Học sinh, sinh viên chế tạo thành công bộ thí nghiệm Vật lý

Mong muốn khắc phục hạn chế trong thiết bị dạy học, nhóm học sinh, sinh viên (HSSV) Thái Bình đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thành công bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng, tròn và dao động tắt dần trong dạy học Vật lý lớp 10, lớp 11 theo Chương trình GDPT 2018.

Từ trăn trở thiết bị dạy học

Trong trường phổ thông hiện nay, việc thiếu trang thiết bị dạy học nói chung, thiết bị thí nghiệm thực hành môn Vật lý nói riêng ảnh hưởng không nhỏ tới kết quả học tập và khả năng định hướng nghề nghiệp của học sinh. Thầy cô đã khắc phục khó khăn trên bằng cách sử dụng video thí nghiệm, thí nghiệm mô phỏng...

Tuy nhiên, việc chỉ xem mà không được thực hành trong thời gian dài cũng ảnh hưởng đến tư duy sáng tạo, sự phát triển năng lực, phẩm chất người học. Đây là lý do thôi thúc nhóm HSSV lên ý tưởng nghiên cứu, chế tạo thiết bị thí nghiệm phục vụ dạy học.

Sản phẩm sáng tạo bởi sinh viên Nguyễn Việt Hưng - chuyên ngành Khoa học máy tính (Trường ĐH Công nghệ, ĐHQG Hà Nội) và Nguyễn Thăng Long, Nguyễn Hà Chi, Bùi Tiến Thành - học sinh lớp 11, Trường THPT Chu Văn An (Kiến Xương, Thái Bình).

Cố vấn khoa học cho nhóm là ông Nguyễn Viết Huy - Phó Trưởng phòng Giáo dục Trung học, Sở GD&ĐT Thái Bình, cô Nguyễn Thị Thu Hà - giáo viên Trường Tiểu học - THCS&THPT Quách Đình Bảo (TP Thái Bình), thầy Nguyễn Xuân Tỉnh - giáo viên Trường THPT Chu Văn An (huyện Kiến Xương, Thái Bình).

Nhóm đã nghiên cứu các bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng, chuyển động tròn và dao động tắt dần được giới thiệu trong SGK Vật lý lớp 10, lớp 11 bộ sách Cánh diều, Kết nối tri thức với cuộc sống, Chân trời sáng tạo..., cùng một số bộ thí nghiệm trên thị trường; qua đó nhận thấy một số vấn đề cần cải tiến.

“Bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động tròn đều chưa có trên thị trường. Còn bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng đều, chúng em nhận thấy hạn chế việc điều chỉnh độ dốc máng nghiêng để tạo ra chuyển động thẳng đều mất thời gian và khó kiểm soát tốc độ như mong muốn. Bộ thí nghiệm ghi đồ thị dao động tắt dần của con lắc đơn cũng có hạn chế.

Ví dụ, sử dụng mực nước tẩm vào bút lông vẽ trên bảng mica trắng, sau mỗi lần thí nghiệm phải dùng giẻ lau xóa mực nước nên khá bất tiện. Quỹ đạo chuyển động của vật nặng con lắc đơn thực tế là đường cong nên tiếp xúc không tốt với bề mặt phẳng bảng mica trắng; do đó, đồ thị dao động tắt dần ghi được có chỗ gián đoạn, khó quan sát. Chưa thấy có thiết bị thí nghiệm ghi đồ thị dao động tắt dần đối với con lắc lò xo trên thị trường trong và ngoài nước”, Nguyễn Thăng Long, một trong 4 tác giả của bộ thí nghiệm chia sẻ.

Từ khi lên ý tưởng đến hoàn thành sản phẩm, nhóm HSSV mất khoảng 1 năm. Trong quá trình này, Bùi Tiến Thành cho biết, có những khó khăn tưởng chừng không thể vượt qua. Đơn cử như vấn đề thiết kế ra bộ thí nghiệm với tính năng như mong muốn khi kiến thức về lĩnh vực này không có nhiều, đặc biệt một số mô-đun dự kiến sử dụng trong bộ thí nghiệm khó hoặc không tìm được trên thị trường.

Tuy nhiên, được thầy cô động viên, khích lệ và sự tư vấn, hỗ trợ của các nhà khoa học, 4 bộ thí nghiệm (khảo sát chuyển động thẳng đều; thẳng biến đổi đều; chuyển động tròn đều và ghi đồ thị dao động tắt dần) đã dần thành hình, hoàn thiện.

Đặc sắc của 4 bộ thí nghiệm là thiết kế dưới dạng mô-đun dùng chung cho nhiều thí nghiệm khác nhau; lắp đặt và thao tác thí nghiệm dễ dàng, cho kết quả rõ ràng, sinh động. Đặc biệt, bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động tròn đều chưa có trên thị trường có thể khảo sát cả định tính và định lượng; bộ thí nghiệm ghi đồ thị dao động tắt dần thực hiện trên bảng từ tự xóa có thể làm lại nhiều lần...

“Kết quả thu được không chỉ là sản phẩm, trong quá trình thực hiện dự án, chúng em được vận dụng kiến thức vật lý, toán học, đồ họa... để tính toán, thiết kế ra sản phẩm cụ thể phục vụ dạy học. Các trải nghiệm thực tế giúp mỗi thành viên phát triển năng lực thực hành, giải quyết vấn đề và phương pháp nghiên cứu khoa học. Đây là những kinh nghiệm hữu ích khi học ở bậc đại học và bậc học cao hơn”, Nguyễn Việt Hưng - sinh viên duy nhất trong nhóm cho hay.

Đại diện nhóm tác giả báo cáo kết quả nghiên cứu tới thầy cô, học sinh cụm các trường THTP huyện Kiến Xương, Thái Bình. Ảnh: NVCC

Ứng dụng hiệu quả trong thực tế

Theo thầy Nguyễn Xuân Tỉnh, các bộ thí nghiệm nói trên có thể sử dụng thuận tiện, hiệu quả trong nhà trường, phục vụ dạy học môn Vật lý lớp 10, lớp 11 theo Chương trình GDPT 2018 phần chuyển động thẳng, tròn và dao động tắt dần. Để khai thác hết tính năng các bộ thí nghiệm, cần có nghiên cứu, hướng dẫn chi tiết cho học sinh; sự tìm tòi của học sinh nhằm phát triển phẩm chất, năng lực thông qua thí nghiệm thực hành.

Với tính ứng dụng và hiệu quả cao, bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng, tròn và dao động tắt dần đã giành giải Nhất Cuộc thi Khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học tỉnh Thái Bình năm 2023. Một phần kết quả nghiên cứu được báo cáo tại Hội thảo “Nâng cao hiệu quả dạy học Vật lý, Khoa học tự nhiên ở trường phổ thông” tổ chức tại Trường ĐHSP Hà Nội 2 tháng 1/2024.

Đánh giá cao sản phẩm 4 bộ thí nghiệm, TS Nguyễn Viết Huy - Phó Trưởng phòng Giáo dục Trung học, Sở GD&ĐT Thái Bình cho biết: Trong 4 bộ thí nghiệm nhóm nghiên cứu chế tạo, bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động tròn đều, bộ thí nghiệm khảo sát dao động tắt dần hoàn toàn mới.

Bộ thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng đều và nhanh dần đã cải tiến sáng tạo so với nhiều bộ thí nghiệm giới thiệu trong các bộ SGK. Các bộ thí nghiệm nêu trên là sự bổ sung hiệu quả cho Danh mục thiết bị dạy học tối thiểu Bộ GD&ĐT ban hành, góp phần nâng cao chất lượng dạy - học môn Vật lý theo hướng phát triển phẩm chất, năng lực người học mà Chương trình GDPT 2018 đề ra.

Chia sẻ về hướng phát triển sản phẩm, nhóm nghiên cứu cho biết, sẽ nghiên cứu thay máy in mini tốc độ cao bằng đầu laser có giá thành rẻ, nhẹ hơn, giảm tuyệt đối ma sát khi thực hiện các thí nghiệm về chuyển động. Nghiên cứu viết phần mềm điều khiển hệ thống laser trên máy tính; thu nhận và xử lý số liệu tự động. Đồng thời, tiếp tục phát triển, hoàn thiện các bộ thí nghiệm, giới thiệu đến trường phổ thông để sản phẩm được sử dụng rộng rãi.