Nó không chỉ giúp học sinh tích cực hơn trong hoạt động học tập mà còn rèn luyện các em kỹ năng thực nghiệm, tính sáng tạo, thông qua thực nghiệm để vận dụng lý thuyết vào thực tế cuộc sống.
Một tiết dạy có thí nghiệm thực hành, thí nghiệm biểu diễn với đồ dùng dạy học có sẵn hay đồ dùng dạy học tự chế giúp tiết dạy trở nên sinh động, đồng thời gợi mở cho học sinh sự hiếu kì: Nó được chế tạo như thế nào? Hoạt động ra sao? Tại sao kết quả chưa chính xác? Nó có ứng dụng gì?
Điều đó cho ta thấy, các bộ thí nghiệm tự chế để giải thích các hiện tượng Vật lí hay kiểm chứng những định luật Vật lí đóng vai trò rất quan trọng trong chương trình Vật lí phổ thông. Dưới đây là những chia sẻ của thầy Nguyễn Minh Thuần - Phó Hiệu trưởng Trường THPT Tháp Mười (Đồng Tháp) - trong việc sử dụng các thiết bị Vật lý tự chế, làm hấp dẫn, sinh động giờ dạy Vật lý.
Phát triển kỹ năng thực nghiệm qua thí nghiệm tự chế đệm không khí
Từ những năm 80 của thế kỷ XX, đệm không khí đã được đưa vào sử dụng trong phòng thí nghiệm Vật lí phổ thông ở các nước Âu - Mỹ. Nhưng do giá thành còn cao nên ở nước ta chỉ trang bị thiết bị này cho một số trường THPT điểm và các trường chuyên. Tác dụng của đệm không khí trong các thí nghiệm cơ học mang tính thuyết phục cao vì nó giảm thiểu được lực ma sát khi vật chuyển động.
Giáo viên có thể thiết kế bộ thí nghiệm tự chế đệm không khí gồm một máy bơm 220V - 50hz - 600W thông qua ống nhựa trắng để thổi không khí đã bị nén vào trong lòng máng bằng nhôm, hai xe con A và B, các phụ kiện để giảm va chạm của xe ở hai đầu đệm, phụ kiện tạo va chạm đàn hồi, ròng rọc và các gia trọng, thước đo góc nghiêng của máng nhôm, hai lò xo nhẹ, hai đồng hồ đo thời gian hiển thị số.
Khi tiến hành thí nghiệm, giáo viên cho máy bơm thổi khí vào trong máng nhôm, không khí thoát ra khỏi máng nhôm tạo ra lực nâng xe trượt. Với thí nghiệm tự chế đệm không khí có thể kiểm chứng Định luật I, II, III Niu-tơn, Định luật bảo toàn động lượng, đặc biệt có thể kiểm chứng Định luật bảo toàn cơ năng và có thể tạo ra hệ lò xo dao động trên phương nằm ngang hay trên mặt phẳng nghiêng mà trước đây các đệm không khí khác chưa có.
Khi học sinh khảo sát chuyển động của một vật trên đệm không khí theo phương nằm ngang có thể kết luận vật đi được những quãng đường bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau bất kì. Thí nghiệm cho thấy, nếu các tác dụng cơ học lên vật được bù trừ nhau thì vật sẽ đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều. Học sinh đã kiểm chứng được Định luật I Niu-tơn. Như vậy, thông qua thí nghiệm tự chế, giáo viên có vai trò định hướng vấn đề, còn học sinh tích cực động não, suy đoán phát hiện vấn đề, biết sử dụng ngôn ngữ khoa học để bảo vệ kết quả và đề xuất các ý tưởng sáng tạo.
Với đệm không khí có thể thay đổi được góc nghiêng và với đồng hồ đo thời gian, học sinh có thể xác định độ cao và vận tốc của một vật chuyển động trên đệm không khí, để kiểm chứng Định luật bảo toàn động lượng và Định luật bảo toàn cơ năng; giúp các em tích cực hơn trong hoạt động học tập và làm quen dần với nghiên cứu khoa học…
Đơn giản hóa các quy tắc Vật lí thông qua bộ anten đa năng
Thầy Nguyễn Minh Thuần cho biết: Bộ anten có 4 cây anten gọn, nhẹ, thay đổi được phương chiều có thể ứng dụng rộng rãi trong dạy học Vật lí. Bộ anten tự tạo dùng để tổng hợp hai lực đồng quy, mô tả điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của 3 lực đồng phẳng; biểu diễn phân tích và tổng hợp lực; biểu diễn lực tĩnh điện, véctơ cường độ điện trường; biểu diễn chiều của lực từ, lực lo-ren-xơ, phương và chiều truyền sóng điện từ; biểu diễn hiện tượng khúc xạ và phản xạ toàn phần của ánh sáng.
Bộ anten có thể biểu diễn các véctơ trong mặt phẳng hay trong không gian 3 chiều. Nên khi thay đổi dấu và vị trí các điện tích có thể yêu cầu học sinh dùng bộ anten để xác định phương chiều của lực tĩnh điện và cường độ điện trường. Học sinh tích cực hoạt động, giúp tiết dạy trở nên sinh động. Đồng thời, giáo viên cũng có thể sử dụng bộ anten để thiết lập quy tắc bàn tay trái, quy tắc bàn tay phải hay quy tắc chiều truyền sóng điện từ…
Khi thay đổi phương chiều của các đại lượng trong quy tắc, có thể cho học sinh dùng bộ anten để xác định phương chiều của các đại lượng còn lại. Đối với học sinh yếu, khả năng tư duy trừu tượng không cao, bộ anten đã góp phần làm cho học sinh yêu thích môn học hơn bằng cách nhận thức vấn đề qua con đường đơn giản hóa các quy tắc Vật lí.
Phát triển tư duy qua thí nghiệm tự chế máy phát điện - động cơ điện - lực từ
Theo thầy Nguyễn Minh Thuần, hiện nay ở trường phổ thông chỉ có mô hình máy phát điện quay bằng tay rất đơn giản và nguyên lí hoạt động chưa phù hợp với nguyên lí hoạt động mà sách giáo khoa đã nêu, nên việc giới thiệu cấu tạo, nguyên lí hoạt động của máy phát điện xoay chiều hay động cơ điện gặp nhiều khó khăn. Do đó thí nghiệm tự chế máy phát điện - động cơ điện - lực từ là phương tiện đơn giản và trực quan trong dạy học Vật lí.
Khi tiến hành thí nghiệm, giáo viên nối nguồn điện một chiều có sẵn trong hộp gỗ với khung dây đặt trong từ trường, kết quả khung dây chịu tác dụng của lực từ và quay trong từ trường, tạo ra mô hình động cơ điện. Khi dùng motor điều chỉnh tốc độ quay của khung dây trong từ trường có thể tạo ra dòng điện có hiệu điện thế khoảng 2V, đồng thời motor có thể điều chỉnh tốc độ quay của nam châm hình chữ U để mô phỏng nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ. Ngoài ra, thí nghiệm tự chế có thể mô tả phương và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường, từ đó đưa ra quy tắc bàn tay trái, nó đơn giản hơn nhiều so với cân lực từ phải sử dụng đến đòn cân và nam châm điện.
Với thí nghiệm tự chế, giáo viên giới thiệu cho học sinh cấu tạo của động cơ điện, máy phát điện xoay chiều 1 pha, đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường. Qua đó, học sinh tự lập phương án để xác định phương chiều của lực từ. Học sinh có thể thay đổi chiều dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn để tìm ra quy luật tổng quát và đưa ra quy tắc bàn tay trái về xác định phương chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn đặt trong từ trường.
Đồng thời, giáo viên có thể tạo ra tình huống có vấn đề: Tại sao khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường có thể quay quanh một trục? Học sinh vận dụng quy tắc bàn tay trái để xác định cặp ngẫu lực làm khung dây quay. Khi khung dây quay trong từ trường lại sinh ra dòng điện, đó là phương tiện trực quan sinh động tạo hứng thú cho học sinh trong quá trình học tập. Giáo viên không chỉ dạy kiến thức Vật lí, giáo dục tư tưởng mà còn dạy cho học sinh kỹ năng hành động Vật lí.
Thí nghiệm tự chế sắt từ góp phần phát huy tính tích cực, sáng tạo của học sinh
Ở bài 34 “Sự từ hóa các chất. Sắt từ” sách Vật lí 11 nâng cao, khi giải thích tính từ hóa của các chất sắt từ như sắt, niken, côban… giáo viên gặp nhiều khó khăn, bài dạy không có thí nghiệm biểu diễn nên giáo viên chỉ dạy lý thuyết suông, gây nhàm chán và không phát huy được tư duy sáng tạo của người học.
Trước những khó khăn đó, năm 2010, thầy Nguyễn Minh Thuần đã chế tạo bộ thí nghiệm sắt từ để giúp tiết dạy trở nên sinh động. Bộ thí nghiệm giá chỉ 150.000 đồng này đạt giải A đồ dùng dạy học tỉnh Đồng Tháp năm 2011.
Cấu tạo thí nghiệm gồm cuộn dây bên trong có lõi sắt để tạo ra nam châm điện, hai vật bằng sắt có khối lượng và, kim bằng thép, biến áp AC-DC: 0-12V, khóa K, đèn cồn, cân điện tử.
