Thầy giáo vật lý hơn 20 năm làm dụng cụ thí nghiệm dạy học sinh trường làng

"Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều" - Đó là nội dung định luật 1 Newton, hay còn gọi là định luật quán tính mà học sinh được học trong chương trình vật lý lớp 10.

Vấn đề là, làm thế nào để học sinh hiểu được định luật đó thay vì chỉ học thuộc và áp dụng công thức sẵn có? Thầy Nguyễn Viết Đồng, giáo viên Trường THPT Mỹ Đức A, Hà Nội, đã sử dụng một bộ dụng cụ máng nghiêng gắn bảng tự chế từ cái ống gen nhựa kèm thêm vài chiếc nam châm để tái hiện thí nghiệm lịch sử của Galileo.

Trên cái máng nghiêng đó, thầy thả một viên bi, cho học sinh quan sát chuyển động và ghi nhận một cách trực diện cái gọi là "quán tính".

Máng nghiêng là một trong rất nhiều bộ dụng cụ thí nghiệm mà thầy Đồng chế tạo trong hơn 20 năm giảng dạy môn vật lý. Nhờ những bộ thí nghiệm ấy, mỗi tiết học vật lý của thầy trở nên sống động và hiệu quả.

"Học vật lý tốt nhất là phỏng theo cách các nhà khoa học đã làm"

Vật lí là môn khoa học có tính thực nghiệm cao. Do vậy, việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học là vô cùng quan trọng để mang đến cho học sinh những bài học có tính thực tiễn, trực quan, dễ hiểu, dễ nhớ.

Tuy nhiên, không phải giáo viên vật lý nào cũng sẵn sàng làm thí nghiệm và không phải phòng thí nghiệm nào cũng được mở cửa. 

Đặc biệt, kể từ khi thay sách giáo khoa theo chương trình giáo dục phổ thông mới, không ít thiết bị thiếu đồng bộ. Những thiết bị được cung cấp chủ yếu tập trung vào các bộ thí nghiệm chính. Rất nhiều thí nghiệm đơn giản, thí nghiệm mô phỏng, thí nghiệm minh họa hiện tượng vật lý không có. Nhiều phòng thí nghiệm vì thế để phủ bụi, hoặc không được sử dụng hết công năng.

Nhưng tại Trường THPT Mỹ Đức A, phòng thí nghiệm là căn phòng có nhiều cảm xúc nhất. 

Nơi đó, thầy Nguyễn Viết Đồng thường xuyên dùng nhiều giờ để sửa chữa các thiết bị hỏng hóc, đồng thời nghiên cứu chế tạo và hướng dẫn học sinh cùng làm các thiết bị thí nghiệm mới từ các vật liệu rẻ tiền. Trong đó, phần lớn vật liệu được tận dụng từ thứ bỏ đi như chai nhựa, ống nhựa, lon bia, bìa carton.

Một chiếc kính thiên văn khúc xạ có giá 4-6 triệu đồng ngoài thị trường được thầy trò ở trường Mỹ Đức A làm với giá khoảng 200.000 đồng. Trong đó, chi phí lớn nhất là mua thấu kính trên các sàn thương mại điện tử. Phần thân kính dùng hoàn toàn vật liệu tái chế. Phần giá đỡ tận dụng từ gỗ vụn của các xưởng mộc.

Thiết bị này được các học sinh sử dụng trong phần quang hình của lớp 11. 

"Giá thành của kính chuyên dụng tương đối cao. Học sinh ở nội thành có thể sắm một chiếc kính như vậy không mấy khó khăn. Hoặc các em cũng có thể lên đài thiên văn ở Láng - Hòa Lạc để trải nghiệm thực tế. Còn học sinh của tôi ở đây không có điều kiện như vậy.

Nhưng học trò ở đâu cũng có tâm hồn lãng mạn như nhau, cũng có nhu cầu ngắm bầu trời, vũ trụ, mặt trăng và các hành tinh. 

Với chiếc kính tự chế, dù hiệu quả chưa tối ưu do chất lượng thấu kính, các em vẫn có thể quan sát tốt bề mặt của mặt trăng. Các em cũng có thể dùng điện thoại quay video qua thị kính để có hình ảnh chi tiết, sống động nhất", thầy Đồng tâm sự. 

Theo thầy Đồng, việc chế tạo và sử dụng kính thiên văn khúc xạ không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về kiến thức đã học như cấu tạo kính, sự tạo ảnh qua hệ thấu kính, sự tạo ảnh của thấu kính hội tụ… mà còn khơi gợi ở các em niềm say mê nghiên cứu khoa học và phát triển những năng lực thực nghiệm. Kiến thức vật lý được học từ mô hình lí thuyết trở thành kiến thức thực tiễn. 

Ngoài kính thiên văn, các học sinh của thầy Đồng còn chế tạo nhiều loại thiết bị khác như tên lửa nước, thiết bị mô phỏng chuyển hóa năng lượng, bảo toàn cơ năng, thiết bị mô phỏng lực căng bề mặt chất lỏng hay chiếc "mũ quán tính" vận dụng từ định luật 1 Newton.

Tất cả các loại thiết bị trên đều dễ làm nhưng hiệu quả rất cao vì sử dụng trong nhiều loại thí nghiệm khác nhau, phần lớn là những hiện tượng vật lý thiết thực với đời sống. 

Ví như bộ thí nghiệm máng nghiêng gắn bảng mà thầy chế tạo không chỉ sử dụng trong duy nhất bài học về định luật 1 Newton mà còn dùng để minh họa trực quan cho mô hình bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, khảo sát các loại va chạm trong bài động lượng, hoặc kết hợp với cổng quang điện và đồng hồ hiện số để đo tốc độ của vật, xác định hệ số ma sát…

Những kiến thức vật lý trừu tượng và khô khan chỉ qua một thí nghiệm trở nên sáng rõ và đầy hấp dẫn.

"Kiến thức vật lý chỉ có thể được hình thành và được chấp nhận sau khi có thực nghiệm kiểm chứng. Thí nghiệm đóng vai trò rất quan trọng trong nghiên cứu vật lý. Đó cũng chính là con đường các nhà khoa học nghiên cứu vật lý đã thực hiện. Vì vậy việc dạy và học vật lý tốt nhất là phỏng theo cách các nhà khoa học đã làm", thầy Đồng nói.

Mang điện thoại vào lớp học và những thí nghiệm "vỡ òa" cảm xúc

Một "đặc sản" trong lớp học vật lý của thầy Đồng là việc học sinh được dùng điện thoại thông minh phục vụ học tập. 

Thầy Đồng cho biết, trong vật lý có nhiều dạng thí nghiệm. Những thí nghiệm biểu diễn chỉ cần quan sát hiện tượng là đủ. Nhưng có những thí nghiệm cần phải xử lý số liệu thực nghiệm để nghiên cứu. Việc thu thập và xử lí số liệu khi làm các thí nghiệm đòi hỏi tính chính xác cao, bởi sai một li là đi cả dặm. Một sai số sẽ dẫn đến kết quả khác hoàn toàn với lý thuyết.

Chiếc điện thoại khắc phục phần lớn những hạn chế của thí nghiệm truyền thống, vốn dĩ khó quan sát bằng mắt thường. Hơn thế, bằng việc dùng điện thoại hỗ trợ thí nghiệm, giáo viên đã gián tiếp chỉ ra cho học sinh phương thức dùng điện thoại một cách thông minh thay vì trở thành nô lệ của thiết bị điện tử. 

Một trong những tiết học mà học sinh của thầy Đồng được dùng điện thoại trong lớp là bài "Định luật bảo toàn động lượng". Để hiểu định luật này, thầy Đồng sử dụng bộ thí nghiệm máng nghiêng mô phỏng quá trình các xe va chạm nhau. 

Yêu cầu đối với học sinh là phải đo được tốc độ của xe. Nhưng mắt thường thì không thể đoán được tốc độ chính xác là bao nhiêu. Vì thế, thầy cho phép học sinh quay video lại quá trình va chạm.

Video quay được sẽ chuyển vào phần mềm Coach 7 - một ứng dụng giúp xác định tọa độ thời gian của vật thể chuyển động bằng đồ thị và mô hình động, từ đó xác định được vận tốc. 

Khi đã xác định được vận tốc, căn cứ vào khối lượng, học sinh có thể nghiên cứu được động lượng và sự bảo toàn động lượng. 

Hoặc với bài toán nghiên cứu quỹ đạo chuyển động, về lý thuyết, học sinh được dạy rằng chuyển động ném xiên là quỹ đạo parabol. Nhưng vật thể chuyển động rất nhanh, việc bắt các em tưởng tượng ra đường chuyển động đó là parabol không đủ sức thuyết phục.

Thay vào đó, học sinh dùng điện thoại quay lại chuyển động, đưa vào phần mềm phân tích video, đồ thị chuyển động sẽ hiện ra trên màn hình điện thoại. Một đường parabol rõ nét đến mức không có gì để nghi ngờ.

Nhiều phần mềm khác được thầy Đồng giới thiệu cho học sinh để các em tiến hành những thực nghiệm lý thú. Như dùng Sound Meter để đo tần số âm thanh trong điện thoại ở thí nghiệm so sánh âm sắc. Hai học sinh cùng nói chữ "la" ở nốt La nhưng kết quả phân tích cho thấy, âm thanh của mỗi người có một tần số khác nhau.

Hay học sinh dùng phần mềm Star Walk 2, Night Sky View để tìm sao theo chòm sao. Các em chỉ cần đưa điện thoại lên bầu trời, bản đồ bầu trời với các chòm sao chi tiết sẽ hiển thị theo thời gian thực trên màn hình.

Những gương mặt rạng rỡ, ánh mắt ngỡ ngàng và tiếng reo vui là muôn vàn cảm xúc vỡ òa của học trò sau mỗi thí nghiệm vật lý trực quan.

Tuy nhiên, việc cho học sinh làm thí nghiệm được thầy Đồng kiểm soát kỹ lưỡng. Mục tiêu là giúp học sinh làm thí nghiệm bằng tinh thần học tập nghiêm túc. "Chỉ khi thí nghiệm có kết quả tốt, các em mới hứng thú và khao khát được khám phá những điều mới mẻ hơn", thầy Đồng khẳng định.

Từ quan điểm này, trước khi làm thí nghiệm, thầy Đồng luôn yêu cầu học sinh tìm hiểu kỹ dụng cụ thí nghiệm. 

Để biết được học sinh đã tìm hiểu kỹ hay chưa, thầy thường đưa ra những câu hỏi liên quan tới dụng cụ đó. Ví dụ như: Dụng cụ đó có tác dụng gì, số chỉ của dụng cụ đọc ở thông số nào, sai số dụng cụ đó là bao nhiêu, trên dụng cụ đó có kèm theo những bộ phần gì, cách điều chỉnh dụng cụ đó như thế nào…

Khi học sinh đã tìm hiểu kỹ dụng cụ thí nghiệm, thầy tiếp tục cho học sinh tìm hiểu cách bố trí thí nghiệm, xem xét kỹ thí nghiệm đó nhằm kiểm tra cái gì, phát hiện kiến thức nào, cách đọc và ghi số liệu, sau đó dự đoán kết quả thí nghiệm.

"Việc phải dự đoán được con số hoặc hiện tượng thí nghiệm sẽ diễn ra sẽ tạo tâm lí mong chờ, kỳ vọng của các em. Trong lúc chờ đợi kết quả, các em sẽ cảm thấy hồi hộp, gay cấn, từ đó nảy sinh hứng thú. 

Kết quả thí nghiệm nếu thực hiện tốt sẽ đúng với dự đoán và tạo cảm xúc "vỡ òa". Còn nếu không như dự đoán, các em sẽ phải phân tích lại từ đầu để tìm nguyên nhân và thí nghiệm lại. Quá trình đó giúp rèn luyện phẩm chất biết kiên trì nhẫn nại trong học tập cũng như trong cuộc sống", thầy Đồng chia sẻ.

Nhiều năm qua, với việc giúp học sinh học vật lý qua thí nghiệm, thầy giáo "trường làng" đã hướng dẫn nhiều thế hệ học trò đạt giải Nhất, Nhì, Ba học sinh giỏi cấp thành phố. Phương pháp giảng dạy sáng tạo của thầy Nguyễn Viết Đồng được Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội vinh danh, đồng thời tuyên dương thầy là một trong những nhà giáo tâm huyết, sáng tạo thủ đô năm 2024.