Diễn Đàn Vật Lý | Thư Viện Vật Lý

Một vài hạn chế, bất cập trong nội dung SGK Vật lí 12 (Cơ bản và Nâng cao)
Giáo viên Vật lí cho ý kiến về các hạn chế mình đã liệt kê ra đây
nếu có gì thắc mắc có thể liên lạc qua face book: https://www.facebook.com/le.nhattruong.3
hoặc gmail: lenhattruong991@gmail.com
1. Độ cao của âm gắn liền với tần số âm
Nếu ai đó hỏi cao độ âm phụ thuộc vào đặc trung vật lí nào thì chắc câu trả lời là tần số âm, nhưng nếu ai đó hỏi tiếp là tần số âm tổng hợp hay tần số âm cơ bản hay tần số họa âm gây ra đô to lớn nhất thì chắc chắn các giáo viên sẽ gặp khó khăn. bài viết này sẽ cho bạn đọc hiểu rõ thực tế cao độ âm của một nhạc âm phục thuộc vào tần số âm nào. và SGK ngộ nhận những gì
- Trang 57 SGK Vật lí 12 Cơ bản có đoạn “độ cao của âm là một đặc trưng sinh lí của âm gắn liền với tần số âm”. Bên cạnh đó thì trang 52 SGK Vật lí 12 Cơ bản  có ghi “Tần sô âm là một đặc trưng vật lí quan trọng nhất của âm”. Mặt khác trang 92 SGK Vật lí 12 Nâng cao có đoạn “Ta đã biết trong âm nhạc, các nốt nhạc đồ rê mi pha son la si ứng với các âm có cao độ tăng dần. Ví dụ, âm ứng với nốt son thấp hơn âm ứng với nốt la. Nếu đưa các tín hiệu âm này vào dao động kí điện tử thì ta thấy âm cao (còn gọi là âm bổng) có tần số lớn hơn âm thấp (còn gọi là âm trầm)” và trang 93 có đoạn “ Khi ta nghe hòa nhạc, ba nhạc cụ cùng tấu lên một đoạn nhạc ở cùng độ cao nhưng ta vẫn phân biệt được tiếng của từng nhạc cụ. Nếu đưa các tín hiệu âm này vào dao động kí điện tử ta sẽ thấy trên màn hình những đồ thị dao động có cùng tần số nhưng có dạng rất khác nhau”. Bên cạnh đó trang 95, 96 SGK Vật lí 12 Nâng cao có ghi “Như vậy, mỗi dây đàn được kéo căng bằng một lực có định đồng thời có thể phát ra âm cơ bản và một số họa âm bậc cao hơn, có tần số là một số nguyên lần tần số âm cơ bản. Trên dây lan truyền đồng thời nhiều dao động điều hòa có tần số là một số nguyên lần tần số của âm cơ bản. Tổng hợp những dao động đó ta được một dao động tuần hoàn phức tạp có cùng tần số với âm cơ bản. Kết quả là hai nhạc cụ cùng phát ra âm cơ bản nhưng có các họa âm khác nhau thì âm tổng hợp sẽ có cùng tần số (cùng độ cao), nhưng có dạng đồ thị dao động khác nhau nên có âm sắc khác nhau.”
- Vậy nội dung SGK vật lí cho rằng độ cao của âm gắn liền với tần số âm tổng hợp cũng như gắn liền với tần số âm cơ bản.
Nội dung trên hoàn toàn đúng với trường hợp âm chỉ có âm cơ bản như âm thoa vì cao độ âm gắn liền với tần số họa âm, tần số âm tổng hợp cũng như tần số âm cơ bản vì 3 âm này là một. Tương tự đối với âm của sáo và các nhạc cụ khác thuộc bộ khí trường hợp âm cơ bản có biên độ lớn nhất, các họa âm bậc cao hơn có biên độ nhỏ hơn âm cơ bản thì cao độ âm cũng gắn liền với tần số âm tổng hợp cũng như gắn liền với tần số âm cơ bản.
Mặt khác, âm của sáo và các nhạc cụ khác thuộc bộ khí khi các họa âm bậc 2, 3, 4, 5, ... có biên độ lớn hơn biên độ âm cơ bản thì độ cao âm không gắn liền với tần số âm tổng hợp cũng như tần số âm cơ bản nữa mà độ cao âm gắn liền với tần số họa âm có biên độ lớn nhất. Thực tế đối với sáo hở hai đầu, tùy vào cường độ thổi tương ứng họa âm có biên độ lớn nhất sẽ là họa âm bậc 1, 2, 3, 4... Vậy nên tần số họa âm có biên độ lớn nhất này thường lớn gấp nguyên lần tần số âm cơ bản và tần số âm tổng hợp.
Ngoài ra đối với trống và các nhạc cụ thuộc bộ gõ khác thì không có âm cơ bản. Các họa âm không phải là bội âm hay ước âm của nhau, tần số âm tổng hợp không thể xác định vì có nhiều tạp âm thì cao độ của âm vẫn gắn liền với tần số họa âm có biên độ lớn nhất. Qua đó dễ dàng xác định cao độ âm nếu xác định được tần số họa âm gây ra cảm giác âm to nhất.
- Khái niệm cao độ âm gắn liền với tần số âm cơ bản hay âm tổng hợp đã bộc lộ hạn chế khi không giải thích được nhiều hiện tượng thực tế. Vì vậy  phải xây khái niệm cao độ mới thay thế.
Trường hợp độ cao của âm gắn liền với tần số họa âm có biên độ lớn nhất như trình bày ở trên là cơ sở thực tiễn cho việc xây dựng khái niệm mới về độ cao của âm được khái quát hơn.
- Nội dung cao độ có trong SGK Vật lí phải được thay đổi kịp thời theo hướng lấy “thực tiễn là nguồn gốc của nhận thức là tiêu chuẩn của chân lí”. Người viết dự đoán cao độ (nhạc) âm gắn liền với tần số họa âm có biên độ lớn nhất chứ không nhất thiết là gắn liền với tần số âm cơ bản hay tần số âm tổng hợp như nội dung sách giáo khoa.
2. Độ to của âm không tăng theo cường độ âm mà tăng theo mức cường độ âm
- Trang 57 SGK Vật lí 12 Cơ bản có đoạn “Tuy nhiên, Phếch-ne và Vê-be đã chứng minh rằng cảm giác về độ to của âm không tăng theo cường độ âm, mà tăng theo mức cường độ âm”. Tương tự, trang 93 SGK Vật lí 12 có ghi rõ “Cường độ âm càng lớn, cho ta cảm giác âm càng to. Tuy nhiên nhiên độ to của âm không tỉ lệ thuận với cường độ âm.”
- Nếu độ to là ánh xạ (hàm số) của cường độ âm thì đồ thị độ to theo cường độ âm là một đường cong đi lên. Đường cong đi lên đó cho thấy độ to đồng biến với cường độ âm nhưng không tỉ lệ thuận với cường độ âm. Đồng thời, nếu độ to là ánh xạ (hàm số) của mức cường độ âm thì độ thị độ to theo mức cường độ âm là một đường thẳng đi lên. Đường thẳng đi lên cho thấy độ to đồng biến cũng như tỉ lệ thuận với mức cường đô âm (coi sự phụ thuộc của mức cường độ âm vào tần số âm và các hạ âm tác động vào máy đo là không đáng kể có thể bỏ qua).
Như vậy nếu hiểu tăng theo là đồng biến thì độ to tăng theo mức cường độ âm. Còn “độ to không tăng theo cường độ âm” ở trang 57 SGK VL 12 Cơ bản thì  phải ngầm hiểu tăng theo nghĩa là tăng theo tỉ lệ (tỉ lệ thuận). Nhưng mà thực tế theo cách hiểu phổ thông thì tăng theo được hiểu là đồng biến chứ không nhất thiết là tăng theo tỉ lệ (tỉ lệ thuận).
- Đoạn “Tuy nhiên, Phếch-ne và Vê-be đã chứng minh rằng cảm giác về độ to của âm không tăng theo cường độ âm, mà tăng theo mức cường độ âm” trong nội dung Sóng âm SGK VL 12 Cơ bản nên hiệu chỉnh lại cho thống nhất với đoạn “Cường độ âm càng lớn, cho ta cảm giác âm càng to. Tuy nhiên nhiên độ to của âm không tỉ lệ thuận với cường độ âm” trong nội dung Sóng âm của SGKVL 12 Nâng cao. Nếu hiệu chỉnh lại nội dung phù hợp với cách hiểu phổ thông sẽ tránh gây khó hiểu, hiểu lầm cho người đọc (giáo viên và học sinh).
- Theo quan điểm cá nhân của chính người viết nên hiệu chỉnh đoạn “Tuy nhiên, Phếch-ne và Vê-be đã chứng minh rằng cảm giác về độ to của âm không tăng theo cường độ âm, mà tăng theo mức cường độ âm” thành “Tuy nhiên, Phếch-ne và Vê-be đã chứng minh rằng cảm giác về độ to của âm không tăng theo tỉ lệ (tỉ lệ thuận) cường độ âm, mà tăng theo tỉ lệ (tỉ lệ thuận) mức cường độ âm”.
3.  m sắc là một đặc trưng sinh lí của âm
- Trang 59 SGK Vật lí 12 Cơ bản, phần câu hỏi bài tập có bài tập 6 như sau:
“Chọn câu đúng
 m sắc là
A. Màu sắc của âm
B. Một tính chất của âm giúp ta nhận biết các nguồn âm
C. Một đặc trưng sinh lí của âm
D. Một đặc trưng Vật lí của âm.”
Trang 226 SGK Vật lí 12 Cơ bản thì Bài tập 6 đáp án đúng là đáp án C “ m sắc là một đặc trưng sinh lí của âm”.
- Mặt khác, trang 10 SGK  m nhạc và mĩ thuật 6 có gì rõ: “Bốn thuộc tính của âm thanh là: Cao độ, trường độ, cường độ và âm sắc” và “ m sắc: chỉ sắc thái khác nhau của âm thanh”. Ngoài ra, trang 58 SGK Vật lí 12 Cơ bản có ghi rõ “Một chiếc đàn ghi ta, một chiếc đàn violon, một chiếc kèn sacxô cùng phát ra một nốt la chẳng hạn, ở cùng một độ cao. Khi nghe, ta dễ dàng phân biệt âm nào do đàn ghi ta phát ra, âm nào do đàn violon phát ra, âm nào do kèn phát ra.
Người ta nói rằng, sở dĩ ta phân biệt được ba âm đó vì chúng có âm sắc khác nhau.” Tương tự trang 93 SGK Vật lí 12 Nâng cao có đoạn: “Dạng đồ thị dao động  khác nhau chứng tỏ li độ dao động âm biến đổi khác nhau. Vì thế, sóng âm tác dụng vào màng nhĩ của tai, làm cho màng nhĩ dao động theo những kiểu khác nhau. Do đó, ta nghe thấy các âm đó có sắc thái khác nhau. Đặc tính đó của âm gọi là âm sắc.  m sắc khác nhau khi dạng đồ thị dao động âm khác nhau.”
- Nếu kết hợp nội dung “Sóng âm Vật lí 12” và “Nhạc lí âm nhạc 6” thì “ m sắc là một tính chất (thuộc tính, đặc tính, đặc trưng sinh lí) của âm giúp ta nhận biết các nguồn âm” mới là  đáp án đúng nhất.
Vì học sinh học theo chương trình hiện tại có học  m nhạc dẫn đến khẳng định “ m sắc là một tính chất (thuộc tính, đặc tính, đặc trưng sinh lí) của âm giúp ta nhận biết các nguồn âm” không phải là đáp án đúng không những gây xung đột với nội dung Sóng âm Vật lí 12, Nhạc lí  m nhạc 6 mà còn xung đột trực tiếp với chính kiến thức nền THCS của học sinh. (Bản thân người viết là một trong những học sinh đầu tiên học theo chương trình cải cách đã được học sóng âm từ năm học 2008-2009. Từ đó đến giờ, người viết vẫn xung đột với đáp án của SGK và luôn giữ quan điểm “ m sắc là một tính chất của âm giúp ta nhận biết các nguồn âm” mới là đáp án đúng nhất”.)
- Nội dung bài tập 6 trang 59 SGK VL 12 cơ bản phải hiệu chỉnh sao cho không mâu thuẩn với nội dung Sóng âm Vật lí 12,  m nhạc 6 đồng thời không xung đột với kiến thức nền của học sinh.
Quan điểm người viết là “ m sắc là tính chất (thuộc tính, đặc tính, đặc trưng sinh lí) của âm giúp ta nhận biết các nguồn âm” mới là đáp án đúng nhất. Vì vậy, góp ý người viết là hiệu chỉnh bài tập 6 thành:
 “Chọn câu đúng nhất
 m sắc là
A. Màu sắc của âm
B. Một tính chất của âm giúp ta nhận biết các nguồn âm
C. Một đặc trưng sinh lí của âm
D. Một đặc trưng vật lí của âm.”
“nhằm giúp học sinh cũng cố và phát triển những kết quả của giáo dục trung học cơ sở, hoàn thiện học vấn phổ thông”.
4. Độ to của âm gắn liền với mức cường độ âm
- Trang 59 SGK Vật lí 12 Cơ bản phần câu hỏi và bài tập có bài tập 6 với nội dung cụ thể:
“Chọn câu đúng
Độ to của âm gắn liền với
A. Cường độ âm
B. Biên độ dao động âm
C. Mức cường độ âm
D. Tần số âm”
Trang 226 SGK Vật lí 12 Cơ bản thì Bài tập 7 đáp án đúng là đáp án C “Độ to của âm gắn liền với mức cường độ âm”
- Nếu độ to là ánh xạ (hàm số) của cường độ âm thì đồ thị độ to theo cường độ âm là một đường cong đi lên. Đường cong đi lên đó cho thấy với mỗi giá trị cường độ âm xác định sẽ có tương ứng một và chỉ một giá trị độ to hoàn toàn đơn trị. Vậy độ to có gắn liền với cường độ âm.
Tương tự, nếu độ to là ánh xạ (hàm số) của mức cường độ âm thì độ thị độ to theo mức cường độ âm là một đường thẳng đi lên. Đường thẳng đi lên đó cho thấy với mỗi giá trị mức cường độ âm xác định cũng có tương ứng một và chỉ một giá trị độ to hoàn toàn đơn trị (bỏ qua sự phụ thuộc của mức cường độ âm vào tần số âm và các hạ âm tác động vào máy đo). Vậy độ to có gắn liền với mức cường độ âm.
- Kết luận độ to gắn liền với cả cường độ âm và mức cường độ âm trên dẫn đến bài tập 7 sẽ có ít nhất tới hai đáp án đúng (độ to cũng có thể gắn liền với biên độ dao động âm nữa). Với bài tập trắc nghiệm có ít nhất hai đáp án đúng như vậy không đạt yêu cầu về trắc nghiệm khách quan.
- Bài tập 7 trang 59 SGK Vật lí 12 Cơ bản phải hiệu chỉnh sao cho chỉ có một đáp án đúng mới thỏa mãn yêu cầu cơ bản của trắc nghiệm khách quan.
Góp ý người viết là thay từ gắn liền thành tử tỉ lệ thuận. Nếu hiệu chỉnh theo ý kiến người viết thì nội dung bài tập 7 sẽ có nội dung sau:
“Chọn câu đúng
Độ to của âm tỉ lệ thuận với
A. Cường độ âm
B. Biên độ dao động âm
C. Mức cường độ âm
D. Tần số âm”
Hiệu chỉnh như vậy thì chỉ đáp án C đúng  vì “Độ to của âm tỉ lệ thuận với mức cường độ âm” và độ to chắc chắn không tỉ lệ thuận với tần số, biên độ dao động, cường độ âm.
5. Sáo dọc là tiêu
- Trang 50 SGK Vật lí 12 Cơ bản có hình 10.2 và trang 96 SGK Vật lí 12 Nâng cao có hình 17.9 đều là hình vẽ ống sáo.
- Cả hai hình vẽ trên là hình vẽ ống sáo dọc.
- Hầu hết giáo viên, học sinh chỉ biết tới sáo (thổi) ngang, nên nhìn thấy sáo (thổi) dọc như hai hình trên thường nhầm lẫn dẫn đến cho rằng đó là hình vẽ của tiêu.
- Để tránh người đọc hiểu nhầm thì nội dung SGK Vật lí nên ghi rõ ràng đó là cấu tạo của ống sáo dọc. (chính bản thân người viết khi học đến phần này vào năm học 2008-2009 đã ngộ nhận rằng hình vẽ trên là tiêu chứ không phải sáo. Hiện tại còn nhiều học sinh, sinh viên ngành sư phạm vật lí, giáo viên vật lí ngộ nhận hình trên là hình vẽ của tiêu cũng như hiểu lầm tiêu là sáo dọc)
6. Ống sáo (dọc) là ống có một đầu kín, một đầu hở
- Trang 96 SGK Vật lí 12 Nâng cao có ghi: “Ống sáo và các loại kèn khí như clarinet, xaxophon đều có bộ phận chính là ống có một đầu kín, một đầu hở” và có “Hình 17.9 Cấu tạo của ống sáo”.
- Thực tế cả 3 nhạc cụ ống sáo, clarinet, xaxophon đều có thể phát ra âm do hiện tượng sóng dừng hai đầu hở. Ngược lại một số nhạc cụ khác như sáo quạt (pan flute), sáo mèo, kèn tu huýt lại phát âm do hiện tượng sóng dừng một đầu kín, một đầu hở.
- Nội dung phần ống sáo cụ thể là “Ống sáo và các loại kèn khí như clarinet, xaxophon đều có bộ phận chính là ống có một đầu kín, một đầu hở” sai với thực tế dẫn đến người đọc cụ thể là giáo viên và học sinh ngộ nhận. Ngộ nhận đó được cổ súy bởi tư duy lối mòn nên ít được phản biện. Phản biện lại hiếm hoi, ít sắc bén do hạn chế năng lực đánh giá của đại bộ phận người đọc.
- Phải sửa lại nội dung trên cho đúng với thực tế.
Góp ý của người viết là nên thay “Ống sáo và các loại kèn khí như clarinet, xaxophone đều có bộ phận chính là ống có một đầu kín, một đầu hở” thành câu “Sáo quạt (pan flute) và một số loại nhạc cụ thuộc bộ khí khác như sáo mèo, kèn tu huýt đều có thể phát âm dựa trên hiện tượng sóng dừng một đầu kín, một đầu hở” và thay “Hình 17.9 Cấu tạo của ống sáo” bằng hình cấu tạo của sáo quạt (pan flute).
7.  m la3 có tần số 440 Hz.
- Trang 92 SGK Vật lí 12 Nâng cao phần chử nhỏ có ghi rõ “Theo quy ước  m la3 (ứng với giọng hát thông thường) có tần số 440 Hz”.
- Thực tế, quy ước về cao độ phổ dụng được sử dụng trong  m nhạc thì âm la3 có tần số 220 Hz, còn âm có tần số 440 Hz là âm la4.
- Vậy quy ước của SGK lệch với quy ước cao độ phổ dụng đúng một quảng tám. Nếu cứ giữ quy ước âm la3 có tần số 440 Hz sẽ gây khó khăn nhỏ cho người dọc khi áp dụng vào thực tế. Cụ thể là trường hợp tiếp cận với thang cao độ phổ dụng, chính thức nhưng lại không trùng khớp với thang cao độ đã có trong sách giáo khoa.
- Nên cập nhật nội dung “Theo quy ước  m la3 (ứng với giọng hát thông thường) có tần số 440 Hz” của SGK phù hợp với thực tiển để tránh xung đột thông tin cũng như gây khó khăn cho người đọc. (hiện tại người viết trực tiếp làm việc với hai học viên cao học đang làm đề tài liên quan đến sóng âm nhưng không dùng hệ quy chiếu cao độ có trong sách giáo khoa)
8. Nhạc cụ phát ra âm cơ bản có tần số f luôn luôn phát ra các họa âm có tần số là bội âm của âm cơ bản
- Trang 53 SGK Vật lí 12 Cơ bản có đoạn “Khi cho một nhạc cụ phát ra một âm có tần số fo thì bao giờ nhạc cụ đó cũng phát ra một loạt âm có tần số 2fo, 3fo, 4fo ... có cường độ khác nhau.”
- Căn cứ nội dung của SGK, các họa âm do nhạc cụ phát ra luôn là bội âm của âm cơ bản đồng thời có cả họa âm bậc chẳn và lẽ.
- Thông thường đối với các nhạc cụ thuộc bộ dây và bộ khí thì các họa âm thường là bội âm của âm cơ bản. Ngược lại các nhạc cụ thuộc bộ gõ như đàn t’rưng, chiêng tre, trống thì các họa âm không phải là bội âm của âm cơ bản.
Mặt khác thì nhạc cụ phát âm theo nguyên lí sóng dừng trong ống một đầu kín, một đầu hở như sáo quạt (pan flute) thì không có họa âm bậc chẳn 2fo, 4fo...
- Nội dung trên nên hiệu chỉnh sao cho đúng với sự thật để tránh gây hiểu lầm cho người đọc. Đồng thời, nội dung hiệu chỉnh phải đảm bảo được tính cơ bản nhất, cần thiết nhất cũng như tính hệ thống hợp lí nhất khi thông tin được chắt lọc để đưa vào nội dung sách giáo khoa. (người viết đã gặp nhiều trường hợp sinh viên ngành sư phạm vật lí không hiểu rõ về họa âm của các nhạc cụ, cũng như ngộ nhận mọi nhạc cụ đều có họa âm là bội âm của âm cơ bản do không đánh giá đúng được nội dung trên. Giáo viên ngộ nhận về nội dung trên còn nhiều hơn nữa vì giáo viên không có kiến thức nên âm nhạc)
9. Trường độ: độ ngân dài, ngắn của âm thanh
- Trang 10 SGK  m nhạc và mĩ thuật 6 có ghi rõ “Bốn thuộc tính của âm thanh là: Cao độ, trường độ, cường độ và âm sắc” và “Trường độ: độ ngân dài ngắn”.
Nội dung “Sóng âm Vật lí 12” không có trường độ là đặc trưng vật lí của âm cũng như độ ngân là đặc trưng sinh lí của âm.
- Trường độ có thể xác định về mặt vật lí vì hoàn toàn có thể đo được bằng đơn vị thời gian và có thứ nguyên thời gian. Độ ngân là đặc trưng sinh lí có thể đo được bằng phách. “Trường độ: độ ngân dài ngắn của âm thanh” rất quan trong trong  m nhạc vì mọi bài hát, mọi nốt nhạc đều có trường độ hay nói cách khác nếu không có trường độ gần như không thể sáng tác nhạc và hòa tấu các nhạc cụ cũng như cất tiếng hát được đúng giai điệu.
- “Sóng âm Vật lí 12” chủ yếu nghiên cứu về nhạc âm mà nhạc âm là phần thiết yếu nhất của âm nhạc nên thiếu “trường độ: độ ngân” là một thiếu sót quan trọng.
- Theo ý kiến của người viết nên đưa trường độ là một đặc trưng vật lí, độ ngân là một đặc trưng sinh lí vào nội dung “Sóng âm Vật lí 12”.
 Nội dung “Sóng âm Vật lí 12” nên sử dụng triệt để nhạc lí của môn  m nhạc để giải quyết các vấn đề có liên quan đến nhạc âm, qua đó đảm bảo tính “cơ bản nhất, cần thiết nhất, hợp lí nhất” góp phần “giúp học sinh cũng cố và phát triển những kết quả của giáo dục trung học cơ sở, hoàn thiện học vấn trung học phổ thông”. (chính người viết khi học sóng âm vào năm học 2008-2009 đã tự hỏi tại sao không có “trường độ: độ ngân” và nhiều sinh viên cùng lớp cũng có chung thắc mắc đó. Trái lại giáo viên, giảng viên lại thắc mắc trường độ là gì vì lần đầu nghe thấy khái niệm đó)