TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ CHI HÌNH THÀNH MỘT SỐ KIẾN THỨC MỚI BẰNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 10 THPT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI, 2015 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ CHI HÌNH THÀNH MỘT SỐ KIẾN THỨC MỚI BẰNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 10 THPT Chuyên nghành: Lí luận và Phƣơng pháp dạy học bộ môn Vật lí KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: ThS.Nguyễn Anh Dũng HÀ NỘI, 2015 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Anh Dũng, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận này. Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trong tổ vật lí trường THPT Lý Thái Tổ thuộc thị xã Từ Sơn, tỉnh Bắc Ninh đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi tiến hành thực nghiệm của đề tài. Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành được khóa luận. Mặc dù bản thân đã nỗ lực và cố gắng, xong do thời gian nghiên cứu còn hạn chế, thực nghiệm chưa được trên diện rộng nên khóa luận vẫn còn nhiều hạn chế, thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp của thầy cô và các bạn. Hà Nội, tháng 5 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Chi LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi, số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, tháng 5 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Chi BẢNG CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT Viết đầy đủ Viết tắt Trung học phổ thông THPT Kiến thức mới KTM Nghiên cứu tài liệu mới NCTLM Bài tập vật lí BTVL Trung học cơ sở THCS Giáo viên GV Học sinh HS Thực nghiệm sư phạm TNSP Thực nghiệm TN Đối chứng ĐC Sách giáo khoa SGK Tiến sĩ TS Nhà xuất bản NXB MỤC LỤC Phụ bìa. Lời cảm ơn. Lời cam đoan. Bảng chữ cái viết tắt. PHẦN MỞ ĐẦU Trang 1. Lí do chọn đề tài .......................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................... 2 4. Giả thuyết khoa học .................................................................................... 2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................. 3 6. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 3 7. Đóng góp của đề tài..................................................................................... 4 8. Cấu trúc của khóa luận ................................................................................ 4 NỘI DUNG CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI BẰNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ ................... 5 1.1. Quan niệm về bài tập vật lí ...................................................................... 5 1.2. BTVL có tác dụng giáo dục tư tưởng, đạo đức, kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp ..................................................................................................... 6 1.3. Phân loại bài tập vật lí ................................................................................ 7 1.4. Sơ đồ định hướng khái quát giải BTVL ..................................................... 9 1.5. Sử dụng BTVL trong các loại bài học ..................................................... 11 1.5.1. Tiết học NCTLM................................................................................... 11 1.5.2. Bài tập đề xuất vấn đề ........................................................................... 11 1.5.3. Bài tập giải quyết vấn đề ....................................................................... 11 1.5.4. Bài tập củng cố ...................................................................................... 12 1.5.5. Tiết học luyện tập giải bài tập ............................................................... 12 1.6. Nguyên tắc lựa chọn hệ thống BTVL ..................................................... 13 1.7. Hướng dẫn HS tìm kiếm lời giải bài tập vật lí nhằm hình thành KTM ... 14 1.8. Mối quan hệ giữa giải BTVL với nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề ....................................................................................... 16 1.8.1. Mối quan hệ giữa giải BTVL với nắm vững kiến thức......................... 16 1.8.2. Mối quan hệ giữa giải BTVL với phát triển năng lực giải quyết vấn đề19 1.9. Điều tra cơ bản thực trạng dạy học giải bài tập vật lí ở trường phổ thông22 1.9.1. Mục đích điều tra .................................................................................. 22 1.9.2. Các biện pháp điều tra chính ................................................................. 22 1.9.3. Nội dung điều tra ................................................................................... 22 1.9.4. Kết quả .................................................................................................. 22 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 .............................................................................. 26 CHƢƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC HÌNH THÀNH MỘT SỐ KIẾN THỨC MỚI BẰNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 10 THPT ............................ 27 2.1. Mục tiêu dạy học một số bài học vật lí 10 THPT .................................... 27 2.1.1. Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc ................................................... 27 2.1.2. Lực hướng tâm ...................................................................................... 27 2.1.3. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng ........................................ 27 2.1.4. Công. Công suất .................................................................................... 28 2.1.5. Cơ năng ................................................................................................. 28 2.2. Hệ thống các BTVL nhằm hình thành KTM trong dạy học ................... 28 2.2.1. Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc ................................................... 28 2.2.2. Lực hướng tâm ...................................................................................... 29 2.2.3. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng ........................................ 29 2.2.4. Công. Công suất .................................................................................... 29 2.2.5. Cơ năng ................................................................................................. 30 2.3. Tổ chức tiết học hình thành KTM bằng giải BTVL ................................ 30 2.3.1. Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc ................................................... 30 2.3.2. Lực hướng tâm ...................................................................................... 33 2.3.3. Động lượng, Định luật bảo toàn động lượng ........................................ 35 2.3.4. Công. Công suất .................................................................................... 39 2.3.5. Cơ năng ................................................................................................. 41 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 .............................................................................. 45 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ............................................... 48 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ................................... 46 3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm ..................................................... 46 3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm .................................................... 46 3.2. Đối tượng TNSP ...................................................................................... 46 3.3. Tiến hành TNSP ....................................................................................... 46 3.4. Kết quả TNSP .......................................................................................... 47 3.5. Phân tích kết quả TNSP ........................................................................... 50 3.5.1. Phân tích định tính ................................................................................ 51 3.5.2. Phân tích định lượng ............................................................................. 52 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 .............................................................................. 53 KẾT LUẬN .................................................................................................... 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 56 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Cuối thế kỉ XX đầu thế kỉ XXI, thế giới cũng như nước ta đã và đang trải qua biết bao biến động, biến đổi chưa từng có trong lịch sử. Rất nhiều vấn đề đặt ra trước mắt chúng ta, những con người vừa là chứng nhân, vừa là chủ nhân lịch sử trên mọi lĩnh vực hoạt động. Bên cạnh đó, quá trình nhất thể hóa và toàn cầu hóa đang diễn ra một cách nhanh chóng đến bất ngờ, khoa học và công nghệ phát triển nhanh như vũ bão. Thời kì này, tri thức và trí tuệ sáng tạo của con người được coi là yếu tố quyết định đến sự phát triển của xã hội. Tình hình đó đòi hỏi giáo dục nước ta phải đổi mới mạnh mẽ, sâu sắc toàn diện nhằm tạo ra những con người có đủ tri thức, năng lực sáng tạo, phẩm chất đạo đức để làm chủ đất nước và hòa nhập với thế giới trong nền kinh tế thị trường đang quyết liệt. Theo tinh thần của Hội nghị Ban chấp hành Trung ương Đảng cộng sản Việt Nam khóa VIII: “Đổi mới phương pháp dạy học ở tất cả các cấp học, các bậc học. Từng bước áp dụng phương pháp dạy học tiên tiến, phương tiện hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề” và đổi mới mạnh mẽ giáo dục và đào tạo, khắc phục lối truyền thục một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo cho người học. Trong những năm gần đây, ngành giáo dục đã không ngừng đổi mới nội dung sách giáo khoa, kèm theo đó là phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. Trước những thách thức to lớn này, để tránh nguy cơ tụt hậu, việc phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh là quan trọng. Vì vậy, ngay trong dạy học phổ thông, giáo viên cần đặt cho học sinh trước những tình huống cụ thể để họ tự lực tìm hiểu, phân tích xử lí vấn đề và tìm ra kiến thức mới. Để thực hiện điều đó, trong việc dạy học nói chung và dạy học vật lí nói riêng người ta sử dụng nhiều phương pháp, biện pháp khác nhau. Mỗi 1 phương pháp, biện pháp có những ưu và nhược điểm nhất định. Trong đó, giải bài tập vật lí là một phương pháp đóng vai trò quan trọng trong dạy học và giáo dục học sinh. Bởi lẽ, nó không chỉ giúp học sinh phát triển tư duy vật lí và thói quen vận dụng kiến thức vật lí vào thực tế mà còn tác động tích cực trong việc hình thành kiến thức mới và làm phong phú khái niệm mới, định luật vật lí. Nhưng hệ thống bài tập vật lí như nào sao cho phù hợp tối ưu với mục tiêu dạy học và thời gian dành cho học sinh ở lớp cũng như ở nhà và cách hướng dẫn họ tự lực giải bài tập có hiệu quả để tìm ra kiến thức mới là một câu hỏi đang được đặt ra. Đã có nhiều luận văn, khóa luận nghiên cứu hệ thống bài tập vật lí trong dạy học nhưng chỉ dừng lại ở khâu ôn tập, đánh giá mà việc tổ chức hình thành kiến thức mới cho học sinh bằng cách hướng dẫn họ giải bài tập vật lí vẫn chưa được nhều tác giả và giáo viên trường phổ thông quan tâm đúng mức. Chính vì thế, chúng tôi chọn đề tài “Hình thành một số kiến thức mới bằng giải bài tập vật lí 10 THPT”. 2. Mục đích nghiên cứu Trên cơ sở nghiên cứu lí luận về bài tập vật lí, tìm hiểu thực trạng dạy học giải bài tập vật lí 10 THPT, xác định mức độ nắm vững kiến thức cơ bản của học sinh mà lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn học sinh lớp 10 giải nó và soạn thảo tiến trình dạy học hình thành kiến thức mới trong dạy học chương trình vật lí 10 THPT nhằm giúp học nắm vững kiến thức cơ bản và góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Hoạt động dạy học giải bài tập vật lí ở trường THPT. - Phạm vi: Hệ thống bài tập trong chương trình vật lí lớp 10 THPT. 4. Giả thuyết khoa học Trong dạy học vật lí 10 THPT, nếu giáo viên dựa trên cơ sở lí luận của bài tập vật lí, mục tiêu dạy học các bài học để xác định được hệ thống bài tập 2 phù hợp với mục đích hình thành kiến thức mới và đề ra cách hướng dẫn học sinh lớp 10 THPT giải nó sẽ giúp họ nắm vững kiến thức cơ bản và góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1. Nghiên cứu một số cơ sở lí luận về bài tập vật lí trong dạy học ở trường THPT. 5.2. Điều tra thực trạng dạy học bài học hình thành kiến thức mới của giáo viên và học sinh vật lí 10 THPT. 5.3. Xác định mục tiêu dạy học một số bài hình thành kiến thức mới cho học sinh trong chương trình vật lí 10 THPT. 5.4. Lựa chọn hệ thống bài tập và đề ra tiến trình dạy học, cách hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập ấy nhằm hình thành một số kiến thức mới trong dạy học chương trình vật lí 10 THPT. 5.5. Tiến hành thực nghiệm sư phạm, đánh giá tính khả thi, hiệu quả của hệ thống bài tập vật lí và tiến trình dạy học trong một số bài học hình thành kiến thức mới đã đề xuất nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức và năng lực giải quyết vấn đề. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu Trong quá trình hình thành khóa luận, chúng tôi sử dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sau: 6.1. Nghiên cứu lí luận về bài tập vật lí, các tài liệu liên quan đến đề tài để xác định cơ sở lí luận của đề tài. 6.2. Nghiên cứu cấu trúc, nội dung chương trình vật lí THPT nói chung và chương trình vật lí 10 nói riêng. 6.3. Điều tra thực trạng dạy học bài tập vật lí 10 THPT. 6.4. Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khoa học, khả thi, hiệu quả của hệ thống bài tập đã lựa chọn và tiến trình dạy học một số bài học hình 3 thành kiến thức mới đã đề xuất nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức cơ bản và góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề. 7. Đóng góp của đề tài - Bồi dưỡng cho học sinh kĩ năng tự nắm bắt vấn đề, từ đó thực hiện được các mục tiêu dạy học đã đề ra. - Bổ sung vào nguồn tài liệu tham khảo cho giáo viên và học sinh trong dạy học chương trình vật lí 10 THPT. 8. Cấu trúc của khóa luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phục lục, khóa luận gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc hình thành kiến thức mới bằng giải bài tập vật lí. Chương 2: Tổ chức dạy học hình thành một số kiến thức mới bằng giải bài tập vật lí 10 THPT. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. 4 NỘI DUNG CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI BẰNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 1.1. Quan niệm về bài tập vật lí Trong thực tiễn dạy học cũng như trong các tài liệu giảng dạy, các thuật ngữ “bài tập”, “bài tập vật lí” được sử dụng cùng các thuật ngữ “bài toán”, “bài toán vật lí”. Trong cuốn Đại từ điển tiếng Việt [7, tr.142-143], “bài tập” và “bài toán” được giải nghĩa khác hẳn nhau: Bài tập là bài ra để luyện tập, vận dụng kiến thức đã học; bài toán là vấn đề cần giải quyết, tìm ra lời giải bằng các quy tắc, định lí. Cũng như vậy, một số ý kiến cho rằng cần phân biệt hai thuật ngữ “bài tập vật lí” và “bài toán vật lí”. BTVL có nghĩa là bài tập vận dụng đơn giản kiến thức lí thuyết đã học về vật lí vào những trường hợp cụ thể. Còn bài toán vật lí được sử dụng để hình thành KTM trong khi giải quyết một vấn đề được đặt ra chưa có câu trả lời, hoặc đề ra một cách giải quyết, phương pháp hành động mới. Nhưng bên cạnh đó, trong một số tài liệu [6], [13], [18], [22],…, các tác giả lại dùng hai thuật ngữ đó như một với cách hiểu giải bài tập (bài toán) vật lí là vận dụng các khái niệm, qui tắc, định luật vật lí,…đã được học vào giải quyết những vấn đề thực tế trong đời sống, lao động. Hiện nay, do quan niệm bài tập chỉ đơn thuần là vận dụng kến thức đã biết nên nhiều GV đã sử dụng bài tập chủ yếu để rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức cũ mà coi nhẹ chức năng tìm kiếm KTM, giải quyết vấn đề mới. Theo quan điểm hiện đại, việc NCTLM cũng là một bài tập đối với HS. Trong quá trình tìm kiếm KTM, HS không phải là thụ động tiếp thu cách giải quyết vấn đề một cách máy móc mà chính họ cũng tập cách giải quyết vấn đề đó. HS cũng tập các hành động, các phương pháp hoạt động để chiếm lĩnh KTM như quan sát, phân tích hiện tượng, đo lường, so sánh, khái quát hóa, tìm mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng,…Điều đó có nghĩa là HS phải chủ 5 động chiếm lĩnh KTM thông qua chính các hoạt động của mình dưới sự hướng dẫn của GV. Khi ấy, họ không chỉ đơn thuần là vận dụng kiến thức cũ mà còn tập tìm ra KTM. Trong cuốn sách dùng cho GV “Phương pháp giải bài tập vật lí”, [24] X.E.Camenetki và V.P.Ôrêkhôv quan niệm: “Trong thực tế dạy học, người ta thường gọi bài tập vật lí là một vấn đề không lớn, được giải quyết nhờ những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí. Trong các tài liệu giáo khoa cũng như các tài liệu phương pháp bộ môn, người ta thường hiểu những bài tập luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lí, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lí của học sinh và rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức của họ vào thực tiễn là bài tập vật lí”. Đồng thời, các tác giả cũng nhấn mạnh rằng: Sự tư duy định hướng một cách tích cực luôn là việc giải bài tập vật lí. Về thực chất, mỗi vấn đề xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa trong các bài học vật lí đều là một bài tập đối với HS. Định nghĩa BTVL như trên được nhiều nhà lí luận dạy học bộ môn và các GV tán thành, chấp nhận. Theo định nghĩa đó, BTVL có hai chức năng chính là tập vận dụng những kiến thức cũ và tìm kiếm KTM. Vì thế, theo chúng tôi, không nên phân biệt khái niệm BTVL hay bài toán vật lí và gọi chung là BTVL. 1.2. Bài tập vật lí có tác dụng giáo dục tƣ tƣởng, đạo đức, kĩ thuật tổng hợp và hƣớng nghiệp BTVL có tác dụng giáo dục tư tưởng rất lớn, nhờ nó ta có thể giới thiệu cho HS sự xuất hiện những tư tưởng, quan điểm tiên tiến, hiện đại, những phát minh lớn của nhân loại, có thể lưu ý HS những thành tựu của nền khoa học nước nhà. BTVL cũng là phương tiện hiệu quả để giáo dục đạo đức, tình yêu lao động, đức tính kiên trì, ý chí và tình cảm của HS. Việc giải BTVL có 6 thể đem lại cho HS niềm vui sáng tạo đối với những thành công, tăng thêm sự yêu thích, hứng thú với môn học. Thông qua việc giải BTVL, GV cũng có thể thường xuyên theo dõi thành tích học, tinh thần học tập của HS. Bên cạnh đó, các BTVL có nội dung kĩ thuật tổng hợp (hiện đại, gắn liền với chương trình) còn có tác dụng rất lớn đến việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho HS. Nó cũng là một phương tiện thuận lợi để HS liên hệ lí thuyết với thực hành, học tập với đời sống sản xuất. Từ đó góp phần giáo dục hướng nghiệp cho HS. Các BTVL về các hiện tượng vật lí thường gặp trong sinh hoạt hàng ngày giúp cho HS thấy khoa học vật lí ngay trong cuộc sống xung quanh, góp phần bồi dưỡng cho HS khả năng quan sát, sáng tạo. 1.3. Phân loại bài tập vật lí Trong nhiều tài liệu về phương pháp giảng dạy vật lí [6], [12], [18],…, các tác giả đưa chia BTVL theo nhiều dấu hiệu khác nhau. Có thể tổng kết các cách phân loại ấy như sau: 1.3.1. Theo nội dung - Tài liệu vật lí. - Nội dung cụ thể, trừu tượng. - Nội dung kĩ thuật tổng hợp. - Nội dung lịch sử. 1.3.2. Theo mục đích dạy học - Bài tập sáng tạo (bài tập nghiên cứu và bài tập thiết kế). - Bài tập kiểm tra. - Bài tập luyện tập. 1.3.3. Theo mức độ khó dễ - Bài tập đơn giản. 7 - Bài tập phức hợp. - Bài tập phối hợp. 1.3.4. Theo đặc điểm và phương pháp nghiên cứu đề - Bài tập định tính (bài tập đơn giản và bài tập phức tạp). - Bài tập định lượng (bài tập tập dượt và bài tập tổng hợp). 1.3.5. Theo phương thức giải hay cho điều kiện - Bài tập định tính. - Bài tập định lượng. - Bài tập đồ thị. - Bài tập thí nghiệm. 1.3.6. Theo hình thức lập luận logic - Bài tập dự đoán hiện tượng. - Bài tập giải thích hiện tượng. - Bài tập tổng hợp. Đa số các cách trên chưa cho thấy sự thống nhất về tiêu chuẩn phân loại BTVL, vì trong bất kì loại nào cũng chứa đựng một vài yếu tố của một hay một vài loại khác. Ví dụ trong cách gần như phổ biến nhất là phân loại theo phương thức giải hay cho điều kiện thì để giải bài tập định lượng buộc phải lập luận logic; có bài tập thí nghiệm, đồ thị, định tính hoặc định lượng. Đặc biệt, là cách phân loại bài tập chỉ mang tính chất bề ngoài chưa đề cập gì đến chủ thể giải BTVL là HS. Để khắc phục tình trạng trên, TS. Nguyễn Thế Khôi [6] đã đưa ra cách phân loại bài tập dựa vào mức độ phức tạp của hoạt động tư duy trong quá trình tìm kiếm lời giải. 1.3.7. Theo mức độ phức tạp của hoạt động tư duy trong tiến trình tìm kiếm lời giải - Bài tập cơ bản. - Bài tập phức hợp. 8 Loại BTVL mà để tìm được lời giải nó chỉ cần xác lập mối quan hệ trực tiếp, tường minh giữa những cái đã cho và một cái phải tìm chỉ dựa vào một kiến thúc mới học (vào một tính chất, một mối quan hệ, một phương pháp hoạt động mới) mà HS chỉ tái hiện chứ không thể tự tạo ra được gọi là bài tập cơ bản. Kiến thức vật lí cơ bản mà HS mới học là kiến thức chứa đựng một mối quan hệ về mặt định tính hay định lượng giữa các đại lượng vật lí, hoặc chứa đựng một mối quan hệ mới giữa các đặc điểm định tính, định lượng của cùng một đại lượng vật lí, hoặc là một biện pháp, phương pháp giải quyết mới. Chẳng hạn, các công thức của chuyển động biến đổi đều có chứa tường minh thời gian cho phép đủ giải bài tập động học. Từ chúng, có thể rút ra công thức liên hệ gia tốc, vận tốc và đường đi không chứa thời gian. Công thức này chứa đựng một mối quan hệ mới giữa các đại lượng đã biết (gia tốc, vận tốc, đường đi). Còn các BTVL mà trong đó, việc tìm lời giải phải thực hiện một chuỗi lập luận lôgic, biến đổi toán học qua nhiều mối quan hệ giữa những cái đã cho, cái phải tìm và những cái trung gian không cho trong đầu bài gọi là bài tập phức tạp. Việc xác lập được một bài tập phức hợp, buộc phải giải thành thạo các bài tập cơ bản, ngoài ra còn phải biết cách phân tích bài tập phức hợp để nó quy về các bài tập cơ bản đã biết. 1.4. Sơ đồ định hƣớng khái quát giải BTVL Sơ đồ định hướng giải BTVL là một bản chỉ dẫn về việc thực hiện các hành động hay các thao tác cần thiết để giải BTVL đó. Sơ đồ định hướng khái quát giải BTVL còn gọi là phương pháp chung, quy tắc chung, kế hoạch, dàn bài giải BTVL…Nói chung, tiến trình giải một BTVL trải qua các bước: Nghiên cứu đề bài; phân tích hiện tượng, quá trình vật lí và lập kế hoạch giải; trình bày lời giải; kiểm tra và biện luận kết quả. Mỗi bước lại bao gồm các thao tác, hành động. 9 Bước thứ nhất: Nghiên cứu đề bài: - Đọc kĩ đầu bài; - Mã hóa đầu bài bằng những kí hiệu quen dùng; - Đổi đơn vị của các đại lượng trong cùng một hệ thống nhất (thường trong hệ SI); - Vẽ hình hoặc sơ đồ; - Nếu đề bài yêu cầu thì phải dùng đồ thị hoặc làm thí nghiệm để thu được các dữ liệu cần thiết. Bước thứ 2: Phân tích hiện tượng, quá trình vật lí và lập kế hoạch giải: - Mô tả hiện tượng, quá trình vật lí xảy ra trong tình huống nêu lên trong đề bài; - Vạch ra các quy tắc, quy luật chi phối hiện tượng, quá trình này; - Dự kiến những lập luận, biến đổi toán học cần thực hiện nhằm xác lập được mối quan hệ giữa cái đã cho và cái phải tìm. Bước thứ 3: Trình bày lời giải: - Viết phương trình của các định luật và giải hệ phương trình có được để tìm ẩn số dưới dạng tổng quát, biểu diễn các đại lượng cần tìm qua các đại lượng đã cho; - Thay giá trị bằng số của các đại lượng đã cho để tìm ẩn số, thực hiện các phép tính với độ chính xác cho phép. Bước thứ 4: Kiểm tra và biện luận kết quả: Để có thể xác nhận kết quả cần tìm, cần kiểm tra lại việc giải, theo một hoặc một số cách sau đây: Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi, xét các trường hợp chưa; Kiểm tra lại xem tính toán có đúng không; Kiểm tra thứ nguyên xem có phù hợp không; Xem xét lời giải thu được về ý nghĩa thực tế có phù hợp không. 10 1.5. Sử dụng BTVL trong các loại bài học Giải BTVL là một bộ phận của đa số các tiết học như NCTLM, luyện tập, ôn tập, kiểm tra. Nó có thể chiếm một phần hoặc toàn bộ tiết học. Đồng thời nó cũng được sử dụng trong cả chương trình ngoại khóa. Trong các hình thức ấy, BTVL được sử dụng nhiều hơn cả trong hai loại tiết học là NCTLM và luyện tập giải bài tập. 1.5.1. Tiết học NCTLM Như đã nói ở trên, tiết học NCTLM là tiết học trong đó HS thu được cái họ chưa biết từ trước hoặc chưa biết một cách rõ rằng, chính xác. Trong các tiết học này, BTVL được sử dụng ở một khâu đề xuất vấn đề, giải quyết vấn đề, củng cố hoặc ở tất cả các khâu đó. 1.5.2. Bài tập đề xuất vấn đề Mỗi kiến thức khoa học đều là lời giải đáp cho một câu hỏi. Nếu không có việc nảy sinh câu hỏi thì sẽ không có nhu cầu giải đáp câu hỏi. Và vì thế sẽ không có kiến thức khoa học để giải đáp câu hỏi đó. Cho nên việc NCTLM thường được bắt đầu bằng việc đặt vấn đề. Theo I.Ia.Lemer, vấn đề trong dạy học là một câu hỏi xuất hiện hay được đặt ra đối với người chưa hề biết trước câu trả lời mà phải tìm tòi sáng tạo và để tìm ra câu trả lời đó, người ta phải có những tài liệu nào đó làm cơ sở xuất phát. Có nhiều cách để làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu tìm cách giải quyết. Một trong số đó là sử dụng bài tập đề xuất vấn đề. Việc xây dựng các vấn đề trong dạy học bằng bài tập sẽ kích thích được hứng thú học tập của HS, tạo ra được khả năng củng cố kiến thức đã có và xây dựng mối quan hệ giữa kiến thức đã có và cả KTM. Bài tập đề xuất vấn đề được sử dụng ở đầu giờ học. Nó không những có tác dụng xây dựng vấn đề dạy học mà còn có thể chuẩn bị cho việc nghiên cứu nó. 1.5.3. Bài tập giải quyết vấn đề 11 Trong dạy học, có không ít vấn đề được giải quyết bằng bài tập. Thông thường, sau khi nêu vấn đề, GV sẽ đưa ra một bài tập phức tạp hơn, chia nó thành các bài tập bộ phận mà qua việc giải các bài tập đó, HS sẽ thu được KTM. Dựa vào phương thức giải, có thể chia bài tập giải quyết vấn đề ra làm hai loại: 1) Giải bài tập bằng lập luận logic và các biến đổi toán học trên cơ sở các kiến thức đã biết. 2) Buộc phải quan sát, tiến hành thí nghiệm. Tức là trong quá trình giải bài tập loại này, việc sử dụng các lập luận logic và biến đổi toán học không đưa đến câu trả lời cuối cùng hoặc tuy dẫn đến kết quả cuối cùng nhưng không rõ có phù hợp với thực tiễn hay không thì người giải buộc phải quan sát, làm thí nghiệm mới thu được câu trả lời của bài tập. Ví dụ: Bài tập thuộc loại thứ nhất là bài tập rút ra định luật bảo toàn động lượng từ định luật II, III Niutơn; bài tập rút ra định luật Ôm cho toàn mạch từ định luật Jun – Lenxơ, định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng và kiến thức về năng lượng do nguồn cung cấp, năng lượng tiêu thụ trên máy thu. Bài tập thuộc loại thứ hai là bài tập xác định các đặc điểm (phương, chiểu, độ lớn) và điều kiện xuất hiện của lực đàn hồi của lò xo, lực ma sát trượt hay lực ma sát lăn,… 1.5.4. Bài tập củng cố Thông thường, GV sử dụng bài tập củng cố ở cuối tiết học hay cuối phần học của mỗi bài giảng nhằm củng cố KTM, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo cho HS tùy theo yêu cầu từng tiết học. 1.5.5. Tiết học luyện tập giải bài tập Trong các tiết học này, có hai hình thức tổ chức làm việc chủ yếu của lớp: 12 GV hay một HS giải bài tập trên bảng để HS toàn lớp theo dõi; HS tự giải bài tập. Hình thức đầu được áp dụng khi GV hướng dẫn HS giải các bài tập loại mới gặp lần đầu hoặc khi cần giới thiệu định hướng giải bài tập mới. Để cả lớp tập trung, chủ động theo dõi và tích cực tham gia vào tìm kiếm lời giải bài tập trên bảng, cần lưu ý: Khi giải thích sơ đồ định hướng, GV phải trình bày sao cho các em hiểu rõ từng thao tác, hành động và trật tự của chúng để tạo điều kiện giải các bài tập cùng loại. Hình thức sau thường dùng để rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo và kiểm tra kết quả học tập của HS. Tính độc lập, tích cực của HS phụ thuộc rất nhiều vào mức độ phức tạp của bài tập. Vì thế, bài tập đề ra phải vừa sức, đủ phức tạp và gây được hứng thú cho HS. Trong khi HS tự lực giải, GV theo dõi từng em và nếu cần, giúp họ quy một bài tập phức tạp thành các bài tập cơ bản, áp dụng các sơ đồ định hướng đã biết để giải từng kiểu, phân kiểu bài tập. 1.6. Nguyên tắc lựa chọn hệ thống BTVL BTVL hình thành KTM phải tạo hành một hệ thống xác định, phù hợp với phương pháp lựa chọn và đáp ứng được một mục đích dạy học nhất định. Hệ thống BTVL hình thành KTM được chọn phải thỏa mãn các yêu cầu sau: + Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp. Tính phức tạp tăng dần của mối quan hệ giữa những đại lượng và khái niệm đặc trưng cho quá trình hoặc hiện tượng mô tả trong các BTVL. + Số lượng bài tập phải phù hợp với thời gian quy định của chương trình học, thời gian học ở nhà của HS. + Mỗi bài tập phải là một mắt xích trong hệ thống bài tập, đóng góp một phần khắc phục những khó khăn chủ yếu, những sai lầm phổ biến của HS trong học tập. 13 + Mỗi bài tập phải đóng góp một phần nào đó trong việc nắm bắt kiến thức, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, thói quen vận dụng kiến thức, phát triển năng lực HS trong việc giải quyết các vấn đề học tập và thực tiễn. Mỗi bài tập sau phải đem lại cho HS một điều mới lạ nhất định và một khó khăn vừa sức, đồng thời việc giải bài tập trước là cơ sở cho việc giải bài tập sau. 1.7. Hƣớng dẫn HS tìm kiếm lời giải BTVL nhằm hình thành KTM KTM chỉ có thể tìm kiếm được trong thiên nhiên nhưng nhiều khi thiên nhiên không trả lời trực tiếp câu hỏi cho người nghiên cứu đặt ra vì nhiều tính chất, mối quan hệ không trực tiếp thấy được bằng các giác quan. Trong trường hợp này, buộc phải dùng những suy luận lôgic hay toán học để thiết lập mối quan hệ giữa những tính chất bên trong và những biểu hiện bên ngoài thấy được bằng các giác quan. Muốn tìm được câu trả lời quyết định của thiên nhiên, HS phải hiểu được mối quan hệ giữa những tính chất, quan hệ bên trong của các sự vật hiện tượng và những biểu hiện bên ngoài của chúng thấy được bằng các giác quan, đồng thời biết sử dụng các máy đo để thực hiện các phép đo cần thiết [6, tr.29]. Do đó, BTVL tìm kiếm thông tin ở tự nhiên trong khi hình thành KTM thường được giải quyết bắt đầu bằng suy luận lôgic hay toán học, kết thúc bằng sự quan sát tự nhiên hay phép đo nhằm khẳng định hay bác bỏ những suy luận trên, hoặc thu thập tài liệu chuẩn bị cho một suy luận mới. BTVL có hai chức năng chính là tập vận dụng kiến thức cũ và tìm ra KTM. Để BTVL có thể thực hiện chúc năng thứ hai, GV phải làm xuất hiện ở HS các vấn đề cần giải quyết hay cao hơn là cách thức giải quyết các vấn đề ấy, từ đó hình thành KTM cho họ. Đó là các bài tập mà sau khi giải, HS thu được những tính chất, quy tắc, định luật mới,…của các sự vật, hiện tượng mà họ 14 chưa biết. Trong quá trình HS tìm kiếm lời giải, GV tổ chức hoạt động tự lực giải quyết vấn đề của HS nhằm rút ra kiến thức cần chiếm lĩnh. Trong khi đưa ra hệ thống bài tập đó, GV cần phải phân tích và xuất phát từ mục đích sư phạm là hình thành KTM cho HS mà xác định kiểu hướng dẫn cho phù hợp. Theo lí luận dạy học, có thể xác định hai kiểu hướng dẫn HS tự lực giải bài tập hình thành KTM [20] : 1) Hướng dẫn tìm tòi (Ơrixtic) là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho HS suy nghĩ tìm tòi để phát hiện cách giải quyết và tự xác định các hành động cần thực hiện để thu được kết quả. 2) Hướng dẫn định hướng khái quát chương trình hóa cũng là kiểu hướng dẫn HS tìm tòi cách giải quyết nhưng GV định hướng hoạt động tư duy của HS theo lối khái quát của việc giải quyết vấn đề. Ngay từ sự định hướng đầu tiên đã đòi hỏi sự tự lực tìm tòi của HS. Nếu họ không đáp ứng được, thì sự giúp đỡ tiếp theo của GV là cụ thể hóa thêm một bước bằng cách gợi ý cho họ để thu hẹp phạm vi tìm tòi, giải quyết vừa sức HS. Nếu họ vẫn không tìm tòi giải quyết được thì sự hướng dẫn của GV chuyển dần sang hướng dẫn theo mẫu để HS hoàn thành yêu cầu một bước. Sau đó, tiếp tục yêu cầu HS tự lực tìm tòi cách giải quyết tiếp theo. Nếu cần thì GV lại giúp đỡ. Cứ như vậy cho đến khi giải được bài tập đặt ra. Đây là hai kiểu hướng dẫn có thể phát huy được tính tích cực, tự lực của HS trong việc giải BTVL rút ra KTM. Để điều khiển tư duy của HS trong quá trình tổ chức hoạt động tự lực giải quyết vấn đề của họ, GV cần phải dự đoán những khó khăn mà HS có thể gặp trong quá trình giải quyết vấn đề, những câu hỏi gợi ý giúp họ vượt qua những khó khăn đó. Những câu hỏi gợi ý này chính là phương tiện quan trọng 15 để GV định hướng tư duy HS. Muốn cho các câu hỏi gợi ý có tác dụng định hướng đúng đắn tư duy HS, chúng phải đáp ứng các yêu cầu sau: - Câu hỏi phải được diễn đạt một cách chính xác về ngữ pháp, nội dung khoa học của điều muốn hỏi. Có như vậy câu hỏi định hướng mới giúp HS phát hiện đúng vấn đề cần giải quyết. - Câu hỏi phải vừa sức HS. Chỉ khi đó mới có thể hi vọng thu được câu trả lời có giá trị từ phía HS và việc điều khiển tư duy HS mới có hiệu quả. - Nội dung câu hỏi phải định hướng đúng đắn tư duy của HS trong tình huống học tập cụ thể đang xét. Nghĩa là, nội dung câu hỏi phải đảm bảo sao cho khi HS suy nghĩ để tìm câu trả lời thì chính là sự suy nghĩ của họ đang định hướng theo đường lối đúng đắn của việc giải quyết vấn đề. Chỉ có khi đó thì câu hỏi gợi ý mới có tác dụng điều khiển tư duy HS. 1.8. Mối quan hệ giữa giải BTVL với nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề 1.8.1. Mối quan hệ giải BTVL với nắm vững kiến thức Theo lí luận dạy học, kiến thức được hiểu là kết quả của quá trình nhận thức bao gồm “một tập hợp nhiều mặt về chất lượng và số lượng các biểu tượng và khái niệm lĩnh hội được, được giữ lại trong trí nhớ và được tái tạo khi có đòi hỏi tương ứng” [16, tr.12]. Theo M.A.Đanilov [2, tr.26 – 27], kĩ năng là khả năng của con người biết sử dụng có mục đích và sáng tạo những kiến thức và kĩ xảo của mình trong quá trình hoạt động lí thuyết cũng như thực tiễn. Kĩ năng bao giờ cũng xuất phát từ kiến thức, dựa trên kiến thức. Kĩ năng chính là kiến thức trong hành động. Còn kĩ xảo là hành động mà những phần hợp thành của nó do luyện tập mà trở thành tự động hóa. Kĩ xảo là mức độ cao của sự nắm vững kĩ năng. Nếu như kĩ năng đòi hỏi ở mức độ nhiều, ít sự tự kiểm tra tự giác, tỉ mỉ 16 thì kĩ xảo là hành động đã được tự động hóa, trong đó sự tự kiểm tra tự giác xảy ra chớp nhoáng và các thao tác được thực hiện rất nhanh, như một tổng thể dễ dàng và mau lẹ. Kiến thức vật lí có thể được chia thành các nhóm cơ bản: 1) Khái niệm (hiện tượng, đại lượng). 2) Định luật, nguyên lí. 3) Thuyết. 4) Phương pháp nghiên cứu. 5) Ứng dụng trong đời sống, sản xuất. Những kĩ năng cơ bản về vật lí được chia thành các nhóm cơ bản [23]: - Quan sát, đo lường, sử dụng các dụng cụ và máy đo phổ biến, thực hiện những thí nghiệm đơn giản; - Giải BTVL; - Vận dụng kiến thức vật lí để giải thích những hiện tượng đơn giản, những ứng dụng phổ biến của vật lí trong đời sống và sản xuất; - Sử dụng các thao tác tư duy lôgic và các phương pháp nhận thức vật lí. Những kĩ xảo chủ yếu đối với vật lí chia thành hai nhóm: - Thực nghiệm. - Áp dụng các phương pháp toán học và các phương tiện phụ trợ. Một trong những nhiệm vụ chủ yếu nhất của dạy học là đảm bảo cho HS nắm vững những kiến thức cơ bản ở nhà trường. Nắm vững kiến thức không những là hiểu đúng nội hàm, ngoại diên của nó, xác định được vị trí, tác dụng của kiến thức ấy trong hệ thống kiến thức cơ bản đã tiếp thu từ trước, mà còn biết quá trình hình thành nó và vận dụng được nó vào thực tiễn. Sự nắm vững kiến thức có thể được phân biệt ở ba mức độ: biết, hiểu, vận dụng được. 17 - Biết một kiến thức nào đó có nghĩa là nhận ra được nó, phân biệt nó với các kiến thức khác, kể lại được nội hàm của nó một cách chính xác. Đây là mức tối thiểu HS cần đạt được trong học tập. - Hiểu một kiến thức là gắn được kiến thức ấy vào các kiến thức đã biết, đưa được nó vào vốn kinh nghiệm của bản thân. Tức là nêu đúng nội hàm và ngoại diên của nó, xác lập được mối quan hệ giữa nó và hệ thống các kiến thức khác và vận dụng được các kiến thức ấy vào tình huống quen thuộc dẫn đến có khả năng vận dụng nó một cách linh hoạt, sáng tạo. - Vận dụng được kiến thức vào việc giải quyết các nhiệm vụ của thực tiễn nghĩa là phải tìm được kiến thức thích hợp trong vốn kiến thức đã có để giải quyết một nhiệm vụ mới. Nhờ vận dụng mà kiến thức được nắm vững một cách thật sự, sâu sắc. Để đảm bảo cho HS nắm vững kiến thức vật lí một cách chắc chắn, cần phải hình thành cho họ kĩ năng, kĩ xảo không chỉ vận dụng mà còn chiếm lĩnh kiến thức thông qua nhiều hình thức luyện tập khác nhau. Trong số đó, “việc giải nhiều bài tập, nhiều loại bài tập được sắp xếp có hệ thống từ dễ đến khó là hình thức luyện tập được tiến hành nhiều nhất, do đó có tác dụng quan trọng trong việc hình thành kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vật lí của học sinh”. Hiểu theo nghĩa rộng, quá trình học tập là quá trình liên tiếp giải các bài tập. Bởi vậy, kiến thức sẽ được HS hoàn toàn nắm vững nếu họ tự lực, tích cực, vận dụng linh hoạt, thành thạo kiến thức ấy để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau. Chất lượng nắm vững kiến thức bước đầu thể hiện ở chất lượng giải các bài tập cơ bản về kiến thức ấy ở mức độ ghi nhớ và hiểu. Còn chất lượng giải hệ thống bài tập phức hợp về một đề tài, chương, phần của chương trình phản ánh chất lượng nắm vững kiến thức và mối quan hệ của chúng trong đề tài, 18 chương, phần đó với nhau và vận dụng chúng trong những tình huống phức tạp, mới [6, tr.20]. 1.8.2. Mối quan hệ giữa giải BTVL với phát triển năng lực giải quyết vấn đề Khái niệm vấn đề dùng để chỉ một khó khăn, một nhiệm vụ nhận thức mà HS không thể giải quyết được chỉ bằng kinh nghiệm sẵn có, theo một khuôn mẫu có sẵn, nghĩa là không thể dùng tư duy tái hiện đơn thuần các kiến thức, kĩ năng, cách thức hành động đã có mà phải tìm tòi sáng tạo mới giải quyết được và khi giải quyết được thì HS đã thu được kiến thức, kĩ năng cách thức hành động mới [20, tr.157]. Vấn đề chứa đựng câu hỏi, nhưng đó là câu hỏi về một cái chưa biết, câu hỏi mà câu trả lời là một cái mới (kiến thức, kĩ năng, cách thức hành động mới) phải tìm tòi, sáng tạo mới xây dựng được, chứ không phải câu hỏi chỉ đơn thuần yêu cầu nhớ lại các kiến thức đã có. Tình huống có vấn đề là tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà HS tham gia thì gặp một khó khăn, HS ý thức được vấn đề, mong muốn giải quyết vấn đề đó và cảm thấy với khả năng cảu mình thì hy vọng có thể giải quyết được, do đó bắt tay vào giải quyết vấn đề đó. Nghĩa là tình huống này kích thích hoạt động nhận thức tích cực của HS đề xuất vấn đề và giải quyết vấn đề đã đề xuất [20, tr.158]. Theo Ph.N.Gônôbôlin [4, tr.61]: “Trong khoa học tâm lí, người ta coi năng lực là những thuộc tính tâm lí riêng lẻ của cá nhân, nhờ những thuộc tính ấy mà con người hoàn thành tốt đẹp một hoạt động nào đó mà mặc dù bỏ ra ít sức lao động vẫn đạt kết quả cao”. P.A.Rudich [14, tr.382] còn đưa ra định nghĩa: “ Năng lực – đó là tính chất tâm lí cảu con người chi phối trong quá trình tiếp thu kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo cũng như hiệu quả thực hiện một hành động nhất định”. 19 Khi xem xét bản chất của năng lực, cần chú ý tới ba dấu hiệu chủ yếu của nó: - Là sự khác biệt các thuộc tính tâm lí cá nhân, làm cho người này khác người kia. - Chỉ là sự khác biệt có liên quan đến hiệu quả của việc thực hiện một hoạt động nào đó. - Được hình thành và phát triển trong quá trình hoạt động cá nhân. Người có năng lực về một mặt nào đó thì không phải nỗ lực nhiều trong quá trình công tác mà vẫn khắc phục được những khó khăn một cách nhanh chóng và dễ dàng hơn những người khác hoặc có thể vượt qua được những khó khăn mới mà nhiều người khác không vượt qua được. Năng lực của mỗi người khác nhau, một phần dựa trên cơ sở tư chất, một phần chủ yếu được hình thành và phát triển trong quá trình hoạt động của cá nhân. Các nhà tâm lí học thường chia năng lực thành ba mức độ phát triển: năng lực, tài năng, thiên tài. Trong đó, năng lực vừa là danh từ chung nhất, vừa chỉ mức độ nhất định biểu thị sự hoàn thành có kết quả một hoạt động nào đó và chúng tôi chỉ quan tâm đến mức độ này trong hoạt động giải BTVL của HS. Năng lực được phân loại theo hai cách phổ biến: theo mức độ phản ánh (năng lực được chia thành năng lực tái tạo và năng lực sáng tạo), theo sự chuyên môn hóa (năng lực được chia thành năng lực chung và năng lực riêng). Mức độ phát triển của năng lực phụ thuộc vào mức độ nắm vững kiến thức kĩ năng, kĩ xảo. Muốn phát triển năng lực, phải nắm vững và vận dụng một cách sáng tạo những kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo đã tích lũy được về một lĩnh vực nhất định. Mặt khác, năng lực giúp cho việc nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo được dễ dàng và nhanh chóng hơn. Tuy nhiên, năng lực khác với 20 kĩ năng, kĩ xảo ở chỗ kĩ năng, kĩ xảo là kết quả của sự luyện tập, học tập, còn để phát triển năng lực, ngoài luyện tập, học tập cần phải có tư chất. Vì vậy, không nên quy tất cả việc phát triển năng lực vào việc cung cấp kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo. Giải bài tập là một hình thức tự lực giải quyết một vấn đề nào đó nêu ra trong đầu bài. Ở trình độ thấp là nhận biết nhứng điều kiện có thể áp dụng một giải pháp đã biết vào một tình huống tương tự với các tình huống quen thuộc. Ở trình độ cao hơn, phải thực hiện một loạt những phân tích và biến đổi để có thể áp dụng được các giải pháp mới mà trước đây chưa biết. Với đa số HS phổ thông hiện nay, cần cố gắng đạt đến trình độ thứ hai. Năng lực giải quyết vấn đề của HS được hình thành và phát triển trong giải BTVL. Để đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS trong giải BTVL, chúng tôi dựa vào các tiêu chuẩn sau: - Xác định được chính xác vấn đề cần giải quyết, những cái đã cho và cái phải tìm. - Nhanh chóng phát hiện ra cái quen thuộc đã biết, cái mới phải tìm trong khi giải mỗi BTVL. Hay nhanh chóng phát hiện ra các bài tập cơ bản trong một bài tập phức hợp, quy một bài tập phức hợp về các bài tập cơ bản đã biết, đã được giải thành thạo xuất hiện trong quá trình giải. - Phác thảo, dự kiến những con đường chung có thể từ đầu đến cuối trước khi tính toán, xây dựng lập luận cụ thể. - Hoàn thành công việc theo từng giải pháp đã dự kiến trong một thời gian ngắn, chọn lựa trong số đó giải pháp tối ưu. - Nhanh chóng qua một số ít bài, tự rút ra một sơ đồ định hướng giải các bài tập cùng loại. 21 - Chuyển tải được sơ đồ định hướng hành động giải các bài tập phức hợp thuộc loại nào đó sang sơ đồ định hướng giải các kiểu, phân kiểu bài tập phức hợp khác. 1.9. Điều tra cơ bản thực trạng dạy học giải bài tập vật lí ở trƣờng phổ thông Việc điều tra được tiến hành trong năm học 2014 – 2015. Đối tượng điều tra là HS các khối 10 (học chương trình cơ bản) và GV của trường THPT Lý Thái Tổ (Bắc Ninh). 1.9.1. Mục đích điều tra Điều tra thực trạng giảng dạy của GV và nắm vững kiến thức của HS trường THPT Lý Thái Tổ trong một số tiết học NCTLM về vật lí cần nghiên cứu. Trên cơ sở kết quả của quá trình điều tra kết hợp với việc nghiên cứu lí luận về BTVL, nội dung chương trình SGK mà soạn thảo hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM cho HS trong một số tiết học NCTLM nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. 1.9.2. Các biện pháp điều tra chính - Dự giờ các tiết học NCTLM và các giờ dạy học bài tập có liên quan. - Trao đổi với GV và HS về tình hình dạy học các tiết học kể trên. - Xem xét vở bài tập và các bài kiểm tra của HS có liên quan đến KTM cần nghiên cứu. 1.9.3. Nội dung điều tra - Nhận thức của GV về vai trò BTVL, phương pháp dạy bài tập của GV, phương pháp giải bài tập của HS. - Chất lượng học tập nói chung và giải bài tập nói riêng của HS lớp 10 THPT. 1.9.4. Kết quả 1) Tình hình dạy của GV 22 Do điều kiện thực tập còn nhiều hạn chế nên chúng tôi chỉ dự giờ được một số tiết học NCTLM của GV ở trường THPT Lý Thái Tổ, chúng tôi rút ra một số nhận xét sau: BTVL chỉ được GV sử dụng ở khâu vận dụng củng cố và trong các tiết học luyện tập giải bài tập. Các bài tập chủ yếu được lấy trong sách giáo khoa và sách BTVL. Nhiều GV chỉ “chữa”, nghĩa là áp đặt HS suy nghĩ và giải bài tập theo cách của mình (theo kiểu hướng dẫn mẫu – hướng dẫn algôrit) rồi sau đó yêu cầu HS làm bài tập tương tự, chứ không hướng dẫn họ độc lập suy nghĩ tìm kiếm lời giải. Ở một số bài tập có thể giải theo hai phương pháp (phương pháp động lực học hoặc phương pháp định luật bảo toàn) thì GV chỉ giải theo một phương pháp. Vì thế, HS không thấy được tính vạn năng của phương pháp động lực học hay sự đơn giản nhanh gọn của phương pháp định luật bảo toàn. Ví dụ như trong bài tập cụ thể sau: “Một ô tô có khối lượng 2 tấn đang chuyển động thẳng đều qua A với vận tốc v A thì tắt máy xuống dốc AB dài 30m, dốc nghiêng so với mặt phẳng ngang là 30 0, khi ô tô đến chân dốc thì vận tốc đạt 20 m/s. Bỏ qua ma sát và lấy g = 10 m/s 2. Tính vận tốc vA của ô tô tại đỉnh dốc A”. Để tính được vận tốc vA thì đối với phương pháp động lực học, cần áp dụng định luật II Niutơn và công thức liên hệ giữa vận tốc, gia tốc và quãng đường, còn với phương pháp định luật bảo toàn cần áp dụng định luật bảo toàn cơ năng. Nếu GV hướng dẫn HS giải bài tập trên bằng cả hai phương pháp thì HS có thể so sánh và thấy được ưu điểm của từng phương pháp. Trong tiết học NCTLM các GV chủ yếu sử dụng phương pháp diễn giảng kết hợp với hình vẽ, thí nghiệm minh họa. Đôi khi, họ cũng sử dụng những câu hỏi gợi ý HS trong tiến trình bài học. Tuy nhiên, những câu hỏi đó chưa định hướng được tư duy HS vào đúng tiến trình giải quyết vấn đề; chưa 23 kích thích được sự chú ý, tích cực, khả năng làm việc tự lực của HS trong tiến trình giải quyết vấn đề của bài học. Những câu hỏi mà GV đặt ra thông thường chỉ đòi hỏi HS sự tái hiện thông thường, không có tác dụng trong việc phát triển tư duy cho HS. Ví dụ, như khi dạy bài “Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng”, để hình thành khái niệm xung lượng của lực, GV chỉ yêu cầu HS nghiên cứu mục I.1 và gọi HS phát biểu định nghĩa xung lực. Việc sử dụng bài tập để hình thành KTM cho HS gần như không được quan tâm. Nhiều GV chưa thấy được BTVL có thể giúp HS lĩnh hội được kiến thức một cách sâu sắc và vững chắc, giúp HS thấy rõ hơn giới hạn, phạm vi áp dụng kiến thức, hay có thể làm cho các em thấy rõ hơn vai trò của vật lí đối với đời sống và kĩ thuật. Thậm chí, có GV còn không biết đến chức năng này của BTVL. 2) Tình hình nắm vững kiến thức của học sinh. Qua điều tra chúng tôi nhận thấy trong quá trình học tập và giải bài tập, HS gặp các khó khăn chủ yếu và các sai lầm phổ biến sau: - Các em chưa nắm vững kiến thức đã học ở trên lớp và gặp nhiều khó khăn khi tiếp thu các khái niệm, định luật vật lí được xây dựng dựa vào các khái niệm, định luật đã biết. Ví dụ, các em chưa nhận biết được đầy đủ các trường hợp áp dụng định luật bảo toàn động lượng, còn nhiều em không viết phương trình của định luật dưới dạng vectơ. Số đông HS không thể tự xây dựng lại KTM, chỉ có thể phát biểu được định nghĩa, nội dung định luật. - Trong giờ học NCTLM học sinh rất thụ động: Các em lười suy nghĩ, lười hoạt động, chỉ ngồi nghe giảng chờ các thầy, cô đọc để chép và ghi nhớ, không có hứng thú tự tìm hiểu các kiến thức mới. - Các em chưa có kĩ năng vận dụng kiến thức, giải bài tập. Các em còn gặp nhiều khó khăn trong việc lựa chọn kiến thức, công thức đã học để vận 24 dụng trong khi giải các bài tập cụ thể. Ví dụ: Khi giải bài tập vận dụng định luật bảo toàn động lượng, các em không viết được phương trình vô hướng. - HS chỉ quen áp dụng kiến thức đã học một cách máy móc vào các tình huống tương tự như đã học. - Hầu như học sinh không có thói quen tổng hợp, phân tích, suy luận, vận dụng, so sánh…các kiến thức trong từng tiết học. Do đó kiến thức của các em còn hời hợt, không chắc chắn và rất nhanh quên. Qua việc tìm hiểu thực tế dạy học trên, chúng tôi rút ra kết luận: Để góp phần nâng cao chất lượng học tập và khắc phục những khó khăn của HS, giúp GV kích thích, điều khiển hoạt động tự lực của HS, cần thiết phải xây dựng hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM dựa trên những cơ sở khoa học chặt chẽ, đồng thời chỉ ra được cách sử dụng chúng trong tiến trình lên lớp mỗi tiết học vật lí. 25 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 Trong chương này, chúng tôi đã nghiên cứu những cơ sở lí luận và cơ sở thực tiễn cần thiết cho việc hoàn thành đề tài. Đó là: - Cơ sở lí luận về BTVL, của việc soạn thảo hệ thống bài tập và tổ chức tiến trình hướng dẫn HS giải BTVL nhằm hình thành KTM trong tiết học nghiên cứu tài liệu mới, giúp HS nắm vững kiến thức cơ bản, góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề. - Thực trạng dạy học BTVL ở trường THPT, đặc biệt là những khó khăn chủ yếu những sai lầm phổ biến của HS trong các bài nghiên cứu tài liệu mới mà chúng tôi quan tâm. Từ những luận điểm và thực tiễn trình bày ở chương này là cơ sở sở để xây dựng hệ thống bài tập và soạn thảo tiến trình dạy học hình thành KTM vật lí 10 THPT mà chúng tôi sẽ trình bày ở chương 2. 26 CHƢƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC HÌNH THÀNH MỘT SỐ KIẾN THỨC MỚI BẰNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 10 THPT 2.1. Mục tiêu dạy học một số bài học vật lí 10 THPT 2.1.1. Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc - Nêu được các đặc điểm về lực đàn hồi của lò xo: Điểm đặt, hướng, điều kiện xuất hiện. - Phát biểu và viết được công thức của định luật Húc, nêu được ý nghĩa của các đại lượng có trong công thức và đơn vị đo của chúng. - Nêu được định nghĩa giới hạn đàn hồi của lò xo cũng như các vật có khả năng biến dạng đàn hồi. - Sử dụng được các dụng cụ thí nghiệm, đề xuất được các phương án tiến hành các thí nghiệm để phát hiện ra mối quan hệ tỉ lệ giữa độ biến dạng của lò xo và độ lớn của lực đàn hồi. - Biểu diễn được lực đàn hồi của lò xo khi bị giãn và khi bị nén. - Vận dụng được định luật Húc để giải các bài tập đơn giản. 2.1.2. Lực hướng tâm - Biết cách hình thành khái niệm lực hướng tâm. - Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức của lực hướng tâm. - Giải thích được lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn đều như thế nào. - Xác định được lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn đều trong một số trường hợp đơn giản. 2.1.3. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng - Phát biểu được định nghĩa của động lượng, hệ cô lập. - Phát biểu nội dung và xây dựng được biểu thức của định luật bảo toàn động lượng; biết rút ra biểu thức của định luật từ các định luật Niutơn. - Nêu được các trường hợp áp dụng định luật. 27 - Từ định luật II Niutơn rút ra được định lí biến thiên động lượng. - Vận dụng định luật bảo toàn động lượng để giải một số bài tập về va chạm mềm, chuyển động bằng phản lực. 2.1.4. Công. Công suất - Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức công của lực, công suất và ý nghĩa của nó. - Vận dụng được công thức tính công của lực và công suất để giải một số bài tập đơn giản. 2.1.5. Cơ năng - Phát biểu được định nghĩa cơ năng và viết được biểu thức của cơ năng. - Phát biểu được nội dung và xây dựng được biểu thức của định luật bảo toàn cơ năng khi vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực hoặc lực đàn hồi. - Vận dụng được định luật bảo toàn cơ năng khi vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực hoặc lực đàn hồi vào giải các bài tập liên quan. 2.2. Hệ thống các bài tập vật lí nhằm hình thành kiến thức mới trong dạy học Trên cơ sở lí luận và thực tiễn của hình thành kiến thức mới bằng giải bài tập vật lí (chương 1) và xác định mục tiêu dạy học 5 kiến thức ở trên, chúng tôi soạn thảo một hệ thống gồm 11 bài tập nhằm hình thành kiến thức mới: 2.2.1. Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc Bài 1: “Có một lò xo nhẹ được giữ cố định một đầu, một vật nặng được móc vào đầu kia của nó. Hãy xác định các lực tác dụng lên vật khi nó đứng yên. Các lực đó có cùng bản chất hay không?” 28 Bài 2: “Dùng tay kéo hoặc nén một lò xo nhẹ trên giá đỡ của mặt phẳng nằm ngang, lực kéo trong đảm bảo thỏa mãn trong giới han đàn hồi. Hãy xác định điểm đặt, hướng của lực đàn hồi.” Bài 3: “Có một lò xo nhẹ và các quả nặng có khối lượng khác nhau. Hãy tìm cách đo lực đàn hồi ứng với các độ biến dạng khác nhau của lò xo bằng cách sử dụng thí nghiệm. Từ đó rút ra kết luận về mối quan hệ giữa độ biến dạng của lò xo và độ lớn của lực đàn hồi.” Bài 4: “Cho một quả nặng và các lò xo nhẹ có kích thước và chất liệu khác nhau. Hãy đề xuất thí nghiệm đo độ cứng k của các lò xo. Độ cứng k có phải là một hằng số đối với mọi lò xo hay không?” 2.2.2. Lực hướng tâm Bài 5: “ Xác định các lực tác dụng lên vật trong các trường hợp sau và cho biết lực nào giúp vật chuyển động tròn đều: a. Vệ tinh quay xung quanh Trái Đất. b. Ghế của chiếc đu quay đang quay đều. c. Vật đặt trên bàn quay đang quay đều.” Bài 6: “Hãy tính lực hướng tâm của một vệ tinh có khối lượng m chuyển động tròn đều quanh Trái Đất với tốc độ góc  , bán kính quỹ đạo là r.” 2.2.3. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng Bài 7: “Một vật nhỏ có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v1 , chịu tác dụng của lực F không đổi. Sau thời gian t , vật có vận tốc v2 . Hãy tìm mối quan hệ giữa F , v1 , v2 và m.” Bài 8: “Tính độ biến thiên động lượng của một hệ cô lập gồm hai vật tương tác với nhau sau khoảng thời gian t bất kì. Hãy mở rộng kết quả cho hệ cô lập gồm nhiều vật.” 2.2.4. Công. Công suất 29 Bài 9: “ Tác dụng lực F không đổi vào một vật làm vật dịch chuyển được đoạn s. Tính công của lực F trong trường hợp F hợp với hướng dịch chuyển một góc α.” 2.2.5. Cơ năng Bài 10: “Một viên bi có khối lượng m rơi tự do lần lượt qua hai vị trí M và N tương ứng với các độ cao z1 , z2 tại đó có vận tốc v1 , v2 . a. Tính công của lực tác dụng trên quỹ đạo chuyển động của nó. b. Tính tổng động năng và thế năng của vật tại mỗi điểm trên quỹ đạo chuyển động của nó. Từ đó rút ra nhận xét về tổng ấy tại mỗi điểm trên quỹ đạo.” Bài 11: “Một viên bi có khối lượng m được gắn vào một đầu của lò xo nhẹ có độ cứng k, đầu kia của lò xo gắn cố định. Trong viên bi có rãnh nhỏ giúp nó chuyển động không ma sát dọc theo thanh ngang cố định. Kéo viên bi ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn rồi buông tay. Viên bi sẽ dao động quanh vị trí cân bằng. a. Tính công của lực đàn hồi khi tác dụng trên quỹ đạo chuyển động của nó. b. Tính tổng động năng và thế năng của vật tại mỗi điểm trên quỹ đạo chuyển động của nó. Từ đó rút ra nhận xét về tổng ấy tại mỗi điểm trên quỹ đạo.” 2.3. Tổ chức tiết học hình thành kiến thức mới bằng giải bài tập vật lí 2.3.1. Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc Kiến thức về Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc được SGK vật lí 10 Cơ bản trình bày ở trang 71-73. Sau khi GV ôn lại cho HS kiến thức về trọng lực (là lực do Trái Đất hút vật, có điểm đặt tại trọng tâm của vật, phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới, biểu thức xác định độ lớn P = mg). Tiếp theo, GV có thể đặt vấn 30 đề vào bài như sau: Ở bài học trước chúng ta vừa nghiên cứu về lực hấp dẫn, hôm nay chúng ta sẽ nghiên cứu một loại lực cơ học khác đó là lực đàn hồi. Tương tự, khi tìm hiểu về lực cơ học, chúng ta phải xác định các yếu tố của loại lực này về: Điều kiện xuất hiện lực, hướng, độ lớn. Để biết điều kiện xuất hiện lực GV yêu cầu học sinh giải bài tập 1: Bài 1: “Có một lò xo nhẹ được giữ cố định một đầu, một vật nặng được móc vào đầu kia của nó. Hãy xác định các lực tác dụng lên vật khi nó đứng yên. Các lực đó có cùng bản chất hay không?” Để giải bài tập, đầu tiên GV hướng dẫn học sinh phân tích: Vật đặt trong trọng trường nên phải chịu tác dụng của trọng lực P . Do lò xo nhẹ nên trọng lực tác dụng lên nó có thể bỏ qua. Khi vật đứng yên, từ định luật I Niutơn suy ra phải có một lực hoặc hợp lực tác dụng lên vật cân bằng với trọng lực tác dụng lên nó. Ngoài Trái Đất, vật chỉ có thể tương tác với lò xo. Do đó, lực tác dụng lên vật cân bằng với trọng lực là lực do lò xo tác dụng lên nó và lực này không cùng bản chất với trọng lực. Từ đó, GV thông báo cho HS rằng: Lực do lò xo tác dụng lên vật như trên gọi là lực đàn hồi của lò xo. HS tự rút ra nhận xét: Lực đàn hồi xuất hiện khi vật tương tác bị biến dạng. Tiếp theo, để giúp HS tìm hiểu các tính chất (điểm đặt, hướng) của lực đàn hồi của lò xo, GV yêu cầu HS giải bài tập 2: Bài 2: “Dùng tay kéo hoặc nén một lò xo nhẹ trên giá đỡ của mặt phẳng nằm ngang, lực kéo trong đảm bảo thỏa mãn trong giới han đàn hồi. Hãy xác định điểm đặt, hướng của lực đàn hồi.” HS tiến hành thí nghiệm hoặc nhớ lại những quan sát trong thực tế để đưa ra câu trả lời cho bài tập: - Lực đàn hồi có điểm đặt lên các vật gắn với lò xo mà gây ra biến dạng cho lò xo. 31 - Lực đàn hồi ngược hướng với lực gây ra biến dạng được gọi là lực đàn hồi. Sau khi đưa ra cho HS khái niệm về độ biến dạng của lò xo, GV yêu cầu HS tự rút ra các đặc điểm về độ lớn của lực đàn hồi trong các trường hợp cụ thể ở bài tập 3: Bài 3: “Có một lò xo nhẹ và các quả nặng có khối lượng khác nhau. Hãy tìm cách đo lực đàn hồi ứng với các độ biến dạng khác nhau của lò xo bằng cách sử dụng thí nghiệm. Từ đó rút ra kết luận về mối quan hệ giữa độ biến dạng của lò xo và độ lớn của lực đàn hồi.” Để giải được bài tập này, HS cần dựa vào lời giải bài tập 1 cùng với những kinh nghiệm trong cuộc sống đi đến câu trả lời: Treo lần lượt các quả nặng vào lò xo. Khi quả nặng đứng yên, lực đàn hồi có độ lớn bằng trọng lực tác dụng lên nó : Fđh = P = mg. Việc đo trọng lực tác dụng lên quả nặng có thể dùng lực kế nếu ta không biết rõ khối lượng của chúng. Bằng cách đó ta sẽ xác định được độ lớn của lực đàn hồi. Hoặc ta cũng có thể đặt quả nặng lên trên các lò xo. Xác định độ lớn của lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo trong các trường hợp tương ứng, ta sẽ xác định được mối quan hệ giữa độ lớn của lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo. Muốn tiết kiệm thời gian, GV có thể yêu cầu HS làm thí nghiệm với cách treo quả nặng vào lò xo để rút ra kết quả Fđh l . Sau đó, GV thông báo: Xét với các lò xo khác nhau cũng được kết quả tương tự và kết quả đó đúng với cả trường hợp lò xo bị nén. Vì vậy, có thể khái quát: Lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của nó. Để xây dựng đầy đủ đặc điểm về độ lớn của lực đàn hồi, GV đưa ra cho HS khái niệm giới hạn đàn hồi và phát biểu lại tính chất trên: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo. 32 GV thông báo: Có thể thay dấu “ ” bằng dấu “=”, Fđh = k. l , trong đó k được gọi là độ cứng hay hệ số đàn hồi. Tiếp theo, GV có thể đặt vấn đề: Độ cứng k là hằng số với mọi lò xo hay là một hệ số đặc trưng riêng cho mỗi lò xo? Để trả lời câu hỏi này, GV yêu cầu HS giải bài tập 4: Bài 4: “Cho một quả nặng và các lò xo nhẹ có kích thước và chất liệu khác nhau. Hãy đề xuất thí nghiệm đo độ cứng k của các lò xo. Độ cứng k có phải là một hằng số đối với mọi lò xo hay không?” Lời giải là: Lần lượt treo vật vào các lò xo khác nhau. Trong thí nghiệm này, độ lớn của lực đàn hồi là không đổi. Do đó, để so sánh độ cứng của các lò xo ta chỉ cần so sánh độ biến dạng của chúng khi vật đứng yên. Kết quả: Độ cứng của lò xo không phải là một hằng số đối với mọi lò xo và phụ thuộc vào kích thước, vật liệu làm lo xo. GV yêu cầu HS tự rút ra đơn vị đo của độ cứng của lò xo. Cuối cùng, GV thông báo: Khi nghiên cứu mối quan hệ giữa độ lớn của lực đàn hồi với độ biến dạng của lò xo, Rôbớt Húc đã phát hiện ra định luật được gọi là định luật Húc: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo: Fdh  k l . Các kết quả trên không chỉ đúng cho lò xo mà còn đúng với các vật đàn hồi khác như dây cao su, dây thép bị kéo dãn hoặc các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau. 2.3.2. Lực hướng tâm Kiến thức về Lực hướng tâm được SGK vật lí 10 Cơ bản trình bày ở trang 80 - 82. Đầu tiết học, GV ôn lại cho HS công thức của định luật II Niu tơn, kiến thức về chuyển động tròn đều và gia tốc hướng tâm. Sau đó, GV đưa ra một số ví dụ mà HS dễ tưởng tượng về chuyển động có quỹ đạo là đường tròn 33 hoặc cung tròn thường gặp trong cuộc sống: đặt vật lên chiếc bàn quay, đu quay ở công viên, tàu lượn... Tiếp theo, GV đặt vấn đề: Tại sao vật không bị văng khỏi bàn, tàu lượn không bị trệch khỏi đường ray? Để trả lời câu hỏi trên, GV yêu cầu HS giải bài tập 5: Bài 5: “ Xác định các lực tác dụng lên vật trong các trường hợp sau và cho biết lực nào giúp vật chuyển động tròn đều: a. Vệ tinh quay xung quanh Trái Đất. b. Ghế của chiếc đu quay đang quay đều. c. Vật đặt trên bàn quay đang quay đều.” Do HS đã học khái niệm về lực nên dễ dàng đưa ra lời giải cho bài toán: - Trái Đất tác dụng lực hấp dẫn lên vệ tinh, lực này hướng vào tâm Trái Đất và giữ cho vệ tinh chuyển động tròn đều quanh Trái Đất.  - Các lực tác dụng lên ghế của chiếc đu gồm: Trọng lực P , lực căng  dây T . Hợp của hai lực này hướng vào phía trục quay và làm cho ghế chuyển động tròn đều.   - Các lực tác dụng lên vật trên bàn quay gồm: Trọng lực P , phản lực Q   và lực ma sát nghỉ Fmsn . Trọng lực P cân bằng với phản lực Q . Như vậy, lực ma sát nghỉ Fmsn giữ cho vật chuyển động tròn đều. GV thông báo: Trong các chuyển động tròn đều ở trên lực hấp dẫn, lực ma sát nghỉ hay hợp lực của trọng lực và lực căng dây đều gây ra gia tốc hướng tâm cho vật được gọi chung là lực hướng tâm. GV đặt vấn đề để nhấn mạnh kiến thức cho HS: Vậy lực hướng tâm có phải là một loại lực mới không? 34 HS dễ dàng nhận thấy: Lực hướng tâm không phải là một loại lực mới, ngoài các loại lực đã biết như trọng lực, lực đàn hồi, lực ma sát mà chỉ là một lực hoặc hợp lực của các lực đó. Đến đây, GV đưa ra khái niệm của lực hướng tâm: Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm. Sau khi giải bài tập 5, HS dễ dàng giải thích câu hỏi đặt vấn đề vào bài của GV: Lực hướng tâm đã giữ cho vật chuyển động tròn đều không bị văng ra khỏi bàn, tàu lượn chuyển động trên cung tròn không bị trệch khỏi đường ray. GV đặt tiếp vấn đề: Bằng cách nào có thể xác định công thức tính lực hướng tâm? Để trả lời câu hỏi, GV yêu cầu HS giải bài tập 6: Bài 6: “Hãy tính lực hướng tâm của một vệ tinh có khối lượng m chuyển động tròn đều quanh Trái Đất với tốc độ góc  , bán kính quỹ đạo là r.” Dựa vào định luật II Niutơn, công thức tính gia tốc hướng tâm, HS dễ dàng đưa ra lời giải: Theo định luật II Niutơn: Fht  maht Ta lại có : Từ (1) và (2) suy ra (1) v2 aht    2 r r mv 2  m 2 r : Fht  maht  r (2) (3) GV thông báo: (3) chính là công thức tính tổng quát của lực hướng tâm. 2.3.3. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng Kiến thức về Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng được SGK vật lí 10 Cơ bản trình bày ở trang 122-126. Sau khi HS tìm hiểu khái niệm xung lượng của lực, GV đặt vấn đề nghiên cứu tác dụng của xung lượng của lực. 35 Để tìm hiểu được điều đó, GV có thể đặt câu hỏi gợi nhớ lại kiến thức cũ cho HS như sau: -Lực có thể gây ra tác dụng gì? - Đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi vận tốc là gì ? HS có thể trả lời câu hỏi của GV: - Lực tác dụng lên vật có thể gây ra biến dạng cho vật hoặc làm thay đổi vận tốc của vật. - Trong trường hợp vật được xem như là chất điểm thì tác dụng của lực chỉ làm thay đổi vận tốc của vật. - Đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi của vận tốc là gia tốc. Tiếp theo, GV có thể đặt vấn đề: Ngoài lực, có thể đặc trưng về mặt động lực học cho chuyển động của vật bằng đại lượng khác được không? Để trả lời câu hỏi đó, GV yêu cầu HS giải bài tập 7: Bài 7 : “Một vật nhỏ có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v1 , chịu tác dụng của lực F không đổi. Sau thời gian t , vật có vận tốc v2 . Hãy tìm mối quan hệ giữa F , v1 , v2 và m.” HS có thể vận dụng định nghĩa về gia tốc và định luật II Niutơn đã học ở những bài trước để giải bài tập. Vì vậy, GV hướng dẫn HS xác định gia tốc của vật và áp dụng định luật II Niutơn để rút ra mối quan hệ giữa các đại lượng. Dưới tác dụng của lực F , sau thời gian t vật thay đổi từ vận tốc v1 đến v2 . Theo định nghĩa về gia tốc, ta có: a v2  v1 t Mặt khác, theo định luật II Niutơn : 36 (1) a Từ (1) và (2) suy ra: F m (2) v2  v1 F  t m  mv2  mv1  F t GV thông báo: Nếu đặt p  mv và gọi p là động lượng của vật thì ta có thể viết lại biểu thức trên như sau: p2  p1  F t hay p  F t HS có thể rút ra nhận xét: Động lượng là đại lượng đặc trưng cho chuyển động về mặt động lực học. Từ đó, GV yêu cầu HS phát biểu tác dụng của xung lượng của lực F trong khoảng thời gian t . Sau đó, GV thông báo đây cũng chính là cách phát biểu khác của định luật II Niutơn. Sau khi HS nghiên cứu khái niệm hệ cô lập, GV tiếp tục đặt vấn đề: Khi vật chịu tác dụng của một lực thì động lượng của nó thay đổi. Nếu gọi động lượng của một hệ là tổng động lượng của các vật trong hệ thì động lượng của một hệ cô lập mà các vật trong hệ tương tác với nhau sẽ như thế nào? Sau đó, yêu cầu HS giải bài tập 8: Bài 8: “Tính độ biến thiên động lượng của một hệ cô lập gồm hai vật tương tác với nhau sau khoảng thời gian t bất kì. Hãy mở rộng kết quả cho hệ cô lập gồm nhiều vật.” Để giải bài tập, GV có thể đưa ra các câu hỏi định hướng tư duy cho HS như sau: Độ biến thiên động lượng của hệ và độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ có mối quan hệ hay không? Nếu có thì mối quan hệ đó là gì? HS có thể dự đoán: Độ biến thiên động lượng của hệ bằng tổng độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ đang xét. 37 Muốn kiểm tra dự đoán trên là đúng hay sai thì HS cần vận dụng kiến thức về khái niệm hệ cô lập, định luật II Niutơn và kết quả bài tập 7. HS tiến hành lập luận lôgic để rút ra rằng độ biến thiên động lượng của hệ bằng tổng động lượng của các vật trong hệ: p  p1  p2 Trong đó: p1 , p2 là độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ. Theo kết quả bài tập 7, nếu gọi F1 và F2 lần lượt là các lực hoặc hợp lực tác dụng lên vật 1 và vật 2 thì p1  F1t và p2  F2 t Do hệ đang xét là hệ cô lập nên F1 và F2 là các nội lực, Theo định luật III Niutơn thì F1   F2 Suy ra: p1  p2  p1  p2  p  0 GV khái quát hóa: Bằng cách chứng minh tương tự, có thể mở rộng kết quả cho một hệ cô lập gồm n vật: p  p1  p2  ...  pn  0 GV lưu ý với HS: Kết quả chứng minh ở trên cho thấy, đối với hệ cô lập, độ biến thiên động lượng của hệ  p = 0 hay p = const . Tức là, động lượng của một hệ cô lập là đại lượng được bảo toàn. Nó không những không đổi về độ lớn mà còn không đổi cả về hướng. Sau đó, GV thông báo với HS: Tuy định luật bảo toàn động lượng được rút ra từ các định luật Niutơn nhưng trường hợp riêng của các định luật Niutơn. Nó là một trong các định luật tổng quát nhất của tự nhiên, đúng cho bất kì một loại tương tác nào và nó vẫn nghiệm đúng trong cả các trường hợp các định luật Niutơn bị vi phạm. Định luật bảo toàn động lượng chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán tính. Trong hệ quy chiếu phi quán tính, các lực quán tính phải xem như ngoại lực, nên hệ cô lập trở thành hệ không cô lập. Nhưng do HS ban cơ bản không học 38 hệ quy chiếu phi quán tính nên GV chỉ chú ý HS khi áp dụng định luật, các vận tốc đều phải quy về vận tốc so với Trái Đất (gần đúng khi xét các vật chuyển động trên mặt đất). 2.3.4. Công. Công suất Kiến thức Công. Công suất được trình bày trong SGK vật lí 10 Cơ bản ở trang 128 – 132. Đầu tiên, GV giúp học sinh tái hiện lại kiến thức cũ thông qua đặt câu hỏi: - Một lực sinh công khi nào? HS trả lời câu hỏi của GV: - Một lực sinh công khi nó tác dụng lên một vật và vật chuyển dời. Sau đó, GV có thể yêu cầu học sinh làm một ví dụ sau: “Tác dụng một lực F = 0,5 N, vật chuyển dời một đoạn s = 0,35m theo hướng của lực. Tính công do lực sinh ra?” HS có thể giải bài toán bằng vận dụng công thức tính công của lực trong trường hợp giá của lực cùng hướng với phương chuyển dời đã học ở THCS: A = F.S = 0,5.0,35 = 0,175 (J) Từ bài toán, GV đặt vấn đề vào bài: Khi có lực tác dụng vào một vật và lực tác dụng này không cùng phương chuyển dời s mà hợp với độ dời s một góc α thì công của lực sẽ được tính như thế nào? Để giúp học sinh giải quyết được vấn đề đặt ra, GV yêu cầu HS giải bài tập 9: Bài 9: “Tác dụng một lực F không đổi vào một vật làm vật dịch chuyển được đoạn s. Tính công của lực F trong trường hợp lực F hợp với hướng dịch chuyển một góc α.” Do HS đã học về quy tắc phân tổng hợp lực từ trước nên dễ dàng nghĩ tới giải pháp để tìm ra lời giải của bài toán là phân tích lực F thành 2 thành 39 phần sao cho 2 lực thành phần này gây ra tác dụng cho vật giống hệt như lực F và xem có thành phần nào trùng với phương chuyển dời không? Nếu có thì chính thành phần đó sẽ sinh công. Phân tích lực F thành hai thành phần F1 và F2 , trong đó: F1 vuông góc với hướng dịch chuyển, chỉ có tác dụng nâng vật lên không làm vật di chuyển. F2 trùng với hướng dịch chuyển, có xu hướng kéo vật dịch chuyển theo phương ngang nên chính thành phần này thực hiện công. Do đó, học sinh suy ra được công thức tính công của lực F : A  A1  A2  0  F .cos hay A  Fs cos  Tiếp theo, GV thông báo: Khi lực F không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời 1 đoạn s theo hợp với hướng của lực 1 góc α thì công thực hiện bởi lực đó được tính theo công thức: . A  Fs cos  Đơn vị công: J. Vậy công của lực phụ thuộc vào những yếu tố nào? Từ công thức định nghĩa, HS nhận thấy công của lực phụ thuộc vào độ lớn của lực tác dụng, độ dịch chuyển s và góc hợp bởi lực tác dụng và hướng dịch chuyển. Sau đó, GV yêu cầu HS xét các cụ thể từng yếu tố phụ thuộc sẽ suy ra công thức tính công trong các trường hợp đặc biệt: 0< α 0 → A>0 : Công phát động. α = 900 → cos α = 0 → A =0 : Không thực hiện công. 900 < α < 1800 → -1< cos α < 0 → A < 0 : Công cản. GV thông báo: Công thức tính công chỉ đúng khi điểm đặt của lực chuyển dời thẳng và lực không đổi trong suốt quá trình chuyển dời. 40 Cần lưu ý cho HS: Công thực hiện bởi lực tác dụng vào vật phụ thuộc vào cách chọn hệ quy chiếu bởi vì độ dời và vận tốc phụ thuộc vào hệ quy chiếu mà ta đang khảo sát. 2.3.5. Cơ năng Kiến thức về Cơ năng được SGK vật lí 10 Cơ bản trình bày ở trang 142 – 144. Đầu tiết học, GV mô tả chuyển động của con lắc đơn trong trường trọng lực (là một trường thế). GV có thể đặt câu hỏi tư duy cho HS: Hãy nhận xét về động năng và thế năng của vật trong quá trình vật chuyển động. HS dễ dàng nhận thấy có sự biến đổi qua lại giữa hai dạng năng lượng là động năng và thế năng của vật trong quá trình chuyển động: Thế năng giảm, động năng tăng và ngược lại. Vậy giữa độ biến thiên động năng và thế năng có mối quan hệ nào không? Nếu có thì mối quan hệ đó tuân theo quy luật như thế nào? Để trả lời câu hỏi trên, GV yêu cầu HS xét chuyển động của vật trong trường lực thế. - Trường hợp: Vật chuyển động trong trường trọng lực, GV yêu cầu HS giải bài tập 10: Bài 10: “Một viên bi có khối lượng m rơi tự do lần lượt qua hai vị trí M và N tương ứng với các độ cao z1 , z2 tại đó có vận tốc v1 , v2 . a. Tính công của lực tác dụng trên quỹ đạo chuyển động của nó. b.Tính tổng động năng và thế năng của vật tại mỗi điểm trên quỹ đạo chuyển động của nó. Từ đó rút ra nhận xét về tổng ấy tại mỗi điểm trên quỹ đạo.” HS có thể áp dụng những kiến thức đã học về định lí động năng, công của lực thế, hiệu thế năng, từ đó dễ dàng đi đến lời giải cho bài toán: Trong quá trình vật rơi tự do, viên bi chỉ chịu tác dụng của trọng lực, vận tốc của nó 41 tăng dần, trọng lực sinh công A12 . Theo định lí động năng: Công do trọng lực thực hiện bằng độ tăng động năng của vật. Do đó, ta có biểu thức: mv2 2 mv12 A12  Wd 2  Wd 1   2 2 (1) Mặt khác, vật rơi tự do trong trọng trường nên vật có thế năng trọng trường. Khi vật rơi, độ cao của vật giảm, công của trọng lực bằng độ giảm thế năng giữa hai vị trí đó. Nghĩa là: A12  Wt1  Wt 2  mgz1  mgz2 (2) Từ (1) và (2) suy ra: Wd 2  Wt 2  Wd1  Wt1 Hay : mv2 2 mv 21  mgz2   mgz1 2 2 GV thông báo: Nếu gọi tổng động năng và thế năng của viên bi là cơ năng W thì kết quả trên có thể viết lại như sau: W2  W1 Hay : mv 2 W  Wd  Wt   mgz  const 2 Vì hai điểm M, N là bất kì nên có thể khái quát: Trong trọng trường động năng có thể chuyển hóa thành thế năng và ngược lại và tổng của chúng là cơ năng. Cơ năng của vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực luôn được bảo toàn. - Trường hợp: Vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi. GV yêu cầu HS giải bài tập 11: Bài 11: “Một viên bi có khối lượng m được gắn vào một đầu của lò xo nhẹ có độ cứng k, đầu kia của lò xo gắn cố định. Trong viên bi có rãnh nhỏ giúp nó chuyển động không ma sát dọc theo thanh ngang cố định. Kéo viên bi ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn rồi buông tay. Viên bi sẽ dao động quanh vị trí cân bằng. 42 a. Tính công của lực đàn hồi khi tác dụng trên quỹ đạo chuyển động của nó. b. Tính tổng động năng và thế năng của vật tại mỗi điểm trên quỹ đạo chuyển động của nó. Từ đó rút ra nhận xét về tổng ấy tại mỗi điểm trên quỹ đạo.” HS dễ dàng nhận ra trong quá trình vật chuyển động luôn có sự thay đổi giữa động năng của vật và thế năng đàn hồi của lò xo. Với kiến thức đã học về độ biến thiên động năng, thế năng đàn hồi và công của lực đàn hồi, HS đưa ra lời giải cho bài tập như sau: Xét hai vị trí bất kì trên quỹ đạo chuyển động. Theo định lí động năng: Công do lực đàn hồi thực hiện bằng độ biến thiên động năng của vật: mv2 2 mv12 A12  Wd2  Wd 1   2 2 (3) Mặt khác, công của lực đàn hồi bằng độ biến thiên thế năng đàn hồi giữa hai vị trí ta xét: k  l1  k  l2  A12  Wt1  Wt 2   2 2 2 2 (4) Từ (3) và (4) suy ra: Wd 2  Wt 2  Wd1  Wt1 mv 2 2 k  l2  mv 21 k  l1     2 2 2 2 2 Hay : 2 Tương tự: Nếu gọi tổng động năng và thế năng của viên bi là cơ năng W thì kết quả trên có thể viết lại như sau: W2  W1 mv 2 k  l  W  Wd  Wt    const 2 2 2 Hay : GV thông báo: Vì xét hai điểm bất kì trên quỹ đạo chuyển động của vật nên có thể khái quát: Khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi, 43 tổng động năng và thế năng của vật gọi là cơ năng. Cơ năng của vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi luôn được bảo toàn. Cuối cùng, mở rộng cho HS: Trọng lực và lực đàn hồi là lực thế nên ta có thể đi đến kết luận tổng quát là cơ năng của vật chỉ chịu tác dụng của những lực thế luôn bảo toàn. 44 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 Trên cơ sở lí luận đã nghiên cứu về bài tập vật lí, kết quả điều tra thực tế, nội dung chương trình SGK vật lí 10 THPT, từ đó xác định mục tiêu dạy học đối với một số bài học cụ thể, chúng tôi đã soạn thảo một hệ thống bài tập gồm 11 bài nhằm hình thành KTM đối với 5 bài học nghiên cứu tài liệu mới và soạn thảo tiến trình hướng dẫn HS giải các bài tập đó. Để khẳng định tính hiệu quả và tính khả thi của hệ thống bài tập và tiến trình hướng dẫn HS giải các bài tập ấy nhằm hình thành KTM trong việc nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức cơ bản, góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học mà chúng tôi soạn thảo chương này, chúng tôi sẽ tiến hành thực nghiệm sư phạm. Nội dung của phần này được trình bày ở chương 3 của khóa luận. 45 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm 3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm Tiến hành thực nghiệm sư phạm để kiểm tra tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM đã soạn thảo cũng như cách thức tổ chức giải chúng trong một số tiết học NCTLM nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS lớp 10 THPT. 3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm Để đạt được mục đích nêu trên, thực nghiệm sư phạm cần giải quyết một số nhiệm vụ sau: - Điều tra cơ bản để lựa chọn lớp TN, lớp ĐC và chuẩn bị các điều kiện cần thiết để phục vụ cho công tác TNSP. - Tiến hành dạy thực nghiệm sư phạm các bài học theo tiến trình đã soạn thảo trong đó có sử dụng các bài tập đã xây dựng. - Xử lí, phân tích kết quả, đồng thời so sánh, đối chiếu kết quả học tập của lớp TN với lớp ĐC để sơ bộ đánh giá hiệu quả của đề tài đã nghiên cứu. 3.2. Đối tƣợng TNSP Đối tượng TNSP là HS lớp 10 (học chương trình cơ bản) trường THPT Lý Thái Tổ (Bắc Ninh). 3.3. Tiến hành TNSP TNSP được tiến hành trong thời gian thực tập sư phạm tại trường THPT Lý Thái Tổ, từ tháng 3 đến tháng 4 năm 2015. Do đó, trước khi tiến hành chúng tôi đã gặp tổ trưởng bộ môn vật lí và nhờ chọn hai GV thực nghiệm thỏa mãn tương đương nhau một số tiêu chuẩn: 1. Có trình độ chuyên môn – nghiệp vụ vững vàng. 2. Có trách nhiệm cao. 46 3. Dạy ít nhất hai lớp 10 học chương trình cơ bản. Tiếp theo, chúng tôi sẽ gặp gỡ GV đã chọn, xem xét và chọn cặp lớp ĐC và lớp TN trong số các lớp 10 mà các GV đó dạy tương đương về mọi mặt (kết quả học tập ở THCS và lớp 10; kết quả học tập các môn có liên quan khác như toán, hóa, sinh…; ảnh hưởng của địa phương; trang thiết bị học tập trong lớp và các yếu tố khách quan khác). Nhóm TN chúng tôi chọn được hai lớp (10A2 và 10A5) có 91 HS, nhóm ĐC cũng chọn được hai lớp (10A3 và 10A4) có 85 HS. Do điều kiện thời gian tiến hành ngắn, chúng tôi chỉ tiến hành TNSP bài “Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng”. Ở lớp TN, GV dạy theo giáo án trong đó có sử dụng hệ thống bài tập và cách tổ chức sử dụng trong việc hình thành KTM. Ở lớp ĐC, GV dạy bình thường (theo cách thức của GV thường dùng). 3.4. Kết quả TNSP Để đánh giá kết quả TNSP, chúng tôi tiến hành như sau: - Dự giờ các lớp TN và các lớp ĐC, quan sát, ghi chép hoạt động của GV và HS. - Sau mỗi giờ học, tổ chức rút kinh nghiệm với GV thực nghiệm nhằm hoàn thiện nội dung bài tập (đề bài), cách thức tổ chức hướng dẫn HS giải bài tập. Đồng thời, yêu cầu HS thuộc các đối tượng trên làm bài kiểm tra 15 phút (trắc nghiệm khách quan) sau tiết học. Các câu hỏi trong đề kiểm tra đều có bốn phương án để lựa chọn, không có câu nào giống hệt câu hỏi trong SGK và sách bài tập. Đề bài được in sẵn và phát cho mỗi HS một đề, các em ngồi gần nhau làm bài với đề khác nhau bằng cách chuyển đề gốc (đảo thứ tự các câu hỏi và các phương án trả lời trong mỗi câu hỏi). Nội dung bài kiểm tra 15 phút như sau: Câu 1: Động lượng là đại lượng véctơ: 47 A. Cùng phương, cùng chiều với vectơ vận tốc. B. Cùng phương, ngược chiều với vectơ vận tốc. C. Có phương vuông góc với vectơ vận tốc. D. Có phương hợp với vectơ vận tốc một góc  bất kỳ. Câu 2: Một vật khối lượng m, chuyển động với vận tốc v . Động lượng của vật có thể được xác định bằng biểu thức: A. p  mv B. p  mv C. p  mv 2 D. p  mv Câu 3: Đơn vị của động lượng là: A. kg.m/s B. kg.m.s C. kg.m2/s D. kg.m/s2 Câu 4: Một vật có khối lượng 2kg thả rơi tự do từ độ cao 20m xuống mặt đất. Độ biến thiên động lượng của vật trước khi chạm đất là bao nhiêu? Lấy g = 10 m/s2. A. p = 40 kgm/s B. p = - 40 kgm/s C. p = 20 kgm/s D. p = - 20 kgm/s Câu 5: Phát biểu nào sau đây sai: A. Động lượng là một đại lượng véctơ. B. Xung lượng của lực là một đại lượng véctơ. C. Động lượng tỉ lệ với khối lượng vật. 48 D. Động lượng của vật trong chuyển động tròn đều không đổi. Câu 6: Vật có khối lượng m chuyển động với vận tốc v. Sau thời gian bằng một chu kì, độ biến thiên động lượng của vật là: A. – mv B. – 2mv C. mv D. 0 Câu 7: Toa xe thứ nhất có khối lượng 3 tấn chạy với vận tốc 4m/s đến va chạm đàn hồi với toa xe thứ hai đứng yên có khối lượng 5 tấn làm toa này chạy với vận tốc 3m/s. Chọn chiều dương là chiều chuyển động ban đầu của toa xe thứ nhất. Sau va chạm toa thứ nhất chuyển động với vận tốc: A. – 1 m/s B. 9 m/s C. – 9 m/s D. 1 m/s Câu 8: Một quả bóng nặng 0,5kg bay ngang tới chân người cầu thủ với vận tốc 2m/s. Cầu thủ này đá bóng làm cho nó bay ngược trở lại với vận tốc 3m/s. Chọn chiều dương là chiều chuyển động lúc sau của quả bóng. Tính xung lượng của lực mà người cầu thủ đó đá bóng. A. 0,5 N B. 1,5 N C. - 2,5 N D. 2,5 N Câu 9: Một vật có khối lượng 0,7kg đang chuyển động nằm ngang với tốc độ 5m/s thì va vào bức tường thẳng đứng. Nó nảy trở lại với tốc độ 2m/s. Độ thay đổi động lượng của nó là? A. 4,9 kg.m/s 49 B. 1,1 kg.m/s C. 3,5 kg.m/s D. 2,45 kg.m/s Câu 10: Hai vật có cùng động lượng nhưng có khối lượng khác nhau, cùng bắt đầu chuyển động trên một mặt phẳng và bị dừng lại do ma sát. Hệ số ma sát là như nhau. Hãy so sánh thời gian chuyển động của mỗi vật cho tới khi bị dừng? A. Thời gian chuyển động của vật có khối lượng lớn dài hơn. B. Thời gian chuyển động của vật có khối lượng nhỏ dài hơn. C. Thời gian chuyển động của hai vật bằng nhau. D. Thiếu dữ kiện không kết luận được. Kết quả TNSP được thống kê trong bảng dưới đây: Điểm Nhóm HS thực nghiệm Nhóm HS đối chứng (91 HS) (85 HS) 0 0 0 1 0 0 2 0 1 3 0 7 4 5 15 5 17 23 6 19 11 7 33 22 8 14 5 9 3 1 10 0 0 Trung bình 6,47 5,49 3.5. Phân tích kết quả TNSP 50 3.5.1. Phân tích định tính Dựa vào các tiêu chí ở mục 1.8 (chương 1), chúng tôi xem xét chất lượng , mức độ nắm vững kiến thức và năng lực giải quyết vấn đề của HS các lớp TN và lớp ĐC nói trên. Qua dự giờ tiết học NCTLM (bài 23: Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng) và tiết bài tập liên quan, chúng tôi nhận thấy chất lượng nắm vững kiến thức của HS các lớp TN cao hơn hẳn so với lớp ĐC. Cụ thể, chúng tôi nhận thấy chất lượng nắm vững kiến thức của các lớp được thể hiện như sau: - Kết thúc mỗi phần học, bài học, phần lớn HS ở lớp TN có thể nhắc lại đúng nội hàm kiến thức mà không cần nhìn sách, vở hay GV nhắc (như nhắc khái niệm động lượng, độ biến thiên động lượng cảu vật trong khoảng thời gian nào đó). Đặc biệt, các em nhớ và hiểu sâu các kiến thức sau khi học bài mới như: động lượng là đại lượng đặc trưng cho chuyển động của vật về mặt động lực học. Trong khi đó, ở lớp ĐC còn nhiều em chưa nắm được bài trên lớp (không nhắc lại được các kiến thức vừa học). - HS các lớp TN có định hướng nhanh phương án và vận dụng chính xác kiến thức đã học vào giải bài tập, đa số các em đều viết đúng được định luật bảo toàn động lượng. Với HS các lớp đối chứng, việc giải bài tập vận dụng cuối giờ mất nhiều thời gian hơn. Xét tới năng lực giải quyết vấn đề của HS ở các lớp TN và các lớp ĐC, nhận thấy: - Trong tiết học NCTLM, HS ở lớp TN tỏ ra tích cực, chủ động hơn trong việc chiếm lĩnh KTM so với HS lớp ĐC. Các em tiếp nhận và giải quyết vấn đề nhanh hơn, số lượng HS xung phong trả lời các câu hỏi GV đặt ra nhiều hơn. Cụ thể, khi đưa vào bài tập 7, HS dễ dàng xác định được đầu bài cho vật m dưới tác dụng của lực F không đổi, sau thời gian t vận tốc của vật thay đổi từ v1 đến v2 ; xác định được cái phải tìm là mối liên hệ giữa F , 51 v1 , v2 và m. HS biết để giải quyết vấn đề trên cần phải xác định mối quan hệ giữa lực tác dụng với gia tốc mà vật nhận được và mối quan hệ giữa gia tốc này với độ biến thiên vận tốc trong khoảng thời gian lực tác dụng lên vật. 3.5.2. Phân tích định lượng Kết quả bài kiểm tra 15 phút của hai nhóm HS cũng phản ánh phần nào chất lượng nắm vững kiến thức của các em. Không chỉ điểm trung bình của nhóm HS thực nghiệm cao hơn điểm trung bình của nhóm HS đối chứng mà tỉ lệ các em đạt điểm cao cũng nhiều hơn so với lớp đối chứng. Tóm lại, các kết quả thu được trong TNSP về căn bản bước đầu nhận định được hệ thống bài tập đã biên soạn cũng như tiến trình tổ chức HS giải bài tập nhằm hình thành KTM để nâng cao chất lượng dạy học và góp phần nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. 52 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 Sau khi tổ chức các lớp TNSP, qua quá trình theo dõi, phân tích và đánh giá các kết quả thu được, kết hợp với trao đổi với GV, HS đã cho thấy giả thuyết khoa học của đề tài là đúng đắn. Hệ thống bài tập và tiến trình hướng dẫn HS giải nó mà chúng tôi đã soạn thảo có tác dụng rõ rệt trong việc giúp HS nắm vững kiến thức cơ bản. Các kết quả thực nghiệm đã khẳng định rằng, hệ thống bài tập cùng với tiến trình dạy học đã soạn thảo là rất khả thi. Nếu xây dựng được hệ thống bài tập và sử dụng nó trong dạy học hình thành KTM vật lí lớp 10 THPT theo cách chúng tôi soạn thảo sẽ góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho HS cũng như giúp HS vượt qua những khó khăn, khắc phục những quan niệm sai lầm vốn có của HS. Tuy nhiên, vì thời gian thực nghiệm có giới hạn nên đề tài chỉ chứng minh trong một phạm vi hẹp. Để đề tài đạt được thành công trong phạm vi rộng hơn cần phải có những yêu cầu cao hơn, cụ thể: Cần phải tiến hành thực nghiệm trên nhiều đối tượng HS hơn, đồng thời tiến hành cho HS hai nhóm lớp thực nghiệm và lớp đối chứng cùng làm một số bài kiểm tra nữa, từ các kết quả ấy cần tính các tham số đặc trưng: Trung bình cộng X (đặc trưng cho sự tập trung của số liệu), phương sai S 2 , độ lệch chuẩn S (đo mức độ phân tán xung quanh X , S càng nhỏ chứng tỏ số liệu càng ít phân tán), lập bảng phân phối tần số lũy tích, thu được kết quả kiểm định thống kê toán học. Từ đó, phân tích, nhận xét khẳng định một lần nữa hiệu quả của đề tài. 53 KẾT LUẬN Trong quá trình thực hiện khóa luận này, đối chiếu với mục đích nghiên cứu, đề tài cơ bản đã hoàn thành được những nhiệm vụ đã đặt ra: 1. Nghiên cứu một số vấn đề lí luận về BTVL; quan niệm về BTVL, tác dụng của BTVL, phân loại BTVL, sử dụng BTVL trong các loại bài học, hướng dẫn HS tìm kiếm lời giải BTVL nhằm hình thành KTM. 2. Điều tra thực trạng dạy học BTVL của GV và HS lớp 10 THPT Lý Thái Tổ (Ban Cơ bản) trong một số tiết học NCTLM. 3. Lựa chọn và xác định mục tiêu 5 tiết học có thể dùng BTVL để hình thành KTM cho HS: Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc; Lực hướng tâm; Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng; Công suất; Cơ năng. 4. Xây dựng và đề ra cách sử dụng hệ thống BTVL nhằm hình thành KTM trong các tiết học kể trên góp phần nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức, phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho HS. 5. Tiến hành TNSP tại lớp 10A2, 10A3, 10A4, 10A5 ở trường THPT Lý Thái Tổ (Bắc Ninh) nhằm nghiên cứu tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài tập và cách thức hướng dẫn HS giải chúng trong một số tiết học NCTLM nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Kết quả bước đầu đã xác nhận được hiệu quả của việc sử dụng hệ thống bài tập trong hình thành KTM cho HS so với phương pháp dạy học cũ (GV diễn giải theo cách thông thường). Quá trình nghiên cứu đề tài, chúng tôi rút ra nhận định: Với việc xây dựng và đề ra cách sử dụng hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM một cách hợp lí, coi trọng việc hướng dẫn HS tích cực, tự lực hoạt động tư duy trong quá trình giải bài tập thì sẽ góp phần nâng cao chất lượng dạy và học bộ môn. Đặc biệt, việc làm đó sẽ phát huy được khả năng tích cực tìm tòi, sáng tạo và làm việc tự lực của HS. 54 Do thời gian và điều kiện hạn chế nên chúng tôi chỉ tiến hành TNSP được một bài học “Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng; và chỉ ở một trường THPT. Trong thời gian tới, chúng tôi sẽ tiến hành TNSP với những bài học còn lại ở các trường THPT khác nhau với cương vị mới là GV trường THPT. Thông qua đó, sẽ đánh giá khái quát tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài tập hình thành KTM đã soạn thảo cũng như cách thức hướng dẫn HS giải chúng trong một số tiết học NCTLM nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Qua đó, nghiên cứu để xây dựng hệ thống bài tập và đề ra cách hướng dẫn HS giải hệ thống bài tập hợp lí, phù hợp với điều kiện thực tế dạy học hiện nay. Đồng thời, đề tài sẽ được tiếp tục mở rộng cho các tiết học NCTLM khác của sách giáo khoa vật lí phổ thông. Quá trình hoàn thành đề tài, chúng tô cũng đưa ra một vài kiến nghị: - Trong quá trình dạy học bộ môn vật lí, GV cần chú trọng hơn nữa vai trò của BTVL trong việc hình thành KTM ở các tiết học NCTLM ở trường THPT. Đồng thời, quan tâm tới vấn đề xây dựng hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM cho HS trong các tiết học NCTLM và đề ra cách sử dụng chúng trong các tiết học đó, tạo hiệu quả nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và góp phần phát triển năng lực giải quyết đề bộ môn vật lí của HS. - Cần xác định được mục tiêu và trọng tâm của các tiết học NCTLM, kết hợp với cơ sở lí luận và thực tiễn của việc hình thành KTM về vật lí bằng giải bài tập, từ đó lựa chọn được hệ thống bài tập thích hợp đối với việc hình thành mỗi KTM, phù hợp với yêu cầu của công cuộc đổi mới giáo dục hiện nay. 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Lương Duyên Bình – Nguyễn Xuân Chi – Tô Giang – Trần Chí Minh – Vũ Quang – Bùi Gia Thịnh. Vật lí 10, NXB Giáo Dục, 2008. [2]. Đanilôv M.A – Xcatkin M.N. Lí luận dạy học của trường phổ thông, NXB Giáo dục, 1980. [3]. Nguyễn Văn Đồng – An Văn Chiêu – Nguyễn Trọng Di. Phương pháp giảng dạy vật lý ở trường phổ thông, tập 1, NXB Giáo Dục, 1979. [4]. Gônôbôlin Ph.N. Những phẩm chất tâm lí của người giáo viên, tập 1, NXB Giáo dục, 1977. [5]. Nguyễn Thị Thu Hương. Sử dụng bài tập hình thành kiến thức mới trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” Vật lý 10 THPT. Luận văn thạc sĩ giáo dục học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 2012. [6]. Nguyễn Thế Khôi. Một phương án xây dựng bài tập phần động lực học lớp 10 THPT nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức cơ bản, góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Luận án Phó TS, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, 1995. [7]. Nguyễn Lân. Từ điển Tiếng Việt, NXB khoa học xã hội, 1997. [8]. M.Aleexxêev – V.Ônhisuc – M.Crugliăc – V.Zabôntin – X.Lecle. Phát triển tư duy học sinh. NXB giáo dục, 1976. [9]. Đào Thị Ngọc Mỹ. Hình thành một số kiến thức mới bằng giải bài tập trong dạy học vật lí ở trường trung học phổ thông. Khóa luận tốt nghiệp đại học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 2012. [10]. Nguyễn Thị Nguyệt. Hình thành kiến thức mới bằng giải bài tập trong dạy học phần “Cơ học” vật lí 10 THPT. Khóa luận tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 2014. [11]. Hà Thế Ngữ - Đặng Vũ Hoạt. Giáo dục học tập 1, NXB Giáo Dục. 1987. [12]. Phạm Gia Phách. Phương pháp dạy giải bài tập vật lí phổ thông, NXB Đại học Sư phạm, 2010. 56 [13]. Rêznicôp.L.I.Piôrưskin A.V – Znamenxki P.A. Những cơ sở của phương pháp giảng dạy vật lí. NXB Giáo dục, tập 2, 1973. [14]. Rudich P.A. Tâm lí học, NXB Mir và NXB Thể dục thể thao, 1986. [15]. Nguyễn Đức Sinh. Hình thành một số kiến thức mới bằng giải bài tập trong dạy học vật lí ở trường THPT. Luận văn thạc sĩ giáo dục,Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 2010. [16]. Tập thể các tác giả. Phương pháp giảng dạy vật lí trong các trường phổ thông ở Liên Xô và CHDC Đức, tập 1, 2, NXB Giáo dục, 1983. [17]. Nguyễn Đức Thâm – Nguyễn Ngọc Hưng. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, NXB Đại học Sư phạm, 2002. [18]. Nguyễn Đức Thâm – Nguyễn Ngọc Hưng. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2008. [19]. Tài liệu bồi dưỡng giáo viên thực hiện chương trình sách giáo khoa lớp 10 THPT, NXB Giáo dục, 2006. [20]. Phạm Hữu Tòng. Dạy học vật lí ở trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động học tích cực, tự chủ, sáng tạo và tư duy khoa học, NXB Đại học Sư phạm, 2007. [21]. Phạm Hữu Tòng. Phương pháp dạy bài tập vật lí, NXB Giáo dục, 1989. [22]. Đỗ Hương Trà – Phạm Gia Phách. Dạy học bài tập vật lí, NXB Đại học Sư phạm, 2009. [23]. Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam. Chương trình vật lí THPT, 1989. [24]. X.E.Camenetxki – V.P.Ôrêkhôp. Phương pháp giải bài tập vật lý, tập 1, NXB Giáo dục, 1975. 57 [...]... tài Hình thành một số kiến thức mới bằng giải bài tập vật lí 10 THPT 2 Mục đích nghiên cứu Trên cơ sở nghiên cứu lí luận về bài tập vật lí, tìm hiểu thực trạng dạy học giải bài tập vật lí 10 THPT, xác định mức độ nắm vững kiến thức cơ bản của học sinh mà lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn học sinh lớp 10 giải nó và soạn thảo tiến trình dạy học hình thành kiến thức mới trong dạy học chương trình vật. .. HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI BẰNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 1.1 Quan niệm về bài tập vật lí Trong thực tiễn dạy học cũng như trong các tài liệu giảng dạy, các thuật ngữ bài tập , bài tập vật lí được sử dụng cùng các thuật ngữ bài toán”, bài toán vật lí Trong cuốn Đại từ điển tiếng Việt [7, tr.142-143], bài tập và bài toán” được giải nghĩa khác hẳn nhau: Bài tập là bài ra để luyện tập, vận dụng kiến thức. .. trình vật lí 10 THPT 8 Cấu trúc của khóa luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phục lục, khóa luận gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc hình thành kiến thức mới bằng giải bài tập vật lí Chương 2: Tổ chức dạy học hình thành một số kiến thức mới bằng giải bài tập vật lí 10 THPT Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 4 NỘI DUNG CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC HÌNH... 10 THPT 5.3 Xác định mục tiêu dạy học một số bài hình thành kiến thức mới cho học sinh trong chương trình vật lí 10 THPT 5.4 Lựa chọn hệ thống bài tập và đề ra tiến trình dạy học, cách hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập ấy nhằm hình thành một số kiến thức mới trong dạy học chương trình vật lí 10 THPT 5.5 Tiến hành thực nghiệm sư phạm, đánh giá tính khả thi, hiệu quả của hệ thống bài tập vật lí. .. - Bài tập đơn giản 7 - Bài tập phức hợp - Bài tập phối hợp 1.3.4 Theo đặc điểm và phương pháp nghiên cứu đề - Bài tập định tính (bài tập đơn giản và bài tập phức tạp) - Bài tập định lượng (bài tập tập dượt và bài tập tổng hợp) 1.3.5 Theo phương thức giải hay cho điều kiện - Bài tập định tính - Bài tập định lượng - Bài tập đồ thị - Bài tập thí nghiệm 1.3.6 Theo hình thức lập luận logic - Bài tập dự... thống bài tập 2 phù hợp với mục đích hình thành kiến thức mới và đề ra cách hướng dẫn học sinh lớp 10 THPT giải nó sẽ giúp họ nắm vững kiến thức cơ bản và góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề 5 Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu một số cơ sở lí luận về bài tập vật lí trong dạy học ở trường THPT 5.2 Điều tra thực trạng dạy học bài học hình thành kiến thức mới của giáo viên và học sinh vật lí 10. .. dụng kiến thức đã học; bài toán là vấn đề cần giải quyết, tìm ra lời giải bằng các quy tắc, định lí Cũng như vậy, một số ý kiến cho rằng cần phân biệt hai thuật ngữ bài tập vật lí và bài toán vật lí BTVL có nghĩa là bài tập vận dụng đơn giản kiến thức lí thuyết đã học về vật lí vào những trường hợp cụ thể Còn bài toán vật lí được sử dụng để hình thành KTM trong khi giải quyết một vấn đề được đặt ra... vật lí 10 THPT nhằm giúp học nắm vững kiến thức cơ bản và góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề 3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Hoạt động dạy học giải bài tập vật lí ở trường THPT - Phạm vi: Hệ thống bài tập trong chương trình vật lí lớp 10 THPT 4 Giả thuyết khoa học Trong dạy học vật lí 10 THPT, nếu giáo viên dựa trên cơ sở lí luận của bài tập vật lí, mục tiêu dạy học các bài. .. dung chương trình vật lí THPT nói chung và chương trình vật lí 10 nói riêng 6.3 Điều tra thực trạng dạy học bài tập vật lí 10 THPT 6.4 Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khoa học, khả thi, hiệu quả của hệ thống bài tập đã lựa chọn và tiến trình dạy học một số bài học hình 3 thành kiến thức mới đã đề xuất nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức cơ bản và góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề... cho việc nghiên cứu nó 1.5.3 Bài tập giải quyết vấn đề 11 Trong dạy học, có không ít vấn đề được giải quyết bằng bài tập Thông thường, sau khi nêu vấn đề, GV sẽ đưa ra một bài tập phức tạp hơn, chia nó thành các bài tập bộ phận mà qua việc giải các bài tập đó, HS sẽ thu được KTM Dựa vào phương thức giải, có thể chia bài tập giải quyết vấn đề ra làm hai loại: 1) Giải bài tập bằng lập luận logic và các ... dạy học hình thành số kiến thức giải tập vật lí 10 THPT Chương 3: Thực nghiệm sư phạm NỘI DUNG CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI BẰNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 1.1... hệ thống tập soạn thảo tiến trình dạy học hình thành KTM vật lí 10 THPT mà trình bày chương 26 CHƢƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC HÌNH THÀNH MỘT SỐ KIẾN THỨC MỚI BẰNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 10 THPT 2.1 Mục... CHƢƠNG 26 CHƢƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC HÌNH THÀNH MỘT SỐ KIẾN THỨC MỚI BẰNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 10 THPT 27 2.1 Mục tiêu dạy học số học vật lí 10 THPT 27 2.1.1 Lực đàn hồi lò xo Định