Sáng kiến kinh nghiệm Thông qua việc sử dụng thí nghiệm ảo nhằm nâng cao chất lượng học tập của học sinh ở chương Quang học môn Vật lí 9

I. TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống và trong kỹ thuật, vì vậy việc lồng ghép các thí nghiệm vào trong các bài học của môn vật lí là một biện pháp quan trọng nhằm nâng cao chất lượng dạy và học góp phần tích cực trong hoạt động truyền đạt kiến thức cho học sinh.
Việc đổi mới nội dung và phương pháp trong dạy học vật lí phải gắn liền với việc tăng cường sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học vật lí, tuy nhiên đối với bộ môn vật lý nói chung và vật lí 9 nói riêng khối lượng kiến thức trong mỗi bài học tăng lên, đặc biệt là các bài trong chương quang học môn vật lý lớp 9, mỗi bài có từ 2 đến 3 thí nghiệm, mà các thí nghiệm trong bài đòi hỏi phải có sự chính xác cao của các dụng cụ, nếu không sẽ dẫn đến học sinh rất khó quan sát hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm. Hiện nay trong bộ dụng cụ thí nghiệm của trường thì chỉ có một đèn chiếu, các đèn trộn màu nhìn không rõ màu sắc được trộn ra. Từ đó dẫn đến học sinh mất tập trung và thiếu tin tưởng vào thí nghiệm. Đây cũng chính là điều lo lắng và trăn trở của tôi khi lên lớp. Chính vì thế tôi đã suy nghĩ và đưa ra giải pháp thay thế là sử dụng thí nghiệm ảo thay cho thí nghiệm trực quan khi dạy chương Quang học môn Vật lý 9.
Nghiên cứu được tiến hành trên hai nhóm tương đương là hai lớp 9 trường THCS số I Kim Sơn. Lớp 9A là lớp thực nghiệm, lớp 9B là lớp đối chứng. Lớp thực nghiệm được thực hiện giải pháp thay thế khi dạy chương quang học môn Vật lý 9. Khi tiến hành nghiên cứu kết quả cho thấy là việc sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học Vật lí có ảnh hưởng rõ rệt đến sự hứng thú của học sinh, lớp thực nghiệm có kết quả học tập cao hơn lớp đối chứng. Điểm bài kiểm tra sau tác động của nhóm thực nghiệm có giá trị trung bình là 6,4; điểm bài kiểm tra sau tác động của nhóm đối chứng là 4,9. Kết quả kiểm chứng t – test cho thấy P = 0.0015578 < 0.05 có nghĩa là có sự khác biệt lớn giữa điểm trung bình của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng. Điều đó chứng minh được việc dạy học có sử dụng thí nghiệm ảo trong thực hành thí nghiệm môn Vật lí 9 nâng cao chất lượng cho học sinh khi học chương Quang học.
II. GIỚI THIỆU
Trong dạy học Vật lý có thể nói đáp ứng nhu cầu mắt thấy, tai nghe và ứng dụng vào thực tế là một nhu cầu cấp thiết. Hơn nữa sự hiểu biết về kiến thức vật lý không thể chỉ đơn thuần là sự suy diễn logic mà phải trải nghiệm từ thực tế mới khắc sâu được kiến thức cơ bản. Vì thế dạy học Vật lí mà không có thí nghiệm hoặc thí nghiệm không thành công thì sẽ dẫn đến học sinh mất lòng tin vào bài học. Tuy nhiên không phải bài nào cũng thực hiện thành công các thí nghiệm theo mục tiêu đề ra ví dụ như bài “Sự phân tích ánh sáng trắng và sự trộn các ánh sáng màu”, điều kiện của trường không đủ dụng cụ (mất lăng kính, đèn chiếu ánh sáng chỉ có một cái, khi trộn màu ánh sáng thì màu sắc nhợt nhạt khó nhìn do không có phòng tối) chính vì vậy mà kết quả của thực hành thí nghiệm đôi lúc cũng không như mong muốn. Từ đó làm ảnh hưởng đến kết quả học tập của học sinh.
Hiện nay nhà trường đã có công cụ hỗ trợ là máy chiếu và việc soạn giáo án điện tử, dạy học bằng máy vi tính không còn là vấn đề xa lạ đối với giáo viên dạy học môn Vật lý. Tuy nhiên các bài giảng của giáo viên chỉ dừng lại ở việc chiếu các kênh hình để thay thế cho việc trình bày bảng, đơn thuần chỉ là sử dụng những hiệu ứng trong Power point để trình chiếu và sử dụng những hình ảnh để minh họa cho thí nghiệm trong sách giáo khoa..
Để nâng cao hiệu quả của các bài giảng đòi hỏi giáo viên phải lồng ghép giữa trình bày lí thuyết và thực nghiệm nhằm phát huy tác dụng của thí nghiệm trong bài dạy, đây là vấn đề rất cần thiết trong dạy học vật lí. Bên cạnh việc thực hiện các thí nghiệm trực quan thì thí nghiệm ảo cũng mang lại hiệu quả thiết thực đặc biệt là trong bài giảng có ứng dụng công nghệ thông tin. Chính vì thế để thay đổi hiện trạng trên tôi đã chọn giải pháp “Thông qua việc sử dụng thí nghiệm ảo nhằm nâng cao chất lượng học tập của học sinh ở chương Quang học môn Vật lí 9”. Trường THCS Số I Kim Sơn.
Các nghiên cứu trên chủ yếu bàn về sử dụng công nghệ thông tin như thế nào trong dạy học nói chung mà chưa có tài liệu, đề tài nào đi sâu vào việc sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học vât lý.
Thông qua đề tài này tôi muốn có một nghiên cứu cụ thể hơn và đánh giá được hiệu quả của việc đổi mới phương pháp dạy học, thông qua việc sử dụng các thí nghiệm ảo trong phần Quang học môn Vật lý 9 hỗ trợ cho giáo viên trong việc sử dụng thí nghiệm trực quan trong một số bài về ánh sáng ở chương Quang học mà dụng cụ thí nghiệm thiếu độ tin cậy. Từ đó, truyền cho các em lòng tin vào khoa học, say mê tìm hiểu về vật lý cùng các ứng dụng của nó trong đời sống.
2.1 Vấn đề nghiên cứu
Sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học chương quang học môn Vật lí 9 có nâng cao chất lượng cho học sinh không?
2.2 Giả thuyết nghiên cứu
Sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học chương quang học môn Vật lý 9 sẽ nâng cao chất lượng cho học sinh trường THCS Số I Kim Sơn.
III. PHƯƠNG PHÁP
1. Khách thể nghiên cứu
Học sinh lớp 9A, 9B Trường THCS số I Kim Sơn có những điểm tương đồng thuận lợi cho việc nghiên cứu.
Giáo viên: 1. Cô Trương Thị Lý giáo viên dạy vật lý của 2 lớp 9A, 9B
 2. Thầy Trần Hoài Nam giáo viên dạy Vật lý 9
Lớp 9A ( Lớp thực nghiệm )
Lớp 9B ( Lớp đối chứng)
Hai lớp được chọn tham gia nghiên cứu có nhiều điểm tương đồng nhau về năng lực học tập, thành phần dân tộc cụ thể như sau:
Bảng 1: Giới tính thành phần dân tộc của HS lớp 9A, 9B Trường THCS số I Kim Sơn
Số HS các nhóm
Dân tộc
Tổng số
Nam
Nữ
Kinh
Lớp9A(Thực nghiệm)
22
17
5
0
Lớp 9B (Đối chứng)
22
14
8
2
Về hình thức học tập: Tất cả các em ở hai lớp đều tích cực, chủ động. 
Về thành tích học tập: Hai lớp tương đương nhau về điểm số của môn lý ở HKI.
2. Thiết kế nghiªn cøu
Chọn hai lớp nguyên vẹn: Lớp 9A là lớp thực nghiệm và lớp 9B là lớp đối chứng. Tôi lấy bài kiểm tra HKI môn Vật lý làm bài kiểm tra trước tác động. Kết quả kiểm tra cho thấy điểm trung bình của hai nhóm có sự khác nhau, do đó tôi dùng phép kiểm chứng T-Test độc lập để kiểm chứng sự chêch lệch giữa điểm số trung bình của hai nhóm trước khi tác động. 
Kết quả:
 Bảng 2. Kiểm chứng để xác định các nhóm tương đương.
Đối chứng
Thực nghiệm
TBC
5.3
5.5
P 
0.708
P = 0.0708 > 0.05 từ đó kết luận sự chênh lệch điểm số trung bình của hai nhóm thực nghiệm và đối chứng hai nhóm được coi là tương đương và việc lựa chọn hai nhóm để nghiên cứu là phù hợp.
Sử dụng thiết kế 4: Sử dụng kết quả HKI và kiểm tra sau tác động đối với các nhóm tương đương (được mô tả ở bảng 2)
 Bảng 3: Thiết kế nghiên cứu
Nhóm
Tác động
KT sau tác động
Thực nghiệm
Dạy học có sử dụng thí nghiệm ảo
O2
Đối chứng
Dạy học không sử dụng thí nghiệm ảo
O4
Thiết kế này tôi sử dụng phép kiểm chứng T- Test độc lập.
3. Quy trình nghiên cứu
Chuẩn bị bài của giáo viên :
Lớp 9A : Thiết kế bài dạy có sử dụng thí nghiệm ảo trong bộ thí nghiệm phòng ban.
Lớp 9B : Thiết kế bài dạy sử dụng các dụng cụ trực quan theo tiết dạy bình thường.
Tiến hành dạy thực nghiệm :
Thời gian thực nghiệm theo kế hoạch dạy học và theo thời khóa biểu để đảm bảo tính khách quan.
 Bảng 4: Thời gian thực nghiệm
Thời gian
Môn/Lớp
Tiết(PPCT)
Nội dung bài dạy
26 - 02 - 2014
Vật lý
48
Bài 43: Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội
6 - 3 - 2014
Vật lý
50
Bài 45: Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính phân kì
14 - 3 - 2014
Vật lý
54
Bài 47: Sự tạo ảnh trên phim trong máy ảnh
28 - 03 - 2914
Vật lý
58
Bài 49: Mắt cận, mắt lão.
11 - 4 - 2014
Vật lý
62
Bài 54: Sự phân tích ánh sáng trắng
4. Đo lường
Bài kiểm tra trước tác động là bài kiểm tra học kì I môn Vật lý 9. 
Bài kiểm tra sau tác động là bài kiểm tra sau khi học xong các bài trong chương quang học (xem phần phụ lục). Bài kiểm tra gồm 4 câu trắc nghiệm dạng nhiều lựa chọn đúng sai và 5 câu tự luận .
Tiến hành kiểm tra và chấm bài.
Sau khi dạy xong các bài trong chương Quang học tôi tiến hành kiểm tra và chấm bài theo đáp án đã xây dựng. ( trình bày phần phụ lục)
IV. PHÂN TÍCH DỮ LIỆU VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ
1. Phân tích dữ liệu
Bảng 5: So sánh điểm trung bình bài kiểm tra sau tác động
Thực nghiệm 
Đối chứng
ĐTB
6,4
4,9
Độ lệch chuẩn
1.435368031
1.520801
Giá trị P của T- test
0.0015578
Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn( SMD)
0.9923001
Như trên đã chứng minh rằng kết quả 2 lớp trước tác động là tương đương. Sau tác động kiểm chứng chênh lệch điểm trung bình bằng T-test cho kết quả p = 0.0015578 cho thấy sự chênh lệch giữa điểm thực nghiệm và nhóm đối chứng rất có ý nghĩa, tức là chênh lệch kết quả điểm trung bình nhóm thực nghiệm cao hơn điểm trung bình nhóm đối chứng là không do ngẫu nhiên mà là do kết quả của tác động. 
Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn SMD = = 0,9923001
Theo bảng chỉ tiêu Cohen, chênh lệch giá trị trung bình chuẩn SMD= 0.9923001 cho thấy mức độ ảnh hưởng của dạy học có sử dụng thí nghiệm ảo thì học sinh sẽ dễ nắm bắt kiến thức và hiểu bài hơn và dẫn đến kết quả học tập đã được nâng lên. 
Giả thuyết của đề tài “Thông qua việc sử dụng thí nghiệm ảo nâng cao chất lượng học tập chương quang học môn vật lý 9 ” đã được kiểm chứng.
2. Bàn luận kết quả
Ưu điểm:
Kết quả của bài kiểm tra sau tác động của nhóm thực nghiệm có điểm trung bình cộng là 6,4 kết quả điểm trung bình cộng bài kiểm tra tương ứng của nhóm đối chứng là 4,9. Độ chênh lệch điểm số giữa hai nhóm là 0.9923001. Điều đó cho thấy điểm trung bình cộng của hai lớp đối chứng và thực nghiệm đã có sự khác biệt rõ rệt, lớp được tác động có điểm trung bình cộng cao hơn lớp đối chứng.
Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn của hai bài kiểm tra là SMD = 0.9923001 Điều này có nghĩa mức độ ảnh hưởng của tác động là lớn. 
Phép kiểm chứng T-test điểm trung bình sau tác động của hai lớp là p = 
0.0015578 < 0.05. Kết quả này khẳng định sự chênh lệch điểm trung bình của hai nhóm không phải là do ngẫu nhiên mà là do tác động.
Hạn chế: 
Việc sử dụng thí nghiệm ảo trong thí nghiệm vật lý là một giải pháp tốt mang lại hiệu quả thiết thực là giúp giáo viên có thể diễn đạt rõ ràng hơn những hiện tượng vật lý và giúp học sinh có thể dễ dàng hơn trong việc quan sát, từ đó đi đến những nhận thức đúng đắn về các hiện tượng vật lý. Tuy nhiên chúng ta cũng không nên quá lạm dụng vào chúng, đồng thời đòi hỏi giáo viên phải có trình độ nhất định về công nghệ thông tin, mất nhiều thời gian thiết kế thí nghiệm và bài dạy.
V. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
1. Kết luận
Việc sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí làm tăng tính thực nghiệm của môn học, tạo hứng thú học tập cho học sinh, giúp học sinh tin tưởng và nắm vững kiến thức hơn. 
Hầu hết các thí nghiệm ảo đều có tính chính xác rất cao, gần như tuyệt đối, đáp ứng phần lớn mục tiêu của tiết học, bài học và phương pháp giảng dạy của mỗi giáo viên. 
Qua việc sử dụng thí nghiệm ảo trong chương Quang học đã có thể giúp tôi diễn đạt rõ ràng hơn về các hiện tượng vật lý như sự phân tích ánh sáng trắng và sự trộn các ánh sáng màu lại với nhau để được ánh sáng có màu mới, hơn nữa qua đó học sinh cũng có thể dễ dàng nhận biết kết quả một cách chính xác và tăng thêm hứng thú cho học sinh khi được học các bài giảng có ứng dụng công nghệ thông tin và sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo.
2. Khuyến nghị
Riêng đối với bộ môn Vật lý mà nói Power point có thể coi là cánh tay đắc lực trong việc hỗ trợ cho dạy và học, tuy nhiên chúng ta cũng không nên quá lạm dụng các thí nghiệm ảo, việc tiến hành các thí nghiệm này trong thực tế gặp khó khăn thực sự hoặc không thể tiến hành được để tránh biến tiết học thành nơi phô diễn tin học gây nhiễu và tạo thành phản tác dụng trong dạy học.
Nhà trường cần trang bị các dụng cụ thí nghiệm đã bị hư hỏng và có một phòng tối để nghiên cứu các thí nghiệm trong chương Quang học.
Kim Sơn, Ngày 25 tháng 4 năm 2014
	Nhóm tác giả
 Trương Thị Lý, Trần Hoài Nam