Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm xác định chiết suất chất lỏng và sử dụng trong dạy học theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm

Bài viết trình bày cách thiết kế, chế tạo thiết bị xác định chiết suất chất lỏng bằng phương pháp phản xạ toàn phần để đo chiết suất của nhiều loại chất lỏng trong suốt có độ chính xác cao. Đồng thời, bài viết cũng trình bày cách thức khai thác hiệu quả bộ thí nghiệm nhằm bồi dưỡng các kĩ năng theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học phần Quang hình học Vật lí 11.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm xác định chiết suất chất lỏng và sử dụng trong dạy học theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Educational Sci., 2016, Vol. 61, No. 8B, pp. 156-164 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn DOI: 10.18173/2354-1075.2016-0170 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHIẾT SUẤT CHẤT LỎNG VÀ SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM Hồ Sỹ Chương, Trương Văn Minh, Trần Minh Hùng, Nguyễn Thị Thu Thủy Khoa Sư phạm Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Đồng Nai Tóm tắt. Hiện nay, bộ thí nghiệm đo chiết suất chất lỏng sử dụng ở các trường phổ thông dựa trên hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Khi sử dụng bộ thí nghiệm này học sinh phải mất nhiều thời gian thao tác và kết quả đo có độ chính xác không cao. Trong báo cáo này, chúng tôi trình bày cách thiết kế, chế tạo thiết bị xác định chiết suất chất lỏng bằng phương pháp phản xạ toàn phần để đo chiết suất của nhiều loại chất lỏng trong suốt có độ chính xác cao. Đồng thời, chúng tôi cũng trình bày cách thức khai thác hiệu quả bộ thí nghiệm nhằm bồi dưỡng các kĩ năngtheo hướng phát triển năng lựcthực nghiệmcho học sinh trong dạy họcphần Quang hình học Vật lí 11. Từ khóa: Bộ thí nghiệm, chiết suất chất lỏng, khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, năng lực thực nghiệm. 1. Mở đầu Từ những năm 1970, giáo dục dựa trên năng lực đã được chú trọng ở Mỹ. Ngày nay, nó đã trở thành xu hướng giáo dục quốc tế. Với hình thái này, giáo dục hướng tới việc đo lường chính xác kiến thức, kĩ năng và thái độ của người học sau khi kết thúc mỗi chương trình học [1]. Sự thay đổi mục tiêu và hình thái giáo dục yêu cầu các phương pháp giảng dạy và đánh giá cũng cần có sự thay đổi. Ở các nước có nền giáo dục tiên tiến, các phương pháp giảng dạy theo năng lực đã được áp dụng. Giảng dạy theo năng lực có thể hiểu là hướng tiếp cận tập trung vào đầu ra của quá trình dạy và học, trong đó nhấn mạnh người học cần đạt được các mức năng lực như thế nào sau khi kết thúc một chương trình giáo dục [2]. Các năng lực thường được tập trung phát triển bao gồm năng lực xử lí thông tin, giải quyết vấn đề, phản biện, năng lực học tập suốt đời [3]. Nó có thể được xem là những năng lực chung cần được phát triển cho học sinh (HS). Bên cạnh các năng lực chung đó, tùy theo từng lĩnh vực còn có các năng lực chuyên môn hay chuyên biệt. Những năm gần đây, để bắt kịp xu thế giáo dục của thế giới, giáo dục Việt Nam cũng đã có những biến chuyển tích cực từ chương trình giáo dụctiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực người học. Ở trường phổ thông, đối với các môn khoa học tự nhiên nói chung và môn Vật lí nói riêng, việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm đóng vai trò quan trọng. Điều này góp phần xóa bỏ tính hàn lâm trong giáo dục, chú trọng rèn luyện các kĩ năng cho HS. Tuy vậy, việc triển khai bồi dưỡng Ngày nhận bài: 27/7/2016. Ngày nhận đăng: 22/9/2016. Liên hệ: Hồ Sỹ Chương, e-mail: hosichuong@gmail.com 156 Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm xác định chiết suất chất lỏng và sử dụng trong dạy học... năng lực này cho HS ở trường phổ thông vẫn gặp nhiều khó khăn. Một trong các khó khăn đó là do năng lực của giáo viên (GV) còn hạn chế và các thiết bị thí nghiệm (TN) hỗ trợ chưa nhiều. Trong bài viết này, chúng tôi trình bày việc thiết kế, chế tạo bộ TN xác định chiết suất chất lỏng mới, có nhiều ưu điểm dựa trên phương pháp phản xạ toàn phần. Từ đó chúng tôi đề xuất một số định hướng áp dụng bộ thí nghiệm này vào dạy học phần Quang hình học Vật lí lớp 11 theo định hướng phát triển năng lực thực nghiệm cho HS. 2. 2.1. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu, chế tạo bộ thí nghiệm đo chiết suất chất lỏng bằng phương pháp phản xạ toàn phần Cơ sở lí thuyết Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng toàn bộ ánh sáng bị phản xạ ngược trở lại môi trường cũ khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau. Hiện tượng phản xạ toàn phần chỉ có thể xảy ra khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang sang môi trường kém chiết quang hơn và góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn, với sin(igh ) = n2 n1 (1) Thiết kế thiết bị thí nghiệm Hình 1. Bản thiết kế bộ thí nghiệm Thiết bị được thiết kế như hình 1. Gọi chiết suất chất lỏng là n. Khi tia sáng đi từ trong chất lỏng đến mặt phân cách với không khí thì có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Chiếu tia laser (đỏ) vào mặt bên, trên thước tại A, tia laser bị khúc xạ tại A rồi đến bề mặt chất lỏng tại C. Tại C một phần ánh sáng bị khúc xạ ra không khí (đến gặp thành bên trái tại D), một phần phản xạ đến gặp mặt bên tại E. 157 Hồ Sỹ Chương, Trương Văn Minh, Trần Minh Hùng, Nguyễn Thị Thu Thủy Giả sử hiện tượng phản xạ toàn phần bắt đầu xảy ra tại C, tia khúc xạ CD đi sát mặt phân cách. Khi đó ta chứng minh được: s   h1 + h2 2 n= 1+ (2) d Như vậy, chỉ cần điều chỉnh góc của đèn laser chiếu tới mặt bên sao cho hiện tượng phản xạ toàn phần bắt đầu xảy ra, khi đó ta đo d, h1 , h2 và áp dụng công thức (4) thìsẽ tính được chiết suất của chất lỏng. Sa ...