về phương pháp: Nên làm sao cho thiết bị được sử dụng dưới nhiều hình thức, lúc nhanh, lúc chậm phù hợp với quá trình nhận thức; các hiện tượng mới phải được tạo ra một cách đột ngột, bất ngờ, học sinh không dự kiến được. Nếu có điều kiện, cần sáng tạo và sử dụng thiết bị để mô tả hiện tượng trong những trường hợp đặc biệt, tạo ra những hiện tượng có vẻ nghịch lí, nhằm giúp học sinh thấy rõ hơn bản chất của vấn đề. Thí dụ, qua bài “Lăng kính” (Vật lý 11) học sinh hiểu rằng khi đi qua lăng kính, ánh sáng bị khúc xạ về phía đáy. Đó là trường hợp lăng kính thủy tinh đặt trong môi trường không khí (kém chiết quang hơn). Nếu ta làm một lăng kính không khí đặt trong môi trường nước (chiết quang hơn) thì khi qua lăng kính, ánh sáng sẽ bị khúc xạ về phía đỉnh. Điều này làm cho học sinh rất ngạc nhiên và hứng thú, đồng thời thấy rõ bản chất của hiện tượng. Hứng thú học tập của các em sẽ tăng lên nếu thông tin mà thiết bị đưa ra có nội dung thiết thực, gần gũi với cuộc sống hàng ngày của các em. Thí dụ: có thể cho các em bài tập như sau: * Có thể đo diện trở của một bóng đèn có hiệu điện thế U=220V và công suất P=100W bằng ba phương pháp: - Dùng ôm kế ta đo được R=35Ω ; - Dùng định luật Ôm cho một đoạn mạch, ta có R=300 Ω ; - Dùng công thức 2 U R P = thì R=484 Ω . Hỏi tại sao các kết quả xác định bằng ba phương pháp trên lại sai lệch như vậy? * Dùng một thanh nam châm vĩnh cửu hút móc sắt, ta có thể lấy móc sắt ra dễ dàng, sau đó dùng một nam châm điện hút móc sắt rồi đề nghị một học sinh khỏe nhất lớp kéo móc sắt ra. Em đó kéo không nổi. Tại sao dòng diện nhỏ lại tạo ra một lực lớn như vậy?
40 Để tăng cường hứng thú khi sử dụng thí nghiệm, giáo viên có thể cho các em dự đoán các hiện tượng xảy ra trước khi làm thí nghiệm. Điều đó chẳng những làm cho học sinh hứng thú mà còn phát triển tư duy sáng tạo cho các em. Thực tế cho thấy, nếu sử dụng phương pháp dự đoán đúng lúc, đúng chỗ, sẽ làm cho giờ học thoải mái tự nhiên, học sinh học tập hào hứng, tích cực và một số em đã có những dự đoán khá độc đáo về các hiện tượng sẽ xảy ra, khi cho biết trước những điều kiện xác định. Điều đó chứng tỏ việc sử dụng phương pháp dự đoán trong quá trình dạy học rất phù hợp với quá trình tư duy sáng tạo. Thật vậy, mọi người đều biết quá trình sáng tạo cái mới thường xảy ra không theo một quy luật nhất định. Nhiều khi cái mới lóe lên đột ngột, bất ngờ. Tính bột phát nảy sinh trong quá trình sáng tạo thường gắn liền với dự đoán, với phương pháp trực giác mà không phải là kết quả của một sự suy luận chặt chẽ. Nếu quá trình sáng tạo thường xảy ra một cách không có qui luật như vậy, thì ngược lại, sự giới thiệu các công trình nghiên cứu lại có lôgic chặt chẽ. Có thể nói tính lôgic chặt chẽ sử dụng khi báo cáo kết quả các công trình nghiên cứu nhiều khi đã che lấp tính lôgic thật của tư duy sáng tạo. Nếu ta giới thiệu kiến thức giống hệt như sách giáo khoa, thì trong nhiều trường hợp, điều đó sẽ hạn chế trí sáng tạo của học sinh. Cho nên, trong quá trình dạy học, giáo viên cần rèn luyện phương pháp trực giác cho học sinh bằng cách nêu những vấn đề, những câu hỏi để học sinh dự đoán cách giải quyết vấn đề. Điều đó sẽ làm tăng hứng thú nhận thức cho các em và phản ánh đúng sự vận động của tư duy học sinh trong quá trình sáng tạo. Điều đáng chú ý là, có thể tạo ra tình huống có vấn đề bằng nhiều phương tiện khác nhau như tranh, bảng biểu, mô hình, thí nghiệm, thực hành, phim.... nhưng nên căn cứ vào nội dung kiến thức và phương pháp đặc thù của bộ môn để sử dụng các thiết bị thích hợp, nhằm xây dựng tình huống có vấn đề một cách tối ưu. Thí dụ, đối với môn Vật lý, Hóa học, Sinh học... thì việc sử dụng thí nghiệm để xây dựng tình huống có vấn đề là hợp lí. Nhưng đối với các môn Văn học, Lịch sử, Địa lí... thì phải dùng các thiết bị khác như tranh, ảnh, bản đồ, phim...
41 1.3.3. Thí nghiệm biểu diễn Thí nghiệm biểu diễn do giáo viên tiến hành nhằm tạo ra hiện tượng tự nhiên để giới thiệu với học sinh một vấn đề nào đó. Thí nghiệm biểu diễn cho phép giáo viên chủ động tạo ra hiện tượng để học sinh quan sát trực tiếp vấn đề nghiên cứu trong điều kiện không gian và thời gian thích hợp với hoạt động dạy học. Từ nội dung, phương pháp sử dụng đến vị trí, kích thước, độ sáng, thời gian biểu diễn... đều do giáo viên quy định, khi đã tính toán đến đặc điểm nhận thức của học sinh và các yếu tố khác của quá trình dạy học. Mặc dù thí nghiệm biểu diễn là phương tiện đã được sử dụng rộng rãi trong nhà trường từ lâu, nhưng dưới ánh sáng của tâm lí học và lí luận dạy học hiện đại, vấn đề sử dụng thí nghiệm biểu diễn như thế nào để phát huy tối đa hiệu quả của nó trong quá trình giảng dạy vẫn còn nhiều điều phải giải quyết. 1.3.3.1. Lĩnh vực sử dụng có hiệu quả Trước hết, cần xác định có thể dùng thí nghiệm biểu diễn trong những trường hợp nào? Từ thực tiễn giảng dạy, ta có thể sử dụng thí nghiệm biểu diễn trong các trường hợp sau: a) Xây dựng tình huống có vấn đề nhằm tạo ra động lực của quá trình dạy học Đây là công việc khó khăn nhất của quá trình dạy học. Lúc này, giáo viên phải vận dụng tất cả kinh nghiệm và nghệ thuật sư phạm của mình để tạo ra mâu thuẫn, kích thích hứng thú, lôi cuốn học sinh vào vấn đề nghiên cứu. Kinh nghiệm cho thấy, cần phải dùng nhiều phương pháp, nhiều thủ thuật: khi thì biểu diễn thí nghiệm, khi thì giải thích bằng lời, lúc nhanh lúc chậm, công việc của giáo viên thường diễn biến rất phức tạp, đòi hỏi sự tập trung, chính xác. Nếu sử dụng hợp lí và khéo léo các thí nghiệm biểu diễn, giáo viên có thể xây dựng được tình huống có vấn đề hấp dẫn, vì bản thân các thí nghiệm biểu diễn có giá trị thuyết phục và biểu cảm. Khi tiến hành các thí nghiệm biểu diễn, giáo viên dễ dàng kết hợp sử dụng các phương tiện khác với giải thích bằng lời. Điều đó cho phép phân tích và tổng hợp hiện tượng dưới dạng lí thuyết để làm nổi bật những mặt mâu thuẫn ẩn trong một vấn đề thống nhất.
42 b) Thí nghiệm biểu diễn dùng để minh họa một vấn đề khi giảng bài mới Đó là điều từ trước đến nay vẫn được sử dụng rộng rãi. Nhiều giáo viên đã cải tiến bằng cách kết hợp biểu diễn thí nghiệm để minh họa, gợi mở với diễn giảng có tính vấn đề. Điều đó vừa có khả năng tăng tốc độ của quá trình nhận thức, vừa có thể tránh tình trạng dẫn học sinh đến trạng thái bị động khi tiếp thu kiến thức. Trong nhiều trường hợp, nhất là khi trình bày những vấn đề lí thuyết phức tạp, việc kết hợp biểu diễn thí nghiệm với giảng giải có tính vấn đề sẽ đưa lại cho học sinh nhiều hứng thú và có hiệu quả sư phạm cao. c) Thí nghiệm biểu diễn có thể sử dụng khi củng cố, kiểm tra kiến thức Lúc này, thí nghiệm không phải chỉ do giáo viên mà có thể còn do học sinh thực hiện. Như vậy, thí nghiệm biểu diễn chẳng những có khả năng kiểm tra kiến thức, mà nhiều trường hợp còn có khả năng kiểm tra kĩ năng của học sinh. Tuy nhiên, hình thức này hiện nay còn ít sử dụng, giáo viên cần chú ý phát triển nó trong thực tiễn giảng dạy. 1.3.3.2. Yêu cầu của các thí nghiệm biểu diễn a) Làm rõ mục đích quan sát Để tiến hành thí nghiệm biểu diễn có kết quả tốt, giáo viên phải xác định rõ mục đích quan sát cho học sinh. Thực tế cho thấy rằng, thời gian biểu diễn thí nghiệm không lâu. Việc xuất hiện và thu gọn nhanh thí nghiệm biểu diễn dễ làm cho học sinh lúng túng, không kịp quan sát các hiện tượng cần thiết. Do đó, để không ảnh hưởng xấu đến quá trình tiếp thu kiến thức, cần xác định rõ mục đích quan sát trước khi làm thí nghiệm. Mặt khác, giáo viên phải tìm cách loại bỏ hoặc giảm bớt các hiện tượng phụ không cần thiết, thường xuất hiện đồng thời với đối tượng quan sát làm phân tán sự chú ý của học sinh. b) Tăng cường tính trực quan Một yêu cầu quan trọng khác là phải làm tăng tính trực quan của thí nghiệm. Tính trực quan của một thí nghiệm sẽ tăng lên chẳng những bằng cách làm to hơn, rõ hơn những hiện tượng, sự vật cần quan sát, đặt chúng vào vị trí trung tâm, sử dụng ánh sáng, màu sắc thích hợp, mà còn bằng cách cho chúng vận động, tác dụng
43 lẫn nhau, mâu thuẫn với nhau... Việc mô tả hiện tượng trong dạng động và mâu thuẫn vừa làm cho hiện tượng trực quan hơn, vừa làm cho học sinh thấy được quá trình phát triển biện chứng của hiện tượng, phản ánh đúng đắn bản chất của nó và làm cho nó thêm biểu cảm. Thí dụ, khi giảng bài Pin Vônta, giáo viên có thể trình bày thí nghiệm như sau: Nhúng hai bản đồng (Cu) và kẽm (Zn) vào lọ thủy tinh và nối với điện kế G. - Giáo viên: nếu đổ nước nguyên chất vào lọ thủy tinh, liệu kim điện kế có quan không? - Học sinh dự đoán: có (hoặc không). - Giáo viên: đổ nước nguyên chất vào lọ. - Học sinh: quan sát kim điện kế không quay. - Giáo viên: bây giờ nhỏ một vài giọt dung dịch H2SO4 vào nước trong lọ. Các em hãy quan sát hiện tượng xảy ra như thế nào? - Học sinh: kim điện kế quay. - Giáo viên: tại sao? ... Cần nhấn mạnh rằng, không chỉ chú ý đến trực quan bằng mắt mà bằng các cơ quan cảm giác khác. Thí dụ, khi học bài “Định luật Ac-si-mét”, giáo viên có thể không cho các em tri giác lực đẩy Ac-si-mét bằng mắt mà tiến hành thí nghiệm sau đây: gọi một học sinh lên bảng, tay cầm trọng vật treo dưới một lò xo, không nhìn vào thí nghiệm. Giáo viên dặn học sinh khi nào cảm thấy trọng vật nhẹ đi thì nói to lên cho cả lớp biết. Giáo viên đưa cốc nước lại gần, sao cho trọng vật ngập trong nước. Học sinh hô lên: Nhẹ rồi! Nhẹ rồi! Giáo viên cũng có thể tiến hành những thí nghiệm ở các bài học khác cho học sinh có thể tri giác bằng những cơ quan cảm giác khác nhau, nhằm làm phong phú con đường nhận thức. Điều đó chẳng những làm tăng hứng thú cho học sinh mà trong nhiều trường hợp làm cho các em đỡ mệt mỏi. Sự mệt mỏi ở đây sinh ra không phải vì các em đã hao phí nhiều năng lượng khi làm việc, mà vì tính đơn điệu của quá trình vì số cơ quan cảm giác tham gia vào quá trình nhận thức quá ít, làm
44 cho một hoặc một vài cơ quan cảm giác phải gánh chịu toàn bộ công việc của quá trình nhận thức. c) Thời gian tiến hành thí nghiệm phải ngắn gọn một cách hợp lí Sự kéo dài thời gian biểu diễn thí nghiệm dễ làm giảm sự chú ý của học sinh và đi xa đề tài. Để đảm bảo cho yêu cầu này, giáo viên phải chuẩn bị thí nghiệm cẩn thận để có thể thành công ngay từ lần biểu diễn đầu tiên. Điều đó, chẳng những tránh kéo dài thời gian biểu diễn mà còn tránh được những nghi ngờ về tính chính xác của thí nghiệm. 1.3.3.3. Phương pháp biểu diễn thí nghiệm Để tăng cường tính tích cực của học sinh khi quan sát thí nghiệm, không nên chỉ cho học sinh quan sát kết quả cuối cùng. Trước khi đi đến những qui luật, cần biểu diễn thí nghiệm cho học sinh thấy được quá trình vận động của của hiện tượng, cần giới thiệu thí nghiệm dưới dạng phân tích so sánh, khi đặt chúng trong những điều kiện khác nhau. Cần cho học sinh quan sát những mặt mâu thuẫn của hiện tượng trước khi rút ra kết luận khái quát hoặc giới thiệu những hiện tượng có tính chất tổng hợp. Như vậy, để thí nghiệm biểu diễn không chỉ mang tính minh họa mà còn có tính chất nghiên cứu, việc trình bày thí nghiệm thường không phải là một thao tác đơn giản, mà phải là một quá trình biểu diễn hiện tượng ít nhiều phức tạp. Có trình bày như vậy mới phản ánh được bản chất của hiện tượng và hướng dẫn được quá trình nhận thức của học sinh. Để phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh, giáo viên cần trình bày thí nghiệm như một quá trình nghiên cứu và tổ chức cho học sinh tham gia vào hoạt động nghiên cứu đó qua một hệ thống câu hỏi theo hai dạng cơ bản: a) Dự đoán hiện tượng: Giáo viên cho học sinh dự đoán những hiện tượng sẽ xảy ra khi nêu lên những điều kiện giả định trước. Sau đó, sẽ tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng lại những dự đoán của học sinh. Điều này rất quan trọng đối với việc phát triển tư duy của học sinh.
45 b) Giải thích các hiện tượng đã được quan sát: Giáo viên tổ chức cho học sinh tham gia giải thích hiện tượng. Nhiều trường hợp cần làm những thí nghiệm hỗ trợ để chứng minh hoặc phủ định những điều giải thích của học sinh. Thí dụ, khi giảng nội dung “Ắc-qui”, giáo viên nhúng hai cực có phủ PbO vào lọ đựng dung dịch H2SO4. - Giáo viên: khi nối hai bản cực điện với nhau, liệu có dòng điện sinh trong dây dẫn hay không? - Học sinh: có (hoặc không). - Giáo viên: nối Am-pe kế với hai bản cực - Học sinh: quan sát và trả lời không có dòng điện. - Giáo viên: tại sao? - Học sinh: vì hai bản cực giống nhau, nhúng vào cùng một dung dịch điện phân nên giữa hai cực không có một hiệu điện thế. - Giáo viên: ta có thể làm cho dụng cụ này trở thành nguồn điện bằng cách nối hai cực PbO với nguồn điện một chiều (khoảng 5 phút). Ngắt hai cực với nguồn điện rồi nối với một bóng đèn. Khi đóng mạch, đèn sáng. Tại sao? Tính hấp dẫn của những thí nghiệm sẽ tăng lên nếu tạo ra được những thí nghiệm có tính chất nghịch lí. Những thí nghiệm này có tính chất phản diện làm rõ thêm những qui luật mà ta muốn giới thiệu với học sinh. Có thể chế tạo ra được những thí nghiệm đó bằng cách tiến hành thí nghiệm trong những điều kiện khác nhau thường nằm ngoài giới hạn đúng của qui luật mà ta muốn giới thiệu. Điều đó chứng tỏ rằng qui luật mà ta muốn nghiên cứu chỉ xảy ra trong những điều kiện xác định chặt chẽ và chính xác. 1.4. Kết luận Học chính là hành động của người học thích ứng với tình huống. Qua đó, người học chiếm lĩnh kinh nghiệm xã hội – lịch sử, biến thành năng lực thể chất và năng lực tinh thần của cá nhân. Dạy học là dạy học sinh giải quyết vấn đề do nhiệm vụ học tập đề ra. Vai trò của giáo viên trong dạy học, trước hết là tổ chức tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà học sinh có nhu cầu, hứng thú và
46 thấy mình có khả năng giải quyết. Giáo viên còn có vai trò quan trọng trong việc tổ chức và hướng dẫn quá trình giải quyết vấn đề tích cực, sáng tạo của học sinh. Nhờ vậy, học sinh sẽ chiếm lĩnh được tri thức khoa học sâu sắc, vững chắc, đồng thời phát triển năng lực nhận thức của mình. Để tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học có hiệu quả phải có phương tiện dạy học hỗ trợ phù hợp. Vì vậy, đối với các môn học ở trường phổ thông, người giáo viên ngoài việc khai thác, sử dụng triệt để các thiết bị dạy học có sẵn cần đặc biệt quan tâm đến việc thiết kế chế tạo và sử dụng các thiết bị dạy học tự làm. Đối với bộ môn Vật lý, vấn đề xây dựng (thiết kế, chế tạo mới, cải tiến, hoàn thiện) và sử dụng thí nghiệm đơn giản do giáo viên và học sinh tự làm càng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng vì Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm. Hiện nay, mặc dù các cấp quản lí giáo dục đã quan tâm chỉ đạo các phong trào “Đổi mới phương pháp dạy học”, phong trào “Tự làm đồ dùng dạy học” ở các cấp học, bậc học cũng như đổi mới nội dung chương trình và đầu tư cho công tác thiết bị trường học, song các phong trào này vẫn chưa được duy trì thường xuyên và tình hình dạy học Vật lý, sử dụng thí nghiệm Vật lý tuy có nhiều ưu điểm nhưng nhược điểm của nó cũng không phải ít. Năng lực sử dụng thí nghiệm Vật lý và khả năng thiết kế tiến trình dạy học theo quan điểm lí luận dạy học hiện đại của giáo viên vẫn còn hạn chế. Nhiều giáo viên vẫn chưa nhận thức được việc đổi mới phương pháp dạy học và vai trò của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lý nhằm nâng cao chất lượng dạy học. Những cơ sở lí luận nghiên cứu trên đây sẽ được tôi cụ thể hóa trong việc vận dụng xây dựng (thiết kế, chế tạo mới, cải tiến, hoàn thiện) thí nghiệm và sử dụng thí nghiệm vào việc thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”.
47 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM Ở CÁC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VÀ “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”, VẬT LÝ 10, BAN CƠ BẢN 2.1. Nội dung kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm trong chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” a) Nội dung của chương - Chương “Chất khí” theo chương trình Vật lý 10 THPT ban cơ bản hiện hành bao gồm 5 tiết lí thuyết, 2 tiết bài tập và 1 tiết kiểm tra. Nội dung của 5 tiết lí thuyết là: Tiết 1: Cấu tạo chất. Thuyết động học phân tử chất khí Tiết 2: Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt Tiết 3: Quá trình đẳng tích. Định luật Sác-lơ Tiết 4, 5: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng - Chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” theo chương trình Vật lý 10 THPT ban cơ bản hiện hành bao gồm 3 tiết lí thuyết và 1 tiết bài tập. Nội dung của 3 tiết lí thuyết là: Tiết 1: Nội năng và sự biến thiên nội năng Tiết 2,3: Các nguyên lý của nhiệt động lực học b) Kiến thức, kĩ năng của chương Trong quá trình học tập chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”, học sinh cần có được những kiến thức và kĩ năng sau: - Chương “Chất khí”: + Kiến thức: − Phát biểu được nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí. − Nêu được các đặc điểm của khí lí tưởng. − Phát biểu được các định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, Sác-lơ. − Nêu được nhiệt độ tuyệt đối là gì. − Nêu được các thông số p, V, T xác định trạng thái của một lượng khí. − Viết được phương trình trạng thái của khí lí tưởng
48 pV = const T + Kĩ năng: − Vận dụng được phương trình trạng thái khí lí tưởng. − Vẽ được đường đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt trong hệ tọa độ (p, V). - Chương “Cơ sở của nhiệt động lực học”: + Kiến thức: − Nêu được có lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật. − Nêu được nội năng gồm động năng của các hạt (nguyên tử, phân tử) và thế năng tương tác giữa chúng. − Nêu được thí dụ về hai cách làm thay đổi nội năng − Phát biểu được nguyên lí I Nhiệt động lực học. Viết được hệ thức nguyên lí I Nhiệt động lực học ΔU = A+Q . Nêu được tên, đơn vị và qui ước dấu của các đại lượng trong hệ thức này. − Phát biểu được nguyên lý II Nhiệt động lực học. + Kĩ năng: Vận dụng được mối quan hệ giữa nội năng với nhiệt độ và thể tích để giải quyết một số hiện tượng đơn giản có liên quan. c) Các thí nghiệm và thiết bị thí nghiệm sẽ được xây dựng để hỗ trợ quá trình dạy học hai chương này. - Các thí nghiệm minh họa thuyết động học phân tử chất chí + Thí nghiệm 1: Quan sát chuyển động Brao. + Thí nghiệm 2: Dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn. + Thí nghiệm 3: Chứng minh sự chuyển động của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ. - Các thí nghiệm định tính và định lượng các định luật chất khí - Mô hình động cơ Stirling
49 2.2. Tình hình dạy học chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” 2.2.1. Nội dung điều tra Khi vận dụng qui trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm đã trình bày ở trên, trước hết ta cần tìm hiểu thực trạng thiết bị thí nghiệm ở trường THPT hiện nay, để trên cơ sở đó, xác định được các thiết bị thí nghiệm cần phải cải tiến, hoàn thiện hay thiết kế, chế tạo mới. Vì vậy, tôi đã tìm hiểu tình hình dạy và học hai chương này ở các trường THPT: trường THPT Nguyễn Hữu Cầu, trường THPT chuyên Lương Thế Vinh - tỉnh Đồng Nai, Trường Trung Học Thực Hành – trường Đại học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh. Việc tìm hiểu tình hình dạy học các kiến thức của chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”, trong đó có thực trạng thiết bị thí nghiệm ở những trường này bao gồm: - Thực trạng thiết bị thí nghiệm, mô hình, tranh ảnh của các trường, tài liệu giáo khoa, tài liệu tham khảo, của giáo viên và học sinh. - Tìm hiểu các phương pháp dạy chủ yếu mà giáo viên sử dụng, việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm của giáo viên trong quá trình dạy học hai chương này. - Tìm hiểu hoạt động học tập trên lớp và ở nhà của học sinh. Xác định những khó khăn, sai lầm phổ biến của học sinh trong quá trình học tập của hai chương này. Từ đó, sơ bộ đề xuất nguyên nhân chủ yếu của các khó khăn, sai lầm đó. 2.2.2. Phương pháp điều tra Để thu thập thông tin như trên, tôi đã sử dụng các phương pháp sau: - Trao đổi với cán bộ phòng phụ trách phòng thí nghiệm của ba trường THPT trên, xem xét các thiết bị thí nghiệm ở các phòng thí nghiệm Vật lý của các trường. - Phỏng vấn các giáo viên ở các trường theo nội dung cần điều tra, xem xét giáo án các bài thuộc chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” (Trường Trung Học Thực Hành – Đại học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh 2 giáo viên (6 giáo án), trường THPT Nguyễn Hữu Cầu 1 giáo viên (3 giáo án), trường THPT chuyên Lương Thế Vinh 1 giáo viên (3 giáo án))
50 - Dự giờ lý thuyết và tìm hiểu việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm của các giáo viên khi dạy học chương này. - Phân tích sản phẩm học tập của 6 lớp 10 ở trường Trung Học Thực Hành – Đại học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh: 3 lớp A, 2 lớp D, 1 lớp chuyên văn. Mỗi lớp chọn ngẫu nhiên 10 học sinh để xem xét vở ghi và vở bài tập. 2.2.3. Kết quả điều tra 2.2.3.1. Thực trạng thiết bị thí nghiệm chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” ở các trường THPT đã khảo sát Các trường này đều có phòng thí nghiệm Vật lý, đều có bộ thí nghiệm “Các định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và Sác-lơ đối với chất khí” của công ty sách Thiết bị trường học. Bộ thí nghiệm này bao gồm: áp kế kim loại, lọ dầu, nút cao su, nhiệt kế. Nhưng phần lớn các áp kế kim loại đều bị hỏng phần giá đỡ mặc dù vẫn còn nguyên trong hộp và chưa sử dụng lần nào. Về thí nghiệm Sác-lơ được tiến hành với ấm đun nước siêu tốc, các trường đều không tiến hành thí nghiệm này với lí do cách bố trí thí nghiệm không an toàn. Hình 2.1. Bộ thí nghiệm Bôi-lơ – Ma-ri-ốt được trang bị ở các trường phổ thông.
51 2.2.3.2. Về phương pháp dạy của giáo viên Qua quá trình tìm hiểu tình hình dạy học chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” ở một số trường THPT đã nêu ở trên, những phương pháp dạy học mà giáo viên thường sử dụng ở chương này là: - Giáo viên lần lượt thông báo các kiến thức theo trình tự nêu trong sách giáo khoa, cố gắng trình bày đủ các kiến thức, có chú ý nhấn mạnh nội dung các kiến thức cơ bản (các đoạn in đậm, in nghiêng trong sách giáo khoa). - Giáo viên chủ yếu mô tả thí nghiệm Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, thí nghiệm Sác-lơ trong sách giáo khoa mà không làm thí nghiệm, chỉ có một số ít giáo viên tiến hành thí nghiệm Bôi-lơ – Ma-ri-ốt. - Giáo viên có yêu cầu học sinh xử lí số liệu từ bảng số liệu mà sách giáo khoa đưa ra rồi từ đó rút ra kết luận, không yêu cầu học sinh phải tính sai số tỉ đối để biết được độ chính xác của thí nghiệm mà sách giáo khoa đưa ra. - Giáo viên có đặt câu hỏi cho học sinh nhưng chủ yếu là những câu hỏi mang tính chất tái hiện đơn thuần các kiến thức đã học. Do vậy, không có tác dụng kích thích sự hứng thú học tập của học sinh. 2.2.3.3. Về phương pháp học và những khó khăn, sai lầm của học sinh Hoạt động chủ yếu của học sinh là lắng nghe thông báo, diễn giảng của giáo viên, chép lại những điều giáo viên ghi trên bảng và những câu giáo viên nhấn mạnh hoặc nhắc lại nhiều lần. Học sinh thường học theo vở ghi (theo kiểu học thuộc lòng), nhưng đáng chú ý là vở ghi của nhiều em ghi thiếu nội dung, một số chỗ còn ghi sai. Qua trao đổi trực tiếp với học sinh, phân tích bài các em làm, xem xét vở bài tập của học sinh, tôi nhận thấy khi học chương “Nhiệt học và “Cơ sở của nhiệt động lực học”, học sinh thường gặp phải khó khăn, sai lầm sau đây: - Khó khăn lớn nhất của học sinh là không hiểu nội dung của thuyết động học phân tử chất khí, các em đều thắc mắc: Thế nào là chuyển động hỗn loạn không ngừng? Trong chất lỏng, các phân tử chất lỏng có chuyển động hỗn loạn không ngừng không? Làm sao nhận biết được các phân tử va chạm vào thành bình gây ra áp suất?
52 Nhiệt độ càng tăng thì phân tử chuyển động càng nhanh, vậy khi đó áp suất sẽ như thế nào? - Học sinh chủ yếu nghe giới thiệu về thí nghiệm Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và Sác-lơ mà chưa được quan sát hay tiến hành thí nghiệm. Tất cả học sinh phát biểu và viết được biểu thức của các định luật chất khí, nhưng phần lớn học sinh đều thắc mắc cách tiến hành làm thí nghiệm để đưa ra được bảng số liệu trong sách giáo khoa, thậm chí nhiều em còn muốn kiểm chứng lại phương trình trạng thái bằng thí nghiệm. - Sai lầm lớn nhất của học sinh khi học các định luật chất khí là: Trong quá trình xử lí số liệu ở các bảng 29.1 trang 157 và 30.1 trang 160 (SGK Vật lý 10, ban cơ bản), học sinh đều rút ra kết luận đây là các định luật chính xác và hầu như không có sai số. - Rất nhiều học sinh thắc mắc: học các định luật chất khí để làm gì? Và không học sinh nào giải thích được các hiện tượng Vật lý liên qua đến các định luật đã học. - Tất cả học sinh đều gặp khó khăn trong việc tìm hiểu nguyên lý hoạt động của động cơ nhiệt. Các em đều thắc mắc: Những nguyên lý nhiệt động lực học vận dụng vào thực tế như thế nào? Các động cơ trong các phương tiện giao thông hiện nay có phải là động cơ nhiệt hay không? Vai trò của nguồn nóng, nguồn lạnh trong các loại động cơ trong thực tế như thế nào? Cách động cơ biến chuyển động tịnh tiến của pít-tông thành chuyển động cơ học ra sao? Qua những khó khăn, sai lầm trên đây của học sinh, tôi có nhận xét ban đầu về chất lượng kiến thức của học sinh: - Phát biểu được thuyết động học phân tử chất khí, khái niệm khí lí tưởng. - Định nghĩa được các đẳng quá trình, phát biểu được các định luật chất khí, viết được phương trình của các định luật và phương trình trạng thái của khí lí tưởng. - Phát biểu được nguyên lí I, nguyên lí II nhiệt động lực học. - Nhưng học sinh rất lúng túng và mắc sai lầm trong việc vận dụng các kiến thức này vào việc giải thích các hiện tượng nhiệt liên quan đến các định luật chất khí đã được học, và không giải thích được nguyên lý hoạt động của động cơ nhiệt.
53 2.2.3.4. Nguyên nhân gây nên những khó khăn của học sinh và biện pháp khắc phục Theo tôi, nguyên nhân cơ bản của những khó khăn của học sinh bao gồm: - Trong phần cơ học chương trình Vật lý 10, học sinh làm quen với các chuyển động cơ học cũng như những mô hình, những hiện tượng, những máy cơ học quen thuộc trong đời sống. Sang phần nhiệt học các em bắt đầu tìm hiểu thế giới vi mô, các em không thể nhìn thấy bằng mắt thường mà bắt buộc phải tư duy trừu tượng nên đa phần học sinh sẽ lúng túng. Hơn nữa, thuyết động học phân tử nói về sự chuyển hỗn loạn không ngừng của các phân tử, đây là chuyển động đặc biệt không giống với các chuyển động mà các em đã học nên gây khó khăn cho các em khi tiếp nhận kiến thức. - Các định luật khí lí tưởng trong chương “Chất khí” đều là những định luật thực nghiệm mang tên tuổi của những nhà khoa học mở đầu cho sự ra đời của thuyết động học phân tử về cấu tạo chất. Nhưng học sinh chỉ học “chay” về những định luật này, không được tiến hành thí nghiệm cũng như không được xem các thí nghiệm biểu diễn về các hiện tượng Vật lý liên quan nên học sinh không thể hiểu hết được ý nghĩa Vật lý của các định luật. - Chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” là một chương nối liền các kiến thức Vật lý với đời sống và kĩ thuật thông qua các động cơ nhiệt, nhưng học sinh chỉ được thông báo kiến thức mà không có cơ hội vận dụng kiến thức đó. Học sinh cần một mô hình động cơ nhiệt hoạt động thật để nghiên cứu. Các biện pháp khắc phục những khó khăn trên: - Chuyển động hỗn loạn của các phân tử gắn liền với một phát hiện quan trọng trong lịch sử phát triển thuyết động học phân tử đó là chuyển động Brao. Cần thiết kế cách bố trí thí nghiệm một cách hiệu quả để cho học sinh quan sát được chuyển động Brao trong chất lỏng, từ đó vận dụng kiến thức ở phần cấu tạo chất để mở rộng sang chất khí. Đồng thời, thiết kế và sử dụng hiệu quả các thí nghiệm minh họa cho học sinh những nội dung khác của thuyết động học phân tử chất khí.
54 - Thiết kế các phương án để có thể tiến hành các thí nghiệm của định luật chất khí ngay trên lớp, cho học sinh lấy số liệu và xử lí số liệu ngay trên lớp. - Chế tạo động cơ Stirling (một loại động cơ nhiệt) từ các vật liệu đơn giản để biểu diễn trước lớp, đồng thời có thể hướng dẫn cho học sinh tự chế tạo ở nhà. 2.3. Xây dựng các thiết bị thí nghiệm để hỗ trợ quá trình dạy học chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” 2.3.1. Các thí nghiệm minh họa thuyết động học phân tử chất khí 2.3.1.1. Thí nghiệm 1: Quan sát chuyển động Brao trong chất lỏng a) Sự cần thiết phải xây dựng chuyển động Brao Quan điểm về vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử đã được Đê-mô-crít (Democristos) đưa ra từ trước Công nguyên. Tuy nhiên, mãi cho đến hết thế kỉ XVII, người ta vẫn chưa tìm ra được thí nghiệm nào chứng tỏ sự tồn tại của các nguyên tử. Nguyên tử cho tới khi đó vẫn chỉ là một giả thuyết mang ý nghĩa triết học. Những thành tựu của nhà hóa học Đan-ton (Dalton) trong việc dùng khái niệm nguyên tử, phân tử để giải thích thành công hàng loạt các hiện tượng và định luật Hóa học vào thế kỉ XVIII đã củng cố niềm tin vào lí thuyết về nguyên tử, phân tử. Cùng với Đan-tôn, A-vô-ga-rô (Avogadro) là người đưa ra khái niệm phân tử gam và chứng minh được rằng phân tử gam của các chất khác nhau đều chứa cùng một số phân tử. Việc tìm ra số A-vô-ga-rô đã cho phép xác định từng loại nguyên tử, phân tử. Như vậy là từng loại nguyên tử, phân tử từ chỗ là sản phẩm đơn thuần của trí tưởng tượng đã dần dần trở thành một thực thể Vật lý. Việc phát hiện ra các định luật thực nghiệm về chất khí và việc dùng quan điểm nguyên tử, phân tử để giải thích thành công các định luật này đã đóng góp rất lớn vào sự ra đời và phát triển của thuyết động học phân tử chất khí. Tuy nhiên, cũng phải chờ tới khi nhà bác học Brao (Brown) (người Anh) quan sát thấy chuyển động hỗn độn không ngừng của các hạt phấn hoa qua kính hiển vi, phản ánh gián tiếp chuyển động hỗn loạn không ngừng của các phân tử thì thuyết động học phân tử mới bắt đầu được coi là một thuyết khoa học.
55 Béc-nu-li (Bernoulli) và sau đó là Clau-đi-út (Clausius) đã góp phần đưa thuyết động học phân tử phát triển mới bằng cách xây dựng các định luật và phương trình cơ bản của của thuyết. Những thí nghiệm của Pe-ranh (Perrin) cho phép quan sát sự phân bố của các hạt Brao trong nhũ tương theo chiều cao, đã cho thấy sự phân bố này hoàn toàn phù hợp với định luật Bôn-dơ-man (Boltzmann). Điều này cho phép xác định số A-vô-ga-rô bằng thực nghiệm. Những tính toán của Anh- xtanh (Einstein) đã cho thấy giá trị tìm được bằng thực nghiệm hoàn toàn phù hợp với giá trị lý thuyết. Sau những công trình thực nghiệm của Pe-ranh, không còn ai nghi ngờ về sự đúng đắn của thuyết động học phân tử. Khi phân tích các hiện tượng nhiệt, học sinh gặp một hình thức mới về chuyển động của vật chất, khác về nguyên tắc với chuyển động cơ học của các vật vĩ mô, chuyển động hỗn loạn không ngừng. Trong bài học, giáo viên mô tả đặc điểm của chuyển động Brao theo thí nghiệm của Pe-ranh. b) Những nội dung kiến thức học sinh cần lưu ý 1. Chuyển động Brao là không ngừng theo thời gian và hỗn loạn về phương và độ lớn của độ dời. Nó được xác định bởi tính chất của chính chất lỏng hay chất khí. Đặc trưng của chuyển động Brao không phụ thuộc vào các tác dụng Vật lý lên nó và vào chính các hạt Brao. 2. Chuyển động này được gây ra bởi các xung lượng không triệt tiêu nhau của các phân tử bao quanh hạt Brao tác dụng lên nó. Sự không triệt tiêu nhau của các xung lượng biểu hiện nhiều ở các hạt Brao có kích thước nhỏ - vào cỡ 1µm hay bé hơn. Với các hạt có kích thước lớn, các phân tử va chạm từ các phía bị triệt tiêu lẫn nhau, khi đó các hạt không chuyển động. 3. Dựa theo chuyển động của các hạt Brao, có thể xét về đặc điểm chuyển động của các phân tử của môi trường. Chuyển động Brao dường như là sao lại chuyển động của phân tử. Tuy nhiên, cần phòng trước khuynh hướng của học sinh đồng nhất hai chuyển động này. Trong thí nghiệm của Pe-ranh, hạt Brao được tập hợp từ hàng trăm nghìn triệu phân tử. Hạt Brao là hạt lơ lửng trong chất lỏng hay chất khí, ta
56 nhìn thấy được nó trong kính hiển vi, trong khi các phân tử của môi trường thì không nhìn thấy được. Ta rút ra kết luận rằng chuyển động Brao chứng tỏ sự tồn tại của các phân tử và chuyển động của chúng. 4. Học sinh đã biết rằng trong chuyển động đều, độ dời x tỉ lệ với thời gian t, nghĩa là x ∼ t, còn trong chuyển động biến đổi đều thì x ~ t2 . Thế nhưng, trong chuyển động Brao, độ dời của hạt Brao được mô tả bằng một định luật mới đối với học sinh do Anh-xtanh và Xờ-mô-lu-kô-xki (Smolukovskij) tìm ra. Có thể trình bày định luật này trong bài học với dung lượng như sau: Độ dời của hạt Brao sau những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau (hình 2.19). Nếu chiếu các độ dời này lên một trong các trục tọa độ, thí dụ trục x, lấy bình phương ( ) 2 Δx của mỗi độ dời Δx và tính giá trị trung bình của các bình phương độ dời ( ) 2 Δx thì theo định luật này ta có: ( ) 2 x t∆  hay ( ) 2 ~x t∆ Tiếp theo ta rút ra kết luận: chuyển động của hạt Brao là hỗn loạn, các va chạm là ngẫu nhiên, nhưng dịch chuyển của các hạt tuân theo một định luật xác định. Các định luật mô tả hành vi và kết quả của một số lớn các hạt được gọi là định luật thống kê. Chúng khác với các định luật động lực học của cơ học cổ điển. Sự khác nhau về nguyên tắc giữa các định luật này được minh họa trong thí dụ về chuyển động Brao. 5. Chứng tỏ rằng đại lượng ( ) 2 x∆ không những tỉ lệ với thời gian t mà còn tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối T, nghĩa là ( ) 2 ~x T∆ . Thật vậy, khi làm nóng môi trường thì cường độ chuyển động của hạt Brao tăng lên. Sự kiện thực nghiệm này rất quan trọng đối với thuyết động học phân tử. c) Xây dựng thí nghiệm chuyển động Brao trong nước - Mục đích thí nghiệm: Quan sát chuyển động Brao trong chất lỏng, từ đó tìm hiểu đặc điểm chuyển động hỗn loạn không ngừng của phân tử.
57 - Dụng cụ thí nghiệm: + Kính hiển vi có độ phóng đại 200 lần. + Tiêu bản + Hóa chất: Natri thiosunfat và axit sunfuric Hình 2.2. Thí nghiệm quan sát chuyển động Brao - Tiến hành thí nghiệm Chế tạo tiêu bản từ hỗn hợp hai dung dịch: natri thiosunfat ( 2 2 3Na S O ) 2% và axit sunfuric ( 2 4H SO ) 1% mỗi thứ 5 ml. Do phản ứng hóa học 2 2 3 2 4 2 4 2 2Na S O +H SO Na SO +SO +S +H O→ ↑ ↓ các hạt lưu huỳnh tách ra ở trạng thái lơ lửng trong hỗn hợp. Chúng được dùng làm các hạt Brao. Hình 2.3. Ảnh chụp các phân tử lưu huỳnh nhìn qua kính hiển vi.
58 Nhỏ hai giọt của hỗn hợp này lên chỗ lõm lên tấm kính tiêu bản, đặt tiêu bản đó lên bàn của kính hiển vi, điều chỉnh độ phóng đại của kính cho phù hợp và quan sát. Cũng có thể chế tạo tiêu bản từ dung dịch sữa trong nước thật loãng (nhũ tương) hay từ dung dịch bột màu nước (thể lơ lửng). 2.3.1.2.Thí nghiệm 2: Dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn - Mục đích thí nghiệm: Chứng minh tính linh động của chất khí và sự tồn tại của áp suất khí. - Chế tạo dụng cụ và bố trí thí nghiệm + Dụng cụ thí nghiệm gồm hai chai nhựa được thông với nhau bằng cách đục một lỗ có đường kính 6 mm ở mỗi cổ chai, gắn chặt hai lỗ với nhau bằng một đoạn ống nhựa dẻo trong suốt dài 5 cm. + Trên nắp chai A được gắn vào một cái phễu để rót nước vào. + Đục một lỗ nhỏ đường kính 4mm cách đáy chai B 4 cm, gắn vào một ống thủy tinh hình chữ L cùng đường kính với lỗ nhỏ. + Đậy kín nắp chai A lại. Đổ nước màu đỏ vào chai B cho đến khi thấy nước chảy qua vòi và vặn chặt nắp chai lại. Hình 2.4. Dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn
59 - Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm Đổ vào phễu một cốc nước trắng, ta thấy: Nước màu đỏ từ chai B chảy qua ống L và phun ra ngoài. Nước chảy ra có cùng thể tích với lượng nước trắng đổ vào phễu. - Giải thích thí nghiệm Lượng nước trắng chiếm chỗ của không khí trong chai làm không khí bị nén lại, áp suất tăng lên, lớn hơn áp suất bên ngoài chai. Độ chênh lệch áp suất này đẩy nước màu đỏ chảy ra khỏi vòi chai B. Nước chảy ra làm thể tích chai tăng lên, áp suất giảm đi. Khi lượng nước màu đỏ chảy ra bằng lượng nước trắng rót vào phễu thì áp suất trong chai cân bằng với áp suất bên ngoài chai, nước ngừng chảy. Cũng bằng thí nghiệm này, Hê-rôn đã khiến các nhà bác học thời trung cổ phải kinh ngạc. Ông làm thí nghiệm với hai bình gốm mà đường ống nối chúng thông với nhau được giấu dưới bàn. Rượu vang đỏ được đổ vào bình B. Khi rót nước vào bình A, ông đã “biến” nước thành rượu vang đỏ. 2.3.1.3. Thí nghiệm 3: Chứng minh sự chuyển động của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ - Mục đích thí nghiệm: Chứng minh sự chuyển động của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ. - Dụng cụ thí nghiệm + Xi-lanh có pít-tông bằng thủy tinh, trên pít-tông có áp kế khí loại 0,50.105 – 2,00.105 Pa. + Núm cao su dùng để bịt đầu dưới của xi-lanh. + 2 cốc đựng nước 100ml. + Nước (0o C) và nước nóng ( cỡ 80o C) - Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm: + Nới hãm vít phía sau xi-lanh cho khối khí chứa trong xi lanh đến một vị trí nhất định sao cho áp kế chỉ giá trị 1,10.105 Pa. + Rót 60ml nước nóng (cỡ 80o C) vào cốc 1 và 60ml nước ở 0o C vào cốc 2.
60 + Đặt xi lanh vào cốc 1, quan sát số chỉ trên đồng hồ áp kế, ta thấy số chỉ của áp kế tăng lên. + Sau số khi số chỉ trên đồng hồ áp kế ổn định thì lấy xi lanh ra khỏi cốc 1 và đặt vào cốc 2, lúc này số chỉ trên áp kế giảm xuống rất nhanh. Hình 2.5. Thí nghiệm đơn giản minh họa vận tốc phân tử khí và áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ - Giải thích thí nghiệm: Theo thuyết động học phân tử chất khí: Khi ta đặt xi-lanh vào cốc 1, khí trong xi-lanh nóng lên, các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm với thành bình nhiều hơn, do đó áp suất tăng. Lấy xi-lanh ra khỏi cốc 1 và đặt vào cốc 2, nhiệt độ của khối khí trong xi-lanh giảm, các phân tử khí chuyển động chậm lại, ít va chạm vào thành bình, do đó áp suất giảm. 2.3.2. Các thí nghiệm định tính và định lượng các định luật chất khí 2.3.2.1. Định luật Sác-lơ a) Thí nghiệm định tính - Mục đích thí nghiệm: Minh họa sự phụ thuộc của áp suất vào nhiệt độ trong quá trình đẳng nhiệt * Dạng 1: - Dụng cụ thí nghiệm: + Trứng đã luộc chín
61 + Bình cầu không nhánh đáy bằng + Kẹp đốt hóa chất + Bông gòn, cồn, bật lửa. - Tiến hành thí nghiệm Đốt cháy bông đã tẩm cồn rồi cho vào bình cầu. Trong lúc bông đang cháy bên trong bình, đặt quả trứng đã luộc chín lên miệng bình hình cầu. Quả trứng từ từ chui tọt vào miệng bình rồi vào bên trong bình. Hình 2.6. Thí nghiệm đơn giản minh họa định tính định luật Sác-lơ - Giải thích thí nghiệm: Khi ta đặt quả trứng lên miệng bình hình cầu, ta đã cô lập khối khí bên trong bình. Khi cháy hết ô-xi, nhiệt độ bên trong bình giảm xuống đột ngột làm cho áp suất giảm theo, tạo nên một lực hút làm cho quả trứng chui vào bên trong bình. * Dạng 2: - Dụng cụ thí nghiệm: + Bình cầu không nhánh đáy bằng, đường kính miệng 3cm. + Nắp nhựa có đường kính bé hơn 3cm. + Khay có đựng một ít nước pha màu đỏ. + Kẹp đốt hóa chất. + Bông gòn, cồn, bật lửa. - Tiến hành thí nghiệm: Đốt cháy bông đã tẩm cồn rồi cho vào nắp nhựa đặt trên khay. Úp miệng bình hình cầu lên nắp nhựa. Nước dâng lên trong bình
62 Hình 2.7. Thí nghiệm đơn giản giải thích hiện tượng liên quan đến định luật Sác-lơ - Giải thích thí nghiệm Khi ta úp miệng bình hình cầu lên nắp nhựa, ta đã cô lập khối khí trong bình. Khi cháy hết oxi trong bình, nhiệt độ khối khi trong bình giảm xuống đột ngột làm cho áp suất giảm theo tạo nên lực hút cột chất lỏng dâng lên trong bình. b) Thí nghiệm định lượng - Mục đích thí nghiệm: Khảo sát sự thay đổi áp suất của khối khí theo nhiệt độ của nó trong quá trình biến đổi đẳng tích, trên cơ sở đó kiểm chứng định luật Sác-lơ. - Dụng cụ thí nghiệm: + Xi-lanh có pít-tông bằng thủy tinh (trong pít-tông có chứa một lượng dầu nhờn, mức dầu cao hơn 5mm so với lỗ hở nằm ở chính giữa thân của pít-tông). + Áp kế khí 0,5.105 – 2,0.105 Pa. + Thanh trượt có vít hãm ở phía sau giá đỡ. + Ống nhựa đường kính 3mm. + Bình khí bằng nhôm, có nắp cao su trên có lỗ cắm với ống nhựa. + Chân đế có trụ thép inox D10mm. + Bình đun nước siêu tốc 220V-300W. + Nhiệt kế rượu. + Que thủy tinh. + Cốc thủy tinh có vòi dẫn nước. + Chậu thủy tinh. - Lắp ráp thí nghiệm
63 + Lắp giá đỡ vào trụ thép, điều chỉnh độ cao của xi-lanh cách bàn khoảng 20cm. Dùng ống nhựa nối đầu dưới của xi-lanh với lỗ cắm phía trên bình khí. + Cho bình khí vào cốc thủy tinh, vòi của cốc thủy tinh cho vào chậu thuỷ tinh. + Lắp nhiệt kế vào giá đỡ, sao cho đầu dưới của nhiệt kế cho vào cốc thủy tinh. Hình 2.8. Bố trí dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng định luật Sác-lơ - Tiến hành thí nghiệm: + Cho nước vào bình và đun nước. + Cố định vị trí pít-tông để giữ thể tích khí không đổi. Cho nước vào cốc thủy tinh, ghi nhiệt độ và áp suất ban đầu của khí trong bình vào bảng. P (105Pa) T (K) p T α = α∆ + Cho nước sôi vào cốc thủy tinh sao cho mỗi lần đo, áp suất tăng lên 0,05.105 Pa (tương ứng một vạch trên áp kế) thì dừng rót nước sôi. Dùng que thủy tinh khuấy đều, khi nhiệt độ trên nhiệt kế ổn định thì ta ghi cặp giá trị (p, T) này vào bảng. Làm như vậy 5 lần để có 5 cặp giá trị.
64 + Tính giá trị thương số /p Tα = và sai số tỉ đối α∆ . Từ đó rút ra mối liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ tuyệt đối T trong quá trình đẳng tích. + Kết quả tham khảo khi tiến hành thí nghiệm: P (105Pa) T (K) p T α = α∆ 1,00 303 330 8,8 1,05 315 333 5,8 1,10 324 339 0,2 1,15 336 342 3,2 1,20 342 350 11,2 338,8α = α∆ =5,8 Sai số tỉ đối: 5.8 0,017 1,7% 338.8 α δ α ∆ = = = = - Chú ý: + Áp kế được lắp sẵn vào xi-lanh nên không tháo áp kế ra sau khi làm xong thí nghiệm. + Khi vặn vít để cố định pít-tông và cố định vị trí của giá đỡ xi-lanh, ta cần vặn nhẹ. + Khi dùng bình đun nước bằng điện, cần lưu ý quy tắc an toàn điện. - Nhận xét: Với cách bố trí lại thí nghiệm với sự hỗ trợ của cốc và chậu thủy tinh, ta có thể dễ dàng thay đổi nhiệt độ của nước và từ đó thay đổi được nhiệt độ của khí trong bình kim loại. Ban đầu, ta cho nước vào cốc thủy tinh với nhiệt độ khoảng 25o C. Sau đó, cho từ từ nước sôi vào, vòi nước ở cốc thủy tinh sẽ dẫn nước ra chậu thủy tinh nhờ đó mà nhiệt độ của nước thay đổi rất chậm.
65 Hình 2.9. Cách bố trí cốc và chậu thủy tinh để làm thay đổi nhiệt độ của nước. Ta sử dụng bình nhôm chứa khí, để sự truyền nhiệt diễn ra nhanh, nhiệt độ khối khí bên trong bình mau chóng cân bằng với nhiệt độ bên ngoài. Sau mỗi lần cho nước sôi vào, ta cần dùng đũa thủy tinh khuấy đều, và chờ cho số chỉ của nhiệt kế ổn định thì bắt đầu ghi cặp số liệu (p, T). Giai đoạn này ảnh hưởng rất lớn đến sai số tỉ đối của thí nghiệm, vì thế cần tiến hành thí nghiệm đúng theo qui trình đã hướng dẫn. 2.3.2.2. Định luật Gay Luy-xắc a) Thí nghiệm định lượng - Mục đích thí nghiệm: Khảo sát sự thay đổi thể tích của khối khí theo nhiệt độ của nó trong quá trình biến đổi đẳng áp, trên cơ sở đó kiểm chứng định luật Gay Luy- xắc. - Dụng cụ thí nghiệm: + Xi-lanh kín có pít-tông. + Bình khí bằng nhôm, có nắp cao su, trên có lỗ để cắm ống dẫn khí đến xi- lanh. + Cốc thủy tinh có vòi dẫn nước. + Chậu thủy thinh. + Bình đun nước siêu tốc 220V-300W. + Que thủy tinh. + Nhiệt kế rượu.
66 - Lắp ráp thí nghiệm: + Lắp ống dẫn khí nối từ bình khí vào xi-lanh. + Quay đế thiết bị đỡ xi-lanh trên mặt bên của nó. + Đặt bình khí vào cốc thủy tinh, vòi của cóc thủy tinh cho vào chậu thủy tinh. + Đặt nhiệt kế vào cốc thủy tinh để đo nhiệt độ. Hình 2.10. Cách bố trí dụng thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay – Luy-xắc - Tiến hành thí nghiệm: + Cho nước vào bình và đun nước. + Cho nước vào cốc thủy tinh, sau đó cho nước sôi từ từ vào cốc, sao cho pít- tông dịch chuyển một đoạn khoảng 2 mm thì dừng lại, dùng đũa thủy tinh khuấy đều, khi nhiệt độ trên nhiệt kế ổn định thì ghi cặp giá trị (V, T) vào bảng. Ở đây, thể tích khí tính theo công thức : 2 2 3πd 3,14(32,5) V=S.h= .h= .h(mm ) 4 4 (d là đường kính pít-tông, d = 32,5mm) V (mm3) T (K) /V Tα = α∆ - Nhận xét:
67 Ở thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay – Luy-xắc, để thu số liệu nhiệt độ thích hợp, ta cũng tiến hành giống như thí nghiệm kiểm chứng định luật Sác-lơ. Đặc biệt, trong quá trình cho nước sôi vào cốc thủy tinh, vì pít-tông rất nhạy khi dịch chuyển trong xi-lanh nên ta cần tiến hành thật chậm kết hợp quan sát pít-tông dịch chuyển, mỗi lần pít-tông dịch chuyển khoảng 2-3 mm thì dừng lại, chờ nhiệt độ ổn định rồi ta ghi cặp số liệu (V, T). 2.3.3. Xây dựng mô hình động cơ Stirling 2.3.3.1. Giới thiệu động cơ Stirling Động cơ Stirling, được phát minh bởi Robert Stirling vào cuối thế kỉ XIX, là một loại động cơ nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý biến nhiệt lượng thành công. Có hai loại động cơ nhiệt phổ biến là động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Động cơ đốt trong sử dụng sự đốt cháy nhiên liệu bên trong xi-lanh của động cơ, trong khi đó, động cơ đốt ngoài sử dụng nguồn nhiệt bên ngoài để đốt nóng tác nhân sinh công bên trong động cơ. Nguồn nhiệt này có được từ việc đốt cháy các loại nhiên liệu (xăng, dầu hỏa, than…), từ năng lượng Mặt trời, từ nhiệt sinh ra do phân hủy các chất hữu cơ… Động cơ Stirling thuộc loại động cơ đốt ngoài, tất cả các động cơ Stirling hoạt động đều đòi hỏi sự chênh lệch nhiệt độ được tạo ra từ một vùng tiếp xúc với nguồn nóng và một vùng khác trên động cơ được làm mát. Khác với động cơ đốt trong, khí (tác nhân sinh công) bên trong xi-lanh của động cơ Stirling là một khối khí cô lập và không bị đốt cháy, do đó không tiêu thụ nhiên liệu và xả khí thải ra môi trường. Nếu nguồn nhiệt bên ngoài dùng để cung cấp nhiệt lượng cho động cơ Stirling là sạch thì đây là loại động cơ thân thiện với môi trường hơn rất nhiều so với các loại động cơ tiêu thụ nhiên liệu, xả khí thải ra môi trường. Động cơ Stirling cũng ít gây ra ô nhiễm tiếng ồn vì nó không có các van lấy khí và xả khí, không có giai đoạn đánh lửa đốt cháy nhiên liệu, đây là những nguồn chính gây ra ô nhiễm tiếng ồn của các loại động cơ đốt trong hiện nay. Và đặc biệt, động cơ Striling có thể dùng trong dạy học để minh họa một cách trực quan các kiến thức của chương “Cơ sở của nhiệt động lực học”.
68 2.3.3.2. Nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling Động cơ Stirling hoạt động theo một chu trình gồm bốn giai đoạn, mỗi giai đoạn là một quá trình thuận nghịch, và cả bốn quá trình thuận nghịch này tạo nên chu trình Stirling như hình 2.11. Động cơ Stirling kiểu pít-tông tự do như hình 2.12 có thể sử dụng trong dạy học ở các trường phổ thông. Động cơ Stirling loại này có một pít-tông nhỏ gọi là pít-tông truyền lực gắn liền với một xi-lanh nhỏ hoặc một lớp màng cao su (tùy trường hợp động cơ hoạt động ở nhiệt độ cao hay thấp); một pít-tông thứ hai nằm bên trong, không khít chặt với một xi-lanh lớn khác, gọi là pít-tông tự do. Vai trò của pít-tông này là di chuyển khối khí bên trong xi-lanh lên xuống giữa hai vùng có nhiệt độ khác nhau trên động cơ, một vùng được nguồn nhiệt nung nóng và một vùng được làm mát. Ở thiết kế như hình 2.12, đáy dưới của động cơ được nung nóng bằng một ngọn lửa và phía trên được làm mát bằng nước hoặc môi trường xung quanh. Hai pít-tông được liên kết với nhau sao cho chuyển động của chúng lệch pha nhau 90o để khi pít-tông truyền lực đang di chuyển chậm ở vị trí cao nhất hoặc thấp nhất thì pít-tông tự do ở điểm giữa của quỹ đạo chuyển động với vận tốc lớn nhất. Hình 2.11. Giản đồ p–V của chu trình Stirling Hình 2.12. Các giai đoạn hoạt động của chu trình Stirling loại pít-tông tự do p
69 − Ở vị trí 1 của hình 2.12, pít-tông tự do đang ở vị trí trên cùng, lúc này lượng khí sẽ chiếm chỗ vùng nóng đang ở nhiệt độ TH. Khí nhận nhiệt lượng QH, dãn nở và đẩy pít-tông truyền lực di chuyển lên phía trên (đường 12 trên hình 2.12). − Ở vị trí 2, pít-tông truyền lực ở vị trí cao nhất của quỹ đạo chuyển động (khối khí đạt thể tích lớn nhất V2). Giai đoạn pít-tông truyền lực di chuyển chậm lên vị trí cao nhất được xem như quá trình đẳng tích (đường 23 trên hình 2.12). Pít-tông tự do lúc này di chuyển đến vùng nóng, đẩy khí di chuyển lên vùng lạnh. Trong thiết kế này, pít-tông tự do sẽ trữ nhiệt lượng QC của khí khi nó được làm lạnh từ nhiệt độ TH đến TC. − Ở vị trí 3, toàn bộ lượng khí đang ở vùng lạnh, lúc này khí sẽ co lại và kéo pít- tông truyền lực đi xuống (đường 34 trên hình 2.12). − Ở vị trí 4, pít-tông truyền lực di chuyển chậm và bị nén hoàn toàn ở vị trí thấp nhất của quỹ đạo (khối khí có thể tích nhỏ nhất V1). Pít-tông tự do di chuyển lên trên và đẩy khối khí xuống vùng nóng. Khi khối khí lạnh đi ngang qua pít-tông tự do, nó sẽ nhận lại nhiệt lượng QH đã trữ trước đó (đường 41 trên hình 2.12). Động cơ Stirling khi hoàn tất chu trình sẽ trở về vị trí 1, và cứ thế lặp đi lặp lại. 2.3.3.3. Xây dựng động cơ Stirling từ vỏ lon, chai nhựa và các vật liệu đơn giản Có hai mẫu động cơ Stirling loại pít-tông tự do có thể chế tạo dùng trong dạy học: loại hoạt động ở nhiệt độ thấp và loại hoạt động ở nhiệt độ cao. - Động cơ Stirling loại pít-tông tự do, như hình 2.12, hoạt động với nguồn nóng có nhiệt độ thấp (hơi nóng của tách nước sôi…) có thể được chế tạo hoàn toàn từ những dụng cụ rẻ tiền. Thành phần cấu tạo chính: + Xi-lanh lớn là bộ phận chứa pít-tông tự do, hai đáy của xi-lanh được đóng kín bằng hai đĩa nhôm. Hai đĩa nhôm này có thể tận dụng từ các hộp đựng sơn hay những lon đồ hộp, phần thân xi-lanh hình trụ có thể lấy từ những ống nhựa lớn (dùng đề làm ống thoát nước mưa) hay các chai nhựa đựng nước ngọt loại lớn. Pít- tông tự do có thể tận dụng từ những miếng xốp.
70 + Xi-lanh nhỏ chứa pít-tông truyền lực: Xi-lanh và pít-tông này có thể lấy từ các ống đồng mua ở các cửa hàng bán vật liệu cũ. Ta chọn kích thước của hai ống đồng sao cho một ống vừa khít và có thể trượt bên trong ống còn lại, ống này ta sẽ bịt kín hai đầu để làm pít-tông truyền lực. + Trục quay có thể lấy từ dây đồng hoặc dây kẽm. Bánh đà có thể lấy từ đĩa CD, đĩa DVD đã bị hỏng, hoặc miếng gỗ tròn. - Động cơ Stirling loại pít-tông tự do hoạt động với nguồn nóng có nhiệt độ cao (đun bằng nến hay đèn cồn) có thể được chế tạo từ các loại vỏ lon và các vật dụng rẻ tiền. Ở mẫu động cơ này, ta có thể thay xi-lanh chứa pít-tông truyền lực bằng lớp màng cao su (có thể lấy từ bong bóng). Cơ chế hoạt động của động cơ loại này như sau: + Màng cao su được dán chặt vào lon kim loại. Khi lon kim loại được truyền nhiệt lượng, áp suất của khối khí tác dụng lên màng cao su làm nó dãn nở và căng ra, và khi được làm lạnh đi thì màng sẽ co lại. Hình 2.13. Cấu tạo động cơ Stirling loại pít-tông tự do với nguồn nóng có nhiệt độ cao + Tiếp theo, ta cho pít-tông vào bên trong lon kim loại, pít-tông phải có đường kính nhỏ hơn đường kính của lon kim loại để khi pít-tông hoạt động, nó sẽ dễ dàng di chuyển khối khí lên xuống. Phần đáy của lon được nung nóng và phần trên của lon được làm lạnh. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ, ta dùng tay di chuyển pít-tông lên xuống. Vào thời điểm pít-tông di chuyển lên trên, khí bên trong lon được nung nóng và chiếm đầy phần thể tích phía dưới lon, màng cao su dãn ra như a) b) c) d)
71 hình 2.13b. Pít-tông di chuyển xuống dưới, phần không khí lạnh sẽ chiếm đầy thể tích phía trên, màng cao su sẽ co lại như hình 2.13c. Pít-tông có đường kính nhỏ hơn lon có thể di chuyển tự do, đẩy khối khí bên trong xi-lanh lên xuống, làm thay đổi áp suất nên pít-tông này gọi là pít-tông tự do. Ta nối pít-tông tự do với với trục quay được bẻ như hình 2.13a, khi trục quay quay sẽ làm di chuyển pít-tông lên xuống, làm màng cao su dãn ra hoặc co lại. Động cơ Stirling sẽ chuyển đổi sự co dãn của màng cao su thành chuyển động quay của trục quay. Nối màng cao su với trục quay bằng một thanh nhỏ, lực tạo ra từ màng cao su khi co dãn sẽ điều chỉnh hướng quay của trục quay. Để động cơ hoạt động thì trục quay phải được nối với bánh đà như hình 2.13d. Dựa trên nguyên lý hoạt động và các đặc điểm kĩ thuật mô tả như trên, trong quá trình chế tạo, ta có thể điều chỉnh lại thiết kế cho phù hợp và các sản phẩm sau khi hoàn thành có thể như hình 2.14. Hình 2.14. Động cơ Stirling làm từ vỏ lon, chai nhựa và các vật liệu đơn giản
72 2.4. Soạn thảo tiến trình dạy học một số bài của chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”có sử dụng các thí nghiệm thiết bị thí nghiệm đã xây dựng 2.4.1. Logic hình thành kiến thức trong chương Theo chương trình sách giáo khoa Vật lý lớp 10 ban cơ bản hiện nay, chương “Chất khí” có 4 bài: §28. Cấu tạo chất. Thuyết động học phân tử chất khí (1 tiết). §29. Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt (1 tiết). §30. Quá trình đẳng tích. Định luật Sác-lơ (1 tiết). §31. Phương trình trạng thía khí lí tưởng (2 tiết) Chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” gồm có 2 bài: §32. Nội năng và sự biến thiên nội năng (1 tiết). §33. Các nguyên lí của nhiệt động lực học (2 tiết). Logic hình thành các kiến thức mới trong chương này qua các hình 2.15, 2.16 và 2.17. Hình 2.15. Sơ đồ cấu trúc nội dung thuyết động học phân tử chất khí theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản.
73 Hình 2.16. Sơ đồ cấu trúc nội dung các định luật chất khí theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản Hình 2.17. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản Sau đây, tôi trình bày tiến trình dạy học một số bài cụ thể trong chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” với sự hỗ trợ của các thí nghiệm đã
74 xây dựng. Trong tiến trình dạy học này , học sinh được quan sát thí nghiệm để làm rõ kiến thức, quan sát thí nghiệm để gợi mở vấn đề cần nghiên cứu, quan sát thí nghiệm để vận dụng kiến thức đã học vào việc giải thích hiện tượng và đặc biệt học sinh được đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra những hệ quả được suy ra từ giả thuyết. Nhờ vậy, tính tích cực, sáng tạo của học sinh được phát triển. Giáo viên chỉ hướng dẫn, giúp đỡ học sinh khi học sinh gặp khó khăn. Những nội dung kiến thức và bài học được chọn để xây dựng tiến trình dạy học như sau: §28. Thuyết động học phân tử chất khí. §30. Quá trình đẳng tích. Định luật Sác-lơ. §33. Các nguyên lí của nhiệt động lực học. 2.4.2. Tiết 1: Thuyết động học phân tử chất khí a) Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thứ: (hình 2.18) b) Ý tưởng sư phạm khi soạn thảo bài học Trước tiên, ta nhớ lại Thuyết động học phân tử chất khí có nội dung sau: - Chất khí cấu tạo từ những hạt riêng rẽ, có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. - Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng; chuyển động càng nhanh khi nhiệt độ chất khí càng cao. - Khi chuyển động hỗn loạn, các phân tử khí va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình gây áp suất của chất khí lên thành bình. Chuyển động hỗn loạn của các phân tử lần đầu tiên được quan sát bởi nhà bác học Brao, khi ông quan sát chuyển động hỗn loạn không ngừng của các hạt phấn hoa qua kính hiển vi. Chuyển động này phản ánh gián tiếp chuyển động hỗn loạn không ngừng của các phân tử, đánh dấu một mốc lịch sử quan trọng: Thuyết động học phân tử bắt đầu được coi là một học thuyết khoa học. Khi phân tích các hiện tượng nhiệt, học sinh gặp một hình thức mới về chuyển động của vật chất, khác về nguyên tắc với chuyển động cơ học vĩ mô: chuyển động này không ngừng và hỗn loạn. Ở sách giáo khoa Vật lý 10, ban cơ bản,
75 chuyển động này được minh họa ở hình 28.5 (trang 153) nhưng hình này chỉ miêu tả hướng mà các phân tử sẽ chuyển động còn chuyển động thực như thế nào thì không rõ, điều này gây thắc mắc cho nhiều học sinh. Hình 2.18. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Việc cho học sinh quan sát chuyển động Brao không những giải đáp cho học sinh thắc mắc trên, mà còn làm rõ những đặc điểm của chuyển động Brao, và đặc biệt giới thiệu cho học sinh một mốc lịch sử quan trọng trong sự hình thành thuyết động học phân tử. Việc chuẩn bị thí nghiệm quan sát chuyển động Brao không mất nhiều thời gian, giáo viên chuẩn bị mẫu quan sát trước, trên lớp chỉ điều chỉnh kính
76 để có hình ảnh quan sát tốt nhất. Có thể chia học sinh thành các nhóm, mỗi nhóm cử một số đại diện lên quan sát và mô tả lại cho các bạn trong nhóm, đến phần củng cố cuối giờ, nếu các em có thể lên quan sát nếu muốn. Sau khi học sinh thảo luận về các đặc điểm của chuyển động Brao, giáo viên cần nhấn mạnh lại: Độ dời của hạt Brao sau những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau (hình 2.19). Nếu chiếu các độ dời này lên một trong các trục tọa độ, thí dụ trục x, lấy bình phương ( ) 2 x∆ của mỗi độ dời x∆ và tính giá trị trung bình của các bình phương độ dời ( ) 2 x∆ thì ta có: ( ) 2 x t∆  hay ( ) 2 ~x t∆ Tiếp theo, giáo viên ta rút ra kết luận mở rộng kiến thức cho học sinh: chuyển động của hạt Brao là hỗn loạn, các va chạm là ngẫu nhiên, nhưng dịch chuyển của các hạt tuân theo một định luật xác định. Sau đó, giáo viên biểu diễn thí nghiệm điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn để minh họa tính linh động và sự tồn tại của áp suất khí. Đây là thí nghiệm đơn giản được tạo từ chai nhựa, học sinh có thể tự mình chế tạo ở nhà. Áp suất chất khí phụ thuộc vào số phân tử khí va chạm vào thành bình, nghĩa là phụ thuộc gián tiếp vào vận tốc chuyển động của các phân tử khí. Vận tốc chuyển động của các phân tử khí phụ thuộc vào nhiệt độ của khối khí. Do đó, khi ta biểu diễn thí nghiệm minh họa sự phụ thuộc vận tốc chuyển động của chất khí vào nhiệt độ thì đó cũng chính là biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất khí vào nhiệt độ. Thí nghiệm này cũng tạo tiền đề cho học sinh suy luận đưa ra giả thuyết ở bài “Quá trình đẳng tích- định luật Sác-lơ”. c) Tiến trình dạy học: Hoạt động 1: Phát biểu nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí. Hoạt động của giáo viên Hoạt động học sinh Giáo viên tóm tắt lại những quan điểm cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí. Giáo viên giới thiệu ngắn gọn cho học Phát biểu nội dung cơ bản thuyết động học phân tử chất khí.
77 sinh lịch sử hình thành thuyết động học phân tử, với một mốc quan trọng là khi nhà bác học người Anh Brao (Brown) quan sát thấy chuyển động hỗn loạn không ngừng của các hạt phấn hoa qua kính hiển vi, phản ánh gián tiếp chuyển động hỗn loạn không ngừng của các phân tử thì thuyết động học phân tử mới bắt đầu được coi là một thuyết khoa học. Hình 25.8 trong sách giáo khoa Vật lý 10 ban cơ bản mô tả chuyển động hỗn loạn không ngừng theo mọi hướng. Hoạt động 2: Tìm hiểu chuyển động hỗn loạn của phân tử thông qua chuyển động Brao trong chất lỏng. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Giáo viên đặt vấn đề: Chuyển động hỗn loạn không ngừng là chuyển động như thế nào? Có những đặc điểm gì? Liệu nó có những đặc điểm giống những chuyển động đã học ở chương “Động học” hay không? Để trả lời cho câu hỏi trên, giáo viên cho học sinh quan sát thí nghiệm chuyển động Brao của các hạt lưu huỳnh trong dung dịch chất lỏng. Tiếp nhận vấn đề. Học sinh đại diện của các nhóm lên quan sát, sau đó miêu tả lại chuyển động cho các bạn trong nhóm.
78 Giáo viên mở rộng thêm cho học sinh: Ta đã biết rằng trong chuyển động đều, độ dời x tỉ lệ với thời gian t, nghĩa là x ∼ t, còn trong chuyển động biến đổi đều x ~ t2 . Thế nhưng, trong chuyển động Brao, độ dời của hạt Brao được mô tả bằng một định luật mới đối với học sinh do Anh-xtanh (Einstein…) và Xờ-mô-lu-kô-xki (Smolukovskij) tìm ra. Độ dời của hạt Brao sau những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau. + Chuyển động Brao là không ngừng theo thời gian và hỗn loạn về phương và độ lớn của độ dời. Học sinh lắng nghe.
79 Hình 2.19: Độ dời của hạt Brao trong những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau. Nếu chiếu các độ dời này lên một trong các trục tọa độ, thí dụ trục x, lấy bình phương ( ) 2 x∆ của mỗi độ dời x∆ và tính giá trị trung bình của các bình phương độ dời ( ) 2 x∆ thì theo định luật này ta có: ( ) 2 x t∆  hay ( ) 2 ~x t∆ Tiếp theo giáo viên rút ra kết luận: chuyển động của hạt Brao là hỗn loạn, các va chạm là ngẫu nhiên, nhưng dịch chuyển của các hạt tuân theo một định luật xác định. Giáo viên khái quát vấn đề: đối với chất khí chuyển động Brao cũng tương tự như vậy. Học sinh ghi nhận kiến thức.
80 Hoạt động 3: Chứng minh tính linh động của chất khí và sự tồn tại của áp suất khí. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Giáo viên biểu diễn thí nghiệm bình điều khiển rượu chảy ra của Hê-rôn. Vì sao khi rót nước vào bình (1) thì nước màu đỏ ở bình (2) lại chảy ra ngoài? Giáo viên bổ sung: Nước chảy ra làm thể tích chai tăng lên, áp suất giảm đi. Khi lượng nước màu đỏ chảy ra bằng lượng nước trắng rót vào phễu thì áp suất trong chai cân bằng với áp suất bên ngoài chai, nước ngừng chảy. Cũng bằng thí nghệm này, Hê-rôn đã khiến các nhà bác học thời trung cổ phải kinh ngạc. Ông làm thí nghiệm với hai bình gốm mà đường ống nối chúng thông với Học sinh quan sát thí nghiệm. Học sinh thảo luận và nêu ý kiến: + Khi rót nước vào bình (1), nước choán thể tích của không khí, do không khí có tính linh động nên di chuyển qua bình (2). + Số phân tử khí ở bình (2) tăng lên, áp suất tăng đẩy nước ở bình (2) ra ngoài
81 nhau được giấu dưới bàn. Rượu vang đỏ được đổ vào bình B. Khi rót nước vào bình A, ông đã “biến” nước thành rượu vang đỏ. Hoạt động 4: Minh họa sự chuyển động của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Giáo viên biểu diễn thí nghiệm: + Giới thiệu dụng cụ: − Xi-lanh có pít-tông bằng thủy tinh, trên pít-tông có áp kế khí loại 0,50.105 – 2,00.105 Pa. − Núm cao su dùng để bịt đầu dưới của xi-lanh. − 2 cốc đựng nước (0o C) và nước nóng (cỡ 80o C). + Tiến hành thí nghiệm: − Nới hãm vít phía sau xi-lanh cho khối khí chứa trong xi-lanh đến một vị trí nhất định sao cho áp kế chỉ giá trị 1,10.105 Pa. − Rót 60ml nước nóng (cỡ 80o C) vào cốc 1 và 60ml nước ở 0o C vào cốc 2. − Đặt xi-lanh vào cốc 1, quan sát số chỉ trên đồng hồ áp kế. Ta thấy số chỉ của áp kế tăng lên. − Sau số khi số chỉ trên đồng hồ áp kế ổn định thì lấy xi-lanh ra khỏi cốc 1 và đặt vào cốc 2, lúc này số chỉ trên áp kế Quan sát dụng cụ. Quan sát giáo viên biểu diễn thí nghiệm. Ghi nhận kết quả.
82 giảm xuống rất nhanh. Vì sao đặt xi-lanh vào cốc 1 số chỉ áp kế tăng? Vào cốc 2 số chỉ áp suất giảm? Học sinh thảo luận, và nêu ý kiến: Theo thuyết động học phân tử chất khí: + Khi ta đặt xi-lanh vào cốc 1, khí trong xi-lanh nóng lên, các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm với thành bình nhiều hơn, do đó áp suất tăng. + Lấy xi-lanh ra khỏi cốc 1 và đặt vào cốc 2, nhiệt độ của khối khí trong xi-lanh giảm, các phân tử khí chuyển động chậm lại, ít va chạm vào thành bình, do đó áp suất giảm. 2.4.3. Tiết 2: Quá trình đẳng tích . Định luật Sác-lơ. a) Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức: (hình 2.20) b) Ý tưởng sư phạm khi soạn thảo bài học Các giai đoạn của tiến trình dạy học sẽ được xây dựng theo con đường lí thuyết của kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề. - Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết: Giáo viên làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết bằng một thí nghiệm đơn giản: Lấy một quả trứng đã luộc chín và một bình hình cầu, rồi đặt câu hỏi cho học sinh: “Làm thế nào để quả trứng chui và bình mà không làm vỡ quả trứng?”. Sau đó giáo viên biểu diễn thí nghiệm cho học sinh xem, trong quá trình làm thí nghiệm giáo viên nhấn mạnh vấn đề cần giải quyết: khi đặt quả trứng lên bình ta đã cô lập khối khí trong bình (thể tích khí trong bình là không đổi), lúc này nhiệt độ khối khí thay đổi thế nào, và áp suất biến đổi ra sao mà có thể làm cho quả trứng chui tọt vào bình? - Phát biểu vấn đề cần giải quyết: Với một lượng khí có thể tích không đổi thì áp suất p và nhiệt độ T của khí có mối liên hệ với nhau như thế nào?
83 Hình 2.20. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức - Giải quyết vấn đề: Giải quyết vấn đề nhờ suy luận lí thuyết: Dựa vào thuyết động học phân tử chất khí, khi nhiệt độ khối khí giảm thì các phân tử chuyển động chậm lại, ít va chạm với thành bình, làm cho áp suất trong bình giảm. Ngược lại, nhiệt độ tăng, các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm với thành bình nhiều hơn, áp suất tăng. Từ đây có thể suy đoán, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ. - Kiểm nghiệm kết quả tìm được từ suy luận lí thuyết nhờ thí nghiệm. Ta có thể tiến hành kiểm nghiệm trực tiếp kết quả thu được từ suy luận lí thuyết:
84 + Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ thí nghiệm: khảo sát sự thay đổi áp suất của khối khí theo nhiệt độ của nó trong quá trình biến đổi đẳng tích. + Thực hiện thí nghiệm: Lập kế hoạch thí nghiệm, lắp ráp, bố trí và tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lí dữ liệu thí nghiệm để đi tới kết quả. + Rút ra kết luận + Đối chiếu kết quả thí nghiệm với kết quả đã rút ra từ suy luận lí thuyết. Có hai khả năng như sau: Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết thì kết quả này trở thành kiến thức mới. Nếu kết quả thí nghiệm không phù hợp với kết quả đã tìm được từ suy luận lý thuyết thì cần kiểm tra lại quá trình làm thí nghiệm và quá trình suy luận từ các kiến thức đã biết. Nếu quá trình thí nghiệm đã đảm bảo điều kiện mà thí nghiệm cần tuân thủ và quá trình suy luận không mắc sai lầm thì kết quả thí nghiệm đòi hỏi phải đề xuất giả thuyết. Quá trình kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết này sau đó sẽ dẫn tới kiến thức bổ sung, sửa đổi những kiến thức đã vận dụng lúc đầu làm tiền đề cho suy luận lí thuyết. Những kiến thức vận dụng lúc đầu này nhiều khi là trường hợp riêng, trường hợp giới hạn của kiến thức mới. Qua đó, phạm vi áp dụng các kiến thức đã vận dụng lúc đầu được chỉ ra. c) Tiến trình dạy học Hoạt động 1: Giáo viên làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết (làm việc chung cả lớp) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Lấy một quả trứng đã luộc chính và một bình hình cầu và đặt câu hỏi: Làm thế nào để quả trứng chui và bình mà không làm vỡ quả trứng? Đề xuất vấn đề cần giải quyết: Giáo viên biểu diễn thí nghiệm cho học sinh quan sát, trong quá trình tiến hành Học sinh thảo luận tìm giải pháp. Học sinh tiếp nhận vấn đề cần giải quyết.
85 thí nghiệm, giáo viên nhấn mạnh với học sinh khi đặt quả trứng lên miệng bình cầu, ta đã cô lập khối khí trong bình (thể tích khối khí không đổi). Vậy làm thế nào quả trứng có thể chui tọt vào trong bình? Hai thông số còn lại là áp suất và nhiệt độ sẽ thay đổi thế nào? Liệu giữa chúng có mối quan hệ nào không? Hoạt động 2: Học sinh phát biểu vấn đề cần giải quyết. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nêu yêu cầu: hãy phát biểu vấn đề cần giải quyết. Phát biểu vấn đề cần giải quyết: Với một lượng khí có thể tích không đổi thì áp suất p và nhiệt độ T của khí có mối liên hệ với nhau như thế nào? Hoạt động 3: Suy đoán giải pháp giải quyết vấn đề nhờ suy luận lí thuyết. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nêu câu hỏi gợi ý: Có thể trả lời câu hỏi trên nhờ vận dụng kiến thức đã biết không? Có thể vận dụng những kiến thức đã biết nào và vận dụng những kiến thức này như thế nào để trả lời câu hỏi? Gợi ý giải pháp tìm câu trả lời: Để trả lời cho vấn đề cần giải quyết, ta quay lại giải thích thí nghiệm đã biểu diễn. Vì sao quả trứng có thể chui tọt vào bình? Nghe câu hỏi để tìm câu trả lời. Có lực kéo quả trứng xuống bình. Học sinh thảo luận.
86 Vậy thì lực này được tạo ra như thế nào? Giáo viên tiếp tục gợi ý: khi đặt quả trứng lên miệng bình, thì nhiệt độ trong bình thay đổi như thế nào? Khi nhiệt độ giảm thì theo thuyết động học phân tử chất khí, vận tốc chuyển động của các phân tử khí sẽ thay đổi như thế nào? Điều này ảnh hưởng thế nào đến áp suất của khối khí? Nếu ta muốn lấy quả trứng ra khỏi bình thì phải làm thế nào? Vậy có thể kết luận gì về áp mối quan hệ giữa áp suất chất khí và nhiệt độ của nó trong quá trình đẳng tích? Khi đặt quả trứng lên miệng bình thì nhiệt độ khí của bình sẽ giảm, vì khi đó không còn ô-xi để diễn ra phản ứng cháy. Theo thuyết động học phân tử chất khí thì khi nhiệt độ giảm vận tốc phân tử sẽ giảm theo, số va chạm của phân tử lên thành bình giảm, áp suất khí giảm. Áp suất giảm tạo ra một lực hướng xuống dưới tác dụng lên quả trứng làm cho quả trứng chui tọt vào bình. Quay ngược bình lại, và đun cho khí nóng lên, với cách giải thích tương tự dựa vào thuyết động học phân tử, áp suất khí tăng lên, đẩy quả trứng ra khỏi bình. Theo suy luận ở trên, nhiệt độ giảm  áp suất giảm; nhiệt độ tăng  áp suất tăng. Vậy áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ. Hoạt động 4: Thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm để kiểm nghiệm kết quả nhờ suy luận lí thuyết. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Nêu câu hỏi thiết kế phương án thí nghiệm: Làm thế nào để kiểm nghiệm giả thuyết đã đề xuất bằng thí nghiệm? - Suy nghĩ, thảo luận và đề xuất (dựa theo thí nghiệm các em đã làm ở bài Định luật Bôi-lơ): + Đầu tiên, ta cần phải có một khối khí xác định.
87 - Hướng dẫn học sinh để xác định các dụng cụ và thiết kế được thí nghiệm. + Làm thế nào để có một khối khí xác định được nối vào một áp kế? + Khi đó, làm thế nào để thay đổi nhiệt độ của khối khí? + Như vậy làm thế nào xác định nhiệt độ của khối khí? + Như vậy, loại nhiệt kế chúng ta sử dụng phải có điều kiện gì? + Giới thiệu cho HS về nhiệt kế rượu: chất sử dụng để đo nhiệt độ là rượu, thay cho thủy ngân. - Yêu cầu HS mô tả đầy đủ thí nghiệm sẽ tiến hành. + Tiến hành biến đổi nhiệt độ của khối khí, nhưng không làm thay đổi thể tích, rồi khảo sát sự biến đổi của áp suất. + Để đo nhiệt độ, ta cần nhiệt kế. + Để đo áp suất, ta cần áp kế. - Lắng nghe và trả lời câu hỏi. + Có thể sử dụng bộ thí nghiệm định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, nhưng không dịch chuyển pít-tông để giữ nguyên thể tích khối khí. + Gặp khó khăn. Học sinh phải suy nghĩ và đề xuất: đặt khối khí đó vào trong bình nước nóng. + Do hiện tượng truyền nhiệt, khi đặt khối khí vào trong nước nóng, sau một thời gian ngắn, hiện tượng cân bằng nhiệt sẽ diễn ra, khi đó nhiệt độ của nước cũng có thể xem là nhiệt độ khối khí. + Nhiệt kế sử dụng phải có thang chia tới 100o C để đảm bảo khi đặt vào nước nóng không bị hỏng. - Mô tả thí nghiệm:
88 - Giao nhiệm vụ cho các nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm theo phương án đã đề xuất. Chia lớp làm hai nhóm, mỗi nhóm cử hai học sinh đại diện lên làm thí nghiệm, và ghi số liệu lên bảng. Các bạn còn lại ghi số liệu của nhóm mình vào phiếu học tập và xử lí số liệu. - Quan sát, giúp đỡ học sinh trong quá trình làm thí nghiệm. + Dụng cụ: Sử dụng bộ dụng cụ thí nghiệm Bôi- lơ-Ma-ri-ốt, Sác-lơ đối với chất khí gồm: xi-lanh có một đầu giữ kín và một pít-tông để thay đổi lượng khí trong xi-lanh, phía trên có áp kế đo áp suất của khối khí. Bình đun nước nóng siêu tốc. nhiệt kế rượu + Tiến hành: Cố định pít-tông để giữ cho thể tích khối khí không đổi. Đặt phần ống chứa khối khí vào trong bình nước. Đợi một lúc, dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước. Đọc giá trị áp suất tương ứng trên áp kế. Dùng nước sôi cho vào bình nước để thay đổi nhiệt độ của nước (cũng là thay đổi nhiệt độ của khí). Đợi một lúc để nhiệt kế ổn định, đọc nhiệt kế, áp suất và ghi giá trị tương ứng. Thực hiện vài lần, sử dụng số liệu để kiểm chứng. - Nhận nhiệm vụ và tiến hành thí nghiệm. Hoạt động 5: Thảo luận kết quả thí nghiệm. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Yêu cầu học sinh mỗi nhóm tính sai số tỉ đối của nhóm mình.
89 Yêu cầu đại diện nhóm báo cáo kết quả thí nghiệm. Thông báo với học sinh,nếu sai số tỉ đối của thí nghiệm < 5% thì có thể chấp nhận được. Nếu > 5% thì yêu cầu học sinh nêu ra nguyên sai số . Đại diện hai nhóm báo cáo kết quả thí nghiệm. Sai số mắc phải là đo không xác định chính xác nhiệt độ khối khí. Do ta xác định gián tiếp nhiệt độ bên trong khối khí thông qua nhiệt độ của nước. Thời gian giữa hai lần làm thí nghiệm, không đủ để khối khí cân bằng nhiệt với nhiệt độ nước bên ngoài. Hoạt động 6: Giáo viên tổng kết và củng cố kiến thức. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Tổng kết kiến thức: Nhà bác học Sác-lơ cũng đã tiến hành rất nhiều lần thí nghiệm và rút ra được luật: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Biểu thức: p/T = hằng số Lưu ý học sinh: Định luật Sác-lơ áp dụng cho khối khí có thể tích không đổi và nhất định (không xảy ra tương tác hóa học). Để củng cố kiến thức, giáo viên biểu diễn thí nghiệm đơn giản: làm cột nước dâng lên trong một bình kín cho học sinh quan sát và giải thích thí nghiệm vào Nghe giáo viên tổng kết kiến thức. Nghe thông báo của giáo viên. Quan sát thí nghiệm của giáo viên và làm việc trên phiếu học tập.
90 phiếu học tập. 2.4.4. Tiết 3-4-5: Các nguyên lý của nhiệt động lực học a) Ý tưởng sư phạm khi soạn thảo bài học Những ưu điểm của động cơ Stirling có thể ứng dụng trong dạy học - Về đặc điểm cấu tạo: Mô hình động cơ nhiệt được sử dụng trong dạy học Vật lý hiện nay là mô hình của động cơ đốt trong. Nhiệt lượng được nhận từ quá trình đốt cháy nhiên liệu bên trong máy nên không thể minh họa cụ thể quá trình này cho học sinh. Trong khi đó, động cơ Stirling với nguồn cung cấp nhiệt lượng bên ngoài sẽ khắc phục được nhược điểm trên. Học sinh sẽ phân biệt rõ trên động cơ Stirling: bộ nào là nguồn nóng, bộ nào là nguồn lạnh, và thấy rõ quá trình khí nhận nhiệt lượng từ nguồn nóng sinh công lên pít-tông rồi nhả nhiệt lượng cho nguồn lạnh. Không như những mô hình động cơ đốt trong chỉ dùng để giải thích nguyên lí hoạt động, học sinh có thể quan sát sự hoạt động của động cơ Stirling. Cụ thể, với loại động cơ Stirling dùng trong dạy học sử dụng nguồn nóng ở nhiệt độ thấp (cỡ nhiệt độ của tách trà nóng) thì thân xi-lanh có thể làm từ những vật liệu bằng nhựa trong suốt. Học sinh có thể quan sát pít-tông chuyển động bên trong xi-lanh giữa nguồn nóng và nguồn lạnh. - Về những ứng dụng trong dạy học: Thoạt nhìn, sự giải thích nguyên lý hoạt động của động cơ Stirling có vẻ đơn giản, nhưng khi đi sâu vào chi tiết, ta sẽ thấy xuất hiện nhiều vấn đề Vật lý ẩn chứa trong đó. Trong quá trình tìm hiểu nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling, học sinh sẽ gặp lại hai khái niệm nhiệt lượng (khí nhận nhiệt lượng QH) và nhiệt độ (nguồn nóng ở nhiệt độ TH, và nguồn lạnh ở nhiệt độ TC). Đây là hai khái niệm cơ bản của nhiệt học mà học sinh đã được học từ cấp trung học cơ sở, nhưng học sinh rất hay nhầm lẫn giữa hai khái nhiệm này nên qua việc giải thích nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling, ta cần phải nhấn mạnh sự khác nhau về ý nghĩa Vật lý giữa nhiệt lượng và nhiệt độ.
91 Quá trình nghiên cứu nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling sẽ nảy sinh một vấn đề: khi khối khí nhận nhiệt lượng từ nguồn nóng sẽ dãn nở và sinh công đẩy pít-tông đi lên. Vấn đề này sẽ dẫn dắt học sinh đến việc vận dụng những kiến thức ở phần cơ học để tính công mà khối khí thực hiện. Sau khi tìm hiểu về cách tính công, học sinh sẽ được giới thiệu về nội năng, nguyên lí I, nguyên lí II của nhiệt động lực học và hiệu suất của động cơ nhiệt, đây là những kiến thức trọng tâm của chương. Sau khi nghiên cứu những kiến thức Vật lý liên quan, học sinh sẽ vận dụng những kiến thức này để giải thích nguyên lí hoạt động của động cơ Striling nói riêng, và động cơ nhiệt nói chung. - Về phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh: Ưu điểm nổi bật của mô hình động cơ Stirling là có thể chế tạo từ những vật liệu đơn giản như chai nhựa, vỏ lon… Học sinh có thể tự mình chế tạo các mô hình động cơ Stirling loại pít-tông tự do từ đơn giản đến phức tạp qua sự hướng dẫn của giáo viên và mô hình mẫu mà các em được quan sát. Quá trình chế tạo động cơ sẽ giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo, rèn luyện kĩ năng làm việc nhóm, tìm kiếm kiến thức từ nhiều nguồn thông tin, tìm ra những giải pháp kĩ thuật để nâng cao hiệu suất của động cơ... Động cơ nhiệt nói chung, động cơ Stirling nói riêng là ứng dụng thực tế quan trọng của chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”, là cầu nối giữa lí thuyết và thực tế. Do vậy, khi mở đầu phần Nhiệt học, giáo viên giới thiệu cho học sinh về động cơ nhiệt; đến cuối chương “Chất khí”, giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh làm tiểu luận về tìm hiểu về động cơ Stirling theo các nội dung mà giáo viên hướng dẫn, và cho học sinh thuyết trình trước lớp. b) Tiến trình dạy học Hoạt động 1: Giới thiệu về động cơ Stirling, một ứng dụng thực tế của các nguyên lí Nhiệt động lực học. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Động cơ nhiệt là loại động cơ rất phổ biến trong đời sống của chúng ta, nó
92 hoạt động dựa trên nguyên lí biến nhiệt lượng thành công. Trong thực tế, chúng ta có thể tìm thấy động cơ nhiệt ở đâu? Có bao nhiêu loại động cơ nhiệt? Giáo viên gợi ý: Có hai loại động cơ nhiệt phổ biến là động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Động cơ đốt trong sử dụng sự đốt cháy nhiên liệu bên trong xi- lanh của động cơ, trong khi đó, động cơ đốt ngoài sử dụng nguồn nhiệt bên ngoài để đốt nóng tác nhân sinh công bên trong động cơ. Nguồn nhiệt này có được từ việc đốt cháy các loại nhiên liệu (xăng, dầu hỏa, than…), từ năng lượng Mặt trời, từ nhiệt sinh ra do phân hủy các chất hữu cơ… Giáo viên biểu diễn trước lớp hai mô hình động cơ Stirling, một động cơ hoạt động với nguồn nóng là cốc nước sôi và một động cơ hoạt động với nguồn nóng được đun trực tiếp từ đèn cồn. Theo các em, hai động cơ thuộc này loại nào? Vì sao? Giáo viên giới thiệu: Động cơ mà chúng ta vừa quan sát là động cơ Stirling, được phát minh bởi Robert Stirling vào cuối thế kỉ XIX. Động cơ Stirling thuộc loại động cơ đốt ngoài, tất cả các động cơ Trả lời tùy theo sự hiểu biết: xe máy, ô tô, tàu lửa, tàu thủy… Học sinh thảo luận với nhau. Quan sát hoạt động của hai loại động cơ này. Là động cơ đốt ngoài vì nguồn bộ phận đốt nóng (cốc nước sôi, đèn cồn) nằm ở bên ngoài động cơ.
93 Stirling hoạt động đều đòi hỏi sự chênh lệch nhiệt độ được tạo ra từ một vùng tiếp xúc với nguồn nóng và một vùng khác trên động cơ được làm mát. Hoạt động 2: Tìm hiểu cấu tạo của động cơ Stirling Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Theo các em, động cơ Stirling mà chúng ta vừa quan sát gồm những bộ phận chính nào? Giáo viên dựa vào mô hình động cơ Stirling bổ sung thêm: Động cơ Stirling, cũng như động cơ nhiệt, gồm có các bộ phận chính: nguồn nóng, nguồn lạnh; xi- lanh để chứa khí, pít-tông dùng để biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay (đối với động cơ Stirling thì pít-tông không khít chặt với xi lanh); bánh đà để truyền chuyển động ra bên ngoài. Giáo viên tiếp tục làm nảy sinh vấn đề để học sinh tiếp tục nghiên cứu: nguồn nóng và nguồn lạnh có tác dụng như thế nào, khối khí chứa trong xi-lanh có nhiệm vụ gì trong quá trình hoạt động của động cơ? Giáo viên trợ giúp: Khối khí bên trong xi-lanh động cơ là khối khí cô lập được pít-tông tự do di chuyển lên xuống giữa nguồn nóng ở nhiệt độ TH và nguồn lạnh Bộ phận đốt nóng (cốc nước sôi, đèn cồn), bánh đà (đĩa CD), tay quay, bộ phận chứa khí,… Học sinh thảo luận trả lời câu hỏi. + Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng. + Nguồn lạnh… Học sinh có thể gặp khó khăn, khi trả lời câu hỏi. Lắng nghe
94 ở nhiệt độ TC (TH > TC). Nguồn nóng ở nhiệt độ TH sẽ cung cấp nhiệt lượng cho khối khí bên trong xi-lanh sinh công đẩy pít-tông đi lên, do pít-tông tự do không khít với xi-lanh nên khí sẽ dồn về phía nguồn lạnh. Đây chúng ta gặp lại hai khái niệm quen thuộc nhiệt độ và nhiệt lượng. Vậy nhiệt độ khác nhiệt lượng ở điểm nào? Giáo viên nhấn mạnh lại với học sinh: Nhiệt lượng là năng lượng truyền từ vật này sang vật khác do sự thay đổi nhiệt độ theo các hướng, còn nhiệt độ đơn giản là sự mô tả trạng thái của vật chất nếu nó nóng hoặc lạnh. Học sinh có thể lúng túng khi phân biệt hai khái niệm này. + Nhiệt độ chỉ độ nóng lạnh. + Nhiệt lượng… Hoạt động 3: Tìm hiểu nội dung nguyên lý thứ I, nguyên lý II Nhiệt động lực học Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nguyên lý I Nhiệt động lực học có thể được giới thiệu bằng cách xem xét hai trường hợp. Trường hợp thứ nhất, nếu cung cấp nhiệt lượng cho một hệ với thể tích không đổi (không có thực hiện công), thì nội năng sẽ tăng lên như thế nào? Trường hợp thứ hai, khi khối khí dãn nở và đẩy pít-tông, nếu không cung cấp nhiệt lượng hoặc không có sự tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh, thì độ tăng nội năng của hệ đúng được tính như thế Nội năng sẽ tăng lên đúng bằng nhiệt lượng cung cấp U Q∆ = Độ tăng nội năng của hệ đúng bằng công mà hệ thực hiện U W∆ = .
95 nào? Giáo viên thông báo: Khi cả hai trường hợp được xem xét đồng thời, ta có U Q W∆ = + . Đây là biểu thức của nguyên lý I Nhiệt động lực học. Ta có thể phát biểu như sau: “Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được”. Qui ươc về dấu: Q > 0: vật nhận nhiệt lượng. Q < 0: vật truyền nhiệt lượng. W > 0: vật nhận công từ vật khác. W < 0: vật thực hiện công. Trong tự nhiên, có nhiều quá trình chỉ có thể tự xảy ra theo một chiều xác định mà không thể xảy ra theo chiều ngược lại mặc dù điều này không vi phạm nguyên lí I Nhiệt động lực học. Thông báo cho học sinh hai cách phát biểu nguyên lý II của Nhiệt động lực học theo cách phát biểu của Clau-đi-út và của Các-nô. Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C3, C4 sách giáo khoa. Lắng nghe. Thừa nhận nguyên lí II của Nhiệt động lực học theo cách phát biểu của Clau-đi- út và của Các-nô. C3. Không vi phạm nguyên lí I vì nhiệt độ ngoài trời cao hơn trong phòng, do đó nhiệt không thể tự truyền trong phòng ra ngoài trời mà phải nhờ máy điều hòa nhiệt độ. C4. Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công
96 cơ học mà chỉ chuyển hóa một phần, phần còn lại được truyền cho nguồn lạnh. Điều này giúp động cơ hoạt động liên tục và không vi phạm định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Hoạt động 4: Các nhóm học sinh thuyết trình về động cơ Stirling. - Nội dung thuyết trình (đã được giao cho học sinh chuẩn bị và làm việc nhóm ở cuối chương “Chất khí”) Bảng 2.1. Bảng nội dung của bài thuyết trình về động cơ Stirling 1. Cấu tạo a. Vẽ mô hình động cơ stirling + Vẽ bằng tay. + Vẽ trên máy tính (hình tĩnh hay hình động). + Có chú thích trên hình vẽ tức là chỉ rõ các bộ phận trong động cơ nhiệt. b. Giải thích vai trò của mỗi bộ phận trong động cơ stirling. 2. Phân loại + Liệt kê tên các loại động cơ Stirling. + Mô tả ngắn gọn từng loại động cơ Stirling. 3. Nguyên tắc hoạt động + Sơ đồ nguyên tắc hoạt động. + Giải thích nguyên tắc hoạt động ( trong nguyên tắc hoạt động nêu rõ ra gồm có mấy giai đoạn, dùng nguyên lí II Nhiệt động lực học để giải thích nguyên tắc hoạt động của động cơ ). 4. Hiệu suất của động cơ + Nêu ra công thức tính hiệu suất chung của các động cơ nhiệt. + Ý nghĩa của công thức. 5. Ứng dụng + Liệt kê các ứng dụng trong thực tế cuộc sống. + Chỉ rõ các ứng dụng đó ở đâu và để làm gì. 6. Ảnh hưởng từ khí thải của các loại động cơ nhiệt + Liệt kê các ảnh hưởng của khí thải từ động cơ. + Khi liệt kê có giải thích ngắn gọn và kèm theo hình ảnh minh hoạ.
97 Mỗi nhóm có 10 phút để trình bày bài thuyết trình của nhóm mình, và trả lời thắc mắc của các nhóm khác. Tiêu chí đánh giá nhóm được cho bởi bảng 2.2. - Các tiêu chí đánh giá nhóm Bảng 2.2. Tiêu chí đánh giá nhóm. Tiêu chí Xuất sắc Đáp ứng yêu cầu Không hoàn toán đáp ứng mong đợi Không đáp ứng được kì vọng tối thiểu Kế hoạch làm việc nhóm Có kế hoạch rõ ràng và tiến hành đúng như kế hoạch đã định. Có kế hoạch và sự phân công nhưng thỉnh thoảng tiến hành công việc không đúng như kế hoạch đã định. Có kế hoạch và sự phân công nhưng chưa hợp lí. Một số vấn đề chưa hoàn thành đúng như kế hoạch. Kế hoạch chưa rõ ràng hoặc không có kế hoạch. Một số vấn đề chưa hoàn thành. Thời gian làm việc nhóm Thời gian làm việc rõ ràng, phân bố cụ thể cho các buổi và biết tận dụng thời gian phân công. Có sự phân bố thời gian cho nhóm. Có sự phân bố thời gian nhưng đôi khi bị chậm trễ. Phân bố thời gian chưa hợp lí, thường xuyên chậm trễ, lãng phí thời gian. Sự hợp tác giữa các thành viên Các thành viên biết rõ nhiệm vụ của các nhân, tích cực hợp tác, giúp đỡ nhau, không có sự bất hòa trong nội bộ Các thành viên biết được nhiệm vụ cá nhân, đôi khi có bất hòa trong nhóm nhưng nhanh chóng được giải quyết. Kết quả Một số thành viên không biết rõ nhiệm vụ, đôi khi có bất hòa. Làm việc chưa thật sự hiệu quả. Đa số các thành viên trong nhóm không biết nhiệm của mình. Thiếu tích cực, thường xuyên bất hòa.
98 nhóm. Nhóm làm việc hiệu quả. làm việc nhóm tốt. Bài báo cáo nhóm Bài báo cáo được đánh máy rõ ràng, trình bày đẹp, không có lỗi chính tả, nội dung chính xác và phong phú, có tiêu đề, phụ đề, tài liệu tham khảo. Bài báo cáo được trình bày rõ ràng, nội dung chuẩn xác, nhưng còn thiếu sót một vài điểm. Bài báo cáo trình bài chưa hợp lí, nội dung chưa đầy đủ. Bài báo cáo trình bày cẩu thả, thiếu thông tin. Trình bày Khả năng trình bày lưu loát. Nội dung báo cáo rõ ràng, các thành viên đều có khả năng báo cáo. Nội dung báo cáo rõ ràng nhưng trình bày chưa trôi chảy. Nội dung báo cáo chưa đầy đủ, báo cáo viên trình bày còn lúng túng. Chưa chuẩn bị tốt nội dung báo cáo, trình bày sơ sài, chưa hoàn thiện. Giải đáp thắc mắc Giải đáp các thắc mắc rõ ràng, thuyết phục người nghe. Giải đáp rõ ràng, thuyết phục. Nhưng một số câu hỏi của nhóm khác vẫn chưa trả lời được. Chưa biết vận dụng kiến thức để trả lời một cách lôgic và thuyết phục, nhiều thắc mắc chưa giải quyết được. Giải đáp sơ sài, thiếu thuyết phục hoặc sai. Không trả lời được những thắc mắc của nhóm khác.
99 2.4.5. Kết luận Trên cở sở nghiên cứu mức độ nội dung các kiến thức, kĩ năng trong chương “Nhiệt học” và “Cơ sở nhiệt động lực học” mà học sinh cần phải đạt được, lưu ý đến các kết quả thu được qua việc tìm hiểu tình hình dạy học hai chương này ở trường phổ thông, đặc biệt là những khó khăn, sai lầm của học sinh, tôi đã xây dựng các thí nghiệm để hỗ trợ quá trình dạy học như sau: - Các thí nghiệm minh họa, củng cố cho những nội dung kiến thức thuyết động học phân tử chất khí. - Thí nghiệm đơn giản tạo tình huống có vấn đề để xây dựng định luật Sác-lơ, thí nghiệm đơn giản để học sinh vận dụng kiến thức giải thích hiện tượng Vật lý. - Cải tiến và hoàn thiện thí nghiệm kiểm chứng định luật Sác-lơ và định luật Gay Luy-xắc. - Xây dựng mô hình động cơ Stirling, một loại động cơ nhiệt, từ các vật liệu đơn giản như vỏ lon, chai nhựa… - Việc sử dụng phối hợp các thí nghiệm được cụ thể hóa qua dự kiến chi tiết tiến trình dạy học các kiến thức của từng bài. Tiến trình dạy học này đòi hỏi học sinh phải vận dụng các kiến thức đã học để giải thích các hiện tượng Vật lý được minh họa qua các thí nghiệm đơn giản, hoặc đòi hỏi học sinh phải đề xuất giả thuyết và đề xuất các phương án thí nghiệm kiểm tra trực tiếp giả thuyết hay hệ quả được suy ra từ giả thuyết. Nhờ vậy, tính tích cực, sáng tạo của học sinh được phát triển. Giáo viên chỉ hướng dẫn, giúp đỡ học sinh, và mở rộng kiến thức khi cần thiết.
100 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đích, đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài: Nếu xây dựng (chế tạo và hoàn thiện) được một số thí nghiệm đáp ứng các yêu cầu về mặt sư phạm và sử dụng các thí nghiệm một cách hợp lí vào quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” thì có thể nâng cao hiệu quả của việc dạy học. Để đạt được mục đích đó, thực nghiệm sư phạm có những nhiệm vụ sau đây: - Đánh giá tính khả thi của thiết bị thí nghiệm đã xây dựng và tính khả thi của thí nghiệm được tiến hành với các thiết bị thí nghiệm đó. - Đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học của các bài học đã soạn thảo. - Sơ bộ đánh giá hiệu quả của các thiết bị thí nghiệm đã xây dựng và tiến trình dạy học đã soạn thảo đối với việc nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh. 3.1.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm Đối tượng thực nghiệm sư phạm là học sinh lớp 10 ở trường Trung học Thực hành – trường ĐHSP TP. Hồ Chí Minh. - Nhóm thực nghiệm: Lớp 10D2 được dạy học với sự hỗ trợ của các thí nghiệm đã xây dựng (chế tạo và hòa thiện) ở chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”. - Nhóm đối chứng: Lớp 10D1 được dạy học theo phương pháp truyền thống và không có sử dụng thí nghiệm ở chương “Chất khí” và chương “Cơ sở của nhiệt động lực học”. Tôi chọn thực nghiệm hai lớp này vì trước khi thực nghiệm, qua trao đổi với giáo viên chủ nghiệm và giáo viên bộ môn Vật lý, sức học và kết quả học tập môn Vật lý của hai lớp này trong học kì I là khá đều nhau. 3.1.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm Việc thực nghiệm sư phạm được tiến hành ở học kì II năm học 2011 – 2012 ở trường Trung học Thực hành – trường ĐHSP TP. Hồ Chí Minh, với hình thức
101 thực nghiệm sư phạm song song, trong đó có một lớp thực nghiệm và một lớp đối chứng. Ngoài những giờ dạy thực nghiệm, tôi đều tham gia dự giờ tiết dạy của giáo viên lớp đối chứng và các giáo viên trong tổ bộ môn, quan sát, ghi chép mọi hoạt động của giáo viên và học sinh trong từng tiết học, thường xuyên trao đổi với giáo viên trong tổ để rút kinh nghiệm, trao đổi với học sinh để kiểm tra thêm những nhận định của mình. Trước mỗi tiết dạy thực nghiệm, tôi đều chuẩn bị kĩ các thiết bị thí nghiệm, các mô hình cần thiết của tiến trình dạy học đã soạn thảo. Ở lớp thực nghiệm, các bài học diễn ra theo đúng tiến trình dạy học đã soạn thảo. Tôi chú ý bao quát, theo dõi các cử chỉ và phản ứng của học sinh, ước lượng số học sinh tham gia phát biểu xây dựng bài học, qua các phát biểu của học sinh nắm bắt suy nghĩ, rút ra những khó khăn và sai lầm mà học sinh mắc phải. Sau tiết giảng thực nghiệm, tôi rút kinh nghiệm, chỉ ra những điều chưa phù hợp của tiến trình đã soạn thảo, bổ sung, sửa đổi những điều cần thiết. Trong quá trình thực nghiệm sư phạm, tôi phỏng vấn, trao đổi và trò chuyện với học sinh hoặc tiến hành điều tra nhỏ sau mỗi tiết học bằng cách phát phiếu học tập ở đầu giờ học và thu lại ở cuối giờ để đánh giá chất lượng kiến thức của tiết học. Cuối đợt thực nghiệm sư phạm, tôi tổ chức kiểm tra cùng một đề ở cả hai lớp thực nghiệm và đối chứng. Sau khi đã thu thập đầy đủ số liệu, tôi xử lí, phân tích, đánh giá kết quả của các bài bằng phương pháp thống kê mô tả và thống kê kiểm định. 3.1.4. Công tác chuẩn bị cho thực nghiệm sư phạm Tìm hiểu thực tế dạy học ở trường thực nghiệm về các mặt: - Phương pháp giảng dạy chủ yếu của giáo viên Vật lý. - Kết quả học tập của học sinh ở lớp thực nghiệm và đối chứng qua điểm trung bình Vật lý của học sinh ở học kì I năm học 2011 – 2012. - Phòng thí nghiệm Vật lý và các thiết bị thí nghiệm mà nhà trường được trang bị.
102 - Chuẩn bị các phiếu học tập và bài kiểm tra khảo sát đánh giá sau thực nghiệm sư phạm. - Trước khi thực nghiệm sư phạm, tôi gặp gỡ, trao đổi, thống nhất kế hoạch với ban Giám hiệu nhà trường và giáo viên tổ bộ môn Vật lý. - Xây dựng các bài thí nghiệm và soạn thảo tiến trình các bài học của chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” ở lớp 10 ban cơ bản. 3.2. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 3.2.1. Các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm Tôi đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm qua các tiêu chí: - Tính khả thi: Tính khả thi của các thiết bị thí nghiệm và các bài thí nghiệm đã xây dựng được đánh giá thông qua khả năng đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và về mặt sư phạm. Tính khả thi của tiến trình dạy học đã soạn thảo được đánh giá qua các mặt: + Tiến trình dạy học đã soạn thảo có phù hợp với khả năng tiếp thu của các đối tượng học sinh không? + Việc thực hiện giáo án có đảm bảo thời gian và có đạt được mục tiêu của bài học không? - Tính hiệu quả: Việc chuẩn bị thiết bị thí nghiệm có diễn ra thuận lợi? Việc tiến hành thí nghiệm của giáo viên và học sinh có nhanh chóng thu được kết quả thí nghiệm chính xác? Hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” được đánh giá qua các mặt: + Số học sinh tham gia trả lời các câu hỏi mà giáo viên đặt ra và chất lượng câu trả lời của học sinh. + Số học sinh tham gia đề xuất phương án thí nghiệm. + Việc sử dụng ngôn ngữ Vật lý của học sinh. + Chất lượng kiến thức của học sinh được đánh giá qua điểm bài kiểm tra 15 phút và bài kiểm tra 1 tiết, khả năng vận dụng kiến thức đã học vào giải các bài tập, giải thích các hiện tượng trong thực tế.
103 3.2.2. Phân tích diễn biến của các giờ học trong thực nghiệm sư phạm a) Tiết 1: Cấu tạo chất. thuyết động học phân tử chất khí Học sinh được nhắc lại về thuyết cấu tạo chất đã học ở lớp 8, học sinh được yêu cầu giải thích câu hỏi C1, C2 để làm rõ nội dung “lực tương tác phân tử” C1: Tại sao cho hai thỏi chì có mặt đáy phẳng đã được mài nhẵn tiếp xúc với nhau thì chúng hút nhau? Tại sao hai mặt không được mài nhẵn thì lại không hút nhau? C2: Tại sao có thể sản xuất thuốc viên bằng cách nghiền nhỏ dược phẩm cho vào khuôn nén mạnh? Nếu bẻ đôi viên thuốc rồi dùng tay ép sát hai mảnh lại thì hai mảnh không thể dính liền với nhau? Khoảng 60% học sinh đều đưa ra ý kiến ở câu hỏi C1: hai thỏi chì mài thật nhẵn tiếp xúc nhau thì khoảng cách giữa các phân tử là nhỏ, lực hút chiếm ưu thế. Điều này không xảy ra nếu mặt tiếp xúc không mài nhẵn. Và các em giải thích tương tự với câu C2. Tất cả các em đều rút ra được từ hai câu hỏi trên là giữa các phân tử có lực hút và lực này chỉ đáng kể khi các phân tử ở rất gần nhau. Học sinh được yêu cầu lấy ví dụ về lực đẩy. khoảng 40% học sinh tham gia phát biểu ý kiến và nêu được ví dụ: có thể nén khí, nhưng không thể nén chất lỏng, chất rắn… Sau khi được thông báo về thuyết động học phân tử chất khí, một số học sinh đặt câu hỏi: chuyển động hỗn loạn là chuyển động như thế nào? Nó có đặc điểm gì? Để trả lời câu hỏi này, giáo viên giới thiệu ngắn gọn cho học sinh lịch sử hình thành thuyết động học phân tử, với một mốc quan trọng là khi nhà bác học người Anh Brao (Brown) quan sát thấy chuyển động hỗn loạn không ngừng của các hạt phấn hoa qua kính hiển vi, phản ánh gián tiếp chuyển động hỗn loạn không ngừng của các phân tử thì Thuyết động học phân tử mới bắt đầu được coi là một thuyết khoa học. Sau đó giáo viên cho học sinh quan sát thí nghiệm chuyển động Brao của các hạt lưu huỳnh trong dung dịch chất lỏng. Học sinh đại diện của các nhóm lên quan sát, sau đó miêu tả lại chuyển động cho các bạn trong nhóm. Sau đó đến cuối giờ, đến phần củng cố, các bạn còn lại sẽ lần lượt lên xem. Sau khi quan sát các em đều
104 có nhận xét: Chuyển động Brao là không ngừng theo thời gian và hỗn loạn về phương và độ lớn của độ dời. Giáo viên mở rộng thêm cho học sinh: Ta đã biết rằng trong chuyển động đều độ dời x tỉ lệ với thời gian t, nghĩa là x ∼ t, còn trong chuyển động biến đổi đều x ~ t2 . Thế nhưng, trong chuyển động Brao, độ dời của hạt Brao được mô tả bằng một định luật mới đối với học sinh do Anh-xtanh và Xờ-mô-lu-kô- xki tìm ra. Có thể trình bày định luật này trong bài học với dung lượng như sau: Độ dời của hạt Brao sau những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau. Nếu chiếu các độ dời này lên một trong các trục tọa độ, thí dụ trục x, lấy bình phương ( ) 2 x∆ của mỗi độ dời x∆ và tính giá trị trung bình của các bình phương độ dời ( ) 2 x∆ thì theo định luật này ta có: ( ) 2 x t∆  hay ( ) 2 ~x t∆ Tiếp theo ta rút ra kết luận: chuyển động của hạt Brao là hỗn loạn, các va chạm là ngẫu nhiên, nhưng dịch chuyển của các hạt tuân theo một định luật xác định. Giáo viên khái quát vấn đề: đối với chất khí chuyển động Brao cũng tương tự như vậy. Chất khí có tính linh động hơn, và khi va chạm vào thành bình tạo nên áp suất. Học sinh quan sát thí nghiệm bình điều khiển rượu chảy ra của Hê-rôn và trả lời câu hỏi vì sao khi rót nước vào bình (1) thì nước màu đỏ ở bình (2) lại chảy ra ngoài? Học sinh ở các nhóm tham gia tranh luận sôi nổi, đa số các em đều giải thích được là khi rót nước vào bình (1) nước choán thể tích của không khí, do không khí có tính linh động nên di chuyển qua bình (2) và tạo áp suất đẩy nước ở bình (2) ra ngoài. Sau cùng học sinh xem thí nghiệm minh họa sự phụ thuộc vận tốc của các phân tử vào nhiệt độ. Cho xi-lanh đầu có áp kế vào hai cốc nước nóng và nước lạnh cho học sinh quan sát, sau đó thảo luận trả lời câu hỏi vì sao khi đưa xi-lanh vào cốc nước nóng thì số chỉ áp kế lại tăng lên? Còn khi đưa vào cốc nước lạnh thì số chỉ áp kế lại giảm? Học sinh thảo luận nhóm, khoảng 70% học sinh có vận dụng Thuyết động học phân tử đề trả lời câu hỏi: khi cho vào cốc nước nóng thì nhiệt độ của khối
105 khí trong xi-lanh tăng, các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm với thành bình nhiều hơn làm áp suất tăng lên; trường hợp để vào cốc nước lạnh thì nhiệt độ giảm, vận tốc chuyển động của các phân tử khí giảm, ít va chạm với thành bình làm áp suất giảm. b) Tiết 2: Quá trình đẳng tích. Định luật Sác-lơ. Ở bài này học sinh làm việc trên phiếu học tập (phụ lục 1). Bài học được mở đầu bằng thí nghiệm đơn giản cho làm cho quả trứng đã luộc chín chui tọt vào bình thủy tinh để tạo hình huống có vấn đề cho học sinh đồng thời tạo điều kiện cho học sinh nêu vấn đề cần giải quyết. Sau khi phân tích thí nghiệm để làm nổi bật lên vấn đề cần giải quyết, học sinh dựa vào Thuyết động học phân tử chất khí để đưa ra giả thuyết, và đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết. Trong quá trình thảo luận, có nhóm đã đề nghị phương án thí nghiệm trong sách giáo khoa, các nhóm còn lại đều thấy rằng phương án đó là không khả thi, vì trong quá trình đun nước sôi nhiệt độ tăng rất nhanh, rất khó đọc giá trị áp kế. Một học sinh nhóm khác đề xuất dùng nước sôi đổ vào từ từ nước lạnh để thay đổi nhiệt độ. Giáo viên hiện thực hóa ý tưởng này bằng bộ dụng cụ đã chuẩn bị sẵn. Cho hai học sinh xung phong lên làm thí nghiệm, rồi ghi số liệu lên bảng cho cả lớp cùng xử lý. Sau đó cho hai bạn khác lên thực hiện lại. Lần thứ nhất sai số tỉ đối là 3,7%, lần thứ hai sai số tỉ đối là 3,6%. Giáo viên tổng hợp kết quả và rút ra định luật. Để củng cố kiến thức, giáo viên biểu diễn thí nghiệm làm cho nước dâng lên trong bình kín để học sinh giả thích trong phiếu học tập. Kết quả cho thấy 84% học sinh giải thích đúng hiện tượng, 16% học sinh giải thích chưa rõ ràng do dùng ngôn ngữ không chính xác. c) Tiết 3,4, 5: Các nguyên lý của nhiệt động lực học Học sinh được giao việc về nhà tìm hiểu về động cơ Stirling ở bài học trước. Bài học được mở đầu với sự giới thiệu tổng quát về động cơ nhiệt. Sau đó, giáo viên biểu diễn trước lớp hai động cơ Stirling, gồm một động cơ hoạt động với nguồn nóng là cốc nước sôi và một động cơ hoạt động với nguồn nóng được đun
106 trực tiếp từ đèn cồn, giáo viên chỉ rõ các bộ phận chính của động cơ Stirling. Từ đó, giáo viên đặt ra cho học sinh vấn đề: “Với cấu tạo đơn giản như trên, động cơ Striling hoạt động bằng cách nào?”. Sau đó, giới thiệu các khái niệm Vật lý mà học sinh sẽ được học từ động cơ Stirling. Các khái niệm Vật lý như: động cơ nhiệt, công, nội năng, hiệu suất… được giải thích rõ ràng thông qua các slide trình chiếu của Powerpoint, sử dụng nhiều hình ảnh giúp học sinh dễ dàng hiểu được các khái niệm Vật lý. Ứng với mỗi khái niệm, học sinh trả lời ít nhất một câu hỏi để làm rõ ý nghĩa Vật lý. Ví dụ, học sinh sẽ được xem một loạt các giản đồ p – V và phải xác định giản đồ nào ứng với quá trình biến đổi sinh công nhiều nhất. Để củng cố lại kiến thức, học sinh thuyết trình trước lớp những nội dung đã tìm hiểu ở nhà về động cơ Stirling. Mỗi nhóm cử đại diện lên thuyết trình, sau đó trả lời câu hỏi mà các nhóm khác nêu ra. Buổi thuyết trình diễn ra rất sôi nổi, các nhóm đều chuẩn bị rất tốt phần thuyết trình của mình. 3.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm Xử lí kết quả học tập nhằm so sánh hiệu quả của phương pháp dạy học có sự hỗ trợ của các thí nghiệm đã xây dựng với phương pháp dạy học truyền thống không có sử dụng thí nghiệm ở chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” . 3.3.1. Xử lí kết quả học tập của học sinh lớp thực nghiệm Để đánh giá kết quả học tập lớp thực nghiệm, ngoài việc quan sát mức độ tham gia xây dựng bài học của học sinh trong mỗi tiết thực nghiệm, tôi còn đánh giá thông qua bài kiểm tra quá trình (kiểm tra 15 phút) và bài kiểm tra cuối hai chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” kiểm tra 1 tiết (phụ lục 2). Tiếp theo, tôi xử lí số liệu kết quả học tập của học sinh lớp thực nghiệm nhằm so sánh tương quan giữa hai hình thức đánh giá. Kết quả đánh giá điểm quá trình và điểm kiểm tra cho bởi bảng 3.1.
107 Bảng 3.1. Bảng thống kê điểm kiểm tra quá trình (kiểm tra 15 phút) và điểm kiểm tra 1 tiết của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm. Điểm Tần số Kiểm tra 15 phút Kiểm tra 1 tiết Lớp 10D1 Lớp 10D2 Lớp 10D1 Lớp 10D2 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 1 0 0 0 4 5 0 3 0 5 5 1 1 0 6 6 5 6 4 7 5 11 12 9 8 5 8 5 10 9 1 2 1 4 10 0 1 0 1 Bảng 3.2. Bảng phân bố tần suất của lớp thực nghiệm Điểm Số % học sinh đạt điểm xi 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 phút 0 0 0 0 0 3,6 17,9 39,3 28,6 7,1 3,6 1 tiết 0 0 0 0 0 0 14,3 32,1 35,7 14,3 3,6
108 Hình 3.1. Biểu đồ phân bố tần suất kết quả học tập của lớp thực nghiệm Dựa vào biểu đồ phân bố tuần suất kết quả học tập của lớp thực nghiệm, ta thấy đường biểu diễn tần suất điểm quá trình (kiểm tra 15 phút) lệch về phía điểm cao, xung quanh điểm 7 và 8. Còn đường biểu diễn phân bố tần suất của điểm kiểm tra 1 tiết lệch về phía điểm cao xung quanh điểm 8. Kết quả này chứng tỏ cách đánh giá quá trình học tập chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” là chấp nhận được. Bảng 3.3. Bảng phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập lớp thực nghiệm Điểm Số % học sinh đạt điểm xi trở xuống 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 phút 0 0 0 0 0 3,6 21,4 60,7 89,3 96,4 100,0 1 tiết 0 0 0 0 0 0 14,3 46,4 82,1 96,4 100,0 Dựa vào biểu đồ phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập của lớp thực nghiệm (trục tung chỉ số % học sinh đạt từ điểm xi trở xuống, trục hoành chỉ điểm số), ta thấy đường tích lũy điểm kiểm tra 1 tiết nằm bên phải và phía dưới đường tích lũy điểm quá trình. Điều này chứng tỏ học sinh có sự tiến bộ trong quá trình học tập thể hiện qua việc nâng cao điểm số ở bài kiểm tra 1 tiết.
109 Hình 3.2. Biểu đồ phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập của lớp thực nghiệm 3.3.2. Xử lí kết quả học tập của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng a) Kết quả: Kết quả được thể hiện qua các bảng 3.5, bảng 3.6 và các biểu đồ hình3.3, hình 3.4. Bảng 3.4. Bảng phân bố tần suất kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm Điểm Tổng số Số % học sinh đạt điểm xi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thực nghiệm 28 0 0 0 0 0 14,3 32,1 35,7 14,3 3,6 Đối chứng 28 0 0 0 10,7 3,6 21,4 42,9 17,9 3,6 0 Bảng 3.5. Bảng phân bố tần suất tích lũy kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng. Điểm Tổng số Số % học sinh đạt điểm xi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thực nghiệm 28 0 0 0 0 0 14,3 46,4 82,1 96,4 100,0 Đối chứng 28 0 0 0 10,7 14,3 35,7 78,6 96,4 100,0 100,0
110 Hình 3.3. Biểu đồ phân bố tần suất kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng Hình 3.4. Biểu đồ phân bố tần suất tích lũy kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng b) Nhận xét: Từ biểu đồ phân bố tần suất kết quả kiểm tra 1 tiết giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng, ta thấy đường biểu diễn tần suất của lớp đối chứng có điểm cao dao động xung quanh điểm 7, còn ở lớp thực nghiệm thì đường biểu diễn tần xuất lệch về phía điểm cao xung quanh điểm 8.
111 Đường phân bố tần suất tích lũy của lớp thực nghiệm nằm bên phải và phía dưới đường phân bố tần suất tích lũy của lớp đối chứng, điều đó chứng tỏ học sinh lớp thực nghiệm làm bài kiểm tra 1 tiết tốt hơn. Ta thấy, lớp đối chứng có 10.4% học sinh có điểm kiểm tra từ 4 điểm trở xuống và có 14.3% học sinh có điểm dưới trung bình (điểm < 5) còn ở lớp thực nghiệm không có học sinh nào có điểm dưới trung bình. Nhưng vậy việc tổ chức tiến trình dạy học chương “Chất khí” và “ Cơ sở của nhiệt động lực học” với sự hỗ trợ của các thí nghiệm đã xây dựng đem lại hiệu quả ban đầu trong việc nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh. c) Xử lý số liệu: Để đơn giản hóa, khi tính toán điểm trung bình và độ lệch chuẩn, tôi đã sử dụng phần mềm SPSS để xử lí các số liệu thực nghiệm, và nhận xét kết quả nhận được được trình bày ở bảng 3.6 Bảng 3.6. Bảng kết quả điểm trung binh và độ lệch chuẩn được xử lí từ phần mềm SPSS Statistics kiemtra1tiet10D1 N Valid 28 Missing 0 Mean 6,64 Std. Deviation 1,254 Statistics kiemtra1tiet10D2 N Valid 28 Missing 0 Mean 7,61 Std. Deviation 1,031 Với Mean: là điểm trung bình Std. Deviation: là độ lệch chuẩn
112 Trong thống kê, độ lệch chuẩn xác định mức độ ổn định của số liệu thống kê xoay quanh giá trị trung bình. Giá trị của độ lệch chuẩn càng thấp thì mức độ ổn định của số liệu càng lớn, dao động quanh giá trị trung bình càng nhỏ. Giá trị độ lệch chuẩn càng cao thì mức độ ổn định của số liệu càng nhỏ, dao động quanh giá trị trung bình càng lớn. Dựa vào những tham số thống kê thu được ta thấy điểm trung bình cộng của học sinh lớp thực nghiệm (7,61) cao hơn ở lớp đối chứng (6,64). Độ lệch chuẩn của lớp thực nghiệm (1,031) nhỏ hơn lớp đối chứng (1,254), điều này chứng tỏ mức độ phân tán là nhỏ. Nói cách khác, nó cho thấy lớp thực nghiệm học đều và ổn định hơn lớp đối chứng. d) Kiểm định giả thuyết thống kê – Kiểm định Mann-Whitney hai mẫu độc lập. Sự khác nhau về kết quả giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng có ý nghĩa không ? Có phải thực sự phương pháp dạy mới tốt hơn phương pháp dạy cũ hay chỉ do ngẫu nhiên mà có? Nếu áp dụng phương pháp dạy mới rộng rãi thì kết quả có tốt hơn phương pháp dạy cũ không? Để kiểm tra kết luận chắc chắn hay do ngẫu nhiên, may rủi, ta tiến hành kiểm định kết quả này theo phương pháp kiểm định giả thuyết thống kê. Ở đây, ta sử dụng phép kiểm định Mann- Whitney hai mẫu độc lập. Kiểm định Mann-Whitney là phép kiểm định phổ biến nhất để kiểm định giả thuyết về sự bằng nhau của trung bình hai mẫu độc lập. Kiểm định Mann-Whitney không yêu cầu các giả định về hình dạng của phân bố đang xem xét. Vì điểm số của học sinh là một mẫu ngẫu nhiên, các giá trị có thể xếp thứ tự và không có dạng phân phối chuẩn nên trong trường hợp này, ta dùng kiểm định Mann-Whitney để kiểm định sự khác nhau giũa hai điểm trung bình cộng của hai lớp thực nghiệm và đối chứng. Cách thực hiện như sau: - Giả thuyết thống kê “H0 đưa ra: Sự khác nhau giữa điểm trung bình của lớp đối chứng và thực nghiệm là không có ý nghĩa”. - Cách thực hiện kiểm định Mann-Whitney trong SPSS phiên bản 18: Analyze > Nonparametric Tests > Legacy Dialogs > 2 Independent Samples
113 Vào hộp thoại Two-Independent-Samples Tets, đánh dấu chọn vào ô Mann- Whitney U. Nhấp chuyển “diem1tiet” vào ô Test Variable List. Nhấp chuyển “lop” vào ô Grouping Variable, nhấn nút định nghĩa nhóp (Define Groups) với Group 1: 1; Group 2: 2. Nhấn Continue, nhấn OK. Hình 3.5. Giao diện trong phần mềm SPSS
114 - Kết quả xuất ra như bảng 3.7: Bảng 3.7. Bảng kết quả kiểm định Mann-Whitney hai mẫu độc lập được xử lí từ phần mềm SPSS + Đơn vị lệch chuẩn (Z-score) = -2,782 + Mức ý nghĩa quan sát (2 đuôi) [Asymp. Sig. (2tails)] = 0,005 Vì mức ý nghĩa quan sát của kiểm định này (0,005) là khá nhỏ (và nhỏ hơn 5%) nên giả thuyết hai điểm trung bình cộng của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm bằng nhau bị bác bỏ, và như vậy sự khác biệt giữa hai điểm trung bình cộng này là có ý nghĩa. e) Nhận xét Từ những kết quả đánh giá sơ bộ ở trên, ta có những nhận xét sau: - Học sinh lớp thực nghiệm ngày càng tiến bộ trong việc giải thích hiện tượng phát biểu dự đoán và đề xuất các phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán. Ở bài thuyết trình, học sinh đã sử dụng từ ngữ chính xác hơn trong việc mô tả, giải thích nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling. - Các thí nghiệm đã xây dựng tạo điều kiện cho giáo viên tổ chức, hướng dẫn học sinh tích cực tham gia vào quá trình xây dựng kiến thức: đưa học sinh vào tình huống có vấn đề, hỗ trợ học sinh đề xuất được dự đoán có căn cứ, tạo điều kiện cho
115 học sinh đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán hoặc kiểm tra hệ quả của dự đoán, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức gải thích các hiện tượng Vật lý được tạo ra từ những thí nghiệm đơn giản, tạo điều kiện cho học sinh làm việc nhóm để nghiên cứu ứng dụng Vật lý trong đời sống, động cơ Stirling. Trên cơ sở phân tích, nhận xét, đánh giá trong và sau quá trình thực nghiệm sư phạm, tôi có thể nhận định: Việc xây dựng các thí nghiệm đáp ứng về mặt khoa học – kĩ thuật và về mặt sư phạm và sử dụng chúng hỗ trợ tiến trình dạy học được soạn thảo đã phát huy được tính tích cực của học sinh và góp phần nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh. 3.4. Kết luận Việc theo dõi và phân tích diễn biến của các giờ học thực nghiệm, việc xử lí kết quả bài kiểm tra viết của học sinh sau quá trình thực nghiệm sư phạm đã chứng tỏ: - Tiến trình dạy học đã soạn thảo trong đó có sử dụng các thí nghiệm và mô hình động cơ Stirling đã xây dựng nhằm nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh là có tính khả thi. Tuy nhiên, tiến trình dạy học này phải bổ sung thêm những hướng dẫn, gợi ý của giáo viên để thu hẹp phạm vi cần tìm tòi của học sinh. - Các thí nghiệm đã xây dựng tạo điều kiện cho giáo viên tổ chức, hướng dẫn học sinh tích cực tham gia vào quá trình xây dựng kiến thức: đưa học sinh vào tình huống có vấn đề; hỗ trợ học sinh đề xuất được dự đoán có căn cứ; tạo điều kiện cho học sinh đề xuất được phương án thí nghiệm, cách tiến hành thí nghiệm kiểm tra dự đoán hoặc hệ quả rút ra từ dự đoán; giúp học sinh vận dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng Vật lý; kích thích học sinh chế tạo các thiết bị thí nghiệm đơn giản. - Việc tổ chức quá trình dạy học chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” với sự hỗ trợ của các thí nghiệm đơn giản, thí nghiệm thực hành và mô hình động cơ Stirling đã bước đầu đem lại hiệu quả trong việc nâng cao chất lượng kiến thức, bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.
116 KẾT LUẬN Đề tài “Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” được thực hiện trong thời gian ngắn với quy mô nhỏ, nhưng cũng đã hoàn thành các mục tiêu đã đề ra. Kết quả thu nhận được như sau: - Hệ thống hóa cơ sở lí luận về lí thuyết xây dựng và sử dụng thiết bị dạy học, đặc biệt là thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông. Cụ thể hóa qui trình xây dựng các thiết bị thí nghiệm và qui trình tổ chức hướng dẫn của giáo viên trong việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm trong từng giai đoạn của quá trình dạy học vào thực tế. - Điều tra tình hình dạy học chương “Chất khí” và “Cơ sở nhiệt động lực học” ở một số trường trung học phổ thông ở TP. Hồ Chí Minh để tìm hiểu phương pháp dạy của giáo viên, phương pháp học của học sinh, những khó khăn, sai lầm của học sinh, đặc biệt là tình trạng thiết bị thí nghiệm và việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong quá trình dạy học hai chương này. - Vận dụng qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm đã nghiên cứu, tôi đã chế tạo được mô hình động cơ Stirling từ vỏ lon, chai nhựa, và những vật liệu đơn giản; xây dựng được các thí nghiệm đơn giản để minh họa nội dung thuyết động học phân tử chất khí, và các thí nghiệm đơn giản tạo tình huống có vấn đề cho tiến trình dạy học bài “Quá trình đẳng tích – Định luật Sác-lơ”; cải tiến thí nghiệm chứng minh định luật Sác-lơ và Gay Luy-xắc. - Trên cơ sở vận dụng lí luận dạy học hiện đại về việc tổ chức quá trình dạy học Vật lý, qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm, phân tích kết quả điều tra về tình hình dạy học chương “Chất khí” và “Cơ sở nhiệt động lực học”, tôi đã soạn thảo tiến trình dạy học một số nội dung kiến thức trong hai chương trên với sự hỗ trợ của thiết bị thí nghiệm, và thí nghiệm đã xây dựng. Các tiến trình dạy học này đã khai thác tiềm năng của các thiết bị thí nghiệm đối với việc phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo và nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh.
117 - Các tiến trình dạy học đã xây dựng ở chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” được đưa vào thực nghiệm sư phạm ở trường Trung học Thực hành ĐHSP TP. Hồ Chí Minh. Kết quả thực nghiệm sư phạm đã cho phép rút ra những kết luận về hiệu quả của tiến trình dạy học và hiệu quả của thí nghiệm đối với việc kích thích hứng thú học tập, phát huy tính tích cực, và nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh. Với kết quả như trên, đề tài đã đạt được mục đích đề ra và khẳng định được giả thuyết ban đầu: Nếu xây dựng (chế tạo và hoàn thiện) được một số thí nghiệm đáp ứng các yêu cầu về mặt sư phạm và sử dụng các thí nghiệm một cách hợp lí vào quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” thì có thể nâng cao hiệu quả của việc dạy học.
118 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI Do thời gian có hạn, tôi chỉ mới tổ chức thực nghiệm sư phạm trên phạm vi nhỏ. Để những kết luận của đề tài có độ tin cậy cao hơn, đề tài cần được tiếp tục triển khai thực nghiệm sư phạm trên một phạm vi rộng hơn, thời gian thực nghiệm nhiều hơn và trên nhiều đối tượng học sinh khác nhau. Tôi có một số kiến nghị để phát triển đề tài như sau: - Đối với thí nghiệm quan sát chuyển động Brao trong chất lỏng, sẽ tiến hành ghi hình lại, từ đó đánh dấu hạt để theo dõi chuyển động Brao theo thời gian. Tư liệu này được dùng để chiếu cho học sinh quan sát khi không có điều kiện thực hiện thí nghiệm. Có thể thiết kế gắn camera quan sát trực tiếp vào kính hiển vi và kết nối với máy tính trình chiếu trực tiếp cho lớp có số lượng học sinh đông. - Đơn giản hóa qui trình chế tạo động cơ Stirling để có thể hướng dẫn học sinh tự mình chế tạo động cơ Stirling ở nhà. Đồng thời nghiên cứu cách nâng cao hiệu suất của động cơ Stirling, nghiên cứu mẫu động cơ “nhạy” hơn, hoạt động ở nguồn nhiệt thấp hơn (< 50o C) để nâng cao độ an toàn khi sử dụng trong quá trình dạy học. - Tiếp tục cải tiến và hoàn thiện thí nghiệm chứng minh định luật Sác-lơ và Gay Luy-xắc, nâng cao độ chính xác của thí nghiệm. - Tiến hành thực nghiệm sư phạm trên phạm vi rộng hơn và thời gian dài hơn để đưa ra những kết luận chính xác hơn về tính hiệu quả của tiến trình dạy học với sự hỗ trợ của các thí nghiệm đã xây dựng. Cuối cùng tôi hy vọng rằng, đề tài sẽ góp phần vào việc đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông, nhất là trong chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”. Những kết quả đạt được của đề tài có thể là một tài liệu tham khảo cho giáo viên khi giảng dạy hai chương này ở trường phổ thông.
119 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Phan Minh Tiến (2012), “Động cơ Stirling và việc vận dụng vào quá trình dạy học chương Cơ sở của nhiệt động lực học”, Tạp chí khoa học ĐHSP TP. Hồ Chí Minh, (39).
120 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Lương Duyên Bình, Nguyễn Xuân Chi, Tô Giang, Trần Chí Minh, Vũ Quang, Bùi Gia Thịnh (2010), Sách giáo khoa Vật lý 10 ban cơ bản, Nxb Giáo dục. 2. Lương Duyên Bình, Nguyễn Xuân Chi, Tô Giang, Trần Chí Minh, Vũ Quang, Bùi Gia Thịnh (2010), Sách giáo viên Vật lý 10 ban cơ bản, Nxb Giáo dục. 3. Bộ Giáo dục và đào tạo, Dự án Việt – Bỉ (2010), Dạy và học tích cực. Một số phương pháp và kĩ thuật dạy học, Nxb Đại học sư phạm, Hà Nội. 4. Nguyễn Hữu Châu (2005), Những vấn đề cơ bản về chương trình và quá trình dạy học, Nxb Giáo dục. 5. Nguyễn Hải Châu, Nguyễn Trọng Sửu (2007), Những vấn đề chung về đổi mới giáo dục trung học phổ thông môn Vật lý, Nxb Giáo dục. 6. Hoàng Chúng (1992), Phương pháp thống kê trong giáo dục, NXB Giáo dục, Hà Nội. 7. Phạm Đình Cương (2005), Thí nghiệm Vật lý ở trường trung học phổ thông, Nxb Giáo dục. 8. Đồng Thị Diện (2005), Xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học cơ học lớp 6 theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh, luận án tiến sĩ giáo dục học, ĐH Vinh. 9. Trần Bá Hoành (2006), Đổi mới phương pháp dạy học, chương trình và sách giáo khoa, Nxb Đại học Sư phạm. 10. Nguyễn Ngọc Hưng (2009), Thí nghiệm Vật lý với dụng cụ tự làm từ chai nhựa và vỏ lon, tập 1 và 2, Nxb Đại học Sư phạm. 11. V. Langué (2002), Những bài tập hay về thí nghiệm Vật lý, NXB Giáo dục. 12. Robert J. Marzano – Debra J. Pickering – Jane E. Pollock (2011), Các phương pháp dạy học hiệu quả, NXB Giáo dục. 13. Robert J. Marzano (2011), Nghệ thuật và khoa học dạy học, Nxb Giáo dục. 14. Phan Trọng Ngọ (2005), Dạy học và phương pháp dạy học trong nhà trường, Nxb Đại học sư phạm.
121 15. Trần Văn Nguyệt (1997), Tổ chức các tình huống học tập và hướng dẫn học sinh tích cực, tự lực giải quyết vấn đề trong quá trình dạy học chương “Áp suất chất lỏng và chất khí” ở lớp 7 trường trung học cơ sở, luận án phó tiến sĩ khoa học Sư phạm – Tâm lí, Đại học sư phạm, Hà Nội. 16. Phạm Thị Phú (2007), “Chế tạo bộ thí nghiệm dạy học các định luật chất khí – Vật lý 10 phân ban”, Tạp chí Vật lý & Tuổi trẻ, (45), tr.20-21. 17. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (1998), Tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông, Nxb Đại học quốc gia, Hà Nội. 18. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học Vật lý ở trường phổ thông, Nxb Đại học sư phạm, Hà Nội. 19. Nguyễn Anh Thuấn (2007), Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học chương “sóng cơ học” ở lớp 12 THPT theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh, luận án tiến sĩ giáo dục học, ĐHSP Hà Nội. 20. Hoàng Trọng, Chu Nguyễn Mộng Ngọc (2008), Phân tích dữ liệu nghiên cứu với SPSS, tập 1, Nxb Hồng Đức. 21. Thái Duy Tuyên (2008), Phương pháp dạy học truyền thống và đổi mới, Nxb Giáo dục. 22. Phạm Viết Vượng (2001), Phương pháp luận nghiên cứu khoa học, Nxb Đại học quốc gia, Hà Nội. 23. Nguyễn Như Ý (1998), Đại từ điển tiếng Việt, Nxb Văn hóa thông tin, Hà Nội. 24. I.I. Reznikov, S.JA. Shamash, G. B. Kuperman (1981), Phương pháp giảng dạy Vật lý phân tử trong trường phổ thông, Nxb Giáo dục. Tiếng Anh 25. R. A. Freedman, H. D. Young (2010), University Physics with modern physics 13th ed, Addison-Wesley, New York, pp. 624-641. 26. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker (2010), Fundamentals of Physics 9th ed, John Wiley & Sons, Inc, pp. 476-498. 27. H. Snyman, T. M. Harms, J. M. Strauss (2008), “Design analysis methods for Stirling engines”, Journal of Energy in Southern Africa, Vol 19 (No 3).
122 28. S. Wongwises, B. Kongtragool (2003), “A review of solar-powered Stirling engines and low temperature differential Stirling engines”, Renewable and Sustainable Reviews, (7) pp. 131-154. Các website 29. http://outreach.phas.ubc.ca/phys420/p420_08/Hiroko%20Nakahara/how.html 30. http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/english/howwork.htm
123 PHỤ LỤC Phụ lục 1. Phiếu học tập……………………………………………………….....124 Phụ lục 2. Đề và đáp án bài kiểm tra 1 tiết chương “Chất khí” và “Cơ sở nhiệt động lực học”……………………………………………………………………….…..126
124 Họ và tên:……………………………… Lớp:.…… PHIẾU HỌC TẬP BÀI 30: QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH. ĐỊNH LUẬT SÁC-LƠ 1. Bổ sung kiến thức Các đơn vị đo áp suất thường dùng: − N/m2 hay Pa (hệ SI) − Atmốtphe vật lý (1atm ≈ 1,013.105 Pa) − Milimet Hg (1mmHg ≈ 133Pa) 2. Thí nghiệm a. Mục đích thí nghiệm: ……………………………………………………………………………………… b. Bố trí thí nghiệm: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… c. Thao tác thí nghiệm: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… d. Kết quả thí nghiệm. Áp suất (105 Pa) Nhiệt độ (K) p T α = α∆ α =……. α∆ =…… Sai số tỉ đối: α δ α ∆ = = …… Kết quả:…………………………………………………………………………….. Kết luận: Nếu loại bỏ được hoàn toàn sai số, ta có:………………………………..  Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt được áp dụng cho khối khí: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………
125 3. Giải thích hiện tượng: Quan sát hiện tượng mà giáo viên biểu diễn. Mô tả và giải thích hiện tượng. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 4. Trắc nghiệm: 1. Trong các đại lượng sau đây, đại lượng nào không phải là thông số trạng thái của một lượng khí? A. Thể tích. B. Khối lượng. C. Nhiệt độ tuyệt đối. D. Áp suất. 2. Hệ thức nào sau đây phù hợp với định luật Sác-lơ? A. 1 1 2 2p T p T= B. 1 2 1 2 p p T T = C. 1 2 2 1 p V p V = D. p ∼ V 3. Khi một lượng khí được làm lạnh đẳng tích thì số phân tử khí n trong một đơn vị thể tích: A. Tăng tỉ lệ nghịch với áp suất p. B. Không đổi. C. Giảm tỉ lệ với áp suất p. D. Biến đổi theo một qui luật khác với các trường hợp trên. 4. Nung nóng đẳng một khối khí xác định từ 270 C đến 3270 C thì áp suất: A. tăng 3 lần B. giảm 3 lần C. tăng 2 lần D. giảm 2 lần 5. Đồ thị nào sau đây biểu diễn đúng định luật Bôilơ – Mariôt: 0 V T A 0 V T B 0 V T C 0 V T D
126 Đề kiểm tra 1 tiết Môn Vật lý Họ và tên: …………………............. Mã đề 101 Lớp:………………………………… 1. Tập hợp 3 thông số nào sau đây xác định trạng thái của một lượng khí xác định? A. Áp suất, nhiệt độ, khối lượng B. Áp suất, thể tích, nhiệt độ C. Áp suất, thể tích, khối lượng D. Thể tích, khối lượng, nhiệt độ 2. Đối với khối khí lý tưởng xác định, khi thể tích của khối khí không đổi ta có mối liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ T của khối khí như sau: A. const B. pV = const C. const D. pT = const 3. Dưới áp suất 2.105 Pa, một lượng khí có thể tích là 9 lít. Tính thể tích của lượng khí này ở áp suất 6.105 Pa. (Coi như nhiệt độ được giữ nguyên không đổi) A. 6 lít B. 3 lít C. 27 lít D. 18 lít 4. Điều nào sau đây là đúng khi nói về tác dụng của nguồn nóng trong động cơ nhiệt A. Sinh công B. Cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân để tăng nhiệt độ C. Cung cấp nhiệt lượng trực tiếp cho nguồn lạnh D. Lấy nhiệt của bộ phận phát động 5. Trong các biểu thức sau đây, biểu thức nào diễn tả quá trình nung nóng khí trong một bình kín? (bỏ qua sự nở vì nhiệt của bình) A. U A∆ = C. U A Q∆ = + B. 0U∆ = D. U Q∆ = 6. Quá trình nào sau đây liên quan đến định luật Sác-lơ ? A. Quả bóng bàn bị bẹp nhúng vào nước nóng, phồng lên như cũ. B. Thổi không khí vào một quả bóng bay. C. Đun nóng khí trong một xi-lanh kín. D. Đun nóng khí trong một xi-lanh hở. 7. Một bình nhôm khối lượng 0,5kg ở nhiệt độ 200 C. Tính nhiệt lượng cần cung cấp để nó tăng lên 800 C. Biết nhiệt dung riêng của nhôm là 0,92.103 J/kg.K A. 27,6.103 J B. 2,76.103 J C. 9,2.103 J D. 36,8.103 J 8. Câu nào sau đây nói về khí lý tưởng là không đúng? A. Khí lý tưởng là khí mà khối lượng của các phân tử có thể bỏ qua. B. Khí lý tưởng là khí mà thể tích của các phân tử có thể bỏ qua. C. Khí lý tưởng là khí mà các phân tử chỉ tương tác với nhau khi va chạm. D. Khí lý tưởng gây áp suất lên thành bình. 9. Khi làm nóng một lượng khí có thể tích không đổi thì A. áp suất khí không đổi. B. số phân tử trong đơn vị thể tích không đổi. C. số phân tử trong đơn vị thể tích tăng tỉ lệ thuận với nhiệt độ. D. số phân tử trong đơn vị thể tích giảm tỉ lệ nghịch với nhiệt độ.
127 10. Người ta thực hiện công 150J để nén khí đựng trong xi-lanh. Nội năng của khí tăng thêm một lượng là 100J. Nhiệt lượng khí truyền cho môi trường xung quanh là A. Q = -50J B. Q = 100J C. Q = 50J D. Q = 250J 11. Một lượng khí ở áp suất 3.105 N/m2 có thể tích 8 lít. Sau khi nung nóng đẳng áp, khí nở ra và có thể tích 10 lít. Công mà khí thực hiện là A. 0,6.105 J B. 6.105 J C. 0,6.103 J D. 6.103 J 12. Một khối khí chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 như hình vẽ. Chọn câu đúng A. V1 > V2 B. p1 > p2 C. T1 > T2 D. p1 < p2 13. Một bình kín chứa khí oxi ở nhiệt độ T áp suất p. Hỏi khi cho nhiệt độ tăng lên 2 lần thì áp suất của khối khí A. giảm ½ lần B. tăng 2 lần C. tăng 3/2 lần D. giảm 4 lần 14. Một khối khí chuyển trạng thái từ 1 sang 2, khi đó các thông số sẽ thay đổi. Chọn câu trả lời đúng. A. U Q∆ = C. U A Q∆ = + B. A + Q = 0 D. Q U A=∆ + 15. Câu nào sau đây nói về nội năng là không đúng? A. Nội năng là một dạng năng lượng. B. Nội năng là nhiệt lượng. C. Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác. D. Nội năng của một vật có thể tăng lên, giảm đi. 16. Biểu thức nào sau đây phù hợp với quá trình nén khí đẳng nhiệt? A. U A∆ = với A > 0 C. U Q∆ = với Q > 0 B. A + Q = 0 với A > 0 D. U Q∆ = với Q < 0 17. Chất khí ở 00 C có thể tích 10 lít, được làm biến đổi đẳng áp. Ở nhiệt độ 2730 C, thể tích của khí lúc này là A. 10 lít B. 20 lít C. 30 lít D. 40 lít 18. Một bình kín chứa khí oxi ở nhiệt độ T áp suất p. Hỏi khi cho nhiệt độ tăng lên 2 lần thì áp suất của khối khí A. giảm ½ lần B. tăng 2 lần C. tăng 3/2 lần D. giảm 4 lần 19. Câu nào sau đây nói về chuyển động của phân tử là không đúng? A. Chuyển động của phân tử là do lực tương tác phân tử gây ra. B. Các phân tử chuyển động không ngừng. C. Các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao. D. Các phân tử khí lý tưởng chuyển động theo đường thẳng. 20. Câu nào sau đây nói về lực tương tác phân tử là không đúng ? A. Lực đẩy phân tử có thể nhỏ hơn lực hút phân tử. B. Lực hút phân tử không thể lớn hơn lực đẩy phân tử. C. Lực hút phân tử có thể bằng lực đẩy phân tử. D. Lực phân tử chỉ đáng kể khi các phân tử ở rất gần nhau.
128 21. Hỗn hợp khí trong xi-lanh của động cơ trước khi nén có áp suất 0,8atm, nhiệt độ 520 C. Sau khi nén thể tích giảm 5 lần có áp suất 8atm. Nhiệt độ lúc này là A. 6500 C B. 3770 C C. 83,20 C D. 166,40 C 22. Chọn câu sai : Số A-vô-ga-rô có giá trị bằng A. số nguyên tử chứa trong 4 gam hêli. B. số nguyên tử chứ trong 16g ôxi. C. số nguyên tử chứa trong 22,4 lít khí trơ ở 00 C và áp suất 1atm. D. số nguyên tử chứa trong 18g nước lỏng. 23. Công thức nào sau đây là không đúng? A. 1 2 1 Q H Q = − C. 1 2 2 Q Q H Q − = B. 1 2 1 T T H T − ≤ D. 2 ax 1 1m T H T = − 24. Đường đẳng tích trong hệ trục tọa độ (pOV) có dạng: A. Đường hyperbol B. Đường parabol C. Đường thẳng đi qua gốc tọa độ D. Đường thẳng vuông góc với trục OV 25. Quá trình nào sau đây là đẳng quá trình? A. Không khí trong quả bóng bay bị phơi nắng, nóng lên, nở ra làm căng bóng. B. Đun nóng khí trong một bình đậy kín. C. Đun nóng khí trong một xi-lanh, khí nở ra đẩy pít-tông chuyển động. D. Cả ba quá trình trên đều là đẳng quá trình. 26. Một khối khí nitơ được ở áp suất 15atm, nhiệt độ 270 C được xem là lý tưởng. Nung nóng đẳng tích khối khí đến 1270 C. Áp suất của khối khí lúc sau là A. 70,5 atm B. 20 atm C. 25 atm D. 15 atm 27. Hỗn hợp khí trong xi-lanh của động cơ trước khi nén có áp suất 0,8atm, nhiệt độ 520 C. Sau khi nén thể tích giảm 2 lần có áp suất tăng 4 lần. Nhiệt độ lúc này là A. 6500 C B.1040 C C.3770 C D. 1300 C 28. Trong các biểu thức sau đây, biểu thức nào diễn tả quá trình nung nóng khí trong một bình kín? (bỏ qua sự nở vì nhiệt của bình) A. U A∆ = C. U A Q∆ = + B. 0U∆ = D. U Q∆ = 29. Ở điều kiện tiêu chuẩn: 1 mol khí ở 00 C có áp suất 1atm và thể tích là 22,4 lít. Hỏi một bình có dung tích 5 lít chứa 0,5 mol khí ở nhiệt độ 00 C có áp suất là bao nhiêu: A. 1,12 atm B. 2,04 atm C. 2,24 atm D. 2,56 atm
129 30. Đồ thị nào sau đây biểu diễn đúng định luật Bôilơ – Ma-ri-ốt đối với lượng khí xác định ở hai nhiệt độ khác nhau với T2 > T1? Phiếu trả lời 101 Tô tròn câu trả lời đúng bằng bút chì: 1 A B C D 16 A B C D 2 A B C D 17 A B C D 3 A B C D 18 A B C D 4 A B C D 19 A B C D 5 A B C D 20 A B C D 6 A B C D 21 A B C D 7 A B C D 22 A B C D 8 A B C D 23 A B C D 9 A B C D 24 A B C D 10 A B C D 25 A B C D 11 A B C D 26 A B C D 12 A B C D 27 A B C D 13 A B C D 28 A B C D 14 A B C D 29 A B C D 15 A B C D 30 A B C D
130 Đáp án đề 101 1 A B C D 16 A B C D 2 A B C D 17 A B C D 3 A B C D 18 A B C D 4 A B C D 19 A B C D 5 A B C D 20 A B C D 6 A B C D 21 A B C D 7 A B C D 22 A B C D 8 A B C D 23 A B C D 9 A B C D 24 A B C D 10 A B C D 25 A B C D 11 A B C D 26 A B C D 12 A B C D 27 A B C D 13 A B C D 28 A B C D 14 A B C D 29 A B C D 15 A B C D 30 A B C D

More Related Content

PDF
Luận văn: Cải tiến bộ thí nghiệm thực hành trong môn Vật lí, HOT
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
PDF
Luận văn: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh qua việc xây dựn...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 10 GẮN KẾT CUỘC SỐ...
HanaTiti
 
PDF
Luận văn: Tổ chức học sinh giải bài tập Vật Lí theo nhóm, HAY
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
PDF
Thiết kế và sử dụng một số thí nghiệm trong dạy học vật lí 10 gắn kết cuộc số...
jackjohn45
 
PDF
Luận văn: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua dạy họ...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
DOC
Đề tài: Sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học phát hiện và giải quyết...
Viết thuê trọn gói ZALO 0934573149
 
PDF
Luận án: Sử dụng phối hợp các loại hình thí nghiệm trong dạy học
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Luận văn: Cải tiến bộ thí nghiệm thực hành trong môn Vật lí, HOT
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Luận văn: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh qua việc xây dựn...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 10 GẮN KẾT CUỘC SỐ...
HanaTiti
 
Luận văn: Tổ chức học sinh giải bài tập Vật Lí theo nhóm, HAY
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Thiết kế và sử dụng một số thí nghiệm trong dạy học vật lí 10 gắn kết cuộc số...
jackjohn45
 
Luận văn: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua dạy họ...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Đề tài: Sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học phát hiện và giải quyết...
Viết thuê trọn gói ZALO 0934573149
 
Luận án: Sử dụng phối hợp các loại hình thí nghiệm trong dạy học
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 

What's hot (20)

DOC
BÀI MẪU Khóa luận tốt nghiệp ngành sư phạm toán, HAY
Viết Thuê Khóa Luận _ ZALO 0917.193.864 default
 
PDF
Luận văn: Tiến trình dạy học chương Các định luật bảo toàn, 9đ
Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864
 
PDF
Luận văn: Phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS thông q...
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0936 885 877
 
PDF
Giáo trình kiểm tra đánh giá trong giáo dục.pdf
Man_Ebook
 
PDF
Luận văn: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh qua bài tập tình...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Luận văn: Phương pháp dạy học dự án trong dạy hóa lớp 11, 9đ
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
PDF
Luận văn: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh lớp 4 và 5
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Luận văn: Phát triển năng lực tự học cho học sinh trong dạy học chương “Mắt. ...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Luận văn: Thiết kế bộ thí nghiệm cơ học dùng cảm biến SONAR, 9đ
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
PDF
Phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn trong dạy sinh học
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Luận văn: Kiểm tra đánh giá theo hướng phát triển năng lực của học sinh trong...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Luận văn: Sử dụng hệ thống bài tập có nội dung gắn với thực tiễn
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Phát triển năng lực tự học cho học sinh qua dạy học theo chương Halogen
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0936 885 877
 
PDF
Luận văn: Tổ chức dạy học theo góc chương Chất Khí Vật lý 10 THPT theo hướng ...
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0936 885 877
 
PDF
Luận văn: Sử dụng phim thí nghiệm trong dạy hóa học lớp 10, 11
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
PDF
Thiết kế tình huống dạy học hiệu quả trong môn Toán tiểu học
Chau Phan
 
PDF
Luận văn: Vận dụng quy trình mô hình hoá vào dạy học số tự nhiên ở tiểu học
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Luận văn: Tình huống gắn với thực tiễn trong dạy hóa học, HAY
Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864
 
PDF
Luận văn: Vận dụng phương pháp dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong d...
Dịch Vụ Viết Thuê Khóa Luận Zalo/Telegram 0917193864
 
PDF
Luận văn: Sử dụng phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề nhằm phát huy ...
Dịch Vụ Viết Thuê Khóa Luận Zalo/Telegram 0917193864
 
BÀI MẪU Khóa luận tốt nghiệp ngành sư phạm toán, HAY
Viết Thuê Khóa Luận _ ZALO 0917.193.864 default
 
Luận văn: Tiến trình dạy học chương Các định luật bảo toàn, 9đ
Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864
 
Luận văn: Phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho HS thông q...
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0936 885 877
 
Giáo trình kiểm tra đánh giá trong giáo dục.pdf
Man_Ebook
 
Luận văn: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh qua bài tập tình...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Luận văn: Phương pháp dạy học dự án trong dạy hóa lớp 11, 9đ
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
Luận văn: Phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh lớp 4 và 5
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Luận văn: Phát triển năng lực tự học cho học sinh trong dạy học chương “Mắt. ...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Luận văn: Thiết kế bộ thí nghiệm cơ học dùng cảm biến SONAR, 9đ
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn trong dạy sinh học
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Luận văn: Kiểm tra đánh giá theo hướng phát triển năng lực của học sinh trong...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Luận văn: Sử dụng hệ thống bài tập có nội dung gắn với thực tiễn
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Phát triển năng lực tự học cho học sinh qua dạy học theo chương Halogen
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0936 885 877
 
Luận văn: Tổ chức dạy học theo góc chương Chất Khí Vật lý 10 THPT theo hướng ...
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0936 885 877
 
Luận văn: Sử dụng phim thí nghiệm trong dạy hóa học lớp 10, 11
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
Thiết kế tình huống dạy học hiệu quả trong môn Toán tiểu học
Chau Phan
 
Luận văn: Vận dụng quy trình mô hình hoá vào dạy học số tự nhiên ở tiểu học
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Luận văn: Tình huống gắn với thực tiễn trong dạy hóa học, HAY
Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864
 
Luận văn: Vận dụng phương pháp dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề trong d...
Dịch Vụ Viết Thuê Khóa Luận Zalo/Telegram 0917193864
 
Luận văn: Sử dụng phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề nhằm phát huy ...
Dịch Vụ Viết Thuê Khóa Luận Zalo/Telegram 0917193864
 
Ad

Similar to Luận văn: Sử dụng thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học Vật lý 10 (20)

PDF
Luận văn: Dạy học theo trạm chương Chất khí, vật lý 10, 9đ
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
PDF
Van dung mo_hinh_hoc_tap_tren_co_so_van_de_problem_based_learning_vao_to_chuc...
Garment Space Blog0
 
PDF
Quá trình dạy chương Chất khí và Cơ sở của nhiệt động lực học
Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864
 
PDF
Xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức...
https://www.facebook.com/garmentspace
 
PDF
Luận án: Sử dụng thí nghiệm tự tạo hỗ trợ tổ chức dạy học nhóm
Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864
 
PDF
Luận văn: Tổ chức dạy học chương “ Chất khí” vật lý 10 THPT, 9đ
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0936 885 877
 
PDF
Luận văn: Tổ chức dạy học chương “ Chất khí” vật lý 10 THPT theo hướng tăng c...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Luận văn: Vận dụng kĩ thuật dạy học tích cực trong dạy học chương chất khí vậ...
Dịch vụ viết thuê Khóa Luận - ZALO 0932091562
 
DOC
Luận Văn Tổ Chức Dạy Học Chương “Chất Khí” (Vật Lý 10) Theo Hướng Phát Triển ...
tcoco3199
 
DOC
Luận Văn Tổ Chức Dạy Học Chương “Chất Khí” (Vật Lý 10) Theo Hướng Phát Triển ...
tcoco3199
 
PDF
Luận văn: Vận dụng lý thuyết kiến tạo vào dạy phần Quang học
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
PDF
Luận văn: Tổ chức dạy học theo góc chương Chất Khí Vật lý 10
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Luận văn: Tổ chức dạy học chương Chất khí” Vật lí 10 THPT theo định hướng phá...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Luận văn: Tổ chức dạy học chương “chất khí” vật lí 10 THPT, HAY
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0936 885 877
 
PDF
Luận văn: Vận dụng mô hình học hợp tác với sự hỗ trợ của máy vi tính
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Luận văn: Vận dụng mô hình học hợp tác với sự hỗ trợ của máy vi tính vào dạy ...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Luận văn: Bồi dưỡng năng lực thực hành trong tổ chức dạy Vật lý 10
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
PDF
Luận văn: Bồi dưỡng năng lực thực hành cho học sinh trong tổ chức dạy học chư...
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0936 885 877
 
PDF
Đề tài: Sử dụng bài FCI để khảo sát sai lầm của học sinh, HOT
Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864
 
PDF
Sử dụng bài fci để khảo sát các quan niệm sai lầm của học sinh thpt và giáo v...
https://www.facebook.com/garmentspace
 
Luận văn: Dạy học theo trạm chương Chất khí, vật lý 10, 9đ
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
Van dung mo_hinh_hoc_tap_tren_co_so_van_de_problem_based_learning_vao_to_chuc...
Garment Space Blog0
 
Quá trình dạy chương Chất khí và Cơ sở của nhiệt động lực học
Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864
 
Xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các thí nghiệm trong dạy học một số kiến thức...
https://www.facebook.com/garmentspace
 
Luận án: Sử dụng thí nghiệm tự tạo hỗ trợ tổ chức dạy học nhóm
Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864
 
Luận văn: Tổ chức dạy học chương “ Chất khí” vật lý 10 THPT, 9đ
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0936 885 877
 
Luận văn: Tổ chức dạy học chương “ Chất khí” vật lý 10 THPT theo hướng tăng c...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Luận văn: Vận dụng kĩ thuật dạy học tích cực trong dạy học chương chất khí vậ...
Dịch vụ viết thuê Khóa Luận - ZALO 0932091562
 
Luận Văn Tổ Chức Dạy Học Chương “Chất Khí” (Vật Lý 10) Theo Hướng Phát Triển ...
tcoco3199
 
Luận Văn Tổ Chức Dạy Học Chương “Chất Khí” (Vật Lý 10) Theo Hướng Phát Triển ...
tcoco3199
 
Luận văn: Vận dụng lý thuyết kiến tạo vào dạy phần Quang học
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
Luận văn: Tổ chức dạy học theo góc chương Chất Khí Vật lý 10
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Luận văn: Tổ chức dạy học chương Chất khí” Vật lí 10 THPT theo định hướng phá...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Luận văn: Tổ chức dạy học chương “chất khí” vật lí 10 THPT, HAY
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0936 885 877
 
Luận văn: Vận dụng mô hình học hợp tác với sự hỗ trợ của máy vi tính
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Luận văn: Vận dụng mô hình học hợp tác với sự hỗ trợ của máy vi tính vào dạy ...
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Luận văn: Bồi dưỡng năng lực thực hành trong tổ chức dạy Vật lý 10
Dịch vụ viết thuê Luận Văn - ZALO 0932091562
 
Luận văn: Bồi dưỡng năng lực thực hành cho học sinh trong tổ chức dạy học chư...
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0936 885 877
 
Đề tài: Sử dụng bài FCI để khảo sát sai lầm của học sinh, HOT
Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864
 
Sử dụng bài fci để khảo sát các quan niệm sai lầm của học sinh thpt và giáo v...
https://www.facebook.com/garmentspace
 
Ad

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864 (20)

DOCX
200 de tai khoa luạn tot nghiep nganh tam ly hoc
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Danh sách 200 đề tài luận văn tốt nghiệp ngành khách sạn,10 điểm
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ ngân hàng, hay nhất
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ ngữ văn, hay nhất
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ ô tô, 10 điểm
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ quản lý giáo dục mầm non, mới nhất
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ quản trị rủi ro, hay nhất
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ tài chính ngân hàng, từ sinh viên giỏi
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ tiêm chủng mở rộng, 10 điểm
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
danh sach 200 de tai luan van thac si ve rac nhua
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Kinh Nghiệm Chọn 200 Đề Tài Tiểu Luận Chuyên Viên Chính Trị Hay Nhất
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Kho 200 Đề Tài Bài Luận Văn Tốt Nghiệp Ngành Kế Toán, 9 điểm
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Kho 200 Đề Tài Luận Văn Ngành Thủy Sản, từ các trường đại học
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Kho 200 đề tài luận văn ngành thương mại điện tử
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Kho 200 đề tài luận văn tốt nghiệp ngành điện tử viễn thông, 9 điểm
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Kho 200 Đề Tài Luận Văn Tốt Nghiệp Ngành Giáo Dục Tiểu Học
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Kho 200 đề tài luận văn tốt nghiệp ngành luật, hay nhất
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Kho 200 đề tài luận văn tốt nghiệp ngành quản trị văn phòng, 9 điểm
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Kho 200 Đề Tài Luận Văn Tốt Nghiệp Ngành Sư Phạm Tin Học
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DOCX
Kho 200 Đề Tài Luận Văn Tốt Nghiệp Ngành Xuất Nhập Khẩu
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
200 de tai khoa luạn tot nghiep nganh tam ly hoc
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Danh sách 200 đề tài luận văn tốt nghiệp ngành khách sạn,10 điểm
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ ngân hàng, hay nhất
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ ngữ văn, hay nhất
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ ô tô, 10 điểm
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ quản lý giáo dục mầm non, mới nhất
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ quản trị rủi ro, hay nhất
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ tài chính ngân hàng, từ sinh viên giỏi
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Danh sách 200 đề tài luận văn thạc sĩ tiêm chủng mở rộng, 10 điểm
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
danh sach 200 de tai luan van thac si ve rac nhua
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Kinh Nghiệm Chọn 200 Đề Tài Tiểu Luận Chuyên Viên Chính Trị Hay Nhất
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Kho 200 Đề Tài Bài Luận Văn Tốt Nghiệp Ngành Kế Toán, 9 điểm
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Kho 200 Đề Tài Luận Văn Ngành Thủy Sản, từ các trường đại học
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Kho 200 đề tài luận văn ngành thương mại điện tử
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Kho 200 đề tài luận văn tốt nghiệp ngành điện tử viễn thông, 9 điểm
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Kho 200 Đề Tài Luận Văn Tốt Nghiệp Ngành Giáo Dục Tiểu Học
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Kho 200 đề tài luận văn tốt nghiệp ngành luật, hay nhất
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Kho 200 đề tài luận văn tốt nghiệp ngành quản trị văn phòng, 9 điểm
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Kho 200 Đề Tài Luận Văn Tốt Nghiệp Ngành Sư Phạm Tin Học
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Kho 200 Đề Tài Luận Văn Tốt Nghiệp Ngành Xuất Nhập Khẩu
Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 

Recently uploaded (20)

PDF
Sách không hôi fyjj ịuk gtyi yu> ướt jiii iiij
thi65526
 
DOCX
ĐỀ BÀI ĐÁNH GIÁ GIÁO DỤC GIÁ TRỊ SỐNG VÀ KỸ NĂNG SỐNG
lamluanvan.net Viết thuê luận văn
 
PDF
TUYỂN TẬP ĐỀ KIỂM TRA HÓA HỌC HỮU CƠ THI THỬ OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ (VÒNG 2)...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
PDF
ki_nang_tu_van_ca_nhan_ve_lua_chon_va_phat_trien_nghe_final_130806_1.pdf
tiendungdang050
 
PDF
SÁNG KIẾN THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ VẬT SỐNG MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN 7 ...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
DOCX
LUẬN VĂN GROUP ĐỀ BÀI ĐÁNH GIÁ GIAO TIẾP SƯ PHẠM
lamluanvan.net Viết thuê luận văn
 
PDF
Giáo Dục Minh Triết: Tâm thế - Tâm thức bước vào kỷ nguyên mới
Chu Văn Đức
 
PDF
BÀI GIẢNG CƠ SỞ SINH HỌC NGƯỜI - KHOA SƯ PHẠM KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC ĐỒNG ...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
PDF
SÁNG KIẾN “MỘT SỐ KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH THAM GIA CUỘC THI KHOA HỌC K...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
PPTX
Bai giang cho can bo chu chot cac xa_phuong_2025.pptx
thangduongvan
 
PDF
GIÁO ÁN KẾ HOẠCH BÀI DẠY THỂ DỤC 12 CẦU LÔNG - KẾT NỐI TRI THỨC CẢ NĂM THEO C...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
PPTX
Chương3,Buổi7,8,9,10(Buổi10 kiểmtraL2).pptx
an6650103
 
PDF
BÀI TẬP BỔ TRỢ TIẾNG ANH I-LEARN SMART WORLD LỚP 10 BÁM SÁT NỘI DUNG SGK - PH...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
PDF
CĐHA GAN 1, Benh GAN KHU TRU, 04.2025.pdf
hg4ever
 
PDF
FULL TN LSĐ 2024 HUIT. LICH SU DANGGGGGG
eunyin007
 
PPTX
Bai 11.1 Tuan hoan mau.cấu tạo và vai trò pptx
HoaNguyn39379
 
PDF
SÁNG KIẾN “NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TỰ RÈN LUYỆN KỸ NĂNG MỀM CHO HỌC S...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
PDF
CHUYÊN ĐỀ DẠY THÊM HÓA HỌC LỚP 12 CẢ NĂM THEO FORM THI MỚI BGD - CÓ ÔN TẬP + ...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
PDF
GIÁO ÁN KẾ HOẠCH BÀI DẠY THỂ DỤC 12 BÓNG CHUYỀN - KẾT NỐI TRI THỨC CẢ NĂM THE...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
PDF
GIÁO ÁN KẾ HOẠCH BÀI DẠY THỂ DỤC 11 CẦU LÔNG - KẾT NỐI TRI THỨC CẢ NĂM THEO C...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
Sách không hôi fyjj ịuk gtyi yu> ướt jiii iiij
thi65526
 
ĐỀ BÀI ĐÁNH GIÁ GIÁO DỤC GIÁ TRỊ SỐNG VÀ KỸ NĂNG SỐNG
lamluanvan.net Viết thuê luận văn
 
TUYỂN TẬP ĐỀ KIỂM TRA HÓA HỌC HỮU CƠ THI THỬ OLYMPIC HÓA HỌC QUỐC TẾ (VÒNG 2)...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
ki_nang_tu_van_ca_nhan_ve_lua_chon_va_phat_trien_nghe_final_130806_1.pdf
tiendungdang050
 
SÁNG KIẾN THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ VẬT SỐNG MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN 7 ...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
LUẬN VĂN GROUP ĐỀ BÀI ĐÁNH GIÁ GIAO TIẾP SƯ PHẠM
lamluanvan.net Viết thuê luận văn
 
Giáo Dục Minh Triết: Tâm thế - Tâm thức bước vào kỷ nguyên mới
Chu Văn Đức
 
BÀI GIẢNG CƠ SỞ SINH HỌC NGƯỜI - KHOA SƯ PHẠM KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC ĐỒNG ...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
SÁNG KIẾN “MỘT SỐ KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH THAM GIA CUỘC THI KHOA HỌC K...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
Bai giang cho can bo chu chot cac xa_phuong_2025.pptx
thangduongvan
 
GIÁO ÁN KẾ HOẠCH BÀI DẠY THỂ DỤC 12 CẦU LÔNG - KẾT NỐI TRI THỨC CẢ NĂM THEO C...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
Chương3,Buổi7,8,9,10(Buổi10 kiểmtraL2).pptx
an6650103
 
BÀI TẬP BỔ TRỢ TIẾNG ANH I-LEARN SMART WORLD LỚP 10 BÁM SÁT NỘI DUNG SGK - PH...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
CĐHA GAN 1, Benh GAN KHU TRU, 04.2025.pdf
hg4ever
 
FULL TN LSĐ 2024 HUIT. LICH SU DANGGGGGG
eunyin007
 
Bai 11.1 Tuan hoan mau.cấu tạo và vai trò pptx
HoaNguyn39379
 
SÁNG KIẾN “NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TỰ RÈN LUYỆN KỸ NĂNG MỀM CHO HỌC S...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
CHUYÊN ĐỀ DẠY THÊM HÓA HỌC LỚP 12 CẢ NĂM THEO FORM THI MỚI BGD - CÓ ÔN TẬP + ...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
GIÁO ÁN KẾ HOẠCH BÀI DẠY THỂ DỤC 12 BÓNG CHUYỀN - KẾT NỐI TRI THỨC CẢ NĂM THE...
Nguyen Thanh Tu Collection
 
GIÁO ÁN KẾ HOẠCH BÀI DẠY THỂ DỤC 11 CẦU LÔNG - KẾT NỐI TRI THỨC CẢ NĂM THEO C...
Nguyen Thanh Tu Collection
 

Luận văn: Sử dụng thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học Vật lý 10

  • 1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Phan Minh Tiến XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM HỖ TRỢ QUÁ TRÌNH DẠY HỌC CÁC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VÀ “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”, VẬT LÝ 10 BAN CƠ BẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Thành phố Hồ Chí Minh- 2012
  • 2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Phan Minh Tiến XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM HỖ TRỢ QUÁ TRÌNH DẠY HỌC CÁC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VÀ “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”, VẬT LÝ 10 BAN CƠ BẢN Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC MÔN VẬT LÝ Mã số: 60.14.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN LÂM DUY Thành phố Hồ Chí Minh- 2012
  • 3. i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này, tác giả đã nhận được sự quan tâm và giúp đỡ rất lớn từ quý Thầy cô, đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến: Thầy TS. Nguyễn Lâm Duy – người trực tiếp hướng dẫn về mặt chuyên môn, đã rất tận tâm chỉ dạy, truyền đạt kinh nghiệm cũng như luôn động viên và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Thầy TS. Nguyễn Mạnh Hùng – người gợi ý những phương hướng nghiên cứu, đóng góp ý kiến và động viên tôi từ những ngày đầu thực hiện luận văn. Quý Thầy cô trường Đại học Sư phạm TP.HCM và các thầy cô thỉnh giảng đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Quý Thầy cô phản biện và hội đồng chấm luận văn đã đọc và có những nhận xét cũng như những góp ý quý giá về luận văn. Quý Thầy cô, các đồng nghiệp trong Khoa Vật lý - Trường Đại học Sư phạm TP. HCM luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất để tôi có thể thực hiện các nghiên cứu phục vụ cho luận văn. Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn sát cánh bên tôi trong thời gian học tập, luôn động viên, ủng hộ và hỗ trợ về mọi mặt để tôi hoàn thành luận văn này trong điều kiện tốt nhất. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2012 PHAN MINH TIẾN
  • 4. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i MỤC LỤC.................................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................. vi DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................... viii MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1 1. Lí do chọn đề tài..................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ..........................................................................3 3. Giả thuyết của đề tài............................................................................................3 4. Nhiệm vụ cần nghiên cứu của đề tài...................................................................3 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................4 6. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................4 7. Đóng góp của đề tài.............................................................................................4 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN..................................................................................5 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu .....................................................................5 1.2. Những vấn đề lí luận về thí nghiệm Vật lý......................................................7 1.2.1. Một số khái niệm cơ bản...........................................................................7 1.2.1.1. Khái niệm trực quan...........................................................................7 1.2.1.2. Khái niệm phương tiện trực quan ......................................................7 1.2.1.3. Khái niệm phương tiện dạy học.........................................................7 1.2.1.4. Khái niệm phương tiện giáo dục........................................................8 1.2.1.5. Khái niệm thiết bị dạy học .................................................................8 1.2.1.6. Khái niệm hiệu quả ............................................................................8 1.2.1.7. Khái niệm hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học.....................................8 1.2.1.8. Khái niệm chất lượng dạy học ...........................................................9 1.2.2. Thí nghiệm Vật lý ...................................................................................10 1.2.3. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý...........................................14 1.2.3.1. Vai trò của thí nghiệm Vật lý trong dạy học truyền thống ..............14
  • 5. iii 1.2.3.2. Vai trò của thí nghiệm Vật lý theo lí luận dạy học hiện đại ............15 1.2.4. Xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông...........................................................................................................18 1.2.4.1. Khái niệm “thí nghiệm đơn giản”....................................................18 1.2.4.2. Ý nghĩa của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý ...............................................................................................19 1.2.4.3. Các yêu cầu đối với việc xây dựng thí nghiệm đơn giản.................21 1.2.4.4. Các khả năng, hình thức sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý.............................................................................................................22 1.2.4.5. Vị trí của thí nghiệm đơn giản trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề ............................................................................................................22 1.2.4.6. Hướng dẫn học sinh tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản...............24 1.2.5. Qui trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý ...........................................................................................................................25 1.2.5.1. Qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý...........25 1.2.5.2. Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý.............27 1.3. Sử dụng thiết bị thí nghiệm Vật lý trong trong quá trình dạy học.................32 1.3.1. Những vấn đề chung ...............................................................................32 1.3.2. Sử dụng thiết bị theo tinh thần dạy học nêu vấn đề................................35 1.3.2.1. Yêu cầu của một tình huống có vấn đề............................................35 1.3.2.2. Cách tạo mâu thuẫn..........................................................................36 1.3.2.3. Cách tạo hứng thú ............................................................................37 1.3.3. Thí nghiệm biểu diễn ..............................................................................41 1.3.3.1. Lĩnh vực sử dụng có hiệu quả..........................................................41 1.3.3.2. Yêu cầu của các thí nghiệm biểu diễn .............................................42 1.3.3.3. Phương pháp biểu diễn thí nghiệm ..................................................44 1.4. Kết luận ..........................................................................................................45
  • 6. iv CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM Ở CÁC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VÀ “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”, VẬT LÝ 10, BAN CƠ BẢN ...................................................................................................................................47 2.1. Nội dung kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm trong chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” ............................................................................47 2.2. Tình hình dạy học chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”.49 2.2.1. Nội dung điều tra.....................................................................................49 2.2.2. Phương pháp điều tra ..............................................................................49 2.2.3. Kết quả điều tra.......................................................................................50 2.2.3.1. Thực trạng thiết bị thí nghiệm chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” ở các trường THPT đã khảo sát....................................50 2.2.3.2. Về phương pháp dạy của giáo viên..................................................51 2.2.3.3. Về phương pháp học và những khó khăn, sai lầm của học sinh......51 2.2.3.4. Nguyên nhân gây nên những khó khăn của học sinh và biện pháp khắc phục ......................................................................................................53 2.3. Xây dựng các thiết bị thí nghiệm để hỗ trợ quá trình dạy học chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”...............................................................54 2.3.1. Các thí nghiệm minh họa thuyết động học phân tử chất khí ..................54 2.3.1.1. Thí nghiệm 1: Quan sát chuyển động Brao trong chất lỏng ............54 2.3.1.2.Thí nghiệm 2: Dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn ...........58 2.3.1.3. Thí nghiệm 3: Chứng minh sự chuyển động của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ ....................................................................59 2.3.2. Các thí nghiệm định tính và định lượng các định luật chất khí ..............60 2.3.2.1. Định luật Sác-lơ ...............................................................................60 2.3.2.2. Định luật Gay Luy-xắc.....................................................................65 2.3.3. Xây dựng mô hình động cơ Stirling........................................................67 2.3.3.1. Giới thiệu động cơ Stirling...............................................................67 2.3.3.2. Nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling .......................................68
  • 7. v 2.3.3.3. Xây dựng động cơ Stirling từ vỏ lon, chai nhựa và các vật liệu đơn giản................................................................................................................69 2.4. Soạn thảo tiến trình dạy học một số bài của chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”có sử dụng các thí nghiệm thiết bị thí nghiệm đã xây dựng..72 2.4.1. Logic hình thành kiến thức trong chương...............................................72 2.4.2. Tiết 1: Thuyết động học phân tử chất khí...............................................74 2.4.3. Tiết 2: Quá trình đẳng tích . Định luật Sác-lơ.........................................82 2.4.4. Tiết 3-4-5: Các nguyên lý của nhiệt động lực học..................................90 2.4.5. Kết luận...................................................................................................99 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ...........................................................100 3.1. Mục đích, đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm ......................100 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm............................................................100 3.1.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm...........................................................100 3.1.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm......................................................100 3.2. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm...................................102 3.2.1. Các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ............................102 3.2.2. Phân tích diễn biến của các giờ học trong thực nghiệm sư phạm.........103 3.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm.......................................................106 3.3.1. Xử lí kết quả học tập của học sinh lớp thực nghiệm.............................106 3.3.2. Xử lí kết quả học tập của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng...............109 KẾT LUẬN.............................................................................................................116 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI....................................................118 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ.......................................................119 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................120 PHỤ LỤC................................................................................................................123
  • 8. vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐHSP SGK SPSS THPT Đại học Sư phạm Sách giáo khoa Statistical Products for the Social Services (phần mềm chuyên ngành thống kê) Trung học phổ thông
  • 9. vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. So sánh thí nghiệm Vật lý của nhà nghiên cứu và thí nghiệm Vật lý của học sinh………………………………………………………………………….…11 Bảng 2.1. Bảng nội dung của bài thuyết trình về động cơ Stirling………………...96 Bảng 2.2. Tiêu chí đánh giá nhóm………………………………………………...97 Bảng 3.1. Bảng thống kê điểm kiểm tra quá trình (kiểm tra 15 phút) và điểm kiểm tra 1 tiết của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm . ……………………………….107 Bảng 3.2. Bảng phân bố tần suất của lớp thực nghiệm…………………………..107 Bảng 3.3. Bảng phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập lớp thực nghiệm…...…108 Bảng 3.4. Bảng phân bố tần suất kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm……………………………………………………………………….109 Bảng 3.5. Bảng phân bố tần suất tích lũy kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng………………………………………………………….109 Bảng 3.6. Bảng kết quả điểm trung bình và độ lệch chuẩn được xử lí từ phần mềm SPSS………………………………………………………………………………111 Bảng 3.7. Bảng kết quả kiểm định Mann-Whitney hai mẫu độc lập được xử lí từ phần mềm SPSS…………………………………………………………………..114
  • 10. viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc hoạt động làm thí nghiệm của học sinh…………………13 Hình 1.2. Hình vẽ nguyên tắc đòn bẩy…………………………………………….34 Hình 1.3. Thí nghiệm nguyên tắc đòn bẩy………………………………………...34 Hình 2.1. Bộ thí nghiệm Bôi-lơ – Ma-ri-ốt được trang bị ở các trường phổ thông………………………………………………………………………………..50 Hình 2.2. Thí nghiệm quan sát chuyển động Brao………………………………...57 Hình 2.3. Ảnh chụp các phân tử lưu huỳnh nhìn qua kính hiển vi………………...57 Hình 2.4. Dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn…………………………..58 Hình 2.5. Thí nghiệm đơn giản minh họa vận tốc phân tử khí và áp suất chất khí phụ thuộc và nhiệt độ………………………………………………………………60 Hình 2.6. Thí nghiệm đơn giản minh họa định tính định luật Sác-lơ……………...61 Hình 2.7. Thí nghiệm đơn giản giải thích hiện tượng liên quan đến định luật Sác- lơ…………………………………………………………………………………...62 Hình 2.8. Bố trí dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng định luật Sác-lơ………………..63 Hình 2.9. Cách bố trí cốc và chậu thủy tinh để làm thay đổi nhiệt độ của nước..…65 Hình 2.10. Cách bố trí dụng thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay – Luy-xắc…...66 Hình 2.11. Giản đồ p–V của chu trình Stirling……………………………………68 Hình 2.12. Các giai đoạn hoạt động của chu trình Stirling loại pít-tông tự do……68 Hình 2.13. Cấu tạo động cơ Stirling loại pít-tông tự do với nguồn nóng có nhiệt độ cao………………………………………………………………………………….70 Hình 2.14. Động cơ Stirling làm từ vỏ lon, chai nhựa và các vật liệu đơn giản…..71 Hình 2.15. Sơ đồ cấu trúc nội dung thuyết động học phân tử chất khí theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản………………………………………………………....72 Hình 2.16. Sơ đồ cấu trúc nội dung các định luật chất khí theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản……………………………………………………………………...73 Hình 2.17. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản…………………………………………….......73
  • 11. ix Hình 2.18. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức…………………………………...75 Hình 2.19. Độ dời của hạt Brao trong những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau ……………………………………………………………………….…79 Hình 2.20. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức…………………………………...83 Hình 3.1. Biểu đồ phân bố tần suất kết quả học tập của lớp thực nghiệm……….108 Hình 3.2. Biểu đồ phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập của lớp thực nghiệm…………………………………………………………………………….109 Hình 3.3. Biểu đồ phân bố tần suất kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng……………………………………………………………………..110 Hình 3.4. Biểu đồ phân bố tần suất tích lũy kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng………………………………………………………….110 Hình 3.5. Giao diện trong phần mềm SPSS……………………………………...113
  • 12. 1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Chúng ta đang ở thế kỉ 21, thế kỉ mà thế giới đang xảy ra sự bùng nổ khoa học và công nghệ, đây cũng là thế kỉ mà tri thức và trí tuệ sáng tạo của con người được coi là yếu tố quan trọng quyết định sự phát triển của xã hội. Nước ta đang trên đà phát triển và hội nhập với các nước trong khu vực và trên thế giới. Tình hình trên đòi hỏi ngành giáo dục cần phải đổi mới mạnh mẽ, toàn diện và đồng bộ, trong đó đổi mới về phương pháp dạy học có tầm quan trọng đặc biệt. Cùng với xu thế phát triển chung của nền giáo dục thế giới, sự nghiệp giáo dục và đào tạo ở nước ta được Đảng và Nhà nước rất quan tâm và đã nêu rõ trong Nghị quyết Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VIII: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục – đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học”. Mục tiêu chủ yếu là giáo dục toàn diện đạo đức, trí dục, thể dục ở tất cả các bậc học, coi trọng giáo dục chính trị tư tưởng, nhân cách, khả năng tư duy, sáng tạo và năng lực thực hành. Rõ ràng, ở nước ta cũng như các nước khác trên thế giới, mục đích giáo dục hiện nay không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ cho học sinh những kiến thức, kĩ năng loài người đã tích lũy được mà còn đặc biệt quan tâm đến việc bồi dưỡng cho họ khả năng tư duy sáng tạo, năng lực thực hành và năng lực giải quyết vấn đề. Một trong những biện pháp quan trọng để thực hiện đường lối trên là đưa học sinh vào vị trí chủ thể của hoạt động nhận thức thông qua hoạt động tự lực của bản thân nhằm chiếm lĩnh kiến thức, phát triển năng lực trí tuệ. Những năm gần đây, ngành giáo dục nước ta đã không ngừng đổi mới về nội dung, chương trình, sách giáo khoa, sách tham khảo và rất chú trọng đẩy mạnh phong trào đổi mới phương pháp dạy học ở các cấp, bậc học. Do những yêu cầu về đổi mới phương pháp dạy học, việc trang bị đầy đủ các phương tiện dạy học ở các trường phổ thông trở nên rất cấp thiết, và tùy từng bộ môn mà có những phương tiện dạy học riêng phù hợp với việc đổi mới phương pháp dạy học. Vật lý là một bộ môn khoa học thực nghiệm. Tư tưởng chủ đạo của các sách giáo khoa Vật lý trung học phổ thông là nội dung kiến thức mới được hình thành
  • 13. 2 phần lớn thông qua các thí nghiệm và thực hành, điều đó không chỉ tích cực hoá việc học tập của học sinh mà còn rèn luyện kỹ năng sử dụng thiết bị, đồ dùng trong cuộc sống, rèn luyện thái độ, đức tính kiên trì, tác phong làm việc của những người làm khoa học. Vì thế, các phương tiện thí nghiệm Vật lý đóng vai trò quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lý hiện nay. Thực tế dạy học Vật lý cho thấy chất lượng thiết bị, thời gian thí nghiệm, thói quen sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học còn rất nhiều mặt hạn chế, gây nhiều lúng túng cho giáo viên và học sinh. Mặt khác, trong chương trình Vật lý trung học phổ thông, ngoài các bài thí nghiệm được chỉ định tối thiểu và đã có các thiết bị đi kèm, thì rất nhiều nội dung thí nghiệm khác trong sách giáo khoa chưa có dụng cụ thí nghiệm. Điều đó đòi hỏi sự sáng tạo, tích cực của giáo viên và học sinh để tạo ra những dụng cụ phục vụ nội dung bài học. Việc giáo viên và học sinh tự thiết kế, chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản để tiến hành các thí nghiệm Vật lý là hoạt động nhiều ý nghĩa và có nhiều tác dụng: tăng cường tính trực quan, góp phần nâng cao chất lượng lĩnh hội và nắm vững kiến thức, phát triển năng lực tư duy, độc lập và sáng tạo của học sinh. Việc tiến hành thí nghiệm, giải thích hoặc tiên đoán kết quả thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải vận dụng các kiến thức ở nhiều nội dung khác nhau một cách linh hoạt. Do đó, các kiến thức mà học sinh đã lĩnh hội được củng cố, đào sâu, mở rộng và hệ thống hoá. Việc sử dụng các dụng cụ thí nghiệm tự làm trong dạy học Vật lý là rất cần thiết vì trong nhiều trường hợp, các chi tiết của các thiết bị thí nghiệm hiện đại có thể che lấp bản chất Vật lý của hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm mà học sinh cần phải quan sát. Đồng thời, để kích thích tính tích cực, độc lập và phát huy khả năng tư duy sáng tạo của học sinh trong học tập, giáo viên cũng có thể cá thể hoá quá trình học tập của học sinh bằng cách giao cho học sinh chế tạo dụng cụ thí nghiệm tự làm, hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm với mức độ khó, dễ khác nhau. Các dụng cụ thí nghiệm tự làm phần lớn đáp ứng việc thực hành đồng loạt của học sinh. Nó giải quyết được một phần khó khăn về thiết bị, tạo điều kiện cho các em tự lực làm việc nhiều hơn. Nó không những đòi hỏi khả năng thao tác
  • 14. 3 tay chân một cách đơn thuần mà còn phát triển năng lực hoạt động trí tuệ, kinh nghiệm thực tiễn và kĩ năng hợp tác của học sinh. Chính những lí do ở trên, tôi đã mạnh dạn chọn đề tài : “Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”, Vật lý 10 ban cơ bản”. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Xây dựng (chế tạo và hoàn thiện) một số thí nghiệm và soạn thảo tiến trình dạy học các bài học của chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” (chương V, chương VI Vật lý 10, ban cơ bản) trong đó có sử dụng các thí nghiệm một cách thuận lợi và đạt hiệu quả. 3. Giả thuyết của đề tài Nếu xây dựng (chế tạo và hoàn thiện) được một số thí nghiệm đáp ứng các yêu cầu về mặt sư phạm và sử dụng các thí nghiệm một cách hợp lí vào quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” thì có thể nâng cao hiệu quả của việc dạy học. 4. Nhiệm vụ cần nghiên cứu của đề tài Để đạt được mục đích đề ra, đề tài có những nhiệm vụ nghiên cứu cơ bản sau: − Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương tiện thí nghiệm trong dạy học Vật lý ở trường trung học phổ thông. − Nghiên cứu lý luận dạy học Vật lý, vấn đề đổi mới phương pháp dạy học và phương pháp dạy học hiệu quả. − Nghiên cứu nội dung các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” chương trình Vật lý 10, ban cơ bản. − Nghiên cứu các thí nghiệm Vật lý trong các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” chương trình Vật lý 10, ban cơ bản. − Thiết kế, chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản; khai thác và hoàn thiện các dụng cụ thí nghiệm đã có rồi xây dựng một số thí nghiệm ở các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”. − Thực nghiệm sư phạm.
  • 15. 4 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Quá trình dạy học Vật lý có sử dụng thí nghiệm ở các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” chương trình Vật lý 10, ban cơ bản được thực hiện ở trường Trung học Thực hành ĐHSP TP. Hồ Chí Minh. 6. Phương pháp nghiên cứu − Phương pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu lí luận dạy học, tâm lí học, cơ sở lý luận về đổi mới phương pháp dạy học, các tài liệu, sách, báo, các văn kiện, các nghị quyết của Trung ương Đảng về lĩnh vực giáo dục. − Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Sử dụng phương pháp phỏng vấn, điều tra ngắn nhằm thu thập thông tin về tính hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học môn Vật lý ở trường trường trung học phổ thông, nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về việc thiết kế, chế tạo và hoàn thiện một số thí nghiệm. − Phương pháp thực nghiệm sư phạm: tổ chức hoạt động dạy và học, ghi chép, chụp ảnh, quay phim, khảo sát kết quả học tập, rút kinh nghiệm giờ dạy, phân tích diễn biến quá trình thực nghiệm. − Phương pháp thống kê toán học: tổng hợp, phân tích và xử lí số liệu thống kê kết quả thực nghiệm. 7. Đóng góp của đề tài Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là nguồn tư liệu dạy học bổ sung cho chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”. Đồng thời, đây sẽ là cơ sở cho các đề tài nghiên cứu xây dựng và sử dụng hiệu quả các thí nghiệm trong dạy và học Vật lý trong tương lai.
  • 16. 5 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN 1.1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Việc sử dụng thí nghiệm để hỗ trợ quá trình dạy học chủ yếu theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh. Trong bài giảng chuyên đề cho lớp cao học tại trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh, tác giả Nguyễn Ngọc Hưng đã trình bày “Chiến lược dạy học giải quyết vấn đề: tổ chức, định hướng hoạt động tìm tòi sáng tạo giải quyết vấn đề và tư duy khoa học của học sinh”. Những luận điểm cơ bản của chiến lược đó là: Trong dạy học môn khoa học, giáo viên cần tổ chức tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà học sinh tự thấy mình có khả năng tham gia giải quyết và do đó, học sinh sẽ suy nghĩ đưa ra giải pháp riêng của mình, tự tìm tòi cách giải quyết thích hợp. Hoạt động nhận thức khoa học của học sinh cần được định hướng phù hợp với tiến trình xây dựng tri thức Vật lý: đề xuất vấn đề; suy đoán giải pháp và khảo sát lí thuyết hoặc thực nghiệm; kiểm tra, vận dụng kết quả. Cần sử dụng những quan điểm vốn có của học sinh vào việc xây dựng tình huống có vấn đề và định hướng hoạt động giải quyết vấn đề một cách hữu hiệu. Việc học tập, xây dựng kiến thức khoa học của học sinh sẽ thuận lợi và có hiệu quả hơn nhờ sự trao đổi, tranh luận với bạn học. Trong thời gian gần đây, một số luận án tiến sĩ, luận văn cao học và khóa luận sinh viên của các tác giả Đồng Thị Diện [8], Nguyễn Anh Thuấn [19], Trần Văn Nguyệt [15]…cũng nghiên cứu chế tạo, hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm để tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh trong việc giảng dạy một số kiến thức cụ thể ở trường phổ thông. Tuy nhiên, quá trình tìm hiểu việc nghiên cứu về dạy học chương “Chất khí” và “Cơ sở nhiệt động lực học” ở các trường phổ thông cho thấy: Về mặt nghiên cứu tổ chức hoạt động dạy học với sự hỗ trợ của thí nghiệm nhằm phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh: Cho đến nay, chưa có công trình nghiên cứu khoa học nào nghiên cứu việc tổ chức hoạt động dạy học phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh trong quá trình học tập hai chương này.
  • 17. 6 Về việc nghiên cứu thiết bị thí nghiệm để sử dụng trong dạy học chương “Chất khí”: - Tác giả Phạm Thị Phú [16] đã đề xuất phương án chế tạo bộ thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền để khảo sát định lượng định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và định luật Sác-lơ. - Tác giả Phạm Thị Lý, sinh viên khóa 48A trường Đại học Vinh, có công trình nghiên cứu sử dụng bộ thí nghiệm “Khảo sát định lượng các định luật chất khí có kết nối máy tính vào dạy học phần nhiệt học Vật lý lớp 10”, đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học, khoa Vật lý, trường đại học Vinh năm 2010-2011. - Tác giả Nguyễn Ngọc Hưng [10] có công trình nghiên cứu về thí nghiệm Vật lý với dụng cụ tự làm từ chai nhựa và vỏ lon, phần Cơ học chất lỏng và chất khí. - Các trường phổ thông đều có trang bị bộ thí nghiệm biểu diễn kiểm nghiệm các định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, Sác-lơ với giá 935.000 VNĐ. Bộ thí nghiệm này bộc lộ rất nhiều nhược điểm, và đặc biệt rất dễ hỏng nên hầu hết giáo viên ở các trường đều không sử dụng để hỗ trợ quá trình dạy học chương này. Có thể nói, đối với chương “Cơ sở nhiệt động lực học”, cho đến nay vẫn chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu chế tạo các mô hình động cơ nhiệt để hỗ trợ quá trình dạy học. Trong đề tài này, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu cải tiến bộ thí nghiệm chứng minh định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt đã được trang bị ở các trường phổ thông, đặc biệt là thí nghiệm chứng minh định luật Sác-lơ. Bộ thí nghiệm đã được cải tiến kết hợp với các thí nghiệm đơn giản được dùng để hỗ trợ quá trình dạy học phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh. Bên cạnh đó, tác giả cũng xây dựng các thí nghiệm đơn giản để minh họa cho nội dung Thuyết động học phân tử chất khí và chế tạo mô hình động cơ Stirling, một ứng dụng thực tế của chương “Chất khí” và “Cơ sở nhiệt động lực học”.
  • 18. 7 1.2. Những vấn đề lí luận về thí nghiệm Vật lý 1.2.1. Một số khái niệm cơ bản 1.2.1.1. Khái niệm trực quan Khái niệm trực quan thường được sử dụng rộng rãi trong dạy học nhưng “trực quan là gì” thì lại ít được định nghĩa trong các tài liệu sư phạm. Từ sự nghiên cứu lí luận và qua trải nghiệm thực tiễn, ta có thể hiểu: Trực quan là khái niệm biểu thị tính chất của hoạt động nhận thức, trong đó, những thông tin thu được từ các sự vật và hiện tượng của thế giới bên ngoài nhờ sự cảm nhận trực tiếp của các cơ quan cảm giác của con người [21]. 1.2.1.2. Khái niệm phương tiện trực quan Phương tiện trực quan là những công cụ mà giáo viên và học sinh sử dụng trong quá trình dạy học nhằm tạo ra những biểu tượng, hình thành những khái niệm cho học sinh thông qua sự tri giác trực tiếp bằng các giác quan của các em [21]. Thí dụ: các vật tự nhiên như cây, hoa quả, các sản phẩm, máy móc; các vật tượng trưng như: tranh ảnh, bản đồ, mô hình, phim ảnh… dùng để dạy học. 1.2.1.3. Khái niệm phương tiện dạy học Phương tiện dạy học là một khái niệm rộng hơn phương tiện trực quan. Đó là những công cụ mà giáo viên và học sinh sử dụng trong quá trình dạy học nhằm đạt được mục đích dạy học. Những công cụ này giúp người giáo viên tổ chức, điều khiển quá trình dạy học thông qua các hoạt động như kích thích hoạt động nhận thức, tổ chức hoạt động nhận thức, kiểm tra đánh giá…, và giúp học sinh tổ chức hoạt động nhận thức của mình một cách hiệu quả [18], [21]. Các phương tiện dạy học được sử dụng chủ yếu trong nhà trường là: - Các vật thật (động vật, thực vật trong tự nhiên; các khoáng vật; mẫu hóa chất; các hiện tượng Vật lý, Hóa học); các vật tượng trưng (bản đồ, sơ đồ, biểu đồ, đồ thị, bản vẽ…); vật tạo hình (tranh ảnh, mô hình, hình vẽ, phim…). - Thí nghiệm và các thiết bị thí nghiệm. - Các phương tiện mô tả đối tượng và hiện tượng bằng lời nói, bằng kí hiệu (sách giáo khoa, sách hướng dẫn, các tài liệu in, các công thức, phương trình…).
  • 19. 8 - Các phương tiện kĩ thuật dạy học (phương tiện nghe – nhìn, camera, máy dạy học, máy kiểm tra, computer…) . 1.2.1.4. Khái niệm phương tiện giáo dục Phương tiện giáo dục là một khái niệm rộng dùng để chỉ tất cả các dụng cụ (phương tiện) mà giáo viên và học sinh sử dụng trực tiếp trong quá trình giáo dục (nghĩa rộng) thông qua các hoạt động của nó (dạy học, lao động sản xuất, vui chơi, sinh hoạt tập thể, hoạt động xã hội…) và các điều kiện dạy học cần thiết cho các hoạt động đó (nhà cửa, bàn ghế, xưởng, trường, sân bãi…) [21] 1.2.1.5. Khái niệm thiết bị dạy học Thiết bị dạy học là thuật ngữ chỉ một đối tượng vật chất hoặc một tập hợp đối tượng vật chất, mà đối với giáo viên, chúng là phương tiện để điều khiển hoạt động nhận thức của học sinh; còn đối với học sinh, đó là nguồn tri thức, là phương tiện để học sinh lĩnh hội tri thức, hình thành kĩ năng nhằm thực hiện các mục đích dạy học [18], [21]. Thiết bị dạy học được cung cấp cho các trường phổ thông hiện nay còn là một sản phẩm hàng hoá đặc biệt, vì nó phải tuân theo các tiêu chí rất chặt chẽ và phải đáp ứng nhiều yêu cầu của người sử dụng. 1.2.1.6. Khái niệm hiệu quả Theo cuốn Đại từ điển Tiếng Việt [23]: “Hiệu quả là kết quả như yêu cầu của việc làm mang lại.” Quan niệm này cho thấy, hiệu quả là một khái niệm luôn gắn liền với một việc làm, một hoạt động nhất định. Nói đến hiệu quả là nói đến kết quả mang lại của một việc làm, một hoạt động so với yêu cầu nêu ra. 1.2.1.7. Khái niệm hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học Dựa vào định nghĩa khái niệm “hiệu quả” ở trên, ta có thể nêu ra định nghĩa khái niệm “hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học” như sau: “Hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học là kết quả việc sử dụng thiết bị dạy học mang lại so với yêu cầu đặt ra đối với việc sử dụng thiết bị dạy học.”
  • 20. 9 Để xác định hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học thì trước hết phải xác định các yêu cầu đối với việc sử dụng thiết bị dạy học trong quá trình dạy học. Trong quá trình dạy học, học sinh tiến hành nhận thức thế giới dưới sự điều khiển của giáo viên và nhờ các thiết bị dạy học. Thiết bị dạy học là công cụ lao động sư phạm của giáo viên và học sinh. Sử dụng thiết bị dạy học trong quá trình dạy học phải đáp ứng được các yêu cầu sau: - Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo cung cấp cho học sinh thông tin về các hiện tượng và đối tượng nghiên cứu một cách đầy đủ và chính xác, làm cho học sinh hiểu sâu và nắm chắc kiến thức, tránh chủ nghĩa hình thức trong kiến thức của học sinh. - Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo nâng cao tính trực quan của dạy học, mở rộng khả năng tiếp cận các đối tượng, hiện tượng. - Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo kích thích hứng thú học tập ở học sinh, thoả mãn nhu cầu nhận thức của học sinh. - Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo nâng cao nhịp độ nghiên cứu tài liệu học tập của học sinh. - Sử dụng thiết bị dạy học phải đảm bảo đổi mới phương pháp dạy học theo hướng tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh, tạo điều kiện để học sinh hoạt động tự lực chiếm lĩnh tri thức, rèn luyện kĩ năng. Vậy hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học là kết quả đáp ứng năm yêu cầu trên của việc sử dụng thiết bị dạy học trong quá trình dạy học. 1.2.1.8. Khái niệm chất lượng dạy học Theo cuốn Đại từ điển Tiếng Việt [23]: “Chất lượng là cái làm nên phẩm chất, giá trị của con người, sự vật. Chất lượng là cái tạo nên bản chất sự vật, làm cho sự vật này khác với sự vật kia.” Ở đây, dạy học là hoạt động cơ bản để thực hiện mục tiêu giáo dục, đào tạo thế hệ trẻ thành những chủ nhân tương lai có đức, có tài, làm cho học sinh trở thành những người lao động thông minh, người công nhân có ý thức. Sản phẩm của hoạt động dạy học là sự phát triển về trí tuệ (kiến thức, kĩ năng) và nhân cách của học sinh. Xét theo mục tiêu đào tạo con người mới thì chất lượng dạy học bao gồm chất
  • 21. 10 lượng nắm vững kiến thức, kĩ năng, sự phát triển các năng lực, sự chuyển biến, phát triển về thái độ, phẩm chất nhân cách của học sinh. Theo tác giả Phạm Hữu Tòng thì chất lượng nắm vững kiến thức của học sinh được thể hiện qua các dấu hiệu sau: tính chính xác, tính khái quát, tính hệ thống, tính áp dụng được và tính bền vững. Cụ thể như sau: - Tính chính xác của kiến thức được đặc trưng bởi sự phù hợp nội dung biểu đạt kiến thức của học sinh với nội dung khoa học của kiến thức đó. - Tính khái quát của kiến thức được đặc trưng bởi tỉ lệ dấu hiệu bản chất trong các dấu hiệu mà học sinh chọn dùng để phản ánh (trình bày lại) về sự vật, hiện tượng. - Tính hệ thống của kiến thức được đặc trưng bởi mức độ hiểu biết của học sinh về các mối liên hệ giữa kiến thức này với các kiến thức khác. - Tính áp dụng được của kiến thức đặc trưng bởi khả năng học sinh huy động, sử dụng kiến thức đó vào hoạt động nhận thức hoặc hành động thực tiễn. - Tính bền vững của kiến thức được đặc trưng bởi mức độ đầy đủ, chính xác của kiến thức mà học sinh tái hiện được sau khi lĩnh hội kiến thức một khoảng thời gian. 1.2.2. Thí nghiệm Vật lý Khi bàn về khái niệm “thí nghiệm” nói chung và “thí nghiệm Vật lý” nói riêng, cuốn Đại từ điển Tiếng Việt định nghĩa: “Thí nghiệm là làm thử theo những điều kiện, nguyên tắc đã được xác định để nghiên cứu, chứng minh...” [23]. Tác giả Nguyễn Đức Thâm định nghĩa: “Thí nghiệm Vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới.” [18]. Từ các định nghĩa trên, ta thấy thí nghiệm Vật lý có một số đặc điểm sau: a) Tính mục đích và kế hoạch của thí nghiệm: một thí nghiệm bất kỳ được lập ra luôn phải nhằm tới một mục đích cụ thể nào đó và phải có một kế hoạch hành động. Mục đích của thí nghiệm rất đa dạng và nó thay đổi theo sự phát triển của khoa học, kỹ thuật. Do đó, kế hoạch tiến hành thí nghiệm cũng đa dạng và không có một mẫu chung.
  • 22. 11 b) Những yếu tố cơ bản: Một thí nghiệm thường phải xác định được nhiệm vụ thí nghiệm và đối tượng nghiên cứu; người làm thí nghiệm cũng cần lựa chọn phương pháp nghiên cứu và cách thức phù hợp để thực hiện phương pháp ấy, dùng toán học và suy luận lôgic để xử lý kết quả thí nghiệm nhằm rút ra những kết luận cần thiết. c) Một thí nghiệm bao giờ cũng mang tính chủ quan. Đó là do: thí nghiệm luôn phụ thuộc vào đặc điểm các cơ quan cảm giác của người làm thí nghiệm; khả năng cảm nhận, năng lực và kiến thức của người làm thí nghiệm; việc xác lập mục đích và phương pháp nghiên cứu của người làm thí nghiệm; các thao tác của người làm thí nghiệm. d) Mọi thí nghiệm đều được gắn liền với một hệ thống lý thuyết. Đó là do: các thí nghiệm đều sử dụng các dụng cụ thí nghiệm mà các dụng cụ này lại là kết quả của các hoạt động lý thuyết trước đó; thí nghiệm bao giờ cũng diễn ra theo một mục đích xác định được xây dựng trên cơ sở của một hệ thống kiến thức nhất định; các kết quả thí nghiệm không ghi lại được toàn bộ diễn biến của hiện tượng mà chỉ ghi lại được những nút nhất định. Bảng 1.1. So sánh thí nghiệm Vật lý của nhà nghiên cứu và thí nghiệm Vật lý của học sinh Các thành phần thí nghiệm Thí nghiệm Vật lý của các nhà nghiên cứu Thí nghiệm Vật lý của học sinh Mục đích thí nghiệm Tìm tri thức mới cho nhân loại Tìm tri thức mới cho bản thân mình Phương án thí nghiệm Tự mình vạch ra Có sự hỗ trợ của sách giáo khoa và giáo viên Dụng cụ thí nghiệm Nhiều loại, phức tạp, yêu cầu cao về kĩ thuật Ít loại, đơn giản, dễ lắp ráp, dễ thực hiện Thực hiện thí nghiệm Hoàn toàn tự tiến hành Có sự hỗ trợ của sách giáo khoa và giáo viên Kết quả thí nghiệm Có độ chính xác cao Có độ chính xác không cao
  • 23. 12 Làm thí nghiệm Vật lý là để qua đó thu nhận được tri thức mới, nhưng thí nghiệm Vật lý của học sinh khác với thí nghiệm Vật lý của các nhà nghiên cứu ở những điểm được trình bày trong bảng 1.1. Như vậy, làm thí nghiệm Vật lý là hoạt động có mục đích, có cách thức thực hiện, có thứ tự các hành động, thao tác, sử dụng các phương tiện tương ứng với các điều kiện nhất định. Mặc dù là thành phần của hoạt động nhận thức nhưng việc làm thí nghiệm khác với các hoạt động suy luận lí thuyết. Sự khác nhau đó đơn thuần ở chỗ khi làm thí nghiệm Vật lý, người ta phải sử dụng phối hợp các giác quan, các thao tác chân tay với các thao tác trí tuệ. Hoạt động làm thí nghiệm Vật lý gồm có ba giai đoạn: chuẩn bị, thực hiện và kiểm tra, xử lí kết quả. Mỗi giai đoạn lại gồm một số hành động. Cấu trúc chung của hoạt động làm thí nghiệm của học sinh có thể được mô tả bằng sơ đồ hình 1.1. Cụ thể từng giai đoạn như sau: - Giai đoạn chuẩn bị thí nghiệm: + Các hành động tâm lí bên trong: Cụ thể hóa mục đích thí nghiệm; tìm hiểu phương án, tiến trình thí nghiệm; đối chiếu phương án với điều kiện cụ thể về dụng cụ, thiết bị; ghi nhớ các bước thực hiện thí nghiệm. + Các hành động bên ngoài: tập hợp vật liệu, dụng cụ thí nghiệm, thiết bị điều khiển, dụng cụ đo, thiết bị hỗ trợ quan sát, ghi nhận cần thiết; lắp ráp vận hành thử; kẻ bảng để ghi số liệu... Trong giai đoạn chuẩn bị, khi vận hành thử, nếu thấy không thực hiện được thì người làm thí nghiệm có thể phải xem lại việc lắp ráp, việc chọn dụng cụ, cũng có thể phải sử dụng thiết bị khác thay thế. - Giai đoạn thực hiện thí nghiệm: + Chủ yếu là các hành động bên ngoài: tác động vào sự vật cho hiện tượng xảy ra, điều khiển quá trình Vật lý; quan sát sự vật, hiện tượng, quá trình Vật lý; đo các đại lượng Vật lý; ghi nhận các diễn biến của quá trình, các số liệu thí nghiệm. + Các hành động tâm lí bên trong: đối chiếu các bước triển khai thực tế với kế hoạch ban đầu; điều chỉnh thao tác bên ngoài cho phù hợp.
  • 24. 13 Có thí nghiệm khi thực hiện chỉ cần quan sát mà không phải đo đạc. Có nhiều thí nghiệm khi thực hiện ta vừa quan sát, vừa phải đo đạc các đại lượng. - Giai đoạn xử lí, đánh giá kết quả thí nghiệm: + Có các hành động: xử lí các số liệu, diễn biến hiện tượng thu thập được; so sánh đối chiếu kết quả với mục đích thí nghiệm; quyết định dừng lại hay làm lại. + Sau khi xử lí các hiện tượng, số liệu, đối chiếu kết quả với mục đích thí nghiệm, đạt mục đích thì kết thúc thí nghiệm, chưa đạt mục đích thì làm lại. + Sau khi xử lí các hiện tượng, số liệu, đối chiếu kết quả với mục đích thí nghiệm, đạt mục đích thì kết thúc thí nghiệm, chưa đạt mục đích thì làm lại. Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc hoạt động làm thí nghiệm của học sinh Chuẩn bị thí nghiệm 1. Làm rõ mục đích thí nghiệm. 2. Tìm hiểu phương án, tiến trình thí nghiệm. 3. Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm. Lắp ráp vận hành thử. 4. Chuẩn bị bảng ghi kết quả thí nghiệm. Thực hiện thí nghiệm Đo đạc các đại lượng Quan sát hiện tượng Ghi nhận kết quả Điều kiện thí nghiệm Xử lí, đánh giá kết quả thí nghiệm 1. Xử lí đánh giá kết quả thí nghiệm 2. Đối chiếu mục đích, đánh giá kết quả thí nghiệm.
  • 25. 14 1.2.3. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý 1.2.3.1. Vai trò của thí nghiệm Vật lý trong dạy học truyền thống Dạy học truyền thống tập trung chủ yếu vào việc truyền thụ cho học sinh những kiến thức, kinh nghiệm mà loài người đã tích lũy được để học sinh bắt chước làm theo. Trong dạy học truyền thống, thí nghiệm đóng vai trò như sau: - Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp cho học sinh hiểu những kiến thức Vật lý trừu tượng một cách dễ dàng: Giáo viên làm thí nghiệm để cho học sinh nhận biết được những biểu hiện cụ thể (có thể chưa đầy đủ) của các kiến thức trong thực tế. Nhưng như thế là tách kiến thức ra hai phần riêng biệt: lý thuyết và thực tế. Học sinh có thể hoặc học kiến thức trước, một thời gian sau mới biết biểu hiện thực tế của nó, hoặc nhiều khi chỉ dừng ở mức hiểu biết lý thuyết, hoặc chỉ biết đến những cái cụ thể mà không biết khái niệm khái quát, trừu tượng. Kết quả là kiến thức của học sinh không vững chắc, không hoàn chỉnh. - Thí nghiệm Vật lý là nguồn trực tiếp của tri thức: Từ trước đến nay, chúng ta thường thấy các nhà Vật lý học luôn luôn làm thí nghiệm để tìm hiểu những tính chất, những qui luật của thế giới vật chất. Vì vậy, chúng ta có thể có những nhầm tưởng rằng làm thí nghiệm là tìm thấy những tính chất, những qui luật có sẵn trong đó, làm thí nghiệm là để cho chúng bộc lộ ra ngoài cho ta quan sát được. Thực ra, nếu chỉ dựa vào quan sát các thí nghiệm thì ta không thể nào biết được các tính chất qui luật của tự nhiên, thậm chí còn có thể có những hiểu biết sai. Như vậy, quan niệm cho rằng thí nghiệm là nguồn trực tiếp của tri thức đã dẫn đến một hậu quả tai hại là làm cho giáo viên và học sinh tưởng rằng cứ làm thí nghiệm là thấy tất cả, không cần phải suy nghĩ gì nữa. Đó là chưa kể đến việc phải làm thí nghiệm như thế nào, dùng những dụng cụ nào, thực hiện những động tác nào… thì giáo viên và học sinh cũng chỉ biết nhắc lại thí nghiệm do các nhà khoa học nghĩ ra và bắt chước làm lại. Nếu yêu cầu học sinh tự nghĩ ra một thí nghiệm để nghiên cứu một tính chất hay một quy luật chưa biết thì đó thực sự là một thử thách khó khăn đối với họ. Do đó, thí nghiệm có vai trò giúp rèn luyện kĩ năng thực hành cho học sinh.
  • 26. 15 Trong dạy học truyền thống, kiến thức Vật lý được phân biệt rõ thành hai bộ phận khác hẳn nhau: kiến thức lý thuyết và dạy kĩ năng thực hành (gồm kĩ năng sử dụng các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, các dụng cụ đo lường, các máy móc phổ biến, kĩ năng bố trí lắp ráp thí nghiệm, tính toán kết quả đo lường, xác định sai số, vẽ đồ thị…). Dạy học Vật lý cũng được tách riêng việc dạy kiến thức lý thuyết và dạy kĩ năng thực hành. Trong khi học kiến thức lý thuyết, học sinh có thể không cần biết làm thí nghiệm, thực hiện các phép đo vì giáo viên đã làm hết. Ngược lại, học sinh có thể rất khéo léo trong việc sử dụng các dụng cụ máy móc để làm thí nghiệm nhưng không hiểu biết cơ sở lý thuyết của thí nghiệm đó. Đặc biệt, trong điều kiện trang thiết bị còn thiếu thốn, trong dạy học, người ta dễ dàng bỏ qua phần thực hành, kết quả là học sinh chỉ biết “lý thuyết suông”. Việc tách rời lý thuyết và thực hành như thế khiến học sinh có những kiến thức lý thuyết cũng không vững chắc, không áp dụng được vào hoạt động thực tiễn. 1.2.3.2. Vai trò của thí nghiệm Vật lý theo lí luận dạy học hiện đại Hiện nay, mục tiêu của chương trình trung học không chỉ dừng lại ở việc trang bị kiến thức cho học sinh mà còn chú trọng hình thành ở họ năng lực giải quyết vấn đề, năng lực tự hoạt động nhận thức. Quá trình hình thành năng lực sáng tạo của học sinh không chỉ được quan tâm ở khâu vận dụng kiến thức vào trong thực tiễn mà còn được chú trọng ngay trong khâu xây dựng kiến thức mới. Mục tiêu dạy học mới đó không thể tách rời kiến thức lý thuyết và kĩ năng thực hành mà xem nó là hai mặt của của một thể thống nhất của phẩm chất của học sinh. Với mục tiêu đó, thí nghiệm Vật lý cũng có vai trò mới – vai trò thí nghiệm đối với hoạt động nhận thức của học sinh. Cụ thể như sau: - Thí nghiệm là phương tiện làm xuất hiện vấn đề cần phải nghiên cứu, kích thích sự tìm tòi suy nghĩ của học sinh: Thí nghiệm làm xuất hiện trước học sinh một hiện tượng mới lạ, xảy ra trái với suy nghĩ thông thường của học sinh và với vốn kiến thức đã có, học sinh không giải thích được. Như vậy, thí nghiệm giúp làm xuất hiện mâu thuẫn nhận thức, kích thích sự tò mò, nhu cầu hiểu biết, tức là thí nghiệm tạo tình huống có vấn đề.
  • 27. 16 - Thí nghiệm là phương tiện hỗ trợ việc xây dựng giả thuyết: Trong nghiên cứu Vật lý, khi đứng trước một vấn đề hoàn toàn mới lạ, nếu người nghiên cứu chưa có một hiểu biết hay kinh nghiệm nào có liên quan thì khó có thể đưa ra được một dự đoán có căn cứ. Để tránh khỏi một dự đoán vu vơ, nhà nghiên cứu thực hiện một thí nghiệm thăm dò để xác định sơ bộ phương hướng diễn biến của hiện tượng, dựa trên đó làm cơ sở xây dựng giả thuyết. Thí nghiệm trong trường hợp này chưa khẳng định một điều gì cả mà chỉ gợi lên một hướng suy nghĩ. Tất nhiên, cùng một thí nghiệm cũng có thể gợi ra những suy nghĩ khác nhau, những dự đoán khác nhau. Đối với học sinh, vì chưa có nhiều kiến thức Vật lý và kinh nghiệm thì việc dùng thí nghiệm để tạo ra cho họ một số kinh nghiệm thực tế ban đầu, hỗ trợ cho việc xây dựng giả thuyết là rất quan trọng, nếu không thì nhiều trường hợp, học sinh sẽ rơi vào tình trạng hoàn toàn bế tắc. - Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết: Trên con đường tìm tòi nghiên cứu để giải quyết vấn đề mới, nhà khoa học lúc đầu phải đưa ra câu trả lời dự đoán (giả thuyết). Giả thuyết đó tuy có căn cứ nhưng không chắc chắn vì không suy ra được từ những kiến thức đã biết. Vậy muốn biết giả thuyết đó có đúng không, nghĩa là có phù hợp với thực tế khách quan không thì bắt buộc phải làm thí nghiệm kiểm tra. Thực tiễn là tiêu chuẩn của chân lí. Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với giả thuyết thì giả thuyết đó trở thành chân lý khách quan, trở thành kiến thức khoa học. Nếu không phù hợp thì phải bỏ đi và xây dựng giả thuyết mới. Vì giả thuyết là mới mẻ, chưa từng có nên thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết cũng là mới mẻ, chưa từng có. Giả thuyết thường có tính trừu tượng khái quát, thí nghiệm lại chỉ là một biểu hiện trong một trường hợp cụ thể, với những điều kiện có thể quan sát được. Bởi vậy, trước khi làm thí nghiệm kiểm tra giả thuyết, cần phải đảm bảo rằng, lập luận suy từ giả thuyết khái quát ra biểu hiện cụ thể trong thí nghiệm phải chặt chẽ, không sai sót. Trong nhiều trường hợp, quá trình suy luận đó khá dài dòng, cần sử dụng cả lập luận lôgic và biến đổi toán học khá phức tạp, rất dễ phạm sai lầm. Như vậy, thí nghiệm không phải kiểm tra trực tiếp giả thuyết mà mà kiểm tra gián tiếp qua hệ quả của nó. Một giả thuyết có thể có nhiều hệ quả
  • 28. 17 trong những điều kiện khác nhau. Càng kiểm tra bằng thí nghiệm được nhiều hệ quả thì giả thuyết càng có giá trị cao. Đến một lúc, người ta phát hiện ra kết quả thí nghiệm không phù hợp với kết quả nào đó thì phải bổ sung, sửa đổi kiến thức cũ để xây dựng một kiến thức mới, trong đó kiến thức cũ như một trường hợp riêng. Tính mới mẻ của thí nghiệm kiểm tra thể hiện ở nhiều mặt: sử dụng thiết bị mới, cách bố trí thí nghiệm mới, cách xử lý thí nghiệm đo lường, độ chính xác của phép đo…Bởi vậy, người nghiên cứu phải chế tạo ra dụng cụ thí nghiệm mới, đề xuất phương án thí nghiệm mới, nghĩ ra một phương án mới nâng cao tính hiệu quả, độ chính xác của thí nghiệm… - Thí nghiệm là phương tiện để phát triển hoạt động nhận thức tích cực sáng tạo của học sinh. Bản thân thí nghiệm là khách quan, vô cảm với mọi người, nó không kích thích mà cũng không kìm hãm tư duy của học sinh. Có khi làm những thí nghiệm rất khó nhưng chỉ đòi hỏi khả năng thành thạo chứ không đòi hỏi thêm sự sáng tạo. Thí nghiệm chỉ có tác dụng phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh với sự tổ chức hướng dẫn của giáo viên. Trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề, giáo viên cần chú ý bồi dưỡng cho học sinh các yếu tố của năng lực hoạt động trí tuệ như sau: năng lực đề xuất giả thuyết, phân tích mô tả các hiện tượng, quá trình Vật lý, tổng hợp các mặt, các khía cạnh trong mối liên hệ với nhau, khái quát hóa thành những kết luận tổng quát nhờ phép qui nạp, đối chiếu các kết quả này với giả thuyết (hoặc hệ quả) đã đề xuất, giải thích, so sánh các hiện tượng, quá trình Vật lý, các ứng dụng trong sản xuất và trong đời sống của các kiến thức đã học. Để phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, cần tận dụng nhiều hình thức khác nhau của thí nghiệm, trong đó có thí nghiệm nhằm giải quyết các nhiệm vụ thiết kế - kĩ thuật. Quá trình làm việc tự lực với thí nghiệm của học sinh sẽ làm tăng hứng thú nhận thức, niềm đam mê nghiên cứu, tạo niềm vui của sự thành công khi giải quyết được nhiệm vụ đặt ra và góp phần phát triển tính tích cực, sáng tạo của học sinh. - Thí nghiệm là phương tiện đảm bảo sự phù hợp giữa lý thuyết và thực hành (tức là giữa lí luận và thực tiễn). Như ta đã thấy, sự suy luận lí thuyết thuần túy hay một thí nghiệm đứng riêng không kèm theo phân tích lí thuyết thì đều không thể cho phép
  • 29. 18 có được kết luận đúng đắn về bản chất hay quy luật của tự nhiên. Mặt khác, phải có lí luận chặt chẽ, sắc bén thì mới có thể dự đoán được những hệ quả cụ thể trong thực tiễn của những lí thuyết trừu tượng. Người nghiên cứu Vật lý theo phương pháp thực nghiệm phải luôn kết hợp cả hai mặt đó mới đạt được kết quả. Học sinh hoạt động nhận thức theo phương pháp đó sẽ đồng thời phát triển cả hai mặt: tư duy lí thuyết và khả năng thực hành. Cách sử dụng thí nghiệm đúng với vai trò của nó như trên sẽ tạo ra một lớp học sinh vừa có tư duy sáng tạo, vừa có khả năng thực hành giỏi. 1.2.4. Xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông 1.2.4.1. Khái niệm “thí nghiệm đơn giản” Thí nghiệm đơn giản là thí nghiệm được tiến hành với các dụng cụ (vật liệu) thông thường, dễ kiếm, rẻ tiền được giáo viên, học sinh sưu tầm, thiết kế và chế tạo để nghiên cứu các hiện tượng Vật lý đơn giản thuộc phạm vi chương trình, kiến thức phổ thông. Việc chuẩn bị và tiến hành thí nghiệm đơn giản không mất nhiều thời gian, công sức nhưng vẫn đảm bảo được mục tiêu dạy học [8]. Như vậy, theo cách hiểu này thì thí nghiệm đơn giản gồm hai loại: - Loại thứ nhất: Thí nghiệm được tiến hành với những dụng cụ (vật liệu) có sẵn, dễ kiếm, rẻ tiền do giáo viên và học sinh sưu tầm, tập hợp (mỗi một dụng cụ thí nghiệm được tận dụng từ một hay vài vật liệu hoặc vật dụng sẵn có mà giáo viên và học sinh không phải chế tạo). Thí dụ: Thí nghiệm cho một quả trứng gà đã luộc chín chui tọt vào trong một cái chai có miệng chai nhỏ kích thước quả trứng gà tạo tình huống để đặt vấn đề vào bài “Quá trình đẳng tích. Định luật Sác-lơ”. Hoặc một số thí nghiệm đơn giản dùng cho các bài học khác với các vật liệu có sẵn như: thước kẻ, cái cốc, nắp chai... - Loại thứ hai: thí nghiệm được tiến hành với những dụng cụ được giáo viên, học sinh thiết kế và tự tay chế tạo từ những dụng cụ (vật liệu) dễ kiếm, rẻ tiền. Thí dụ: dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn, động cơ nhiệt Stirling...
  • 30. 19 1.2.4.2. Ý nghĩa của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý Vấn đề giáo viên và học sinh tham gia xây dựng (thiết kế, chế tạo, cải tiến) và vận dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý có ý nghĩa rất lớn đối với quá trình giáo dục về mặt nhận thức, sư phạm và kinh tế. a) Về mặt nhận thức: Do học sinh tự tay chế tạo và sử dụng dụng cụ thí nghiệm đơn giản nên các em có thể hiểu các vấn đề khoa học sâu sắc, chính xác và bền vững hơn. Nó cũng góp phần bồi dưỡng kĩ năng thực hành và giúp học sinh phát triển năng lực sáng tạo, kích thích hứng thú, chủ động tìm tòi giải quyết vấn đề, góp phần nâng cao chất lượng kiến thức trong học tập. Việc học sinh tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản là cần thiết trong các hoạt động cụ thể của quá trình dạy học. Thật vậy, sự huy động học sinh cùng tham gia chế tạo và sử dụng thí nghiệm không những tạo cho học sinh có thói quen nghiên cứu kiến thức trước khi đến lớp mà còn tạo điều kiện cho các em có sự chuẩn bị trước câu hỏi, thắc mắc để trao đổi kĩ hơn về các thí nghiệm được tiến hành trên lớp cũng như ngoài giờ học. Mặt khác, học sinh tự tìm kiếm những vật liệu, có trong đời sống hàng ngày để tự chế tạo dụng cụ thí nghiệm đơn giản càng làm cho các em thấy được mối quan hệ gắn bó giữa Vật lý và đời sống. Việc học sinh tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản sẽ tạo điều kiện cho các em tự lực làm việc nhiều hơn, nâng cao tinh thần hợp tác, trao đổi kiến thức, chia sẻ kinh nghiệm trong quá trình làm việc. Vấn đề sử dụng thí nghiệm đơn giản còn rất cần thiết trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông, bởi vì các thí nghiệm có sẵn trong phòng thí nghiệm, trong nhiều trường hợp, cái “hiện đại” của thiết bị có thể che lấp mất cái bản chất Vật lý của hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm mà học sinh cần nhận thức. Chính sự gần gũi, đơn giản của thí nghiệm kích thích học sinh tìm tòi kiến thức.
  • 31. 20 b) Về mặt sư phạm: Ở các nước phát triển, vấn đề tự làm đồ dùng dạy học chỉ đặt ra cho học sinh như là một khâu của quá trình dạy học. Đối với giáo viên, vấn đề này chỉ khuyến khích, tự nguyện; còn chủ yếu là giáo viên khai thác, tận dụng những đồ dùng dạy học đã được trang bị khá phong phú ở trường. Ở nước ta cũng như các nước đang phát triển khác, vấn đề này đặt ra cho giáo viên như là một biện pháp, nhằm làm phong phú thêm đồ dùng dạy học cho nhà trường, đồng thời bồi dưỡng nghiệp vụ sư phạm cho giáo viên. Thật vậy, cũng như các ngành lao động khác, nếu người thợ thể hiện trình độ tay nghề của mình qua công cụ lao động thì trình độ nghiệp vụ của người giáo viên phải được thể hiện qua việc sử dụng thiết bị dạy học, sao cho kết quả dạy học đạt hiệu quả cao tương tự như năng suất lao động của người thợ. Nhưng thiết bị dạy học của người giáo viên có tính đặc thù riêng của nó và nghiệp vụ sư phạm của giáo viên sẽ được bồi dưỡng qua quá trình sử dụng thiết bị dạy học. Đặc biệt trong dạy học Vật lý, các dụng cụ thí nghiệm đơn giản tự làm thõa mãn tính thời sự, phục vụ kịp thời những vấn đề mà xã hội đặt ra, phù hợp với đặc điểm của từng địa phương và trình độ nhận thức của học sinh trong những điều kiện cụ thể. Vì vậy, nó đem lại hiệu quả sư phạm cao hơn. Đó là những đặc điểm các dụng cụ do các nhà máy, cơ sở sản xuất không thể nào đáp ứng được. c) Về mặt kinh tế: Khi nói đến ý nghĩa kinh tế của thiết bị dạy học tự làm nói chung, thí nghiệm đơn giản tự làm trong dạy học Vật lý nói riêng, chúng ta hãy xem xét vấn đề tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản thủ công (gọi là sản xuất thủ công) của giáo viên và học sinh so với sản xuất công nghiệp có tiết kiệm hơn hay không? Đứng về mặt năng suất lao động thuần túy mà xét, năng suất lao động cũng như chất lượng sản phẩm của sản xuất thủ công kém hơn nhiều so với sản xuất công nghiệp. Nhưng tiết kiệm ở đây là: dụng cụ tự làm đem lại hiệu quả sư phạm cao hơn; huy động được năng lực và trí sáng tạo của hàng triệu giáo viên và học sinh; tận dụng được nguồn vật tư rất phong phú và đa dạng mà nền sản xuất xã hội nhiều khi không được chú ý đến. Mặt khác, hiện nay, nước ta chưa thể cung cấp đầy đủ trang thiết bị cho hệ
  • 32. 21 thống các trường trên toàn quốc, những dụng cụ thí nghiệm tự làm của giáo viên và học sinh từ những vật liệu dễ kiếm, sẵn có, rẻ tiền sẽ là nguồn bổ sung trang thiết bị rất tốt cho phòng thí nghiệm của nhà trường. Trong những năm qua, mặc dù nhà nước đã cố gắng đầu tư vào sản xuất thiết bị dạy học, nhưng đến nay, trừ một số trường trọng điểm của trung ương và địa phương, các trường khác vẫn chưa được trang bị đầy đủ các thiết bị dạy học, và đặc biệt thiếu thốn ở các trường ở vùng miền khó khăn. Chính vì vậy, bên cạnh từng bước trang bị cho các trường những trang thiết bị dạy học cần thiết, cần động viên, khuyến khích và tạo điều kiện về mọi mặt để giáo viên và học sinh tự làm đồ dùng dạy học nhằm khắc phục những khó khăn thiếu thốn hiện tại. 1.2.4.3. Các yêu cầu đối với việc xây dựng thí nghiệm đơn giản Để việc sử dụng thí nghiệm đơn giản đem lại hiệu quả, giáo viên và học sinh cần lưu ý những điểm sau: - Trước khi sử dụng thí nghiệm đơn giản, giáo viên và học sinh cần tìm hiểu nguyên tắc, cấu tạo của dụng cụ thí nghiệm đơn giản. - Cần lưu ý học sinh khi sử dụng thí nghiệm đơn giản phải nhẹ nhàng, khéo léo để tránh hỏng hóc hoặc quá giới hạn sử dụng đối với các dụng cụ đo. - Trước khi sử dụng thí nghiệm đơn giản, học sinh cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động của chúng. - Các thí nghiệm đơn giản phải được sử dụng hợp lý và đưa ra đúng lúc trong tiến trình dạy học sao cho gây hứng thú học tập cho học sinh. - Khi sử dụng thí nghiệm đơn giản, học sinh cần hiểu được mục đích của thí nghiệm; trực tiếp đề xuất các phương án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết; tự tay tiến hành thí nghiệm; quan sát, thu thập số liệu và rút ra kết luận trên cơ sở phân tích các kết quả thí nghiệm thu được. - Phải đảm bảo an toàn trong khi sử dụng các thí nghiệm đơn giản.
  • 33. 22 1.2.4.4. Các khả năng, hình thức sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý Thí nghiệm đơn giản có khả năng sử dụng dưới nhiều hình thức trong quá trình dạy học Vật lý: - Các thí nghiệm đơn giản được sử dụng ở tất cả các khâu của quá trình dạy học: đặt vấn đề (tạo tình huống có vấn đề), hình thành kiến thức mới (khảo sát hoặc minh họa), củng cố và vận dụng các kiến thức đã học (trong đó có sự đề cập các ứng dụng của kiến thức Vật lý trong sản xuất đời sống) và cũng có thể dùng để kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh. - Các thí nghiệm đơn giản có thể được giáo viên và học sinh tiến hành trong chương trình chính khóa hoặc ngoại khóa, trên lớp hoặc ở nhà. - Việc chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí nghiệm đơn giản để tiến hành các thí nghiệm có thể giao cho từng học sinh hoặc các nhóm học sinh làm ở nhà hay trong giờ ngoại khóa, không những để củng cố các kiến thức đã học mà có khi còn để cung cấp các dữ liệu thực nghiệm chuẩn bị cho nội dung kiến thức ở các bài học sau. - Cùng một nội dung kiến thức Vật lý, giáo viên có thể tiến hành thí nghiệm trên lớp với dụng cụ có sẵn trong phòng thí nghiệm, còn học sinh được giao nhiệm vụ tiến hành thí nghiệm này nhưng với dụng cụ thí nghiệm đơn giản do chính tay mình chế tạo. - Giáo viên cũng có thể làm thí nghiệm trên lớp với dụng cụ đơn giản, yêu cầu học sinh về nhà chế tạo lại hoặc chế tạo nó theo phương án khác (nếu có thể). - Với dụng cụ thí nghiệm đơn giản do mình chế tạo, học sinh tiến hành thí nghiệm mà giáo viên đã biểu diễn trên lớp nhưng nghiên cứu sâu hơn mối liên hệ giữa các đại lượng Vật lý được đề cập trong nội dung thí nghiệm. 1.2.4.5. Vị trí của thí nghiệm đơn giản trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề Thí nghiệm đơn giản được sử dụng ở tất cả các pha của tiến trình dạy học nêu và giải quyết vấn đề:
  • 34. 23 a) Tạo tình huống có vấn đề: Trong nhiều bài học, thí nghiệm đơn giản được sử dụng ở pha thứ nhất: chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hóa tri thức để tạo tình huống có vấn đề. Do ưu điểm của thí nghiệm đơn giản là thành công ngay, cho kết quả mâu thuẫn với kiến thức đã biết, với kinh nghiệm sẵn có hoặc trái ngược với sự chờ đợi của học sinh nên nó tạo ra nhu cầu, hứng thú tìm tòi kiến thức mới của học sinh. Những thí nghiệm đơn giản thường làm bằng những vật liệu rẻ tiền; ít tốn thời gian chuẩn bị, lắp ráp, thao tác; hấp dẫn đối với học sinh nên thường được dùng trong giai đoạn định hướng mục đích nghiên cứu, đề xuất vấn đề cần nghiên cứu. Thí dụ: thí nghiệm về sự phồng lên trở lại của quả bóng bàn bị bẹp trong nước nóng (sự nở vì nhiệt của không khí); thí nghiệm về sự sôi của nước nóng trong một bình kín không phải bằng cách đun nóng nước mà nhờ đổ nước lạnh lên vỏ ngoài bình (sự sôi dưới áp suất thấp)... b) Kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới (giải quyết vấn đề, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết để đề xuất, xác nhận kết quả xem sự phù hợp của lý thuyết và thực nghiệm), thí nghiệm đơn giản được sử dụng ở pha thứ hai: học sinh hành động độc lập, tự chủ, trao đổi, tìm tòi giải quyết vấn đề. Ở chương “Nhiệt học”, Vật lý 10, ban cơ bản, học sinh có thể dựa trên đụng cụ đo áp suất sẵn có và kết hợp với các dụng cụ đơn giản khác như cốc thủy tinh, ống nhựa... để tiến hành thí nghiệm nhằm thực hiện giải pháp đã đề xuất. c) Vận dụng kiến thức Trong một số bài học, thí nghiệm đơn giản còn được sử dụng ở pha thứ ba của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề. Trong giai đoạn này, thí nghiệm đơn giản có thể được sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hóa kiến thức và vận dụng) kiến thức, kỹ năng của học sinh. Các thí nghiệm đơn giản không những dùng để củng cố kiến thức, kỹ năng của học sinh trong các giờ học trên lớp mà cả các giờ ngoại khóa và ở nhà. Việc tiến hành các thí nghiệm trong giai đoạn củng cố được giao cho học sinh dưới dạng những nhiệm vụ
  • 35. 24 có nội dung sao cho phát triển được năng lực hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh, chứ không đơn thuần chỉ là hoạt động tay chân đơn giản. 1.2.4.6. Hướng dẫn học sinh tự làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản Giáo viên có thể gợi ý hoặc chỉ ra cho học sinh những vật liệu cần thiết có thể thấy trong đời sống hàng ngày để các em sưu tầm và sử dụng vào việc chế tạo các dụng cụ thí nghiệm đơn giản. Thí dụ: mô hình động cơ Stirling có thể chế tạo từ những vật liệu đơn giản: vỏ lon, chai nhựa dùng làm thân xi lanh, miếng xốp dùng để làm pít-tông tự do, thanh kẽm dùng làm trục quay, bánh đà làm bằng các đĩa CD hỏng... Giáo viên có thể hướng dẫn học sinh thiết kế, chế tạo và lắp ráp một số thí nghiệm đơn giản trong bài học mà giáo viên đã chế tạo để sử dụng. Trên cơ sở đó, giáo viên gợi ý để các em có thể suy nghĩ cách thay thế một số chi tiết nhỏ của dụng cụ thí nghiệm bằng những vật liệu đơn giản, gần gũi với các em nhằm kích thích và lôi cuốn các em tham gia vào hoạt động này một cách tự giác. Giáo viên cũng có thể đưa ra cho học sinh một số mẫu thiết kế mà giáo viên đã làm để các em về nhà nghiên cứu, và từ đó có thể đề xuất những phương án khác nhằm chế tạo dụng cụ thí nghiệm đó. Giáo viên cần hướng dẫn học sinh cách gia công một số vật liệu để chế tạo được các dụng cụ thí nghiệm đơn giản. Thí dụ: cắt đáy lon bia để làm xi-lanh của động cơ Stirling, dùng kiềm để bẻ thanh kẽm cứng thành những góc vuông và cho chúng lệch nhau góc 90o , khoan lỗ, trét keo... Giáo viên có thể tổ chức các nhóm làm dụng cụ thí nghiệm đơn giản để hỗ trợ lẫn nhau. Các nhóm có thể hoạt động trong cả năm, giáo viên phân công mỗi nhóm làm một vài dụng cụ thí nghiệm, khi cần có thể cung cấp cho các nhóm khác dùng, nhằm tạo nên chất lượng của dụng cụ thí nghiệm tốt hơn và số lượng cũng được nhiều hơn. Giáo viên cần khuyến khích động viên từng cá nhân học sinh tự làm dụng cụ và tiến hành thí nghiệm đơn giản nhằm phát huy tính năng động, tự lực và độc lập sáng tạo của học sinh.
  • 36. 25 1.2.5. Qui trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý Trên cơ sở lí luận dạy học về việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh trong dạy học Vật lý và vai trò của thí nghiệm đối với hoạt động nhận thức của học sinh, tác giả Nguyễn Anh Thuấn [19] đã đề xuất qui trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm ở trường THPT như sau. 1.2.5.1. Qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý Việc xây dựng các thiết bị thí nghiệm bao gồm các quá trình thiết kế, chế tạo thiết bị mới, cải tiến, hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm đã có sao cho chúng thỏa mãn được các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm đối với các thiết bị thí nghiệm. a) Yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật - Tạo ra hiện tượng rõ ràng, điều khiển được các yếu tố tác động. Các số liệu thu thập từ thí nghiệm đảm bảo độ chính xác chấp nhận được ở trường phổ thông. - Chất lượng vật liệu dùng để chế tạo thiết bị thí nghiệm phải đảm bảo tuổi thọ cao và độ bền chắc. - Quá trình chế tạo thiết bị thí nghiệm cần áp dụng các thành tựu công nghệ chế tạo mới của khoa học – kĩ thuật. b) Yêu cầu về mặt sư phạm - Các thiết bị thí nghiệm cần đơn giản: số chi tiết không nhiều, cấu tạo gọn, ít hỏng, dễ sửa chữa, dễ dàng vận chuyển và bảo quản. - Cần thiết kế, chế tạo các bộ thí nghiệm Vật lý sao cho có thể làm được nhiều thí nghiệm không chỉ ở một chương, một phần mà còn những phần khác nhau của chương trình Vật lý, không phải chỉ vì lí do kinh tế mà còn cho phép học sinh không tốn nhiều thời gian nghiên cứu tác dụng, cách sử dụng các chi tiết, giúp học sinh dễ dàng thực hiện được các thí nghiệm, tận dụng được thời gian đi sâu nghiên cứu cái mới được đề cập trong trong các thí nghiệm và thấy được sự liên kết được các kiến thức đã học.
  • 37. 26 - Thời gian chuẩn bị các thí nghiệm không đòi hỏi nhiều, dễ dàng tập hợp, thay đổi các chi tiết, thao tác bằng tay không phức tạp, có thể lắp ráp từng bước và chắc chắn. - Các thiết bị thí nghiệm có thể được sử dụng ở nhiều giai đoạn của quá trình dạy học: tạo tình huống có vấn đề, hình thành kiến thức mới, củng cố và vận dụng kiến thức. - Các thiết bị thí nghiệm phải hỗ trợ được quá trình nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh, nhất là trong giai đoạn phát hiện vấn đề cần giải quyết, hỗ trợ việc xây dựng giả thuyết, để kiểm tra giả thuyết hoặc để kiểm tra hệ quả suy được từ giả thuyết. - Các thiết bị thí nghiệm phải đảm bảo các yêu cầu mĩ thuật: các đường nét, hình khối cân xứng, khối lượng không quá nặng, màu sắc làm nổi bật được các chi tiết quan trọng. Riêng đối với các thiết bị thí nghiệm biểu diễn cần có kích thước đủ lớn, các bộ phận trong thiết bị phải được bố trí sao cho học sinh toàn lớp quan sát được biểu biễn của hiện tượng diễn ra trong thí nghiệm. c) Qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý Trên cơ sở xác định các yêu cầu của việc xây dựng các thiết bị thí nghiệm, quá trình xây dựng các thiết bị thí nghiệm có thể được tiến hành theo các giai đoạn sau: - Xác định nội dung các kiến thức, kĩ năng mà học sinh cần có được trong quá trình học tập. - Xác định các thí nghiệm cần tiến hành trong dạy học nội dung này. - Tìm hiểu tình hình thực tiễn về các thiết bị thí nghiệm để xác định được hiện nay đã có những thiết bị thí nghiệm nào cho phép tiến hành các thí nghiệm đã xác định? Việc tiến hành các thí nghiệm với những thiết bị thí nghiệm này có những ưu, nhược điểm gì? Có đáp ứng được các yêu cầu đã nêu ở trên không, nhất là yêu cầu đối với việc dạy học phát triển tính tích cực sáng tạo của học sinh. Giai đoạn nghiên cứu này đi tới kết luận: một số thí nghiệm đã có sẵn và đáp ứng được các yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm; cũng đã có một số thiết bị thí
  • 38. 27 nghiệm mà việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm này chưa phát huy được vai trò của chúng với hoạt động nhận thức của học sinh, cần cải tiến hoàn thiện; không có thiết bị thí nghiệm nào để tiến hành một số thí nghiệm đã xác định ở trên. Đối với trường hợp cần nghiên cứu cải tiến, hoàn thiện các thiết bị thí nghiệm có sẵn (nhưng chưa đáp ứng nhu cầu dạy học) và nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị thí nghiệm mới thì trong cả hai trường hợp, các thiết bị thí nghiệm được chế tạo mới hoặc được cải tiến, hoàn thiện phải đảm bảo được các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm. - Sản xuất thử thiết bị thí nghiệm, tiến hành nhiều lần các thí nghiệm với thiết bị thí nghiệm, trước hết nhằm đảm bảo thí nghiệm thành công. Sau đó, cần phân tích, đánh giá thiết bị thí nghiệm này để điều chỉnh thiết kế sao cho thiết bị có thể đạt được tối đa các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và yêu cầu về mặt sư phạm. - Đưa thiết bị thí nghiệm đã đề xuất vào dạy thực nghiệm sư phạm để tiếp tục xác định những khó khăn, hạn chế trong quá trình sử dụng nhằm bổ sung hoàn chỉnh thiết bị thí nghiệm. - Sản xuất thiết bị mẫu, soạn tài liệu hướng dẫn, trình Bộ giáo dục và đào tạo duyệt để có thể sản xuất hàng loạt và trang bị cho các trường phổ thông. 1.2.5.2. Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý Để thí nghiệm phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong dạy học Vật lý thì việc sử dụng thí nghiệm phải tuân theo một số yêu cầu về mặt kĩ thuật và về mặt phương pháp dạy học. a) Yêu cầu của việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý. - Xác định rõ lôgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng thí nghiệm phải là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức. Trước mỗi thí nghiệm, phải đảm bảo cho học sinh ý thức được sự cần thiết của thí nghiệm và hiểu rõ mục đích của thí nghiệm. - Xác định rõ các thiết bị thí nghiệm cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình thí nghiệm (để đạt được mục đích thí nghiệm, cần sử dụng các thiết bị thí nghiệm nào,
  • 39. 28 bố trí ra sao, cần tiến hành thí nghiệm theo các bước nào, cần quan sát, đo đạc cái gì). Không xem nhẹ các thí nghiệm đơn giản. - Đảm bảo cho học sinh ý thức được rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả các giai đoạn thí nghiệm bằng cách giao cho học sinh thực hiện các nhiệm vụ cụ thể. - Thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi thí nghiệm trước giờ học, đảm bảo thí nghiệm phải thành công (hiện tượng xảy ra phải quan sát được rõ ràng, kết quả đo có độ chính xác chấp nhận được). - Việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm phải tuân theo các qui tắc an toàn. b) Qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý. - Giai đoạn 1: Thiết bị thí nghiệm được sử dụng làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu. Trong giai đoạn làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu ở học sinh, giáo viên có thể sử dụng thiết bị thí nghiệm theo các bước sau: + Bước 1: Giáo viên mô tả một hoàn cảnh thực tiễn tạo nên một vấn đề “hấp dẫn” và yêu cầu học sinh dự đoán hiện tượng có thể xảy ra. + Bước 2: Giáo viên làm một thí nghiệm, hoặc giáo viên cho học sinh làm một thí nghiệm đơn giản để học sinh thấy được hiện tượng diễn ra không phù hợp với dự đoán của mình. + Bước 3: Giáo viên hướng dẫn học sinh phát biểu vấn đề của bài học. Căn cứ vào trình độ của học sinh, vào nội dung của bài học mà giáo viên lựa chọn và đưa ra mức độ thích hợp nhằm yêu cầu học sinh tự lực phát biểu vấn đề của bài học. Lúc đầu, giáo viên có thể đưa ra mức độ cao hơn thăm dò, sau đó giáo viên hướng dẫn và giảm bớt khó khăn cho học sinh khi cần thiết. - Giai đoạn 2: Thiết bị thí nghiệm được sử dụng để hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết của học sinh Trong giai đoạn giáo viên hướng dẫn học sinh đề xuất giả thuyết, thiết bị thí nghiệm có thể được sử dụng theo các bước sau:
  • 40. 29 + Bước 1: Giáo viên yêu cầu học sinh đề xuất giả thuyết để nêu nguyên nhân của vấn đề đã được phát biểu ở giai đoạn trước. Học sinh có thể đề xuất giả thuyết dựa trên một số gợi ý sau: − Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có. − Dựa trên sự tương tự. − Dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có mối quan hệ nhân quả. − Dựa trên nhận xét thấy hai hiện tượng luôn luôn biến đổi đồng thời, cùng tăng hoặc cùng giảm mà dự đoán về mối quan hệ nhân quả giữa chúng. − Dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiều quá trình. − Dự đoán về mối quan hệ định lượng. + Bước 2: Nếu học sinh vẫn không đề xuất được giả thuyết thì giáo viên sẽ tiến hành một thí nghiệm để cung cấp thêm cho học sinh mối liên hệ giữa một số đại lượng trong hiện tượng đang nghiên cứu, giúp học sinh khái quát được những kết quả quan sát được để đưa ra dự đoán. - Giai đoạn 3: thiết bị thí nghiệm được sử dụng để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được suy ra từ giả thuyết Để rút ra hệ quả từ giả thuyết, giáo viên hướng dẫn học sinh suy luận lí thuyết. Trong giai đoạn này, giáo viên không cần sử dụng thiết bị thí nghiệm. Trong đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả được suy ra từ giả thuyết, học sinh phải suy nghĩ, tìm tòi để tìm ra phương hướng giải quyết vấn đề. Trong giai đoạn này, giáo viên nhất thiết phải sử dụng các thiết bị thí nghiệm. Qui trình sử dụng thí nghiệm của giáo viên trong giai đoạn này có thể theo các bước sau: + Bước 1: Giáo viên giúp học sinh nhận thức rõ điều mà họ cần tiến hành thí nghiệm kiểm tra và gợi cho học sinh nhớ lại những kiến thức, kinh nghiệm có liên quan.
  • 41. 30 + Bước 2: Giáo viên tổ chức cho học sinh đề xuất các phương án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. + Bước 3: Giáo viên tổ chức cho học sinh trao đổi, phân tích tính khả thi của mỗi phương án và chọn ra phương án có nhiều triển vọng nhất. + Bước 4: Giáo viên hướng dẫn học sinh lựa chọn thiết bị thí nghiệm, bố trí dụng cụ thí nghiệm, dự kiến tiến trình thí nghiệm. Giáo viên bổ sung, điều chỉnh một số chi tiết cần thiết để tăng thêm hiệu quả của thiết bị thí nghiệm. + Bước 5: Giáo viên tiến hành thí nghiệm trên thiết bị thí nghiệm đã thiết kế (đã được giáo viên chuẩn bị từ trước). Nếu việc tiến hành thí nghiệm không đòi hỏi kĩ năng phức tạp thì giáo viên có thể yêu cầu học sinh tự tiến hành thí nghiệm, giáo viên chỉ giúp đỡ học sinh khi học sinh gặp khó khăn. - Giai đoạn 4: Thiết bị thí nghiệm được sử dụng trong giai đoạn vận dụng kiến thức Để học sinh có thể vận dụng được kiến thức một cách sáng tạo, làm cho kiến thức của học sinh trở nên sâu sắc, bền vững, giáo viên có thể giao cho học sinh những nhiệm vụ đòi hỏi phải sử dụng thiết bị thí nghiệm theo các cách sau: + Cách 1: Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ sử dụng thiết bị thí nghiệm đã được sử dụng để tiến hành thí nghiệm khác hoặc phải sử dụng thiết bị thí nghiệm có sẵn để tiến hành thí nghiệm. + Cách 2: Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ chế tạo dụng cụ thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm với nó. Trong hai cách sử dụng thiết bị thí nghiệm ở giai đoạn vận dụng kiến thức, giáo viên có thể tổ chức hoạt động của học sinh dựa theo một số dạng hướng dẫn cụ thể sau: + Giáo viên cho học sinh những dụng cụ thí nghiệm cần thiết, nêu các bước tiến hành thí nghiệm và yêu cầu học sinh tiến hành thí nghiệm theo các bước này, rồi giải thích các kết quả thí nghiệm. + Giáo viên cho học sinh dụng cụ thí nghiệm cần thiết, nêu các bước tiến hành thí nghiệm và yêu cầu học sinh dự đoán kết quả thí nghiệm, rồi mới làm thí nghiệm kiểm tra.
  • 42. 31 + Giáo viên cho học sinh dụng cụ thí nghiệm cần thiết và yêu cầu học sinh tự thiết kế tiến trình thí nghiệm để đạt được mục đích đề ra. + Học sinh tự lựa chọn dụng cụ có sẵn, lập tiến trình thí nghiệm (gồm bố trí, các bước tiến hành thí nghiệm, đo kết quả, xử lý kết quả đo) để đạt mục đích đề ra. + Học sinh tự lựa chọn dụng cụ, chế tạo thiết bị thí nghiệm, lập tiến trình thí nghiệm (gồm bố trí, các bước tiến hành thí nghiệm, đo kết quả, xử lý kết quả đo) để đạt mục đích đề ra. Việc sử dụng thiết bị thí nghiệm theo cả hai cách đã nêu không đơn thuần chỉ tiến hành thí nghiệm với thiết bị đó, không phải là sự vận dụng máy móc các kiến thức, kĩ năng đã biết mà phải có những yếu tố chứa đựng sự sáng tạo của học sinh ở một khâu hoặc ở tất cả các khâu của việc sử dụng thiết bị thí nghiệm: thiết kế phương án thí nghiệm, lựa chọn các chi tiết để chế tạo dụng cụ mong muốn, tiến hành thí nghiệm với dụng cụ vừa chế tạo, xử lí các kết quả thí nghiệm thu được. Trong giai đoạn vận dụng kiến thức, giáo viên có thể lựa chọn cách sử dụng thiết bị thí nghiệm trên cơ sở các yêu cầu về nội dung kiến thức, kĩ năng cần đạt được ở học sinh, trình độ của học sinh. Quá trình tổ chức hướng dẫn của giáo viên trong giai đoạn này có thể theo các bước sau: + Bước 1: Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ sử dụng thiết bị thí nghiệm để giải quyết vấn đề đặt ra. + Bước 2: Giáo viên tổ chức cho học sinh thảo luận để lựa chọn, thiết kế, chế tạo dụng cụ thí nghiệm, lập kế hoạch thí nghiệm. + Bước 3: Giáo viên hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lí kết quả thí nghiệm. Trong bốn giai đoạn của qui trình sử dụng thiết bị trong dạy học Vật lý, thiết bị thí nghiệm đóng vai trò quan trọng nhất ở giai đoạn kiểm tra giả thuyết hoặc kiểm tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết. Việc kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc kiểm tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết đòi hỏi học sinh (dưới dự hướng dẫn của giáo viên) phải xây dựng được phương án thí nghiệm kiểm tra, xây
  • 43. 32 dựng được phương án thí nghiệm cần sử dụng và tiến hành được phương án thí nghiệm có sử dụng thiết bị thí nghiệm đó. Quá trình sử dụng thiết bị thí nghiệm theo các giai đoạn này không những tạo và duy trì hứng thú ở học sinh, rèn luyện cho học sinh kĩ năng đưa ra dự đoán và kĩ năng đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra mà còn tạo điều kiện rèn luyện kĩ năng thực hành cho học sinh. 1.3. Sử dụng thiết bị thí nghiệm Vật lý trong trong quá trình dạy học Một trong những vấn đề có tầm quan trọng hàng đầu của thiết bị dạy học nói chung và thiết bị thí nghiệm Vật lý nói riêng là “nghiên cứu sử dụng thiết bị dạy học”. Thiết bị dù hiện đại đến đâu cũng chỉ là những vật vô tri vô giác, không thể làm nhiệm vụ của người thầy. Nó chỉ phát huy được tác dụng trong việc nâng cao chất lượng giáo dục khi được người thầy sử dụng đúng phương pháp trong quá trình dạy học. Hiện nay, nhìn chung, năng lực sử dụng thiết bị dạy học của giáo viên còn hạn chế. Vì vậy, nghiên cứu việc sử dụng các thiết bị dạy học là hết sức cần thiết. 1.3.1. Những vấn đề chung Trước hết, ta cần nhắc lại một vài luận điểm cơ bản khi sử dụng thiết bị dạy học: Khi sử dụng thiết bị dạy học nào đó, phải xác định được nhiệm vụ của nó trên bài học. Nếu thiết bị không có nhiệm vụ rõ ràng trong quá trình dạy học thì không nên sử dụng, vì điều đó sẽ có hại về mặt sư phạm và kinh tế, làm hỏng cấu trúc bài học, phân tán sự chú ý của học sinh, lãng phí thời gian và nguyên vật liệu. Mỗi thiết bị phải có một vị trí nhất định trong bài học. Giáo viên phải xác định được thiết bị sẽ được giới thiệu ở đâu, vào lúc nào, và nắm được phương pháp sử dụng thiết bị khi chuẩn bị giờ lên lớp. Có thể dùng thiết bị khi mở bài nhằm tạo mâu thuẫn nhận thức, kích thích hứng thú của học sinh; khi giảng bài mới hoặc khi vận dụng củng cố... Hiện nay, đa số giáo viên chỉ sử dụng thiết bị khi giảng bài mới. Điều đó đúng vì truyền thụ kiến thức cho học sinh là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của việc dạy học. Nhưng cũng cần tăng cường việc sử dụng thiết bị ở các khâu
  • 44. 33 khác nhau của quá trình dạy học như mở bài, vận dụng và củng cố, vì quá trình dạy học chỉ đem lại hiệu quả cao khi các bước của nó được hoàn thiện. Cần đặc biệt chú ý sử dụng thiết bị dạy học khi mở bài nhằm giúp giáo viên tạo ra mâu thuẫn nhận thức và kích thích hứng thú của học sinh đối với vấn đề cần nghiên cứu. Điều đó rất cần thiết vì học sinh chỉ học tập có kết quả khi các em hứng thú. Xét về khía cạnh triết học, có thể nói những mâu thuẫn nội tại giữa nhu cầu nhận thức và trình độ hiểu biết có hạn của học sinh là động lực chủ yếu của quá trình học tập. Thời gian sử dụng thiết bị phải được xác định hợp lí, phù hợp với tính chất và lượng kiến thức mà thiết bị giới thiệu và khả năng nhận thức của học sinh. Nếu vấn đề không quan trọng mà dành thời gian sử dụng thiết bị quá dài sẽ làm mất cân đối cấu trúc của bài học và làm học sinh hiểu lệch trọng tâm của vấn đề nghiên cứu. Mỗi thiết bị có những đặc điểm và khả năng riêng. Trong quá trình dạy học, giáo viên phải sử dụng phối hợp các thiết bị với nhau mới có thể đạt được hiệu quả sư phạm cao. Khi hình thành các khái niệm, hiện tượng bằng phương pháp quy nạp, các thiết bị thường được sử dụng theo trình tự tính trừu tượng tăng dần: vật thật, mô hình, sơ đồ, kí hiệu... Thí dụ: khi học bài động cơ nhiệt, việc phối hợp các thiết bị dạy học có thể được tiến hành như sau: Trước hết cho học sinh xem một động cơ nhiệt thật để các em thấy vị trí, kích thước, cấu tạo... của nó trong thực tế, nhưng động cơ thật có rất nhiều chi tiết thừa, dễ làm phân tán sự chú ý của học sinh, lại khó tháo lắp, vận hành để học sinh quan sát sự chuyển vận của nó. Vì vậy, cần dùng một mô hình thường trang bị cho các trường để giảng dạy. Nhưng với mô hình chỉ có thể giới thiệu cấu tạo và chuyển vận là những hiện tượng bề ngoài, còn mối quan hệ nội tại giữa áp suất p và thể tích V khi nén và giãn trong xi-lanh là bản chất của vấn đề, là nguyên nhân sinh ra công và chuyển động thì học sinh chỉ có thể hiểu được khi dùng đồ thị. Cuối cùng có thể cho học sinh xem lại toàn bộ quá trình trong dạng động bằng cách dùng một phim giáo khoa. Như vậy, qua thí dụ trên, ta đã sử dụng phối hợp năm thiết bị: vật thật, mô hình, công thức, đồ thị và phim.
  • 45. 34 Ngược lại, khi muốn giới thiệu một hiện tượng, một quá trình theo phương pháp suy diễn thì việc sử dụng thiết bị sẽ đi từ trừu tượng tới cụ thể. Thí dụ: khi giới thiệu nguyên tắc đòn bẩy ta phải trải qua những bước sau: - Công thức: 1 2 2 1 l F = l F ; - Hình vẽ: (hình 1.2) Hình 1.2. Hình vẽ nguyên tắc đòn bẩy - Thí nghiệm: (hình 1.3) Hình 1.3. Thí nghệm nguyên tắc đòn bẩy - Ảnh của vật thật như đòn bẩy, cần trục... Trong những năm gần đây, một số nhà tâm lý học chủ trương cần rèn luyện phương pháp suy diễn cho học sinh bằng cách thực hiện trong dạy học chiến lược “đi từ trừu tượng tới cụ thể” và xem đó là một trong những phương hướng quan trọng nhất nhằm rèn luyện năng lực sáng tạo cho học sinh. Tuy vậy, cho đến nay, quan điểm này chưa được thể hiện nhiều trong thực tế. Nội dung, phương pháp giảng dạy ở các trường và thiết bị dạy học loại này cũng còn ít. Cần nhấn mạnh rằng, khi sử dụng phối hợp các thiết bị phải chú ý đến lôgic chung của chúng. Mỗi thiết bị phải là một bộ phận hợp thành của một vấn đề thống nhất về mặt cấu trúc cũng như về các phương pháp, nó phải phù hợp với nội dung
  • 46. 35 kiến thức ta muốn truyền thụ. Nói cách khác, hệ thống thiết bị phải đẳng cấu với hệ thống kiến thức. Có như vậy, thiết bị mới góp phần truyền thụ kiến thức một cách chính xác và có hiệu quả. Một trong những vấn đề đáng lưu ý là khi sử dụng thiết bị, nhất là các thiết bị thí nghiệm, phải xác định lượng kiến thức sẽ truyền thụ cho học sinh một cách hợp lý. Lượng thông tin của các thí nghiệm cần phải vừa phải, không nên quá nhiều và quá phức tạp làm học sinh mệt mỏi. Nhưng cũng không nên quá ít, không thỏa mãn nhu cầu nhận thức và tư duy, làm các em thấy vấn đề nghiên cứu nông cạn, hời hợt, do đó không có thái độ nghiêm chỉnh đối với vấn đề nghiên cứu. Khi có nhiều thí nghiệm đơn giản, thì nên ghép chúng lại với nhau và giới thiệu với học sinh như mỗi thí nghiệm thống nhất để đảm bảo lượng thông tin cần thiết. 1.3.2. Sử dụng thiết bị theo tinh thần dạy học nêu vấn đề Trong những năm gần đây, lí luận dạy học ở nước ta nói nhiều đến những phương pháp dạy học mới, trong đó có dạy học nêu vấn đề, mà thực chất là điều khiển để học sinh tự tìm kiếm lấy kiến thức, trên cơ sở tích cực hóa hoạt động nhận thức của họ. Để làm việc này, người giáo viên cần có những thiết bị dạy học tương ứng. 1.3.2.1. Yêu cầu của một tình huống có vấn đề Như ta đã biết, xây dựng tình huống có vấn đề là một giai đoạn quan trọng của quá trình dạy học, nếu thiếu nó thì quá trình tư duy sáng tạo không thể khởi phát được. Thực tế giảng dạy cho thấy, việc xây dựng tình huống có vấn đề sẽ gặp nhiều khó khăn nếu không có những thiết bị cần thiết. Theo tác giả Thái Duy Tuyên, một thiết bị dạy học xây dựng tình huống có vấn đề phải thõa mãn những yêu cầu sau: - Tạo được mâu thuẫn của thông tin. - Mâu thuẫn phải kích thích hứng thú của học sinh đối với vấn đề nghiên cứu. Một khi học sinh cảm thấy có thể giải quyết được mâu thuẫn, nghĩa là mâu thuẫn đã đảm bảo tính vừa sức.
  • 47. 36 1.3.2.2. Cách tạo mâu thuẫn Vấn đề đặt ra là làm thế nào để tạo ra mâu thuẫn, sử dụng thiết bị thế nào để tạo ra mâu thuẫn? Đó là những qui trình, những thủ thuật cụ thể mà giáo viên phải vận dụng trong thực tiễn giảng dạy. Nếu không giải quyết được những vấn đề này thì những tư tưởng, quan điểm có tầm quan trọng chiến lược đặt ra trong lí luận dạy học sẽ không có điều kiện thể hiện trong thực tiễn nhà trường. Để xác định được phương pháp sử dụng thiết bị dạy học nhằm xây dựng tình huống có vấn đề, ta phải bắt đầu từ việc phân tích nội dung kiến thức được qui định trong các tài liệu học tập. Kiến thức trình bày trong các tài liệu này bao giờ cũng chứa đựng những mâu thuẫn giữa những vấn đề mà học sinh đã biết và những vấn đề mới mà học sinh sẽ học. Hơn nữa, nói cho cùng thì kiến thức nào cũng chứa đựng mâu thuẫn, các khái niệm định lí, định luật đều là sự thống nhất giữa khách quan và chủ quan. Một mặt chúng phản ánh những tính chất, những qui luật tương tác và vận động của thế giới khách quan (đó là tính khách quan), mặt khác nó phản ánh mức độ nhận thức có giới hạn của con người đối với thế giới (đó là tính chủ quan). Vì vậy, khái niệm định lí, định luật nào cũng có giới hạn đúng của nó. Nếu ta đặt những khái niệm, định lí, định luật này ngoài những giới hạn đó thì sẽ xảy ra mâu thuẫn, nghịch lí. Thí dụ: nguyên tắc bình thông nhau chỉ đúng khi thí nghiệm tiến hành trên mặt đất, nếu làm thí nghiệm ở không gian phi trọng lực thì nguyên tắc bình thông nhau sẽ không đúng nữa. Sau khi nhìn nhận được mâu thuẫn, các thiết bị dạy học, với tư cách là phương tiện thông tin, phải được sử dụng sao cho hai vế của mâu thuẫn xích lại gần nhau. Quá trình này cần được mô tả dưới dạng động để làm nổi bật cơ chế của nó. Tốc độ biểu diễn của quá trình cần đủ chậm để học sinh nhận biết được mâu thuẫn qua thao tác so sánh thông tin, rồi kết hợp hai vế của mâu thuẫn trong một câu hỏi thống nhất. Nhìn chung, tình huống có vấn đề không phải có thể được tạo ra dễ dàng qua một vài thao tác biểu diễn thí nghiệm, giới thiệu tranh hoặc mô hình. Đó thường là
  • 48. 37 kết quả của một quá trình phát triển ít nhiều mang tính phức tạp, chế biến câu hỏi và phải có thời gian mà không thể xảy ra một cách nhanh chóng. Việc tạo mâu thuẫn nhận thức không phải là một quá trình đơn giản. Điều đáng chú ý là trong quá trình này, việc sử dụng thiết bị phải gắn liền với lời giải thích của giáo viên. Điều đó có thể giải thích như sau: Việc quan sát một hoặc nhiều hiện tượng cụ thể luôn gắn liền với kinh nghiệm sống, những cái được giả thiết là cố định và là một mặt của mâu thuẫn. Để làm lộ rõ mâu thuẫn, phải tạo ra mặt kia của hiện tượng bằng cách cho quan sát một hoặc nhiều hiện tượng cụ thể khác. Nhiều khi, sau khi quan sát hai hiện tượng hoặc hai loại hiện tượng, ta vẫn chưa đề xuất ngay được mâu thuẫn, mà phải phân tích hiện tượng ở mức độ khái quát, nghĩa là phải giải thích lí thuyết mới thấy được mâu thuẫn, rồi kết hợp chúng lại trong một câu hỏi, trong một vấn đề thống nhất. Nhiều trường hợp không phải có thể dễ dàng quan sát các hiện tượng thực tiễn. Có lúc hai hiện tượng xảy ra rất xa nhau về thời gian và không gian, nhưng là hai mặt của một vấn đề nhận thức. Thí dụ: trong việc nghiên cứu các vấn đề xã hội, có lúc nêu lên một vấn đề, ta phải khái quát hóa cả một thời kì lịch sử. Trong trường hợp đó, nhiều khi phải dùng thêm các tài liệu để xây dựng tình huống có vấn đề.Các phương tiện này do những đặc điểm riêng của chúng có khả năng trình bày những sự kiện rất xa nhau về không gian và thời gian thành một vấn đề thống nhất nhằm tạo ra những tình huống có vấn đề hấp dẫn trong quá trình dạy học. 1.3.2.3. Cách tạo hứng thú Làm thế nào để tạo ra những thiết bị hứng thú đối với học sinh? Như đã nói ở trên, thiết bị phải tạo ra mâu thuẫn giữa kiến thức mới và kiến thức cũ. Nhưng nếu những mâu thuẫn này chỉ tồn tại như một khách thể đối với học sinh thì nó chưa thể trở thành động lực của quá trình dạy học. Mâu thuẫn này chỉ trở thành động lực của quá trình dạy học khi nó được học sinh tiếp nhận, trở thành một mâu thuẫn trong ý thức của học sinh, một mâu thuẫn nội tại. Điều đó chỉ có được khi học sinh học tập một cách tự giác và với sự hứng thú thực sự. Usinski đã từng nói: “Học tập bị tước đoạt mọi hứng thú và chỉ tiếp nhận bằng sức mạnh cưỡng bức,
  • 49. 38 dù là có được từ những nguồn tốt nhất, từ tình yêu cha mẹ, thầy giáo, làm giảm ở học sinh sự tự giác học tập mà không có điều đó thì không giải quyết được”. Hứng thú của một người đối với một sự vật, một hiện tượng là sự phản ánh thái độ của người đó đối với thế giới khách quan. Nhưng đây là sự phản ánh có chọn lọc vì thế giới bên ngoài rất đa dạng, mà con người chỉ hứng thú đối với một số vật và hiện tượng nào đấy. Chỉ những vật nào cần thiết, quan trọng, có giá trị đối với cá nhân, nghĩa là có thể thõa mãn nhu cầu vật chất và tinh thần đối với cá nhân thì mới có thể gây hứng thú. Hứng thú còn gắn liền với kiến thức và kinh nghiệm, với sự phát triển tương lai của con người. Về mặt quan hệ, hứng thú chỉ nảy sinh khi có sự thống nhất giữa cá nhân và môi trường (thế giới khách quan). Chính vì có mối liên hệ mật thiết đó nên có thể điều khiển hứng thú của cá nhân bằng cách thay đổi môi trường và điều kiện bên ngoài. Như vậy, để điều khiển được hứng thú của cá nhân, ta cần phải cải tạo cả bản chất con người lẫn môi trường bên ngoài, làm cho hai yếu tố này xích lại gần nhau, thống nhất với nhau. Đó là điều kiện rất quan trọng để nảy sinh hứng thú. Hứng thú học tập là một dạng hứng thú mang tất cả tính chất đặc thù, cho nên khi sử dụng thiết bị dạy học, để gây hứng thú cho học sinh, giáo viên cần định hướng theo những vấn đề đã nêu. Tuy nhiên, khi nói đến sự cần thiết kích thích hứng thú nhận thức của học sinh, cũng cần chú ý rằng, không phải bất kì vấn đề khoa học nào cũng làm cho học sinh hứng thú. Usinski cũng từng nói: “Học tập chỉ dựa vào hứng thú thì không thể trao dồi khả năng nắm kiến thức và ý chí của học sinh, vì không phải tất cả mọi điều trong quá trình học tập đều hứng thú, mà có nhiều điều cần tiếp cận bằng sức mạnh của ý chí...” Dựa vào những lý luận trên, ta thấy, việc sử dụng thiết bị nhằm kích thích hứng thú của học sinh phải thõa mãn một số yêu cầu nhất định: a) Về nội dung: thiết bị phải đem lại những thông tin mới cho học sinh nhưng không mới đến mức hoàn toàn không hiểu được; cái mới phải bổ sung, phát triển hoặc mâu thuẫn với cái cũ. Thật ra, trong khuôn khổ của một giờ học và trong điều kiện thông tin hiện đại, thì việc đưa ra cái mới, có tác dụng hấp dẫn học sinh không
  • 50. 39 phải dễ. Tuy nhiên, ta có thể chế tạo hoặc sử dụng thiết bị để giới thiệu những vấn đề không lớn và nhiều sự vật, hiện tượng dưới góc độ mới. b) Về phương pháp: Nên làm sao cho thiết bị được sử dụng dưới nhiều hình thức, lúc nhanh, lúc chậm phù hợp với quá trình nhận thức; các hiện tượng mới phải được tạo ra một cách đột ngột, bất ngờ, học sinh không dự kiến được. Nếu có điều kiện, cần sáng tạo và sử dụng thiết bị để mô tả hiện tượng trong những trường hợp đặc biệt, tạo ra những hiện tượng có vẻ nghịch lí, nhằm giúp học sinh thấy rõ hơn bản chất của vấn đề. Thí dụ, qua bài “Lăng kính” (Vật lý 11) học sinh hiểu rằng khi đi qua lăng kính, ánh sáng bị khúc xạ về phía đáy. Đó là trường hợp lăng kính thủy tinh đặt trong môi trường không khí (kém chiết quang hơn). Nếu ta làm một lăng kính không khí đặt trong môi trường nước (chiết quang hơn) thì khi qua lăng kính, ánh sáng sẽ bị khúc xạ về phía đỉnh. Điều này làm cho học sinh rất ngạc nhiên và hứng thú, đồng thời thấy rõ bản chất của hiện tượng. Hứng thú học tập của các em sẽ tăng lên nếu thông tin mà thiết bị đưa ra có nội dung thiết thực, gần gũi với cuộc sống hàng ngày của các em. Thí dụ: có thể cho các em bài tập như sau: * Có thể đo diện trở của một bóng đèn có hiệu điện thế U=220V và công suất P=100W bằng ba phương pháp: - Dùng ôm kế ta đo được R=35Ω ; - Dùng định luật Ôm cho một đoạn mạch, ta có R=300 Ω ; - Dùng công thức 2 U R P = thì R=484 Ω . Hỏi tại sao các kết quả xác định bằng ba phương pháp trên lại sai lệch như vậy? * Dùng một thanh nam châm vĩnh cửu hút móc sắt, ta có thể lấy móc sắt ra dễ dàng, sau đó dùng một nam châm điện hút móc sắt rồi đề nghị một học sinh khỏe nhất lớp kéo móc sắt ra. Em đó kéo không nổi. Tại sao dòng diện nhỏ lại tạo ra một lực lớn như vậy?
  • 51. 40 Để tăng cường hứng thú khi sử dụng thí nghiệm, giáo viên có thể cho các em dự đoán các hiện tượng xảy ra trước khi làm thí nghiệm. Điều đó chẳng những làm cho học sinh hứng thú mà còn phát triển tư duy sáng tạo cho các em. Thực tế cho thấy, nếu sử dụng phương pháp dự đoán đúng lúc, đúng chỗ, sẽ làm cho giờ học thoải mái tự nhiên, học sinh học tập hào hứng, tích cực và một số em đã có những dự đoán khá độc đáo về các hiện tượng sẽ xảy ra, khi cho biết trước những điều kiện xác định. Điều đó chứng tỏ việc sử dụng phương pháp dự đoán trong quá trình dạy học rất phù hợp với quá trình tư duy sáng tạo. Thật vậy, mọi người đều biết quá trình sáng tạo cái mới thường xảy ra không theo một quy luật nhất định. Nhiều khi cái mới lóe lên đột ngột, bất ngờ. Tính bột phát nảy sinh trong quá trình sáng tạo thường gắn liền với dự đoán, với phương pháp trực giác mà không phải là kết quả của một sự suy luận chặt chẽ. Nếu quá trình sáng tạo thường xảy ra một cách không có qui luật như vậy, thì ngược lại, sự giới thiệu các công trình nghiên cứu lại có lôgic chặt chẽ. Có thể nói tính lôgic chặt chẽ sử dụng khi báo cáo kết quả các công trình nghiên cứu nhiều khi đã che lấp tính lôgic thật của tư duy sáng tạo. Nếu ta giới thiệu kiến thức giống hệt như sách giáo khoa, thì trong nhiều trường hợp, điều đó sẽ hạn chế trí sáng tạo của học sinh. Cho nên, trong quá trình dạy học, giáo viên cần rèn luyện phương pháp trực giác cho học sinh bằng cách nêu những vấn đề, những câu hỏi để học sinh dự đoán cách giải quyết vấn đề. Điều đó sẽ làm tăng hứng thú nhận thức cho các em và phản ánh đúng sự vận động của tư duy học sinh trong quá trình sáng tạo. Điều đáng chú ý là, có thể tạo ra tình huống có vấn đề bằng nhiều phương tiện khác nhau như tranh, bảng biểu, mô hình, thí nghiệm, thực hành, phim.... nhưng nên căn cứ vào nội dung kiến thức và phương pháp đặc thù của bộ môn để sử dụng các thiết bị thích hợp, nhằm xây dựng tình huống có vấn đề một cách tối ưu. Thí dụ, đối với môn Vật lý, Hóa học, Sinh học... thì việc sử dụng thí nghiệm để xây dựng tình huống có vấn đề là hợp lí. Nhưng đối với các môn Văn học, Lịch sử, Địa lí... thì phải dùng các thiết bị khác như tranh, ảnh, bản đồ, phim...
  • 52. 41 1.3.3. Thí nghiệm biểu diễn Thí nghiệm biểu diễn do giáo viên tiến hành nhằm tạo ra hiện tượng tự nhiên để giới thiệu với học sinh một vấn đề nào đó. Thí nghiệm biểu diễn cho phép giáo viên chủ động tạo ra hiện tượng để học sinh quan sát trực tiếp vấn đề nghiên cứu trong điều kiện không gian và thời gian thích hợp với hoạt động dạy học. Từ nội dung, phương pháp sử dụng đến vị trí, kích thước, độ sáng, thời gian biểu diễn... đều do giáo viên quy định, khi đã tính toán đến đặc điểm nhận thức của học sinh và các yếu tố khác của quá trình dạy học. Mặc dù thí nghiệm biểu diễn là phương tiện đã được sử dụng rộng rãi trong nhà trường từ lâu, nhưng dưới ánh sáng của tâm lí học và lí luận dạy học hiện đại, vấn đề sử dụng thí nghiệm biểu diễn như thế nào để phát huy tối đa hiệu quả của nó trong quá trình giảng dạy vẫn còn nhiều điều phải giải quyết. 1.3.3.1. Lĩnh vực sử dụng có hiệu quả Trước hết, cần xác định có thể dùng thí nghiệm biểu diễn trong những trường hợp nào? Từ thực tiễn giảng dạy, ta có thể sử dụng thí nghiệm biểu diễn trong các trường hợp sau: a) Xây dựng tình huống có vấn đề nhằm tạo ra động lực của quá trình dạy học Đây là công việc khó khăn nhất của quá trình dạy học. Lúc này, giáo viên phải vận dụng tất cả kinh nghiệm và nghệ thuật sư phạm của mình để tạo ra mâu thuẫn, kích thích hứng thú, lôi cuốn học sinh vào vấn đề nghiên cứu. Kinh nghiệm cho thấy, cần phải dùng nhiều phương pháp, nhiều thủ thuật: khi thì biểu diễn thí nghiệm, khi thì giải thích bằng lời, lúc nhanh lúc chậm, công việc của giáo viên thường diễn biến rất phức tạp, đòi hỏi sự tập trung, chính xác. Nếu sử dụng hợp lí và khéo léo các thí nghiệm biểu diễn, giáo viên có thể xây dựng được tình huống có vấn đề hấp dẫn, vì bản thân các thí nghiệm biểu diễn có giá trị thuyết phục và biểu cảm. Khi tiến hành các thí nghiệm biểu diễn, giáo viên dễ dàng kết hợp sử dụng các phương tiện khác với giải thích bằng lời. Điều đó cho phép phân tích và tổng hợp hiện tượng dưới dạng lí thuyết để làm nổi bật những mặt mâu thuẫn ẩn trong một vấn đề thống nhất.
  • 53. 42 b) Thí nghiệm biểu diễn dùng để minh họa một vấn đề khi giảng bài mới Đó là điều từ trước đến nay vẫn được sử dụng rộng rãi. Nhiều giáo viên đã cải tiến bằng cách kết hợp biểu diễn thí nghiệm để minh họa, gợi mở với diễn giảng có tính vấn đề. Điều đó vừa có khả năng tăng tốc độ của quá trình nhận thức, vừa có thể tránh tình trạng dẫn học sinh đến trạng thái bị động khi tiếp thu kiến thức. Trong nhiều trường hợp, nhất là khi trình bày những vấn đề lí thuyết phức tạp, việc kết hợp biểu diễn thí nghiệm với giảng giải có tính vấn đề sẽ đưa lại cho học sinh nhiều hứng thú và có hiệu quả sư phạm cao. c) Thí nghiệm biểu diễn có thể sử dụng khi củng cố, kiểm tra kiến thức Lúc này, thí nghiệm không phải chỉ do giáo viên mà có thể còn do học sinh thực hiện. Như vậy, thí nghiệm biểu diễn chẳng những có khả năng kiểm tra kiến thức, mà nhiều trường hợp còn có khả năng kiểm tra kĩ năng của học sinh. Tuy nhiên, hình thức này hiện nay còn ít sử dụng, giáo viên cần chú ý phát triển nó trong thực tiễn giảng dạy. 1.3.3.2. Yêu cầu của các thí nghiệm biểu diễn a) Làm rõ mục đích quan sát Để tiến hành thí nghiệm biểu diễn có kết quả tốt, giáo viên phải xác định rõ mục đích quan sát cho học sinh. Thực tế cho thấy rằng, thời gian biểu diễn thí nghiệm không lâu. Việc xuất hiện và thu gọn nhanh thí nghiệm biểu diễn dễ làm cho học sinh lúng túng, không kịp quan sát các hiện tượng cần thiết. Do đó, để không ảnh hưởng xấu đến quá trình tiếp thu kiến thức, cần xác định rõ mục đích quan sát trước khi làm thí nghiệm. Mặt khác, giáo viên phải tìm cách loại bỏ hoặc giảm bớt các hiện tượng phụ không cần thiết, thường xuất hiện đồng thời với đối tượng quan sát làm phân tán sự chú ý của học sinh. b) Tăng cường tính trực quan Một yêu cầu quan trọng khác là phải làm tăng tính trực quan của thí nghiệm. Tính trực quan của một thí nghiệm sẽ tăng lên chẳng những bằng cách làm to hơn, rõ hơn những hiện tượng, sự vật cần quan sát, đặt chúng vào vị trí trung tâm, sử dụng ánh sáng, màu sắc thích hợp, mà còn bằng cách cho chúng vận động, tác dụng
  • 54. 43 lẫn nhau, mâu thuẫn với nhau... Việc mô tả hiện tượng trong dạng động và mâu thuẫn vừa làm cho hiện tượng trực quan hơn, vừa làm cho học sinh thấy được quá trình phát triển biện chứng của hiện tượng, phản ánh đúng đắn bản chất của nó và làm cho nó thêm biểu cảm. Thí dụ, khi giảng bài Pin Vônta, giáo viên có thể trình bày thí nghiệm như sau: Nhúng hai bản đồng (Cu) và kẽm (Zn) vào lọ thủy tinh và nối với điện kế G. - Giáo viên: nếu đổ nước nguyên chất vào lọ thủy tinh, liệu kim điện kế có quan không? - Học sinh dự đoán: có (hoặc không). - Giáo viên: đổ nước nguyên chất vào lọ. - Học sinh: quan sát kim điện kế không quay. - Giáo viên: bây giờ nhỏ một vài giọt dung dịch H2SO4 vào nước trong lọ. Các em hãy quan sát hiện tượng xảy ra như thế nào? - Học sinh: kim điện kế quay. - Giáo viên: tại sao? ... Cần nhấn mạnh rằng, không chỉ chú ý đến trực quan bằng mắt mà bằng các cơ quan cảm giác khác. Thí dụ, khi học bài “Định luật Ac-si-mét”, giáo viên có thể không cho các em tri giác lực đẩy Ac-si-mét bằng mắt mà tiến hành thí nghiệm sau đây: gọi một học sinh lên bảng, tay cầm trọng vật treo dưới một lò xo, không nhìn vào thí nghiệm. Giáo viên dặn học sinh khi nào cảm thấy trọng vật nhẹ đi thì nói to lên cho cả lớp biết. Giáo viên đưa cốc nước lại gần, sao cho trọng vật ngập trong nước. Học sinh hô lên: Nhẹ rồi! Nhẹ rồi! Giáo viên cũng có thể tiến hành những thí nghiệm ở các bài học khác cho học sinh có thể tri giác bằng những cơ quan cảm giác khác nhau, nhằm làm phong phú con đường nhận thức. Điều đó chẳng những làm tăng hứng thú cho học sinh mà trong nhiều trường hợp làm cho các em đỡ mệt mỏi. Sự mệt mỏi ở đây sinh ra không phải vì các em đã hao phí nhiều năng lượng khi làm việc, mà vì tính đơn điệu của quá trình vì số cơ quan cảm giác tham gia vào quá trình nhận thức quá ít, làm
  • 55. 44 cho một hoặc một vài cơ quan cảm giác phải gánh chịu toàn bộ công việc của quá trình nhận thức. c) Thời gian tiến hành thí nghiệm phải ngắn gọn một cách hợp lí Sự kéo dài thời gian biểu diễn thí nghiệm dễ làm giảm sự chú ý của học sinh và đi xa đề tài. Để đảm bảo cho yêu cầu này, giáo viên phải chuẩn bị thí nghiệm cẩn thận để có thể thành công ngay từ lần biểu diễn đầu tiên. Điều đó, chẳng những tránh kéo dài thời gian biểu diễn mà còn tránh được những nghi ngờ về tính chính xác của thí nghiệm. 1.3.3.3. Phương pháp biểu diễn thí nghiệm Để tăng cường tính tích cực của học sinh khi quan sát thí nghiệm, không nên chỉ cho học sinh quan sát kết quả cuối cùng. Trước khi đi đến những qui luật, cần biểu diễn thí nghiệm cho học sinh thấy được quá trình vận động của của hiện tượng, cần giới thiệu thí nghiệm dưới dạng phân tích so sánh, khi đặt chúng trong những điều kiện khác nhau. Cần cho học sinh quan sát những mặt mâu thuẫn của hiện tượng trước khi rút ra kết luận khái quát hoặc giới thiệu những hiện tượng có tính chất tổng hợp. Như vậy, để thí nghiệm biểu diễn không chỉ mang tính minh họa mà còn có tính chất nghiên cứu, việc trình bày thí nghiệm thường không phải là một thao tác đơn giản, mà phải là một quá trình biểu diễn hiện tượng ít nhiều phức tạp. Có trình bày như vậy mới phản ánh được bản chất của hiện tượng và hướng dẫn được quá trình nhận thức của học sinh. Để phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh, giáo viên cần trình bày thí nghiệm như một quá trình nghiên cứu và tổ chức cho học sinh tham gia vào hoạt động nghiên cứu đó qua một hệ thống câu hỏi theo hai dạng cơ bản: a) Dự đoán hiện tượng: Giáo viên cho học sinh dự đoán những hiện tượng sẽ xảy ra khi nêu lên những điều kiện giả định trước. Sau đó, sẽ tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng lại những dự đoán của học sinh. Điều này rất quan trọng đối với việc phát triển tư duy của học sinh.
  • 56. 45 b) Giải thích các hiện tượng đã được quan sát: Giáo viên tổ chức cho học sinh tham gia giải thích hiện tượng. Nhiều trường hợp cần làm những thí nghiệm hỗ trợ để chứng minh hoặc phủ định những điều giải thích của học sinh. Thí dụ, khi giảng nội dung “Ắc-qui”, giáo viên nhúng hai cực có phủ PbO vào lọ đựng dung dịch H2SO4. - Giáo viên: khi nối hai bản cực điện với nhau, liệu có dòng điện sinh trong dây dẫn hay không? - Học sinh: có (hoặc không). - Giáo viên: nối Am-pe kế với hai bản cực - Học sinh: quan sát và trả lời không có dòng điện. - Giáo viên: tại sao? - Học sinh: vì hai bản cực giống nhau, nhúng vào cùng một dung dịch điện phân nên giữa hai cực không có một hiệu điện thế. - Giáo viên: ta có thể làm cho dụng cụ này trở thành nguồn điện bằng cách nối hai cực PbO với nguồn điện một chiều (khoảng 5 phút). Ngắt hai cực với nguồn điện rồi nối với một bóng đèn. Khi đóng mạch, đèn sáng. Tại sao? Tính hấp dẫn của những thí nghiệm sẽ tăng lên nếu tạo ra được những thí nghiệm có tính chất nghịch lí. Những thí nghiệm này có tính chất phản diện làm rõ thêm những qui luật mà ta muốn giới thiệu với học sinh. Có thể chế tạo ra được những thí nghiệm đó bằng cách tiến hành thí nghiệm trong những điều kiện khác nhau thường nằm ngoài giới hạn đúng của qui luật mà ta muốn giới thiệu. Điều đó chứng tỏ rằng qui luật mà ta muốn nghiên cứu chỉ xảy ra trong những điều kiện xác định chặt chẽ và chính xác. 1.4. Kết luận Học chính là hành động của người học thích ứng với tình huống. Qua đó, người học chiếm lĩnh kinh nghiệm xã hội – lịch sử, biến thành năng lực thể chất và năng lực tinh thần của cá nhân. Dạy học là dạy học sinh giải quyết vấn đề do nhiệm vụ học tập đề ra. Vai trò của giáo viên trong dạy học, trước hết là tổ chức tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà học sinh có nhu cầu, hứng thú và
  • 57. 46 thấy mình có khả năng giải quyết. Giáo viên còn có vai trò quan trọng trong việc tổ chức và hướng dẫn quá trình giải quyết vấn đề tích cực, sáng tạo của học sinh. Nhờ vậy, học sinh sẽ chiếm lĩnh được tri thức khoa học sâu sắc, vững chắc, đồng thời phát triển năng lực nhận thức của mình. Để tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học có hiệu quả phải có phương tiện dạy học hỗ trợ phù hợp. Vì vậy, đối với các môn học ở trường phổ thông, người giáo viên ngoài việc khai thác, sử dụng triệt để các thiết bị dạy học có sẵn cần đặc biệt quan tâm đến việc thiết kế chế tạo và sử dụng các thiết bị dạy học tự làm. Đối với bộ môn Vật lý, vấn đề xây dựng (thiết kế, chế tạo mới, cải tiến, hoàn thiện) và sử dụng thí nghiệm đơn giản do giáo viên và học sinh tự làm càng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng vì Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm. Hiện nay, mặc dù các cấp quản lí giáo dục đã quan tâm chỉ đạo các phong trào “Đổi mới phương pháp dạy học”, phong trào “Tự làm đồ dùng dạy học” ở các cấp học, bậc học cũng như đổi mới nội dung chương trình và đầu tư cho công tác thiết bị trường học, song các phong trào này vẫn chưa được duy trì thường xuyên và tình hình dạy học Vật lý, sử dụng thí nghiệm Vật lý tuy có nhiều ưu điểm nhưng nhược điểm của nó cũng không phải ít. Năng lực sử dụng thí nghiệm Vật lý và khả năng thiết kế tiến trình dạy học theo quan điểm lí luận dạy học hiện đại của giáo viên vẫn còn hạn chế. Nhiều giáo viên vẫn chưa nhận thức được việc đổi mới phương pháp dạy học và vai trò của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lý nhằm nâng cao chất lượng dạy học. Những cơ sở lí luận nghiên cứu trên đây sẽ được tôi cụ thể hóa trong việc vận dụng xây dựng (thiết kế, chế tạo mới, cải tiến, hoàn thiện) thí nghiệm và sử dụng thí nghiệm vào việc thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”.
  • 58. 47 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM Ở CÁC CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VÀ “CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC”, VẬT LÝ 10, BAN CƠ BẢN 2.1. Nội dung kiến thức, kĩ năng và các thí nghiệm trong chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” a) Nội dung của chương - Chương “Chất khí” theo chương trình Vật lý 10 THPT ban cơ bản hiện hành bao gồm 5 tiết lí thuyết, 2 tiết bài tập và 1 tiết kiểm tra. Nội dung của 5 tiết lí thuyết là: Tiết 1: Cấu tạo chất. Thuyết động học phân tử chất khí Tiết 2: Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt Tiết 3: Quá trình đẳng tích. Định luật Sác-lơ Tiết 4, 5: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng - Chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” theo chương trình Vật lý 10 THPT ban cơ bản hiện hành bao gồm 3 tiết lí thuyết và 1 tiết bài tập. Nội dung của 3 tiết lí thuyết là: Tiết 1: Nội năng và sự biến thiên nội năng Tiết 2,3: Các nguyên lý của nhiệt động lực học b) Kiến thức, kĩ năng của chương Trong quá trình học tập chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”, học sinh cần có được những kiến thức và kĩ năng sau: - Chương “Chất khí”: + Kiến thức: − Phát biểu được nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí. − Nêu được các đặc điểm của khí lí tưởng. − Phát biểu được các định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, Sác-lơ. − Nêu được nhiệt độ tuyệt đối là gì. − Nêu được các thông số p, V, T xác định trạng thái của một lượng khí. − Viết được phương trình trạng thái của khí lí tưởng
  • 59. 48 pV = const T + Kĩ năng: − Vận dụng được phương trình trạng thái khí lí tưởng. − Vẽ được đường đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt trong hệ tọa độ (p, V). - Chương “Cơ sở của nhiệt động lực học”: + Kiến thức: − Nêu được có lực tương tác giữa các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật. − Nêu được nội năng gồm động năng của các hạt (nguyên tử, phân tử) và thế năng tương tác giữa chúng. − Nêu được thí dụ về hai cách làm thay đổi nội năng − Phát biểu được nguyên lí I Nhiệt động lực học. Viết được hệ thức nguyên lí I Nhiệt động lực học ΔU = A+Q . Nêu được tên, đơn vị và qui ước dấu của các đại lượng trong hệ thức này. − Phát biểu được nguyên lý II Nhiệt động lực học. + Kĩ năng: Vận dụng được mối quan hệ giữa nội năng với nhiệt độ và thể tích để giải quyết một số hiện tượng đơn giản có liên quan. c) Các thí nghiệm và thiết bị thí nghiệm sẽ được xây dựng để hỗ trợ quá trình dạy học hai chương này. - Các thí nghiệm minh họa thuyết động học phân tử chất chí + Thí nghiệm 1: Quan sát chuyển động Brao. + Thí nghiệm 2: Dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn. + Thí nghiệm 3: Chứng minh sự chuyển động của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ. - Các thí nghiệm định tính và định lượng các định luật chất khí - Mô hình động cơ Stirling
  • 60. 49 2.2. Tình hình dạy học chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” 2.2.1. Nội dung điều tra Khi vận dụng qui trình xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm đã trình bày ở trên, trước hết ta cần tìm hiểu thực trạng thiết bị thí nghiệm ở trường THPT hiện nay, để trên cơ sở đó, xác định được các thiết bị thí nghiệm cần phải cải tiến, hoàn thiện hay thiết kế, chế tạo mới. Vì vậy, tôi đã tìm hiểu tình hình dạy và học hai chương này ở các trường THPT: trường THPT Nguyễn Hữu Cầu, trường THPT chuyên Lương Thế Vinh - tỉnh Đồng Nai, Trường Trung Học Thực Hành – trường Đại học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh. Việc tìm hiểu tình hình dạy học các kiến thức của chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”, trong đó có thực trạng thiết bị thí nghiệm ở những trường này bao gồm: - Thực trạng thiết bị thí nghiệm, mô hình, tranh ảnh của các trường, tài liệu giáo khoa, tài liệu tham khảo, của giáo viên và học sinh. - Tìm hiểu các phương pháp dạy chủ yếu mà giáo viên sử dụng, việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm của giáo viên trong quá trình dạy học hai chương này. - Tìm hiểu hoạt động học tập trên lớp và ở nhà của học sinh. Xác định những khó khăn, sai lầm phổ biến của học sinh trong quá trình học tập của hai chương này. Từ đó, sơ bộ đề xuất nguyên nhân chủ yếu của các khó khăn, sai lầm đó. 2.2.2. Phương pháp điều tra Để thu thập thông tin như trên, tôi đã sử dụng các phương pháp sau: - Trao đổi với cán bộ phòng phụ trách phòng thí nghiệm của ba trường THPT trên, xem xét các thiết bị thí nghiệm ở các phòng thí nghiệm Vật lý của các trường. - Phỏng vấn các giáo viên ở các trường theo nội dung cần điều tra, xem xét giáo án các bài thuộc chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” (Trường Trung Học Thực Hành – Đại học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh 2 giáo viên (6 giáo án), trường THPT Nguyễn Hữu Cầu 1 giáo viên (3 giáo án), trường THPT chuyên Lương Thế Vinh 1 giáo viên (3 giáo án))
  • 61. 50 - Dự giờ lý thuyết và tìm hiểu việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm của các giáo viên khi dạy học chương này. - Phân tích sản phẩm học tập của 6 lớp 10 ở trường Trung Học Thực Hành – Đại học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh: 3 lớp A, 2 lớp D, 1 lớp chuyên văn. Mỗi lớp chọn ngẫu nhiên 10 học sinh để xem xét vở ghi và vở bài tập. 2.2.3. Kết quả điều tra 2.2.3.1. Thực trạng thiết bị thí nghiệm chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” ở các trường THPT đã khảo sát Các trường này đều có phòng thí nghiệm Vật lý, đều có bộ thí nghiệm “Các định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và Sác-lơ đối với chất khí” của công ty sách Thiết bị trường học. Bộ thí nghiệm này bao gồm: áp kế kim loại, lọ dầu, nút cao su, nhiệt kế. Nhưng phần lớn các áp kế kim loại đều bị hỏng phần giá đỡ mặc dù vẫn còn nguyên trong hộp và chưa sử dụng lần nào. Về thí nghiệm Sác-lơ được tiến hành với ấm đun nước siêu tốc, các trường đều không tiến hành thí nghiệm này với lí do cách bố trí thí nghiệm không an toàn. Hình 2.1. Bộ thí nghiệm Bôi-lơ – Ma-ri-ốt được trang bị ở các trường phổ thông.
  • 62. 51 2.2.3.2. Về phương pháp dạy của giáo viên Qua quá trình tìm hiểu tình hình dạy học chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” ở một số trường THPT đã nêu ở trên, những phương pháp dạy học mà giáo viên thường sử dụng ở chương này là: - Giáo viên lần lượt thông báo các kiến thức theo trình tự nêu trong sách giáo khoa, cố gắng trình bày đủ các kiến thức, có chú ý nhấn mạnh nội dung các kiến thức cơ bản (các đoạn in đậm, in nghiêng trong sách giáo khoa). - Giáo viên chủ yếu mô tả thí nghiệm Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, thí nghiệm Sác-lơ trong sách giáo khoa mà không làm thí nghiệm, chỉ có một số ít giáo viên tiến hành thí nghiệm Bôi-lơ – Ma-ri-ốt. - Giáo viên có yêu cầu học sinh xử lí số liệu từ bảng số liệu mà sách giáo khoa đưa ra rồi từ đó rút ra kết luận, không yêu cầu học sinh phải tính sai số tỉ đối để biết được độ chính xác của thí nghiệm mà sách giáo khoa đưa ra. - Giáo viên có đặt câu hỏi cho học sinh nhưng chủ yếu là những câu hỏi mang tính chất tái hiện đơn thuần các kiến thức đã học. Do vậy, không có tác dụng kích thích sự hứng thú học tập của học sinh. 2.2.3.3. Về phương pháp học và những khó khăn, sai lầm của học sinh Hoạt động chủ yếu của học sinh là lắng nghe thông báo, diễn giảng của giáo viên, chép lại những điều giáo viên ghi trên bảng và những câu giáo viên nhấn mạnh hoặc nhắc lại nhiều lần. Học sinh thường học theo vở ghi (theo kiểu học thuộc lòng), nhưng đáng chú ý là vở ghi của nhiều em ghi thiếu nội dung, một số chỗ còn ghi sai. Qua trao đổi trực tiếp với học sinh, phân tích bài các em làm, xem xét vở bài tập của học sinh, tôi nhận thấy khi học chương “Nhiệt học và “Cơ sở của nhiệt động lực học”, học sinh thường gặp phải khó khăn, sai lầm sau đây: - Khó khăn lớn nhất của học sinh là không hiểu nội dung của thuyết động học phân tử chất khí, các em đều thắc mắc: Thế nào là chuyển động hỗn loạn không ngừng? Trong chất lỏng, các phân tử chất lỏng có chuyển động hỗn loạn không ngừng không? Làm sao nhận biết được các phân tử va chạm vào thành bình gây ra áp suất?
  • 63. 52 Nhiệt độ càng tăng thì phân tử chuyển động càng nhanh, vậy khi đó áp suất sẽ như thế nào? - Học sinh chủ yếu nghe giới thiệu về thí nghiệm Bôi-lơ – Ma-ri-ốt và Sác-lơ mà chưa được quan sát hay tiến hành thí nghiệm. Tất cả học sinh phát biểu và viết được biểu thức của các định luật chất khí, nhưng phần lớn học sinh đều thắc mắc cách tiến hành làm thí nghiệm để đưa ra được bảng số liệu trong sách giáo khoa, thậm chí nhiều em còn muốn kiểm chứng lại phương trình trạng thái bằng thí nghiệm. - Sai lầm lớn nhất của học sinh khi học các định luật chất khí là: Trong quá trình xử lí số liệu ở các bảng 29.1 trang 157 và 30.1 trang 160 (SGK Vật lý 10, ban cơ bản), học sinh đều rút ra kết luận đây là các định luật chính xác và hầu như không có sai số. - Rất nhiều học sinh thắc mắc: học các định luật chất khí để làm gì? Và không học sinh nào giải thích được các hiện tượng Vật lý liên qua đến các định luật đã học. - Tất cả học sinh đều gặp khó khăn trong việc tìm hiểu nguyên lý hoạt động của động cơ nhiệt. Các em đều thắc mắc: Những nguyên lý nhiệt động lực học vận dụng vào thực tế như thế nào? Các động cơ trong các phương tiện giao thông hiện nay có phải là động cơ nhiệt hay không? Vai trò của nguồn nóng, nguồn lạnh trong các loại động cơ trong thực tế như thế nào? Cách động cơ biến chuyển động tịnh tiến của pít-tông thành chuyển động cơ học ra sao? Qua những khó khăn, sai lầm trên đây của học sinh, tôi có nhận xét ban đầu về chất lượng kiến thức của học sinh: - Phát biểu được thuyết động học phân tử chất khí, khái niệm khí lí tưởng. - Định nghĩa được các đẳng quá trình, phát biểu được các định luật chất khí, viết được phương trình của các định luật và phương trình trạng thái của khí lí tưởng. - Phát biểu được nguyên lí I, nguyên lí II nhiệt động lực học. - Nhưng học sinh rất lúng túng và mắc sai lầm trong việc vận dụng các kiến thức này vào việc giải thích các hiện tượng nhiệt liên quan đến các định luật chất khí đã được học, và không giải thích được nguyên lý hoạt động của động cơ nhiệt.
  • 64. 53 2.2.3.4. Nguyên nhân gây nên những khó khăn của học sinh và biện pháp khắc phục Theo tôi, nguyên nhân cơ bản của những khó khăn của học sinh bao gồm: - Trong phần cơ học chương trình Vật lý 10, học sinh làm quen với các chuyển động cơ học cũng như những mô hình, những hiện tượng, những máy cơ học quen thuộc trong đời sống. Sang phần nhiệt học các em bắt đầu tìm hiểu thế giới vi mô, các em không thể nhìn thấy bằng mắt thường mà bắt buộc phải tư duy trừu tượng nên đa phần học sinh sẽ lúng túng. Hơn nữa, thuyết động học phân tử nói về sự chuyển hỗn loạn không ngừng của các phân tử, đây là chuyển động đặc biệt không giống với các chuyển động mà các em đã học nên gây khó khăn cho các em khi tiếp nhận kiến thức. - Các định luật khí lí tưởng trong chương “Chất khí” đều là những định luật thực nghiệm mang tên tuổi của những nhà khoa học mở đầu cho sự ra đời của thuyết động học phân tử về cấu tạo chất. Nhưng học sinh chỉ học “chay” về những định luật này, không được tiến hành thí nghiệm cũng như không được xem các thí nghiệm biểu diễn về các hiện tượng Vật lý liên quan nên học sinh không thể hiểu hết được ý nghĩa Vật lý của các định luật. - Chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” là một chương nối liền các kiến thức Vật lý với đời sống và kĩ thuật thông qua các động cơ nhiệt, nhưng học sinh chỉ được thông báo kiến thức mà không có cơ hội vận dụng kiến thức đó. Học sinh cần một mô hình động cơ nhiệt hoạt động thật để nghiên cứu. Các biện pháp khắc phục những khó khăn trên: - Chuyển động hỗn loạn của các phân tử gắn liền với một phát hiện quan trọng trong lịch sử phát triển thuyết động học phân tử đó là chuyển động Brao. Cần thiết kế cách bố trí thí nghiệm một cách hiệu quả để cho học sinh quan sát được chuyển động Brao trong chất lỏng, từ đó vận dụng kiến thức ở phần cấu tạo chất để mở rộng sang chất khí. Đồng thời, thiết kế và sử dụng hiệu quả các thí nghiệm minh họa cho học sinh những nội dung khác của thuyết động học phân tử chất khí.
  • 65. 54 - Thiết kế các phương án để có thể tiến hành các thí nghiệm của định luật chất khí ngay trên lớp, cho học sinh lấy số liệu và xử lí số liệu ngay trên lớp. - Chế tạo động cơ Stirling (một loại động cơ nhiệt) từ các vật liệu đơn giản để biểu diễn trước lớp, đồng thời có thể hướng dẫn cho học sinh tự chế tạo ở nhà. 2.3. Xây dựng các thiết bị thí nghiệm để hỗ trợ quá trình dạy học chương “Nhiệt học” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” 2.3.1. Các thí nghiệm minh họa thuyết động học phân tử chất khí 2.3.1.1. Thí nghiệm 1: Quan sát chuyển động Brao trong chất lỏng a) Sự cần thiết phải xây dựng chuyển động Brao Quan điểm về vật chất được cấu tạo từ các nguyên tử đã được Đê-mô-crít (Democristos) đưa ra từ trước Công nguyên. Tuy nhiên, mãi cho đến hết thế kỉ XVII, người ta vẫn chưa tìm ra được thí nghiệm nào chứng tỏ sự tồn tại của các nguyên tử. Nguyên tử cho tới khi đó vẫn chỉ là một giả thuyết mang ý nghĩa triết học. Những thành tựu của nhà hóa học Đan-ton (Dalton) trong việc dùng khái niệm nguyên tử, phân tử để giải thích thành công hàng loạt các hiện tượng và định luật Hóa học vào thế kỉ XVIII đã củng cố niềm tin vào lí thuyết về nguyên tử, phân tử. Cùng với Đan-tôn, A-vô-ga-rô (Avogadro) là người đưa ra khái niệm phân tử gam và chứng minh được rằng phân tử gam của các chất khác nhau đều chứa cùng một số phân tử. Việc tìm ra số A-vô-ga-rô đã cho phép xác định từng loại nguyên tử, phân tử. Như vậy là từng loại nguyên tử, phân tử từ chỗ là sản phẩm đơn thuần của trí tưởng tượng đã dần dần trở thành một thực thể Vật lý. Việc phát hiện ra các định luật thực nghiệm về chất khí và việc dùng quan điểm nguyên tử, phân tử để giải thích thành công các định luật này đã đóng góp rất lớn vào sự ra đời và phát triển của thuyết động học phân tử chất khí. Tuy nhiên, cũng phải chờ tới khi nhà bác học Brao (Brown) (người Anh) quan sát thấy chuyển động hỗn độn không ngừng của các hạt phấn hoa qua kính hiển vi, phản ánh gián tiếp chuyển động hỗn loạn không ngừng của các phân tử thì thuyết động học phân tử mới bắt đầu được coi là một thuyết khoa học.
  • 66. 55 Béc-nu-li (Bernoulli) và sau đó là Clau-đi-út (Clausius) đã góp phần đưa thuyết động học phân tử phát triển mới bằng cách xây dựng các định luật và phương trình cơ bản của của thuyết. Những thí nghiệm của Pe-ranh (Perrin) cho phép quan sát sự phân bố của các hạt Brao trong nhũ tương theo chiều cao, đã cho thấy sự phân bố này hoàn toàn phù hợp với định luật Bôn-dơ-man (Boltzmann). Điều này cho phép xác định số A-vô-ga-rô bằng thực nghiệm. Những tính toán của Anh- xtanh (Einstein) đã cho thấy giá trị tìm được bằng thực nghiệm hoàn toàn phù hợp với giá trị lý thuyết. Sau những công trình thực nghiệm của Pe-ranh, không còn ai nghi ngờ về sự đúng đắn của thuyết động học phân tử. Khi phân tích các hiện tượng nhiệt, học sinh gặp một hình thức mới về chuyển động của vật chất, khác về nguyên tắc với chuyển động cơ học của các vật vĩ mô, chuyển động hỗn loạn không ngừng. Trong bài học, giáo viên mô tả đặc điểm của chuyển động Brao theo thí nghiệm của Pe-ranh. b) Những nội dung kiến thức học sinh cần lưu ý 1. Chuyển động Brao là không ngừng theo thời gian và hỗn loạn về phương và độ lớn của độ dời. Nó được xác định bởi tính chất của chính chất lỏng hay chất khí. Đặc trưng của chuyển động Brao không phụ thuộc vào các tác dụng Vật lý lên nó và vào chính các hạt Brao. 2. Chuyển động này được gây ra bởi các xung lượng không triệt tiêu nhau của các phân tử bao quanh hạt Brao tác dụng lên nó. Sự không triệt tiêu nhau của các xung lượng biểu hiện nhiều ở các hạt Brao có kích thước nhỏ - vào cỡ 1µm hay bé hơn. Với các hạt có kích thước lớn, các phân tử va chạm từ các phía bị triệt tiêu lẫn nhau, khi đó các hạt không chuyển động. 3. Dựa theo chuyển động của các hạt Brao, có thể xét về đặc điểm chuyển động của các phân tử của môi trường. Chuyển động Brao dường như là sao lại chuyển động của phân tử. Tuy nhiên, cần phòng trước khuynh hướng của học sinh đồng nhất hai chuyển động này. Trong thí nghiệm của Pe-ranh, hạt Brao được tập hợp từ hàng trăm nghìn triệu phân tử. Hạt Brao là hạt lơ lửng trong chất lỏng hay chất khí, ta
  • 67. 56 nhìn thấy được nó trong kính hiển vi, trong khi các phân tử của môi trường thì không nhìn thấy được. Ta rút ra kết luận rằng chuyển động Brao chứng tỏ sự tồn tại của các phân tử và chuyển động của chúng. 4. Học sinh đã biết rằng trong chuyển động đều, độ dời x tỉ lệ với thời gian t, nghĩa là x ∼ t, còn trong chuyển động biến đổi đều thì x ~ t2 . Thế nhưng, trong chuyển động Brao, độ dời của hạt Brao được mô tả bằng một định luật mới đối với học sinh do Anh-xtanh và Xờ-mô-lu-kô-xki (Smolukovskij) tìm ra. Có thể trình bày định luật này trong bài học với dung lượng như sau: Độ dời của hạt Brao sau những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau (hình 2.19). Nếu chiếu các độ dời này lên một trong các trục tọa độ, thí dụ trục x, lấy bình phương ( ) 2 Δx của mỗi độ dời Δx và tính giá trị trung bình của các bình phương độ dời ( ) 2 Δx thì theo định luật này ta có: ( ) 2 x t∆  hay ( ) 2 ~x t∆ Tiếp theo ta rút ra kết luận: chuyển động của hạt Brao là hỗn loạn, các va chạm là ngẫu nhiên, nhưng dịch chuyển của các hạt tuân theo một định luật xác định. Các định luật mô tả hành vi và kết quả của một số lớn các hạt được gọi là định luật thống kê. Chúng khác với các định luật động lực học của cơ học cổ điển. Sự khác nhau về nguyên tắc giữa các định luật này được minh họa trong thí dụ về chuyển động Brao. 5. Chứng tỏ rằng đại lượng ( ) 2 x∆ không những tỉ lệ với thời gian t mà còn tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối T, nghĩa là ( ) 2 ~x T∆ . Thật vậy, khi làm nóng môi trường thì cường độ chuyển động của hạt Brao tăng lên. Sự kiện thực nghiệm này rất quan trọng đối với thuyết động học phân tử. c) Xây dựng thí nghiệm chuyển động Brao trong nước - Mục đích thí nghiệm: Quan sát chuyển động Brao trong chất lỏng, từ đó tìm hiểu đặc điểm chuyển động hỗn loạn không ngừng của phân tử.
  • 68. 57 - Dụng cụ thí nghiệm: + Kính hiển vi có độ phóng đại 200 lần. + Tiêu bản + Hóa chất: Natri thiosunfat và axit sunfuric Hình 2.2. Thí nghiệm quan sát chuyển động Brao - Tiến hành thí nghiệm Chế tạo tiêu bản từ hỗn hợp hai dung dịch: natri thiosunfat ( 2 2 3Na S O ) 2% và axit sunfuric ( 2 4H SO ) 1% mỗi thứ 5 ml. Do phản ứng hóa học 2 2 3 2 4 2 4 2 2Na S O +H SO Na SO +SO +S +H O→ ↑ ↓ các hạt lưu huỳnh tách ra ở trạng thái lơ lửng trong hỗn hợp. Chúng được dùng làm các hạt Brao. Hình 2.3. Ảnh chụp các phân tử lưu huỳnh nhìn qua kính hiển vi.
  • 69. 58 Nhỏ hai giọt của hỗn hợp này lên chỗ lõm lên tấm kính tiêu bản, đặt tiêu bản đó lên bàn của kính hiển vi, điều chỉnh độ phóng đại của kính cho phù hợp và quan sát. Cũng có thể chế tạo tiêu bản từ dung dịch sữa trong nước thật loãng (nhũ tương) hay từ dung dịch bột màu nước (thể lơ lửng). 2.3.1.2.Thí nghiệm 2: Dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn - Mục đích thí nghiệm: Chứng minh tính linh động của chất khí và sự tồn tại của áp suất khí. - Chế tạo dụng cụ và bố trí thí nghiệm + Dụng cụ thí nghiệm gồm hai chai nhựa được thông với nhau bằng cách đục một lỗ có đường kính 6 mm ở mỗi cổ chai, gắn chặt hai lỗ với nhau bằng một đoạn ống nhựa dẻo trong suốt dài 5 cm. + Trên nắp chai A được gắn vào một cái phễu để rót nước vào. + Đục một lỗ nhỏ đường kính 4mm cách đáy chai B 4 cm, gắn vào một ống thủy tinh hình chữ L cùng đường kính với lỗ nhỏ. + Đậy kín nắp chai A lại. Đổ nước màu đỏ vào chai B cho đến khi thấy nước chảy qua vòi và vặn chặt nắp chai lại. Hình 2.4. Dụng cụ điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn
  • 70. 59 - Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm Đổ vào phễu một cốc nước trắng, ta thấy: Nước màu đỏ từ chai B chảy qua ống L và phun ra ngoài. Nước chảy ra có cùng thể tích với lượng nước trắng đổ vào phễu. - Giải thích thí nghiệm Lượng nước trắng chiếm chỗ của không khí trong chai làm không khí bị nén lại, áp suất tăng lên, lớn hơn áp suất bên ngoài chai. Độ chênh lệch áp suất này đẩy nước màu đỏ chảy ra khỏi vòi chai B. Nước chảy ra làm thể tích chai tăng lên, áp suất giảm đi. Khi lượng nước màu đỏ chảy ra bằng lượng nước trắng rót vào phễu thì áp suất trong chai cân bằng với áp suất bên ngoài chai, nước ngừng chảy. Cũng bằng thí nghiệm này, Hê-rôn đã khiến các nhà bác học thời trung cổ phải kinh ngạc. Ông làm thí nghiệm với hai bình gốm mà đường ống nối chúng thông với nhau được giấu dưới bàn. Rượu vang đỏ được đổ vào bình B. Khi rót nước vào bình A, ông đã “biến” nước thành rượu vang đỏ. 2.3.1.3. Thí nghiệm 3: Chứng minh sự chuyển động của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ - Mục đích thí nghiệm: Chứng minh sự chuyển động của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ. - Dụng cụ thí nghiệm + Xi-lanh có pít-tông bằng thủy tinh, trên pít-tông có áp kế khí loại 0,50.105 – 2,00.105 Pa. + Núm cao su dùng để bịt đầu dưới của xi-lanh. + 2 cốc đựng nước 100ml. + Nước (0o C) và nước nóng ( cỡ 80o C) - Tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm: + Nới hãm vít phía sau xi-lanh cho khối khí chứa trong xi lanh đến một vị trí nhất định sao cho áp kế chỉ giá trị 1,10.105 Pa. + Rót 60ml nước nóng (cỡ 80o C) vào cốc 1 và 60ml nước ở 0o C vào cốc 2.
  • 71. 60 + Đặt xi lanh vào cốc 1, quan sát số chỉ trên đồng hồ áp kế, ta thấy số chỉ của áp kế tăng lên. + Sau số khi số chỉ trên đồng hồ áp kế ổn định thì lấy xi lanh ra khỏi cốc 1 và đặt vào cốc 2, lúc này số chỉ trên áp kế giảm xuống rất nhanh. Hình 2.5. Thí nghiệm đơn giản minh họa vận tốc phân tử khí và áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ - Giải thích thí nghiệm: Theo thuyết động học phân tử chất khí: Khi ta đặt xi-lanh vào cốc 1, khí trong xi-lanh nóng lên, các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm với thành bình nhiều hơn, do đó áp suất tăng. Lấy xi-lanh ra khỏi cốc 1 và đặt vào cốc 2, nhiệt độ của khối khí trong xi-lanh giảm, các phân tử khí chuyển động chậm lại, ít va chạm vào thành bình, do đó áp suất giảm. 2.3.2. Các thí nghiệm định tính và định lượng các định luật chất khí 2.3.2.1. Định luật Sác-lơ a) Thí nghiệm định tính - Mục đích thí nghiệm: Minh họa sự phụ thuộc của áp suất vào nhiệt độ trong quá trình đẳng nhiệt * Dạng 1: - Dụng cụ thí nghiệm: + Trứng đã luộc chín
  • 72. 61 + Bình cầu không nhánh đáy bằng + Kẹp đốt hóa chất + Bông gòn, cồn, bật lửa. - Tiến hành thí nghiệm Đốt cháy bông đã tẩm cồn rồi cho vào bình cầu. Trong lúc bông đang cháy bên trong bình, đặt quả trứng đã luộc chín lên miệng bình hình cầu. Quả trứng từ từ chui tọt vào miệng bình rồi vào bên trong bình. Hình 2.6. Thí nghiệm đơn giản minh họa định tính định luật Sác-lơ - Giải thích thí nghiệm: Khi ta đặt quả trứng lên miệng bình hình cầu, ta đã cô lập khối khí bên trong bình. Khi cháy hết ô-xi, nhiệt độ bên trong bình giảm xuống đột ngột làm cho áp suất giảm theo, tạo nên một lực hút làm cho quả trứng chui vào bên trong bình. * Dạng 2: - Dụng cụ thí nghiệm: + Bình cầu không nhánh đáy bằng, đường kính miệng 3cm. + Nắp nhựa có đường kính bé hơn 3cm. + Khay có đựng một ít nước pha màu đỏ. + Kẹp đốt hóa chất. + Bông gòn, cồn, bật lửa. - Tiến hành thí nghiệm: Đốt cháy bông đã tẩm cồn rồi cho vào nắp nhựa đặt trên khay. Úp miệng bình hình cầu lên nắp nhựa. Nước dâng lên trong bình
  • 73. 62 Hình 2.7. Thí nghiệm đơn giản giải thích hiện tượng liên quan đến định luật Sác-lơ - Giải thích thí nghiệm Khi ta úp miệng bình hình cầu lên nắp nhựa, ta đã cô lập khối khí trong bình. Khi cháy hết oxi trong bình, nhiệt độ khối khi trong bình giảm xuống đột ngột làm cho áp suất giảm theo tạo nên lực hút cột chất lỏng dâng lên trong bình. b) Thí nghiệm định lượng - Mục đích thí nghiệm: Khảo sát sự thay đổi áp suất của khối khí theo nhiệt độ của nó trong quá trình biến đổi đẳng tích, trên cơ sở đó kiểm chứng định luật Sác-lơ. - Dụng cụ thí nghiệm: + Xi-lanh có pít-tông bằng thủy tinh (trong pít-tông có chứa một lượng dầu nhờn, mức dầu cao hơn 5mm so với lỗ hở nằm ở chính giữa thân của pít-tông). + Áp kế khí 0,5.105 – 2,0.105 Pa. + Thanh trượt có vít hãm ở phía sau giá đỡ. + Ống nhựa đường kính 3mm. + Bình khí bằng nhôm, có nắp cao su trên có lỗ cắm với ống nhựa. + Chân đế có trụ thép inox D10mm. + Bình đun nước siêu tốc 220V-300W. + Nhiệt kế rượu. + Que thủy tinh. + Cốc thủy tinh có vòi dẫn nước. + Chậu thủy tinh. - Lắp ráp thí nghiệm
  • 74. 63 + Lắp giá đỡ vào trụ thép, điều chỉnh độ cao của xi-lanh cách bàn khoảng 20cm. Dùng ống nhựa nối đầu dưới của xi-lanh với lỗ cắm phía trên bình khí. + Cho bình khí vào cốc thủy tinh, vòi của cốc thủy tinh cho vào chậu thuỷ tinh. + Lắp nhiệt kế vào giá đỡ, sao cho đầu dưới của nhiệt kế cho vào cốc thủy tinh. Hình 2.8. Bố trí dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng định luật Sác-lơ - Tiến hành thí nghiệm: + Cho nước vào bình và đun nước. + Cố định vị trí pít-tông để giữ thể tích khí không đổi. Cho nước vào cốc thủy tinh, ghi nhiệt độ và áp suất ban đầu của khí trong bình vào bảng. P (105Pa) T (K) p T α = α∆ + Cho nước sôi vào cốc thủy tinh sao cho mỗi lần đo, áp suất tăng lên 0,05.105 Pa (tương ứng một vạch trên áp kế) thì dừng rót nước sôi. Dùng que thủy tinh khuấy đều, khi nhiệt độ trên nhiệt kế ổn định thì ta ghi cặp giá trị (p, T) này vào bảng. Làm như vậy 5 lần để có 5 cặp giá trị.
  • 75. 64 + Tính giá trị thương số /p Tα = và sai số tỉ đối α∆ . Từ đó rút ra mối liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ tuyệt đối T trong quá trình đẳng tích. + Kết quả tham khảo khi tiến hành thí nghiệm: P (105Pa) T (K) p T α = α∆ 1,00 303 330 8,8 1,05 315 333 5,8 1,10 324 339 0,2 1,15 336 342 3,2 1,20 342 350 11,2 338,8α = α∆ =5,8 Sai số tỉ đối: 5.8 0,017 1,7% 338.8 α δ α ∆ = = = = - Chú ý: + Áp kế được lắp sẵn vào xi-lanh nên không tháo áp kế ra sau khi làm xong thí nghiệm. + Khi vặn vít để cố định pít-tông và cố định vị trí của giá đỡ xi-lanh, ta cần vặn nhẹ. + Khi dùng bình đun nước bằng điện, cần lưu ý quy tắc an toàn điện. - Nhận xét: Với cách bố trí lại thí nghiệm với sự hỗ trợ của cốc và chậu thủy tinh, ta có thể dễ dàng thay đổi nhiệt độ của nước và từ đó thay đổi được nhiệt độ của khí trong bình kim loại. Ban đầu, ta cho nước vào cốc thủy tinh với nhiệt độ khoảng 25o C. Sau đó, cho từ từ nước sôi vào, vòi nước ở cốc thủy tinh sẽ dẫn nước ra chậu thủy tinh nhờ đó mà nhiệt độ của nước thay đổi rất chậm.
  • 76. 65 Hình 2.9. Cách bố trí cốc và chậu thủy tinh để làm thay đổi nhiệt độ của nước. Ta sử dụng bình nhôm chứa khí, để sự truyền nhiệt diễn ra nhanh, nhiệt độ khối khí bên trong bình mau chóng cân bằng với nhiệt độ bên ngoài. Sau mỗi lần cho nước sôi vào, ta cần dùng đũa thủy tinh khuấy đều, và chờ cho số chỉ của nhiệt kế ổn định thì bắt đầu ghi cặp số liệu (p, T). Giai đoạn này ảnh hưởng rất lớn đến sai số tỉ đối của thí nghiệm, vì thế cần tiến hành thí nghiệm đúng theo qui trình đã hướng dẫn. 2.3.2.2. Định luật Gay Luy-xắc a) Thí nghiệm định lượng - Mục đích thí nghiệm: Khảo sát sự thay đổi thể tích của khối khí theo nhiệt độ của nó trong quá trình biến đổi đẳng áp, trên cơ sở đó kiểm chứng định luật Gay Luy- xắc. - Dụng cụ thí nghiệm: + Xi-lanh kín có pít-tông. + Bình khí bằng nhôm, có nắp cao su, trên có lỗ để cắm ống dẫn khí đến xi- lanh. + Cốc thủy tinh có vòi dẫn nước. + Chậu thủy thinh. + Bình đun nước siêu tốc 220V-300W. + Que thủy tinh. + Nhiệt kế rượu.
  • 77. 66 - Lắp ráp thí nghiệm: + Lắp ống dẫn khí nối từ bình khí vào xi-lanh. + Quay đế thiết bị đỡ xi-lanh trên mặt bên của nó. + Đặt bình khí vào cốc thủy tinh, vòi của cóc thủy tinh cho vào chậu thủy tinh. + Đặt nhiệt kế vào cốc thủy tinh để đo nhiệt độ. Hình 2.10. Cách bố trí dụng thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay – Luy-xắc - Tiến hành thí nghiệm: + Cho nước vào bình và đun nước. + Cho nước vào cốc thủy tinh, sau đó cho nước sôi từ từ vào cốc, sao cho pít- tông dịch chuyển một đoạn khoảng 2 mm thì dừng lại, dùng đũa thủy tinh khuấy đều, khi nhiệt độ trên nhiệt kế ổn định thì ghi cặp giá trị (V, T) vào bảng. Ở đây, thể tích khí tính theo công thức : 2 2 3πd 3,14(32,5) V=S.h= .h= .h(mm ) 4 4 (d là đường kính pít-tông, d = 32,5mm) V (mm3) T (K) /V Tα = α∆ - Nhận xét:
  • 78. 67 Ở thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay – Luy-xắc, để thu số liệu nhiệt độ thích hợp, ta cũng tiến hành giống như thí nghiệm kiểm chứng định luật Sác-lơ. Đặc biệt, trong quá trình cho nước sôi vào cốc thủy tinh, vì pít-tông rất nhạy khi dịch chuyển trong xi-lanh nên ta cần tiến hành thật chậm kết hợp quan sát pít-tông dịch chuyển, mỗi lần pít-tông dịch chuyển khoảng 2-3 mm thì dừng lại, chờ nhiệt độ ổn định rồi ta ghi cặp số liệu (V, T). 2.3.3. Xây dựng mô hình động cơ Stirling 2.3.3.1. Giới thiệu động cơ Stirling Động cơ Stirling, được phát minh bởi Robert Stirling vào cuối thế kỉ XIX, là một loại động cơ nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý biến nhiệt lượng thành công. Có hai loại động cơ nhiệt phổ biến là động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Động cơ đốt trong sử dụng sự đốt cháy nhiên liệu bên trong xi-lanh của động cơ, trong khi đó, động cơ đốt ngoài sử dụng nguồn nhiệt bên ngoài để đốt nóng tác nhân sinh công bên trong động cơ. Nguồn nhiệt này có được từ việc đốt cháy các loại nhiên liệu (xăng, dầu hỏa, than…), từ năng lượng Mặt trời, từ nhiệt sinh ra do phân hủy các chất hữu cơ… Động cơ Stirling thuộc loại động cơ đốt ngoài, tất cả các động cơ Stirling hoạt động đều đòi hỏi sự chênh lệch nhiệt độ được tạo ra từ một vùng tiếp xúc với nguồn nóng và một vùng khác trên động cơ được làm mát. Khác với động cơ đốt trong, khí (tác nhân sinh công) bên trong xi-lanh của động cơ Stirling là một khối khí cô lập và không bị đốt cháy, do đó không tiêu thụ nhiên liệu và xả khí thải ra môi trường. Nếu nguồn nhiệt bên ngoài dùng để cung cấp nhiệt lượng cho động cơ Stirling là sạch thì đây là loại động cơ thân thiện với môi trường hơn rất nhiều so với các loại động cơ tiêu thụ nhiên liệu, xả khí thải ra môi trường. Động cơ Stirling cũng ít gây ra ô nhiễm tiếng ồn vì nó không có các van lấy khí và xả khí, không có giai đoạn đánh lửa đốt cháy nhiên liệu, đây là những nguồn chính gây ra ô nhiễm tiếng ồn của các loại động cơ đốt trong hiện nay. Và đặc biệt, động cơ Striling có thể dùng trong dạy học để minh họa một cách trực quan các kiến thức của chương “Cơ sở của nhiệt động lực học”.
  • 79. 68 2.3.3.2. Nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling Động cơ Stirling hoạt động theo một chu trình gồm bốn giai đoạn, mỗi giai đoạn là một quá trình thuận nghịch, và cả bốn quá trình thuận nghịch này tạo nên chu trình Stirling như hình 2.11. Động cơ Stirling kiểu pít-tông tự do như hình 2.12 có thể sử dụng trong dạy học ở các trường phổ thông. Động cơ Stirling loại này có một pít-tông nhỏ gọi là pít-tông truyền lực gắn liền với một xi-lanh nhỏ hoặc một lớp màng cao su (tùy trường hợp động cơ hoạt động ở nhiệt độ cao hay thấp); một pít-tông thứ hai nằm bên trong, không khít chặt với một xi-lanh lớn khác, gọi là pít-tông tự do. Vai trò của pít-tông này là di chuyển khối khí bên trong xi-lanh lên xuống giữa hai vùng có nhiệt độ khác nhau trên động cơ, một vùng được nguồn nhiệt nung nóng và một vùng được làm mát. Ở thiết kế như hình 2.12, đáy dưới của động cơ được nung nóng bằng một ngọn lửa và phía trên được làm mát bằng nước hoặc môi trường xung quanh. Hai pít-tông được liên kết với nhau sao cho chuyển động của chúng lệch pha nhau 90o để khi pít-tông truyền lực đang di chuyển chậm ở vị trí cao nhất hoặc thấp nhất thì pít-tông tự do ở điểm giữa của quỹ đạo chuyển động với vận tốc lớn nhất. Hình 2.11. Giản đồ p–V của chu trình Stirling Hình 2.12. Các giai đoạn hoạt động của chu trình Stirling loại pít-tông tự do p
  • 80. 69 − Ở vị trí 1 của hình 2.12, pít-tông tự do đang ở vị trí trên cùng, lúc này lượng khí sẽ chiếm chỗ vùng nóng đang ở nhiệt độ TH. Khí nhận nhiệt lượng QH, dãn nở và đẩy pít-tông truyền lực di chuyển lên phía trên (đường 12 trên hình 2.12). − Ở vị trí 2, pít-tông truyền lực ở vị trí cao nhất của quỹ đạo chuyển động (khối khí đạt thể tích lớn nhất V2). Giai đoạn pít-tông truyền lực di chuyển chậm lên vị trí cao nhất được xem như quá trình đẳng tích (đường 23 trên hình 2.12). Pít-tông tự do lúc này di chuyển đến vùng nóng, đẩy khí di chuyển lên vùng lạnh. Trong thiết kế này, pít-tông tự do sẽ trữ nhiệt lượng QC của khí khi nó được làm lạnh từ nhiệt độ TH đến TC. − Ở vị trí 3, toàn bộ lượng khí đang ở vùng lạnh, lúc này khí sẽ co lại và kéo pít- tông truyền lực đi xuống (đường 34 trên hình 2.12). − Ở vị trí 4, pít-tông truyền lực di chuyển chậm và bị nén hoàn toàn ở vị trí thấp nhất của quỹ đạo (khối khí có thể tích nhỏ nhất V1). Pít-tông tự do di chuyển lên trên và đẩy khối khí xuống vùng nóng. Khi khối khí lạnh đi ngang qua pít-tông tự do, nó sẽ nhận lại nhiệt lượng QH đã trữ trước đó (đường 41 trên hình 2.12). Động cơ Stirling khi hoàn tất chu trình sẽ trở về vị trí 1, và cứ thế lặp đi lặp lại. 2.3.3.3. Xây dựng động cơ Stirling từ vỏ lon, chai nhựa và các vật liệu đơn giản Có hai mẫu động cơ Stirling loại pít-tông tự do có thể chế tạo dùng trong dạy học: loại hoạt động ở nhiệt độ thấp và loại hoạt động ở nhiệt độ cao. - Động cơ Stirling loại pít-tông tự do, như hình 2.12, hoạt động với nguồn nóng có nhiệt độ thấp (hơi nóng của tách nước sôi…) có thể được chế tạo hoàn toàn từ những dụng cụ rẻ tiền. Thành phần cấu tạo chính: + Xi-lanh lớn là bộ phận chứa pít-tông tự do, hai đáy của xi-lanh được đóng kín bằng hai đĩa nhôm. Hai đĩa nhôm này có thể tận dụng từ các hộp đựng sơn hay những lon đồ hộp, phần thân xi-lanh hình trụ có thể lấy từ những ống nhựa lớn (dùng đề làm ống thoát nước mưa) hay các chai nhựa đựng nước ngọt loại lớn. Pít- tông tự do có thể tận dụng từ những miếng xốp.
  • 81. 70 + Xi-lanh nhỏ chứa pít-tông truyền lực: Xi-lanh và pít-tông này có thể lấy từ các ống đồng mua ở các cửa hàng bán vật liệu cũ. Ta chọn kích thước của hai ống đồng sao cho một ống vừa khít và có thể trượt bên trong ống còn lại, ống này ta sẽ bịt kín hai đầu để làm pít-tông truyền lực. + Trục quay có thể lấy từ dây đồng hoặc dây kẽm. Bánh đà có thể lấy từ đĩa CD, đĩa DVD đã bị hỏng, hoặc miếng gỗ tròn. - Động cơ Stirling loại pít-tông tự do hoạt động với nguồn nóng có nhiệt độ cao (đun bằng nến hay đèn cồn) có thể được chế tạo từ các loại vỏ lon và các vật dụng rẻ tiền. Ở mẫu động cơ này, ta có thể thay xi-lanh chứa pít-tông truyền lực bằng lớp màng cao su (có thể lấy từ bong bóng). Cơ chế hoạt động của động cơ loại này như sau: + Màng cao su được dán chặt vào lon kim loại. Khi lon kim loại được truyền nhiệt lượng, áp suất của khối khí tác dụng lên màng cao su làm nó dãn nở và căng ra, và khi được làm lạnh đi thì màng sẽ co lại. Hình 2.13. Cấu tạo động cơ Stirling loại pít-tông tự do với nguồn nóng có nhiệt độ cao + Tiếp theo, ta cho pít-tông vào bên trong lon kim loại, pít-tông phải có đường kính nhỏ hơn đường kính của lon kim loại để khi pít-tông hoạt động, nó sẽ dễ dàng di chuyển khối khí lên xuống. Phần đáy của lon được nung nóng và phần trên của lon được làm lạnh. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ, ta dùng tay di chuyển pít-tông lên xuống. Vào thời điểm pít-tông di chuyển lên trên, khí bên trong lon được nung nóng và chiếm đầy phần thể tích phía dưới lon, màng cao su dãn ra như a) b) c) d)
  • 82. 71 hình 2.13b. Pít-tông di chuyển xuống dưới, phần không khí lạnh sẽ chiếm đầy thể tích phía trên, màng cao su sẽ co lại như hình 2.13c. Pít-tông có đường kính nhỏ hơn lon có thể di chuyển tự do, đẩy khối khí bên trong xi-lanh lên xuống, làm thay đổi áp suất nên pít-tông này gọi là pít-tông tự do. Ta nối pít-tông tự do với với trục quay được bẻ như hình 2.13a, khi trục quay quay sẽ làm di chuyển pít-tông lên xuống, làm màng cao su dãn ra hoặc co lại. Động cơ Stirling sẽ chuyển đổi sự co dãn của màng cao su thành chuyển động quay của trục quay. Nối màng cao su với trục quay bằng một thanh nhỏ, lực tạo ra từ màng cao su khi co dãn sẽ điều chỉnh hướng quay của trục quay. Để động cơ hoạt động thì trục quay phải được nối với bánh đà như hình 2.13d. Dựa trên nguyên lý hoạt động và các đặc điểm kĩ thuật mô tả như trên, trong quá trình chế tạo, ta có thể điều chỉnh lại thiết kế cho phù hợp và các sản phẩm sau khi hoàn thành có thể như hình 2.14. Hình 2.14. Động cơ Stirling làm từ vỏ lon, chai nhựa và các vật liệu đơn giản
  • 83. 72 2.4. Soạn thảo tiến trình dạy học một số bài của chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”có sử dụng các thí nghiệm thiết bị thí nghiệm đã xây dựng 2.4.1. Logic hình thành kiến thức trong chương Theo chương trình sách giáo khoa Vật lý lớp 10 ban cơ bản hiện nay, chương “Chất khí” có 4 bài: §28. Cấu tạo chất. Thuyết động học phân tử chất khí (1 tiết). §29. Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt (1 tiết). §30. Quá trình đẳng tích. Định luật Sác-lơ (1 tiết). §31. Phương trình trạng thía khí lí tưởng (2 tiết) Chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” gồm có 2 bài: §32. Nội năng và sự biến thiên nội năng (1 tiết). §33. Các nguyên lí của nhiệt động lực học (2 tiết). Logic hình thành các kiến thức mới trong chương này qua các hình 2.15, 2.16 và 2.17. Hình 2.15. Sơ đồ cấu trúc nội dung thuyết động học phân tử chất khí theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản.
  • 84. 73 Hình 2.16. Sơ đồ cấu trúc nội dung các định luật chất khí theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản Hình 2.17. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Cơ sở của nhiệt động lực học” theo chương trình Vật lý 10, ban cơ bản Sau đây, tôi trình bày tiến trình dạy học một số bài cụ thể trong chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” với sự hỗ trợ của các thí nghiệm đã
  • 85. 74 xây dựng. Trong tiến trình dạy học này , học sinh được quan sát thí nghiệm để làm rõ kiến thức, quan sát thí nghiệm để gợi mở vấn đề cần nghiên cứu, quan sát thí nghiệm để vận dụng kiến thức đã học vào việc giải thích hiện tượng và đặc biệt học sinh được đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra những hệ quả được suy ra từ giả thuyết. Nhờ vậy, tính tích cực, sáng tạo của học sinh được phát triển. Giáo viên chỉ hướng dẫn, giúp đỡ học sinh khi học sinh gặp khó khăn. Những nội dung kiến thức và bài học được chọn để xây dựng tiến trình dạy học như sau: §28. Thuyết động học phân tử chất khí. §30. Quá trình đẳng tích. Định luật Sác-lơ. §33. Các nguyên lí của nhiệt động lực học. 2.4.2. Tiết 1: Thuyết động học phân tử chất khí a) Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thứ: (hình 2.18) b) Ý tưởng sư phạm khi soạn thảo bài học Trước tiên, ta nhớ lại Thuyết động học phân tử chất khí có nội dung sau: - Chất khí cấu tạo từ những hạt riêng rẽ, có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. - Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng; chuyển động càng nhanh khi nhiệt độ chất khí càng cao. - Khi chuyển động hỗn loạn, các phân tử khí va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình gây áp suất của chất khí lên thành bình. Chuyển động hỗn loạn của các phân tử lần đầu tiên được quan sát bởi nhà bác học Brao, khi ông quan sát chuyển động hỗn loạn không ngừng của các hạt phấn hoa qua kính hiển vi. Chuyển động này phản ánh gián tiếp chuyển động hỗn loạn không ngừng của các phân tử, đánh dấu một mốc lịch sử quan trọng: Thuyết động học phân tử bắt đầu được coi là một học thuyết khoa học. Khi phân tích các hiện tượng nhiệt, học sinh gặp một hình thức mới về chuyển động của vật chất, khác về nguyên tắc với chuyển động cơ học vĩ mô: chuyển động này không ngừng và hỗn loạn. Ở sách giáo khoa Vật lý 10, ban cơ bản,
  • 86. 75 chuyển động này được minh họa ở hình 28.5 (trang 153) nhưng hình này chỉ miêu tả hướng mà các phân tử sẽ chuyển động còn chuyển động thực như thế nào thì không rõ, điều này gây thắc mắc cho nhiều học sinh. Hình 2.18. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Việc cho học sinh quan sát chuyển động Brao không những giải đáp cho học sinh thắc mắc trên, mà còn làm rõ những đặc điểm của chuyển động Brao, và đặc biệt giới thiệu cho học sinh một mốc lịch sử quan trọng trong sự hình thành thuyết động học phân tử. Việc chuẩn bị thí nghiệm quan sát chuyển động Brao không mất nhiều thời gian, giáo viên chuẩn bị mẫu quan sát trước, trên lớp chỉ điều chỉnh kính
  • 87. 76 để có hình ảnh quan sát tốt nhất. Có thể chia học sinh thành các nhóm, mỗi nhóm cử một số đại diện lên quan sát và mô tả lại cho các bạn trong nhóm, đến phần củng cố cuối giờ, nếu các em có thể lên quan sát nếu muốn. Sau khi học sinh thảo luận về các đặc điểm của chuyển động Brao, giáo viên cần nhấn mạnh lại: Độ dời của hạt Brao sau những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau (hình 2.19). Nếu chiếu các độ dời này lên một trong các trục tọa độ, thí dụ trục x, lấy bình phương ( ) 2 x∆ của mỗi độ dời x∆ và tính giá trị trung bình của các bình phương độ dời ( ) 2 x∆ thì ta có: ( ) 2 x t∆  hay ( ) 2 ~x t∆ Tiếp theo, giáo viên ta rút ra kết luận mở rộng kiến thức cho học sinh: chuyển động của hạt Brao là hỗn loạn, các va chạm là ngẫu nhiên, nhưng dịch chuyển của các hạt tuân theo một định luật xác định. Sau đó, giáo viên biểu diễn thí nghiệm điều chỉnh rượu chảy ra của Hê-rôn để minh họa tính linh động và sự tồn tại của áp suất khí. Đây là thí nghiệm đơn giản được tạo từ chai nhựa, học sinh có thể tự mình chế tạo ở nhà. Áp suất chất khí phụ thuộc vào số phân tử khí va chạm vào thành bình, nghĩa là phụ thuộc gián tiếp vào vận tốc chuyển động của các phân tử khí. Vận tốc chuyển động của các phân tử khí phụ thuộc vào nhiệt độ của khối khí. Do đó, khi ta biểu diễn thí nghiệm minh họa sự phụ thuộc vận tốc chuyển động của chất khí vào nhiệt độ thì đó cũng chính là biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất khí vào nhiệt độ. Thí nghiệm này cũng tạo tiền đề cho học sinh suy luận đưa ra giả thuyết ở bài “Quá trình đẳng tích- định luật Sác-lơ”. c) Tiến trình dạy học: Hoạt động 1: Phát biểu nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí. Hoạt động của giáo viên Hoạt động học sinh Giáo viên tóm tắt lại những quan điểm cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí. Giáo viên giới thiệu ngắn gọn cho học Phát biểu nội dung cơ bản thuyết động học phân tử chất khí.
  • 88. 77 sinh lịch sử hình thành thuyết động học phân tử, với một mốc quan trọng là khi nhà bác học người Anh Brao (Brown) quan sát thấy chuyển động hỗn loạn không ngừng của các hạt phấn hoa qua kính hiển vi, phản ánh gián tiếp chuyển động hỗn loạn không ngừng của các phân tử thì thuyết động học phân tử mới bắt đầu được coi là một thuyết khoa học. Hình 25.8 trong sách giáo khoa Vật lý 10 ban cơ bản mô tả chuyển động hỗn loạn không ngừng theo mọi hướng. Hoạt động 2: Tìm hiểu chuyển động hỗn loạn của phân tử thông qua chuyển động Brao trong chất lỏng. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Giáo viên đặt vấn đề: Chuyển động hỗn loạn không ngừng là chuyển động như thế nào? Có những đặc điểm gì? Liệu nó có những đặc điểm giống những chuyển động đã học ở chương “Động học” hay không? Để trả lời cho câu hỏi trên, giáo viên cho học sinh quan sát thí nghiệm chuyển động Brao của các hạt lưu huỳnh trong dung dịch chất lỏng. Tiếp nhận vấn đề. Học sinh đại diện của các nhóm lên quan sát, sau đó miêu tả lại chuyển động cho các bạn trong nhóm.
  • 89. 78 Giáo viên mở rộng thêm cho học sinh: Ta đã biết rằng trong chuyển động đều, độ dời x tỉ lệ với thời gian t, nghĩa là x ∼ t, còn trong chuyển động biến đổi đều x ~ t2 . Thế nhưng, trong chuyển động Brao, độ dời của hạt Brao được mô tả bằng một định luật mới đối với học sinh do Anh-xtanh (Einstein…) và Xờ-mô-lu-kô-xki (Smolukovskij) tìm ra. Độ dời của hạt Brao sau những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau. + Chuyển động Brao là không ngừng theo thời gian và hỗn loạn về phương và độ lớn của độ dời. Học sinh lắng nghe.
  • 90. 79 Hình 2.19: Độ dời của hạt Brao trong những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau. Nếu chiếu các độ dời này lên một trong các trục tọa độ, thí dụ trục x, lấy bình phương ( ) 2 x∆ của mỗi độ dời x∆ và tính giá trị trung bình của các bình phương độ dời ( ) 2 x∆ thì theo định luật này ta có: ( ) 2 x t∆  hay ( ) 2 ~x t∆ Tiếp theo giáo viên rút ra kết luận: chuyển động của hạt Brao là hỗn loạn, các va chạm là ngẫu nhiên, nhưng dịch chuyển của các hạt tuân theo một định luật xác định. Giáo viên khái quát vấn đề: đối với chất khí chuyển động Brao cũng tương tự như vậy. Học sinh ghi nhận kiến thức.
  • 91. 80 Hoạt động 3: Chứng minh tính linh động của chất khí và sự tồn tại của áp suất khí. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Giáo viên biểu diễn thí nghiệm bình điều khiển rượu chảy ra của Hê-rôn. Vì sao khi rót nước vào bình (1) thì nước màu đỏ ở bình (2) lại chảy ra ngoài? Giáo viên bổ sung: Nước chảy ra làm thể tích chai tăng lên, áp suất giảm đi. Khi lượng nước màu đỏ chảy ra bằng lượng nước trắng rót vào phễu thì áp suất trong chai cân bằng với áp suất bên ngoài chai, nước ngừng chảy. Cũng bằng thí nghệm này, Hê-rôn đã khiến các nhà bác học thời trung cổ phải kinh ngạc. Ông làm thí nghiệm với hai bình gốm mà đường ống nối chúng thông với Học sinh quan sát thí nghiệm. Học sinh thảo luận và nêu ý kiến: + Khi rót nước vào bình (1), nước choán thể tích của không khí, do không khí có tính linh động nên di chuyển qua bình (2). + Số phân tử khí ở bình (2) tăng lên, áp suất tăng đẩy nước ở bình (2) ra ngoài
  • 92. 81 nhau được giấu dưới bàn. Rượu vang đỏ được đổ vào bình B. Khi rót nước vào bình A, ông đã “biến” nước thành rượu vang đỏ. Hoạt động 4: Minh họa sự chuyển động của phân tử khí, áp suất chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Giáo viên biểu diễn thí nghiệm: + Giới thiệu dụng cụ: − Xi-lanh có pít-tông bằng thủy tinh, trên pít-tông có áp kế khí loại 0,50.105 – 2,00.105 Pa. − Núm cao su dùng để bịt đầu dưới của xi-lanh. − 2 cốc đựng nước (0o C) và nước nóng (cỡ 80o C). + Tiến hành thí nghiệm: − Nới hãm vít phía sau xi-lanh cho khối khí chứa trong xi-lanh đến một vị trí nhất định sao cho áp kế chỉ giá trị 1,10.105 Pa. − Rót 60ml nước nóng (cỡ 80o C) vào cốc 1 và 60ml nước ở 0o C vào cốc 2. − Đặt xi-lanh vào cốc 1, quan sát số chỉ trên đồng hồ áp kế. Ta thấy số chỉ của áp kế tăng lên. − Sau số khi số chỉ trên đồng hồ áp kế ổn định thì lấy xi-lanh ra khỏi cốc 1 và đặt vào cốc 2, lúc này số chỉ trên áp kế Quan sát dụng cụ. Quan sát giáo viên biểu diễn thí nghiệm. Ghi nhận kết quả.
  • 93. 82 giảm xuống rất nhanh. Vì sao đặt xi-lanh vào cốc 1 số chỉ áp kế tăng? Vào cốc 2 số chỉ áp suất giảm? Học sinh thảo luận, và nêu ý kiến: Theo thuyết động học phân tử chất khí: + Khi ta đặt xi-lanh vào cốc 1, khí trong xi-lanh nóng lên, các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm với thành bình nhiều hơn, do đó áp suất tăng. + Lấy xi-lanh ra khỏi cốc 1 và đặt vào cốc 2, nhiệt độ của khối khí trong xi-lanh giảm, các phân tử khí chuyển động chậm lại, ít va chạm vào thành bình, do đó áp suất giảm. 2.4.3. Tiết 2: Quá trình đẳng tích . Định luật Sác-lơ. a) Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức: (hình 2.20) b) Ý tưởng sư phạm khi soạn thảo bài học Các giai đoạn của tiến trình dạy học sẽ được xây dựng theo con đường lí thuyết của kiểu dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề. - Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết: Giáo viên làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết bằng một thí nghiệm đơn giản: Lấy một quả trứng đã luộc chín và một bình hình cầu, rồi đặt câu hỏi cho học sinh: “Làm thế nào để quả trứng chui và bình mà không làm vỡ quả trứng?”. Sau đó giáo viên biểu diễn thí nghiệm cho học sinh xem, trong quá trình làm thí nghiệm giáo viên nhấn mạnh vấn đề cần giải quyết: khi đặt quả trứng lên bình ta đã cô lập khối khí trong bình (thể tích khí trong bình là không đổi), lúc này nhiệt độ khối khí thay đổi thế nào, và áp suất biến đổi ra sao mà có thể làm cho quả trứng chui tọt vào bình? - Phát biểu vấn đề cần giải quyết: Với một lượng khí có thể tích không đổi thì áp suất p và nhiệt độ T của khí có mối liên hệ với nhau như thế nào?
  • 94. 83 Hình 2.20. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức - Giải quyết vấn đề: Giải quyết vấn đề nhờ suy luận lí thuyết: Dựa vào thuyết động học phân tử chất khí, khi nhiệt độ khối khí giảm thì các phân tử chuyển động chậm lại, ít va chạm với thành bình, làm cho áp suất trong bình giảm. Ngược lại, nhiệt độ tăng, các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm với thành bình nhiều hơn, áp suất tăng. Từ đây có thể suy đoán, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ. - Kiểm nghiệm kết quả tìm được từ suy luận lí thuyết nhờ thí nghiệm. Ta có thể tiến hành kiểm nghiệm trực tiếp kết quả thu được từ suy luận lí thuyết:
  • 95. 84 + Xác định nội dung cần kiểm nghiệm nhờ thí nghiệm: khảo sát sự thay đổi áp suất của khối khí theo nhiệt độ của nó trong quá trình biến đổi đẳng tích. + Thực hiện thí nghiệm: Lập kế hoạch thí nghiệm, lắp ráp, bố trí và tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lí dữ liệu thí nghiệm để đi tới kết quả. + Rút ra kết luận + Đối chiếu kết quả thí nghiệm với kết quả đã rút ra từ suy luận lí thuyết. Có hai khả năng như sau: Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết thì kết quả này trở thành kiến thức mới. Nếu kết quả thí nghiệm không phù hợp với kết quả đã tìm được từ suy luận lý thuyết thì cần kiểm tra lại quá trình làm thí nghiệm và quá trình suy luận từ các kiến thức đã biết. Nếu quá trình thí nghiệm đã đảm bảo điều kiện mà thí nghiệm cần tuân thủ và quá trình suy luận không mắc sai lầm thì kết quả thí nghiệm đòi hỏi phải đề xuất giả thuyết. Quá trình kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết này sau đó sẽ dẫn tới kiến thức bổ sung, sửa đổi những kiến thức đã vận dụng lúc đầu làm tiền đề cho suy luận lí thuyết. Những kiến thức vận dụng lúc đầu này nhiều khi là trường hợp riêng, trường hợp giới hạn của kiến thức mới. Qua đó, phạm vi áp dụng các kiến thức đã vận dụng lúc đầu được chỉ ra. c) Tiến trình dạy học Hoạt động 1: Giáo viên làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết (làm việc chung cả lớp) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Lấy một quả trứng đã luộc chính và một bình hình cầu và đặt câu hỏi: Làm thế nào để quả trứng chui và bình mà không làm vỡ quả trứng? Đề xuất vấn đề cần giải quyết: Giáo viên biểu diễn thí nghiệm cho học sinh quan sát, trong quá trình tiến hành Học sinh thảo luận tìm giải pháp. Học sinh tiếp nhận vấn đề cần giải quyết.
  • 96. 85 thí nghiệm, giáo viên nhấn mạnh với học sinh khi đặt quả trứng lên miệng bình cầu, ta đã cô lập khối khí trong bình (thể tích khối khí không đổi). Vậy làm thế nào quả trứng có thể chui tọt vào trong bình? Hai thông số còn lại là áp suất và nhiệt độ sẽ thay đổi thế nào? Liệu giữa chúng có mối quan hệ nào không? Hoạt động 2: Học sinh phát biểu vấn đề cần giải quyết. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nêu yêu cầu: hãy phát biểu vấn đề cần giải quyết. Phát biểu vấn đề cần giải quyết: Với một lượng khí có thể tích không đổi thì áp suất p và nhiệt độ T của khí có mối liên hệ với nhau như thế nào? Hoạt động 3: Suy đoán giải pháp giải quyết vấn đề nhờ suy luận lí thuyết. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nêu câu hỏi gợi ý: Có thể trả lời câu hỏi trên nhờ vận dụng kiến thức đã biết không? Có thể vận dụng những kiến thức đã biết nào và vận dụng những kiến thức này như thế nào để trả lời câu hỏi? Gợi ý giải pháp tìm câu trả lời: Để trả lời cho vấn đề cần giải quyết, ta quay lại giải thích thí nghiệm đã biểu diễn. Vì sao quả trứng có thể chui tọt vào bình? Nghe câu hỏi để tìm câu trả lời. Có lực kéo quả trứng xuống bình. Học sinh thảo luận.
  • 97. 86 Vậy thì lực này được tạo ra như thế nào? Giáo viên tiếp tục gợi ý: khi đặt quả trứng lên miệng bình, thì nhiệt độ trong bình thay đổi như thế nào? Khi nhiệt độ giảm thì theo thuyết động học phân tử chất khí, vận tốc chuyển động của các phân tử khí sẽ thay đổi như thế nào? Điều này ảnh hưởng thế nào đến áp suất của khối khí? Nếu ta muốn lấy quả trứng ra khỏi bình thì phải làm thế nào? Vậy có thể kết luận gì về áp mối quan hệ giữa áp suất chất khí và nhiệt độ của nó trong quá trình đẳng tích? Khi đặt quả trứng lên miệng bình thì nhiệt độ khí của bình sẽ giảm, vì khi đó không còn ô-xi để diễn ra phản ứng cháy. Theo thuyết động học phân tử chất khí thì khi nhiệt độ giảm vận tốc phân tử sẽ giảm theo, số va chạm của phân tử lên thành bình giảm, áp suất khí giảm. Áp suất giảm tạo ra một lực hướng xuống dưới tác dụng lên quả trứng làm cho quả trứng chui tọt vào bình. Quay ngược bình lại, và đun cho khí nóng lên, với cách giải thích tương tự dựa vào thuyết động học phân tử, áp suất khí tăng lên, đẩy quả trứng ra khỏi bình. Theo suy luận ở trên, nhiệt độ giảm  áp suất giảm; nhiệt độ tăng  áp suất tăng. Vậy áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ. Hoạt động 4: Thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm để kiểm nghiệm kết quả nhờ suy luận lí thuyết. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Nêu câu hỏi thiết kế phương án thí nghiệm: Làm thế nào để kiểm nghiệm giả thuyết đã đề xuất bằng thí nghiệm? - Suy nghĩ, thảo luận và đề xuất (dựa theo thí nghiệm các em đã làm ở bài Định luật Bôi-lơ): + Đầu tiên, ta cần phải có một khối khí xác định.
  • 98. 87 - Hướng dẫn học sinh để xác định các dụng cụ và thiết kế được thí nghiệm. + Làm thế nào để có một khối khí xác định được nối vào một áp kế? + Khi đó, làm thế nào để thay đổi nhiệt độ của khối khí? + Như vậy làm thế nào xác định nhiệt độ của khối khí? + Như vậy, loại nhiệt kế chúng ta sử dụng phải có điều kiện gì? + Giới thiệu cho HS về nhiệt kế rượu: chất sử dụng để đo nhiệt độ là rượu, thay cho thủy ngân. - Yêu cầu HS mô tả đầy đủ thí nghiệm sẽ tiến hành. + Tiến hành biến đổi nhiệt độ của khối khí, nhưng không làm thay đổi thể tích, rồi khảo sát sự biến đổi của áp suất. + Để đo nhiệt độ, ta cần nhiệt kế. + Để đo áp suất, ta cần áp kế. - Lắng nghe và trả lời câu hỏi. + Có thể sử dụng bộ thí nghiệm định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt, nhưng không dịch chuyển pít-tông để giữ nguyên thể tích khối khí. + Gặp khó khăn. Học sinh phải suy nghĩ và đề xuất: đặt khối khí đó vào trong bình nước nóng. + Do hiện tượng truyền nhiệt, khi đặt khối khí vào trong nước nóng, sau một thời gian ngắn, hiện tượng cân bằng nhiệt sẽ diễn ra, khi đó nhiệt độ của nước cũng có thể xem là nhiệt độ khối khí. + Nhiệt kế sử dụng phải có thang chia tới 100o C để đảm bảo khi đặt vào nước nóng không bị hỏng. - Mô tả thí nghiệm:
  • 99. 88 - Giao nhiệm vụ cho các nhóm học sinh tiến hành thí nghiệm theo phương án đã đề xuất. Chia lớp làm hai nhóm, mỗi nhóm cử hai học sinh đại diện lên làm thí nghiệm, và ghi số liệu lên bảng. Các bạn còn lại ghi số liệu của nhóm mình vào phiếu học tập và xử lí số liệu. - Quan sát, giúp đỡ học sinh trong quá trình làm thí nghiệm. + Dụng cụ: Sử dụng bộ dụng cụ thí nghiệm Bôi- lơ-Ma-ri-ốt, Sác-lơ đối với chất khí gồm: xi-lanh có một đầu giữ kín và một pít-tông để thay đổi lượng khí trong xi-lanh, phía trên có áp kế đo áp suất của khối khí. Bình đun nước nóng siêu tốc. nhiệt kế rượu + Tiến hành: Cố định pít-tông để giữ cho thể tích khối khí không đổi. Đặt phần ống chứa khối khí vào trong bình nước. Đợi một lúc, dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước. Đọc giá trị áp suất tương ứng trên áp kế. Dùng nước sôi cho vào bình nước để thay đổi nhiệt độ của nước (cũng là thay đổi nhiệt độ của khí). Đợi một lúc để nhiệt kế ổn định, đọc nhiệt kế, áp suất và ghi giá trị tương ứng. Thực hiện vài lần, sử dụng số liệu để kiểm chứng. - Nhận nhiệm vụ và tiến hành thí nghiệm. Hoạt động 5: Thảo luận kết quả thí nghiệm. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Yêu cầu học sinh mỗi nhóm tính sai số tỉ đối của nhóm mình.
  • 100. 89 Yêu cầu đại diện nhóm báo cáo kết quả thí nghiệm. Thông báo với học sinh,nếu sai số tỉ đối của thí nghiệm < 5% thì có thể chấp nhận được. Nếu > 5% thì yêu cầu học sinh nêu ra nguyên sai số . Đại diện hai nhóm báo cáo kết quả thí nghiệm. Sai số mắc phải là đo không xác định chính xác nhiệt độ khối khí. Do ta xác định gián tiếp nhiệt độ bên trong khối khí thông qua nhiệt độ của nước. Thời gian giữa hai lần làm thí nghiệm, không đủ để khối khí cân bằng nhiệt với nhiệt độ nước bên ngoài. Hoạt động 6: Giáo viên tổng kết và củng cố kiến thức. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Tổng kết kiến thức: Nhà bác học Sác-lơ cũng đã tiến hành rất nhiều lần thí nghiệm và rút ra được luật: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Biểu thức: p/T = hằng số Lưu ý học sinh: Định luật Sác-lơ áp dụng cho khối khí có thể tích không đổi và nhất định (không xảy ra tương tác hóa học). Để củng cố kiến thức, giáo viên biểu diễn thí nghiệm đơn giản: làm cột nước dâng lên trong một bình kín cho học sinh quan sát và giải thích thí nghiệm vào Nghe giáo viên tổng kết kiến thức. Nghe thông báo của giáo viên. Quan sát thí nghiệm của giáo viên và làm việc trên phiếu học tập.
  • 101. 90 phiếu học tập. 2.4.4. Tiết 3-4-5: Các nguyên lý của nhiệt động lực học a) Ý tưởng sư phạm khi soạn thảo bài học Những ưu điểm của động cơ Stirling có thể ứng dụng trong dạy học - Về đặc điểm cấu tạo: Mô hình động cơ nhiệt được sử dụng trong dạy học Vật lý hiện nay là mô hình của động cơ đốt trong. Nhiệt lượng được nhận từ quá trình đốt cháy nhiên liệu bên trong máy nên không thể minh họa cụ thể quá trình này cho học sinh. Trong khi đó, động cơ Stirling với nguồn cung cấp nhiệt lượng bên ngoài sẽ khắc phục được nhược điểm trên. Học sinh sẽ phân biệt rõ trên động cơ Stirling: bộ nào là nguồn nóng, bộ nào là nguồn lạnh, và thấy rõ quá trình khí nhận nhiệt lượng từ nguồn nóng sinh công lên pít-tông rồi nhả nhiệt lượng cho nguồn lạnh. Không như những mô hình động cơ đốt trong chỉ dùng để giải thích nguyên lí hoạt động, học sinh có thể quan sát sự hoạt động của động cơ Stirling. Cụ thể, với loại động cơ Stirling dùng trong dạy học sử dụng nguồn nóng ở nhiệt độ thấp (cỡ nhiệt độ của tách trà nóng) thì thân xi-lanh có thể làm từ những vật liệu bằng nhựa trong suốt. Học sinh có thể quan sát pít-tông chuyển động bên trong xi-lanh giữa nguồn nóng và nguồn lạnh. - Về những ứng dụng trong dạy học: Thoạt nhìn, sự giải thích nguyên lý hoạt động của động cơ Stirling có vẻ đơn giản, nhưng khi đi sâu vào chi tiết, ta sẽ thấy xuất hiện nhiều vấn đề Vật lý ẩn chứa trong đó. Trong quá trình tìm hiểu nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling, học sinh sẽ gặp lại hai khái niệm nhiệt lượng (khí nhận nhiệt lượng QH) và nhiệt độ (nguồn nóng ở nhiệt độ TH, và nguồn lạnh ở nhiệt độ TC). Đây là hai khái niệm cơ bản của nhiệt học mà học sinh đã được học từ cấp trung học cơ sở, nhưng học sinh rất hay nhầm lẫn giữa hai khái nhiệm này nên qua việc giải thích nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling, ta cần phải nhấn mạnh sự khác nhau về ý nghĩa Vật lý giữa nhiệt lượng và nhiệt độ.
  • 102. 91 Quá trình nghiên cứu nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling sẽ nảy sinh một vấn đề: khi khối khí nhận nhiệt lượng từ nguồn nóng sẽ dãn nở và sinh công đẩy pít-tông đi lên. Vấn đề này sẽ dẫn dắt học sinh đến việc vận dụng những kiến thức ở phần cơ học để tính công mà khối khí thực hiện. Sau khi tìm hiểu về cách tính công, học sinh sẽ được giới thiệu về nội năng, nguyên lí I, nguyên lí II của nhiệt động lực học và hiệu suất của động cơ nhiệt, đây là những kiến thức trọng tâm của chương. Sau khi nghiên cứu những kiến thức Vật lý liên quan, học sinh sẽ vận dụng những kiến thức này để giải thích nguyên lí hoạt động của động cơ Striling nói riêng, và động cơ nhiệt nói chung. - Về phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh: Ưu điểm nổi bật của mô hình động cơ Stirling là có thể chế tạo từ những vật liệu đơn giản như chai nhựa, vỏ lon… Học sinh có thể tự mình chế tạo các mô hình động cơ Stirling loại pít-tông tự do từ đơn giản đến phức tạp qua sự hướng dẫn của giáo viên và mô hình mẫu mà các em được quan sát. Quá trình chế tạo động cơ sẽ giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo, rèn luyện kĩ năng làm việc nhóm, tìm kiếm kiến thức từ nhiều nguồn thông tin, tìm ra những giải pháp kĩ thuật để nâng cao hiệu suất của động cơ... Động cơ nhiệt nói chung, động cơ Stirling nói riêng là ứng dụng thực tế quan trọng của chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”, là cầu nối giữa lí thuyết và thực tế. Do vậy, khi mở đầu phần Nhiệt học, giáo viên giới thiệu cho học sinh về động cơ nhiệt; đến cuối chương “Chất khí”, giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh làm tiểu luận về tìm hiểu về động cơ Stirling theo các nội dung mà giáo viên hướng dẫn, và cho học sinh thuyết trình trước lớp. b) Tiến trình dạy học Hoạt động 1: Giới thiệu về động cơ Stirling, một ứng dụng thực tế của các nguyên lí Nhiệt động lực học. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Động cơ nhiệt là loại động cơ rất phổ biến trong đời sống của chúng ta, nó
  • 103. 92 hoạt động dựa trên nguyên lí biến nhiệt lượng thành công. Trong thực tế, chúng ta có thể tìm thấy động cơ nhiệt ở đâu? Có bao nhiêu loại động cơ nhiệt? Giáo viên gợi ý: Có hai loại động cơ nhiệt phổ biến là động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Động cơ đốt trong sử dụng sự đốt cháy nhiên liệu bên trong xi- lanh của động cơ, trong khi đó, động cơ đốt ngoài sử dụng nguồn nhiệt bên ngoài để đốt nóng tác nhân sinh công bên trong động cơ. Nguồn nhiệt này có được từ việc đốt cháy các loại nhiên liệu (xăng, dầu hỏa, than…), từ năng lượng Mặt trời, từ nhiệt sinh ra do phân hủy các chất hữu cơ… Giáo viên biểu diễn trước lớp hai mô hình động cơ Stirling, một động cơ hoạt động với nguồn nóng là cốc nước sôi và một động cơ hoạt động với nguồn nóng được đun trực tiếp từ đèn cồn. Theo các em, hai động cơ thuộc này loại nào? Vì sao? Giáo viên giới thiệu: Động cơ mà chúng ta vừa quan sát là động cơ Stirling, được phát minh bởi Robert Stirling vào cuối thế kỉ XIX. Động cơ Stirling thuộc loại động cơ đốt ngoài, tất cả các động cơ Trả lời tùy theo sự hiểu biết: xe máy, ô tô, tàu lửa, tàu thủy… Học sinh thảo luận với nhau. Quan sát hoạt động của hai loại động cơ này. Là động cơ đốt ngoài vì nguồn bộ phận đốt nóng (cốc nước sôi, đèn cồn) nằm ở bên ngoài động cơ.
  • 104. 93 Stirling hoạt động đều đòi hỏi sự chênh lệch nhiệt độ được tạo ra từ một vùng tiếp xúc với nguồn nóng và một vùng khác trên động cơ được làm mát. Hoạt động 2: Tìm hiểu cấu tạo của động cơ Stirling Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Theo các em, động cơ Stirling mà chúng ta vừa quan sát gồm những bộ phận chính nào? Giáo viên dựa vào mô hình động cơ Stirling bổ sung thêm: Động cơ Stirling, cũng như động cơ nhiệt, gồm có các bộ phận chính: nguồn nóng, nguồn lạnh; xi- lanh để chứa khí, pít-tông dùng để biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay (đối với động cơ Stirling thì pít-tông không khít chặt với xi lanh); bánh đà để truyền chuyển động ra bên ngoài. Giáo viên tiếp tục làm nảy sinh vấn đề để học sinh tiếp tục nghiên cứu: nguồn nóng và nguồn lạnh có tác dụng như thế nào, khối khí chứa trong xi-lanh có nhiệm vụ gì trong quá trình hoạt động của động cơ? Giáo viên trợ giúp: Khối khí bên trong xi-lanh động cơ là khối khí cô lập được pít-tông tự do di chuyển lên xuống giữa nguồn nóng ở nhiệt độ TH và nguồn lạnh Bộ phận đốt nóng (cốc nước sôi, đèn cồn), bánh đà (đĩa CD), tay quay, bộ phận chứa khí,… Học sinh thảo luận trả lời câu hỏi. + Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng. + Nguồn lạnh… Học sinh có thể gặp khó khăn, khi trả lời câu hỏi. Lắng nghe
  • 105. 94 ở nhiệt độ TC (TH > TC). Nguồn nóng ở nhiệt độ TH sẽ cung cấp nhiệt lượng cho khối khí bên trong xi-lanh sinh công đẩy pít-tông đi lên, do pít-tông tự do không khít với xi-lanh nên khí sẽ dồn về phía nguồn lạnh. Đây chúng ta gặp lại hai khái niệm quen thuộc nhiệt độ và nhiệt lượng. Vậy nhiệt độ khác nhiệt lượng ở điểm nào? Giáo viên nhấn mạnh lại với học sinh: Nhiệt lượng là năng lượng truyền từ vật này sang vật khác do sự thay đổi nhiệt độ theo các hướng, còn nhiệt độ đơn giản là sự mô tả trạng thái của vật chất nếu nó nóng hoặc lạnh. Học sinh có thể lúng túng khi phân biệt hai khái niệm này. + Nhiệt độ chỉ độ nóng lạnh. + Nhiệt lượng… Hoạt động 3: Tìm hiểu nội dung nguyên lý thứ I, nguyên lý II Nhiệt động lực học Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nguyên lý I Nhiệt động lực học có thể được giới thiệu bằng cách xem xét hai trường hợp. Trường hợp thứ nhất, nếu cung cấp nhiệt lượng cho một hệ với thể tích không đổi (không có thực hiện công), thì nội năng sẽ tăng lên như thế nào? Trường hợp thứ hai, khi khối khí dãn nở và đẩy pít-tông, nếu không cung cấp nhiệt lượng hoặc không có sự tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh, thì độ tăng nội năng của hệ đúng được tính như thế Nội năng sẽ tăng lên đúng bằng nhiệt lượng cung cấp U Q∆ = Độ tăng nội năng của hệ đúng bằng công mà hệ thực hiện U W∆ = .
  • 106. 95 nào? Giáo viên thông báo: Khi cả hai trường hợp được xem xét đồng thời, ta có U Q W∆ = + . Đây là biểu thức của nguyên lý I Nhiệt động lực học. Ta có thể phát biểu như sau: “Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được”. Qui ươc về dấu: Q > 0: vật nhận nhiệt lượng. Q < 0: vật truyền nhiệt lượng. W > 0: vật nhận công từ vật khác. W < 0: vật thực hiện công. Trong tự nhiên, có nhiều quá trình chỉ có thể tự xảy ra theo một chiều xác định mà không thể xảy ra theo chiều ngược lại mặc dù điều này không vi phạm nguyên lí I Nhiệt động lực học. Thông báo cho học sinh hai cách phát biểu nguyên lý II của Nhiệt động lực học theo cách phát biểu của Clau-đi-út và của Các-nô. Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi C3, C4 sách giáo khoa. Lắng nghe. Thừa nhận nguyên lí II của Nhiệt động lực học theo cách phát biểu của Clau-đi- út và của Các-nô. C3. Không vi phạm nguyên lí I vì nhiệt độ ngoài trời cao hơn trong phòng, do đó nhiệt không thể tự truyền trong phòng ra ngoài trời mà phải nhờ máy điều hòa nhiệt độ. C4. Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công
  • 107. 96 cơ học mà chỉ chuyển hóa một phần, phần còn lại được truyền cho nguồn lạnh. Điều này giúp động cơ hoạt động liên tục và không vi phạm định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Hoạt động 4: Các nhóm học sinh thuyết trình về động cơ Stirling. - Nội dung thuyết trình (đã được giao cho học sinh chuẩn bị và làm việc nhóm ở cuối chương “Chất khí”) Bảng 2.1. Bảng nội dung của bài thuyết trình về động cơ Stirling 1. Cấu tạo a. Vẽ mô hình động cơ stirling + Vẽ bằng tay. + Vẽ trên máy tính (hình tĩnh hay hình động). + Có chú thích trên hình vẽ tức là chỉ rõ các bộ phận trong động cơ nhiệt. b. Giải thích vai trò của mỗi bộ phận trong động cơ stirling. 2. Phân loại + Liệt kê tên các loại động cơ Stirling. + Mô tả ngắn gọn từng loại động cơ Stirling. 3. Nguyên tắc hoạt động + Sơ đồ nguyên tắc hoạt động. + Giải thích nguyên tắc hoạt động ( trong nguyên tắc hoạt động nêu rõ ra gồm có mấy giai đoạn, dùng nguyên lí II Nhiệt động lực học để giải thích nguyên tắc hoạt động của động cơ ). 4. Hiệu suất của động cơ + Nêu ra công thức tính hiệu suất chung của các động cơ nhiệt. + Ý nghĩa của công thức. 5. Ứng dụng + Liệt kê các ứng dụng trong thực tế cuộc sống. + Chỉ rõ các ứng dụng đó ở đâu và để làm gì. 6. Ảnh hưởng từ khí thải của các loại động cơ nhiệt + Liệt kê các ảnh hưởng của khí thải từ động cơ. + Khi liệt kê có giải thích ngắn gọn và kèm theo hình ảnh minh hoạ.
  • 108. 97 Mỗi nhóm có 10 phút để trình bày bài thuyết trình của nhóm mình, và trả lời thắc mắc của các nhóm khác. Tiêu chí đánh giá nhóm được cho bởi bảng 2.2. - Các tiêu chí đánh giá nhóm Bảng 2.2. Tiêu chí đánh giá nhóm. Tiêu chí Xuất sắc Đáp ứng yêu cầu Không hoàn toán đáp ứng mong đợi Không đáp ứng được kì vọng tối thiểu Kế hoạch làm việc nhóm Có kế hoạch rõ ràng và tiến hành đúng như kế hoạch đã định. Có kế hoạch và sự phân công nhưng thỉnh thoảng tiến hành công việc không đúng như kế hoạch đã định. Có kế hoạch và sự phân công nhưng chưa hợp lí. Một số vấn đề chưa hoàn thành đúng như kế hoạch. Kế hoạch chưa rõ ràng hoặc không có kế hoạch. Một số vấn đề chưa hoàn thành. Thời gian làm việc nhóm Thời gian làm việc rõ ràng, phân bố cụ thể cho các buổi và biết tận dụng thời gian phân công. Có sự phân bố thời gian cho nhóm. Có sự phân bố thời gian nhưng đôi khi bị chậm trễ. Phân bố thời gian chưa hợp lí, thường xuyên chậm trễ, lãng phí thời gian. Sự hợp tác giữa các thành viên Các thành viên biết rõ nhiệm vụ của các nhân, tích cực hợp tác, giúp đỡ nhau, không có sự bất hòa trong nội bộ Các thành viên biết được nhiệm vụ cá nhân, đôi khi có bất hòa trong nhóm nhưng nhanh chóng được giải quyết. Kết quả Một số thành viên không biết rõ nhiệm vụ, đôi khi có bất hòa. Làm việc chưa thật sự hiệu quả. Đa số các thành viên trong nhóm không biết nhiệm của mình. Thiếu tích cực, thường xuyên bất hòa.
  • 109. 98 nhóm. Nhóm làm việc hiệu quả. làm việc nhóm tốt. Bài báo cáo nhóm Bài báo cáo được đánh máy rõ ràng, trình bày đẹp, không có lỗi chính tả, nội dung chính xác và phong phú, có tiêu đề, phụ đề, tài liệu tham khảo. Bài báo cáo được trình bày rõ ràng, nội dung chuẩn xác, nhưng còn thiếu sót một vài điểm. Bài báo cáo trình bài chưa hợp lí, nội dung chưa đầy đủ. Bài báo cáo trình bày cẩu thả, thiếu thông tin. Trình bày Khả năng trình bày lưu loát. Nội dung báo cáo rõ ràng, các thành viên đều có khả năng báo cáo. Nội dung báo cáo rõ ràng nhưng trình bày chưa trôi chảy. Nội dung báo cáo chưa đầy đủ, báo cáo viên trình bày còn lúng túng. Chưa chuẩn bị tốt nội dung báo cáo, trình bày sơ sài, chưa hoàn thiện. Giải đáp thắc mắc Giải đáp các thắc mắc rõ ràng, thuyết phục người nghe. Giải đáp rõ ràng, thuyết phục. Nhưng một số câu hỏi của nhóm khác vẫn chưa trả lời được. Chưa biết vận dụng kiến thức để trả lời một cách lôgic và thuyết phục, nhiều thắc mắc chưa giải quyết được. Giải đáp sơ sài, thiếu thuyết phục hoặc sai. Không trả lời được những thắc mắc của nhóm khác.
  • 110. 99 2.4.5. Kết luận Trên cở sở nghiên cứu mức độ nội dung các kiến thức, kĩ năng trong chương “Nhiệt học” và “Cơ sở nhiệt động lực học” mà học sinh cần phải đạt được, lưu ý đến các kết quả thu được qua việc tìm hiểu tình hình dạy học hai chương này ở trường phổ thông, đặc biệt là những khó khăn, sai lầm của học sinh, tôi đã xây dựng các thí nghiệm để hỗ trợ quá trình dạy học như sau: - Các thí nghiệm minh họa, củng cố cho những nội dung kiến thức thuyết động học phân tử chất khí. - Thí nghiệm đơn giản tạo tình huống có vấn đề để xây dựng định luật Sác-lơ, thí nghiệm đơn giản để học sinh vận dụng kiến thức giải thích hiện tượng Vật lý. - Cải tiến và hoàn thiện thí nghiệm kiểm chứng định luật Sác-lơ và định luật Gay Luy-xắc. - Xây dựng mô hình động cơ Stirling, một loại động cơ nhiệt, từ các vật liệu đơn giản như vỏ lon, chai nhựa… - Việc sử dụng phối hợp các thí nghiệm được cụ thể hóa qua dự kiến chi tiết tiến trình dạy học các kiến thức của từng bài. Tiến trình dạy học này đòi hỏi học sinh phải vận dụng các kiến thức đã học để giải thích các hiện tượng Vật lý được minh họa qua các thí nghiệm đơn giản, hoặc đòi hỏi học sinh phải đề xuất giả thuyết và đề xuất các phương án thí nghiệm kiểm tra trực tiếp giả thuyết hay hệ quả được suy ra từ giả thuyết. Nhờ vậy, tính tích cực, sáng tạo của học sinh được phát triển. Giáo viên chỉ hướng dẫn, giúp đỡ học sinh, và mở rộng kiến thức khi cần thiết.
  • 111. 100 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đích, đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài: Nếu xây dựng (chế tạo và hoàn thiện) được một số thí nghiệm đáp ứng các yêu cầu về mặt sư phạm và sử dụng các thí nghiệm một cách hợp lí vào quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” thì có thể nâng cao hiệu quả của việc dạy học. Để đạt được mục đích đó, thực nghiệm sư phạm có những nhiệm vụ sau đây: - Đánh giá tính khả thi của thiết bị thí nghiệm đã xây dựng và tính khả thi của thí nghiệm được tiến hành với các thiết bị thí nghiệm đó. - Đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học của các bài học đã soạn thảo. - Sơ bộ đánh giá hiệu quả của các thiết bị thí nghiệm đã xây dựng và tiến trình dạy học đã soạn thảo đối với việc nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh. 3.1.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm Đối tượng thực nghiệm sư phạm là học sinh lớp 10 ở trường Trung học Thực hành – trường ĐHSP TP. Hồ Chí Minh. - Nhóm thực nghiệm: Lớp 10D2 được dạy học với sự hỗ trợ của các thí nghiệm đã xây dựng (chế tạo và hòa thiện) ở chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”. - Nhóm đối chứng: Lớp 10D1 được dạy học theo phương pháp truyền thống và không có sử dụng thí nghiệm ở chương “Chất khí” và chương “Cơ sở của nhiệt động lực học”. Tôi chọn thực nghiệm hai lớp này vì trước khi thực nghiệm, qua trao đổi với giáo viên chủ nghiệm và giáo viên bộ môn Vật lý, sức học và kết quả học tập môn Vật lý của hai lớp này trong học kì I là khá đều nhau. 3.1.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm Việc thực nghiệm sư phạm được tiến hành ở học kì II năm học 2011 – 2012 ở trường Trung học Thực hành – trường ĐHSP TP. Hồ Chí Minh, với hình thức
  • 112. 101 thực nghiệm sư phạm song song, trong đó có một lớp thực nghiệm và một lớp đối chứng. Ngoài những giờ dạy thực nghiệm, tôi đều tham gia dự giờ tiết dạy của giáo viên lớp đối chứng và các giáo viên trong tổ bộ môn, quan sát, ghi chép mọi hoạt động của giáo viên và học sinh trong từng tiết học, thường xuyên trao đổi với giáo viên trong tổ để rút kinh nghiệm, trao đổi với học sinh để kiểm tra thêm những nhận định của mình. Trước mỗi tiết dạy thực nghiệm, tôi đều chuẩn bị kĩ các thiết bị thí nghiệm, các mô hình cần thiết của tiến trình dạy học đã soạn thảo. Ở lớp thực nghiệm, các bài học diễn ra theo đúng tiến trình dạy học đã soạn thảo. Tôi chú ý bao quát, theo dõi các cử chỉ và phản ứng của học sinh, ước lượng số học sinh tham gia phát biểu xây dựng bài học, qua các phát biểu của học sinh nắm bắt suy nghĩ, rút ra những khó khăn và sai lầm mà học sinh mắc phải. Sau tiết giảng thực nghiệm, tôi rút kinh nghiệm, chỉ ra những điều chưa phù hợp của tiến trình đã soạn thảo, bổ sung, sửa đổi những điều cần thiết. Trong quá trình thực nghiệm sư phạm, tôi phỏng vấn, trao đổi và trò chuyện với học sinh hoặc tiến hành điều tra nhỏ sau mỗi tiết học bằng cách phát phiếu học tập ở đầu giờ học và thu lại ở cuối giờ để đánh giá chất lượng kiến thức của tiết học. Cuối đợt thực nghiệm sư phạm, tôi tổ chức kiểm tra cùng một đề ở cả hai lớp thực nghiệm và đối chứng. Sau khi đã thu thập đầy đủ số liệu, tôi xử lí, phân tích, đánh giá kết quả của các bài bằng phương pháp thống kê mô tả và thống kê kiểm định. 3.1.4. Công tác chuẩn bị cho thực nghiệm sư phạm Tìm hiểu thực tế dạy học ở trường thực nghiệm về các mặt: - Phương pháp giảng dạy chủ yếu của giáo viên Vật lý. - Kết quả học tập của học sinh ở lớp thực nghiệm và đối chứng qua điểm trung bình Vật lý của học sinh ở học kì I năm học 2011 – 2012. - Phòng thí nghiệm Vật lý và các thiết bị thí nghiệm mà nhà trường được trang bị.
  • 113. 102 - Chuẩn bị các phiếu học tập và bài kiểm tra khảo sát đánh giá sau thực nghiệm sư phạm. - Trước khi thực nghiệm sư phạm, tôi gặp gỡ, trao đổi, thống nhất kế hoạch với ban Giám hiệu nhà trường và giáo viên tổ bộ môn Vật lý. - Xây dựng các bài thí nghiệm và soạn thảo tiến trình các bài học của chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” ở lớp 10 ban cơ bản. 3.2. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 3.2.1. Các tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm Tôi đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm qua các tiêu chí: - Tính khả thi: Tính khả thi của các thiết bị thí nghiệm và các bài thí nghiệm đã xây dựng được đánh giá thông qua khả năng đáp ứng các yêu cầu về mặt khoa học – kĩ thuật và về mặt sư phạm. Tính khả thi của tiến trình dạy học đã soạn thảo được đánh giá qua các mặt: + Tiến trình dạy học đã soạn thảo có phù hợp với khả năng tiếp thu của các đối tượng học sinh không? + Việc thực hiện giáo án có đảm bảo thời gian và có đạt được mục tiêu của bài học không? - Tính hiệu quả: Việc chuẩn bị thiết bị thí nghiệm có diễn ra thuận lợi? Việc tiến hành thí nghiệm của giáo viên và học sinh có nhanh chóng thu được kết quả thí nghiệm chính xác? Hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” được đánh giá qua các mặt: + Số học sinh tham gia trả lời các câu hỏi mà giáo viên đặt ra và chất lượng câu trả lời của học sinh. + Số học sinh tham gia đề xuất phương án thí nghiệm. + Việc sử dụng ngôn ngữ Vật lý của học sinh. + Chất lượng kiến thức của học sinh được đánh giá qua điểm bài kiểm tra 15 phút và bài kiểm tra 1 tiết, khả năng vận dụng kiến thức đã học vào giải các bài tập, giải thích các hiện tượng trong thực tế.
  • 114. 103 3.2.2. Phân tích diễn biến của các giờ học trong thực nghiệm sư phạm a) Tiết 1: Cấu tạo chất. thuyết động học phân tử chất khí Học sinh được nhắc lại về thuyết cấu tạo chất đã học ở lớp 8, học sinh được yêu cầu giải thích câu hỏi C1, C2 để làm rõ nội dung “lực tương tác phân tử” C1: Tại sao cho hai thỏi chì có mặt đáy phẳng đã được mài nhẵn tiếp xúc với nhau thì chúng hút nhau? Tại sao hai mặt không được mài nhẵn thì lại không hút nhau? C2: Tại sao có thể sản xuất thuốc viên bằng cách nghiền nhỏ dược phẩm cho vào khuôn nén mạnh? Nếu bẻ đôi viên thuốc rồi dùng tay ép sát hai mảnh lại thì hai mảnh không thể dính liền với nhau? Khoảng 60% học sinh đều đưa ra ý kiến ở câu hỏi C1: hai thỏi chì mài thật nhẵn tiếp xúc nhau thì khoảng cách giữa các phân tử là nhỏ, lực hút chiếm ưu thế. Điều này không xảy ra nếu mặt tiếp xúc không mài nhẵn. Và các em giải thích tương tự với câu C2. Tất cả các em đều rút ra được từ hai câu hỏi trên là giữa các phân tử có lực hút và lực này chỉ đáng kể khi các phân tử ở rất gần nhau. Học sinh được yêu cầu lấy ví dụ về lực đẩy. khoảng 40% học sinh tham gia phát biểu ý kiến và nêu được ví dụ: có thể nén khí, nhưng không thể nén chất lỏng, chất rắn… Sau khi được thông báo về thuyết động học phân tử chất khí, một số học sinh đặt câu hỏi: chuyển động hỗn loạn là chuyển động như thế nào? Nó có đặc điểm gì? Để trả lời câu hỏi này, giáo viên giới thiệu ngắn gọn cho học sinh lịch sử hình thành thuyết động học phân tử, với một mốc quan trọng là khi nhà bác học người Anh Brao (Brown) quan sát thấy chuyển động hỗn loạn không ngừng của các hạt phấn hoa qua kính hiển vi, phản ánh gián tiếp chuyển động hỗn loạn không ngừng của các phân tử thì Thuyết động học phân tử mới bắt đầu được coi là một thuyết khoa học. Sau đó giáo viên cho học sinh quan sát thí nghiệm chuyển động Brao của các hạt lưu huỳnh trong dung dịch chất lỏng. Học sinh đại diện của các nhóm lên quan sát, sau đó miêu tả lại chuyển động cho các bạn trong nhóm. Sau đó đến cuối giờ, đến phần củng cố, các bạn còn lại sẽ lần lượt lên xem. Sau khi quan sát các em đều
  • 115. 104 có nhận xét: Chuyển động Brao là không ngừng theo thời gian và hỗn loạn về phương và độ lớn của độ dời. Giáo viên mở rộng thêm cho học sinh: Ta đã biết rằng trong chuyển động đều độ dời x tỉ lệ với thời gian t, nghĩa là x ∼ t, còn trong chuyển động biến đổi đều x ~ t2 . Thế nhưng, trong chuyển động Brao, độ dời của hạt Brao được mô tả bằng một định luật mới đối với học sinh do Anh-xtanh và Xờ-mô-lu-kô- xki tìm ra. Có thể trình bày định luật này trong bài học với dung lượng như sau: Độ dời của hạt Brao sau những khoảng thời gian bằng nhau là không bằng nhau. Nếu chiếu các độ dời này lên một trong các trục tọa độ, thí dụ trục x, lấy bình phương ( ) 2 x∆ của mỗi độ dời x∆ và tính giá trị trung bình của các bình phương độ dời ( ) 2 x∆ thì theo định luật này ta có: ( ) 2 x t∆  hay ( ) 2 ~x t∆ Tiếp theo ta rút ra kết luận: chuyển động của hạt Brao là hỗn loạn, các va chạm là ngẫu nhiên, nhưng dịch chuyển của các hạt tuân theo một định luật xác định. Giáo viên khái quát vấn đề: đối với chất khí chuyển động Brao cũng tương tự như vậy. Chất khí có tính linh động hơn, và khi va chạm vào thành bình tạo nên áp suất. Học sinh quan sát thí nghiệm bình điều khiển rượu chảy ra của Hê-rôn và trả lời câu hỏi vì sao khi rót nước vào bình (1) thì nước màu đỏ ở bình (2) lại chảy ra ngoài? Học sinh ở các nhóm tham gia tranh luận sôi nổi, đa số các em đều giải thích được là khi rót nước vào bình (1) nước choán thể tích của không khí, do không khí có tính linh động nên di chuyển qua bình (2) và tạo áp suất đẩy nước ở bình (2) ra ngoài. Sau cùng học sinh xem thí nghiệm minh họa sự phụ thuộc vận tốc của các phân tử vào nhiệt độ. Cho xi-lanh đầu có áp kế vào hai cốc nước nóng và nước lạnh cho học sinh quan sát, sau đó thảo luận trả lời câu hỏi vì sao khi đưa xi-lanh vào cốc nước nóng thì số chỉ áp kế lại tăng lên? Còn khi đưa vào cốc nước lạnh thì số chỉ áp kế lại giảm? Học sinh thảo luận nhóm, khoảng 70% học sinh có vận dụng Thuyết động học phân tử đề trả lời câu hỏi: khi cho vào cốc nước nóng thì nhiệt độ của khối
  • 116. 105 khí trong xi-lanh tăng, các phân tử khí chuyển động nhanh hơn, va chạm với thành bình nhiều hơn làm áp suất tăng lên; trường hợp để vào cốc nước lạnh thì nhiệt độ giảm, vận tốc chuyển động của các phân tử khí giảm, ít va chạm với thành bình làm áp suất giảm. b) Tiết 2: Quá trình đẳng tích. Định luật Sác-lơ. Ở bài này học sinh làm việc trên phiếu học tập (phụ lục 1). Bài học được mở đầu bằng thí nghiệm đơn giản cho làm cho quả trứng đã luộc chín chui tọt vào bình thủy tinh để tạo hình huống có vấn đề cho học sinh đồng thời tạo điều kiện cho học sinh nêu vấn đề cần giải quyết. Sau khi phân tích thí nghiệm để làm nổi bật lên vấn đề cần giải quyết, học sinh dựa vào Thuyết động học phân tử chất khí để đưa ra giả thuyết, và đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết. Trong quá trình thảo luận, có nhóm đã đề nghị phương án thí nghiệm trong sách giáo khoa, các nhóm còn lại đều thấy rằng phương án đó là không khả thi, vì trong quá trình đun nước sôi nhiệt độ tăng rất nhanh, rất khó đọc giá trị áp kế. Một học sinh nhóm khác đề xuất dùng nước sôi đổ vào từ từ nước lạnh để thay đổi nhiệt độ. Giáo viên hiện thực hóa ý tưởng này bằng bộ dụng cụ đã chuẩn bị sẵn. Cho hai học sinh xung phong lên làm thí nghiệm, rồi ghi số liệu lên bảng cho cả lớp cùng xử lý. Sau đó cho hai bạn khác lên thực hiện lại. Lần thứ nhất sai số tỉ đối là 3,7%, lần thứ hai sai số tỉ đối là 3,6%. Giáo viên tổng hợp kết quả và rút ra định luật. Để củng cố kiến thức, giáo viên biểu diễn thí nghiệm làm cho nước dâng lên trong bình kín để học sinh giả thích trong phiếu học tập. Kết quả cho thấy 84% học sinh giải thích đúng hiện tượng, 16% học sinh giải thích chưa rõ ràng do dùng ngôn ngữ không chính xác. c) Tiết 3,4, 5: Các nguyên lý của nhiệt động lực học Học sinh được giao việc về nhà tìm hiểu về động cơ Stirling ở bài học trước. Bài học được mở đầu với sự giới thiệu tổng quát về động cơ nhiệt. Sau đó, giáo viên biểu diễn trước lớp hai động cơ Stirling, gồm một động cơ hoạt động với nguồn nóng là cốc nước sôi và một động cơ hoạt động với nguồn nóng được đun
  • 117. 106 trực tiếp từ đèn cồn, giáo viên chỉ rõ các bộ phận chính của động cơ Stirling. Từ đó, giáo viên đặt ra cho học sinh vấn đề: “Với cấu tạo đơn giản như trên, động cơ Striling hoạt động bằng cách nào?”. Sau đó, giới thiệu các khái niệm Vật lý mà học sinh sẽ được học từ động cơ Stirling. Các khái niệm Vật lý như: động cơ nhiệt, công, nội năng, hiệu suất… được giải thích rõ ràng thông qua các slide trình chiếu của Powerpoint, sử dụng nhiều hình ảnh giúp học sinh dễ dàng hiểu được các khái niệm Vật lý. Ứng với mỗi khái niệm, học sinh trả lời ít nhất một câu hỏi để làm rõ ý nghĩa Vật lý. Ví dụ, học sinh sẽ được xem một loạt các giản đồ p – V và phải xác định giản đồ nào ứng với quá trình biến đổi sinh công nhiều nhất. Để củng cố lại kiến thức, học sinh thuyết trình trước lớp những nội dung đã tìm hiểu ở nhà về động cơ Stirling. Mỗi nhóm cử đại diện lên thuyết trình, sau đó trả lời câu hỏi mà các nhóm khác nêu ra. Buổi thuyết trình diễn ra rất sôi nổi, các nhóm đều chuẩn bị rất tốt phần thuyết trình của mình. 3.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm Xử lí kết quả học tập nhằm so sánh hiệu quả của phương pháp dạy học có sự hỗ trợ của các thí nghiệm đã xây dựng với phương pháp dạy học truyền thống không có sử dụng thí nghiệm ở chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” . 3.3.1. Xử lí kết quả học tập của học sinh lớp thực nghiệm Để đánh giá kết quả học tập lớp thực nghiệm, ngoài việc quan sát mức độ tham gia xây dựng bài học của học sinh trong mỗi tiết thực nghiệm, tôi còn đánh giá thông qua bài kiểm tra quá trình (kiểm tra 15 phút) và bài kiểm tra cuối hai chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” kiểm tra 1 tiết (phụ lục 2). Tiếp theo, tôi xử lí số liệu kết quả học tập của học sinh lớp thực nghiệm nhằm so sánh tương quan giữa hai hình thức đánh giá. Kết quả đánh giá điểm quá trình và điểm kiểm tra cho bởi bảng 3.1.
  • 118. 107 Bảng 3.1. Bảng thống kê điểm kiểm tra quá trình (kiểm tra 15 phút) và điểm kiểm tra 1 tiết của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm. Điểm Tần số Kiểm tra 15 phút Kiểm tra 1 tiết Lớp 10D1 Lớp 10D2 Lớp 10D1 Lớp 10D2 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 1 0 0 0 4 5 0 3 0 5 5 1 1 0 6 6 5 6 4 7 5 11 12 9 8 5 8 5 10 9 1 2 1 4 10 0 1 0 1 Bảng 3.2. Bảng phân bố tần suất của lớp thực nghiệm Điểm Số % học sinh đạt điểm xi 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 phút 0 0 0 0 0 3,6 17,9 39,3 28,6 7,1 3,6 1 tiết 0 0 0 0 0 0 14,3 32,1 35,7 14,3 3,6
  • 119. 108 Hình 3.1. Biểu đồ phân bố tần suất kết quả học tập của lớp thực nghiệm Dựa vào biểu đồ phân bố tuần suất kết quả học tập của lớp thực nghiệm, ta thấy đường biểu diễn tần suất điểm quá trình (kiểm tra 15 phút) lệch về phía điểm cao, xung quanh điểm 7 và 8. Còn đường biểu diễn phân bố tần suất của điểm kiểm tra 1 tiết lệch về phía điểm cao xung quanh điểm 8. Kết quả này chứng tỏ cách đánh giá quá trình học tập chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” là chấp nhận được. Bảng 3.3. Bảng phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập lớp thực nghiệm Điểm Số % học sinh đạt điểm xi trở xuống 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 phút 0 0 0 0 0 3,6 21,4 60,7 89,3 96,4 100,0 1 tiết 0 0 0 0 0 0 14,3 46,4 82,1 96,4 100,0 Dựa vào biểu đồ phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập của lớp thực nghiệm (trục tung chỉ số % học sinh đạt từ điểm xi trở xuống, trục hoành chỉ điểm số), ta thấy đường tích lũy điểm kiểm tra 1 tiết nằm bên phải và phía dưới đường tích lũy điểm quá trình. Điều này chứng tỏ học sinh có sự tiến bộ trong quá trình học tập thể hiện qua việc nâng cao điểm số ở bài kiểm tra 1 tiết.
  • 120. 109 Hình 3.2. Biểu đồ phân bố tần suất tích lũy kết quả học tập của lớp thực nghiệm 3.3.2. Xử lí kết quả học tập của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng a) Kết quả: Kết quả được thể hiện qua các bảng 3.5, bảng 3.6 và các biểu đồ hình3.3, hình 3.4. Bảng 3.4. Bảng phân bố tần suất kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm Điểm Tổng số Số % học sinh đạt điểm xi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thực nghiệm 28 0 0 0 0 0 14,3 32,1 35,7 14,3 3,6 Đối chứng 28 0 0 0 10,7 3,6 21,4 42,9 17,9 3,6 0 Bảng 3.5. Bảng phân bố tần suất tích lũy kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng. Điểm Tổng số Số % học sinh đạt điểm xi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thực nghiệm 28 0 0 0 0 0 14,3 46,4 82,1 96,4 100,0 Đối chứng 28 0 0 0 10,7 14,3 35,7 78,6 96,4 100,0 100,0
  • 121. 110 Hình 3.3. Biểu đồ phân bố tần suất kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng Hình 3.4. Biểu đồ phân bố tần suất tích lũy kết quả kiểm tra 1 tiết của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng b) Nhận xét: Từ biểu đồ phân bố tần suất kết quả kiểm tra 1 tiết giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng, ta thấy đường biểu diễn tần suất của lớp đối chứng có điểm cao dao động xung quanh điểm 7, còn ở lớp thực nghiệm thì đường biểu diễn tần xuất lệch về phía điểm cao xung quanh điểm 8.
  • 122. 111 Đường phân bố tần suất tích lũy của lớp thực nghiệm nằm bên phải và phía dưới đường phân bố tần suất tích lũy của lớp đối chứng, điều đó chứng tỏ học sinh lớp thực nghiệm làm bài kiểm tra 1 tiết tốt hơn. Ta thấy, lớp đối chứng có 10.4% học sinh có điểm kiểm tra từ 4 điểm trở xuống và có 14.3% học sinh có điểm dưới trung bình (điểm < 5) còn ở lớp thực nghiệm không có học sinh nào có điểm dưới trung bình. Nhưng vậy việc tổ chức tiến trình dạy học chương “Chất khí” và “ Cơ sở của nhiệt động lực học” với sự hỗ trợ của các thí nghiệm đã xây dựng đem lại hiệu quả ban đầu trong việc nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh. c) Xử lý số liệu: Để đơn giản hóa, khi tính toán điểm trung bình và độ lệch chuẩn, tôi đã sử dụng phần mềm SPSS để xử lí các số liệu thực nghiệm, và nhận xét kết quả nhận được được trình bày ở bảng 3.6 Bảng 3.6. Bảng kết quả điểm trung binh và độ lệch chuẩn được xử lí từ phần mềm SPSS Statistics kiemtra1tiet10D1 N Valid 28 Missing 0 Mean 6,64 Std. Deviation 1,254 Statistics kiemtra1tiet10D2 N Valid 28 Missing 0 Mean 7,61 Std. Deviation 1,031 Với Mean: là điểm trung bình Std. Deviation: là độ lệch chuẩn
  • 123. 112 Trong thống kê, độ lệch chuẩn xác định mức độ ổn định của số liệu thống kê xoay quanh giá trị trung bình. Giá trị của độ lệch chuẩn càng thấp thì mức độ ổn định của số liệu càng lớn, dao động quanh giá trị trung bình càng nhỏ. Giá trị độ lệch chuẩn càng cao thì mức độ ổn định của số liệu càng nhỏ, dao động quanh giá trị trung bình càng lớn. Dựa vào những tham số thống kê thu được ta thấy điểm trung bình cộng của học sinh lớp thực nghiệm (7,61) cao hơn ở lớp đối chứng (6,64). Độ lệch chuẩn của lớp thực nghiệm (1,031) nhỏ hơn lớp đối chứng (1,254), điều này chứng tỏ mức độ phân tán là nhỏ. Nói cách khác, nó cho thấy lớp thực nghiệm học đều và ổn định hơn lớp đối chứng. d) Kiểm định giả thuyết thống kê – Kiểm định Mann-Whitney hai mẫu độc lập. Sự khác nhau về kết quả giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng có ý nghĩa không ? Có phải thực sự phương pháp dạy mới tốt hơn phương pháp dạy cũ hay chỉ do ngẫu nhiên mà có? Nếu áp dụng phương pháp dạy mới rộng rãi thì kết quả có tốt hơn phương pháp dạy cũ không? Để kiểm tra kết luận chắc chắn hay do ngẫu nhiên, may rủi, ta tiến hành kiểm định kết quả này theo phương pháp kiểm định giả thuyết thống kê. Ở đây, ta sử dụng phép kiểm định Mann- Whitney hai mẫu độc lập. Kiểm định Mann-Whitney là phép kiểm định phổ biến nhất để kiểm định giả thuyết về sự bằng nhau của trung bình hai mẫu độc lập. Kiểm định Mann-Whitney không yêu cầu các giả định về hình dạng của phân bố đang xem xét. Vì điểm số của học sinh là một mẫu ngẫu nhiên, các giá trị có thể xếp thứ tự và không có dạng phân phối chuẩn nên trong trường hợp này, ta dùng kiểm định Mann-Whitney để kiểm định sự khác nhau giũa hai điểm trung bình cộng của hai lớp thực nghiệm và đối chứng. Cách thực hiện như sau: - Giả thuyết thống kê “H0 đưa ra: Sự khác nhau giữa điểm trung bình của lớp đối chứng và thực nghiệm là không có ý nghĩa”. - Cách thực hiện kiểm định Mann-Whitney trong SPSS phiên bản 18: Analyze > Nonparametric Tests > Legacy Dialogs > 2 Independent Samples
  • 124. 113 Vào hộp thoại Two-Independent-Samples Tets, đánh dấu chọn vào ô Mann- Whitney U. Nhấp chuyển “diem1tiet” vào ô Test Variable List. Nhấp chuyển “lop” vào ô Grouping Variable, nhấn nút định nghĩa nhóp (Define Groups) với Group 1: 1; Group 2: 2. Nhấn Continue, nhấn OK. Hình 3.5. Giao diện trong phần mềm SPSS
  • 125. 114 - Kết quả xuất ra như bảng 3.7: Bảng 3.7. Bảng kết quả kiểm định Mann-Whitney hai mẫu độc lập được xử lí từ phần mềm SPSS + Đơn vị lệch chuẩn (Z-score) = -2,782 + Mức ý nghĩa quan sát (2 đuôi) [Asymp. Sig. (2tails)] = 0,005 Vì mức ý nghĩa quan sát của kiểm định này (0,005) là khá nhỏ (và nhỏ hơn 5%) nên giả thuyết hai điểm trung bình cộng của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm bằng nhau bị bác bỏ, và như vậy sự khác biệt giữa hai điểm trung bình cộng này là có ý nghĩa. e) Nhận xét Từ những kết quả đánh giá sơ bộ ở trên, ta có những nhận xét sau: - Học sinh lớp thực nghiệm ngày càng tiến bộ trong việc giải thích hiện tượng phát biểu dự đoán và đề xuất các phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán. Ở bài thuyết trình, học sinh đã sử dụng từ ngữ chính xác hơn trong việc mô tả, giải thích nguyên lí hoạt động của động cơ Stirling. - Các thí nghiệm đã xây dựng tạo điều kiện cho giáo viên tổ chức, hướng dẫn học sinh tích cực tham gia vào quá trình xây dựng kiến thức: đưa học sinh vào tình huống có vấn đề, hỗ trợ học sinh đề xuất được dự đoán có căn cứ, tạo điều kiện cho
  • 126. 115 học sinh đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán hoặc kiểm tra hệ quả của dự đoán, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức gải thích các hiện tượng Vật lý được tạo ra từ những thí nghiệm đơn giản, tạo điều kiện cho học sinh làm việc nhóm để nghiên cứu ứng dụng Vật lý trong đời sống, động cơ Stirling. Trên cơ sở phân tích, nhận xét, đánh giá trong và sau quá trình thực nghiệm sư phạm, tôi có thể nhận định: Việc xây dựng các thí nghiệm đáp ứng về mặt khoa học – kĩ thuật và về mặt sư phạm và sử dụng chúng hỗ trợ tiến trình dạy học được soạn thảo đã phát huy được tính tích cực của học sinh và góp phần nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh. 3.4. Kết luận Việc theo dõi và phân tích diễn biến của các giờ học thực nghiệm, việc xử lí kết quả bài kiểm tra viết của học sinh sau quá trình thực nghiệm sư phạm đã chứng tỏ: - Tiến trình dạy học đã soạn thảo trong đó có sử dụng các thí nghiệm và mô hình động cơ Stirling đã xây dựng nhằm nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh là có tính khả thi. Tuy nhiên, tiến trình dạy học này phải bổ sung thêm những hướng dẫn, gợi ý của giáo viên để thu hẹp phạm vi cần tìm tòi của học sinh. - Các thí nghiệm đã xây dựng tạo điều kiện cho giáo viên tổ chức, hướng dẫn học sinh tích cực tham gia vào quá trình xây dựng kiến thức: đưa học sinh vào tình huống có vấn đề; hỗ trợ học sinh đề xuất được dự đoán có căn cứ; tạo điều kiện cho học sinh đề xuất được phương án thí nghiệm, cách tiến hành thí nghiệm kiểm tra dự đoán hoặc hệ quả rút ra từ dự đoán; giúp học sinh vận dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng Vật lý; kích thích học sinh chế tạo các thiết bị thí nghiệm đơn giản. - Việc tổ chức quá trình dạy học chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” với sự hỗ trợ của các thí nghiệm đơn giản, thí nghiệm thực hành và mô hình động cơ Stirling đã bước đầu đem lại hiệu quả trong việc nâng cao chất lượng kiến thức, bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh.
  • 127. 116 KẾT LUẬN Đề tài “Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm hỗ trợ quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” được thực hiện trong thời gian ngắn với quy mô nhỏ, nhưng cũng đã hoàn thành các mục tiêu đã đề ra. Kết quả thu nhận được như sau: - Hệ thống hóa cơ sở lí luận về lí thuyết xây dựng và sử dụng thiết bị dạy học, đặc biệt là thí nghiệm đơn giản trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông. Cụ thể hóa qui trình xây dựng các thiết bị thí nghiệm và qui trình tổ chức hướng dẫn của giáo viên trong việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm trong từng giai đoạn của quá trình dạy học vào thực tế. - Điều tra tình hình dạy học chương “Chất khí” và “Cơ sở nhiệt động lực học” ở một số trường trung học phổ thông ở TP. Hồ Chí Minh để tìm hiểu phương pháp dạy của giáo viên, phương pháp học của học sinh, những khó khăn, sai lầm của học sinh, đặc biệt là tình trạng thiết bị thí nghiệm và việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong quá trình dạy học hai chương này. - Vận dụng qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm đã nghiên cứu, tôi đã chế tạo được mô hình động cơ Stirling từ vỏ lon, chai nhựa, và những vật liệu đơn giản; xây dựng được các thí nghiệm đơn giản để minh họa nội dung thuyết động học phân tử chất khí, và các thí nghiệm đơn giản tạo tình huống có vấn đề cho tiến trình dạy học bài “Quá trình đẳng tích – Định luật Sác-lơ”; cải tiến thí nghiệm chứng minh định luật Sác-lơ và Gay Luy-xắc. - Trên cơ sở vận dụng lí luận dạy học hiện đại về việc tổ chức quá trình dạy học Vật lý, qui trình sử dụng thiết bị thí nghiệm, phân tích kết quả điều tra về tình hình dạy học chương “Chất khí” và “Cơ sở nhiệt động lực học”, tôi đã soạn thảo tiến trình dạy học một số nội dung kiến thức trong hai chương trên với sự hỗ trợ của thiết bị thí nghiệm, và thí nghiệm đã xây dựng. Các tiến trình dạy học này đã khai thác tiềm năng của các thiết bị thí nghiệm đối với việc phát huy tính tích cực, phát triển năng lực sáng tạo và nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh.
  • 128. 117 - Các tiến trình dạy học đã xây dựng ở chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” được đưa vào thực nghiệm sư phạm ở trường Trung học Thực hành ĐHSP TP. Hồ Chí Minh. Kết quả thực nghiệm sư phạm đã cho phép rút ra những kết luận về hiệu quả của tiến trình dạy học và hiệu quả của thí nghiệm đối với việc kích thích hứng thú học tập, phát huy tính tích cực, và nâng cao chất lượng kiến thức của học sinh. Với kết quả như trên, đề tài đã đạt được mục đích đề ra và khẳng định được giả thuyết ban đầu: Nếu xây dựng (chế tạo và hoàn thiện) được một số thí nghiệm đáp ứng các yêu cầu về mặt sư phạm và sử dụng các thí nghiệm một cách hợp lí vào quá trình dạy học các chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” thì có thể nâng cao hiệu quả của việc dạy học.
  • 129. 118 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI Do thời gian có hạn, tôi chỉ mới tổ chức thực nghiệm sư phạm trên phạm vi nhỏ. Để những kết luận của đề tài có độ tin cậy cao hơn, đề tài cần được tiếp tục triển khai thực nghiệm sư phạm trên một phạm vi rộng hơn, thời gian thực nghiệm nhiều hơn và trên nhiều đối tượng học sinh khác nhau. Tôi có một số kiến nghị để phát triển đề tài như sau: - Đối với thí nghiệm quan sát chuyển động Brao trong chất lỏng, sẽ tiến hành ghi hình lại, từ đó đánh dấu hạt để theo dõi chuyển động Brao theo thời gian. Tư liệu này được dùng để chiếu cho học sinh quan sát khi không có điều kiện thực hiện thí nghiệm. Có thể thiết kế gắn camera quan sát trực tiếp vào kính hiển vi và kết nối với máy tính trình chiếu trực tiếp cho lớp có số lượng học sinh đông. - Đơn giản hóa qui trình chế tạo động cơ Stirling để có thể hướng dẫn học sinh tự mình chế tạo động cơ Stirling ở nhà. Đồng thời nghiên cứu cách nâng cao hiệu suất của động cơ Stirling, nghiên cứu mẫu động cơ “nhạy” hơn, hoạt động ở nguồn nhiệt thấp hơn (< 50o C) để nâng cao độ an toàn khi sử dụng trong quá trình dạy học. - Tiếp tục cải tiến và hoàn thiện thí nghiệm chứng minh định luật Sác-lơ và Gay Luy-xắc, nâng cao độ chính xác của thí nghiệm. - Tiến hành thực nghiệm sư phạm trên phạm vi rộng hơn và thời gian dài hơn để đưa ra những kết luận chính xác hơn về tính hiệu quả của tiến trình dạy học với sự hỗ trợ của các thí nghiệm đã xây dựng. Cuối cùng tôi hy vọng rằng, đề tài sẽ góp phần vào việc đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông, nhất là trong chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học”. Những kết quả đạt được của đề tài có thể là một tài liệu tham khảo cho giáo viên khi giảng dạy hai chương này ở trường phổ thông.
  • 130. 119 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Phan Minh Tiến (2012), “Động cơ Stirling và việc vận dụng vào quá trình dạy học chương Cơ sở của nhiệt động lực học”, Tạp chí khoa học ĐHSP TP. Hồ Chí Minh, (39).
  • 131. 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Lương Duyên Bình, Nguyễn Xuân Chi, Tô Giang, Trần Chí Minh, Vũ Quang, Bùi Gia Thịnh (2010), Sách giáo khoa Vật lý 10 ban cơ bản, Nxb Giáo dục. 2. Lương Duyên Bình, Nguyễn Xuân Chi, Tô Giang, Trần Chí Minh, Vũ Quang, Bùi Gia Thịnh (2010), Sách giáo viên Vật lý 10 ban cơ bản, Nxb Giáo dục. 3. Bộ Giáo dục và đào tạo, Dự án Việt – Bỉ (2010), Dạy và học tích cực. Một số phương pháp và kĩ thuật dạy học, Nxb Đại học sư phạm, Hà Nội. 4. Nguyễn Hữu Châu (2005), Những vấn đề cơ bản về chương trình và quá trình dạy học, Nxb Giáo dục. 5. Nguyễn Hải Châu, Nguyễn Trọng Sửu (2007), Những vấn đề chung về đổi mới giáo dục trung học phổ thông môn Vật lý, Nxb Giáo dục. 6. Hoàng Chúng (1992), Phương pháp thống kê trong giáo dục, NXB Giáo dục, Hà Nội. 7. Phạm Đình Cương (2005), Thí nghiệm Vật lý ở trường trung học phổ thông, Nxb Giáo dục. 8. Đồng Thị Diện (2005), Xây dựng và sử dụng thí nghiệm đơn giản trong dạy học cơ học lớp 6 theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh, luận án tiến sĩ giáo dục học, ĐH Vinh. 9. Trần Bá Hoành (2006), Đổi mới phương pháp dạy học, chương trình và sách giáo khoa, Nxb Đại học Sư phạm. 10. Nguyễn Ngọc Hưng (2009), Thí nghiệm Vật lý với dụng cụ tự làm từ chai nhựa và vỏ lon, tập 1 và 2, Nxb Đại học Sư phạm. 11. V. Langué (2002), Những bài tập hay về thí nghiệm Vật lý, NXB Giáo dục. 12. Robert J. Marzano – Debra J. Pickering – Jane E. Pollock (2011), Các phương pháp dạy học hiệu quả, NXB Giáo dục. 13. Robert J. Marzano (2011), Nghệ thuật và khoa học dạy học, Nxb Giáo dục. 14. Phan Trọng Ngọ (2005), Dạy học và phương pháp dạy học trong nhà trường, Nxb Đại học sư phạm.
  • 132. 121 15. Trần Văn Nguyệt (1997), Tổ chức các tình huống học tập và hướng dẫn học sinh tích cực, tự lực giải quyết vấn đề trong quá trình dạy học chương “Áp suất chất lỏng và chất khí” ở lớp 7 trường trung học cơ sở, luận án phó tiến sĩ khoa học Sư phạm – Tâm lí, Đại học sư phạm, Hà Nội. 16. Phạm Thị Phú (2007), “Chế tạo bộ thí nghiệm dạy học các định luật chất khí – Vật lý 10 phân ban”, Tạp chí Vật lý & Tuổi trẻ, (45), tr.20-21. 17. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (1998), Tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông, Nxb Đại học quốc gia, Hà Nội. 18. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học Vật lý ở trường phổ thông, Nxb Đại học sư phạm, Hà Nội. 19. Nguyễn Anh Thuấn (2007), Xây dựng và sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học chương “sóng cơ học” ở lớp 12 THPT theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh, luận án tiến sĩ giáo dục học, ĐHSP Hà Nội. 20. Hoàng Trọng, Chu Nguyễn Mộng Ngọc (2008), Phân tích dữ liệu nghiên cứu với SPSS, tập 1, Nxb Hồng Đức. 21. Thái Duy Tuyên (2008), Phương pháp dạy học truyền thống và đổi mới, Nxb Giáo dục. 22. Phạm Viết Vượng (2001), Phương pháp luận nghiên cứu khoa học, Nxb Đại học quốc gia, Hà Nội. 23. Nguyễn Như Ý (1998), Đại từ điển tiếng Việt, Nxb Văn hóa thông tin, Hà Nội. 24. I.I. Reznikov, S.JA. Shamash, G. B. Kuperman (1981), Phương pháp giảng dạy Vật lý phân tử trong trường phổ thông, Nxb Giáo dục. Tiếng Anh 25. R. A. Freedman, H. D. Young (2010), University Physics with modern physics 13th ed, Addison-Wesley, New York, pp. 624-641. 26. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker (2010), Fundamentals of Physics 9th ed, John Wiley & Sons, Inc, pp. 476-498. 27. H. Snyman, T. M. Harms, J. M. Strauss (2008), “Design analysis methods for Stirling engines”, Journal of Energy in Southern Africa, Vol 19 (No 3).
  • 133. 122 28. S. Wongwises, B. Kongtragool (2003), “A review of solar-powered Stirling engines and low temperature differential Stirling engines”, Renewable and Sustainable Reviews, (7) pp. 131-154. Các website 29. http://outreach.phas.ubc.ca/phys420/p420_08/Hiroko%20Nakahara/how.html 30. http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/english/howwork.htm
  • 134. 123 PHỤ LỤC Phụ lục 1. Phiếu học tập……………………………………………………….....124 Phụ lục 2. Đề và đáp án bài kiểm tra 1 tiết chương “Chất khí” và “Cơ sở nhiệt động lực học”……………………………………………………………………….…..126
  • 135. 124 Họ và tên:……………………………… Lớp:.…… PHIẾU HỌC TẬP BÀI 30: QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH. ĐỊNH LUẬT SÁC-LƠ 1. Bổ sung kiến thức Các đơn vị đo áp suất thường dùng: − N/m2 hay Pa (hệ SI) − Atmốtphe vật lý (1atm ≈ 1,013.105 Pa) − Milimet Hg (1mmHg ≈ 133Pa) 2. Thí nghiệm a. Mục đích thí nghiệm: ……………………………………………………………………………………… b. Bố trí thí nghiệm: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… c. Thao tác thí nghiệm: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… d. Kết quả thí nghiệm. Áp suất (105 Pa) Nhiệt độ (K) p T α = α∆ α =……. α∆ =…… Sai số tỉ đối: α δ α ∆ = = …… Kết quả:…………………………………………………………………………….. Kết luận: Nếu loại bỏ được hoàn toàn sai số, ta có:………………………………..  Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt được áp dụng cho khối khí: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………
  • 136. 125 3. Giải thích hiện tượng: Quan sát hiện tượng mà giáo viên biểu diễn. Mô tả và giải thích hiện tượng. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 4. Trắc nghiệm: 1. Trong các đại lượng sau đây, đại lượng nào không phải là thông số trạng thái của một lượng khí? A. Thể tích. B. Khối lượng. C. Nhiệt độ tuyệt đối. D. Áp suất. 2. Hệ thức nào sau đây phù hợp với định luật Sác-lơ? A. 1 1 2 2p T p T= B. 1 2 1 2 p p T T = C. 1 2 2 1 p V p V = D. p ∼ V 3. Khi một lượng khí được làm lạnh đẳng tích thì số phân tử khí n trong một đơn vị thể tích: A. Tăng tỉ lệ nghịch với áp suất p. B. Không đổi. C. Giảm tỉ lệ với áp suất p. D. Biến đổi theo một qui luật khác với các trường hợp trên. 4. Nung nóng đẳng một khối khí xác định từ 270 C đến 3270 C thì áp suất: A. tăng 3 lần B. giảm 3 lần C. tăng 2 lần D. giảm 2 lần 5. Đồ thị nào sau đây biểu diễn đúng định luật Bôilơ – Mariôt: 0 V T A 0 V T B 0 V T C 0 V T D
  • 137. 126 Đề kiểm tra 1 tiết Môn Vật lý Họ và tên: …………………............. Mã đề 101 Lớp:………………………………… 1. Tập hợp 3 thông số nào sau đây xác định trạng thái của một lượng khí xác định? A. Áp suất, nhiệt độ, khối lượng B. Áp suất, thể tích, nhiệt độ C. Áp suất, thể tích, khối lượng D. Thể tích, khối lượng, nhiệt độ 2. Đối với khối khí lý tưởng xác định, khi thể tích của khối khí không đổi ta có mối liên hệ giữa áp suất p và nhiệt độ T của khối khí như sau: A. const B. pV = const C. const D. pT = const 3. Dưới áp suất 2.105 Pa, một lượng khí có thể tích là 9 lít. Tính thể tích của lượng khí này ở áp suất 6.105 Pa. (Coi như nhiệt độ được giữ nguyên không đổi) A. 6 lít B. 3 lít C. 27 lít D. 18 lít 4. Điều nào sau đây là đúng khi nói về tác dụng của nguồn nóng trong động cơ nhiệt A. Sinh công B. Cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân để tăng nhiệt độ C. Cung cấp nhiệt lượng trực tiếp cho nguồn lạnh D. Lấy nhiệt của bộ phận phát động 5. Trong các biểu thức sau đây, biểu thức nào diễn tả quá trình nung nóng khí trong một bình kín? (bỏ qua sự nở vì nhiệt của bình) A. U A∆ = C. U A Q∆ = + B. 0U∆ = D. U Q∆ = 6. Quá trình nào sau đây liên quan đến định luật Sác-lơ ? A. Quả bóng bàn bị bẹp nhúng vào nước nóng, phồng lên như cũ. B. Thổi không khí vào một quả bóng bay. C. Đun nóng khí trong một xi-lanh kín. D. Đun nóng khí trong một xi-lanh hở. 7. Một bình nhôm khối lượng 0,5kg ở nhiệt độ 200 C. Tính nhiệt lượng cần cung cấp để nó tăng lên 800 C. Biết nhiệt dung riêng của nhôm là 0,92.103 J/kg.K A. 27,6.103 J B. 2,76.103 J C. 9,2.103 J D. 36,8.103 J 8. Câu nào sau đây nói về khí lý tưởng là không đúng? A. Khí lý tưởng là khí mà khối lượng của các phân tử có thể bỏ qua. B. Khí lý tưởng là khí mà thể tích của các phân tử có thể bỏ qua. C. Khí lý tưởng là khí mà các phân tử chỉ tương tác với nhau khi va chạm. D. Khí lý tưởng gây áp suất lên thành bình. 9. Khi làm nóng một lượng khí có thể tích không đổi thì A. áp suất khí không đổi. B. số phân tử trong đơn vị thể tích không đổi. C. số phân tử trong đơn vị thể tích tăng tỉ lệ thuận với nhiệt độ. D. số phân tử trong đơn vị thể tích giảm tỉ lệ nghịch với nhiệt độ.
  • 138. 127 10. Người ta thực hiện công 150J để nén khí đựng trong xi-lanh. Nội năng của khí tăng thêm một lượng là 100J. Nhiệt lượng khí truyền cho môi trường xung quanh là A. Q = -50J B. Q = 100J C. Q = 50J D. Q = 250J 11. Một lượng khí ở áp suất 3.105 N/m2 có thể tích 8 lít. Sau khi nung nóng đẳng áp, khí nở ra và có thể tích 10 lít. Công mà khí thực hiện là A. 0,6.105 J B. 6.105 J C. 0,6.103 J D. 6.103 J 12. Một khối khí chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 như hình vẽ. Chọn câu đúng A. V1 > V2 B. p1 > p2 C. T1 > T2 D. p1 < p2 13. Một bình kín chứa khí oxi ở nhiệt độ T áp suất p. Hỏi khi cho nhiệt độ tăng lên 2 lần thì áp suất của khối khí A. giảm ½ lần B. tăng 2 lần C. tăng 3/2 lần D. giảm 4 lần 14. Một khối khí chuyển trạng thái từ 1 sang 2, khi đó các thông số sẽ thay đổi. Chọn câu trả lời đúng. A. U Q∆ = C. U A Q∆ = + B. A + Q = 0 D. Q U A=∆ + 15. Câu nào sau đây nói về nội năng là không đúng? A. Nội năng là một dạng năng lượng. B. Nội năng là nhiệt lượng. C. Nội năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác. D. Nội năng của một vật có thể tăng lên, giảm đi. 16. Biểu thức nào sau đây phù hợp với quá trình nén khí đẳng nhiệt? A. U A∆ = với A > 0 C. U Q∆ = với Q > 0 B. A + Q = 0 với A > 0 D. U Q∆ = với Q < 0 17. Chất khí ở 00 C có thể tích 10 lít, được làm biến đổi đẳng áp. Ở nhiệt độ 2730 C, thể tích của khí lúc này là A. 10 lít B. 20 lít C. 30 lít D. 40 lít 18. Một bình kín chứa khí oxi ở nhiệt độ T áp suất p. Hỏi khi cho nhiệt độ tăng lên 2 lần thì áp suất của khối khí A. giảm ½ lần B. tăng 2 lần C. tăng 3/2 lần D. giảm 4 lần 19. Câu nào sau đây nói về chuyển động của phân tử là không đúng? A. Chuyển động của phân tử là do lực tương tác phân tử gây ra. B. Các phân tử chuyển động không ngừng. C. Các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao. D. Các phân tử khí lý tưởng chuyển động theo đường thẳng. 20. Câu nào sau đây nói về lực tương tác phân tử là không đúng ? A. Lực đẩy phân tử có thể nhỏ hơn lực hút phân tử. B. Lực hút phân tử không thể lớn hơn lực đẩy phân tử. C. Lực hút phân tử có thể bằng lực đẩy phân tử. D. Lực phân tử chỉ đáng kể khi các phân tử ở rất gần nhau.
  • 139. 128 21. Hỗn hợp khí trong xi-lanh của động cơ trước khi nén có áp suất 0,8atm, nhiệt độ 520 C. Sau khi nén thể tích giảm 5 lần có áp suất 8atm. Nhiệt độ lúc này là A. 6500 C B. 3770 C C. 83,20 C D. 166,40 C 22. Chọn câu sai : Số A-vô-ga-rô có giá trị bằng A. số nguyên tử chứa trong 4 gam hêli. B. số nguyên tử chứ trong 16g ôxi. C. số nguyên tử chứa trong 22,4 lít khí trơ ở 00 C và áp suất 1atm. D. số nguyên tử chứa trong 18g nước lỏng. 23. Công thức nào sau đây là không đúng? A. 1 2 1 Q H Q = − C. 1 2 2 Q Q H Q − = B. 1 2 1 T T H T − ≤ D. 2 ax 1 1m T H T = − 24. Đường đẳng tích trong hệ trục tọa độ (pOV) có dạng: A. Đường hyperbol B. Đường parabol C. Đường thẳng đi qua gốc tọa độ D. Đường thẳng vuông góc với trục OV 25. Quá trình nào sau đây là đẳng quá trình? A. Không khí trong quả bóng bay bị phơi nắng, nóng lên, nở ra làm căng bóng. B. Đun nóng khí trong một bình đậy kín. C. Đun nóng khí trong một xi-lanh, khí nở ra đẩy pít-tông chuyển động. D. Cả ba quá trình trên đều là đẳng quá trình. 26. Một khối khí nitơ được ở áp suất 15atm, nhiệt độ 270 C được xem là lý tưởng. Nung nóng đẳng tích khối khí đến 1270 C. Áp suất của khối khí lúc sau là A. 70,5 atm B. 20 atm C. 25 atm D. 15 atm 27. Hỗn hợp khí trong xi-lanh của động cơ trước khi nén có áp suất 0,8atm, nhiệt độ 520 C. Sau khi nén thể tích giảm 2 lần có áp suất tăng 4 lần. Nhiệt độ lúc này là A. 6500 C B.1040 C C.3770 C D. 1300 C 28. Trong các biểu thức sau đây, biểu thức nào diễn tả quá trình nung nóng khí trong một bình kín? (bỏ qua sự nở vì nhiệt của bình) A. U A∆ = C. U A Q∆ = + B. 0U∆ = D. U Q∆ = 29. Ở điều kiện tiêu chuẩn: 1 mol khí ở 00 C có áp suất 1atm và thể tích là 22,4 lít. Hỏi một bình có dung tích 5 lít chứa 0,5 mol khí ở nhiệt độ 00 C có áp suất là bao nhiêu: A. 1,12 atm B. 2,04 atm C. 2,24 atm D. 2,56 atm
  • 140. 129 30. Đồ thị nào sau đây biểu diễn đúng định luật Bôilơ – Ma-ri-ốt đối với lượng khí xác định ở hai nhiệt độ khác nhau với T2 > T1? Phiếu trả lời 101 Tô tròn câu trả lời đúng bằng bút chì: 1 A B C D 16 A B C D 2 A B C D 17 A B C D 3 A B C D 18 A B C D 4 A B C D 19 A B C D 5 A B C D 20 A B C D 6 A B C D 21 A B C D 7 A B C D 22 A B C D 8 A B C D 23 A B C D 9 A B C D 24 A B C D 10 A B C D 25 A B C D 11 A B C D 26 A B C D 12 A B C D 27 A B C D 13 A B C D 28 A B C D 14 A B C D 29 A B C D 15 A B C D 30 A B C D
  • 141. 130 Đáp án đề 101 1 A B C D 16 A B C D 2 A B C D 17 A B C D 3 A B C D 18 A B C D 4 A B C D 19 A B C D 5 A B C D 20 A B C D 6 A B C D 21 A B C D 7 A B C D 22 A B C D 8 A B C D 23 A B C D 9 A B C D 24 A B C D 10 A B C D 25 A B C D 11 A B C D 26 A B C D 12 A B C D 27 A B C D 13 A B C D 28 A B C D 14 A B C D 29 A B C D 15 A B C D 30 A B C D