Luận văn Nghiên cứu lựa chọn chương trình, hoàn thiện nội dung và phương pháp tổ chức thực hành một số bài thí nghiệm vật lí đại cƣơng nhằm nâng cao chất lượng thực hành cho sinh viên trường đại học kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM -------------------------- KIỀU THỊ KHÁNH NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHƢƠNG TRÌNH, HOÀN THIỆN NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP TỔ CHỨC THỰC HÀNH MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ĐẠI CƢƠNG NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG THỰC HÀNH CHO SINH VIÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Thái Nguyên - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM -------------------------- KIỀU THỊ KHÁNH NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHƢƠNG TRÌNH, HOÀN THIỆN NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP TỔ CHỨC THỰC HÀNH MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ĐẠI CƢƠNG NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG THỰC HÀNH CHO SINH VIÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Lý luận và Phƣơng pháp dạy học Vật lý Mã số: 60.14.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Phan Đình Kiển Thái Nguyên - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn tận tình của PGS.TS Phan Đình Kiển. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ngƣời Thầy hƣớng dẫn và các thầy, cô khoa Vật lí trƣờng ĐHSPTN, đồng thời xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp đã giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, khoa Sau Đại học trƣờng ĐHSP – ĐHTN đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Xin chân thành cảm ơn trung tâm thí nghiệm trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả về thời gian, tƣ liệu nghiên cứu trong quá trình làm luận văn. Thái Nguyên, ngày 20 tháng 8 năm2010 Tác giả Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 1 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ......................................................................................................................5 1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................5 2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu ...............................................................................6 3. Mục đích- nhiệm vụ nghiên cứu ...........................................................................7 4. Giả thuyết khoa học ..............................................................................................8 5. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................8 6. Đóng góp của luận văn. ........................................................................................8 7. Giới hạn của luận văn ...........................................................................................8 8. Cấu trúc của luận văn ...........................................................................................9 Chƣơng 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ................................ 10 1.1. MỤC ĐÍCH, MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC ĐẠI HỌC ....................................................................................... 10 1.1.1. Mục đích dạy học đại học ........................................................................ 10 1.1.2. Mục tiêu dạy học đại học ......................................................................... 10 1.1.3. Nhiệm vụ dạy học đại học ....................................................................... 11 1.1.4. Nội dung dạy học đại học ........................................................................ 14 1.1.5. Phƣơng pháp dạy học đại học .................................................................. 17 1.2. THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ĐỐI VỚI QUÁ TRÌNH DẠY HỌC ĐẠI HỌC .......... 18 1.2.1. Thí nghiệm vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm vật lí .............................. 18 1.2.2. Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lí .................................. 19 1.2.3. Thí nghiệm thực hành vật lí đại cƣơng .................................................... 23 1.2.4. Nội dung, hình thức tổ chức hƣớng dẫn thí nghiệm thực hành ................. 25 1.3. CHẤT LƢỢNG THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÍ .................................. 27 1.3.1. Khái niệm chất lƣợng .............................................................................. 27 1.3.2. Các yếu tố tạo nên chất lƣợng thực hành vật lí......................................... 27 1.3.3. Các tiêu chí đánh giá chất lƣợng thực hành vật lí ..................................... 28 1.4. THỰC TRẠNG CỦA VIỆC THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VLĐC ................. 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 2 1.4.1 Về thiết bị thí nghiệm .............................................................................. 29 1.4.2. Về nội dung các bài thí nghiệm ............................................................... 29 1.4.3. Về việc hƣớng dẫn, tổ chức thí nghiệm ................................................... 30 1.4.4. Về việc thực hành của sinh viên .............................................................. 31 1.4.5. Về việc kiểm tra đánh giá ........................................................................ 31 Kết luận chƣơng 1 ............................................................................................. 32 Chƣơng 2: LỰA CHỌN CHƢƠNG TRÌNH, HOÀN THIỆN NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP TỔ CHỨC THỰC HÀNH MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM VLĐC ..................................................................................... 33 2.1. LỰA CHỌN CHƢƠNG TRÌNH...................................................................... 33 2.1.1. Cơ sở lựa chọn chƣơng trình ................................................................... 33 2.1.2. Khung chƣơng trình ................................................................................ 33 2.2. HOÀN THIỆN NỘI DUNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH VẬT LÍ ĐẠI CƢƠNG ..................................................................................... 35 2.2.1. Cơ sở hoàn thiện nội dung ....................................................................... 35 2.2.2. Thực trạng các bài thí nghiệm thực hành VLĐC ...................................... 36 2.2.3. Hoàn thiện nội dung một số bài thí nghiệm thực hành VLĐC .................. 42 Bài 2: Phép đo độ dài. Thƣớc kẹp, thƣớc panme .......................................... 42 Bài 3: Xác định tỷ số nhiệt dung phân tử Cp/Cv của chất khí ........................ 48 Bài 4: Đo điện trở bằng mạch cầu Wheaston. Đo suất điện động bằng mạch xung đối................................................................................... 54 Bài 5: Khảo sát giao thoa qua khe Young. Xác định bƣớc sóng ánh sáng ............................................................................................ 64 2.3. PHƢƠNG PHÁP TỔ CHỨC THTN VLĐC .................................................... 72 2.3.1. Cơ sở của việc đổi mới phƣơng pháp tổ chức THTN VLĐC .................. 72 2.3.2. Đổi mới phƣơng pháp tổ chức, đánh giá kết quả THTN VLĐC ............... 72 Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................. 73 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM .................................................................. 74 3.1. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG TNSP .............................................. 74 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 3 3.1.1. Mục đích TNSP ....................................................................................... 74 3.1.2. Đối tƣợng và nội dung TNSP. ................................................................. 74 3.2. PHƢƠNG PHÁP TNSP................................................................................... 75 3.2.1. Chuẩn bị TNSP ....................................................................................... 75 3.2.2. Hình thức tổ chức quá trình TNSP ........................................................... 75 3.2.3. Quan sát quá trình TNSP ......................................................................... 76 3.2.4. Tiêu chí đánh giá kết quả TNSP .............................................................. 77 3.3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ......................................................... 78 3.4. ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ....................................................... 80 3.4.1. Đánh giá thông qua quá trình TNSP (đánh giá định tính) ......................... 80 3.4.2. Đánh giá thông qua kết quả bài THTN (đánh giá định lƣợng).................. 81 Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................. 88 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 91 PHỤ LỤC .............................................................................................................. 94 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 4 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đúng DH ĐH Dạy học đại học GV Giáo viên GVTH Giáo viên thực hành NH Ngƣời học NXB Nhà xuất bản SV Sinh viên TB Trung bình THTN Thực hành thí nghiệm TNSP Thực nghiệm sƣ phạm VLĐC Vật lí đại cƣơng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 5 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Tuyên ngôn quốc tế về giáo dục Đại học trong thế kỷ 21 đã nói: “Các định chế giáo dục đại học cần phải giáo dục sinh viên nhƣ thế nào để họ thực sự trở thành những công dân đƣợc trang bị đầy đủ những kiến thức cần thiết và có đƣợc động cơ hoạt động đúng đắn, sâu sắc. Đó là những con ngƣời có khả năng tƣ duy phê phán, biết cách phân tích các vấn đề của xã hội và thực hiện điều này với ý thức trách nhiệm đầy đủ”. Nghĩa là giáo dục đại học phải tạo ra một biến đổi nơi ngƣời học sau khi ra trƣờng, sinh viên không những phải có kiến thức mà còn phải biết làm, biết sống, biết làm cho những kiến thức kĩ năng học hỏi đƣợc trở thành máu thịt của mình. Họ phải biết phát hiện và giải quyết vấn đề, biết phê phán một cách độc lập, biết khiêm tốn trong tinh thần khoa học, biết chấp nhận và tôn trọng sự khác biệt trong văn hoá, biết dấn thân và dám chịu trách nhiệm, biết hợp tác với ngƣời khác và thích ứng với mọi môi trƣờng công việc. Mục tiêu giáo dục đại học Việt Nam đến năm 2020 là có bƣớc chuyển cơ bản về chất lƣợng, qui mô, tiếp cận trình độ khu vực và trên thế giới. Một trong những việc phải làm để đạt đƣợc mục tiêu đó là xây dựng qui trình đào tạo mềm dẻo và liên thông, đổi mới mục tiêu, nội dung, phƣơng pháp giảng dạy đại học. Tăng cƣờng các hoạt động nghiên cứu và triển khai nhằm nâng cao chất lƣợng đào tạo. Cũng nhƣ các trƣờng đại học khác, trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp- Đại học Thái Nguyên (ĐHKTCN-ĐHTN) đã có nhiều những thay đổi trong nội dung chƣơng trình đào tạo và phƣơng pháp giảng dạy nhằm nâng cao chất lƣợng giáo dục. Tuy nhiên, thực tế là đối với các trƣờng kỹ thuật, nhiều môn học liên quan đến chế tạo các thiết bị kỹ thuật ngƣời ta thƣờng gặp khó khăn khi thử nghiệm. Khi đó thí nghiệm đƣợc sử dụng nhƣ là phƣơng tiện tạo cơ sở cho việc đào tạo kỹ năng nghề nghiệp. Có thể nói thực hành thí nghiệm là một hình thức tổ chức đào Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 6 tạo quan trọng trong các trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên và kỹ thuật. Lịch sử phát triển của vật lí cũng cho thấy các thí nghiệm cơ bản không chỉ dẫn đến hình thành những thuyết vật lí mới mà còn làm xuất hiện nhiều ngành kỹ thuật mới. Ví dụ: thí nghiệm Stôlêtốp và hiệu ứng quang điện không chỉ là xuất phát điểm cho việc xây dựng quang lƣợng tử mà còn tạo cơ sở cho sự ra đời của ngành kỹ thuật quang điện. Vậy làm thế nào để sinh viên các trƣờng kỹ thuật nói chung và sinh viên trƣờng ĐHKTCN-ĐHTN nói riêng có đƣợc những giờ thực hành thí nghiệm hiệu quả, có chất lƣợng sau khi học xong chƣơng trình vật lí đại cƣơng? Với mong muốn góp phần giúp sinh viên rèn kỹ năng thực hành thí nghiệm, củng cố, hệ thống hoá sâu sắc lí thuyết, chúng tôi chọn đề tài:”Nghiên cứu lựa chọn chƣơng trình, hoàn thiện nội dung và phƣơng pháp tổ chức thực hành một số bài thí nghiệm vật lí đại cƣơng nhằm góp phần nâng cao chất lƣợng thực hành cho sinh viên trƣờng ĐHKTCN-ĐHTN ”. 2. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Hiện nay trên thế giới nói chung, ở Việt Nam nói riêng, từ nhà trƣờng phổ thông đến các trƣờng đại học, cuộc cách mạng về phƣơng pháp dạy học đang diễn ra mạnh mẽ. Điều này xuất phát từ nhu cầu bức thiết: chỉ có không ngừng cải tiến phƣơng pháp giáo dục và phƣơng pháp dạy học theo hƣớng đặc biệt coi trọng đến việc đào tạo những con ngƣời lao động tự chủ, năng động, sáng tạo, có năng lực giải quyết những vấn đề do cuộc sống đặt ra thì giáo dục mới thực sự là động lực thúc đẩy phát triển mạnh mẽ của xã hội. Vật lí là môn khoa học thực nghiệm. Thí nghiệm thực hành vật lí là một phần quan trọng không thể thiếu của môn học vật lí. Thí nghiệm thực hành vật lí không những góp phần hình thành kiến thức cho SV mà còn góp phần rèn luyện tác phong thực nghiệm khoa học, xây dựng phƣơng pháp nghiên cứu khoa học cần thiết cho ngƣời làm công tác trong ngành khoa học kỹ thuật. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 7 Có thể nói thực hành thí nghiệm là một hình thức tổ chức đào tạo quan trọng trong các trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên và kỹ thuật. Về vấn đề nghiên cứu cải tiến, đổi mới thí nghiệm thực hành vật lí ở các trƣờng đại học, cao đẳng đã có một số tác giả đề cập: Tác giả Lê Bá Tứ, Xây dựng và hoàn thiện hệ thống thí nghiệm thực hành điện kỹ thuật phù hợp với chƣơng trình đào tạo giáo viên Vật lí PTTH miền núi [22]. Trong công trình [21], tác giả Phùng Thị Tuyết, Nghiên cứu vận dụng tƣ tƣởng hoạt động hoá ngƣời học vào việc nâng cao năng lực giải quyết vấn đề cho sinh viên khi thí nghiệm vật lí đại cƣơng. Công trình [22], [21], các tác giả đã nghiên cứu chƣơng trình thí nghiệm vật lí, với đối tƣợng là SV sƣ phạm. Tác giả Nguyễn Thị Thu Hà, Nghiên cứu xây dựng một số bài thí nghiệm thực hành vật lí ảo hỗ trợ việc dạy và học học phần “thí nghiệm thực hành phƣơng pháp giảng dạy vật lí phổ thông” ở trƣờng Đại học Sƣ phạm [4] Công trình [10], Nghiên cứu triển khai nâng cấp hệ thống thí nghiệm vật lí đáp ứng nội dung chƣơng trình đào tạo mới. Tuy nhiên, các đề tài trên chƣa đề cập trực tiếp đến nội dung chƣơng trình thí nghiệm thực hành vật lí đại cƣơng mà đối tƣợng là sinh viên trƣờng ĐHKTCN- ĐHTN. 3. MỤC ĐÍCH - NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU  Mục đích Nghiên cứu lựa chọn chƣơng trình, hoàn thiện nội dung và phƣơng pháp tổ chức hực hành một số bài thí nghiệm vật lí đại cƣơng nhằm góp phần nâng cao chất lƣợng thực hành thí nghiệm cho sinh viên trƣờng ĐHKTCN-ĐHTN  Nhiệm vụ + Nghiên cứu cơ sở lí luận của đề tài Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 8 + Tìm hiểu nội dung chƣơng trình vật lí đại cƣơng và nội dung các bài thí nghiệm của trƣờng ĐHKTCN-ĐHTN. + Khảo sát thực trạng: nội dung, trang thiết bị thí nghiệm, phƣơng pháp tổ chức thực hành, việc kiểm tra đánh giá thực hành thí nghiệm của trƣờng ĐHKTCN-ĐHTN và tham khảo của một số trƣờng kỹ thuật khác. + Lựa chọn chƣơng trình, biên soạn lại nội dung một số bài thí nghiệm và hoàn thiện phƣơng pháp tổ chức thực hành thí nghiệm vật lí đại cƣơng. + Tổ chức thực nghiệm sƣ phạm 4. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Nếu nội dung chƣơng trình và phƣơng pháp tổ chức thực hành thí nghiệm đƣợc hoàn thiện một cách khoa học, phù hợp với mục tiêu và đối tƣợng đào tạo sẽ góp phần nâng cao đƣợc chất lƣợng thực hành thí nghiệm cho sinh viên 5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU + Nghiên cứu lý luận + Điều tra khảo sát thực trạng + Tham khảo ý kiến chuyên gia + Thực nghiệm sƣ phạm. 6. ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN + Góp phần hoàn thiện nội dung chƣơng trình và phƣơng pháp tổ chức thực hành thí nghiệm vật lí đại cƣơng cho sinh viên trƣờng ĐHKTCN-ĐHTN + Làm tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm đến vấn đề này. 7. GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN Nghiên cứu lựa chọn chƣơng trình, hoàn thiện nội dung và phƣơng pháp tổ chức thực hành một số bài thí nghiệm vật lí đại cƣơng nhằm góp phần nâng cao chất lƣợng thực hành cho sinh viên trƣờng ĐHKTCN-ĐHTN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 9 VIII- CẤU TRÚC LUẬN VĂN Mở đầu Chƣơng 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài Chƣơng 2: Lựa chọn chƣơng trình, hoàn thiện nội dung và phƣơng pháp tổ chức thực hành một số bài thí nghiệm vật lí đại cƣơng. Chƣơng 3: Thực nghiệm sƣ phạm Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 10 Chƣơng 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. MỤC ĐÍCH, MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC ĐẠI HỌC 1.1.1. Mục đích dạy học ở đại học Dạy học ở đại học góp phần bồi dƣỡng cho sinh viên lý tƣởng, niềm tin, hình thành nên ở họ nhân sinh quan và thế giới quan khoa học; những phẩm chất đạo đức tốt đẹp cũng nhƣ thái độ, tác phong của ngƣời cán bộ khoa học, kỹ thuật có tri thức, có tay nghề, có năng lực thực hành; năng động, sáng tạo; có khả năng thích ứng với những thay đổi nghề nghiệp; có bản lĩnh tự tìm và tạo đƣợc việc làm; có ý thức thực hiện nghĩa vụ công dân…[5]. 1.1.2. Mục tiêu dạy học đại học Đào tạo ra những con ngƣời năng động, sáng tạo, tự chủ, có óc phê phán, có năng lực giải quyết vấn đề mới nảy sinh, có năng lực tự học, tự nghiên cứu suốt đời, có năng lực lập nghiệp, tiến thân trong thị trƣờng sức lao động. Ngƣời tốt nghiệp đại học ở nƣớc ta trong những thập kỷ đầu thế kỷ 21 phải có những năng lực trội nhƣ sau: - Năng lực hành động, biết ứng dụng sáng tạo những thành tựu của khoa học công nghệ, biết tìm tòi, tự tạo việc làm, có kỹ năng tổ chức quản lý công việc tập thể có hiệu quả góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh hợp tác của nền kinh tế nƣớc ta trong thị trƣờng quốc tế. - Năng lực tự học, tự nghiên cứu, tự rèn luyện thƣờng xuyên suốt đời một cách độc lập sáng tạo đi đôi với năng lực tự đánh giá, tự đổi mới; đó là bản lĩnh phát huy tiềm năng, nội lực cá nhân, thƣờng xuyên cập nhật kiến thức cho mình, tạo ra những bƣớc phát triển cho bản thân, góp phần làm cho đất nƣớc rút ngắn khoảng cách và vƣơn lên ngang tầm với các quốc gia tiên tiến. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 11 - Năng lực quốc tế để có thể thực hiện đƣợc những nhiệm vụ, những công việc liên quan đến hợp tác và thích nghi trong môi trƣờng quốc tế [5], [11]. 1.1.3. Nhiệm vụ dạy học ở đại học Có thể nói mục đích và nhiệm vụ dạy học ở đại học giữ vị trí hàng đầu trong quá trình dạy học ở đại học với chức năng cực kỳ quan trọng là định hƣớng cho sự vận động và phát triển của các nhân tố nói riêng, sự vận động và phát triển của quá trình dạy học nói chung. 1.1.3.1. Dạy học nghề nghiệp ở trình độ cao Trang bị cho sinh viên những tri thức, kỹ năng, kỹ xảo tƣơng ứng về một lĩnh vực khoa học, kỹ thuật nhất định ở trình độ hiện đại để sau khi ra trƣờng họ có khả năng lập nghiệp. a. Tri thức Tri thức là sự hiểu biết, là kết quả của sự phản ánh hiện thực khách quan thông qua hoạt động của chủ thể nhận thức, là những kinh nghiệm loài ngƣời tích luỹ đƣợc trong quá trình đấu tranh với tự nhiên, xã hội và hoạt động tƣ duy. Những kinh nghiệm đó đƣợc các thế hệ nối tiếp nhau kế thừa một cách có phê phán, phát triển và không ngừng hoàn thiện trên cơ sở khái quát hoá, hệ thống hoá thành hệ thống tri thức của nhân loại. * Hệ thống tri thức bao gồm: - Những sự kiện khoa học, những tri thức phản ánh những đối tƣợng, sự vật, hiện tƣợng, quá trình hoạt động đang diễn ra trong thực tiễn cuộc sống. - Những lý thuyết, học thuyết khoa học, những khái niệm, những phạm trù, những quy luật, những quy tắc…phản ánh kết quả của quá trình khái quát hoá, hệ thống hoá, tổng hợp hoá những tƣ tƣởng, những quan điểm của nhân loại về một lĩnh vực khoa học nào đó. - Những tri thức thực hành: về cách thức hành động, cơ sở lý luận của việc hình thành hệ thống kỹ năng, kỹ xảo tƣơng ứng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 12 - Những tri thức về phƣơng pháp nhận thức khoa học nói chung, phƣơng pháp học tập, phƣơng pháp nghiên cứu khoa học nói riêng. Đây là điều kiện để phát triển năng lực hoạt động trí tuệ, đặc biệt là năng lực tƣ duy sáng tạo, góp phần nâng cao chất lƣợng, hiệu quả quá trình dạy học ở trƣờng đại học. - Những kinh nghiệm hoạt động sáng tạo, phát hiện những tình huống mới trong các điều kiện quen thuộc, tự lực chuyển các tri thức kỹ năng sang tình huống mới; tìm tòi, phát hiện những yếu tố mới nảy sinh, những cấu trúc mới của đối tƣợng đang nghiên cứu. - Những tri thức đánh giá: đó là những hiểu biết có liên tới khả năng nhận xét, phân tích, phê phán, đánh giá những quan điểm, những lý thuyết… * Tri thức khoa học cơ bản, tri thức khoa học cơ sở và tri thức khoa học chuyên ngành: - Tri thức khoa học cơ bản là tri thức tạo nên nền tảng lâu bền để từ đó sinh viên có thể học tốt những tri thức cơ sở và chuyên ngành. - Tri thức cơ sở của chuyên ngành bao gồm những tri thức đại cƣơng về chuyên ngành, nó đƣợc hình thành trên nền tảng của những tri thức cơ bản, đồng thời là chỗ dựa cho tri thức chuyên ngành. - Tri thức chuyên ngành là những tri thức giúp sinh viên có thể nắm vững tri thức trực tiếp có liên quan tới nghề nghiệp tƣơng lai. Ngoài ra sinh viên còn đƣợc trang bị thêm những tri thức công cụ: ngoại ngữ, phƣơng pháp luận, phƣơng pháp nghiên cứu, lôgic học, tin học… * Tri thức hiện đại: là những tri thức phản ánh những thành tựu mới nhất, tiên tiến nhất về các lĩnh vực khoa học kỹ thuật, kinh tế, văn hoá…bao gồm những quan điểm, những lý thuyết, những phƣơng pháp có tác dụng làm cho thế giới quan của sinh viên đƣợc hoàn thiện hơn, năng lực nhận thức phát triển hơn, hoạt động của cá nhân phong phú và có hiệu quả hơn… b. Hệ thống kỹ năng, kỹ xảo - Kỹ năng: là khả năng thực hiện có kết quả một hành động nhất định trên cơ sở tri thức có đƣợc. Có thể nói: kỹ năng là tri thức trong hành động. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 13 - Kỹ xảo: là khả năng thực hiện một cách tự động hoá một thao tác hay một công việc nhất định, nó thể hiện sự thành thạo trong hành động của con ngƣời. Kỹ xảo là kỹ năng đƣợc lặp đi lặp lại nhiều lần trở thành hành động tự động hoá [5], [22]. 1.1.3.2. Dạy học- phƣơng pháp nhận thức để tìm ra tri thức a. Bồi dưỡng cho sinh viên phương pháp luận khoa học, phương pháp nghiên cứu và phương pháp tự học - Phƣơng pháp luận khoa học là học thuyết triết học về phƣơng pháp nhận thức và cải tạo thế giới khách quan bao gồm: hệ thống các luận điểm cơ bản và hệ thống các phƣơng pháp cụ thể về một lĩnh vực khoa học nhất định. - Phƣơng pháp nghiên cứu khoa học là cách thức, con đƣờng thu thập thông tin khoa học, phân tích, xử lý chúng làm sáng tỏ vấn đề nghiên cứu để giải quyết nhiệm vụ nghiên cứu và cuối cùng đạt đƣợc mục đích nghiên cứu. - Phƣơng pháp tự học của sinh viên đại học là cách thức hoạt động tự giác, tích cực, chủ động, tự lực và sáng tạo nhằm thực hiện có chất lƣợng và hiệu quả mục đích, nhiệm vụ học tập, nghiên cứu nhất định. b. Phát triển phẩm chất và năng lực hoạt động trí tuệ của sinh viên Hiện nay, khoa học và công nghệ phát triển với tốc độ nhanh, đòi hỏi các trƣờng đại học phải quan tâm tới nhiệm vụ này trong quá trình dạy học. Những phẩm chất của hoạt động trí tuệ cơ bản là: tính định hƣớng, bề rộng ,độ sâu, tính linh hoạt, tính mềm dẻo, tính độc lập, tính nhất quán, tính phê phán, tính khái quát của hoạt động trí tuệ [5], [22]. 1.1.3.3. Dạy học thái độ Để thực hiện tốt nhiệm vụ này, một trong những nguyên tắc cực kỳ quan trọng của quá trình dạy học ở đại học là phải đảm bảo sự thống nhất biện chứng giữa nội dung giáo dục tƣ tƣởng, chính trị, đạo đức với nội dung tri thức khoa học trên cơ sở nền tảng những tri thức và kỹ năng nghề nghiệp tƣơng lai của sinh viên [5], [22]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 14 1.1.4. Nội dung dạy học ở đại học 1.1.4.1. Khái niệm về nội dung dạy học ở đại học - Nội dung dạy học ở đại học đƣợc hiểu nhƣ một hệ thống tri thức, kỹ năng, kỹ xảo có liên quan đến một ngành nghề nhất định và cách thức hoạt động sáng tạo. - Nội dung dạy học đại học là mô hình lý luận dạy học của kinh nghiệm xã hội cần truyền đạt cho sinh viên nhằm mục đích giúp họ chiếm lĩnh đƣợc những kinh nghiệm xã hội đó, phát triển nhân cách của họ và góp phần vào sự phát triển kinh tế - xã hội. - Nội dung dạy học đại học bao gồm một hệ thống những tri thức, kỹ năng, kỹ xảo có liên quan đến ngành nghề nhất định mà sinh viên phải nắm vững trong suốt quá trình học tập sao cho phù hợp với mục tiêu đào tạo. Hệ thống tri thức, kỹ năng, kỹ xảo này đƣợc chọn lọc từ những kinh nghiệm xã hội. Kinh nghiệm xã hội xuất xứ từ nền văn hoá xã hội đã trở thành nguồn gốc trực tiếp của nội dung dạy học trong nhà trƣờng (sơ đồ hình 1.1) [5]. Hình 1.1: Quá trình hình thành nên nội dung dạy học 1.1.4.2. Nội dung dạy học đại học a. Hệ thống những tri thức khoa học, kỹ thuật, những tri thức về cách thức hoạt động trí óc và hoạt động chân tay có liên quan đến ngành, nghề nhất định.  Tri thức: Là sự hiểu biết, là kết quả của sự nhận thức hiện thực đƣợc kiểm nghiệm bằng thực tiễn, phản ánh đúng đắn hiện thực khách quan vào tƣ duy con Năng lực Ngƣời Tự nhiên Nền văn hoá xã hội Kinh nghiệm xã hội Nội dung dạy học Quá trình vật thể hoá năng lực ngƣời Quá trình phi vật thể hoá năng lực ngƣời Quá trình xử lý sƣ phạm theo yêu cầu xã hội Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 15 ngƣời. Tri thức bao gồm: các sự kiện, hiện tƣợng, các khái niệm, thuật ngữ khoa học, các định luật, học thuyết, các phƣơng pháp nhận thức, lịch sử phát triển của khoa học. Hệ thống tri thức trong nội dung dạy học đƣợc phân thành bốn loại: tri thức cơ bản, tri thức cơ sở của chuyên ngành, tri thức chuyên ngành và tri thức công cụ.  Tri thức với kiểu diện đào tạo ở đại học: - Diện đào tạo rộng đa năng: sinh viên đƣợc học những tri thức cơ bản, cơ sở của chuyên ngành và chuyên ngành rộng có khả năng thực hiện nhiều chức năng khác nhau và hoạt động trong một phạm vi đối tƣợng rộng. - Diện đào tạo hẹp: sinh viên không những đƣợc lĩnh hội những tri thức cơ bản, cơ sở chuyên ngành, đi vào chuyên ngành rộng mà còn đƣợc đào tạo về chuyên ngành hẹp. - Cả hai diện đào tạo trên đều có những ƣu và nhƣợc điểm riêng, không có diện đào tạo nào là vạn năng. Do đó, trong nội dung dạy học: + Những tri thức cơ bản, cơ sở của chuyên ngành đƣợc tăng cƣờng cả về khối lƣợng, chất lƣợng, và thời lƣợng. + Những tri thức chuyên ngành rộng đƣợc trang bị, đảm bảo cho sinh viên có thể trở thành chuyên gia với chuyên môn rộng. + Những tri thức chuyên môn hẹp đƣợc bồi dƣỡng ở mức tối thiểu cần thiết trong quá trình nghiên cứu khoa học, làm khoá luận, luận văn, đồ án…tốt nghiệp, đảm bảo định hƣớng bƣớc đầu cho sinh viên về chuyên ngành hẹp để họ có thể đi vào chuyên ngành hẹp trong quá trình hoạt động thực tiễn nghề nghiệp sau này  Trong nội dung dạy học đại học, những tri thức cơ bản, cơ sở của chuyên ngành và chuyên ngành cần đƣợc tích hợp và lồng ghép với những tri thức khoa học tự nhiên, khoa học xã hội - nhân văn. b. Hệ thống những kỹ năng, kỹ xảo về nghề nghiệp tương lai cũng như về tự học và nghiên cứu khoa học - Hệ thống kỹ năng, kỹ xảo là một thành phần quan trọng của nội dung dạy học đại học. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 16 Ngay khi còn ngồi trên ghế nhà trƣờng, ngƣời sinh viên nào cũng phải nắm đƣợc hệ thống những kỹ năng, kỹ xảo cần thiết trên cơ sở hệ thống những tri thức đã nắm vững đƣợc. Nhờ đó, họ sẽ có thể tiến hành tự học, nghiên cứu khoa học và đặc biệt là có thể tiến hành hoạt động nghề nghiệp trong tƣơng lai đạt hiệu quả cao. - Hệ thống kỹ năng, kỹ xảo phải đảm bảo đƣợc các yêu cầu sau: + Phải sao cho phù hợp và đáp ứng đƣợc yêu cầu của các hoạt động nghề nghiệp cơ bản. + Chúng cần đƣợc xác định rõ ràng, cụ thể. + Chúng phải đƣợc sinh viên nắm đƣợc một cách có hệ thống, có kế hoạch, có cơ sở khoa học. c. Hệ thống những kinh nghiệm hoạt động sáng tạo - Hệ thống những kinh nghiệm hoạt động sáng tạo biểu hiện dƣới dạng những quy trình trí tuệ trong việc giải quyết những tình huống, những bài toán, những vấn đề chƣa có đáp số, chƣa có lời giải đã soạn sẵn. - Hoạt động sáng tạo có những đặc trƣng cơ bản sau: + Tự lực chuyển tri thức và kỹ năng vào tình huống mới. + Nhìn thấy vấn đề mới trong tình huống quen thuộc. + Nhìn thấy cấu trúc, chức năng mới của đối tƣợng. + Tự lực phối hợp các phƣơng pháp hoạt động quen thuộc thành những cách thức mới mẻ để giải quyết vấn đề. + Xây dựng cách giải quyết vấn đề hoàn toàn mới mẻ. Hoạt động nghề nghiệp với những kinh nghiệm sáng tạo sẽ dễ dàng thích nghi đƣợc với những biến động luôn luôn nảy sinh của bản thân nghề nghiệp nói riêng và của hoàn cảnh kinh tế xã hội nói chung. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 17 d. Hệ thống những qui phạm về thái độ, xúc cảm đối với tự nhiên, xã hội, đối với người khác và đối với bản thân Đây chính là cơ sở của niềm tin, lý tƣởng, phẩm chất đạo đức cần có của những ngƣời cán bộ khoa học, kỹ thuật, cán bộ quản lý, nghiệp vụ tƣơng lai [5], [11], [22]. 1.1.5. Phƣơng pháp dạy học đại học 1.1.5.1. Định nghĩa phƣơng pháp dạy học đại học Phƣơng pháp dạy học đại học là tổng hợp các cách thức hoạt động tƣơng tác đƣợc điều chỉnh của giảng viên và sinh viên, trong đó hoạt động dạy là chủ đạo, hoạt động học là tự giác, tích cực, tự lực và sáng tạo, nhằm thực hiện tốt các nhiệm vụ dạy học ở đại học, góp phần đào tạo đội ngũ cán bộ khoa học, kỹ thuật, cán bộ quản lý, nghiệp vụ có trình độ đại học. 1.1.5.2. Các đặc điểm cơ bản của phƣơng pháp dạy học đại học - Phƣơng pháp DH ĐH gắn liền với ngành nghề đào tạo ở trƣờng đại học. - Phƣơng pháp DH ĐH gắn liền với thực tiễn xã hội, thực tiễn cuộc sống và sự phát triển của khoa học, công nghệ. - Phƣơng pháp dạy học đại học ngày càng tiếp cận với phƣơng pháp nghiên cứu khoa học. - Phƣơng pháp DH ĐH có tác dụng phát huy cao độ tính tự giác, tích cực, độc lập và sáng tạo của sinh viên. - Phƣơng pháp DH ĐH phong phú, đa dạng, nó thay đổi tuỳ theo trƣờng đại học, đặc điểm của bộ môn điều kiện, phƣơng tiện dạy học, đặc điểm nhân cách của giảng viên và sinh viên. - Phƣơng pháp DH ĐH ngày càng gắn liền với các thiết bị và các phƣơng tiện dạy học hiện đại [5], [11], [22]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 18 Bảng 1.2 Hệ thống các phƣơng pháp dạy học chung ở đại học Kiểu phƣơng pháp Nhóm phƣơng pháp Các phƣơng pháp cụ thể Thầy Trò Thông báo Tái hiện Dùng lời và chữ - Thuyết trình - Vấn đáp - Sử dụng sách, tài liệu Giải thích Tìm kiếm bộ phận Trực quan - Trình bày trực quan - Trình bày thí nghiệm - Sử dụng băng ghi âm, ghi hình Nêu vấn đề Nghiên cứu Hành động thực tiễn - Quan sát - Độc lập làm thí nghịêm - Luyện tập - Ôn tập 1.2. THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ĐỐI VỚI QUÁ TRÌNH DẠY HỌC ĐẠI HỌC 1.2.1. Thí nghiệm vật lí, các đặc điểm của thí nghiệm vật lí 1.2.1.1. Thí nghiệm vật lí Thí nghiệm vật lí là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con ngƣời vào các đối tƣợng 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 đƣợc tri thức mới. 1.2.1.2. Đặc điểm của thí nghiệm Vật lí Thí nghiệm Vật lí có một số đặc điểm cơ bản sau: - Các điều kiện của thí nghiệm phải đƣợc lựa chọn và đƣợc thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời đƣợc câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra đƣợc giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. - Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành cần đƣợc xác định rõ: đối tƣợng cần nghiên cứu; phƣơng tiện gây tác động lên đối tƣợng cần nghiên cứu và phƣơng tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 19 - Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi đƣợc để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lƣợng, trong khi các đại lƣợng khác giữ không đổi. - Các điều kiện của thí nghiệm phải đƣợc khống chế, kiểm soát đúng nhƣ dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thƣờng xuyên các yếu tố của đối tƣợng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hƣởng của các nhiễu. - Đặc điểm đặc biệt quan trọng của thí nghiệm là tính có thể quan sát đƣợc các biến đổi của đại lƣợng nào đó do sự biến đổi của đại lƣợng khác. Điều này đạt đƣợc nhờ các giác quan của con ngƣời và sự hỗ trợ của các phƣơng tiện quan sát, đo đạc. - Có thể lặp lại thí nghiệm. Tức là, với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm nhƣ nhau thì khi bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tƣợng, quá trình Vật lí phải diễn ra trong thí nghiệm giống nhƣ ở các lần thí nghiệm trƣớc đó [9], [15]. 1.2.2. Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học Vật lí 1.2.2.1. Theo quan điểm lý luận nhận thức Chức năng của thí nghiệm trong mỗi giai đoạn nhận thức phụ thuộc vào vốn hiểu biết của con ngƣời về đối tƣợng cần nghiên cứu. Trong dạy học Vật lí, thí nghiệm có các chức năng sau: - Thí nghiệm là phƣơng tiện của việc thu nhận tri thức Khi NH hoàn toàn chƣa có hoặc có ít hiểu biết về đối tƣợng cần nghiên cứu thì thí nghiệm đƣợc sử dụng nhƣ là một phƣơng tiện phân tích hiện thực khách quan và thông qua quá trình thiết lập đối tƣợng nghiên cứu một cách chủ quan: thiết kế phƣơng án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả quan sát, đo đạc đƣợc từ thí nghiệm để từ đó thu nhận những kiến thức đầu tiên về đối tƣợng cần nghiên cứu. - Thí nghiệm là phƣơng tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu đƣợc Trong nhiều trƣờng hợp, kết quả thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của tri thức đã biết, đòi hỏi phải đƣa ra giả thuyết khoa học mới và phải kiểm tra nó ở các thí nghiệm khác. Nhờ vậy, ngƣời ta sẽ thu đƣợc những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các tri thức đã biết trƣớc đó nhƣ là những trƣờng hợp riêng, trƣờng hợp giới hạn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 20 - Thí nghiệm là phƣơng tiện của việc vận dụng tri thức đã thu đƣợc vào thực tiễn Trong việc vận dụng các tri thức lý thuyết vào việc thiết kế, chế tạo các thiết bị kỹ thuật, ngƣời ta thƣờng gặp nhiều khó khăn do tính trừu tƣợng của tri thức cần sử dụng, tính phức tạp chịu sự chi phối bởi nhiều định luật của các thiết bị cần chế tạo hoặc do lý do về mặt kinh tế hay những nguyên nhân về mặt an toàn. Khi đó thí nghiệm đƣợc sử dụng nhƣ một phƣơng tiện tạo cơ sở cho việc vận dụng các tri thức đã thu đƣợc vào thực tiễn. - Thí nghiệm là một bộ phận của các phƣơng pháp nhận thức Vật lí Thí nghiệm đặc biệt đóng vai trò quan trọng ở các phƣơng pháp nhận thức phổ biến trong nghiên cứu Vật lí (phƣơng pháp thực nghiệm và phƣơng pháp mô hình). Phƣơng pháp thực nghiệm gồm 4 giai đoạn: + Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời + Đề xuất giả thuyết + Từ giả thuyết, dùng suy luận lôgic để rút ra hệ quả có thể kiểm tra bằng thí nghiệm + Xây dựng và thực hiện phƣơng án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả đã rút ra. Nếu kết quả thí nghiệm phù hợp với hệ quả đã rút ra thì giả thuyết là chân thực, nếu không phù hợp thì phải đề xuất giả thuyết mới. Nhƣ vậy, thí nghiệm đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối của phƣơng pháp thực nghiệm. Phƣơng pháp mô hình gồm 4 giai đoạn: + Thu thập các thông tin về đối tƣợng gốc. Ở giai đoạn này các thông tin về đối tƣợng gốc thƣờng đƣợc thu thập nhờ thí nghiệm, qua thí nghiệm ta có thể loại bỏ những yếu tố không quan tâm, tìm ra các thuộc tính, các mối quan hệ bản chất của đối tƣợng gốc, đƣa ra đƣợc mô hình phản ánh các mối quan hệ chính mà ta quan tâm. + Xây dựng mô hình. Từ thông tin thu đƣợc về đối tƣợng gốc ta tiến hành loại bỏ những yếu tố không quan tâm, tác động lên đối tƣợng, bố trí dụng cụ quan sát… + Thao tác trên mô hình để suy ra các hệ quả lý thuyết. Tiến hành thu thập và xử lý số liệu, tìm các mối quan hệ bản chất của đối tƣợng gốc. Nếu mô hình là vật chất ngƣời ta sẽ phải tiến hành các thí nghiệm thực với nó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 21 + Kiểm tra hệ quả trên đối tƣợng gốc. Trong giai đoạn này, thông qua thí nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu đƣợc từ mô hình với những kết quả thu đƣợc trên vật gốc ta kiểm tra đƣợc tính đúng đắn của mô hình và rút ra giới hạn áp dụng của mô hình. 1.2.2.2. Theo quan điểm của lý luận dạy học - Thí nghiệm có thể đƣợc sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học: đề xuất vấn đề cần nghiên cứu; hình thành kiến thức, kỹ năng mới; củng cố kiến thức, kỹ năng đã thu đƣợc và kiểm tra; đánh giá kiến thức, kỹ năng của NH. Việc sử dụng thí nghiệm để tạo tình huống có vấn đề đặc biệt có hiệu quả trong giai đoạn đề xuất vấn đề cần nghiên cứu. Các thí nghiệm đƣợc sử dụng để tạo tình huống có vấn đề thƣờng là các thí nghiệm đơn giản, tốn ít thời gian chuẩn bị và tiến hành. Trong giai đoạn hình thành kiến thức mới, thí nghiệm cung cấp một cách có hệ thống các cứ liệu thực nghiệm, để từ đó khái quát hoá quy nạp, kiểm tra đƣợc tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả lôgic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới. Thí nghiệm có thể đƣợc sử dụng một cách đa dạng trong quá trình củng cố (ôn tập, đào sâu, mở rộng, hệ thống hoá và vận dụng) kiến thức, kỹ năng của NH. Những thí nghiệm loại này đƣợc tiến hành ngay ở mỗi bài học nghiên cứu tài liệu mới, trong các bài học dành cho việc luyện tập, các tiết ôn tập và các giờ thí nghiệm thực hành sau mỗi chƣơng, trong các giờ ngoại khoá hay thậm chí khi NH ở nhà. Thí nghiệm là phƣơng tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng của NH. Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của NH trong quá trình thí nghiệm (thiết kế phƣơng án thí nghiệm, dự đoán hoặc giải thích hiện tƣợng thí nghiệm, quá trình Vật lí diễn ra trong thí nghiệm, lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm cần thiết, lắp ráp các dụng cụ và bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lý kết quả thí nghiệm...), NH sẽ chứng tỏ không những kiến thức về sự kiện mà cả kiến thức về phƣơng pháp, không những kiến thức mà cả kỹ năng của mình. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 22 Để kiểm tra, đánh giá mức độ nắm vững kiến thức và kỹ năng của NH, GV có nhiều cách thức sử dụng thí nghiệm với nhiều mức độ yêu cầu khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp; từ việc cho NH quan sát thí nghiệm rồi nhận xét đến việc cho NH trực tiếp tiến hành các thí nghiệm rồi trả lời một số câu hỏi nhất định. Mức độ tự lực của NH trong quá trình thí nghiệm cũng có thể khác nhau, từ việc tiến hành thí nghiệm theo bảng hƣớng dẫn chi tiết cho sẵn đến việc NH hoàn toàn tự lực trong tất cả các giai đoạn của thí nghiệm. - Thí nghiệm là phƣơng tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của NH. Thí nghiệm là phƣơng tiện để nâng cao chất lƣợng kiến thức và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo về Vật lí của NH. Bởi vì, thí nghiệm luôn có mặt trong quá trình nghiên cứu các hiện tƣợng, quá trình Vật lí, soạn thảo khái niệm, định luật Vật lí, xây dựng các thuyết Vật lí, đề cập các ứng dụng trong sản xuất và đời sống của các kiến thức đã học. Do thí nghiệm Vật lí là một bộ phận của các phƣơng pháp nhận thức Vật lí, nên mối quan hệ với các quá trình thí nghiệm, NH sẽ đƣợc làm quen và vận dụng có ý thức các phƣơng pháp nhận thức này. Các kiến thức về phƣơng pháp mà NH lĩnh hội có ý nghĩa quan trọng, nó vƣợt khỏi giới hạn môn Vật lí. Thí nghiệm là phƣơng tiện kích thích hứng thú học tập Vật lí, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của NH. Thí nghiệm là phƣơng tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dƣỡng các phẩm chất đạo đức của NH. - Thí nghiệm là phƣơng tiện đơn giản hoá và trực quan trong dạy học Vật lí. Nhờ thí nghiệm ta có thể nghiên cứu các hiện tƣợng, các quá trình xảy ra trong những điều kiện có thể khống chế đƣợc, thay đổi đƣợc, có thể quan sát, đo đạc đơn giản hơn, dễ dàng hơn để đi tới nhận thức đƣợc nguyên nhân của mỗi hiện tƣợng và mối quan hệ có tính quy luật giữa chúng với nhau. Thí nghiệm là phƣơng tiện trực quan giúp NH nhanh chóng thu đƣợc những thông tin chân thực về các hiện tƣợng quá trình Vật lí. Kiểu thí nghiệm này đặc biệt phát huy tác dụng trong dạy học Vật lí có sử dụng phƣơng pháp mô hình [9], [15]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 23 1.2.3. Thí nghiệm thực hành vật lí đại cƣơng * Thí nghiệm thực hành vật lí đại cƣơng là một phần quan trọng của môn vật lí đại cƣơng ở chƣơng trình học trong giai đoạn đầu của sinh viên các trƣờng đại học và cao đẳng. Đây là loại thí nghiệm ngƣời học thực hiện trong phòng thí nghiệm, trong đó ngƣời học phải phát huy tối đa tính tích cực, tự lực của bản thân.. Với loại hình thí nghiệm này, ngƣời học sẽ dựa vào tài liệu hƣớng dẫn đã in sẵn mà tiến hành thí nghiệm, rồi viết báo cáo thí nghiệm. Thí nghiệm thực hành vật lí có thể có nội dung định tính hay định lƣợng, song chủ yếu là kiểm nghiệm lại các hiện tƣợng, định luật, định lý , các quy tắc, đo các đại lƣợng vật lí, nghiên cứu cấu tạo, vận chuyển của các cơ chế máy móc kỹ thuật, đồng thời biết đánh giá chính xác kết quả của phép đo. Thí nghiệm thực hành vật lí không những góp phần hình thành kiến thức mà còn góp phần rèn cho ngƣời học tác phong thực nghiệm khoa học, góp phần xây dựng phƣơng pháp nghiên cứu khoa học cần thiết cho ngƣời làm công tác trong các ngành khoa học kỹ thuật. Do đƣợc tiến hành sau khi ngƣời học đã có những kiến thức lý thuyết về bài thí nghiệm nên thí nghiệm thực hành vật lí thƣờng có nội dung phong phú, thời gian dành cho mỗi bài thí nghiệm thực hành thƣờng là 3 tiết và đòi hỏi thiết bị hoàn chỉnh về mọi phƣơng diện. Với loại thí nghiệm này, ngƣời học phải tự lực thực hiện các giai đoạn của quá trình thí nghiệm, thực hiện nhiều thao tác, tiến hành nhiều phép đo, xử lí nhiều số liệu định lƣợng mới rút ra các kết luận cần thiết. Tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu mà thí nghiệm thực hành có thể đƣợc tổ chức dƣới một trong hai hình thức sau: Thí nghiệm thực hành đồng loạt ( tất cả các nhóm sinh viên tiến hành những thí nghiệm nhƣ nhau với dụng cụ giống nhau theo cùng một mục đích) hoặc thí nghiệm thực hành cá thể với nhiều phƣơng án khác nhau: các nhóm tiến hành về những đề tài khác nhau với những dụng cụ khác nhau nhằm đạt đƣợc những mục đích khác nhau, về cùng một đề tài theo cùng một mục đích nhƣng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 24 với các dụng cụ (phƣơng pháp đo) khác nhau hoặc cùng về cùng một đề tài với cùng một dụng cụ nhƣng nhằm giải quyết các nhiệm vụ khác nhau. * Thí nghiệm thực hành vật lí đại cƣơng là loại thí nghiệm mà sinh viên phải học trong chƣơng trình đào tạo Đại học ở năm thứ nhất hoặc thứ hai sau khi đã học xong chƣơng trình vật lí đại cƣơng. Mục đích của quá trình này là giúp cho sinh viên: - Hiểu sâu hơn những hiện tƣợng, định luật, định lý trong lý thuyết vật lí; Kết hợp lý thuyết và thực hành. - Nắm đƣợc một số phƣơng pháp đo, dụng cụ đo các đại lƣợng vật lí cơ bản, biết cách tiến hành các phép đo các đại lƣợng vật lí, đồng thời biết đánh giá chính xác kết quả của phép đo. - Rèn luyện tác phong thực nghiệm khoa học, góp phần xây dựng phƣơng pháp nghiên cứu khoa học cần thiết cho ngƣời làm công tác trong ngành khoa học kỹ thuật. - Là cơ sở của các thí nghiệm chuyên ngành khác * Thí nghiệm thực hành vật lí thƣờng đƣợc thể hiện ở ba mức độ sau đây: - Thí nghiệm nhằm củng cố tri thức đã học. - Thí nghiệm vận dụng nhằm tập di chuyển tri thức, kỹ năng, kỹ xảo từ tình huống quen thuộc vào tình huống mới, từ kiến thức này sang kiến thức khác, từ bộ môn này sang bộ môn khác. - Thí nghiệm nghiên cứu nhằm vận dụng toàn diện tri thức, kỹ năng, kỹ xảo từ tình huống khác nhau, gắn liền với nghề nghiệp tƣơng lai của sinh viên. * Theo nghĩa rộng thí nghiệm đƣợc coi là hình thức thực hành bộ môn hoặc liên môn. Hình thức này giúp sinh viên rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo trong phòng thí nghiệm, trong thực tiễn cuộc sống … * Thực tiễn dạy học cho thấy rằng muốn thí nghiệm mang lại hiệu quả cần chú ý tới các yêu cầu sau: - Phải có mục đích yêu cầu rõ ràng. - Phải nắm vững lý thuyết rồi mới thí nghiệm. - Phải có hệ thống từ nội dung đến phƣơng pháp tổ chức thí nghiệm [4], [9], [11], [22]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 25 1.2.4. Nội dung, hình thức tổ chức hƣớng dẫn thí nghiệm thực hành 1.2.5.1. Giai đoạn chuẩn bị thí nghiệm thực hành a. Đối với giáo viên - Cần tìm hiểu kỹ nội dung bài thí nghiệm thực hành trong tài liệu để xác định rõ ràng các nhiệm vụ giao cho sinh viên và cách thức kiểm tra, đánh giá việc thực hiện các nhiệm vụ đó. - Chuẩn bị đầy đủ và kiểm tra chất lƣợng từng dụng cụ cần thiết cho mỗi nhóm sinh viên. - Phải làm thử tất cả các thí nghiệm trong bài thí nghiệm thực hành để dự kiến những khó khăn mà sinh viên có thể gặp phải trong khi làm thí nghiệm và cách thức hƣớng dẫn, giúp đỡ sinh viên vƣợt qua những khó khăn đó. - Nếu thấy cần thiết có thể điều chỉnh nội dung, yêu cầu bài thí nghiệm thực hành trong tài liệu sao cho phù hợp với điều kiện thiết bị của trƣờng. b. Đối với sinh viên Để sinh viên thực hiện bài thí nghiệm thực hành có hiệu quả, yêu cầu sinh viên chuẩn bị ở nhà những công việc sau: - Nghiên cứu nội dung bài thí nghiệm thực hành trong tài liệu hƣớng dẫn chuẩn bị sẵn bảng ghi kết quả số liệu thu thập đƣợc. Trong đó nội dung bài thực hành gồm những phần chính sau: + Mục đích thí nghiệm: nêu các mục tiêu cụ thể cần phải đạt đƣợc sau khi thí nghiệm + Cơ sở lý thuyết: nêu những điểm chính về nội dung kiến thức đã biết sẽ đƣợc vận dụng trong bài thí nghiệm thực hành + Dụng cụ thí nghiệm: liệt kê những dụng cụ cần sử dụng + Tiến trình thí nghiệm: cách lắp ráp dụng cụ có sơ đồ kèm theo, trình tự các thao tác thí nghiệm, các phép đo, bảng số liệu cần htu thập + Xử lí kết quả thí nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 26 + Kết luận + Báo cáo thí nghiệm Thông thƣờng bài báo cáo thí nghiệm không yêu cầu sinh viên nêu lại tiến trình thí nghiệm, các thao tác thí nghiệm đã thực hiện mà chỉ trình bày các kết quả quan sát, đo đạc, tính toán, kết luận rút ra và trả lời những câu hỏi nhằm đào sâu, mở rộng nội dung bài thí nghiệm thực hành, nêu nguyên nhân của sai số và cách khắc phục. - Tự tìm kiếm hoặc tự làm những dụng cụ đơn giản theo chỉ dẫn trong bài thí nghiệm thực hành (nếu có) 1.2.5.2. Giai đoạn ngƣời học làm thí nghiệm Các yêu cầu trong việc tổ chức và hƣớng dẫn hoạt động tự lực của sinh viên trong thí nghiệm thực hành - Phân nhóm thí nghiệm và bố trí các bàn thí nghiệm thực hành - Vào đầu buổi thí nghiệm thực hành, giáo viên cần tiến hành những công việc sau: kiểm tra sự chuẩn bị bài ở nhà của sinh viên thông qua các câu hỏi, hƣớng dẫn sử dụng các dụng cụ mà sinh viên chƣa đƣợc làm quen, nhất là những dụng cụ phức tạp, dễ hỏng, có thể gây nguy hiểm nhƣ các dụng cụ đo điện, nguồn điện, nguồn sáng… và cùng lớp thảo luận, giải đáp thắc mắc của sinh viên. - Trong lúc các nhóm thí nghiệm thực hiện công việc, giáo viên cần theo dõi, giúp đỡ kịp thời khi sinh viên gặp khó khăn, mắc sai sót để sinh viên sử dụng đúng qui tắc các dụng cụ, ghi lại đầy đủ, chính xác, trung thực các hiện tƣợng quan sát đƣợc, các kết quả đo đạc, trình bày các kết quả dƣới dạng biểu bảng, đồ thị, câu kết luận một cách ngắn gọn, rõ ràng theo nội dung mẫu báo cáo đã chuẩn bị - Sau khi sinh viên làm xong thí nghiệm, cần yêu cầu sinh viên tháo rời các chi tiết đã lắp ráp, sắp xếp các dụng cụ gọn gàng nhƣ lúc đầu. - Tuỳ theo nội dung bài thí nghiệm thực hành mà giáo viên có thể yêu cầu sinh viên nộp ngay báo cáo thí nghiệm tại lớp hoặc cho về nhà hoàn chỉnh tiếp, nộp sau. - Kiểm tra đánh giá Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 27 Đƣợc thực hiện thông qua bài chuẩn bị ở nhà, thực tế tiến hành thí nghiệm trên lớp và kết quả của bài báo cáo thí nghiệm [9], [15]. 1.3. CHẤT LƢỢNG THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÍ 1.3.1. Khái niệm chất lƣợng Theo từ điển tiếng Việt phổ thông: “chất lượng là tổng thể những tính chất, thuộc tính cơ bản của sự vật (sự việc) … làm cho sự vật (sự việc) này phân biệt với sự vật ( sự việc) khác”. Theo Oxford Poket Dictionnary: “ chất lượng là mức hoàn thiện, là đặc trưng so sánh hay đặc trưng tuyệt đối, dấu hiệu đặc thù, các dữ liệu các thông số cơ bản”. Theo TCVN ISO 8402: “ chất lượng là tập hợp các đặc tính của một thực thể (đối tượng), đó là khả năng thoả mãn những nhu cầu đã nêu ra hoặc nhu cầu tiềm ẩn”. Theo tiêu chuẩn Pháp NFX 50-109: “ chất lượng là tiềm năng của một sản phẩm hay dịch vụ nhằm thoả mãn nhu cầu người sử dụng ”. Nhƣ vậy, các quan niệm về chất lƣợng tổng quát tuy có khác nhau nhƣng đều có chung một ý tƣởng: chất lượng là sự thoả mãn một yêu cầu nào đó hay chất lượng là sự trùng khớp với mục đích. Trong đào tạo, chất lượng đào tạo được đánh giá qua mức độ đạt được mục tiêu đào tạo đã đề ra đối với một chương trình đào tạo. 1.3.2. Các yếu tố tạo nên chất lƣợng thực hành vật lí Chất lƣợng thực hành vật lí nói riêng và chất lƣợng đào tạo nói chung thể hiện chính qua năng lực của ngƣời đƣợc đào tạo, sau khi hoàn thành chƣơng trình đào tạo. Năng lực này theo chúng tôi bao hàm bốn thành tố sau: - Khối lƣợng, nội dung và trình độ kiến thức đƣợc đào tạo. - Kỹ năng, kỹ xảo đƣợc đào tạo (Bắt chƣớc, thao tác, chuẩn hoá, phối hợp, tự động hoá) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 28 - Năng lực nhận thức và năng lực tƣ duy đƣợc đào tạo (năng lực: biết, hiểu, áp dụng, phân tích, tổng hợp, đánh giá, chuyển giao, sáng tạo) - Năng lực xã hội đƣợc đào tạo (khả năng hợp tác, khả năng thuyết phục, khả năng quản lý) 1.3.3. Các tiêu chí đánh giá chất lƣợng thực hành vật lí Để đánh giá chất lƣợng đào tạo nói chung, chất lƣợng thực hành vật lí nói riêng thì thực tế có rất nhiều tiêu chí, và các cách đánh giá cũng chỉ có tính chất tƣơng đối. Ở đây chúng tôi đƣa ra một số các tiêu chí cơ bản để đánh giá chất lƣợng thực hành vật lí: * Về nội dung kiến thức: - Sinh viên phải nắm đƣợc các kiến thức lí thuyết đã học đƣợc áp dụng trong bài thực hành làm cơ sở lý thuyết. - Dùng kiến thức lý thuyết đã học để trả lời các câu hỏi có liên quan đến bài thực hành. - Nắm đƣợc các kết quả lý thuyết từ đó so sánh với kết quả thực nghiệm. - Trên cơ sở lý thuyết đã học có thể đề xuất các phƣơng án thí nghiệm khác. * Về thái độ - Ý thức chuẩn bị bài ở nhà. - Tập trung, chú ý, tự giác, tự lực, tích cực trong quá trình làm thí nghiệm. - Sáng tạo trong quá trình làm thí nghiệm. * Về kỹ năng, kỹ xảo - Bắt chƣớc: quan sát và cố gắng lặp lại một kỹ năng nào đó. - Thao tác: tự mình hoàn thành một kỹ năng nào đó theo chỉ dẫn của giáo viên. - Chuẩn hoá: lặp lại kỹ năng nào đó một cách chính xác, nhịp nhàng, đúng đắn, thƣờng thực hiện một cách độc lập, không phải hƣớng dẫn. - Phối hợp: kết hợp nhiều kỹ năng theo thứ tự xác định một cách nhịp nhàng và ổn định. - Tự động hoá: hoàn thành một hay nhiều kỹ năng một cách dễ dàng và trở thành tự nhiên, không đòi hỏi một sự gắng sức về thể lực và trí tuệ [1], [11], [16]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 29 * Về kết quả học tập - Xử lý số liệu thu đƣợc qua phần thực hành. -Đƣa ra những kết luận cần thiết về bài thực hành. - Viết báo cáo thí nghiệm. 1.4. THỰC TRẠNG CỦA VIỆC THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở TRƢỜNG ĐHKTCNTN 1.4.1. Về thiết bị thí nghiệm Theo thống kê thiết bị của phòng thí nghiệm vật lí từ năm 2008 đến 2010 Số bộ thí nghiệm đƣợc trang bị là 20 (mỗi bài 01 bộ thí nghiệm) Trong đó: bố trí thí nghiệm 07 bộ Hiện nay: 02 bộ hỏng 01 bộ không đồng bộ 01 bộ hoạt động không ổn định. Nhận xét: Số thiết bị đƣợc trang bị nhiều nhƣng mỗi bài thí nghiệm chỉ có một bộ dụng cụ nên khi hỏng hoặc hoạt động không ổn định thì không có thiết bị thay thế. 1.4.2. Về nội dung các bài thí nghiệm Hiện nay số bài thực hành thí nghiệm vật lí là 07. Tài liệu hƣớng dẫn thí nghiệm đƣợc biên soạn lại trên cơ sở tài liệu của viện vật lí kỹ thuật của Đại học Bách khoa Hà Nội (Thiết bị thí nghiệm mua của viện vật lí kỹ thuật của trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội). Các bài thí nghiệm thực hành vật lí: Bài 1: Sai số của phép đo các đại lƣợng vật lí. Bài 2: Cân khối lƣợng của vật trên cân kỹ thuật- Đo kích thƣớc và xác định thể tích của vật bằng panme, thƣớc kẹp. Bài 3: Xác định gia tốc trọng trƣờng bằng con lắc thuận nghịch. Bài 4: Xác định nhiệt dung phân tử Cp/Cv. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 30 Bài 5: Đo điện trở bàng mạch cầu Wheaston. Đo suất điện động bằng mạch xung đối. Bài 6: Khảo sát giao thoa khe Young dùng tia Laser xác định bƣớc sóng ánh sáng. Bài 7: Xác định nhiệt độ Curie của sắt từ. Nhận xét: - Tài liệu hƣớng dẫn thí nghiệm chỉ nêu trình tự thí nghiệm mà chƣa hƣớng dẫn cụ thể việc thực hiện từng bƣớc thí nghiệm dẫn tới sinh viên gặp khó khăn trong quá trình tự nghiên cứu tài liệu. - Một số bài thí nghiệm không đƣợc thực hiện khi dụng cụ hỏng, không đƣợc thay thế. 1.4.3. Về việc hƣớng dẫn tổ chức thí nghiệm 1.4.3.1. Bài và nhóm thí nghiệm Khi thống kê về các bài thí nghiệm, chúng tôi coi mỗi bài thí nghiệm chỉ gồm một đề tài thí nghiệm trọn vẹn. Việc hình thành một bài thí nghiệm từ trƣớc đến nay chƣa có một cơ sở nhất quán, chủ yếu chỉ dựa vào quĩ thời gian dành cho một buổi thực hành là chính. Hiện nay, đối với phần thí nghiệm vật lí đại cƣơng của trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, sinh viên phải đi thí nghiệm 03 buổi, mỗi buổi thực hành 06 tiết. Một buổi thí nghiệm gồm 02 nhóm (30-40 sinh viên). Với quĩ thời gian đó và trên cơ sở tính toán sao cho SV đƣợc nghiên cứu trọn vẹn một số vấn đề cụ thể trong một buổi thực hành nên các bài thí nghiệm đều đƣợc xây dựng từ yêu cầu nghiên cứu các đề tài thí nghiệm cơ bản nhất, điển hình cho từng học phần lý thuyết. 1.4.3.2. Hƣớng dẫn tổ chức thí nghiệm - Sinh viên nghiên cứu tài liệu hƣớng dẫn thí nghiệm ở nhà. Đầu buổi thực hành, giáo viên kiểm tra sự chuẩn bị của sinh viên: kiểm tra một phần kiến thức trong bài chuẩn bị đó. SV nắm vững lý thuyết, mục đích yêu cầu, các thao tác tiến hành thí nghiệm mới đƣợc vào thực hành. Ngƣợc lại sẽ không đƣợc vào làm buổi thí nghiệm hôm đó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 31 - Trong khi SV thực hành, giáo viên thƣờng xuyên đến từng nhóm kiểm tra, giúp đỡ sịnh viên. Yêu cầu sinh viên ghi những thông tin cần thiết vào vở. - Cuối buổi thí nghiệm, giáo viên kí vào vở ghi số liệu của sinh viên. - Sau khi kết thúc cả 03 buổi thí nghiệm, SV viết báo cáo ở nhà và nộp cho giáo viên để đánh giá. - Mỗi buổi thực hành, từng nhóm bàn giao dụng cụ thí nghiệm cho giáo viên trƣớc khi ra về. 1.4.4. Về việc thực hành của sinh viên - Nhiều SV chƣa tự giác nghiên cứu tài liệu trƣớc ở nhà nên không nắm đƣợc mục đich, cơ sở lí thuyết của bài thí nghiệm, lúng túng khi tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu. - Số SV/nhóm thí nghiệm đông, dẫn tới nhiều sinh viên không trực tiếp đƣợc làm thí nghiệm mà chỉ theo dõi và ghi kết quả. Mặt khác, nhiều sinh viên có tinh thần tích cực học hỏi, muốn tìm hiểu sâu về kiến thức cũng nhƣ kỹ năng thí nghiệm thì lại không có điều kiện. Theo điều tra của chúng tôi đối với sinh viên (Phiếu phỏng vấn SV xem ở phần phụ lục), kết quả thu đƣợc là: +Về việc đọc tài liệu hƣớng dẫn trƣớc buổi thí nghiệm: 58,3% sinh viên thỉnh thoảng có đọc tài liệu; 5% sinh viên không bao giờ đọc tài liệu. + Khi thực hành thí nghiệm: 13,3% không bao giờ tiến hành thí nghiệm; 45% luôn luôn tham gia làm thí nghiệm; Số còn lại thỉnh thoảng có tiến hành thí nghiệm. + Khi viết báo cáo thí nghiệm: 6,7% chép lại toàn bộ báo cáo của bạn khác; 36,7% lấy số liệu của bạn trong nhóm rồi về viết báo cáo. + Bài thí nghiệm tự chọn 91,7% SV cho rằng nên có thêm các bài tự chọn. 1.4.5. Về việc kiểm tra đánh giá Hiện nay, chúng tôi đánh giá chủ yếu là dựa vào bài báo cáo thí nghiệm của sinh viên: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 32 - Cách lắp ráp tiến hành thí nghiệm - Các kết quả thí nghiệm thu đƣợc sau buổi thực hành - Xử lí số liệu, báo cáo kết quả thí nghiệm. Giáo viên chấm các bài báo cáo thí nghiệm lấy điểm tổng kết. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 Để giải quyết các vấn đề đặt ra trong luận văn, trong phần này chúng tôi đã nghiên cứu tổng hợp các cơ sở lý luận phục vụ cho mục đích, nội dung đề tài. Các cơ sở lý luận đã nghiên cứu là: Mục tiêu, mục đích, nhiệm vụ của dạy học ở đại học Thí nghiệm vật lí đối với quá trình dạy học đại học Chất lƣợng thực hành vật lí Thực trạng của việc thực hành vật lí Từ việc phân tích cơ sở lý luận, chúng tôi nhận thấy thí nghiệm thực hành vật lí không những góp phần hình thành kiến thức cho SV mà còn góp phần trong việc rèn luyện tác phong thực nghiệm khoa học, góp phần xây dựng phƣơng pháp nghiên cứu khoa học cần thiết cho ngƣời làm công tác trong ngành khoa học kỹ thuật. Chính vì vậy, nhằm góp phần nâng cao chất lƣợng thực hành thí nghiệm vật lí cho SV trƣờng ĐHKTCN-ĐHTN, chúng tôi nghiên cứu theo hƣớng lựa chọn một chƣơng trình thí nghiệm vật lí phù hợp với mục tiêu đào tạo; hoàn thiện nội dung các bài thí nghiệm để tạo điều kiện thuận lợi cho SV khi nghiên cứu tài liệu ở nhà và đổi mới phƣơng pháp tổ chức, hƣớng dẫn thí nghiệm cho SV. Tất cả những vấn đề đó sẽ đƣợc chúng tôi trình bày ở chƣơng 2. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 33 Chƣơng 2 LỰA CHỌN CHƢƠNG TRÌNH, HOÀN THIỆN NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP TỔ CHỨC THỰC HÀNH MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM VẬT LÍ ĐẠI CƢƠNG CHO SV TRƢỜNG ĐHKTCN- ĐHTN 2.1. LỰA CHỌN CHƢƠNG TRÌNH 2.1.1. Cơ sở lựa chọn chƣơng trình - Căn cứ vào mục tiêu đào tạo SV của trƣờng ĐHKTCN: chất lƣợng đào tạo Đại học và sau đại học đƣợc xã hội chấp nhận tiến tới đào tạo với chất lƣợng cao; kết quả nghiên cứu khoa học đƣợc ứng dụng có hiệu quả vào sản xuất và cuộc sống;… - Căn cứ vào mục tiêu bộ môn vật lí cho SV trƣờng ĐHKTCN: là môn cơ sở, tiền đề của các môn học chuyên ngành… - Căn cứ vào mục đích thí nghiệm: nắm vững kiến thức Vật lí, rèn tác phong thực nghiệm khoa học, góp phần xây dựng phƣơng pháp nghiên cứu khoa học cần thiết cho ngƣời làm công tác trong ngành khoa học kỹ thuật… - Căn cứ vào thực trạng thí nghiệm vật lí của nhà trƣờng và tham khảo chƣơng trình của các trƣờng kỹ thuật khác (Đại học Bách khoa Hà Nội, Học viện công nghệ Bƣu chính viễn thông, Đại học Công nghiệp Hà Nội,…). 2.1.2. Khung chƣơng trình Từ các căn cứ trên, chúng tôi tiến hành chọn 07 bài bắt buộc và 03 bài tự chọn STT Tên bài Thời lƣợng Ngƣời phụ trách Ghi chú 1 Bài 1: Lý thuyết phép đo và sai số 03tiết GVTH Bắt buộc 2 Bài 2: Phép đo độ dài. Thƣớc kẹp, panme 03 tiết GVTH Bắt buộc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 34 3 Bài 3: Phép đo khối lƣợng. Cân chính xác 03 tiết GVTH Bắt buộc 4 Bài 4: Xác định tỷ số nhiệt dung phân tử Cp/Cv của chất khí 03 tiết GVTH Bắt buộc 5 Bài 5: Đo điện trở bằng mạch cầu Wheaston. Đo suất điện động bằng mạch xung đối. 03 tiết GVTH Bắt buộc 6 Bài 6: Khảo sát giao thoa qua khe Young dùng tia laser. Xác định bƣớc sóng ánh sáng. 03 tiết GVTH Bắt buộc 7 Bài 7: Xác định gia tốc trọng trƣờng bằng con lắc thuận nghịch. 03 tiết GVTH Bắt buộc 8 Bài 8: Xác định điện tích riêng của electron e/m bằng phƣơng pháp Manhêtôn 03 tiết GVTH Tự chọn 9 Bài 9: Xác định điện trở và điện dung bằng mạch dao động tích phóng dùng đèn neon 03 tiết GVTH Tự chọn 10 Bài 10: Sử dụng dụng cụ đo điện. Khảo sát các mạch điện một chiều và xoay chiều 03 tiết GVTH Tự chọn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 35 2.2. HOÀN THIỆN NỘI DUNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH VẬT LÍ ĐẠI CƢƠNG 2.2.1. Cơ sở hoàn thiện nội dung - Xuất phát từ cơ sở lý luận của đề tài nhằm củng cố, nâng cao kiến thức, góp phần rèn kỹ năng thực hành cho SV. - Căn cứ nội dung chƣơng trình thí nghiệm hiện hành của trƣờng ĐHKTCN trong những năm gần đây. - Căn cứ vào việc tham khảo chƣơng trình thí nghiệm của các trƣờng kỹ thuật khác. - Căn cứ vào thực trạng của thực hành thí nghiệm vật lí đại cƣơng. Tài liệu hƣớng dẫn thí nghiệm hiện hành gồm các nội dung: dụng cụ thí nghiệm, cơ sở lý thuyết , trình tự thí nghiệm, câu hỏi kiểm tra. Tài liệu chƣa nêu đƣợc mục đích của bài thí nghiệm, các câu hỏi định hƣớng để ngƣời học có thể tự nghiên cứu tài liệu ở nhà, hƣớng dẫn cụ thể việc thực hiện từng bƣớc thí nghiệm, chƣa có những câu hỏi để ngƣời học nhận xét, giải thích kết quả thí nghiệm. Để việc thực hành thí nghiệm đạt kết quả tốt, chất lƣợng thí nghiệm đƣợc nâng cao thì đòi hỏi chúng ta phải khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm nêu trên. Ở đây chúng tôi đƣa ra việc hƣớng dẫn SV các bƣớc làm thí nghiệm cụ thể, rõ ràng, có định hƣớng cụ thể bằng hệ thống câu hỏi định hƣớng và có những kết luận cần thiết về bài thực hành bằng hệ thống câu hỏi kiểm tra. Mỗi bài thí nghiệm bao gồm những nội dung sau: - Mục đích thí nghiệm: Về kiến thức, kỹ năng; - Câu hỏi định hƣớng giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu đƣợc các kiến thức mới trong bài thực hành; - Cơ sở lý thuyết nêu những lý thuyết chung nhất liên quan tới bài thí nghiệm và các nguyên lý hoạt động của thiết bị đo; - Dụng cụ thí nghiệm; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 36 - Trình tự thí nghiệm: nêu cụ thể các bƣớc cần thực hiện và những điều cần chú ý trong quá trình làm thí nghiệm để đạt đƣợc mục đích của bài thí nghiệm; - Các kết quả thí nghiệm cần báo cáo: hƣớng dẫn sinh viên biết cách viết báo cáo thí nghiệm ngắn gọn, rõ ràng, chính xác cơ sở lý thuyết, phƣơng pháp đo, xử lý số liệu đã thực hành và biện luận kết quả tìm đƣợc; - Câu hỏi kiểm tra giúp sinh viên hiểu sâu thêm bài thực hành và tự kiểm tra kiến thức của mình. Nhận xét kết quả vừa nghiên cứu. 2.2.2. Thực trạng một số bài thí nghiệm thực hành vật lí đại cƣơng. BÀI 1: LÝ THUYẾT PHÉP ĐO VÀ SAI SỐ Mục đích, nội dung - Lý thuyết phép đo - Giới thiệu và cách xác định các loại sai số Những tồn tại của bài thí nghiệm Nêu phép đo các đại lƣợng vật lí, hệ đơn vị SI; sai số phép đo, cách xác định sai số trực tiếp, gián tiếp; bài tập mẫu và bài tập áp dụng. Tuy nhiên, chƣa nêu rõ nguyên nhân của các sai số, kết quả do sai số gây ra và đặc biệt là không nói gì đến cách khắc phục các sai số đó. Khi tính sai số trực tiếp và gián tiếp chỉ nêu công thức tính mà không chỉ ra các quy tắc tính sai số. Do vậy khi SV chứng minh công thức sai số sẽ gặp nhiều khó khăn. Cách xác định sai số của các dụng cụ đo điện không đƣợc đề cập đến, điều này sẽ dẫn đến khi SV tính sai số sẽ lúng túng. Khắc phục - Phép đo các đại lƣợng vật lí - Sai số phép đo gồm: + Sai số của phép đo các đại lƣợng vật lí: nguyên nhân, kết quả, khắc phục. + Các cách xác định sai số của phép đo: quy tắc tính sai số, một số điểm chú ý khi tính kết quả phép đo. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 37 + Quy tắc làm tròn số và viết kết quả. + Cách xác định sai số của các dụng cụ đo điện. - Bài tập mẫu và bài tập áp dụng. BÀI 2: PHÉP ĐO ĐỘ DÀI. THƢỚC KẸP, PANME. Mục đích và nội dung - Làm quen và sử dụng một số dụng cụ đo độ dài để đo trực tiếp kích thƣớc của một số vật rắn có hình dạng đối xứng. - Xác định sai số và kết quả phép đo - Thiết bị gồm: thƣớc kẹp, thƣớc panme và một số mẫu vật cần đo. - Thực hành: SV phải đo đƣợc đƣờng kính và chiều cao của mẫu vật , từ đó tính thể tích của mẫu vật. Những tồn tại của bài thí nghiệm - Không có cơ sở lý thuyết của phép đo. - Hƣớng dẫn cách đọc thƣớc không rõ ràng, không có hiệu chỉnh số “0” trƣớc khi đo vật. - Không có câu hỏi kiểm tra lại kiến thức của SV sau khi thực hành. - Không có phần yêu cầu SV nhận xét kết quả vừa nghiên cứu. Khắc phục - Mục đích cụ thể của bài thí nghiệm. - Câu hỏi định hƣớng để SV dễ dàng hơn trong quá trình tự nghiên cứu tài liệu. - Cơ sở lý thuyết của phép đo (những chú ý khi thực hiện phép đo để kết quả chính xác). - Từ cơ sở lý thyết đƣa ra những dụng cụ cần thiết phục vụ thí nghiệm. - Các bƣớc cụ thể thực hiện đo vật và có thêm phần hiệu chính số “0”. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 38 - Câu hỏi kiểm tra để SV hiểu sâu hơn bài thực hành và nhận xét kết quả vừa nghiên cứu. - Nội dung mới sẽ giúp SV dễ dàng hơn trong việc tự nghiên cứu tài liệu ở nhà và đến lớp thực hành thí nghiệm sẽ nhanh chóng, chính xác hơn. BÀI 3: PHÉP ĐO KHỐI LƢỢNG. CÂN CHÍNH XÁC Mục đích và nội dung: - Làm quen và sử dụng cân kỹ thuật để cân khối lƣợng của một vật. - Dụng cụ thí nghiệm: cân kỹ thuật, hộp quả cân, mẫu vật cần cân. - Thực hành: SV tiến hành cân một mẫu vật. Những tồn tại của bài thí nghiệm: - Các đề mục của bài thí nghiệm chƣa hợp lí: cơ sở lý thuyết nằm trong phần trình tự thí nghiệm. - Hƣớng dẫn các bƣớc thí nghiệm không rõ ràng. - Chỉ đƣa ra một phƣơng pháp cân là cân thƣờng. - Không có quy tắc cân để hƣớng dẫn SV khi thực hành. - Không có các “thủ thuật” khi tiến hành cân vật. Khắc phục: - Sắp xếp các tiêu mục rõ ràng, hợp lí: mục đích thí nghiệm, câu hỏi định hƣớng, cơ sở lý thuyết, trình tự thí nghiệm… - Đƣa thêm: những quy tắc cần chú ý khi thực hành cân - Đƣa thêm phƣơng pháp cân Menđêleep để SV có thể so sánh với phƣơng pháp cân thƣờng.Từ đó thấy ƣu, nhƣợc điểm của các phƣơng pháp cân. BÀI 4: XÁC ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ CP/CV CỦA CHẤT KHÍ Mục đích và nội dung - Xác định hằng số Poison của chất khí. - Thực hành: Xác định độ cao của cột nƣớc của quá trình giãn nở đoạn nhiệt. Những tồn tại của bài thí nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 39 - Không có mục đích thí nghiệm. - Chƣa có những câu hỏi định hƣớng cho SV. - Mẫu báo cáo để SV và xử lí số liệu không chính xác. Khắc phục - Bổ sung và sửa chữa những phần chƣa hợp lí. BÀI 5: ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG MẠCH CẦU WHEASTON. ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG BẰNG MẠCH XUNG ĐỐI Mục đích và nội dung: - Xác định điện trở bằng mạch cầu Wheaston - Xác định suất điện động bằng mạch xung đối - Thực hành: SV mắc mạch điện nhƣ trong tài liệu sau đó điều chỉnh ampe kế và nguồn điện U, dịch chuyển con trƣợt Z để xác định điện trở và suất điện động của pin Những tồn tại của bài thí nghiệm Nói chung ở bài này cơ sở lý thuyết mà tài liệu đƣa ra là khá rõ ràng. Tuy nhiên, cách bố cục bài thực hành vẫn chƣa hợp lí. Khi sử dụng dụng cụ đo điện thì không có lƣu ý, do vậy SV gặp nhiều lúng túng trong khi tiến hành thí nghiệm. Các bƣớc hƣớng dẫn thực hành cũng chƣa rõ ràng. Khắc phục Đƣa thêm vào các nội dung: - Mục đích thí nghiệm. - Câu hỏi định hƣớng. - Quy tắc dùng đồng hồ đo điện đa năng. - Cụ thể hoá các bƣớc thí nghiệm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 40 BÀI 6: KHẢO SÁT GIAO THOA QUA KHE YOUNG DÙNG TIA LASER. XÁC ĐỊNH BƢỚC SÓNG ÁNH SÁNG Mục đích và nội dung: - Khảo sát giao thoa qua khe Young dùng tia laser. Từ đó xác định bƣớc sóng ánh sáng. Đồng thời khảo sát sự phân bố cƣờng độ ánh sáng trên ảnh giao thoa qua khe Young. - Thực hành: SV xác định bề rộng của 10 khoảng vân từ đó xác định bƣớc sóng ánh sáng laser. Vẽ đồ thị phân bố cƣờng độ ánh sáng trên ảnh giao thoa qua khe Young. Những tồn tại của bài thí nghiệm - Thiết bị thí nghiệm không đồng bộ, phải mắc thêm đồng hồ đo điện đa năng làm chức năng ampe kế. - Ảnh hƣởng của ánh sáng ngoại lai là đáng kể,do vậy không thể tính đƣợc bề rộng của 10 khoảng vân. - Trình tự thí nghiệm không rõ ràng Khắc phục - Sắp xếp lại bố cục hợp lí - Hƣớng dẫn các bƣớc thí nghiệm rõ ràng, dễ hiểu - Đƣa ra phần lƣu ý khi ánh sáng ngoại lai lớn ảnh hƣởng đến kết quả thí nghiệm BÀI 7: XÁC ĐỊNH GIA TỐC TRỌNG TRƢỜNG BẰNG CON LẮC THUẬN NGHỊCH Mục đích và nội dung: - Dựa vào việc tính chu kỳ của con lắc thuận nghịch suy ra gia tốc trọng trƣờng tại nơi khảo sát. - Dụng cụ thí ngiệm: hệ thống con lắc vật lí Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 41 - Thực hành: SV tìm vị trí tại đó chu kỳ thuận bằng chu kỳ nghịch thông qua dao động của con lắc vật lí. Từ đó vẽ đồ thị tìm vị trí chính xác tại đó chu kỳ thuận bằng chu kỳ nghịch. Suy ra giá trị gia tốc trọng trƣờng. Những tồn tại của bài thí nghiệm - Không có câu hỏi chuẩn bị định hƣớng khi nghiên cứu lý thuyết. - Các bƣớc tiến hành thí ngiệm không rõ ràng, SV gặp nhiều khó khăn khi tiến hành thí nghiệm. - Không đƣa ra các lƣu ý về thời gian đo chu kỳ nhƣ thế nào là chấp nhận đƣợc để SV biết khi tiến hành thí nghiệm. Khắc phục - Đƣa ra câu hỏi định hƣớng. - Các bƣớc tiến hành cụ thể, rõ ràng. - Đƣa thêm cách khác có thể xác định đƣợc gia tốc trọng trƣờng vẫn với bộ thí nghiệm trên. Từ đó SV có thể lựa chọn đƣợc cách xác định gia tốc một cách nhanh chóng, chính xác. Trong tài liệu hiện hành có bài: Xác định nhiệt độ Curie của sắt từ, nhƣng hiện nay bộ thí nghiệm này đã hỏng, không hoạt động đƣợc nên tạm thời chúng tôi bỏ qua. Thay thế vào đó là một số bài tự chọn nhằm khắc sâu kiến thức cũng nhƣ nâng cao kỹ năng, kỹ xảo , rèn năng lực thực hành cho SV BÀI 8 XÁC ĐỊNH ĐIỆN TÍCH RIÊNG CỦA ELECTRON E/M BẰNG PHƢƠNG PHÁP MANHÊTÔN BÀI 9: XÁC ĐỊNH ĐIỆN TRỞ VÀ ĐIỆN DUNG BẰNG MẠCH DAO ĐỘNG TÍCH PHÓNG DÙNG ĐÈN NEON BÀI 10: SỬ DỤNG DỤNG CỤ ĐO ĐIỆN. KHẢO SÁT CÁC MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ XOAY CHIỀU Các bài thí nghiệm tự chọn cũng đã đƣợc biên soạn lại để phù hợp với đối tƣợng SV. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 42 2.2.3. Hoàn thiện nội dung một số bài thí nghiệm vật lí đại cƣơng Để minh họa cho những phân tích trên, phần này chúng tôi đƣa trình bày 04 bài mà chúng tôi TNSP (các bài còn lại xin xem phụ lục 2). BÀI 2: PHÉP ĐO ĐỘ DÀI. THƢỚC KẸP, PANME. I. Mục đích thí nghiệm - Hiểu nguyên tắc nâng cao độ chính xác của phép đo độ dài. - Hiểu đƣợc cấu tạo của một số dụng cụ đo độ dài có cấp chính xác cao. - Biết dùng dụng cụ đo độ dài với cấp chính xác cao. - Có kĩ năng đo, tính giá trị trung bình, ghi kết quả đo. II. Câu hỏi định hƣớng 1. Nguyên tắc nâng cao độ chính xác của dụng cụ đo 2. Cách đo một vật bằng thƣớc kẹp, thƣớc panme III. Cơ sở lý thuyết 1. Thƣớc kẹp a. Cấu tạo (Hình 2.1): Thƣớc kẹp là dụng cụ dùng đo độ dài có cấp chính xác từ 0,1  0,02. Cấu tạo của thƣớc kẹp gồm : - Thƣớc chính T trên đó có các vạch chia đều đến 1mm - Thƣớc phụ T’(gọi là du xích) có thể trƣợt dọc theo thân thƣớc chính T - Hai mỏ kẹp 1 và 2 đƣợc sử dụng để đo kích thƣớc ngoài, còn mỏ kẹp 1’ và 2’ đƣợc sử dụng để đo kích thƣớc trong của vật cần đo. Mỏ 1 và 1’ cố định cùng thƣớc chính T, còn mỏ 2 và 2’ di động cùng du xích T’, vít 3 dùng để hãm cố định du xích T’ trên thân thƣớc chính Hình 2.1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 43 - Thƣớc kẹp đƣợc thiết kế sao cho khi cạnh của mỏ 1 và 2 tiến sát vào nhau thì vạch 0 của du xích sẽ trùng khớp với vạch 0 trên thƣớc chính. - Với cấu tạo nhƣ vậy thì phần nguyên của kích thƣớc vật đo sẽ đƣợc đọc trên thƣớc chính T và phần giá trị chính xác ( phần chữ số thập phân) của kích thƣớc vật đo sẽ đƣợc đọc trên du xích T’. Giả sử n vạch trên du xích có độ dài bằng n-1 vạch trên thƣớc chính. Khi đó ta có: (n-1).a = n.b (1) Với: a: giá trị một đơn vị độ dài trên thƣớc chính b: giá trị một đơn vị độ dài trên du xích Từ (1) ta suy ra: n a ba  (  gọi là độ chính xác của thƣớc đo) Chú ý: Để nâng cao cấp chính xác của dụng cụ đo cần giảm bớt sự chênh lệch giữa giá trị một đơn vị đo độ dài trên thước chính với giá trị một đơn vị đo độ dài trên du xích. Tức là, du xích sẽ dài thêm khi muốn nâng cấp chính xác của thước đo. b. Cách đo vật bằng thƣớc kẹp Muốn đo độ dài D của vật AB bằng thƣớc kẹp, ta kẹp vật AB vào giữa hai mỏ 1 và 2 (hoặc sử dụng mỏ 1’ và 2’). Khi đó kích thƣớc của vật cần đo chính là khoảng cách giữa vạch 0 trên thƣớc chính và vạch 0 trên du xích Giả sử khi kẹp vật giữa hai mỏ của thƣớc kẹp, vạch chia thứ n của thƣớc chính nằm ở phía trƣớc vạch số 0 của du xích cho biết số nguyên lần của milimet, còn vạch chia thứ m trên du xích trùng với vạch nào đó trên thƣớc chính cho biết chữ số thập phân của milimet. Độ dài của vật sẽ là: D = n.a + m.  Chú ý: - Xác định đúng vạch thứ n trên thước chính T và vạch thứ m trên du xích T’ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 44 - Nếu vạch 0 của du xích nằm sát vạch thứ n thì vạch thứ m nằm ở phần đầu của du xích - Nếu vạch 0 của du xích nằm ở khoảng giữa vạch thứ n và n+1 thì vạch thứ m nằm ở phần giữa của du xích. - Nếu vạch 0 của du xích nằm sát trước vạch thứ n+1 thì vạch thứ m nằm ở phần cuối của du xích 2. Panme a) Cấu tạo (hình 2.2): Panme là dụng cụ đo độ dài có độ chính xác cao, cấp chính xác từ 0,01  0,001. Cấu tạo của panme có độ chính xác 0,01 bao gồm: - Thƣớc chính 2 gọi là thƣớc kép vì trên đó có hai hệ thống vạch chia đến 1mm đặt lệch nhau 0,5mm qua một đƣờng nằm ngang gọi là đƣờng chuẩn. - Thƣớc phụ 3 (gọi là du xích) có N = 50 độ chia bằng nhau có thể quay tròn quanh thân trục thƣớc chính 2, liên kết ren với trục vít vi động gồm các phần 1-4-5, cần gạt 6 dùng để hãm cố định trục vít vi động. - Khi du xích quay một vòng trên thƣớc chính thì trục vít di động sẽ tịnh tiến một khoảng h = 0,5mm. - Mỗi độ chia nhỏ nhất trên thƣớc tròn có giá trị bằng: mm N h 01,0 50 50,0  b. Cách đo vật bằng panme Đặt vật tựa vào đầu cố định của thƣớc panme. Vặn từ từ đầu 5 của trục vít 1 để đầu bên trái của trục vít này tiến dần đến tiếp xúc với vật cần đo. Khi nghe thấy tiến lách cách của lò xo hãm trục viát 1 thì ngừng lại. Hình 2.2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 45 Số đo của thƣớc panme đƣợc xác định theo vị trí x của mép du xích tròn: - Nếu mép thƣớc tròn nằm sát bên phải vạch chia thứ N của thƣớc milimet ở phía trên đƣờng chuẩn ngang, đồng thời đƣờng chuẩn ngang nằm sát vạch thứ n của thƣớc tròn thì: X = N + 0,01.n (mm) - Nếu mép thƣớc tròn nằm sát bên phải vạch chia thứ N của thƣớc milimet ở phía dƣới đƣờng chuẩn ngang, đồng thời đƣờng chuẩn ngang nằm sát vạch chia thứ n của thƣớc tròn thì: X = N + 0,50 + 0,01.n (mm) Chú ý: - Số thứ tự N, n của các vạch chia đều lấy giá trị nguyên - Phần nguyên milimet hay nguyên nửa milimet đọc trên thước chính 2, vạch bên trái gần mép thước tròn nhất - Phần thập phân đọc trên thước 3 vạch trùng với đường chuẩn ngang IV. Dụng cụ thí nghiệm - 1 thƣớc kẹp 0÷150mm, chính xác 0,02mm - 1 thƣớc panme 0÷25mm, độ chính xác 0,01mm - 2 mẫu vật cần đo. V. Trình tự thí nghiệm 1. Hiệu chỉnh số “không” a. Đối với thƣớc kẹp Khi hai mỏ 1-2 áp sát nhau có thể số “0” của hai thƣớc không trùng nhau. Nếu số “0” của du xích ở bên phải số “0”của thƣớc chính, kích thƣớc của vật bằng khoảng cách giữa hai số 0 khi đã kẹp vật trừ đi khoảng cách ban đầu giữa chúng. Trong trƣờng hợp ngƣợc lại phải cộng vào. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 46 b. Đối với panme Vặn đầu 5 của trục vít để đầu 1 của nó tiếp xúc với đầu tựa cố định 1’, có thể mép thƣớc tròn không trùng vạch số “0” của thƣớc chính và số “0” của thƣớc tròn không trùng đƣờng chuẩn ngang. Nếu số “0” đã vƣợt quá đƣờng kẻ dọc m vạch thì kích thƣớc vật bằng kết quả đọc trên thƣớc cộng thêm m  . Trong trƣờng hợp ngƣợc lại phải trừ đi. 2. Xác định thể tích của khối trụ rỗng   hdDV  22 4  Bƣớc 1: Dùng thƣớc kẹp đo đƣờng kính ngoài D, đƣờng kính trong d, độ cao h của khíi trụ rỗng Bƣớc 2: Thực hiện 5 lần bƣớc 1 tại các vị trí khác nhau của khối trụ rỗng. Bƣớc 3: Đọc và ghi các giá trị của D, d, h trong mỗi lần đo vào bảng 1 để tính thể tích của khối trụ rỗng. Bƣớc 4: Đọc và ghi giới hạn đo, độ chính xác của thƣớc kẹp vào bảng 1 3. Xác định thể tích của khối cầu Bƣớc 1: Đo đƣờng kính D của 2 viên bi Bƣớc 2: Thực hiện 5 lần bƣớc 1 tại các vị trí khác nhau của các viên bi Bƣớc 3: Đọc và ghi giá trị D trong mỗi lần đo vào bảng 2 để tính thể tích của viên bi Bƣớc 4: Đọc và ghi giới hạn đo, độ chính xác của thƣớc panme vào bảng 2 VI. Kết quả thí nghiệm cần báo cáo 1. Đo độ dài bằng thƣớc kẹp và tính thể tích hình trụ rỗng Bảng 1 Lần đo Giới hạn đo của thƣớc kẹp:…………...(mm) Độ chính xác của thƣớc kẹp:…………(mm) D(mm) d (mm) h (mm) 1 2 3 4 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 47 - Tính sai số: D, d, h - Viết kết quả đo: D, d, h. - Tính thể tích V trụ rỗng - Sai số và kết quả thể tích V 2. Đo đƣờng kính bằng panme và tính thể tích khối cầu Bảng 2 Lần đo Giới hạn đo của panme:…………(mm) Độ chính xác của panme:……….(mm) D1(mm) D2 (mm) 1 2 3 4 5 - Kết quả và sai số của D1, D2 - Sai số và kết quả của thể tích viên bi (chọn 1 trong 2 viên bi) VII. Câu hỏi kiểm tra 1. Hãy nêu cấu tạo của một thƣớc kẹp có độ chính xác 0,05mm. 2. Nên dùng thƣớc kẹp hay panme để đo đƣờng kính của một dây dẫn điện có đƣờng kính cỡ 0,5mm? Tại sao? 3. Dùng thƣớc kẹp có thể xác định đƣợc khối lƣợng riêng của trụ rỗng bằng kim loại hay không? (cho biết khối lƣợng của trụ rỗng). Nếu có hãy nói rõ cách xác định. 4. Nhận xét kết quả phép đo? Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 48 BÀI 4. XÁC ĐỊNH TỶ SỐ NHIỆT DUNG PHÂN TỬ CP/CV CỦA CHẤT KHÍ I. Mục đích thí nghiệm - Hiểu khái niệm tỷ số đoạn nhiệt - Biết xác định hằng số Poison bằng dụng cụ đơn giản - Có kỹ năng đo độ chênh lệch giữa hai cột nƣớc; thu thập số liệu và viết kết quả phép đo II. Câu hỏi định hƣớng 1. Thế nào là quá trình đẳng nhiệt? đẳng áp? đẳng tích? 2. Phƣơng trình Poison? Ý nghĩa? 3. Công thức xác định tỷ số nhiệt dung phân tử theo phƣơng pháp thực nghiệm và giải thích các đại lƣợng trong công thức đó III. Cơ sở lý thuyết 1. Nhiệt dung đẳng tích và nhiệt dung đẳng áp Khi truyền cho một khối khí có khối lƣợng m, một nhiệt lƣợng Q , khối khí sẽ nóng lên, nhiệt độ của nó tăng một lƣợng dT. Theo định nghĩa, nhiệt dung riêng c của một chất khí là đại lƣợng đo bằng lƣợng nhiệt cần truyền cho một kilogam chất khí đó để nhiệt độ của nó tăng thêm 1 độ Kelvin (1K): dTm Q c .   (J/kg.K) (1) Nếu  là khối lƣợng của 1 mol chất khí, thì nhiệt dung phân tử C của chất khí sẽ là: C= c.  (J/kmol.K) (2) Theo nguyên lý một nhiệt động lực học, khi một hệ nhiệt động có sự biến đổi trạng thái, độ biến thiên nội năng dU của hệ sẽ bằng đúng nhiệt lƣợng Q và công A mà hệ nhận đƣợc từ bên ngoài vào trong quá trình đó: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 49 dU = Q + A (3) trong đó, A =-PdV, với P là áp suất và dV là độ biến thiên thể tích Khi đó có thể viết lại (3) nhƣ sau: Q =dU+PdV Thay kết quả này vào (1) và sử dụng mối quan hệ (2) ta sẽ nhận đƣợc biểu thức xác định nhiệt dung phân tử dƣới dạng:        dT PdV dT dU m C  (4) Nhƣ thế với mỗi quá trình biến đổi nhiệt động, ta sẽ có một nhiệt dung phân tử tƣơng ứng. Xét 1 mol khí lí tƣởng, nếu:  Quá trình biến đổi là đẳng tích, tức là V=const, hay dV=0 Vì thế A =-PdV=0 Khí đó nhiệt dung phân tử đẳng tích sẽ là: dT dU Cv  (5)  Quá trình biến đổi là đẳng áp, tức là P=const, hay PV=RT với R=8,31 J/mol.K Lấy vi phân hai vế phƣơng trình này sẽ đƣợc RdTVdPPdV  (6) Suy ra nhiệt dung phân tử đẳng áp sẽ là: RCR dT dU C vp  (7) So sánh (5) và (7), rõ ràng Cp > Cv hay 1 Cv C p 2. Quá trình đoạn nhiệt và hệ số Poisson Quá trình đoạn nhiệt: Là quá trình biến đổi mà hệ không trao đổi nhiệt với bên ngoài (tức là Q =0 ). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 50 Từ (3) ta có: dU= A Sử dụng (5) ta đƣợc: dVPdTCv  (8) Lấy (6) chia cho (8) đồng thời sử dụng biêủ thức (7) ta có: v p v vp C C C CC dV dP P V    11 (9) Hay: V dV P dP  (10) với v p C C  là tỷ số nhiệt dung phân tử của chất khí hay còn gọi là tỷ số Poisson Thực hiện phép tích phân đối với (10) ta đƣợc: VP. const (11) (11) gọi là phƣơng trình Poisson - phƣơng trình trạng thái của quá trình đoạn nhiệt. Phƣơng trình trên cho thấy khi thể tích V tăng thì áp suất P giảm nhanh hơn so với quá trình đẳng nhiệt. Nghiên cứu quá trình đoạn nhiệt có ý nghĩa rất quan trọng trong lý thuyết nhiệt động học, nó cho phép xây dựng một chu trình hoạt động cho một loại động cơ nhiệt đặc biệt, có hiệu suất cao nhất, đó là chu trình Cacnô 3. Phƣơng pháp thực nghiệm Ta sẽ xác định tỷ số nhiệt dung phân tử  của không khí theo phƣơng pháp giãn đoạn nhiệt nhờ các dụng cụ bổtí nhƣ hình vẽ Bao gồm: một bình thuỷ tinh A dùng để chứa khí, nối thông với một áp kế cột nƣớc M. Bình A còn có đƣờng nối thông trực tiếp ra ngoài không khí (khí quyển) qua van K2 và với một dụng cụ nén khí (một quả bóp cao su hoặc bơm điện B) qua van K1 . Toàn G B H K1 K2 M A Hình 2.3: Sơ đồ dụng cụ đo tỷ số Cp/Cv Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 51 bộ các dụng cụ này đƣợc lắp đặt trên một hộp chân đế G. Lúc đầu ta đóng van K2 , mở van K1 để nối thông bình A với bơm B. Dùng bơm B bơm không khí vào bình A làm tăng dần áp suất trong bình, rồi dừng bơm, đóng van K1 và chờ cho áp suất trong bình đạt đến giá trị ổn định P1 P1= H0 + H Với H0 là áp suất khí quyển, H là độ chênh áp suất của không khí trong bình A so với áp suất khí quyển đọc trên áp kế M Các đại lƣợng H0 và H đƣợc tính theo đơn vị milimet cột nƣớc (mmH2O) Tiếp đó mở van K2 để không khí phụt nhanh ra ngoài cho tới khi áp suất không khí trong bình A giảm tới giá trị P2 = H0 thì đóng nhanh van K2 . Quá trình này đƣợc coi là quá trình giãn nở đoạn nhiệt .Ta sẽ thấy áp suất chất khí trong bình tăng lên từ từ và đạt đến giá trị ổn định P3 = H0 + h < P1 Trong đó h < H là độ chênh lệch cột nƣớc áp kế, thể hiện áp suất khối khí còn lại trong bình so với khí quyển bên ngoài. Bằng việc ghi lại các giá trị H và h ngƣời ta sẽ tính ra đƣợc hệ số Poisson  . Quá trình trên có thể đƣợc phân tích bằng giản đồ biến đổi trang thái nhƣ hình vẽ: V0 V1 (1) (2) (3) P P1 P2 P3 Hình 2.4: Giản đồ biến đổi trạng thái của khối khí m trong bình A P1= Ho +H P2= Ho P3=Ho + h h V Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 52 Theo giản đồ này, ở trạng thái (1) khối khí bơm vào có khối lƣợng m0 và các thông số trạng thái là áp suất P1, thể tích V1 và nhiệt độ T1. Khi đó V1<V0 (thể tích bình). Ở trạng thái (2) khí còn lại rong bình có khối lƣợng m < m0, với các thông số trngj thái là áp suất P2 = H0, thể tích V2 và nhiệt độ T2 < T1. Do từ trạng thái (1) đến trạng thái (2) là quá trình giãn đoạn nhiệt, theo phƣơng trình Poisson, có:  2211. VPVP  hay         1 2 2 1 V V P P Ở trạng thái (3), khối khí vẫn có khối lƣợng m, cùng các thông số trạng thái là áp suất P3 = H0 + h, thể tích V2 = V0 và nhiệt độ phòng T3 = T1 . Vì trạng thái (3) và (1) có cùng nhiệt độ T1, áp dụng định luật Bôilơ- Mariot cho quá trình đẳng nhiệt, ta đƣợc: P1V1=P3V3 hay 1 2 3 1 V V P P  Kết hợp các kết quả này với nhau, chú ý đến điều kiện h và H <<H0. Ta tìm đƣợc biểu thức thực nghiệm xác định  hH H   Nhƣ vậy, chỉ với việc đo H và h ta sẽ dễ dàng xác định đƣợc giá trị  thực nghiệm IV. Dụng cụ thí nghiệm - Bình thuỷ tinh hình trụ - Áp kế cột nƣớc chữ U có thƣớc milimet - Bơm nén khí dùng quả bóp cao su - Hệ khoá ba chạc kim loại có van nạp khí K1, van xả khí K2 - Hộp chân đế có giá đỡ áp kế chữ U Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 53 V. Trình tự thí nghiệm Bƣớc 1: Quan sát các van K1, K2 để tìm hiểu các vị trí đóng mở của chúng. Tìm hiểu cách xoay các khoá K để nối thông bình A với bơm nén khí hoặc với khí quyển bên ngoài. Bƣớc 2: Đóng van K2, mở van K1 bơm không khí vào bình A (không bơm quá mạnh tránh làm nƣớc trong áp kế M phụt ra ngoài) tới khi độ chênh lệch cột nƣớc trên hai nhánh áp kế M đạt khoảng 250 đến 300 mmH2O thì ngừng lại. Bƣớc 3: Chờ khoảng 2-3 phút để nhiệt độ và áp suất của khối khí trong bình đạt trạng thái cân bằng ổn định. Để đo nhiều lần với áp suất P1 ban đầu nhƣ nhau, ta mở từ từ van K2 để giảm bớt lƣợng không khí trong bình A sao cho chênh lêch độ cao cột nƣớc H = L1 - L2 đạt giá trị cho trƣớc. Với L1, L2 là độ cao của hai cột nƣớc trên áp kế. Đọc và ghi giá trị của L1 và L2 vào bảng 1 Chú ý: Ở trạng thái cân bằng nên chọn và đặt trị số áp suất của khối khí được nén trong bình là 240 mmH2O hoặc 250 mmH2O. Bƣớc 4: Mở van K2 để không khí trong bìm A phụt ra ngoài (không nhanh quá cũng không chậm quá). Quan sát thấy hai cột nƣớc trên áp kế bằng nhau (tức là khi đó áp suất khí trong bình bằng áp suất khí quyển) thì đóng nhanh van K2 . Bƣớc 5: Chờ khoảng 2-3 phút cho nhiệt độ khối khí trong bình A cân bằng với nhiệt độ phòng. Khi đó độ cao l1 và l2 của các cột nƣớc trên hai nhánh áp kế đạt giá trị ổn định. Đọc và ghi các giá trị của l1, l2 và độ chênh cột nƣớc h = l1 - l2 vào bảng 1. Chú ý: Kết thúc phép đo nên tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn về kết quả đo trước khi tiến hành các lần đo tiếp theo. Bƣớc 6: Tiếp tục lặp lại quy trình đo kể trên từ bƣớc (2) đến bƣớc (5) thêm 9 lần ứng với cùng giá trị đã chọn của H. Ghi lại kết quả đo vào bảng 1. Bƣớc 7: Sắp xếp các dụng cụ thí nghiệm và bàn ghế gọn gàng, sau đó lấy chữ ký xác nhận số liệu thí nghiệm từ giáo viên hƣớng dẫn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 54 VI. Kết quả thí nghiệm cần báo cáo Độ chênh áp suất: H = L1-L2 = …………(mmH2O) Độ chính xác của áp kế M: …………… (mmH2O) Lần đo l1 (mmH2O) l2 (mmH2O) h=l1-l2(mmH2O) 1 2 …… Kết quả phép đo: - Giá trung bình  - Sai số tƣơng đối  hHH HhhH        - Sai số tuyệt đối  - Viết kết quả phép đo VII. Câu hỏi kiểm tra 1. Trình bày cách tính ∆H và ∆h. Chứng minh công thức  hHH HhhH        2.Trong thí nghiệm này, làm thế nào để phép đo dạt kết quả chính xác (sai số nhỏ nhất)? 3. Trong thực tế, một quá trình nhƣ thế nào đƣợc coi là quá trình đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt, đoạn nhiệt? 4. Nhận xét kết quả phép đo? BÀI 5: ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG MẠCH CẦU WHEASTON. ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG BẰNG MẠCH XUNG ĐỐI Phần 1: Đo điện trở bằng mạch cầu Wheaston. I. Mục đích thí nghiệm - Xác định điện trở bằng mạch cầu Wheaston Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 55 - Biết cách lắp mạch điện theo sơ đồ cho sẵn - Biết sử dụng các dụng cụ đo điện - Thu thập số liệu và viết kết quả phép đo II. Câu hỏi định hƣớng 1. Thế nào là mạch cầu một chiều? 2. Trình bày phƣơng pháp đo điện trở bằng mạch cầu một chiều? Vẽ sơ đồ mạch điện? 3. Tìm công thức xác định điện trở cần đo bằng mạch cầu một chiều? III. Cơ sở lý thuyết 1. Khái niệm mạch cầu một chiều Mạch cầu một chiều là một mạch điện XYZB gồm 2 đoạn mạch XBY và XZY mắc song song, điểm giữa của chúng đƣợc nối với nhau bằng đoạn mạch BGZ. 2. Phƣơng pháp đo điện trở bằng mạch cầu một chiều - Để mạch cầu hoạt động, ta dùng nguồn điện một chiều U cung cấp điện và dùng một miliampe kế A đo cƣờng độ dòng điện chạy qua nguồn U. - Đóng khoá K, nguồn điện U cung cấp dòng điện cho mạch cầu và kim của điện kế G bị lệch khỏi số 0. - Mạch cầu đạt vị trí cân bằng khi ta dịch chuyển con trƣợt Z dọc dây điện trở XZY đến vị trí thích hợp sao cho kim của điện kế G quay về đúng số 0 của nó. - Khi mạch cầu cân bằng dòng điện chạy qua điện kế G có cƣờng độ IG = 0, hai nhánh cầu BGZ có hiệu điện thế bằng nhau: VB = VZ (1) Từ điều kiện này ta suy ra X B X Z 2 X 1 XZV V V V I R I R     (2) B Y Z Y 2 0 1 YZV V V V I R I R     (3) Chia đẳng thức (2) cho (3) ta tìm đƣợc: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 56 X XZ 0 YZ R R R R  (4) Mặt khác điện trở XYZ đồng chất, tiết diện đều nên các điện trở RXZ, RYZ tỷ lệ thuận với độ dài L1, L2 của đoạn dây XZ, YZ. Nếu đặt : L là độ dài cầu dây điện trở XYZ thì L2 = L - L1 Và đẳng thức ( 4) viết thành X 1 0 1 R L R L L   hay 1 X 0 2 L R R L L   Nhƣ vậy: Nếu biết giá trị điện trở mẫu R0, đo đƣợc các độ dài L1, L thì sẽ xác định đƣợc RX. Chú ý: Trƣờng hợp L2 = L1 thì RX = R0 IV. Dụng cụ thí nghiệm + Một cầu dây gồm 1 dây điện trở căng trên giá đỡ nằm ngang có thƣớc thẳng dài 1000mm. + Một hộp điện trở thập phân ( điện trở mẫu): (0,1  9999,9). + Một điện trở cầu đo RX kèm theo giá đỡ. + Một nguồn điện U một chiều (0  6)V/150mA + Một đồng hồ đo điện đa năng hiệu số kiểu 830 B. + Một bộ dây dẫn nối mạch điện (8 dây). V. Trình tự thí nghiệm Giới thiệu cách sử dụng đồng hồ đa năng hiện số Đồng hồ vạn năng hiện số là loại dụng cụ đo có độ chính xác cao và nhiều tính năng việt hơn hẳn loại đồng hồ chỉ thị trƣớc đây, đƣợc dùng để đo hiệu điện thế và cƣờng độ dòng điện một chiều, xoay chiều, điện trở, điện dung của tụ điện…Nhờ một núm chuyển mạch thang đo, ta có thể chọn thang đo thích hợp với đại lƣợng cần đo. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 57 Các quy tắc nhất thiết phải tuân thủ khi sử dụng đồng hồ vạn năng hiện số: - Không bao giờ đƣợc phép chuyển đổi thang đo khi đang có điện ở đầu đo - Không áp đặt điện áp, dòng điện vƣợt qua giá trị thang đo. Trƣờng hợp đại lƣợng đo chƣa biết thì hãy đo thăm dò bằng thang đo lớn nhất, rồi rút điện ra để chọn thang đo thích hợp. - Để đo cƣờng độ dòng điện nhỏ chạy trong đoạn mạch, ta dùng hai dây đo cắm vào hai lỗ COM (lỗ chung) và lỗ A trên đồng hồ. Hai đầu chốt còn lại của dây đo đƣợc mắc nối tiếp với đoạn mạch. Chuyển mạch thang đo đƣợc vặn về các vị trí thuộc dải đo DCA để đo dòng điện một chiều, ACA để đo dòng điện xoay chiều. Sau lỗ A bên trong đồng hồ có cầu chì bảovệ, nếu dòng điện đo vƣợt quá thang đo lập tức cầu chì bị tiêu cháy, tất cả các thang đo dòng điện nhỏ ngƣng hoạt động cho đến khi một cầu chì mới đƣợc thay. Cầu chì cũng sẽ bị cháy nếu ta mắc ampe kế song song với hai đầu đoạn mạch có hiệu điện thế. - Để đo cƣờng độ dòng điện lớn 0-10A ta dùng hai dây đo cắm vào hai lỗ COM và lỗ 10A hoặc 20A trên đồng hồ. Hai đầu chốtcòn lại của dây đo đƣợc mắc nối tiếp với đoạn mạch. Chuyển mạch chọn thang đo đƣợc vặn về vị trí DCA-10A để đo dòng 1 chiều, ACA-10A để đo dòng xoay chiều. Sau lỗ 10A hoặc 20A bên trong đồng hồ không có cầu chì bảo vệ, nếu bị đoản mạch thƣờng gây cháy nổ ở mạch điện ngoài hoặc ở nguồn điện. Tóm lại: chọn thang đo đúng và không nhầm lẫn khi thao tác đo thế và dòng là hai yếu tố quyết định bảo vệ an toàn cho đồng hồ. Để đo hiệu điện thế một chiều, xoay chiều hoặc đo điện trở , ta dùng hai dây đo cắm vào hai lỗ COM và lỗ VΩ trên mặt đồng hồ. Hai đầu còn lại của dây đo đƣợc mắc song song với đoạn mạch.Chuyển mạch thang đo ợc vặn về các vị trí thuộc dải đo DCV để đo hiệu điện thế một chiều , ACV để đo hiệu điện thế xoay chiều và Ω để đo điện trở 1. Mắc mạch cầu điện trở Chƣa cắm phích lấy điện của nguồn điện U một chiều (0  6)V/150mA vào ổ điện 220V. Gạt công tắc K của nguồn điện về vị trí “ OFF”, vặn núm xoay của nó về vị trí 0. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 58 Dùng các dây dẫn nối nguồn điện U với các dụng cụ điện đã cho theo sơ đồ mạch điện, trong đó: Con trƣợt Z đăt ở vị trí 500 mm trên thƣớc thẳng milimet Hộp điện trở thập phân R0 đặt gần với giá trị điện trở cần đo RX. Đồng hồ đo điện đa năng hiện số dùng làm chức năng miliampe kế A đặt ở vị trí DCA 200m với chốt mA là cực (+) và chốt COM là cực (-). Mắc cực (+) của nguồn U với cực (+) của miliampe kế A. Chú ý: Trước khi cắm phích lấy điện của nguồn U vào ổ điện 220V phải mời giáo viên tới kiểm tra mạch điện và hướng dẫn cách sử dụng để tránh làm hỏng các dụng cụ thí nghiệm. 2. Đo điện trở RX Bƣớc 1: Gạt công tắc K của nguồn U về vị trí “ON”: Đèn LED của nguồn U phát sáng, báo hiệu nguồn U đã sẵn sàng hoạt động. Bƣớc 2: Vặn từ từ núm xoay của nguồn điện U( thuận chiều kim đồng hồ ) để tăng dải cƣờng độ dòng điện chay qua miliampe kế A tới giá trị không đổi I = 80mA  100mA. (Chú ý: Giữ nguyên giá trị này trong suốt quá trình đo điện trở RX) Bƣớc 3: Bấm con trƣợt Z để nó tiếp xúc với dây điện trở XYZ, kim của điện kế G lệch khỏi số 0. Bƣớc 4 : Quan sát chiều và độ lệch của kim điện kế G từ đó lần lƣợt vặn các núm xoay của hộp điện trở thập phân để tăng hoặc giảm giá trị điện trở R0 cho tới khi kim của điện kế G quay trở về đúng số 0. Khi đó mạch cầu đạt vị trí cân bằng. Chú ý: Có thể kiểm tra lại ví trí vừa tìm được bằng cách dịch chuyển con trượt Z một chút ( nhỏ hơn 1mm) về 2 phía của vị trí này, nếu kim điện kế G vẫn nằm yên ở số 0 thì vị trí đó đúng là vị trí cân bằng của mạch cầu. L2 L1 G A I I2 I1 U + - K RX R0 X Z Y Hình 2.5 Sơ đồ mạch cầu điện trở Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 59 Bƣớc 5: Ghi giá trị tƣơng ứng của điện trở mẫu R0 ( đọc trên điện trở thập phân) vào bảng 1. Bƣớc 6: Các lần thực hiện tiếp theo: không cho con trƣợt Z tiếp xúc XYZ, vặn các núm xoay của hộp thập phân tới vị trí khác trong khoảng giá trị gần với giá trị của RX, sau đó lại tiến hành bƣớc 3, 4, 5. Ghi kết quả vào bảng 1. Bƣớc 7: Ghi các số liệu sau vào bảng 1: Độ dài L của dây điện trở XYZ trên thƣớc milimet . Độ chính xác L của thƣớc. Cấp chính xác 0 của hộp điện trở thập phân. Bƣớc 8: - Ngắt điện các dụng cụ đo điện - Tháo dây dẫn nối mạch điện. - Bàn giao dụng cụ thí nghiệm cho giáo viên. VI. Kết quả thí nghiệm cần báo cáo Bảng 1 Độ dài của thƣớc thẳng milimet, L = ................ (mm) Độ chính xác của thƣớc thẳng milimet, L = ..........................(mm) Cấp chính xác của hộp điện trở mẫu, 0 = ............................( ) Lần đo R0 () R0 () 1 2 3 + Tính sai số của các đại lƣợng đo trực tiếp: 0(dc)R = ...................() 0R = .......................() + Tính sai số và giá trị trung bình của điện trở cần đo RX. + Viết kết quả phép đo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 60 VII. Câu hỏi kiểm tra 1. Chứng minh rằng phép đo điện trở RX bằng mạch cầu 1 chiều có sai số cực tiểu khi con trƣợt Z đặt ở chính giữa dây điện trở XYZ? 2. Tại sao phải điều chỉnh nguồn điện một chiều U để dòng điện mạch chính có cƣờng độ không đổi? 3. Từ các dụng cụ thí nghiệm trên có thể bố trí cách nào khác để đo RX không? 4. Nhận xét kết quả phép đo? Phần 2: ĐO SUẤT ĐIỆN ĐỘNG BẰNG MẠCH XUNG ĐỐI I. Mục đích thí nghiệm - Xác định suất điện động bằng mạch xung đối - Biết cách lắp mạch điện theo sơ đồ cho sẵn - Thu thập số liệu và viết kết quả phép đo II. Câu hỏi định hƣớng 1. Thế nào là mạch xung đối? 2. Trình bày phƣơng pháp đo suất điện động của một pin điện bằng mạch xung đối? Vẽ sơ đồ mạch điện 3. Tìm công thức xác định suất điện động của một pin điện bằng mạch xung đối. III. Cơ sở lý thuyết 1. Mạch xung đối Cấu tạo: nguồn điện U có điện áp lớn hơn Ex và E0 dùng cung cấp dòng điện I cho mạch điện hoạt động, một dây điện trở XY đồng chất tiết diện đều và con trƣợt Z có thể di chuyển dọc theo dây điện trở XYZ, một điện kế nhạy G có số đo 0 ở giữa thang đo dùng để phát hiện cƣờng độ dòng điện nhỏ chạy qua nó. Nguồn điện Ex hoặc E0 đƣợc mắc xung đối với nguồn điện U, tức là cực dƣơng (+) của nguồn điện Ex Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 61 hoặc E0 sẽ nối với cực dƣơng của nguồn điện U tại điểm X. Dòng điện do nguồn Ex hoặc E0 phát ra chạy tới điểm X có chiều ngƣợc với dòng điện I do nguồn điện U cung cấp nên chúng có thể bù trừ nhau. 2. Đo suất điện động của pin điện bằng mạch xung đối Suất điện động E của nguồn điện thƣờng đƣợc đo trực tiếp bằng một vônkế V nối với hai cực của nguồn điện tạo thành một mạch kín có dòng điện I chạy qua (H 2.6) Nếu điện trở trong của nguồn điện là r thì số chỉ của vônkế V cho biết hiệu điện thế U giữa hai cực của nguồn điện: U = E - I.r Ta thấy rõ U < E. Nhƣ thế phép đo suất điện động của nguồn điện bằng vônkế theo công thức trên sẽ mắc sai số càng lớn nếu vônkế V có điện trở trong Rv nhỏ (dòng điện I sẽ lớn) hoặc nguồn điện có suất điện động E nhỏ và có điện trở trong r lớn Muốn đo chính xác suất điện động của nguồn điện ta dùng phƣơng pháp so sánh suất điện động Ex của nguồn điện chuẩn bằng mạch xung đối Khi có dòng điện chạy qua nguồn điện Ex kim điện kế G sẽ lệch khỏi số 0. Nếu dịch chuyển con chạy dọc trên dây điện trở XZY ta sẽ tìm đƣợc vị trí của Z để kim điện kế G chỉ đúng số 0. Khi đó cƣờng độ dòng điện chạy qua nguồn điện Ex và điện kế G có giá trị bằng 0: Ix=IG=0, còn dòng điện chạy qua dây điện trở XZY có cùng cƣờng độ với dòng điện I do nguồn U cung cấp cho mạch chính. Theo (7) hiệu điện thế Ux giữa hai cực của nguồn điện Ex bằng: Ux=Vx-Vz=Ex (8) Hình 2.7: Mạch xung đối V E,r + - Hình 2.6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 62 Mặt khác hiệu điện thế Ux có thể tính bằng: Ux=Vx-Vz=IRxz (9) Từ (8) và (9) suy ra: Ex=I.Rxz (10) Nếu thay nguồn điện Ex bằng nguồn chuẩn E0 khi đó cũng có: E0=I.Rxz’ (11) Kết hợp (10) và (11) có: 1 1 '0 'E L L R RE xz xzx  Hay 1 1 0 'L L EEx  Trong đó, L1 và L’1 là độ dài ứng với các vị trí của con chạy Z trên dây điện trở XZY khi dòng điện chạy qua điện kế G bằng 0. Nhƣ vậy: nếu biết suất điện động E0 của nguồn điện áp chuẩn đồng thời đo đƣợc độ dài L1,L’1 thì ta xác định đƣợc suất điện động Ex của nguồn điện cần đo. IV. Dụng cụ thí nghiệm + Một cầu dây gồm 1 dây điện trở căng trên giá đỡ nằm ngang có thƣớc thẳng dài 1000mm. + Một nguồn điện áp chuẩn E0=1,000 0,001V +Một pin điện cần đo kèm theo giá đỡ + Một nguồn điện U một chiều (0  6)V/150mA + Một đồng hồ đo điện đa năng hiệu số kiểu 830 B. + Một bộ dây dẫn nối mạch điện (8 dây). V. Trình tự thí nghiệm 1. Mắc mạch xung đối Bƣớc 1: Vặn núm xoay của nguồn điện U về vị trí 0, ampe kế A ở thang đo 200 mA. Bƣớc 2: Lắp mạch đo tƣơng ứng sơ đồ theo trình tự sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên 63 - Điện kế G đặt ở vị trí thang đo G0. -Con trƣợt Z đặt ở giữa dây điện trở XZY tại vị trí 500 mm trên thƣớc milimet -Dùng dây nối chốt (+) của nguồn U với (+) của ampe kế, chốt (-) của ampe kế với chốt X, chốt (X) nối với chốt (+) của Ex , chốt (-) của nguồn Ex nối với chốt (-) của điện kế G, chốt Y nối với chốt (-) của nguồn U. - Mời giáo viên kiểm tra mạch điện trƣớc khi cắm phích lấy điện 2. Đo suất điện động Ex của pin điện Bƣớc 1: Gạt núm công tắc nguồn K, vặn từ từ núm xoay nguồn U để dòng điện chạy qua miliampe kế A có cƣờng độ không đổi I = 100÷120 mA và giữ nguyên giá trị này tro