Trong thời đại của cách mạng Công nghiệp 4.0, giáo dục và đào tạo nói chung và giáo dục phổ thông nói riêng không thể nằm bên ngoài cuộc cách mạng này. Do đó, việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng thí nghiệm từ các vật liệu bán dẫn, có kết nối với thiết bị vi tính, từng bước thay thế các thí nghiệm truyền thống là xu hướng mới trong dạy học Vật lý ở bậc học phổ thông, nhằm giúp học sinh tham gia học tập một cách chủ động, tích cực và sáng tạo, tăng cường tính trực quan, góp phần nâng cao chất lượng lĩnh hội và nắm vững kiến thức cơ bản.

Xuất phát từ thực tế trên, đồng thời  thực hiện Nghị quyết số 29 của Ban Chấp hành Trung ương khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế, Sở Khoa học và Công nghệ đã tham mưu với Ủy ban Nhân dân tỉnh phê duyệt Đề tài “Thiết kế, chế tạo ứng dụng bộ thí nghiệm có kết nối với máy vi tính trong giảng dạy môn vật lý”. Đây là đề tài của nhóm tác giả thuộc trường Đại học Hoa Lư, đã được tiến hành dạy thực nghiệm tại một số trường THPT trên địa bàn và bước đầu được đánh giá hiệu quả.

Giờ học thực hành bộ môn vật lý của các em học sinh lớp 11 Lý, trường Trung học Phổ thông Chuyên Lương Văn Tụy. Nội dung tiết học đó là khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điôt bán dẫn có kết nối với máy vi tính. Giờ học diễn ra sôi nổi, học sinh hứng thú và say mê, khác hẳn với những giờ học cũ. Cùng nội dung tiết học này, hiện tại nhà trường đang tiến hành theo phương pháp thu thập số liệu thí nghiệm bằng đồng hồ đo điện đa năng DT 920A. Tuy nhiên giá trị đo được không ổn định qua các lần đo. Học sinh gặp khó khăn và tốn nhiều thời gian thu thập số liệu, vẽ đồ thị. Thời gian làm thí nghiệm khá lâu, sai số lớn. Với phương pháp học mới là kết nối bộ thí nghiệm với máy vi tính, đã khắc phục được các hạn chế nêu trên.

Việc kết nối thí nghiệm với máy tính bằng hai cảm biến: cảm biến dòng điện và cảm biến điện thế đảm bảo độ nhạy cao hơn nhiều lần so với đồng hồ  đo điện đa năng DT 9208A. Các giá trị đo được khuếch đại đưa vào máy vi tính xử lí, vẽ đồ thị cho kết quả chính xác trong thời gian rất ngắn. Bộ thí nghiệm này có thể sử dụng khảo sát đặc tính khuếch đại của Tranzito cũng như thu thập số liệu, vẽ đồ thị đường đặc tuyến vôn-ampe  của các thí nghiệm tương tự.

Đề tài “Thiết kế, chế tạo ứng dụng bộ thí nghiệm có kết nối với máy vi tính trong giảng dạy môn vật lý”.  đã được tiến hành giảng dạy thực nghiệm ở 3 trường Trung học Phổ thông trên địa bàn tỉnh là trường Trung học Phổ thông Kim Sơn B, Trung học Phổ thông Hoa Lư A và trường Trung học Phổ thông Chuyên Lương Văn Tụy đã mang lại hiệu quả rõ rệt.

Qua thực tế áp dụng đề tài tại các trường cho thấy: các Số liệu thí nghiệm được thu thập bằng cảm biến (sensor), các cảm biến kết nối với máy vi tính qua cổng USB,  phần mềm xử lí số liệu, vẽ đồ thị lập trình bằng ngôn ngữ chuyên dụng (LabView), đảm bảo tính khoa học, chính xác, độ bền và sự ổn định cao trong quá trình sử dụng,  giá thành sản phẩm hợp lí, dễ sử dụng. Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng thí nghiệm có kết nối với máy vi tính áp dụng vào dạy học ở trường Trung học Phổ thông chứng tỏ phù hợp với xu hướng phát triển của khoa học & công nghệ; tiến trình hội nhập giáo dục Việt Nam với các nước có nền giáo dục tiên tiến trong khu vực và trên thế giới.

Theo chương trình tổng thể giáo dục phổ thông do Bộ Giáo dục và Đào tạo, ban hành tháng 7 năm 2017, “năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo” là một trong 10 năng lực cần được hình thành, phát triển cho học sinh ở trường phổ thông. Đối với bộ môn Vật lý, đổi mới mục tiêu dạy học hiện nay gắn liền với đổi mới thiết bị thí nghiệm và phương pháp sử dụng thí nghiệm trong dạy và học. Trong những năm qua, mặc dù các trường phổ thông đã được trang bị các thiết bị thí nghiệm theo “Danh mục thiết bị dạy học tối thiểu” của Bộ Giáo dục và Đào tạo nhưng vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu dạy học theo chương trình mới. Do vậy Kết quả nghiên cứu của đề tài “Thiết kế, chế tạo ứng dụng bộ thí nghiệm có kết nối với máy vi tính trong giảng dạy môn vật lý” là một tài liệu tham khảo hữu ích cho giảng viên, sinh viên chuyên ngành sư phạm vật lý và sư phạm kỹ thuật ở trường Đại học Hoa Lư và giáo viên vật lý ở trường Trung học Phổ thông trong tỉnh Ninh Bình. Khi triển khai áp dụng vào  dạy học sẽ góp phần nâng cao chất lượng đào tạo giáo viên ngành sư phạm vật lí; chất lượng dạy và học môn vật lí ở trường Trung học Phổ thông trong tỉnh Ninh Bình theo định hướng đổi mới căn bản toàn diện Giáo dục và Đào tạo.

Theo đánh giá của cơ quan chuyên môn thì đây là đề tài khoa học có ý nghĩa lớn đối với công tác giảng dạy và học tập trong các nhà trường, là một trong những yếu tố góp phần thực hiện thành công việc đổi mới giáo dục theo tinh thần Nghị quyết số 29. Để đề tài được áp dụng rộng rãi trong công tác giảng dạy môn Vật lý tại các nhà trường cũng đòi hỏi các trường Trung học Phổ thông trên địa bàn cần đầu tư đầy đủ các trang thiết bị như máy vi tính, các thiết bị cảm biến, bên cạnh đó đội ngũ giáo viên cần được tập huấn bài bản, đáp ứng được yêu cầu giảng dạy và phát huy hiệu quả đề tài. Với các em học sinh việc nắm chắc kiến thức môn vật lý và áp dụng thành thạo các thí nghiệm của đề tài sẽ mở ra nhiều ý tưởng trong sáng chế các thiết bị thông minh ứng dụng thực tiễn trong cuộc sống.

Ngoài phục vụ công tác giảng dạy môn Vật lý trong các nhà trường, đề tài cũng đã đáp ứng nhu cầu nghiên cứu, chế tạo các thiết bị phục vụ trong sản xuất nông nghiệp và đời sống của người dân. Đặc biệt trong những năm gần đây, lĩnh vực sản xuất nông nghiệp theo hướng công nghệ cao ngày một phát triển. Các mô hình vườn thông minh sử dụng các thiết bị cảm biến ngày càng xuất hiện nhiều hơn. Đây là một trong những mô hình sản xuất nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao hiện đang sử dụng các thiết bị cảm biến được kết nối với máy vi tính và điện thoại thông minh. Hệ thống như tưới phun sương và tưới nhỏ giọt đều bằng phương pháp tự động. Các hệ thống tưới này không những nhanh, tiết kiệm mà đảm bảo việc cung cấp nước, dinh dưỡng một cách đầy đủ, chính xác,giúp cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt hơn so với biện pháp thủ công. Trong nhà kính còn được trang bị các thiết bị đo nhiệt độ, đo lượng dinh dưỡng trong đất, hệ thống cảm biến tự động. Các thiết bị này hoạt động theo nguyên lý tương tự như đề tài “thiết kế, chế tạo ứng dụng bộ thí nghiệm có kết nối với máy vi tính trong giảng dạy môn vật lý” do nhóm tác giả của trường Đại học Hoa Lư nghiên cứu.

Cách mạng Công nghiệp 4.0. dựa trên ba trụ cột chính: Kỹ thuật số, Công nghệ Sinh học, Vật lí. Điều này cho thấy, dạy học Vật lý ở trường phổ thông đóng vai trò quan trọng trong việc giúp học sinh phát triển các kiến thức, kỹ năng để thích ứng cuộc sống và làm việc trong môi trường cách mạng Công nghiệp 4.0 sau này. Do đó, ở cấp Trung học Phổ thông học sinh cần được sử dụng các thiết bị thực hành hiện đại kỹ thuật số, có nhiều ứng dụng trong thực tiễn cuộc sống của các em.. Những đề tài hữu ích Ứng dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy các môn học cần tiếp tục được nghiên cứu nhân rộng để nâng cao hiệu quả giáo dục toàn diện trong các nhà trường, đúng như tinh thần Nghị quyết số 29 của Ban Chấp hành Trung ương khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế đã chỉ rõ là “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực. Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học.”./

Thu Hoài