NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Cơ sở lý luận của Sáng kiến kinh nghiệm
2.1.1 Bồi dưỡng tư duy sáng tạo trong quá trình nhận thức vật lý của HS
Trong quá trình học tập, học sinh chủ yếu sử dụng tư duy tái hiện để tiếp thu lượng kiến thức lớn trong thời gian ngắn, điều này phản ánh hạn chế của chương trình và phương pháp dạy học truyền thống Để đáp ứng yêu cầu giáo dục hiện đại, cần có phương pháp dạy học sáng tạo, chú trọng bồi dưỡng và phát triển tư duy sáng tạo cho từng học sinh Mục tiêu là giúp học sinh có khả năng suy nghĩ sáng tạo về những kiến thức đã lĩnh hội trong quá trình nhận thức.
Quá trình tư duy sáng tạo của học sinh tương tự như tư duy của nhà vật lý học, đều đòi hỏi nỗ lực vượt qua khó khăn để đạt được kiến thức mới Tuy nhiên, sự khác biệt nằm ở mức độ và điều kiện nghiên cứu của mỗi đối tượng Để đạt được thành công, cần chú ý đến các vấn đề liên quan đến đặc điểm của học sinh và điều kiện làm việc của họ.
Nhà khoa học phát hiện ra những giải pháp mới mà nhân loại chưa biết, trong khi học sinh khám phá những kiến thức đã có sẵn, đặc biệt là những điều mà giáo viên đã biết Những kiến thức này thường được trình bày đầy đủ trong sách vở và tài liệu Quan trọng là học sinh cần "tự khám phá lại" để rèn luyện kỹ năng khám phá trong các hoạt động thực tiễn sau này.
Nhà khoa học thường dành nhiều tháng, nhiều năm, hoặc thậm chí cả đời để nghiên cứu và khám phá các định luật và lý thuyết Trong khi đó, học sinh chỉ có một khoảng thời gian ngắn ngủi trên lớp, có thể chỉ là mười phút hay nửa giờ, để tiếp cận và tiếp thu những kiến thức này.
Nhà khoa học sử dụng thiết bị thí nghiệm và máy móc hiện đại, trong khi học sinh tại trường phổ thông chỉ có thể thực hiện một số thí nghiệm đơn giản và thô sơ.
2.1.2 Những điều kiện để hình thành năng lực học tập sáng tạo cho HS
Năng lực nói chung và năng lực sáng tạo không phải là bẩm sinh mà được hình thành qua quá trình hoạt động Để phát triển năng lực học tập sáng tạo, cần chuẩn bị cho học sinh những điều kiện cần thiết nhằm giúp họ thực hiện thành công các hoạt động sáng tạo.
Để đảm bảo học sinh có tâm lý thuận lợi cho hoạt động tự lực, cần tạo ra mâu thuẫn nhận thức nhằm kích thích động cơ và hứng thú khám phá cái mới Việc xây dựng tình huống có vấn đề và tạo môi trường sư phạm tích cực sẽ giúp xóa bỏ thói quen học thụ động, lười suy nghĩ và sự rụt rè Học sinh cần được khuyến khích mạnh dạn tham gia thảo luận, phát biểu ý kiến cá nhân, đặt câu hỏi và lật ngược vấn đề, thay vì chỉ chờ đợi sự phán xét từ giáo viên.
- Tạo điều kiện để HS có thể giải quyết thành công những nhiệm vụ được giao:
Rèn luyện kỹ năng cho học sinh trong việc thực hiện các thao tác cơ bản, bao gồm thao tác chân tay và thao tác tư duy, là rất quan trọng trong học tập vật lý Các thao tác chân tay phổ biến như sử dụng thiết bị đo lường, lắp ráp thí nghiệm và chế tạo dụng cụ giúp học sinh nắm vững kiến thức thực tiễn Đồng thời, các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa và trừu tượng hóa cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển tư duy phản biện và khả năng giải quyết vấn đề.
Để giúp học sinh làm quen với các phương pháp nhận thức vật lý phổ biến như phương pháp thực nghiệm, phương pháp tương tự, phương pháp mô hình và phương pháp thí nghiệm lý tưởng, giáo viên cần phối hợp sử dụng các phương pháp suy luận lôgic như phân tích, tổng hợp, qui nạp và diễn dịch Những phương pháp suy luận này đóng vai trò quan trọng trong tất cả các giai đoạn của quá trình nhận thức, vì vậy việc rèn luyện cho học sinh thường xuyên là rất cần thiết.
2.1.3 Vai trò của BTTN trong việc bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho HS
BTTN đóng vai trò quan trọng trong việc dạy học vật lý ở trường THPT chuyên, vì yêu cầu thực hiện cả tư duy trí tuệ, tư duy toán học và các thao tác vật chất cụ thể Điều này giúp đạt được mục tiêu và nhiệm vụ giáo dục một cách toàn diện.
BTTN giúp học sinh phát triển các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, phán đoán và xây dựng phương án thí nghiệm, đồng thời rèn luyện năng lực thực nghiệm và hoạt động độc lập Việc giải quyết các BTTN như những nghiên cứu nhỏ không chỉ khắc phục tình trạng giải bài tập hình thức mà còn tạo điều kiện cho học sinh phát triển tư duy và khả năng nhận thức BTTN cũng giúp giáo viên phát hiện và bồi dưỡng những học sinh có năng khiếu về vật lý và kỹ thuật Qua việc thực hiện BTTN, học sinh có thể đưa ra nhiều phương án giải khác nhau, từ đó tạo ra sự tranh luận sôi nổi trong lớp học, góp phần hình thành năng lực giao tiếp và rèn luyện kỹ năng ngôn ngữ Bên cạnh đó, quá trình thực hiện thí nghiệm còn giúp phát triển các kỹ năng sử dụng máy móc, dụng cụ đo lường và thiết bị thí nghiệm, mang lại ý nghĩa to lớn về mặt giáo dục cả về đức dục và trí dục, đồng thời khuyến khích tính tích cực nhận thức và hoạt động thực tiễn của học sinh.
Thực trạng sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy môn Vật lí ở trường THPT
Trong những năm gần đây, nghiên cứu về lớp chuyên tự nhiên tại trường THPT Chuyên Lam Sơn cho thấy khái niệm và vai trò của bài tập thực nghiệm (BTTN) trong dạy học chưa được giáo viên chú trọng Việc giảng dạy vật lý chủ yếu tập trung vào các bài tập trong sách giáo khoa và sách bài tập, trong khi BTTN hầu như không được đề cập, ngoại trừ một số lớp chuyên vật lý Để thực hiện BTTN hiệu quả, cần có sự đầu tư cả về vật chất lẫn tinh thần Tuy nhiên, nhiều người vẫn cho rằng BTTN khó khăn, đòi hỏi thiết bị và thời gian, điều này gây trở ngại cho việc áp dụng trong giảng dạy.
Để nâng cao hiệu quả học tập môn vật lý, cần nhận thức rằng không phải bài tập thực nghiệm nào cũng khó khăn Việc lựa chọn hệ thống bài tập từ đơn giản đến phức tạp, phù hợp với từng đối tượng học sinh, sẽ giúp khơi dậy hứng thú học tập Bên cạnh đó, các thiết bị cho bài tập thực nghiệm không nhất thiết phải đắt tiền; chúng ta có thể tận dụng những vật dụng sẵn có trong gia đình hoặc các đồ phế thải như chai nhựa, lon bia, và hộp bìa cứng Cuối cùng, học sinh có thể thực hiện bài tập không chỉ trong lớp học mà còn ở nhà, và trình bày kết quả nghiên cứu trong các buổi ngoại khóa hoặc thực hành.
Kết quả điều tra cho thấy BTTN ít được sử dụng trong thực tế dạy học, dẫn đến việc chưa đạt được mục tiêu giáo dục Để cải thiện tình trạng này, cần nghiên cứu và xây dựng một hệ thống BTTN hợp lý cho chương trình vật lý tại trường THPT Chuyên Lam Sơn Trong SKKN này, tôi tập trung vào việc xây dựng và sử dụng BTTN trong dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” của chương trình vật lý lớp 12, với hy vọng rằng những kết quả đạt được có thể áp dụng cho các chủ đề khác trong bộ môn.
Thiết kế, biên tập bài tập thí nghiệm chủ đề “Dòng điện xoay chiều”
2.3.1 Các dạng BTTN trong chủ đề “Dòng điện xoay chiều”
Dựa trên các nội dung cơ bản về "Dòng điện xoay chiều", chúng ta có thể xác định một số dạng bài tập tự nhiên (BTTN) phù hợp với chủ đề này.
Dạng 1 : Các BTTN liên quan đến đặc điểm của dòng điện xoay chiều.
Dạng bài tập này giúp nghiên cứu các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều, bao gồm hiệu điện thế dao động điều hòa, dòng điện xoay chiều, các giá trị hiệu dụng và công suất Nó cũng liên quan đến các loại mạch điện, do đó việc thực hiện dạng bài tập này là rất cần thiết.
HS cần phải thực hiện các yêu cầu cơ bản như lắp ráp mạch điện và quan sát, đo đạc các đại lượng quan trọng như hiệu điện thế và cường độ dòng điện.
Dạng 2 : Các BTTN liên quan đến việc sản xuất điện năng Dạng BT này chủ yếu nghiên cứu về các loại máy điện, với yêu cầu HS phải nắm được nguyên tắc hoạt động, cấu tạo của các máy phát điện Khi thực hiện dạng BT này có thể yêu cầu HS thực hiện những hành động thực hành như: lắp ráp, chế tạo một số máy phát điện đơn giản
Dạng 3 : Các BTTN liên quan đến việc truyền tải và sử dụng điện năng.
Dạng bài tập này giúp học sinh nắm vững nguyên tắc, cấu tạo và cách vận hành của máy biến thế cũng như động cơ điện Qua đó, học sinh có thể được yêu cầu chế tạo các máy biến thế và động cơ điện.
Bài tập trong bộ tài liệu này bao gồm cả dạng định tính và định lượng, được tổ chức một cách hệ thống Mỗi bài tập đều kèm theo hướng dẫn giải và hướng dẫn sử dụng, nhằm đáp ứng tốt nhất cho mục đích giảng dạy.
2.3.2 Thiết kế và biên tập bài tập thí nghiệm chủ đề “Dòng điện xoay chiều”
Khi sử dụng nguồn điện một chiều và nguồn điện xoay chiều để thắp sáng hai bóng đèn giống nhau, cường độ dòng điện qua đèn trong cả hai trường hợp đều có giá trị I Tuy nhiên, độ sáng của đèn sẽ khác nhau Đèn sử dụng nguồn điện một chiều sẽ sáng mạnh hơn so với đèn sử dụng nguồn điện xoay chiều, do dòng điện một chiều cung cấp năng lượng ổn định hơn Để kiểm tra kết quả này, có thể thực hiện thí nghiệm bằng cách mắc hai bóng đèn vào nguồn điện một chiều và nguồn điện xoay chiều, sau đó đo độ sáng của từng bóng đèn bằng thiết bị đo độ sáng.
Bài tập này là một bài tập định tính, yêu cầu học sinh so sánh độ sáng của hai bóng đèn và đưa ra giải thích Vì vậy, để giải quyết bài tập, học sinh chỉ cần áp dụng kiến thức lý thuyết mà không cần thực hiện thí nghiệm.
- Câu b là một BTTN và chúng ta tiến hành giải nó như sau:
- Dựa vào tác dụng toả nhiệt trên điện trở thuần khi có dòng điện chạy qua.
Tiến trình giải BTTN ở câu b
- Thiết kế sơ đồ TN như hình 2; hình 3.
Để lắp đặt thiết bị TN, cần lựa chọn nguồn điện một chiều 12V hoặc nguồn xoay chiều 12V sử dụng máy biến thế Thiết bị cũng bao gồm hai bóng đèn 12V - 6W, một ampe kế đo dòng một chiều, một ampe kế đo dòng xoay chiều, biến trở, ngắt điện và dây dẫn.
Mắc mạch điện theo hình 2 và hình 3, đóng các khoá K1 và K2 Điều chỉnh biến trở để I1 và I2 cùng tăng đến một giá trị nhất định, tương ứng với ba trường hợp I, I’ và I’’.
Quan sát và đối chiếu độ sáng của hai đèn trong từng trường hợp, từ đó đi đến kết luận.
- Khi số chỉ của hai ampe kế bằng nhau thì độ sáng của hai đèn bao giờ cũng quan sát được là như nhau.
Bài tập này giúp học sinh hiểu rõ tác dụng tỏa nhiệt của dòng điện xoay chiều, với công thức i = I0cosωt tương đương với dòng điện không đổi có cường độ I = I0/2 Nó có tác dụng củng cố và khắc sâu kiến thức lý thuyết, đồng thời có thể áp dụng trong các tiết bài tập và thực hành trong phòng thí nghiệm.
Ví dụ 2: Hãy thiết kế phương án và tiến hành TN để khảo sát tác dụng của:
- Tụ điện trong mạch điện một chiều.
- Tụ điện trong mạch điện xoay chiều.
- Thiết kế và tiến hành TN để kiểm tra: dòng điện một chiều không “đi qua” tụ điện; dòng điện xoay chiều “đi qua” tụ điện.
- Tác dụng của tụ điện trong mạch điện.
- GV hướng dẫn để HS thiết kế mạch điện cho BT như hình 4
- Lựa chọn thiết bị TN: 1 điôt phát quang (LED) đỏ; 1 LED xanh; 1 điện trở 100; 1 tụ điện loại (1000 F -
12V); 1 tụ điện loại (100F - 12V); 1 nguồn điện một chiều 6V; 1 nguồn xoay chiều 6V (dùng máy phát dao động điện hình sin); 1 ngắt điện; bảng
TN điện (có sẵn ở các phòng TN).
- Mắc mạch điện như hình 4
- Đóng khoá K, quan sát các LED khi K vừa đóng và sau khi K đã đóng một thời gian
- Tháo nguồn điện, nối A với B bằng dây dẫn Quan sát các LED
- Khi K vừa đóng, LED xanh sáng lên trong một thời gian ngắn, LED đỏ không sáng, sau đó cả hai LED không sáng.
Khi tụ điện được nạp điện, LED xanh sẽ sáng do có dòng điện chạy qua Tuy nhiên, khi dòng điện một chiều không đi qua tụ, cả hai LED sẽ không sáng Khi tháo nguồn và nối A với B, LED đỏ sẽ sáng ban đầu vì tụ điện phóng điện, nhưng sau đó cả hai LED sẽ không còn sáng nữa.
- Vẫn giữ nguyên mạch điện như hình 4 Thay nguồn một chiều bằng nguồn xoay chiều vào hai điểm A và B Thay tụ điện 1000 F bằng 100 F. Đóng khoá K và quan sát 2 LED.
- Các LED hầu như sáng liên tục, chứng tỏ dòng xoay chiều “đi qua” tụ điện.
- Như vậy qua BT này đã chứng tỏ tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua, nhưng cho dòng điện xoay chiều “đi qua” nó.
* Nhận xét: BTTN này có thể sử dụng làm TN biểu diễn để giảng bài mới. Đây là một TN dễ tiến hành và trực quan.
Ví dụ 3: Hãy xác định độ tự cảm của ống dây và điện trở thuần của nó.
Để thực hiện thí nghiệm, cần chuẩn bị các thiết bị sau: nguồn xoay chiều với tần số f đã biết, một ampe kế có điện trở không đáng kể để đo dòng xoay chiều, một ống dây với độ tự cảm L đã xác định cùng với điện trở thuần RL của ống dây, và các dây nối cần thiết.
- Lập luận, tính toán, thiết kế TN để xác định độ tự cảm và điện trở thuần của ống dây
- Áp dụng định luật Ôm cho mạch kín chứa R và L.
- Thiết kế mạch điện như hình 7
Khi lựa chọn thiết bị cho thí nghiệm, cần chú ý đến nguồn xoay chiều với tần số f đã được xác định, sử dụng ampe kế để đo dòng xoay chiều Ngoài ra, cần có một ống dây với độ tự cảm L và điện trở thuần RL đã biết, cùng với các dây nối phù hợp để đảm bảo kết nối chính xác trong thí nghiệm.
- Mắc mạch điện như hình 7.
- Đóng khoá K Quan sát số chỉ của ampe kế là I1, ta có:
Từ đây xác định được hiệu điện thế hiệu dụng của nguồn là:
- Thay vào hai điểm MN bằng cuộn dây cần xác định: Rx, ZLx
- Đóng khoá K, quan sát số chỉ của ampe kế là I2 Ta có:
Mắc nối tiếp hai cuộn dây trên, sau đó mắc vào MN Quan sát số chỉ của ampe kế là I3 Ta có:
- Giải hệ phương trình (2.2) và (2.3) với hai ẩn Rx và ZLx
Bài tập này giúp củng cố định luật Ôm cho mạch điện có điện trở thuần và cuộn cảm mắc nối tiếp, đồng thời rèn luyện kỹ năng thực hành cho học sinh như lắp ráp, quan sát, đo đạc và tính toán Bài tập này có thể được áp dụng trong các tiết học bài tập hoặc trong phòng thí nghiệm.
Đề xuất một số giáo án BTTN thuộc chủ đề “Dòng điện xoay chiều” nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho HS các lớp chuyên tự nhiên
Trong bài viết này, tôi đã chuẩn bị bốn giáo án dạy BTTN vật lý với chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Bao gồm hai giáo án bài tập, một giáo án áp dụng BTTN trong giảng dạy bài mới và một giáo án cho hoạt động ngoại khóa (Xem phần phụ lục)
Kiểm chứng kết quả sáng kiến kinh nghiệm
Để kiểm tra giả thuyết khoa học, tôi thực hiện một nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh lớp 12 chuyên tự nhiên tại trường THPT Chuyên Lam Sơn thông qua quy trình dạy học theo chủ đề.
Qua quá trình theo dõi hoạt động học của học sinh trong từng giai đoạn dạy học, tôi đã xác định được hướng phát triển năng lực riêng biệt cho từng học sinh thông qua các công cụ đo lường và tiêu chí chất lượng Cuối chủ đề, tôi tiến hành cho học sinh làm bài kiểm tra để đánh giá định lượng, áp dụng cho lớp đối chứng (ĐC) gồm 70 học sinh lớp 12 Toán 1, những học sinh không học theo giáo án dạy học theo chủ đề.
12 Hóa và 69 học sinh lớp lớp thực nghiệm (TN) là 12 Toán 2 và 12I, kết quả được thống kê như sau:
Dạy học với BTTN giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo thông qua việc giải quyết vấn đề trong quá trình học tập Học sinh tham gia vào các hoạt động trải nghiệm thực tiễn kết hợp với học tập trên lớp, từ đó tự học, khám phá vấn đề mới, đề xuất và thực hiện giải pháp, rút ra kiến thức và vận dụng kiến thức vào thực tiễn.
Dạy học với BTTN đã thành công trong việc đạt được mục tiêu giáo dục, giúp học sinh nắm vững kiến thức và kỹ năng theo chương trình hiện hành Đồng thời, phương pháp này còn thúc đẩy sự phát triển tư duy sáng tạo và các năng lực khác cho học sinh thông qua quá trình học tập.
Kết quả nghiên cứu xác nhận giả thuyết khoa học của đề tài là chính xác, cho thấy việc áp dụng phương pháp dạy học với BTTN là một cách hiệu quả để phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh.
