- XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM GHÉP NỐI MÁY TÍNH NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 12. - Lí do chọn đề tài Vật lý là khoa học thực nghiệm do đó dạy học vật lí có dùng thí nghiệm ở nhà trường phổ thông là một điều hết sức cần thiết. - Nhiều thí nghiệm trong sách giáo khoa không thực hiện được do thiếu thiết bị thí nghiệm.Ví dụ : các thí nghiệm khảo mạch RLC, mạch chỉnh lưu, mạch khuếch đại. - Thiết bị thí nghiệm được trang bị thiếu thốn, lạc hậu và kém chính xác. - Đáp ứng những yêu cầu đó đồng thời tiến tới đổi mới phương pháp dạy học (PPDH), nâng cao chất lượng giáo dục trong trường trung học phổ thông (THPT) tôi đã chọn nghiên cứu đề tài “Xây dựng và sử dụng bộ thí nghiệm ghép nối máy tính nhằm nâng cao hiệu quả dạy học một số kiến thức về mạch điện xoay chiều trong chương trình Vật Lí 12”. - Mục đích nghiên cứu của đề tài · Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm ghép nối máy tính hỗ trợ dạy học một số kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C trong chương trình Vật Lí 12 (với giao diện được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình LabView).. - Thiết kế tiến trình dạy học có sử dụng các bộ thí nghiệm đã chế tạo để dạy học một cách hiệu quả một số kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C trong chương trình Vật Lí 12.. - Giả thuyết khoa học của đề tài Có thể thiết kế và tổ chức quá trình dạy học một cách hiệu quả một số kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C trong chương trình Vật Lí 12, nếu vận dụng lí luận dạy học hiện đại thiết kế và sử dụng thí nghiệm ghép nối máy tính phối hợp với các thí nghiệm truyền thống. - Đối tượng nghiên cứu - Thí nghiệm ghép nối máy vi tính (lập trình bằng phần mềm LabView). - Nghiên cứu các bộ thí nghiệm đã có trong phòng thí nghiệm vật lí phổ thông để tìm ra những ưu điểm và nhược điểm.. - Thiết kế, chế tạo các bộ thí nghiệm ghép nối với máy vi tính để hỗ trợ việc dạy học các kiến thức trên một cách hiệu quả.. - Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của tiến trình dạy học đã thiết kế và phân tích các ưu điểm, nhược điểm của các bộ thí nghiệm mới chế tạo trong dạy học.. - Điều tra thực tiễn - Phương pháp thực nghiệm (trong phòng thí nghiệm): được sử dụng để thiết kế và chế tạo các bộ thí nghiệm ghép nối máy tính.. - Đóng góp của đề tài - Sản phẩm của đề tài sẽ làm phong phú thêm danh mục các thiết bị thí nghiệm ở trường phổ thông, tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên sử dụng thiết bị thí nghiệm nhằm nâng cao hiệu quả trong dạy học Vật lý ở trường PT.. - Tiến trình dạy học có sử dụng thiết bị thí nghiệm ghép nối máy tính là tài liệu tham khảo cho giáo viên phổ thông trong việc tổ chức dạy học một số kiến thức nêu trên một cách hiệu quả. - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm ghép nối với máy vi tính. - Đề xuất được ý tưởng bổ sung, cải tiến các thiết bị thí nghiệm đã có hay đề xuất các phương án thí nghiệm mới.. - 1.1.3.3 Sử dụng phối hợp các thí nghiệm ghép nối với máy vi tính và thí nghiệm truyền thống trong việc tổ chức quá trình nhận thức các kiến thức Vật lí một cách tích cực và sáng tạo · Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lí (4. - Theo quan điểm của lí luận nhận thức thí nghiệm có các chức năng:. - Thí nghiệm là phương tiện thu nhận tri thức + Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của những tri thức đã thu nhận. - Thí nghiệm là phương tiện để vận dụng tri thức vào thực tiễn. - Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức. - Theo quan điểm của lí luận dạy học thí nghiệm có các chức năng:. - Thí nghiệm có thể được sử dụng trong tất cả các giai đoạn khác nhau của tiến trình dạy học. - Thí nghiệm góp phần vào việc phát triển toàn diện học sinh.. - Thí nghiệm là phương tiện góp phần quan trọng vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh.. - +Thí nghiệm là phương tiện kích thích học tập của học sinh.. - Thí nghiệm là phương tiện tổ chức hoạt động của học sinh. - Thí nghiệm vật lí góp phần đơn giản hóa các hiện tượng và quá trình vật lí · Sử dụng phối hợp các thí nghiệm ghép nối với máy vi tính và thí nghiệm truyền thống trong việc tổ chức quá trình nhận thức các kiến thức Vật lí một cách tích cực và sáng tạo.. - Phần lớn giáo viên vẫn chọn phương pháp dạy học truyền thống để hình thành các kiến thức trong chương “Dòng điện xoay chiều”, khi dạy GV không sử dụng thí nghiệm vì vậy quá trình dạy học vẫn nặng về truyền thụ một chiều (GV giảng giải, thông báo kiến thức theo một trình tự nêu trong SGK, nhấn mạnh cho HS ghi nhớ những nội dung quan trọng của bài học). - 1.2.1.3 Các khó khăn thường gặp khi dạy học kiến thức vật lí liên quan đến thí nghiệm + Đòi hỏi phải có những thiết bị dạy học phức tạp và những cơ sở vật chất tương ứng, trong khi đó phương tiện dạy học ở trường phổ thông hiện nay còn khá thiếu thốn, lạc hậu.. - Các thiết bị thí nghiệm phải đồng bộ và thống nhất trong cả nước. - Tiến hành thí nghiệm trong giờ học sẽ tốn nhiều thời gian hơn nên lượng kiến thức sẽ phải hạn chế bớt, đòi hỏi HS phải có năng lực tự học, tự đào sâu nghiên cứu.. - Đòi hỏi giáo viên phải có kĩ năng sử dụng thí nghiệm một cách nhuần nhuyễn, biết cách sử dụng thí nghiệm phù hợp với nội dung bài học để mang lại hiệu quả cao nhất.. - Trình độ học sinh không đồng đều cũng là một trở ngại lớn khi tiến hành dạy học kiến thức vật lí liên quan đến thí nghiệm.. - 1.2.3.2 Trang thiết bị thí nghiệm Trong trường phổ thông ở ta hiện nay, vẫn thiếu trầm trọng các phương tiện dạy học thông thường cũng như hiện đại. - Sử dụng bộ thí nghiệm mạch RLC được trang bị ở trường THPT. - Sai số trong thí nghiệm còn khá lớn + Khả năng quan sát của HS rất hạn chế khi giáo viên tiến hành thí nghiệm. - Sử dụng thí nghiệm mạch RLC và các ampe kế, vôn kế xoay chiều. - Độ chính xác của thí nghiệm chưa cao. - Thí nghiệm này đòi hỏi ta phải tiến hành với tần số thấp (cỡ vài Hz) nên giá trị điện trở thuần của cuộn dây là đáng kể so với cảm kháng của nó. - Thí nghiệm đòi hỏi phải lựa chọn linh kiện và dụng cụ thích hơp. - Khó sử dụng… CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ THÍ NGHIỆM GHÉP NỐI VỚI MÁY VI TÍNH 2.1. - Yêu cầu đối với các bộ thí nghiệm trong dạy học các kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C 2.1.1. - Yêu cầu chung của các bộ thí nghiệm nghiên cứu về các kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C a) Yêu cầu về kết quả thí nghiệm + Đối với thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần: Phải chỉ ra được u và i luôn cùng pha, nếu quan sát trên màn hình dao động kí đồ thị của hai tín hiệu này phải trùng khít nhau. - Đối với thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện: Phải chỉ ra được u và i luôn lệch pha. - Đối với thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần: Phải chỉ ra được u và i luôn lệch pha. - Đối với thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều có điện trở thuần, tụ điện và cuộn cảm thuần mắc nối tiếp: Phải chỉ ra được độ lệch pha của u và i tương ứng với từng giá trị cụ thể của L và C. - b) Yêu cầu về phương án thí nghiệm Vì uR và i cùng pha nên ta có thể khảo sát uR thay vì khảo sát trực tiếp i, do đó khi bố trí mạch điện ta mắc thêm một điện trở R, tín hiệu điện áp giữa hai đầu điện trở này xem như tín hiệu của i trong mạch. - Nếu là thí nghiệm biểu diễn của GV thì các bộ thí nghiệm phải có kích thước đủ lớn. - Nếu là thí nghiệm thực tập của HS thì bộ thí nghiệm cần nhỏ gọn, ít chi tiết.. - Định hướng chế tạo bộ thí nghiệm mới. - Trên cơ sở của phương án sử dụng bộ thí nghiệm khảo sát mạch điện xoay chiều dùng DDK điện tử chúng tôi đã sử dụng phương pháp thay thế có cùng tác dụng nhưng cho hiệu quả thí nghiệm cao hơn, đó là sử dụng phần mềm DDK được viết bằng ngôn ngữ lập trình Labview, phần cứng là bộ xử lý của máy tính PC thông qua ghép nối Analog – Digital nhận tín hiệu qua cổng USB từ mạch xoay chiều RLC. - Thiết kế chế tạo bộ thí nghiệm mới 2.3.1. - Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm ghép nối máy vi tính sử dụng ngôn ngữ lập trình Labview với card thu thập dữ liệu đa năng – USB 6009. - Phương án thí nghiệm ghép nối máy vi tính được thực hiện theo sơ đồ nguyên tắc sau:. - Các Module của bộ thí nghiệm Module 1: Thiết bị thí nghiệm RLC Module 2: Card thu thập dữ liệu đa năng – USB 6009 Module 3: Giao diện và phần mềm xử lý số liệu. - Các thí nghiệm đã xây dựng 1.Thí nghiệm kiểm chứng trong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần, hiệu điện thế biến thiên điều hòa cùng tần số, cùng pha với dòng điện. - Thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch chỉ có cuộn cảm Bố trí mạch điện. - Thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế trong đoạn mạch chỉ có tụ điện Bố trí mạch điện. - Thí nghiệm kiểm chứng về hiện tượng cộng hưởng xảy ra trong đoạn mạch RLC không phân nhánh. - HS: Dựa vào biểu thức u và i ta thấy chúng biến thiên điều hòa cùng pha với nhau và giá trị biên độ được xác định bởi: HS: Biểu diễn: Hoạt động 2: Xây dựng thí nghiệm kiểm chứng mối quan hệ giữa u và i trong đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R GV:Yêu cầu HS suy nghĩ phương án kiểm chứng? GV: Phân tích các phương án của học sinh, đề ra phương án thí nghiệm đã chuẩn bị trước. - GV: Giới thiệu bộ thí nghiệm. - Bố trí thí nghiệm + Tiến hành. - HS: Suy nghĩ các phương án thí nghiệm kiểm chứng. - HS: quan sát bộ thí nghiệm.. - GV: Dòng điện trong đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần R có mối quan hệ như thế nào với điện áp đặt vào hai đầu mạch? GV: Tiến hành thí nghiệm nêu vấn đề. - GV: Yêu cầu HS nhận xét kết quả thí nghiệm. - GV: Làm thế nào để kiểm nghiệm tính đúng đắn của suy luận lí thuyết trên? Yêu cầu HS suy nghĩ phương án kiểm chứng? GV: Phân tích các phương án của HS, đề ra phương án thí nghiệm đã chuẩn bị trước.. - Nhận xét? GV: mối quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp như thế nào? GV: Làm thế nào để kiểm chứng tính đúng đắn của suy luận này? GV: Tiến hành thí nghiệm. - HS: Lắng nghe và quan sát bộ thí nghiệm.. - u trễ pha hơn i một góc HS: Suy nghĩ, đưa ra phương án thí nghiệm kiểm chứng. - Hoạt động 3: Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm GV: Cuộn cảm không có ảnh hưởng tới dòng điện không đổi nhưng có ảnh hưởng như thế nào đối với dòng điện xoay chiều? GV: Để giải đáp câu hỏi đó ta tiến hành thí nghiệm sau. - GV: Đưa ra thí nghiệm mở đầu GV: Yêu cầu HS quan sát độ sáng của đèn sau mỗi lần khóa K được đóng hoặc ngắt. - GV: Yêu cầu HS suy nghĩ phương án kiểm chứng? GV: Phân tích các phương án của HS, đề ra phương án thí nghiệm đã chuẩn bị trước. - Nhận xét? GV: Đối với đoạn mạch xoay chỉ có cuộn cảm, khi đặt vào hai đầu mạch một điện áp xoay chiều thì mối quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp như thế nào? GV: Làm thế nào để kiểm chứng tính đúng đắn của suy luận này? GV: Tiến hành thí nghiệm. - hay tỉ lệ nghịch với đại lượng HS: So sánh biểu thức u và i ta thấy rằng u nhanh pha hơn i một góc HS: Suy nghĩ, đưa ra phương án thí nghiệm kiểm chứng. - Hoạt động của HS GV: Tiến hành thí nghiệm mở đầu. - GV: Tiến hành lại thí nghiệm và điều chỉnh tần số dòng điện tăng dần đến 872,3Hz, yêu cầu HS quan sát kĩ tín hiệu cường độ dòng điện thu được. - HS: Quan sát bộ thí nghiệm. - HS: Tính toán được f = 872,3Hz thì Imax Thí nghiệm kiểm chứng HS: Quan sát Đồ thị khi chưa có hiện tượng cộng hưởng Đồ thị khi có hiện tượng cộng hưởng. - Đánh giá tính khả thi của việc sử dụng bộ thí nghiệm ghép nối trong tiến trình dạy học từ đó sửa đổi, bổ sung, hoàn thiện tiến trình dạy học đã soạn thảo.. - Lớp đối chứng được dạy theo phương pháp thông thường, không tiến hành thí nghiệm ghép nối máy tính.. - Đánh giá định tính về hiệu quả của bộ thí nghiệm đã xây dựng 4.7. - KẾT LUẬN Việc nghiên cứu, xây dựng bộ thí nghiệm ghép nối máy vi tính và vận dụng thí nghiệm đó để thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức trong chương “Dòng điện xoay chiều” là một vấn đề khó. - Thông qua nghiên cứu phần mềm Labview chúng tôi đã xây dựng được thí nghiệm ghép nối máy tính của mạch RLC và vận dụng thí nghiệm này để thiết kế một số kiến thức. - Kết quả thực nghiệm sư phạm đã khẳng định tính khả thi của việc sử dụng phối hợp các loại thí nghiệm trong quá trình giảng dạy các nội dung kiến thức trong chương “Dòng điện xoay chiều” nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo của HS.. - Do hạn chế về mặt thời gian nên chúng tôi chỉ mới tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường THPT Phú Xuân nhưng chắc chắn rằng việc sử dụng phối hợp các loại thí nghiệm trong quá trình dạy học kiến thức chương “Dòng điện xoay chiều” nói riêng và các kiến thức Vật lý nói chung sẽ nâng cao chất lượng và hiệu quả của quá trình dạy học.. - Sử dụng phối hợp các thí nghiệm ghép nối với máy vi tính và thí nghiệm truyền thống trong việc tổ chức quá trình nhận thức các kiến thức Vật lí một cách tích cực và sáng tạo. - 91.2.1.3 Các khó khăn thường gặp khi dạy học kiến thức vật lí liên quan đến thí nghiệm. - Quy mô phòng thí nghiệm. - 111.2.3.2 Trang thiết bị thí nghiệm. - 13NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ THÍ NGHIỆM GHÉP NỐI. - Yêu cầu đối với các bộ thí nghiệm trong dạy học các kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C. - Yêu cầu chung của các bộ thí nghiệm nghiên cứu về các kiến thức liên quan đến các mạch điện xoay chiều có R, L, C. - Thiết kế chế tạo bộ thí nghiệm mới. - Các Module của bộ thí nghiệm. - Các thí nghiệm đã xây dựng. - Đánh giá định tính về hiệu quả của bộ thí nghiệm đã xây dựng. - Thiết bị thí nghiệm