DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC
Năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học Vật lý
6.1- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu tài liệu ,phân tích số liệu
6.2- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Quan sát, dự giờ, phỏng vấn, điều tra qua phiếu câu hỏi
6.3- Phương pháp thực nghiệm sư phạm : Tổ chức thực nghiệm sư phạm ở trường phổ thông
6.4 Phương pháp thống kê toán học: Xử lý kết quả theo các phép toán thống kê 7.Đóng góp mới của luận văn
Hệ thống hóa cơ sở lý luận về phát triển năng lực và tổ chức dạy học tình huống là yếu tố quan trọng nhằm nâng cao khả năng giải quyết vấn đề cho học sinh THPT Việc áp dụng phương pháp dạy học tình huống không chỉ giúp học sinh phát triển tư duy phản biện mà còn khuyến khích sự sáng tạo trong quá trình học tập Để bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề, giáo viên cần thiết kế các tình huống thực tiễn liên quan đến đời sống, từ đó tạo cơ hội cho học sinh rèn luyện kỹ năng phân tích và đưa ra quyết định.
Thiết kế bốn tiến trình dạy học và giáo án dạy học tình huống cho chương "Các định luật bảo toàn" nhằm nâng cao năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Các tiến trình này không chỉ giúp học sinh hiểu rõ các định luật mà còn phát triển kỹ năng tư duy phản biện và khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn Thông qua các tình huống thực tế, học sinh sẽ được khuyến khích phân tích, đánh giá và đưa ra giải pháp, từ đó củng cố kiến thức và kỹ năng giải quyết vấn đề một cách hiệu quả.
Ngoài phần Mở đầu , kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn chia thành 3 chương
Chương 1.Bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua tổ chức dạy học tình huống trong dạy học Vật lý ở trường Trung học phổ thông Chương 2 Tổ chức dạy học tình huống chương “Các Định luật bảo toàn” Vật lý lớp 10 nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh trung học phổ thông
Chương 3 Thực nghiệm sư phạm
Kết luận và kiến nghị
CHƯƠNG 1 BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH
THÔNG QUA DẠY HỌC TÌNH HUỐNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở
TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
1.1 Dạy học theo định hướng phát triển năng lực học sinh
Trong tâm lý học hiện nay cũng có nhiều định nghĩa về NL: Theo P A Ruđich
Năng lực (NL) là yếu tố tâm – sinh lý ảnh hưởng đến khả năng tiếp thu kiến thức, kỹ năng và hiệu quả thực hiện các hoạt động Theo A.G Côvaliôp, NL được định nghĩa là tập hợp những thuộc tính của cá nhân, đáp ứng nhu cầu lao động và đảm bảo đạt được kết quả cao trong các hoạt động.
Tác giả N X Lâytex cho rằng năng lực (NL) là những thuộc tính tâm lý của cá nhân, đóng vai trò quan trọng trong việc hoàn thành tốt đẹp các loại hoạt động nhất định.
Năng lực (NL) được định nghĩa bởi Phạm Minh Hạc là những đặc điểm tâm lý riêng biệt, quyết định tốc độ, chiều sâu và cường độ của việc tác động vào đối tượng lao động Định nghĩa này nhấn mạnh rằng NL là yếu tố tổ hợp trong một hoạt động cụ thể, tạo ra các điều kiện cần thiết để thực hiện tác động hiệu quả vào đối tượng lao động.
Từ định nghĩa về NL ta thấy giữa người này và người khác có những NL khác nhau Các dấu hiệu khác biệt về NL đó là:
Dấu hiệu 1: Khác biệt trong khuynh hướng hoạt động
Dấu hiệu 2: Khác biệt trong nhịp độ hoạt động và sự tiến bộ hoạt động, sự dễ dàng trong hoạt động đó
Dấu hiệu 3: Số lượng và chất lượng của kết quả hoạt động
Dấu hiệu 4: Tính chất độc lập và sáng tạo trong hoạt động
Khuynh hướng là dấu hiệu đầu tiên và quan trọng nhất trong việc hình thành năng lực (NL) của con người Nó thể hiện nguyện vọng và ý muốn của cá nhân đối với các hoạt động như hội hoạ, âm nhạc, toán học, và vật lý Thường thì, những nguyện vọng này xuất hiện sớm và mang tính tự phát, thậm chí trong những điều kiện không thuận lợi Do đó, khuynh hướng cung cấp những tiền đề bẩm sinh cần thiết cho sự phát triển của năng lực.
Khi một người sở hữu năng lực (NL) trong lĩnh vực nào đó, họ thường dễ dàng bắt tay vào thực hiện các hoạt động liên quan, và sự tiến bộ của họ diễn ra nhanh chóng cả về cường độ lẫn chất lượng Những cá nhân có NL cao luôn thể hiện tính độc lập và sáng tạo trong công việc của mình.
Khi xét về bản chất của NL ta cần chú ý đến sự khác nhau giữa người này và người khác về hiệu quả hoạt động
Năng lực (NL) đóng vai trò quan trọng trong việc tiếp thu tri thức, kỹ năng và kỹ xảo Khi nhắc đến NL, chúng ta hiểu rằng nó bao gồm cả tri thức và kỹ năng của mỗi cá nhân.
1.1.1.2 Cấu trúc của năng lực[26]
Năng lực (NL) bao gồm ba thành tố chính: kiến thức, kỹ năng và thái độ, và chúng có mối quan hệ hữu cơ, tương tác lẫn nhau để hình thành và phát triển Cấu trúc chung của năng lực có thể được nhận thức qua một sơ đồ cụ thể.
Năng lực (NL) là một khái niệm phức tạp với nhiều tầng bậc khác nhau Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi tập trung nghiên cứu một số nhóm thuộc năng lực chung và năng lực đặc thù (năng lực chuyên biệt) trong giảng dạy bộ môn vật lý.
Năng lực (NL) có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, trong khuôn khổ của luận văn này, NL được chia thành hai loại chính: NL chung và NL chuyên môn.
Năng lực chung (NL chung) là hệ thống các thuộc tính trí tuệ cá nhân giúp cá nhân tiếp cận tri thức và thực hiện các hoạt động một cách dễ dàng và hiệu quả.
Năng lực trí tuệ thể hiện qua các chức năng tâm lý như phân tích, so sánh, tổng hợp, khái quát hóa, ghi nhớ và tưởng tượng Những năng lực này đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển tư duy và khả năng giải quyết vấn đề của con người.
Năng lực chuyên môn là hệ thống các thuộc tính cá nhân giúp đạt được kết quả cao trong các lĩnh vực như âm nhạc, hội họa, thể thao, văn học, khoa học và công nghệ Mỗi cá nhân đều sở hữu năng lực chung và năng lực chuyên môn, và chúng phát triển bổ sung cho nhau Năng lực của một người phụ thuộc vào hoạt động của họ trong môi trường giáo dục xã hội và chịu ảnh hưởng từ nền văn hóa xã hội.
1.1.2 Yêu cầu của đổi mới chương trình giáo dục theo định hướng phát triển năng lực
1.1.2.1 Chương trình giáo dục định hướng nội dung dạy học[7];[16];[9]
Tổ chư ́ c tình huống trong dạy học vật lý
1.3 1 Khái niệm “tình huống dạy học”[17;18;24]
Tình huống dạy học Vật lí có thể được coi là một bài toán, trong đó tồn tại một hệ thống thông tin với hai bộ phận mâu thuẫn Bộ phận đầu tiên là dữ kiện, bao gồm tất cả thông tin rõ ràng hoặc tiềm ẩn liên quan đến bài toán.
Bộ phận thứ hai của bài toán yêu cầu cung cấp thông tin cần thiết để giải quyết vấn đề Giải bài toán là quá trình đối chiếu giữa các điều kiện và yêu cầu trong tình huống học tập, nơi giáo viên tác động đến học sinh bằng cách chỉ ra mục đích và hành động, đồng thời cung cấp dữ kiện cần thiết Mục tiêu là tạo điều kiện và hứng thú cho học sinh, giúp họ tự lực hành động trong lĩnh vực cụ thể Cần lưu ý rằng giáo viên chỉ cung cấp điều kiện và gợi ý, mà không dẫn dắt hành động cụ thể.
Các tình huống học tập cần phải phù hợp với logic nhận thức của học sinh, tức là phải tương thích với trình độ, kinh nghiệm và kiến thức hiện có của các em Chỉ khi thỏa mãn những yếu tố này, tình huống mới có khả năng kích thích tư duy của học sinh.
+ Nó là cái mới, cái chưa biết đến
+ Tình huống phải chứa đựng cái cần tìm, tức là phải chứa đựng nhiệm vụ, nhu cầu giải quyết
+ Vấn đề chứa đựng tính vừa sức cá nhân, có tri thức liên quan đến vấn đề vận dụng, tìm ra giải pháp có hiệu quả [17]
Vấn đề là nhiệm vụ nhận thức mà học sinh không thể giải quyết chỉ bằng tư duy tái hiện kiến thức và kỹ năng có sẵn Thay vào đó, học sinh cần tìm tòi và sáng tạo để tìm ra giải pháp mới Khi giải quyết được vấn đề, học sinh sẽ tiếp thu kiến thức, kỹ năng và phương thức hành động mới.
Tình huống học tập là bối cảnh trong đó học sinh đối mặt với vấn đề cần giải quyết, kích thích hoạt động nhận thức tích cực Để vượt qua thử thách này, học sinh cần tìm tòi và sáng tạo tri thức mới cũng như phương pháp hành động hiệu quả.
1.3.2 Một số kiểu tình huống học tập trong dạy học vật lí [11];[13]
Sự phát triển của PPDH tình huống đã dẫn đến việc xây dựng nhiều dạng tình huống khác nhau, với sự khác biệt về quy mô và tính chất của vấn đề được mô tả Các tình huống này có thể tập trung vào việc phát hiện vấn đề, giải quyết vấn đề hoặc đánh giá, phê phán các giải pháp thực tiễn.
Bảng 1.1 Các dạng của PPDH theo tình huống
Tìm các phương án giải quyết tình huống
Phê phán cách giải quyết
Tình huống tìm vấn đề
Trọng tâm : Cần phát hiện các vấn đề ẩn;
Thông tin được cho trước nhiều trong đó có các
Tìm các phương án giải quyết vấn đề đã phát hiện
So sánh phương án giải quyết vấn đề vấn đề chưa được phát hiện thông tin nhiễu quyết định phương án giải quyết với quyết định trong thực tế
Tình huống giải quyết vấn đề
Các vấn đề đã được nêu rõ trong tình huống
Thông tin được cung cấp đầy đủ
Trọng tâm : Tìm các phương án giải quyết và quyết định phương án tối ưu để giải quyết tình huống
So sánh phương án giải quyết vấn đề với các phương án khác (nếu có)
Tình huống tìm thông tin
Thông tin chưa được đưa ra đầy đủ trong khi mô tả tình huống
Tự thu thập thông tin cho việc giải quyết tình huống
Tìm các phương án giải quyết và quyết định phương án giải quyết tình huống
Tìm kiếm phương án khác, theo những nguồn thông tin khác
Tình huống đánh giá phương án giải quyết vấn đề
Các vấn đề đã được đưa ra
Các thông tin đã được cung cấp
Phương án giải quyết cũng được đưa ra Người học cần tìm những phương án thay thế khác
Trọng tâm : Phê phán những phương án giải quyết đã đưa ra trước
1.3.3 Quá trình xây dựng tình huống dạy học [2];[8];[17]
Tình huống dạy học được xây dựng qua ba giai đoạn: Trước giờ học, trong giờ học và sau giờ học
Khi tình huống bài học được trình bày hấp dẫn, nó sẽ thu hút học sinh vào vấn đề một cách hiệu quả, kích thích tư duy và tạo tâm thế học tập nghiêm túc, say mê Việc xây dựng tình huống dạy học trước giờ học hiện nay được coi là rất quan trọng; một số giáo viên thậm chí xem đây là giai đoạn duy nhất trong quá trình dạy học Tuy nhiên, nếu giáo viên chỉ tập trung vào giáo án mà bỏ qua thực tế dạy học sinh động, sẽ làm giảm hiệu quả giảng dạy Do đó, trong quá trình chuẩn bị giáo án, giáo viên cần dự kiến các khả năng có thể xảy ra và định hướng cách giải quyết để chủ động điều khiển quá trình dạy học một cách hiệu quả.
Trong giờ học, sự tương tác trực tiếp giữa thầy và trò là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình dạy học Chất lượng dạy học chủ yếu được quyết định trong thời điểm này, tuy nhiên, không phải ai cũng nhận thức được tầm quan trọng của nó.
Khi lên lớp, người thầy không chỉ giảng dạy mà còn quan sát và tương tác với học sinh qua nhiều phương pháp như thuyết trình, sử dụng hình ảnh, bản đồ, thí nghiệm, và tổ chức thảo luận Giọng nói của thầy thay đổi linh hoạt, từ trầm bổng đến nhanh chậm, nhấn mạnh những điểm quan trọng trong bài học Thái độ của thầy cũng rất đa dạng, từ nghiêm túc đến hài hước, tạo ra một không khí học tập thoải mái và hiệu quả Sự kết hợp hài hòa giữa ngôn ngữ và phong thái của thầy không chỉ đáp ứng yêu cầu học tập mà còn tạo nên một môi trường học tập tự nhiên, ấm áp và lôi cuốn học sinh.
Tất cả những yếu tố này được xây dựng dựa trên việc quan sát và phân tích tình huống giảng dạy cụ thể trong lớp học, nhằm đảm bảo có những phản ứng phù hợp và hiệu quả.
Người thầy không chỉ là một chỉ huy trong cuộc chiến tri thức mà còn là một nghệ sĩ trên sân khấu giáo dục Tài năng và nghệ thuật sư phạm của họ thể hiện rõ nét trong những khoảnh khắc này.
Để đạt hiệu quả cao trong hoạt động giảng dạy, giáo viên cần tập trung và phát huy tối đa sự sáng tạo của mình.
Giáo viên hệ thống lại kiến thức và định hướng việc vận dụng cho học sinh, giao nhiệm vụ về nhà với mục tiêu cụ thể Mỗi nhiệm vụ nhận thức cần hướng dẫn học sinh các khả năng giải quyết khác nhau, đồng thời khuyến khích các em tự lực hoặc hợp tác nhóm để tìm ra giải pháp cho vấn đề cụ thể.
Sau khi đã kết thúc giờ học, để lôi cuốn học sinh vào tiết học sau một cách logic thì
GV sẽ tạo ra một tình huống hấp dẫn để giới thiệu mục tiêu của bài học tiếp theo, nhằm kích thích sự tò mò và đam mê khám phá của học sinh Điều này không chỉ khuyến khích học sinh chờ đợi nội dung bài học mà còn có thể khiến họ tự tìm hiểu trước khi đến lớp, tạo ra một nền tảng vững chắc cho việc học tập sau các tiết học.
1.3.4 Tiến trình dạy học tình huống một kiến thức vật lí theo tiến trình nhận thức khoa học [18];[22]
Dựa trên tiến trình nhận thức trong khoa học vật lý và yêu cầu tổ chức hoạt động học tập sáng tạo, có thể đề xuất một quy trình dạy học cho kiến thức cụ thể bằng cách thiết kế các tình huống học tập phù hợp.
Thư ̣c tra ̣ng da ̣y ho ̣c vâ ̣t lý ở mô ̣t số trường THPT hiê ̣n nay
1.4.1 Thực tra ̣ng da ̣y và ho ̣c bô ̣ môn Vâ ̣t lý ở trường THPT Đổi mới phương pháp dạy học (PPDH) là một vấn đề nhạy cảm và đang rất được quan tâm không chỉ riêng trong ngành giáo dục mà còn đang trở thành một vấn đề xã hội hiện nay Trong việc đổi mới PPDH ở các trường THPT thì thiết bị dạy học (TBDH) là yếu tố đặc biệt quan trọng, giữ vai trò không thể thiếu trong quá trình này TBDH vừa là nguồn tri thức, vừa là phương tiện chứa đựng chuyển tải thông tin và điều khiển hoạt động nhận thức của HS Hiện nay các nước trong khu vực và các nước phát triển trên thế giới đều rất quan tâm, đầu tư cơ sở vật chất, TBDH cho hệ thống trung học phổ thông và tập trung nghiên cứu tìm các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học để đổi mới phương pháp dạy học Ở nước ta, trong lộ trình đổi mới giáo dục phổ thông, viê ̣c đổi mới PPGD phải gắn liền với TBDH, nhà nước đã cố gắng trang bị cho các nhà trường trung học phổ thông tương đối đầy đủ các loại thiết bị dạy học dùng riêng tối thiểu cho các môn học Nhận thức được tầm quan trọng của việc đổi mới phương pháp dạy học, nhiều trường trung học phổ thông trong cả nước đã có những cố gắng nghiên cứu đổi mới phương pháp dạy học và đã đạt được những tiến bộ trong việc phát huy tính tích cực của học sinh, nhiều trường trung học phổ thông đã có nhiều sáng kiến sử dụng thiết bị dạy học để đổi mới phương pháp dạy học Tuy nhiên, hiện nay mặc dù hầu hết các trường trung học phổ thông đã được trang bị tương đối đầy đủ bộ TBDH môn Vật lí nhưng còn rất nhiều trường sử dụng TBDH để đổi mới PPGD Vật lí chưa thực sự triệt để và hiệu quả do nhiều nguyên nhân khác nhau Đa số giáo viên vẫn sử dụng nhiều các phương pháp dạy học truyền thống, đặc biệt là thuyết trình (dạy chay), vì vậy chưa phát huy tính tích cực và sáng tạo của học sinh, không nâng cao hiệu quả học tập và do đó không những để lãng phí một khối lượng lớn tiền bạc mua sắm thiết bị dạy và học mà mục tiêu dạy học cũng không đạt được như yêu cầu
Hầu hết giáo viên hiện nay vẫn chủ yếu áp dụng phương pháp dạy học truyền thống, chủ yếu là phương pháp truyền thụ một chiều và thuyết trình kết hợp với đàm thoại Rất ít giáo viên sử dụng các phương pháp dạy học tích cực như dạy học tình huống, dạy học giải quyết vấn đề, dạy học theo nhóm và thảo luận seminar.
- Mặc dù được quan tâm đầu tư về cơ sở vâ ̣t chất, đồ dùng thí nghiê ̣m nhưng một số vẫn hoa ̣t đô ̣ng chưa thực sự hiê ̣u quả
Thu nhập của giáo viên chưa tương xứng với công việc, khiến họ không có đủ thời gian và kinh phí để áp dụng các phương pháp dạy học hiện đại Điều này dẫn đến việc giáo viên chưa chú trọng tổ chức các hoạt động nhận thức cho học sinh, ảnh hưởng đến sự phát triển tư duy vật lý và tư duy sáng tạo của các em.
Các phương pháp dạy học tích cực yêu cầu thời gian chuẩn bị từ cả giáo viên và học sinh, nhưng với tiêu chí kiểm tra hiện tại, giáo viên và học sinh thường phải đối phó với các kỳ thi Môn vật lý được coi là khó khăn, khiến nhiều học sinh học với tâm trạng miễn cưỡng và thụ động Khi giáo viên yêu cầu học sinh trả lời các vấn đề, họ thường gặp khó khăn trong việc trình bày, đặc biệt là trong khả năng đề xuất, tiến hành và xử lý kết quả thí nghiệm.
1.4.2 Một số thuâ ̣n lơ ̣i và khó khăn khi sử du ̣ng phương pháp da ̣y ho ̣c tình huống
Hiện nay, các trường phổ thông đã được trang bị đầy đủ cơ sở vật chất và thiết bị dạy học, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình giảng dạy, tìm kiếm và trao đổi tài liệu.
Đội ngũ giáo viên được đào tạo và bồi dưỡng chuyên môn thường xuyên, luôn cập nhật các đổi mới trong giáo dục và phương pháp dạy học Họ nỗ lực cống hiến cho sự nghiệp giáo dục và đào tạo.
Phương pháp giảng dạy tình huống mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đối mặt với một số thách thức cần được giải quyết để tối ưu hóa hiệu quả Những thách thức này bao gồm yếu tố chủ quan từ giáo viên và học sinh, cũng như yếu tố khách quan như môi trường học tập và điều kiện vật chất Việc nhận diện và khắc phục những khó khăn này là rất quan trọng đối với sự thành công của phương pháp giảng dạy này.
Phương pháp giảng dạy tình huống yêu cầu giáo viên phải có kỹ năng tổ chức lớp học, quản lý thời gian, đặt câu hỏi hiệu quả và khuyến khích thảo luận giữa các học sinh Nếu giáo viên không được trang bị đầy đủ những kỹ năng này, phương pháp sẽ trở thành gánh nặng cho học viên, dẫn đến tình trạng học sinh làm việc mà không có sự hướng dẫn, từ đó không đạt được lợi ích mong muốn.
- Những thách thức đối với học sinh
Thách thức lớn nhất đối với học sinh là phát triển tính năng động, ham học hỏi và khả năng tư duy độc lập, sáng tạo Phương pháp giảng dạy tình huống chỉ mang lại hiệu quả khi học sinh tham gia chủ động và yêu thích việc học Học sinh cần biết cách quản lý thời gian học tập và áp dụng các phương pháp tự học, tự nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình học của mình.
Nhiều học sinh, do quen với phương pháp học thụ động, gặp khó khăn trong việc thích ứng với tư duy độc lập và phản biện Điều này dẫn đến tình trạng một số em rất năng động và đam mê học hỏi, trong khi số khác chỉ đến lớp vì nghĩa vụ.
Một số thách thức từ điều kiện khách quan như môi trường học tập và cơ sở vật chất, bao gồm trang thiết bị dạy và học như bàn ghế linh động, projector, và cách bố trí lớp học, có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của phương pháp giảng dạy tình huống Các yếu tố như âm thanh, ánh sáng, quy mô lớp học, thư viện, phòng tự học và internet cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng giảng dạy.
1.4.3 Sự cần thiết phải sử du ̣ng PPDH theo tình huống
Để đạt được kết quả cao trong việc dạy học, bao gồm kiến thức, kỹ năng và thái độ, việc tổ chức phương pháp dạy học tích cực là rất cần thiết Một trong những phương pháp hiệu quả là dạy học tình huống, nhờ vào những ưu điểm nổi bật mà nó mang lại.
Việc áp dụng phương pháp dạy học tình huống không chỉ nâng cao tính thực tiễn của môn học mà còn giúp kết nối lý thuyết với thực tế thông qua việc xây dựng các tình huống cụ thể.
- Nâng cao tính chủ động, sáng tạo và sự hứng thú cho HS trong quá trình học
Nâng cao kỹ năng làm việc nhóm và khả năng giao tiếp là rất quan trọng trong môi trường làm việc hiện đại Bên cạnh đó, kỹ năng phân tích và giải quyết vấn đề giúp cá nhân đưa ra những quyết định chính xác Tư duy hệ thống và tính sáng tạo cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển ý tưởng mới và tối ưu hóa quy trình làm việc Tất cả những kỹ năng này kết hợp với nhau sẽ tạo ra hiệu quả cao trong công tác làm việc.
Giáo viên không chỉ là người dẫn dắt mà còn thu nhận nhiều kinh nghiệm và góc nhìn mới từ học sinh, giúp làm phong phú bài giảng và điều chỉnh nội dung nghiên cứu.
- Các tình huống tốt có tính chất liên kết lý thuyết rất cao
TỔ CHỨC DẠY HỌC TÌNH HUỐNG CHƯƠNG “ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ” VẬT LÍ LỚP 10 NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1.Vị trí và đặc điểm của chương “Các Định luật bảo toàn”
Đặc điểm
Trong cơ học, có ba định luật bảo toàn quan trọng: định luật bảo toàn động lượng, định luật bảo toàn cơ năng và định luật bảo toàn mômen động lượng Tuy nhiên, trong chương trình phổ thông, học sinh chỉ được tìm hiểu hai định luật chính là định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng.
Nghiên cứu các định luật bảo toàn giúp học sinh tiếp cận nhiều khái niệm mới, tạo nền tảng vững chắc cho việc nghiên cứu các chương tiếp theo, đặc biệt là các vấn đề liên quan đến định luật Becnuli và các máy nhiệt.
Các định luật bảo toàn đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết các vấn đề vật lý, đặc biệt là trong chương trình THPT Đối với học sinh, việc áp dụng các định luật này để giải các bài tập vật lý thường gặp khó khăn do sự đa dạng và phong phú của các bài toán.
Tài liệu tham khảo thường đề cập đến vấn đề này một cách riêng lẻ, khiến học sinh không có cái nhìn tổng quan về bài toán va chạm Hơn nữa, trong các bài toán, học sinh thường phải tính toán với động lượng - đại lượng có hướng, và thường lúng túng trong việc xác định khi nào nên viết dưới dạng vectơ hay đại số Các em cũng gặp khó khăn trong việc chuyển đổi phương trình vectơ sang phương trình đại số, cũng như xác định các yếu tố bảo toàn liên quan đến đại lượng vectơ.
Các định luật bảo toàn đóng vai trò quan trọng trong cơ học, không chỉ bổ sung cho các định luật Newton mà còn có thể thay thế chúng trong những tình huống mà các định luật này không thể áp dụng.
Kiến thức mà học sinh tiếp thu trong chương này liên quan chặt chẽ đến các ứng dụng thực tiễn trong kỹ thuật và đời sống Năng lượng là khái niệm vật lý quan trọng nhất, bao trùm mọi hiện tượng thiên nhiên và thực tế cuộc sống của con người.
Các thí nghiệm đơn giản và ví dụ trong tự nhiên, cuộc sống và kỹ thuật sẽ giúp học sinh củng cố thế giới quan duy vật biện chứng.
Nô ̣i dung và cấu trúc chương “Các Định luật bảo toàn”
2.2.Nội dung và cấu trúc dạy học chương “Các Định luật bảo toàn” 2.2.1 Nội dung
Sau khi hoàn thành chương này, học sinh cần nắm vững các kiến thức quan trọng về động lượng và định luật bảo toàn động lượng.
* Xung lượng của lực: xung lượng của lực F trong thờ i gian tlà đa ̣i lượng được tính bằng tích số F t
Lực có độ lớn đáng kể tác động lên một vật trong khoảng thời gian ngắn có thể gây ra biến dạng đáng kể, ảnh hưởng đến trạng thái chuyển động của vật.
Động lượng là đại lượng vật lý quan trọng, được định nghĩa là tích của khối lượng và vận tốc của một vật chuyển động.
+ Đơn vi ̣ của đô ̣ng lượng: Kg.m/s
Khi một lực có cường độ đủ mạnh tác động lên một vật trong khoảng thời gian hữu hạn, động lượng của vật đó sẽ thay đổi.
Từ định luật II Newton, F = ma, ta có thể suy ra định lý biến thiên động lượng Động lượng của một vật trong khoảng thời gian nhất định sẽ thay đổi bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.
* Đi ̣nh luâ ̣t bảo toàn đô ̣ng lượng
+ Hệ cô lâ ̣p: hê ̣ cô lâ ̣p là hê ̣ chỉ có nô ̣i lực mà không có ngoa ̣i lực hoă ̣c nếu có ngoại lực thì ngoa ̣i lực cân bằng nhau
Định luật bảo toàn động lượng đối với hệ vật cho biết rằng vectơ tổng động lượng của một hệ kín được bảo toàn, tức là tổng động lượng trước và sau va chạm là như nhau Công và công suất là hai khái niệm quan trọng trong cơ học, liên quan đến năng lượng và hiệu suất của các hệ thống vật lý.
Công A do lực F không đổi được định nghĩa là một đại lượng đo bằng tích độ lớn của lực và hình chiếu của độ dời điểm đặt trên phương của lực Công được tính theo công thức A = F.s.cosα, trong đó F là độ lớn của lực, s là độ dời, và α là góc giữa lực và phương chuyển động.
- Định nghĩa và ý nghĩa của công suất
+ Đi ̣nh nghĩa: Công suất là đa ̣i lượng có giá tri ̣ bằng thương số giữa công A và thời gian t cần để thực hiê ̣n công ấy
+ Ý nghĩa: Dùng khái niê ̣m công suất để biểu thi ̣ tốc đô ̣ thực hiê ̣n công của vật c) Đô ̣ng năng
Động năng là năng lượng mà một vật có được khi đang chuyển động Đối với một vật có khối lượng m và vận tốc v, động năng được xác định bằng công thức: \( \frac{1}{2} mv^2 \).
+ Điều kiê ̣n đô ̣ng năng của vâ ̣t biến đổi: Đô ̣ng năng của mô ̣t vâ ̣t biến thiên khi các lực tác du ̣ng lên vâ ̣t sinh công d) Thế năng
* Thế năng tro ̣ng trường
Thế năng trọng trường là dạng năng lượng tương tác giữa trái đất và một vật, phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
+ Công thứ c liên hê ̣ giữa công của tro ̣ng lực và sự biến thiên thế năng:
+ Đi ̣nh nghĩa thế năng đàn hồi: thế năng đàn hồi là da ̣ng năng lượng của mô ̣t vật chi ̣u lực đàn hồi
+ Công củ a lực đàn hồi A 1 K.( l) 2
= 2 e) Cơ năng Đi ̣nh luâ ̣t bảo toàn cơ năng
+ Cơ năng của mô ̣t vâ ̣t là tổng đô ̣ng năng và thế năng của vâ ̣t
Định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường cho biết rằng khi một vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, cơ năng của vật sẽ được bảo toàn.
Định luật bảo toàn cơ năng của vật dưới tác dụng của lực đàn hồi lò xo nêu rõ rằng khi một vật chỉ chịu tác động của lực đàn hồi do biến dạng của lò xo, thì trong quá trình chuyển động, cơ năng của vật được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi, và đây là một đại lượng được bảo toàn.
Trong quá trình dạy học theo định hướng DHGQVĐ, việc hiểu rõ cấu trúc logic và sự phát triển nội dung trong chương học là rất quan trọng Dưới đây là cấu trúc nội dung của chương "Các định luật bảo toàn".
Sơ đồ 2.1 Cấu trúc của chương “Các định luật bảo toàn”
Các định luật bảo toàn Động lượng Định luật bảo toàn động lượng Công cơ học
Xung lượng của lực Động lượng Biến thiên động lượng
Năng lượng Công suất Định luật bảo toàn động lượng
Chuyển động bằng phản lực Động năng
Thế năng đàn hồi Định luật bảo toàn cơ năng Độ giảm thế năng
Mục tiêu dạy học chương chương “Các Định luật bảo toàn”
- Phát biểu được đi ̣nh nghĩa đô ̣ng lượng, nêu được bản chất ( tính chất, véc tơ) và đơn vị đo của đô ̣ng lượng
- Từ đi ̣nh luâ ̣t hai Niu-Tơn suy ra được đi ̣nh lý biến thiên đô ̣ng lượng
- Phát biểu được đi ̣nh nghĩa hê ̣ cô lâ ̣p
- Phát biểu được định luật bảo toàn động lượng
- Vận du ̣ng được đi ̣nh luâ ̣t bảo toàn đô ̣ng lượng để giải bài toán va cha ̣m mềm
- Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức tính công
- Phát biểu được đi ̣nh nghĩa và ý nghĩa của công suất
- Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức tính động năng, nêu được đơn vị đo động năng
- Phát biểu và chứng minh được đi ̣nh lý biến thiên đô ̣ng năng( trong mô ̣t trường hợp đơn giản)
- Nêu được mô ̣t số ví du ̣ về vâ ̣t có đô ̣ng năng sinh công dương
- Phát biểu được đi ̣nh nghĩa tro ̣ng trường đều
Thế năng trọng trường của một vật được định nghĩa là năng lượng mà vật có được do vị trí của nó trong trường trọng lực Công thức tính thế năng trọng trường là \( U = mgh \), trong đó \( U \) là thế năng, \( m \) là khối lượng, \( g \) là gia tốc trọng trường, và \( h \) là độ cao so với mốc thế năng Mốc thế năng được định nghĩa là điểm tham chiếu để đo lường thế năng Biểu thức liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực được thể hiện qua công thức \( W = \Delta U \), trong đó \( W \) là công của trọng lực và \( \Delta U \) là sự thay đổi thế năng.
- Viết được công thức tính thế năng đàn hồi
- Phát biểu được định nghĩa cơ năng và viết được công thức tính cơ năng
- Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng và viết được hệ thức của định luật này
- Giải thích được nguyên tắc chuyển động bằng phản lực
- Vận dụng định luật bảo toàn động lượng để giải được các bài tập đối với hai vật va chạm mềm
- Vận dụng được các công thức A= Fscos và t
- Vận dụng định lý biến thiên đô ̣ng năng vào giải các bài tâ ̣p.
Thiê ́t kế các tình huống vấn đề dùng cho da ̣y ho ̣c chương
- Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng để giải được bài toán chuyển động của một vật
2.3.2 Mục tiêu dạy học theo định hướng bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề
- Giúp HS làm quen với phương pháp tư duy khoa học, phương pháp GQVĐ trong xây dựng kiến thức và vận dụng kiến thức Vật lý
- Rèn luyện, nâng cao kĩ năng GQVĐ ở mỗi HS thông qua hoạt động cá nhân, hoạt động nhóm
Bài viết này nhấn mạnh vai trò của giáo dục kỹ thuật tổng hợp thông qua việc áp dụng các định luật bảo toàn vào các lĩnh vực khoa học và công nghệ Những ứng dụng này bao gồm động cơ phản lực, hộp số, hiệu suất của máy móc và bộ chế hòa khí, giúp nâng cao hiệu quả và tính ứng dụng trong thực tiễn.
Trang bị cho học sinh kiến thức tổng quan về năng lượng và các định luật bảo toàn, với trọng tâm là các kiến thức thực tế để giải thích những hiện tượng chuyển động như chuyển động của tên lửa, máy bay phản lực, hiện tượng súng giật khi bắn, cũng như chuyển động của các sinh vật như con mực, sứa và bọ nước.
- Lồng ghép giáo dục ý thức bảo vệ môi trường, ý thức an toàn giao thông trong các bài dạy của chương.
- Hình thành thói quen, tính cách, nhân cách nhằm phát triển con người toàn diện theo mục tiêu giáo dục.[17];[24]
2.4 Thiết kế các tình huống vấn đề dùng cho dạy học chương 2.4.1 Tình huống có vấn đề cấp chương
Khi bắt đầu một chương, việc tạo ra tình huống có vấn đề là rất quan trọng để thu hút sự chú ý của học sinh, giúp họ nhận thấy mục đích thú vị và mới lạ của chương học Sau khi tạo ra tình huống, học sinh sẽ được đặt trước một câu hỏi nhận thức tổng quát, kích thích tư duy và sự tò mò Để thực hiện điều này, có thể sử dụng nhiều phương tiện khác nhau nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy.
• Đoạn video clip về một sự kiện thú vị nào đó
• Đàm thoại GV- HS từ vấn đề gần gũi quen thuộc đến câu hỏi mà HS không thể trả lời với kiến thức và kinh nghiệm đã có
Tình huống có vấn đề cấp chương dùng cho dạy học chương các đi ̣nh luâ ̣t bảo toàn:
Trong tình huống này, giáo viên yêu cầu học sinh quan sát video về việc bắn tên lửa lên bầu trời Học sinh sẽ tìm hiểu về nguyên tắc chuyển động của tên lửa và cách thức hoạt động của nó Để hiểu rõ hơn, chúng ta sẽ khám phá nội dung trong chương IV, nơi giải thích chi tiết về các nguyên lý vật lý liên quan đến chuyển động này.
• Tình huống 2 : Giáo viên cho ho ̣c sinh quan sát hình ảnh đâ ̣p thủy điê ̣n
Trong chương IV, chúng ta sẽ khám phá các dạng năng lượng đã giúp quay tuabin và chuyển hóa thành điện năng Hãy cùng tìm hiểu về vai trò của các nguồn năng lượng này trong quá trình sản xuất điện.
• Tình huống 3: Giáo viên cho ho ̣c sinh quan sát hình ảnh
Vào ngày 22/9/1995, một chiếc Boeing E-3 Sentry AWACS của quân đội Mỹ đã gặp nạn và rơi ngay sau khi cất cánh do va chạm với một nhóm ngỗng trời, dẫn đến hư hại nghiêm trọng cho máy bay Mặc dù máy bay được chế tạo từ các vật liệu siêu bền và thường có khả năng chịu đựng các tác động như sét đánh, nhưng sự va chạm với những chú chim nhỏ bé đã gây ra hậu quả nghiêm trọng Điều này đặt ra câu hỏi về cách mà những loài chim có thể ảnh hưởng đến “chim sắt”, và vấn đề này sẽ được giải thích rõ hơn sau khi chúng ta hoàn thành chương IV.
2.4.2 Tình huống có vấn đề cấp bài
Gv có thể chọn một trong các tình huống sau :
Ti ̀nh huống 1: Bài 23 Động lượng Định luật bảo toàn động lượng
Học sinh quan sát video quay chậm của một cầu thủ đá bóng và viên bi-a khi chúng va chạm với thành bàn, từ đó thấy được sự thay đổi trong hướng chuyển động.
Những yếu tố nào làm thay đổi vâ ̣n tốc của quả bóng
Hs: Có hs không trả lời được, có hs trả lời là lực tác du ̣ng
GV: Vậy đại lượng nào đặc trưng cho chuyển đô ̣ng của quả bóng?
Trong tình huống này, các em chưa được học về Động lượng và Định luật bảo toàn động lượng, dẫn đến việc không thể đưa ra câu trả lời chính xác Việc nắm vững kiến thức về Động lượng là rất quan trọng để hiểu rõ các khái niệm liên quan và áp dụng chúng vào thực tiễn.
GV: Để trả lời được câu hỏi này chúng ta tìm hiểu bài học hôm nay § 23 Động lượng Định luật bảo toàn động lượng
GV: tại sao khi các em tâ ̣p quan sự, các em được thầy hướng dẫn khi bắn súng
AK phải dă ̣t báng súng tựa vào vai?
HS: Để giảm hiê ̣n tượng giâ ̣t lùi của súng khi bắn
GV:Tại sao khi bắn súng, súng bị giật lùi về phía sau?
GV: Khi ta nhảy từ thuyền lên bờ thì tại sao thuyền giật lùi lại?
HS: Đây là những hiện tượng quen thuộc mà HS đã thấy qua nhưng các em không giải thích được
GV: Để trả lời được các câu hỏi này chúng ta cùng tìm hiểu phần còn lại của bài: Động lượng Định luật bảo toàn động lượng
Ti ̀nh huống 2: Bài 24 Công và công suất
GV: Khi nào lực sinh ra công cơ ho ̣c?
HS: Khi lực tác dụng vào vật và làm cho vật dịch chuyển
GV: Cho ví dụ về công cơ học?
HS: Cần cẩu kéo đưa vật lên cao, người kéo xe trên đường
GV: Trong các trường hợp sau đây, trường hợp nào có công cơ học:
- khi ô tô đang chạy, đô ̣ng cơ ô tô sinh công
- Ngày công của một lái xe là 50.000 đồng
- Có công mài sắt, có ngày nên kim
HS : khi ô tô đang cha ̣y, đô ̣ng cơ ô tô sinh công
GV: Một người dùng lực Fkéo một vật chuyển động theo phương ngang như hình vẽ (hình 2.1)
GV: Một người dùng lực Fkhông đổi kéo một vật chuyển động theo phương ngang như hình vẽ (hình 2.2) Tính công của lực F
HS: Được đặt vào tình huống có vấn đề vì các em chưa biết tính công trong trường hợp này
GV: Để biết được công trong trường hợp này được tính như thế nào chúng ta sẽ tìm hiểu bài học hôm nay Bài 24 Công và công suất
Trong xây dựng, để nâng các vật nặng lên cao, người ta thường sử dụng dây kéo qua ròng rọc cố định.
Anh An và anh Dũng sử dụng hệ thống ròng rọc để vận chuyển gạch lên tầng 2 cao 4m, với mỗi viên gạch nặng 16N Anh An kéo được 10 viên gạch trong 50 giây, trong khi anh Dũng kéo được 15 viên gạch trong 60 giây Tính công thực hiện của cả hai anh trong quá trình vận chuyển này.
HS: tính nhanh bài toán giáo viên yêu cầu
- Lực kéo của anh An là
- Công của anh An thực hiện được là:
- Lực kéo của anh Dũng là
- Công của anh Dũng thực hiện được là:
2 h = 240.4 = 960 (J) GV: Vậy theo em ai làm viê ̣c khỏe hơn ai?
HS: có hs lúng túng, có hs trả lời là anh An, có hs trả lời là anh Dũng
Để so sánh năng suất làm việc của hai anh trong trường hợp trên, chúng ta cần xác định đại lượng phù hợp để thực hiện so sánh.
HS: Được đặt vào tình huống có vấn đề vì các em chưa biết đa ̣i lượng nào để so sánh
Trong bài học hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu về đại lượng dùng để so sánh trong trường hợp công và công suất, cụ thể là nội dung của Bài 24 - Công và công suất (tiết 2).
Ti ̀nh huống 3:Bài 25 Động năng
GV: Cho cả lớp xem đoạn video về lũ lụt ở Việt Nam, sóng thần xảy ra ở Nhật
GV: Qua những hình ảnh mà các em đã xem, các em hãy cho biết dòng nước có sức tàn phá như thế nào?
HS: Dòng nước cuốn trôi nhà cửa, xe cộ, người, động vật…
GV: Dòng nước đã mang năng lượng dưới dạng nào?
HS: Có HS không trả lời được,có HS trả lời động năng
Năng lượng của dòng nước có mối quan hệ chặt chẽ với vận tốc của nó Bài học hôm nay sẽ giúp chúng ta khám phá và hiểu rõ hơn về mối quan hệ này.
Ti ̀nh huống 4: Bài 26 Thế năng
GV: Cho HS xem một số hình ảnh
GV: Các vật ( mũi tên, khối gỗ, quả cân) có mang năng lượng không?
HS: Các vật này có mang năng lượng
GV: Năng lượng các vật mang là dạng năng lượng nào?
HS: Dạng năng lượng đó là thế năng
GV: Có mấy loại thế năng?
HS: Có hai loại thế năng đàn hồi và thế năng hấp dẫn
GV: Thế năng của các vật phụ thuộc vào yếu tố nào? Biểu thức toán học nào thể hiện mối quan hệ đó?
HS Không trả lời được
GV dẫn dắt HS vào bài mới
Ti ̀nh huống 5: Bài 27 Cơ năng
GV: Dùng một quả bóng ném thẳng đứng lên cao Hãy cho biết bóng sẽ chuyển động như thế nào?
HS: Quan sát chuyển động của quả bóng và trả lời:
Khi quả bóng đi lên, nó chậm dần và dừng lại trước khi rơi xuống nhanh chóng cho đến khi chạm đất Giáo viên đặt câu hỏi về mối liên hệ giữa động năng và thế năng của quả bóng, đồng thời tìm hiểu biểu thức nào thể hiện sự liên kết này.
Hs băn khoăn suy nghĩ Để trả lời được câu hỏi này chúng ta sẽ tìm hiểu nội dung bài học Cơ năng.