Là giáo viên trực tiếp giảng dạy bộ môn vật lý lớp 12 nhiều năm tại trường THPT Kim Sơn A, thầy giáo Đinh Thứ Cơ nhận thấy phần kiến thức về sóng cơ lớp 12 trong quá trình dạy và học gặp rất nhiều khó khăn. Bên cạnh thuận lợi đây là phần kiến thức rất phổ biến trong tự nhiên, gần gũi với đời sống con người và có rất nhiều ứng dụng trong thực tế thì quá trình giảng dạy của giáo viên và học tập của học sinh gặp phải khó khăn lớn do: Đa số quá trình truyền sóng diễn ra nhanh (tốc độ truyền sóng lớn) dẫn đến học sinh khó quan sát hoặc không quan sát được quá trình truyền sóng diễn ra như thế nào trong thực tế.

Trong khi đó hiện nay, trong phòng thí nghiệm của các trường phổ thông phục vụ cho dạy học nội dung này chỉ có hai thiết bị đó là: thiết bị thí nghiệm giao thoa sóng nước; thiết bị thí nghiệm sóng dùng trên dây có hai đầu cố định. Các thiết bị này có hạn chế, đó là chỉ cho thấy được kết quả của hiện tượng mà không thấy được quá trình diễn ra của các hiện tượng do hiện tượng sóng xảy ra nhanh. Hơn nữa, trong khi thực hiện trên các môi trường chất lỏng và trên sợi dây đàn hồi liên tục thì rất khó quan sát được chuyển động của chi tiết từng phần tử. Thiết bị giao thoa sóng nước khó thực hiện, nên không nhiều giáo viên sử dụng trong khi giảng dạy. Chính vì vậy trong chương trình vật lý lớp 12 phần thí nghiệm sự truyền sóng cơ, sự phản xạ sóng cơ trên một sợi dây đàn hồi hầu hết giáo viên không thể biểu diễn thí nghiệm này được và thí nghiệm cũng rất khó thành công. Thay vào đó giáo viên sẽ mô tả, diễn giải. Kết quả là học sinh phải tự tưởng tượng ra quá trình truyền sóng là gì? Và điều này là vô cùng khó với học sinh. Ngoài ra có một số giáo viên sử dụng phần mềm để mô phỏng hiện tượng sóng thì cũng mang tính áp đặt, thiếu sự khách quan, khó thuyết phục đối với học sinh.

Là một giáo viên trực tiếp đứng lớp nhiều năm, ý thức được những khó khăn trở ngại trong việc truyền thụ kiến thức về sóng cơ và sự truyền sóng cơ, thầy giáo Đinh Thứ Cơ ấp ủ ý tưởng thiết kế, chế tạo ra bộ thí nghiệm sóng cơ và sự truyền sóng cơ để dạy học chương II “Sóng cơ và sóng âm” của chương trình vật lý lớp 12. Trước thực tế, việc giảng dạy nội dung này đang sử dụng các thí nghiệm ảo mô phỏng trên máy tính, thì đây là thiết bị thực sự hiệu quả, giúp học sinh nắm bắt được nội dung kiến thức và hiểu bài nhanh, giáo viên làm việc nhẹ nhàng, hiệu quả.

Bộ thí nghiệm được làm thủ công với nguyên tắc hoạt động dựa trên sự truyền sóng cơ trên vật đàn hồi lò xo. Về cấu tạo bộ thí nghiệm gồm: sợ lò so dài 1,2m; Các thanh nhôm (ống nhôm) đường kính 0,8cm, một loại dài 50cm và một loại dài 30cm được gắn cố định vuông góc với lò xo và cách đều nhau; Lò xo được đặt cân bằng trên giá đỡ bằng gỗ. Bộ thí nghiệm được chế tạo bằng cách: dùng dây buộc, dây cao su mềm gắn cố định các thanh nhôm cách đều nhau với lò xo theo phương vuông góc với lò xo. Khoảng cách hợp lý giữa các thanh là 3cm. Điều chỉnh để vị trí gắn với lò xo là trọng tâm của thanh nhôm, giúp hệ thống thanh nhôm nằm cân bằng. Dùng sợi chỉ mềm, liên kết các thanh nhôm với nhau để hệ thống nằm cân bằng tốt hơn; dùng bu lông liên kết các trụ và chi tiết đỡ với nhau, gắn với giá bằng gỗ, đặt lò xo lên giá đỡ.

Với việc chế tạo bộ thí nghiệm này, giáo viên khi áp dụng sẽ biểu diễn bản chất của quá trình truyền sóng là quá trình lan truyền dao động trong một môi trường. Khi tiến hành thí nghiệp giáo viên sẽ: đặt bộ thí nghiệm trên mặt bàn nằm ngang, dùng tay tác động lên thanh nhôm theo phương thẳng đứng để tạo một đầu sóng ở một phía của bộ thí nghiệm. Quan sát quá trình lan truyền dao động (sự truyền sóng ngang) trên các thanh nhôm dọc theo trục của lò xo. Như vậy, trong quá trình thí nghiệm học sinh sẽ quan sát được rõ sự lan truyền dao động giũa các thanh nhôm dọc theo trục của lò xo. Chỉ có dao động được truyền đi, còn bản thân các thanh nhôm (đóng vai trò phần tử môi trường) chỉ dao động cung quanh vị trí cân bằng của nó. Cũng bằng bộ thí nghiệm này, giáo viên dễ dàng tạo ra một, hai hay nhiều đỉnh sóng, học sinh cũng sẽ hình thành các khái niệm đỉnh sóng, hõm sóng. Bên cạnh đó, cũng với bộ thí nghiệm này học sinh cũng nhận biết được phương dao động của các phần tử môi trường (chính là phương dao động lên - xuống của các thanh nhôm) và phương truyền sóng (sóng được truyền dọc theo các trục của lò xo). Kết quả là ta có sóng ngang được hình thành và truyền đi. Ngoài ra bộ thí nghiệm này cũng giúp học sinh nhìn thấy sự phản xạ của sóng cơ trên vật cản tự do; sự phản xạ của sóng cơ trên vật cản cố định; cũng quan sát được sóng dừng có một đầu cố định, một đầu tự do; sóng dừng có hai đầu cố định; sự truyền sóng qua hai môi trường khác nhau. Như vậy chỉ với một bộ thí nghiệm được chế tạo thủ công nhưng được ứng dụng hiệu quả trong quá trình giảng dạy về sóng trong môn vật lý ở nhà trường THPT.

Trên thực tế, bộ thí nghiệm đã được chế tạo thành công vào đầu năm 2013 và đưa vào giảng dạy từ năm học 2013-2014, kết quả cho thấy thiết bị này có thể sử dụng để dạy gần như tất cả các nội dung kiến thức phần sóng cơ theo sách giáo khoa Vật lý 12; học sinh tiếp thu bài học đầy hứng thú và kết quả học tập đã được kiểm nghiệm trên thực tế với sự tiến bộ rõ rệt. Đây thực sự là một bộ thí nghiệm tiết kiệm chi phí nhưng mang lại hiệu quả rõ rệt trong công tác giảng dạy của giáo viên và việc tiếp thu kiến thức của học sinh.

Phạm Anh