B
Ộ GIÁO DỤC V
À ĐÀO T
ẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

CAO TIẾN KHOA

XÂY DỰNG, HOÀN THIỆN VÀ SỬ DỤNG
CÁC THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC
CHƯƠNG “SÓNG CƠ” -VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH
TÍCH CỰC VÀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH
Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí
Mã số: 62.14.01.11

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
Vào hồi … giờ … ngày… tháng … năm 2014 Có thể tìm hiểu luận án tại:
Thư viện Quốc gia Việt Nam
Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
Thư viện Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên
Trung tâm học liệu - Đại học Thái Nguyên 1

MỞ ĐẦU
1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Mục đích, nhiệm vụ cơ bản của giáo dục trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở
nước ta là nhằm đào tạo những con người phát triển toàn diện, năng động và sáng tạo. Muốn
thực hiện được mục đích, nhiệm vụ cơ bản đó, cần phải giải quyết một cách đồng bộ hàng
loạt vấn đề, trong đó phương pháp giáo dục và đào tạo là một vấn đề có vị trí đặc biệt quan
trọng.
Thực tế dạy học Vật lí chỉ ra rằng có thể nâng cao chất lượng học tập và phát triển năng
lực giải quyết vấn đề của học sinh bằng những phương pháp, biện pháp khác nhau. Lý luận
dạy học hiện đại cho rằng, dạy học chỉ đạt được hiệu quả cao khi học sinh là chủ thể tích cực
của quá trình nhận thức.
Lí luận dạy học hiện đại chỉ ra rằng: Để đáp ứng được mục tiêu đề ra về phát triển năng
lực hoạt động (đặc biệt là năng lực sáng tạo) thông qua dạy học, thường trong dạy học, học
sinh (HS) phải là chủ thể tích cực của quá trình nhận thức, chủ động chiếm lĩnh kiến thức

vật lí 12 phỏng theo con đường nghiên cứu vật lí (NCVL).
4. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC
Nếu tổ chức quá trình dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường nghiên cứu vật lí
đối với một số kiến thức chương “Sóng cơ” - Vật lí 12 và xây dựng, hoàn thiện, sử dụng
các TN đáp ứng yêu cầu của việc tổ chức này thì có thể phát huy tính tích cực, sáng tạo và
nâng cao kết quả học tập của HS.
5. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu lý luận về việc tổ chức hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của HS
trong dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL và vị trí của TN vật lí trong tiến
trình dạy học PH&GQVĐ.
- Nghiên cứu mục tiêu dạy học, nội dung một số kiến thức chương “Sóng cơ” - Vật lí
12 từ đó xác định các TN cần xây dựng và sử dụng trong dạy học PH&GQVĐ phỏng theo
con đường NCVL.
- Nghiên cứu thực trạng: Phương pháp dạy học, thực trạng TN và việc sử dụng chúng
nhằm xác định các khó khăn mà giáo viên (GV) và HS gặp phải trong quá trình dạy học
PH&GQVĐ.
- Xây dựng và hoàn thiện các TN cần được sử dụng trong dạy học một số kiến thức
chương “Sóng cơ” đáp ứng yêu cầu việc tổ chức quá trình dạy học PH&GQVD phỏng
theo con đường NCVL.
Soạn thảo 4 tiến trình dạy học PH&GQVĐ có sử dụng TN đã xây dựng và hoàn thiện,
phỏng theo con đường NCVL đối với một số kiến thức về sóng cơ theo hướng phát huy
tính tích cực, sáng tạo và nâng cao kết quả học tập của HS.
- Thực nghiệm sư phạm đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học đã soạn thảo nói
chung và của các TN đã xây dựng nói riêng, từ đó, sửa đổi, bổ sung và hoàn thiện tiến
trình dạy học cũng như các TN. Kết quả TNSP cũng được dùng làm cơ sở để bước đầu
đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học nói chung và của các TN nói riêng đối với việc
phát triển tính tích cực và năng lực sáng tạo của HS cũng như sơ bộ đánh giá kết quả học
tập của HS.
6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

8. CẤU TRÚC LUẬN ÁN
Luận án gồm 4 chương, 136 trang nội dung, trong đó có 10 hình vẽ và ảnh, 14 bảng
biểu và 4 đồ thị.
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. CÁC NGHIÊN CỨU Ở NƯỚC NGOÀI
1.1.1. Các nghiên cứu về vấn đề phát triển tính tích cực, sáng tạo của HS
Đã có nhiều công trình nghiên cứu để phát triển tính tích cực, tự lực và sáng tạo của HS
trong QTDH như các nghiên cứu của J.Comenxki (1592 – 1670), J.J. Rousseau (1712 –
1778) và đặc biệt trong thế kỉ 20, nghiên cứu bởi J.P. Martin với phương pháp giảng dạy
"Lernen durch Lehren LDL" (learning by teaching - học tập bằng cách giảng dạy), một
phương pháp để HS học tập bằng cách giảng dạy các bạn của mình. Dewey (1859 – 1952)
là người đề xướng “phương pháp dạy học lấy HS làm trung tâm”.
Về cơ sở tâm lý học của QTDH, có các nghiên cứu thực nghiệm của ba tác giả lớn là
W.M. Wundt (Anh) (xây dựng một khoa tâm lý học mang tính thực chứng, mang tính giải
phóng con người); E.L. Thorndike (Mỹ) và đặc biệt là các nghiên cứu của J. Piaget. Phát
triển năng lực sáng tạo của HS trong dạy học đã được nghiên cứu và thực nghiệm bởi các
nhà sư phạm trên cơ sở tâm lí học dạy học, theo các cơ chế tâm lí được sắp xếp theo định
hướng phát triển từ thuyết phản xạ có điều kiện của Pavlov, thuyết hành vi (Behavorism),
với người đặt nền móng xây dựng là Watson (Mỹ), với sự phát triển của E.L. Thorndike
(1864 – 1949), B.F. Skinner (1904 – 1990) và nhiều tác giả khác… Thuyết nhận thức

4

(thuyết tri nhận – Congnitivism) ra đời trong nửa đầu thế kỉ 20 và phát triển mạnh trong
nửa sau của thế kỉ 20 với các đại diện lớn của thuyết này là nhà tâm lí học người Áo J.
Piaget cũng như các nhà tâm lý học xô viết như L.S. Vưgôtxki, A.N. Leontev… Thuyết
kiến tạo (Construcktivism) - học tập là tự tạo tri thức, được phát triển từ khoảng những
năm 60 của thế kỉ 20 với đại diện tiên phong cũng chính là J. Piaget và L.S. Vưgôtxki.
Muốn phát huy tính tích cực, năng lực sáng tạo của HS trong dạy học, nhiều nghiên cứu

học PH&GQVD phỏng theo con đường NCVL, nội dung cụ thể chúng tôi sẽ trình bày ở
mục 2.2.2.2.

5

1.2.2. Các nghiên cứu về TBTN vật lí trong dạy học sóng cơ
Trong lĩnh vực nghiên cứu về PTDH, đã có nhiều công trình của các tác giả trong nước:
Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Đào Công Nghinh, Nguyễn Anh Thuấn,
Nguyễn Doãn Quới [55] [45] [32] [59] … Các tác giả Nguyễn Đức Thâm, Đào Công
Nghinh đã chế tạo được thiết bị cần rung điện từ để tiến hành thí nghiệm về hiện tượng
giao thoa sóng trên mặt nước và thí nghiệm về sóng dừng trên dây đàn hồi. Các tác giả
Nguyễn Đức Thâm, Ngô Quang Sơn đã chế tạo một số thiết bị thí nghiệm đơn giản: cần
rung đơn giản, mô hình sóng ngang. Tác giả Nguyễn Anh Thuấn đã đi sâu nghiên cứu quy
trình và vận dụng qui trình xây dựng thiết bị thí nghiệm, xây dựng được 5 thiết bị thí
nghiệm (kênh sóng nước, mô hình sóng, thiết bị thí nghiệm về hiện tượng sóng trên các
vật đàn hồi, khay sóng nước, nguồn âm dùng mạch IC) cho phép tiến hành được các thí
nghiệm cần thiết trong tiến trình dạy học 4 bài học chương sóng cơ học. Tuy nhiên theo
yêu cầu dạy học phát triển năng lực khoa học, sáng tạo cho HS thì cần phải tiếp tục nghiên
cứu xây dựng, hoàn thiện và sử dụng các TN thuộc phần Sóng cơ theo tư tưởng dạy học
phỏng theo con đường NCVL.
Khi dạy học phần giao thoa sóng, TBTN được trang bị tại các trường phổ thông hiện
nay cũng như tất cả TBTN của các hãng sản xuất thiết bị dạy học lớn trên thế giới như
Phywe, Leybold (Đức), Pasco (Mỹ) [89] [90] và các cơ sở sản xuất thiết bị trong nước
đều dựa trên nguyên tắc là cho sẵn hai nguồn sóng được tách ra từ một nguồn (để được
hai nguồn cùng pha, cùng tần số) tạo ra hai sóng kết hợp trên mặt nước, sau đó cho HS
quan sát trên hình ảnh chiếu qua hoặc phản xạ thu được trên màn. Nhược điểm lớn nhất
của nguyên tắc này là ngay từ đầu đưa ra một cách áp đặt 2 nguồn có cùng tần số (thậm
chí còn cùng cả biên độ v v ), do đó vô hình đã áp đặt ngay điều kiện giao thoa 2 sóng
là cùng tần số (2 sóng kết hợp). Các cải tiến bộ thiết bị này mới chỉ dừng lại ở cách chế
tạo nguồn kết hợp (chú trọng về mặt kĩ thuật) mà không chú ý tới việc cần tránh áp đặt


Chương 2
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
2.1. PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, NĂNG LỰC SÁNG TẠO
2.1.1. Phát huy tính tích cực của HS
2.1.1.1. Tính tích cựcTính tích cực nhận thức
2.1.1.2. Những biểu hiện của tính tích cựccủa HS trong học tập
Các biểu hiện của tính tích cực xét trên các khía cạnh tiếp nhận vấn đề nghiên cứu, thực
hiện nhiệm vụ, giải quyết vấn đề và tổng kết, trình bày kết quả, vận dụng kiến thức được
nêu, được chúng tôi sử dụng để đánh giá hiệu quả của các tiến trình dạy học một số kiến
thức chương “sóng cơ” đối với việc phát triển tính tích cực của HS trong học tập.
2.1.1.3. Những tiêu chí đánh giá tính tích cực nhận thức của HS trong giờ học
1- Kết quả học tập (Sau một giờ học, một quá trình học)
2- Mức độ hoạt động của HS trong giờ học:
3- Sự tập trung chú ý của HS trong tiến trình bài học
4- Hứng thú nhận thức của HS
5- Lượng thời gian duy trì trạng thái tích cực của HS trong lớp:
2.1.1.4. Các biện pháp phát huy tính tích cực nhận thức
Theo mục tiêu nghiên cứu, chúng tôi tập trung cho các biện pháp đã trình bày chi tiết
trong luận án.
2.1.2. Phát triển năng lực sáng tạo của HS

7

2.1.2.1. Khái niệm năng lực sáng tạo
Năng lực sáng tạo có thể hiểu là khả năng tạo ra những giá trị mới về vật chất và tinh
thần, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công những hiểu biết đã
có vào hoàn cảnh mới.
2.1.2.2. Các biểu hiện của năng lực sáng tạo
2.1.2.3. Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo


8

2.2.2.1.2. Lý thuyết phát triển nhận thức của Lev Semyonovich Vygotsky (L.S.
Vygotsky – Nhà tâm lí học người Nga):
2.2.2.2. Tổ chức dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL Căn cứ vào hai lý
thuyết tâm lý học bổ sung hỗ trợ lẫn nhau của Piaget và Vygotsky, việc tổ chức quá trình
nhận thức vật lí một cách khoa học cần phải tổ chức theo kiểu dạy học phát hiện và giải
quyết vấn đề với các chú ý quan trọng như sau:
1) Tổ chức tình huống học tập trong đó làm xuất hiện mâu thuẫn về mặt nhận thức
2) Điều khiển, dẫn dắt học sinh tự lực giải quyết mâu thuẫn nhận thức một cách
sáng tạo
3) Dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL
Với dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, việc phát hiện vấn đề là rất quan trọng được
thực hiện tốt nhất là bởi HS.
Thiết kế và thực hiện tiến trình dạy học PH&GQVĐ phỏng theo con đường NCVL:
1) Tổ chức hoạt động học tập của HS theo con đường, phương pháp nhận thức vật lí,
PH&GQVĐ (phát huy tính hứng thú, tự lực và sáng tạo của HS)
2) Logic tiến trình khoa học xây dựng kiến thức mang tính khoa học
-Tránh áp đặt, công nhận
- Xây dựng và sử dụng các TN có tính khoa học, định lượng, chính xác
- Sau khi xây dựng được các phương trình vật lí toán mô tả quá trình, hiện tượng vật lí
một cách tổng quát thì sử dụng mô phỏng để trực quan hóa quá trình hiện tượng vật lí
trong những điều kiện cụ thể để chỉ rõ dấu hiệu bản chất của hiện tượng (có thể bị giới hạn
của việc quan sát thực tế) và làm cơ sở cho việc kiểm chứng tính đúng đắn của qui luật
được mô tả bởi phương trình này bằng thực nghiệm
3) Sử dụng phối hợp các TN trong các pha của quá trình nhận thức
- Phối hợp trong quá trình xây dựng/ hình thành một đơn vị kiến thức (trong các
giai đoạn/ pha dạy học khác nhau) phối hợp để khai thác và sử dụng các ưu điểm của
từng loại TN

không sắp đặt hay tự nghĩ, tạo ra hiện tượng không tồn tại trong thực tế trước khi tìm ra
kiến thức) làm dữ liệu thực tế kết hợp với các phần mềm phân tích (Phần mềm phân tích
âm thanh, phân tích video, phần mềm dao động kí…) nhằm hỗ trợ khảo sát bản chất các
hiện tượng vật lí. Sử dụng trong bước giải quyết vấn đề trong dạy học.
Các phương án sử dụng trên nhằm mục đích hỗ trợ dạy học đạt hiệu quả khi tổ chức quá
trình nhận thức một cách khoa học như quá trình nghiên cứu vật lí cho học sinh.
2.3.2. Vai trò của thí nghiệm trong việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một
cách tích cực sáng tạo
TN có vai trò quan trọng trong chiếm lĩnh kiến thức của học sinh:
TN có vai trò quan trọng trong việc phát triển các năng lực hoạt động nhận thức tích
cực, tự lực và sáng tạo:
TN có vai trò quan trọng trong việc tạo hứng thú, lòng say mê học tập
2.3.3. Đề xuất hệ thống các biện pháp sử dụng phối hợp các loại thí nghiệm truyền
thống và kĩ thuật số trong việc tổ chức quá trình nhận thức vật lí một cách tích cực,
sáng tạo
Từ các quan điểm sử dụng phương tiện kĩ thuật số, đối chiếu với quá trình tổ chức nhận
thức tích cực, tự lực và sáng tạo của HS và nội dung các bước của dạy học phát hiện và
giải quyết vấn đề dẫn đến việc cần thực hiện các biện pháp sau:
Biện pháp 1: Tăng cường các hoạt động của HS trong việc sử dụng những quá trình,
hiện tượng trong tự nhiên và trong đời sống hay những TN về những quá trình, hiện tượng

10

tồn tại trong tự nhiên, cuộc sống được hỗ trợ bằng máy vi tính khi xây dựng tình huống có
vấn đề để HS đề xuất được vấn đề cần nghiên cứu
Biện pháp 2: Tăng độ chính xác, tính định lượng , số lượng dữ liệu về quá trình, hiện
tượng VL trong các TN của HS theo dạy học PH&GQVĐ Biện pháp 3: Kết hợp thí
nghiệm biểu diễn của giáo viên và thí nghiệm trực diện của học sinh
Biện pháp 3: Kết hợp TN trực diện của HS và TN biểu diễn của GV
Biện pháp 4: Tăng cường hoạt động của HS trong việc sử dụng các TN mô phỏng về


11

+ Tiến hành được các TN theo kế hoạch đã đề ra.
+ Mô tả được đặc điểm lan truyền sóng, đặc điểm của quá trình truyền năng lượng trong
hiện tượng sóng.
- Mức độ vận dụng linh hoạt trong các tình huống không quen thuộc:
+ Sử dụng phương pháp đại số để tổng hợp được hai dao động cùng phương, cùng tần
số, cùng biên độ.
+ Lập kế hoạch và thực hiện các TN khi có TBTN.
+ Tìm được công thức tổng quát liên hệ vị trí của một phần tử sóng và độ lệch pha giữa
hai sóng tới điểm xét trong hiện tượng giao thoa và sóng dừng.
+ Rút ra được các yếu tố cần kiểm nghiệm từ các kết quả suy luận lí thuyết.
- Mức độ sáng tạo
+ Xây dựng phương án TN kiểm nghiệm được các kết quả từ suy luận lí thuyết.
+ Đề xuất được cách thức bố trí, tiến hành TN hiệu quả.
+ Đề ra kế hoạch giải bài toán lí thuyết và cách thức kiểm nghiệm kết quả.
+ Bổ sung, điều chỉnh các kế hoạch thực hiện nhiệm vụ đã đề ra.
+ Đề xuất việc cải tiến một số chi tiết của TBTN và cách thức thực hiện TN.
- Ngoài mục tiêu kiến thức, kĩ năng thì việc dạy học về sóng cơ cũng cần đạt được mục
tiêu cho lĩnh vực tình cảm, thái độ:
+ Quan tâm, hứng thú đối với các vấn đề về sóng cơ: tò mò, hỏi và trao đổi các vấn đề
liên quan đến sóng cơ trong đời sống và kĩ thuật
+ Tự đề ra được kế hoạch và thực hiện nghiên cứu để tìm ra đặc điểm, quy luật của các
hiện tượng liên quan tới sóng cơ, sóng âm và tác động với con người.
Những mục tiêu trên được chúng tôi lấy làm căn cứ để đánh giá thực tế dạy học chương
“Sóng cơ” mà chúng tôi tiến hành điều tra. Chúng cũng sẽ là căn cứ để xây dựng và sử
dụng TBTN trong tiến trình dạy học sẽ TNSP.
2.4.2. Khảo sát thực tiễn dạy học vật lí chương “sóng cơ” ở các trường THPT
2.4.2.1. Mục đích khảo sát:

+ Trang thiết bị hiện có:
Các phương tiện kĩ thuật số như máy vi tính, máy phát âm tần… hầu hết tại các trường
đều đã có, đây chính là cơ sở cho việc sử dụng phối hợp các phương tiện dạy học truyền
thống và hiện đại được thực hiện.
* Kết luận:
Với kết quả điều tra, để phát huy tính tích cực tự lực sáng tạo của học sinh trong quá
trình dạy học, cần có một số biện pháp cơ bản:
- Thay đổi lôgic hình thành các kiến thức trong chương, cần có tiến trình dạy học phù
hợp với yêu cầu.
- Chế tạo, hoàn thiện thiết bị thí nghiệm để có thể tiến hành các thí nghiệm theo quá
trình dạy học yêu cầu.
- Sử dụng các thí nghiệm với các thiết bị thí nghiệm đã chế tạo trong tiến trình dạy học
giải quyết vấn đề sao cho kích thích được hứng thú, phát triển được tính tích cực, tự lực,
sáng tạo của học sinh.

13

Chương 3
XÂY DỰNG, HOÀN THIỆN CÁC TN, THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ
KIẾN THỨC VỀ “SÓNG CƠ” VẬT LÍ 12 NHẰM PHÁT HUY
TÍNH TÍCH CỰC SÁNG TẠO CỦA HS

Trong chương này chúng tôi trình bày các vấn đề: xây dựng hoàn thiện các TBTN và
thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức về Sóng cơ - Vật lí 12 với việc sử dụng các
TBTN đã xây dựng, nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo và góp phần nâng cao kết quả
học tập của HS.
3.1. QUY TRÌNH XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN TBTN TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ
3.1.1. Các yêu cầu chung đối với TBTN phần sóng cơ
3.1.1.1. Yêu cầu về mặt khoa học kĩ thuật
3.1.1.2. Yêu cầu về mặt sư phạm


- Xác định các yêu cầu về khoa học, kĩ thuật, sư phạm, kinh tế và mĩ thuật của thiết bị
thí nghiệm đáp ứng hỗ trợ tổ chức hoạt động nhận thức học sinh theo lôgic tiến trình khoa
học xây dựng kiến thức và chức năng cần có của thí nghiệm đó
- Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm và thử nghiệm, kiểm tra trong thực nghiệm sư phạm.
3.2. XÂY DỰNG VÀ HOÀN THIỆN CÁC TBTN TRUYỀN THỐNG VÀ KĨ THUẬT SỐ
NHẰM HỖ TRỢ DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC TRONG CHƯƠNG “ SÓNG CƠ ” VẬT LÍ 12
3.2.1. Xây dựng và hoàn thiện TBTN giao thoa sóng nước
Để khắc phục các hạn chế của bộ TN hiện có ở các trường THPT, đồng thời đáp
ứng được yêu cầu hỗ trợ HS nghiên cứu hiện tượng giao thoa như nhà vật lí, chúng tôi
đã xây dựng TBTN giao thoa sóng nước gồm các TBTN thành phần như sau:
- TBTN nguồn dao động
- TBTN máy phát tần số kép
- TBTN đèn hoạt nghiệm
Chúng tôi đã mô tả từng TBTN thành phần theo cùng một cấu trúc: Sự cần thiết
phải chế tạo TBTN, Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của TBTN, Kết quả thử nghiệm
đánh giá TBTN, Đề xuất sử dụng TBTN.
3.2.1.1. TBTN nguồn dao động
a) Sự cần thiết phải chế tạo TBTN nguồn dao động
Trên thế giới, TBTN giao thoa sóng nước của các hãng Pasco, Phywe; của một số
nước trong khu vực như Inđônêxia có kết cấu khá phức tạp, cồng kềnh. Trên nguyên
tắc tạo sự dao động bằng trục cam tác động lên hai cần rung hoặc sử dụng không khí
bị nén giãn, hoặc sử dụng nước nhỏ giọt… Điểm chung nhau của các bộ TN này là
giá thành cao, không phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam và ít được sử dụng tại
Việt Nam.
Thực tế phổ thông, hầu hết được trang bị bộ TN giao thoa sóng nước với nguồn cần
rung sử dụng sự quay lệch tâm của một động cơ điện một chiều, khi quay với tốc độ n
(vòng/giây) tương ứng tạo ra dao động cưỡng bức với tần số f = n tác động lên cần
rung và tạo ra sóng lan truyền trên mặt nước trong khay nước của bộ TN.
Tất cả các TBTN giao thoa sóng nước hiện có trên thế giới và ở Việt Nam đều tạo

GV, HS chủ động, linh hoạt khảo sát hiện tượng, đáp ứng được các yêu cầu khác nhau
của QTDH. Qua nghiên cứu và thử nghiệm nhiều lần, đưa ra thực tế dạy học ở phổ
thông, chúng tôi đã hoàn thiện nguồn dao động đáp ứng được các yêu cầu dạy học của
TBTN.
Các yêu cầu đối với nguồn dao động
- Dao động ổn định chỉ theo phương thẳng đứng (Nhằm khắc phục nhược điểm của
nguồn sóng hiện có tại các trường THPT)
- Tần số được xác định với độ chính xác tới 1Hz.
- Cần có hai nguồn có thể điều chỉnh tần số, biên độ một cách độc lập hoặc điều
chỉnh đồng thời (Hai nguồn sóng kết hợp)
- Tạo ra các sóng nước ổn định nhờ tiếp xúc của đầu cần rung và mặt nước. Đầu cần
rung cần có hình dạng và khối lượng thích hợp.
- Có thể dễ dàng chế tạo hàng loạt với giá thành thấp, hoạt động bền bỉ, dễ
sửa chữa.
b) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của TBTN nguồn dao động
TBTN nguồn dao động tạo ra hai nguồn dao động (nguồn sóng) trên mặt nước . Hai
nguồn sóng này có thể thay đổi tần số của mỗi nguồn một cách độc lập.
TBTN nguồn dao động có cấu tạo:
- Mỗi nguồn sóng sử dụng cuộn dây có
lõi thép kĩ thuật. Cần rung làm bằng vật liệu
sắt từ ở phần gần đầu cuộn dây. Phần nối
dài có chiều dài 15mm. Cuối cần rung có
gắn khối bán cầu nhỏ. Khối bán cầu được
tiếp xúc với mặt nước, khi cần rung dao
động, khối bán cầu sẽ tạo trên mặt nước một
sóng tròn.
- Hai nguồn sóng giống hệt nhau, mỗi
nguồn được gắn tương ứng trên một thanh
kim loại .
Cách điều chỉnh:

- Nhược điểm:
Chưa định lượng được biên độ dao động (vì biên độ nhỏ).
d) Đề xuất sử dụng
- Sử dụng cùng máy phát tần số có sẵn ở các trường hoặc sử dụng với máy phát tần
số kép (được nghiên cứu và trình bày trong LA) để mở rộng phạm vi sử dụng. Thay
thế cho các nguồn sóng nước hoạt động thiếu ổn định hiện có.
- Cần sử dụng với khay nước với chiều dày lớp nước tối thiểu từ 3 cm, thành khay
nước cần đặt nghiêng (nhằm giảm tối đa nhiễu sóng phản xạ từ thành và đáy khay
nước lên mặt nước).
- Sử dụng trong tiến trình dạy học được đề xuất ở phần tiếp theo.
3.2.1.2. TBTN máy phát tần số kép
a) Sự cần thiết phải chế tạo TBTN máy phát tần số kép
Chúng tôi đã nghiên cứu và chế tạo bộ nguồn phát tần số kép (phần cứng) và phần
mềm điều khiển ghép nối thiết bị với máy vi tính để hiển thị rõ ràng và điều khiển dễ
dàng các tần số nguồn dao động, độ
lệch pha giữa hai nguồn, đáp ứng
được các yêu cầu của TBTN hỗ trợ
QTDH.
Các yêu cầu với máy phát tần số kép
- Tạo ra hai tín hiệu điện áp xoay
chiều (hai kênh riêng biệt) hình sin có
thể điều chỉnh và định lượng được tần
số, biên độ từng kênh một cách độc
lập hoặc đồng thời.
- Tín hiệu được hiển thị tần số trên
thiết bị. Có đèn báo chớp sáng mô tả
trực quan tín hiệu điện áp cung cấp.
- Tạo ra hai tín hiệu điện áp xoay
chiều cùng tần số, có độ lệch pha có thể điều chỉnh được nhanh chóng (Cùng pha,
vuông pha, ngược pha) và điều chỉnh giá trị theo từng độ.

máy tính thông qua cổng chuyển đổi COM/USB, tương thích với tất cả các hệ điều
hành Windows (Windows XP, Windows 7, Windows 8: 32 hoặc 64bit). Giao diện
hiển thị của phần mềm ghép nối, điều khiển được thiết kế hướng đến phục vụ tốt nhất
cho việc quan sát thu thập số liệu của HS và việc thiết kế tiến trình dạy học đa dạng
(Cho nhiều nội dung, nhiều tình huống thực dạy) dành cho GV.
Phần mềm điều khiển thiết bị được lập trình riêng biệt, được thử nghiệm và cải
tiến liên tục đáp ứng yêu cầu dạy học (Hiện nay là phiên bản 1.0.05). Phần mềm được
hướng dẫn đầy đủ bằng tiếng Việt, thuận lợi cho các GV khi cài đặt.
Hình 3.3 gồm hai phần: Máy phát tần số kép (bên trái) được ghép nối truyền thông
với máy tính, hiển thị trên màn hình là giao diện phần mềm điều khiển máy phát tần
số kép.
c) Kết quả thử nghiệm và
đánh giá
Máy phát tần số kép đã được
chế tạo có các tính năng đúng
như thiết kế: Tạo ra dao động
điện tuần hoàn với tần số phát
tùy ý nhảy bậc từ 1 tới 200Hz,
biên độ điện áp tối đa 24V,
cường độ dòng điện hiệu dụng
tối đa đạt tới 1A. Máy phát được
thiết kế bộ phận bảo vệ tự động
ngắt khi quá tải và khôi phục lại dễ dàng.
Đầu ra có hai kênh có thể điều chỉnh hoàn toàn độc lập, hoặc có thể hoạt động ở
chế độ nguồn kết hợp, ở chế độ này người sử dụng có thể điều chỉnh tần số của hai
kênh, điều chỉnh độ lệch pha dao động giữa hai kênh tùy ý từ 0
0
tới 360
0
hoặc điều

chung và dao động tuần hoàn có tần số lớn nói riêng là sử dụng hiệu ứng hoạt nghiệm
Các yêu cầu đối với đèn hoạt nghiệm
- Có cường độ sáng đủ lớn để hiệu ứng hoạt nghiệm quan sát được
- Điều chỉnh được thời gian sáng tắt.
- Hoạt động ổn định, giá thành thấp.
b) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của TBTN đèn hoạt nghiệm
Chúng tôi lựa chọn phương án sử dụng nguồn sáng là đèn LED siêu sáng sẵn có
trên thị trường, đèn hoạt động nhờ một nguồn hoạt nghiệm được sử dụng vi điều
khiển (Tín hiệu cung cấp đã được số hóa), có thể điều chỉnh được tần số, thời gian
đèn sáng (Ts) và thời gian giữa hai chớp
sáng liên tiếp (thời gian tắt sáng Tt ).
Sử dụng đèn hoạt nghiệm trong dạy
học Sóng cơ
Để sử dụng đèn hoạt nghiệm trong dạy
học, bước đầu tiên cần cho HS nắm được
phương pháp hoạt nghiệm là gì, ưu và
nhược điểm của phương pháp hoạt
nghiệm trong nghiên cứu các quá trình vật
lí. Phần hướng dẫn này GV có thể thông
qua một số bài tập tính toán chu kì biểu
kiến của dao động điều hòa được quan sát
bởi các chớp sáng hoạt nghiệm khi đã biết
chu kì chớp sáng, chu kì dao động của
vật, qua đó HS làm quen với việc xác định kết quả chuyển động thực của vật qua các
kết quả thu được bởi việc quan sát biểu kiến, đo chu kì biểu kiến.
3.2.1.4. Các TN có thể tiến hành với TBTN giao thoa sóng nước
TBTN giao thoa sóng nước gồm 3 TBTN thành phần (TBTN nguồn dao động,
TBTN máy phát tần số kép, TBTN đèn hoạt nghiệm) được sử dụng phối hợp để tiến
hành được 8 TN:
- Thí nghiệm 1: Khảo sát độ lệch pha giữa các dao động, ý nghĩa của độ lệch pha

-Thu thập được các dữ liệu thực nghiệm: Tốc độ dịch chuyển của nguồn âm (hoặc máy
thu) với độ chính xác cao; Tần số nguồn âm và tần số âm thu được bởi máy thu.
- Thay đổi được các thông số:
Tần số nguồn âm; Tốc độ dịch
chuyển của xe gắn nguồn âm hoặc
máy thu.
- Số liệu thu thập được phải được
HS (dưới sự hướng dẫn của GV) xử
lý, được hiển thị và cho kết luận rõ
ràng về hiện tượng.
- Bộ thí nghiệm đáp ứng được
với các yêu cầu của bộ thí nghiệm
biểu diễn, quan sát dễ dàng, thu thập số liệu nhanh chóng, đảm bảo thành công ngay.
- Thiết kế gọn, có thể mở rộng các tác dụng đo cho nhiều đối tượng học sinh thực hiện
trong thí nghiệm thực tập.
Chúng tôi đã chế tạo được bộ TBTN ghép nối máy tính đáp ứng các yêu cầu đặt ra.
Có thể sử dụng bộ thiết bị trong các TN sau:
TN1: kiểm chứng thực nghiệm công thức hiệu ứng Đôp-ple (được rút ra bằng suy luận
lí thuyết) khi biết tốc độ truyền âm v theo công thức (1) trong SGK vật lí 12, trong đó dấu
(+) và (-) ứng với hai chiều chuyển động đi về của xe.
TN2: Khảo sát hiệu ứng Đốp-ple tổng quát, phát triển thành TN nghiên cứu cho học
sinh chuyên lí THPT, sử dụng trong ôn luyện phần thực nghiệm.
Hình 3.6 Bộ TN khảo sát hiện tượng Đốpple

20

3.3. THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “SÓNG CƠ”
TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG CÁC PTDH TRUYỀN THỐNG VÀ HIỆN ĐẠI ĐÃ ĐƯỢC XÂY
DỰNG VÀ HOÀN THIỆN
Vận dụng lí luận dạy học giải quyết vấn đề bằng con đường suy luận lí thuyết, trên cơ sở các

= u
1
+ u
2
từ đó suy ra đặc điểm của biên độ dao động tại M.
Kết quả:
- Tại từng điểm trên mặt nước, phần tử nước dao động tuần hoàn cùng tần số với nguồn, có biên độ phụ
thuộc vào vị trí điểm xét so với vị trí của hai nguồn. (1)
- Quỹ tích các điểm có cùng biên độ được xác định qua biểu thức:
2 1
d d K

 

- Có quỹ tích các điểm sóng có biên độ cực đại ứng với
0, 1, 2,
K k
   
(2)
- Có quỹ tích các điểm không dao động ứng với
( 0, 5)
K k
 
(3)
Trực quan hóa: Dùng phần mềm mô phỏng cho HS quan sát hình ảnh (ứng với một vài điều kiện cụ thể)

Kiểm nghiệm kết quả đã tìm được từ suy luận lí thuyết nhờ TN
Nội dung kiểm nghiệm:
- Điều kiện có giao thoa: Khi hai nguồn cùng tần số, độ lệch pha giữa hai nguồn không đổi, môi trường
trường truyền sóng ổn định thì mặt nước có giao thoa. Khi khác tần số hoặc độ lệch pha 2 nguồn thay đổi

được tiến hành với các thiết bị thí nghiệm đó theo quan điểm dạy học vật lí như
nghiên cứu vật lí.
- Đánh giá tính khả thi của 4 tiến trình dạy học đã soạn thảo.
- Sơ bộ đánh giá hiệu quả của các TBTN đã xây dựng và các tiến trình dạy học đã
soạn thảo với việc phát huy tính tích cực, tự lực, phát triển năng lực sáng tạo (theo
quan điểm dạy học vật lí như nghiên cứu vật lí) và góp phần nâng cao chất lượng kiến
thức của học sinh.
4.1.2. Đối tượng và phương pháp thực nghiệm sư phạm
Đối tượng TNSP là các HS lớp 12 trường THPT trong tiến trình dạy học một số kiến
thức phần sóng cơ.
Các phương pháp TNSP gồm:
- Điều tra trước và sau TNSP trên diện rộng HS.
- Theo dõi, quan sát trực tiếp GV và HS trong các giờ dạy TNSP.
- Phân tích qua băng ghi hình các giờ dạy TNSP.
- Trình bày các kết quả nghiên cứu và tham vấn ý kiến của các giáo viên THPT có kinh
nghiệm lâu năm trong dạy học, qua đó điều chỉnh TBTN cũng như tiến trình dạy học cho
phù hợp với yêu cầu thực tế THPT.
- Phân tích định lượng bằng phương pháp thống kê điểm số sau bài kiểm tra cuối
chương.
4.1.3. Thời gian, địa điểm và công tác chuẩn bị thực nghiệm sư phạm
Việc TNSP được thực hiện trong hai năm học: vòng 1 năm học 2010- 2011, vòng 2
năm học 2011-2012.
TNSP được tiến hành ở 2 trường THPT của Thành phố Thái Nguyên: THPT Giang
Thép và THPT Đại Từ.
Ở mỗi vòng TNSP và tại mỗi trường, chúng tôi đều chọn cách thức thực nghiệm là có
lớp thực nghiệm được dạy học theo các phương án đã thiết kế và lớp đối chứng được dạy

22

học theo cách thức bình thường. Cách làm này thực hiện trong khi học chương “Sóng cơ".

Tỉ lệ HS tiếp nhận nhiệm vụ. Đây là dấu hiệu xem xét tính tích cực của HS trong việc
huy động họ tham gia vào giờ học; sự quan tâm của HS đến vấn đề được đưa ra.
Tỉ lệ HS đề xuất giải pháp thực hiện. Đây là dấu hiệu để đánh giá về khả năng phát huy
tính tích cực và sáng tạo ở các cá nhân HS: sự say mê, quan tâm đến vấn đề đặt ra, sự xoay
trở tìm cách thực hiện nhiệm vụ. Dấu hiệu này cũng cho phép thấy sự phát triển năng lực
sáng tạo của HS thông qua việc bộc lộ các ý tưởng sáng tạo trong việc giải quyết các vấn
đề học tập.
Tỉ lệ HS thực hiện xử lí số liệu. Đây cũng là dấu hiệu giúp đánh giá tính tích cực của HS
trong việc tham gia hoạt động TN một cách trọn vẹn từ việc tiếp nhận vấn đề cho đến giai

23

đoạn xử lí số liệu để kết luận vấn đề (chứ không chỉ làm qua loa cho biết hiện tượng). Qua
đó để đánh giá về mức độ hoàn thành và trách nhiệm của HS trước nhiệm vụ được giao.
Tỉ lệ HS tranh luận, trao đổi. Dấu hiệu này để xem xét tính tích cực hoạt động tập thể
của HS trong học tập.
Các biểu hiện của tính tích cực nhận thức của HS trong giờ học được thống kê theo các
tiêu chí: Mức độ hoạt động của HS (4 mức độ); Sự tập trung chú ý của HS (4 mức độ ),
chúng tôi thống kê và tính theo số lượng % làm cơ sở để đánh giá.
3. Kết quả học tập của HS
Chúng tôi sơ bộ đánh giá kết quả học tập của HS qua đợt TNSP thông qua việc đánh giá
điểm số mà HS đạt được khi thực hiện bài kiểm tra cuối chương.
Bài kiểm tra thực hiện trong 45 phút với 25 câu hỏi (đề kiểm tra ở phụ lục 2).
Chúng tôi đã phân tích tiến trình dạy học từng bài cụ thể trong quá trình TNSP nhằm có
kết quả đánh giá định tính TNSP
Kết quả định lượng về mức độ thu nhận kiến thức của học sinh được phản hồi qua kết
quả bài kiểm tra cuối đợt TNSP, từ đó biết được khả năng vận dụng kiến thức đã có vào
giải bài tập, giải thích hiện tượng trong thực tế.
Phân tích kết quả định lượng cho thấy việc tổ chức tiến trình dạy học chương “Sóng cơ”
theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh đã đem lại hiệu quả bước đầu