Tài liệu Dạy học bài tập chương 'chất khí' vật lý lớp 10 chương trình nâng cao theo lý thuyết phát triển bài tập

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN THỊ DIỆP DẠY HỌC BÀI TẬP CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ LỚP 10 CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO THEO LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 60 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THỊ NHỊ Nghệ An, 2013 2 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu, khoa sau đại học, quý thầy cô giáo khoa Vật lý trường Đại học Vinh cùng quý thầy cô giáo đã trực tiếp tham gia giảng dạy. TS. Nguyễn Thị Nhị, người đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn. Ban giám hiệu, thầy cô giáo tổ Vật lý, trường THPT Phạm Ngũ Lão - Huyện Ân Thi - Tỉnh Hưng Yên đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian tiến hành thực nghiệp sư phạm. Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với gia đình, bạn bè đã hết lòng giúp đỡ, động viên tác giả hoàn thành luận văn này. Nghệ An, tháng 8 năm 2013 Tác giả Trần Thị Diệp 3 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................................... BẢNG VIẾT TẮT ..................................................................................................................................... MỞ ĐẦU ................................................................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................................. 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 2 3.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................... 2 3.2. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 2 4. Giả thuyết khoa học............................................................................................................... 2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................................................ 2 6. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................................... 3 7. Đóng góp mới của đề tài ...................................................................................................... 3 8. Cấu trúc luận văn ................................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1.LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG ............................................................................................................................. 4 1.1. Bài tập trong dạy học vật lý ................................................................................................. 4 1.1.1. Định nghĩa bài tập.................................................................................................................. 4 1.1.2. Vai trò của bài tập vật lý trong dạy học ............................................................................ 4 1.1.3. Phân loại bài tập vật lý.......................................................................................................... 5 1.1.3.1.Phân loại theo nội dung ....................................................................................................... 5 1.1.3.2.Phân loại bài tập theo phương thức cho điều kiện hoặc phương thức giải ................ 6 1.1.3.3.Phân loại bài tập theo mức độ nhận thức ......................................................................... 8 1.1.4. Phương pháp giải bài tập vật lý........................................................................................... 9 1.1.5. Các cách hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý............................................................ 10 1.1.5.1.Hướng dẫn giải theo mẫu (hướng dẫn Algôrit)............................................................. 10 1.1.5.2.Hướng dẫn tìm tòi (Ơrixtic) .............................................................................................. 11 1.1.5.3.Định hướng khái quát chương trình hóa ........................................................................ 12 1.1.6. Các hình thức dạy học bài tập vật lý ở trường phổ thông [20] ................................... 12 1.1.6.1.Bài tập trong tiết học kiến thức mới ................................................................................ 12 1.1.6.2.Bài tập trong tiết luyện tập ................................................................................................ 13 1.1.6.3.Bài tập trong tiết ôn tập ..................................................................................................... 15 4 1.1.6.4.Trong bài học kiểm tra đánh giá ...................................................................................... 15 1.1.6.5.Bài tập trong các buổi ngoại khóa ................................................................................... 15 1.2. Lý thuyết phát triển bài tập vật lý [13] ............................................................................ 16 1.2.1. Khái niệm phát triển bài tập vật lý ................................................................................... 16 1.2.2. Tại sao trong dạy học BTVL cần vận dụng lý thuyết phát triển BTVL?.................. 16 1.2.3. Các phương án phát triển bài tập vật lý ........................................................................... 18 1.2.4. Quy trình xây dựng BTVL một chương theo lý thuyết phát triển BTVL [13] ........ 21 1.2.5. Quy trình thiết kế bài học bài tập vật lý theo lý thuyết phát triển bài tập................. 21 1.2.6. Các hình thức dạy học bài tập theo lý thuyết phát triển bài tập.................................. 22 1.2.6.1. Bài học luyện giải bài tập ................................................................................................. 22 1.2.6.2. Bài học ôn tập tổng kết ..................................................................................................... 23 1.2.6.3. Bài học kiểm tra đánh giá................................................................................................. 23 1.2.6.4. Bài học ở nhà ...................................................................................................................... 23 1.2.6.5. Bài học tự chọn .................................................................................................................. 23 1.3. Thực trạng về dạy học bài tập vật lý ở một số trường phổ thông ở huyện Ân Thi............ 24 1.4. Kết luận chương I ................................................................................................................ 25 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “CHẤT KHÍ” VẬT LÝ LỚP 10 THEO THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP ............................................................. 27 2.1. Vị trí, đặc điểm chương “chất khí” trong vật lý lớp 10 chương trình nâng cao ........... 27 2.1.1. Vị trí ....................................................................................................................................... 27 2.1.2. Đặc điểm................................................................................................................................ 27 2.2. Mục tiêu, nội dung dạy học chương “Chất khí” trong vật lý lớp 10 chương trình nâng cao ....................................................................................................................... 28 2.2.1. Mục tiêu theo chuẩn kiến thức kỹ năng [7] .................................................................... 28 2.2.2. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Chất khí” lớp 10 chương trình nâng cao ............ 28 2.2.3. Những đơn vị kiến thức cơ bản trong chương “Chất khí” lớp 10 chương trình nâng cao .... 29 2.2.3.1. Thuyết động học phân tử chất khí .................................................................................. 29 2.2.3.2. Các định luật và phương trình chất khí ......................................................................... 31 2.3. Xây dựng hệ thống bài tập cơ bản chương “Chất khí” lớp 10 chương trình nâng cao..... 33 2.3.1. Bài tập cơ bản 1: Quá trình đẳng nhiệt ............................................................................ 34 2.3.2. Bài tập cơ bản 2: Quá trình đẳng tích .............................................................................. 34 2.3.3. Bài tập cơ bản 3: Quá trình đẳng áp ................................................................................. 34 5 2.3.4. Bài tập cơ bản 4: Phương trình trạng thái khí lý tưởng ................................................ 35 2.3.5. Bài tập cơ bản 5: Phương trình Cla-pê-rôn_Men-đê-lê-ép .......................................... 35 2.4. Phát triển bài tập cơ bản trong chương “Chất khí” lớp 10 chương trình nâng cao ........... 36 2.4.1. Phát triển bài tập cơ bản 1................................................................................................. 36 2.4.2. Phát triển bài tập cơ bản 2 .................................................................................................. 41 2.4.3. Phát triển bài tập cơ bản 3 .................................................................................................. 45 2.4.4. Phát triển bài tập cơ bản 4 .................................................................................................. 51 2.4.5. Phát triển bài tập cơ bản 5 .................................................................................................. 57 2.5. Sử dụng hệ thống bài tập chương “Chất khí” theo lý thuyết phát triển bài tập ....... 64 2.5.1. Bài học luyện tập giải bài tập ............................................................................................ 64 2.5.2. Giáo án: Hướng dẫn học sinh tự phát triển bài tập vật lý (Xem ở phụ lục II) ......... 78 2.5.3. Giáo án: BT tự chọn (Xem ở phụ lục II) ......................................................................... 78 2.6. Kết luận chương 2................................................................................................................ 78 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ........................................................................................... 79 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm........................................................................................ 79 3.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ............................................................................... 79 3.3. Đối tượng thực nghiệm sư phạm ...................................................................................... 79 3.4. Phương pháp tiến hành thực nghiệm sư phạm ............................................................... 79 3.5. Nội dung thực nghiệm sư phạm ........................................................................................ 80 3.5.1. Chọn lớp đối tượng và lớp thực nghiệm ......................................................................... 80 3.5.2. Các bước chuẩn bị cho việc thực nghiệm ....................................................................... 80 3.6. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm .......................................................................... 80 3.6.1. Đánh giá định tính ............................................................................................................... 80 3.6.2. Đánh giá định lượng ............................................................................................................ 81 3.7. Kết luận chương 3................................................................................................................ 84 KẾT LUẬN........................................................................................................................................... 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................................... 86 PHỤ LỤC ................................................................................................................................................. 6 BẢNG VIẾT TẮT Viết tắt Cụm từ BT.......................................Bài tập BTCB..................................Bài tập cơ bản BTVL..................................Bài tập vật lý BTTH..................................Bài tập tổng hợp DH.......................................Dạy học DHVL.................................Dạy học vật lý HS.......................................Học sinh GV.......................................Giáo viên SGK.....................................Sách giáo khoa SGV.....................................Sách giáo viên THPT..................................Trung học phổ thông KHTN..................................Khoa học tự nhiên KTCB...................................Kiến thức cơ bản PA.......................................Phương án LTN.....................................Lớp thực nghiệm LĐC.....................................Lớp đối chứng LLDH..................................Lý luận dạy học 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay chúng ta đang bước vào những năm đầu của Thế kỷ 21, bước vào kỷ nguyên của thời đại bùng nổ thông tin với nền kinh tế tri thức. Xu thế hội nhập và phát triển đòi hỏi giáo dục và đào tạo phải tích cực đổi mới về mọi mặt. Trước sự phát triển của thế giới, ngành giáo dục Việt Nam đang mang trên mình một trọng trách vô cùng to lớn, cần có những bước phát triển đúng hướng và nhảy vọt để tạo ra nguồn nhân lực trình độ cao, đáp ứng yêu cầu trong nước và hội nhập quốc tế. Cung cấp nguồn nhân lực đặc biệt là nguồn nhân lực có trình độ cao chính là sứ mệnh của ngành Giáo dục và Đào tạo. Để đáp ứng được những yêu cầu và đòi hỏi trên thì trong quá trình học tập tại nhà trường HS phải lĩnh hội được giá trị của tất cả các môn học nói chung và đối với môn Vật lý nói riêng. Học Vật lý nhằm nhận thức được các đặc tính Vật lý của các hiện tượng, những mối quan hệ khách quan có tính quy luật giữa chúng và vận dụng những tri thức khái quát đã thu được vào hoạt động thực tiễn nhằm cải tạo tự nhiên. Còn đối với BTVL nói riêng, nó hỗ trợ đắc lực cho việc củng cố, vận dụng, mở rộng và hoàn thiện kiến thức lý thuyết đã học một cách sinh động có hiệu quả. Bài tập có ý nghĩa quan trọng trong việc kiểm tra đánh giá kiến thức, hình thành tính tự lực, tính kiên trì, trong việc tìm tòi và khám phá cái mới, khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiến đời sống một cách linh hoạt. Việc dạy Vật lý ở một số trường THPT hiện nay chưa phát huy được hết vai trò của BTVL trong việc thực hiện các nhiệm vụ dạy học. Một phần do đa số GV chỉ giao BT ở SGK để HS tham khảo và xem đó là BT mẫu để HS làm các BT khác. Do đó chưa phát huy được tính sáng tạo của HS khi giải BTVL và khi áp dụng cũng không linh hoạt, nhất là khi cho BT khác dạng thì HS lúng túng không giải quyết được. Bên cạnh đó đa số HS hiện nay còn thụ động trong việc học tập của mình, các em chỉ học xoay quanh những gì mà GV đã cung cấp ít khi chủ động tự lực tìm tòi những điều mới lạ ngoài những thông tin mà GV đã cung cấp. Mặt khác một số HS sau thời gian học tập ở trường về nhà do phải giúp đỡ gia đình nên không có thời gian tự tìm tòi khám phá học hỏi thêm. 2 Bài tập Vật lý rất đa dạng và phong phú, tùy theo mục đích sử dụng mà chúng ta có các cách phân loại khác nhau. Chúng ta sẽ phân loại BTVL theo mức độ phức tạp: BTCB và BTTH. BTCB chỉ chú trọng vào củng cố vận dụng những kiến thức, kỹ năng ở mức độ đơn giản còn BTTH giúp HS hình thành được kỹ năng giải toán, tư duy phát triển và khả năng tự lực giải các bài toán ở mức độ khó tất cả điều này có được khi HS biết cách sử dụng kiến thức tổng hợp trên nền tảng là những BTCB. Trong chương “Chất khí” Vật lý 10 chương trình nâng cao có rất nhiều bài tập đa dạng và phong phú mà bản thân nó lại chứa đựng những hiện tượng xung quanh chúng ta nên nhu cầu giải BT sẽ kích thích tính tò mò ham học hỏi của HS. Quá trình giải bài tập HS phải sử dụng huy động tối đa lượng kiến thức của mình. Từ những lí do trên, trong khuôn khổ của luận văn, tôi chọn đề tài: “Dạy học bài tập chương “Chất khí” Vật lý lớp 10 chương trình nâng cao theo lý thuyết phát triển bài tập”. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập chương “Chất khí” Vật lý 10 chương trình nâng cao theo lý thuyết phát triển bài tập Vật lý nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương này nói riêng và dạy học Vật lý ở trường THPT nói chung. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu - Bài tập vật lý. - Lý thuyết phát triển bài tập trong dạy học Vật lý ở trường THPT. - Quá trình dạy học vật lý. 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Chương “Chất khí” Vật lý lớp 10 THPT chương trình nâng cao. 4. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được hệ thống bài tập theo lý thuyết phát triển bài tập chương “Chất khí” Vật lý 10 chương trình nâng cao đáp ứng các yêu cầu về tính khoa học, tính sư phạm và sử dụng hệ thống BT đã xây dựng như đề xuất của luận văn thì có thể góp phần nâng cao chất lượng dạy học chương “Chất khí” nói riêng, dạy học Vật lý ở trường THPT nói chung. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận dạy học bài tập Vật lý ở trường phổ thông. - Nghiên cứu về lý thuyết phát triển bài tập Vật lý. 3 - Nghiên cứu chương trình, sách giáo khoa, chuẩn kiến thức, mục tiêu, cấu trúc, nội dung chương “Chất khí” Vật lý 10 chương trình nâng cao. - Tìm hiểu thực trạng dạy học bài tập Vật lý ở một số trường THPT trên địa bàn huyện Ân Thi- Tỉnh Hưng Yên. - Xây dựng hệ thống BTVL theo lý thuyết phát triển bài tập chương “Chất khí” Vật lý lớp 10 chương trình nâng cao. - Đề xuất các phương án dạy học sử dụng hệ thống bài tập Vật lý đã xây dựng theo lý thuyết phát triển bài tập. - Thực nghiệm sư phạm đánh giá kết quả nghiên cứu. 6. Phương pháp nghiên cứu 6.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận. 6.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn. 6.3. Phương pháp thống kê toán học. 7. Đóng góp mới của đề tài - Luận văn góp phần hiện thực hóa lý thuyết phát triển bài tập trong dạy học bài tập Vật lý ở trường phổ thông. - Xây dựng được hệ thống 5 BTCB chương “Chất khí” Vật lý 10 chương trình nâng cao có 32 bài tập điển hình minh họa cho sự phát triển bài tập Vật lý. - Thiết kế 4 tiến trình dạy học gồm: 1 bài học luyện tập giải BTVL, 1 bài học tổng kết chương, 1 bài học giải BTVL ở nhà của HS, 1 bài học tự chọn học sinh khá giỏi theo lý thuyết phát triển BT phát huy chức năng LLDH của BTVL. 8. Cấu trúc luận văn Mở đầu. Nội dung. Chương 1. Lý thuyết phát triển bài tập trong dạy học vật lý ở trường phổ thông. Chương 2. Xây dựng và sử dựng hệ thống bài tập chương “Chất khí” vật lý lớp 10 chương trình nâng cao theo lý thuyết phát triển bài. Chương 3. Thực nghiệm sư phạm. Kết luận. Tài liệu tham khảo. Phụ lục. 4 CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT PHÁT TRIỂN BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG Bài tập là một phương tiện dạy học truyền thống phát huy có hiệu quả chức năng giáo dưỡng, giáo dục, phát triển và giáo dục kỹ thuật tổng hợp. Chính vì vậy, dạy học bài tập Vật lý giữ vị trí đặc biệt quan trọng. Trong chương này chúng tôi hệ thống hóa những cơ sở lí luận về BTVL và giới thiệu một lý thuyết mới về dạy học BTVL đang được nghiên cứu, triển khai gần đây nhằm khai thác hiệu quả hơn các chức năng lí luận dạy học của BTVL, đặc biệt là nâng cao tính chủ động học tập của HS trong hoạt động giải BTVL, biến học thành tự học. 1.1. Bài tập trong dạy học vật lý 1.1.1. Định nghĩa bài tập Bài tập vật lý được hiểu là một vấn đề đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờ những suy lí lôgic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lý [20]. 1.1.2. Vai trò của bài tập vật lý trong dạy học BTVL có vai trò hết sức quan trọng, chúng được sử dụng trong DHVL với những mục đích khác nhau được thể hiện như sau [20]: a. BTVL có thể được sử dụng như là phương tiện nghiên cứu tài liệu mới. BT tạo ra tình huống có vấn đề để bước vào bài học mới. Bài tập có thể là điểm khởi đầu dẫn dắt đến kiến thức mới: khi đã có trình độ toán học, nhiều khi các BT được sử dụng khéo léo có thể dẫn HS đến những suy nghĩ về một hiện tượng mới hoặc xây dựng một khái niệm mới để giải thích hiện tượng mới do BT phát hiện ra. b. BTVL là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức một cách sinh động có hiệu quả. Khi giải các BT đòi hỏi HS phải ghi nhớ lại các công thức, định luật, kiến thức đã học, có khi đòi hỏi phải vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức đã học trong một chương, một phần hoặc giữa các phần nhờ đó HS sẽ hiểu rõ hơn, ghi nhớ vững chắc các kiến thức đã học. 5 c. BTVL là một phương tiện rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát. Có thể xây dựng rất nhiều BT có nội dung thực tiễn. Khi giải các BT đó không chỉ làm cho HS nắm vững các kiến thức đã học, mà còn tập cho HS quen với việc liên hệ lý thuyết với thực tế vận dụng kiến thức đã học giải quyết những vấn đề đặt ra trong cuộc sống như giải thích các hiện tượng cụ thể của thực tiễn, dự đoán hiện tượng có thể xẩy ra trong thực tiễn ở những điều kiện cho trước. d. BT là một phương tiện (công cụ) có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho HS. Giải bài tập vật lý là hình thức làm việc tự lực căn bản của HS. Trong khi giải bài tập HS phải phân tích các điều kiện của đề bài, tự lực xây dựng những lập luận, phải huy động các thao tác tư duy để xây dựng những lập luận, thực hiện việc tính toán, có khi phải tiến hành thí nghiệm, thực hiện các phép đo xác định sự phụ thuộc hàm số giữa các đại lượng, kiểm tra kết luận của mình. Trong những điều kiện đó tư duy lôgic, tư duy sáng tạo của HS được phát triển, năng lực giải quyết vấn đề và năng lực làm việc độc lập của HS được nâng cao. e. Thông qua giải BT có thể rèn luyện cho HS những đức tính tốt và tác phong làm việc khoa học như: tính tự lực cao, tính kiên trì vượt khó, tính cẩn thận, tính tác hợp, tính khiêm tốn học hỏi… f. BTVL là phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức kỹ năng của HS một cách chính xác. 1.1.3. Phân loại bài tập vật lý BTVL đa dạng và phong phú. Người ta phân loại BTVL bằng nhiều cách khác nhau theo nhiều đặc điểm: theo nội dung, theo ý nghĩa mục đích, theo chiều sâu của việc nghiên cứu vấn đề, theo phương thức giải, theo phương thức cho giả thiết, theo mức độ khó của nhận thức [20]. 1.1.3.1. Phân loại theo nội dung - Các BT được sắp xếp theo các đề tài của tài liệu vật lý. Người ta phân biệt các bài tập về cơ học, về vật lý phân tử, về điện học,v.v.. Sự phân chia như vậy có tính quy ước. - Người ta còn phân biệt các BT nội dung trừu tượng, BT nội dung cụ thể. Nét nổi bật của BT trừu tượng là bản chất vật lý nêu bật lên, nó được tách ra và không lẫn 6 lộn với các chi tiết không bản chất. Ưu điểm của BT cụ thể là tính trực quan cao, gắn với thực tế. - Các BT mà nội dung chứa đựng những thông tin về kỹ thuật, về sản xuất công nông nghiệp, về giao thông,... được gọi là những BT có nội dung kỹ thuật tổng hợp. - BT có nội dung lịch sử, đó là những BT chứa đựng những kiến thức có đặc điểm lịch sử: những dữ liệu và thí nghiệm vật lý cổ điển, về những phát minh, sáng chế hoặc những câu chuyện có tích chất lịch sử. - Bài tập vật lý vui cũng được sử dụng rộng rãi. Nét nổi bật trong nội dung loại BT này là sử dụng những sự kiện, hiện tượng kì lạ hoặc vui. 1.1.3.2. Phân loại bài tập theo phương thức cho điều kiện hoặc phương thức giải a. Bài tập định tính Bài tập định tính là những BT khi giải, HS không cần phải thực hiện các phép tính phức tạp khi cần thiết chỉ làm những phép tính đơn giản, có thể tính nhẩm được. Muốn giải chúng HS phải thực hiện những phép suy luận lôgic, do đó phải hiểu bản chất của các khái niệm, định luật vật lý và nhận biết được những biểu hiện của chúng trong những trường hợp cụ thể. Đa số các BT định tính yêu cầu HS giải thích hoặc dự đoán một hiện tượng xảy ra trong những điều kiện xác định. Bài tập định tính có rất nhiều ưu điểm về mặt phương pháp học. Đưa được lý thuyết vừa học lại gần với đời sống, thực tiễn xung quanh, các BT định tính làm tăng thêm ở HS hứng thú môn học, tạo điều kiện cho HS suy luận phát triển ngôn ngữ vật lý. Phương pháp giải những BT định tính bao gồm những suy lý lôgic dựa trên những định luật vật lý nên BT định tính là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy lôgic cho HS. Việc giải những BT định tính rèn luyện cho HS hiểu sõ bản chất của các hiện tượng vật lý và những quy luật của chúng, dạy học HS biết áp dụng kiến thức vào thực tiễn. Giải các BT định tính rèn luyện cho HS thao tác tư duy phân tích, như vậy tạo cơ sở HS biết phân tích nội dung vật lý của một BT nói chung và BT tính toán nói riêng. Bài tập định tính được sử dụng ưu tiên hàng đầu sau khi học xong lý thuyết, trong khi luyện tập, ôn tập vật lý. Bài tập định tính thường có hai dạng: BT giải thích hiện tượng và BT dự đoán hiện tượng. 7 b. Bài tập tính toán Bài tập tính toán là những BT muốn giải chúng ta phải thực hiện một loạt phép tính và kết quả thu được là đáp số định lượng, tìm giá trị một số đại lượng vật lý. Bài tập tính toán được chia làm hai loại: - Bài tập tính toán tập dượt là những BTCB, đơn giản, trong đó chỉ đề cập đến một hiện tượng, một định luật và sử dụng một vài phép toán đơn giản. Nó có tác dụng củng cố kiến thức cơ bản vừa học, giúp HS hiểu sõ ý nghĩa định luật và công thức biểu diễn, sử dụng các đơn vị vật lý tương ứng và có thói quen cần thiết để giải BT phức tạp. - Bài tập tính toán tổng hợp là loại BT muốn giải nó thì phải vận dụng nhiều khái niệm, định luật, dùng nhiều công thức. Kiến thức tích hợp nhiều nội dung kiến thức trong một chương, một phần hoặc các phần của tài liệu vật lý. Loại BT này giúp HS đào sâu, mở rộng kiến thức, thấy được mối liên hệ giữa các kiến thức vật lý với nhau, luyện tập phân tích những hiện tượng phức tạp ra thành những phần đơn giản tuân theo một định luật xác định. c. Bài tập thí nghiệm Bài tập thí nghiệm là loại BT yêu cầu xác định một đại lượng vật lý, cho biết dụng cụ và vật liệu để sử dụng, yêu cầu HS giải BT hoàn toàn theo con đường thực nghiệm hoặc là BT đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lý thuyết. Các BT thí nghiệm ở trường phổ thông thường các dụng cụ thiết bị thí nghiệm có thể khai thác ở phòng thí nghiệm trong nhà trường hoặc HS sử dụng các thiết bị tự làm. BT thí nghiệm có thể là dạng BT thí nghiệm định tính hoặc dạng BT thí nghiệm định lượng. Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt về mặt giáo dưỡng, phát triển trí tuệ, giáo dục kỹ thuật tổng hợp, đặc biệt bồi dưỡng năng lực thực nghiệm và làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lý thyết và thực tiễn. Bài tập thí nghiệm luôn gây được hứng thú cho HS, phát huy được tính tích cực tìm tòi, khám phá và sáng tạo. Có thể giải BT thí nghiệm bằng những thiết bị rất thông thường, đơn giản, bề ngoài có vẻ kém hiệu quả trong việc gây hứng thú cho HS, song nếu khai thác lại có ý nghĩa to lớn trong việc phát triển tư duy sáng tạo của HS. 8 d. Bài tập đồ thị Bài tập đồ thị là những BT trong đó đối tượng nghiên cứu là những đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng vật lý. Nó đòi hỏi HS phải biểu diễn quá trình của các hiện tượng nêu trong BT đồ thị. Đồ thị là một hình thức biểu đạt mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý, tương đương với cách biểu đạt bằng lời hay công thức. Nhiều khi nhờ vẽ được chính xác đồ thị biểu diễn các số liệu thực nghiệm mà ta có thể tìm được định luật vật lí mới. Bởi vậy, các BT luyện tập sử dụng đồ thị có vị trí ngày càng quan trọng trong DHVL. Bài tập đồ thị thường có 2 dạng - Dạng 1: Giả thiết cho đồ thị, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng, thì phải đọc đồ thị đòi hỏi phải thông hiểu đồ thị đó, phân tích đặc điểm của sự phụ thuộc trên từng phần của nó. - Dạng 2: Từ thông tin giả thiết của BT cần phải vẽ đồ thị để giải BT. Nếu không cho đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng thì phải vẽ đồ thị theo giải thiết của BT hoặc theo các giá trị lấy từ các bảng riêng. e. Bài tập nghịch lý và ngụy biện Các bài tập nghịch lý và ngụy biện về vật lý là những BT loại đặc biệt mà phương pháp giải chung nhất là phân tích và tìm ra nguyên nhân của sự hiểu sai các khái niệm, định luật và lý thuyết vật lý. Giải các BT này công việc đầu tiên phải làm bao giờ cũng là nghiên cứu lại chính khái niệm, định luật và lý thuyết vật lý mà BT đề cập đến. Sau khi đối chiếu đúng nội dung và phạm vi vận dụng của tri thức vật lý tương ứng với nghịch lý và ngụy biện đề cập tới trong BT, ta sẽ bước sang giai đoạn đi tìm nguyên nhân của kết luận trái ngược hoặc sai khác giữa những điều khẳng định trong BT với những điều đáng lý phải xảy ra theo đúng như kết luận do tri thức hiểu đúng mang lại. Nguyên nhân của những sai lầm tiềm ẩn trong các nghịch lý và ngụy biện luôn đa dạng cho nên các BT loại này bao giờ cũng có nhiều yếu tố mới, bất ngờ, dễ kích thích sự tò mò, hiểu biết của người giải. Các BT ngụy biện có tác dụng tích cực rèn luyện năng lực tự đánh giá và kiểm tra mức lĩnh hội tri thức vật lý, còn các BT nghịch lý có giá trị lớn phát triển sự khám phá, tìm tòi tri thức. 1.1.3.3. Phân loại bài tập theo mức độ nhận thức 9 Ta có thể phân chia BTVL làm hai loại: - Bài tập luyện tập: ôn tập kiến thức, rèn luyện các kỹ năng áp dụng những kiến thức xác định giải các BT theo một khuôn mẫu đã có. - Bài tập sáng tạo về vật lý: dùng cho việc bồi dưỡng các phẩm chất tư duy sáng tạo như: tính linh hoạt, mềm dẻo, độc đáo, nhạy cảm. Tính sáng tạo thể hiện ở chỗ không có angôrit cho việc giải BT, đề bài che dấu dữ kiện khiến người giải không thể liên hệ tới một angôrit đã cho. Với BT sáng tạo người giải phải vận dụng kiến thức linh hoạt trong tình huống mới. 1.1.4. Phương pháp giải bài tập vật lý Việc rèn luyện cho HS biết cách giải bài tập một cách khoa học, đảm bảo đi đến kết quả một cách chính xác là một việc rất cần thiết. Nó không những giúp HS nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện kỹ năng suy luận lôgic, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch. BTVL rất đa dạng, cho nên phương pháp giải cũng rất phong phú. Tuy nhiên, có thể vạch ra một dàn chung gồm những bước chính sau đây [16]: 1.Tìm hiểu đầu bài Bước này bao gồm việc xác định ý nghĩa vật lý của các thuật ngữ, phân biệt đâu là ẩn số, đâu là dữ kiện. Trong nhiều trường hợp, ngôn ngữ trong bài không hoàn toàn trùng với ngôn ngữ dùng trong lời phát biểu các định nghĩa, các định luật, các quy tắc vật lý, cần phải chuyển sang ngôn ngữ vật lý tương ứng thì mới dễ áp dụng các định nghĩa, quy tắc, định luật vật lý. Với những bài tập tính toán, sau khi tìm hiểu đầu bài, cần dùng các ký hiệu để tóm tắt đầu bài cho gọn. Trong trường hợp cần thiết, phải vẽ hình để diễn đạt những điều kiện của đầu bài. Nhiều khi hình vẽ giúp HS dễ nhận biết diễn biến của hiện tượng, mối quan hệ giữa các đại lượng. 2. Phân tích hiện tượng Trước hết là nhận biết những dữ kiện cho đầu bài có liên quan đến những khái niệm nào, hiện tượng nào, quy tắc nào, định luật nào trong vật lý. Xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng nêu trong đầu bài, mỗi giai đoạn bị chi phối bởi những đặc tính nào, định luật nào. Cần phải hình dung rõ toàn bộ diễn biến của hiện tượng và 10 các định luật chi phối nó trước khi xây dựng bài giải cụ thể. Có như vậy mới hiểu rõ được bản chất của hiện tượng, trách được sự mò mẫm, máy móc áp dụng các công thức. 3. Xây dựng lập luận Thực chất của bước này là tìm quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho. Đối với những bài tập tổng hợp phức tạp, có hai phương pháp xây dựng lập luận để giải: phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp. Theo phương pháp phân tích thì xuất phát từ ẩn số của BT, tìm ra mối quan hệ giữa ẩn số đó với một đại lượng nào đó theo định luật đã xác định ở bước 2, diễn đạt bằng một công thức có chứa ẩn số. Sau đó, tiếp tục phát triển lập luận hoặc biến đổi công thức này theo các dữ kiện đã cho. Cuối cùng, tìm được một công thức chỉ chứa mối quan hệ giữa ẩn số với các dữ kiện đã cho. Theo phương pháp tổng hợp thì trình tự làm ngược lại: điểm xuất phát không phải từ ẩn số mà từ những dữ kiện của đầu bài, xây dựng hoặc biến đổi các công thức diễn đạt mối quan hệ giữa các dữ kiện đã cho với các đại lượng khác để tiến dần đến công thức cuối cùng có chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho. Cả hai phương pháp đều có giá trị, nhiều khi chúng bổ sung cho nhau. Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu của quá trình vận dụng kiến thức để giải thì phương pháp phân tích dễ thực hiện hơn đối với HS vì mục tiêu của lập luận rõ ràng hơn. 4. Biện luận Trong bước này, ta phải phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều kiện đầu BT hoặc không phù hợp với thực tế. Việc biện luận này cũng là một cách để kiểm tra sự đúng đắn của quá trình lập luận. Đôi khi, nhờ sự biện luận này mà HS có thể tự phát hiện ra những sai lầm của quá trình lập luận, do sự vô lý của kết quả thu được. Việc giải tất cả các loại BT đều phải trải qua bước 1 và bước 2 để không rơi vào sự mò mẫm, quanh co trong các bước sau. Tuy nhiên, việc xây dựng lập luận có thể có những nét khác nhau. 1.1.5. Các cách hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý 1.1.5.1. Hướng dẫn giải theo mẫu (hướng dẫn Algôrit) 11 Sự hướng dẫn hành động theo mẫu thường được gọi là hướng dẫn Algôrit. Ở đây hướng dẫn Algôrit được dùng với ý nghĩa là một quy tắc hành động hay một chương trình hành động được xác định một cách rõ ràng, chính xác và chặt chẽ, chỉ cần thực hiện theo trình tự mà quy tắc đã chỉ ra thì chắc chắn sẽ đến kết quả. Hướng dẫn Algôrit là hướng dẫn chỉ rõ cho HS hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt kết quả mong muốn. Những hành động này được coi là hành động sơ cấp phải được HS hiểu một cách đơn giản và HS là nắm vững. Kiểu hướng dẫn Algôrit không đòi hỏi học sinh tự mình tìm tòi xác định các hành động cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra, mà chỉ đòi hỏi học sinh chấp hành các hành động mà GV chỉ ra, cứ theo đó HS sẽ giải được các BT đã cho. Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi GV phải phân tích một cách khoa học việc giải bài toán để xác định một trình tự chính xác, chặt chẽ của các hành động cần thực hiện để giải các BT. Cần đảm bảo cho các hành động đó là hành động sơ cấp đối với HS, nghĩa là kiểu hướng dẫn này đòi hỏi phải xây dựng được Algôrit bài toán. Kiểu hướng dẫn Algôrit thường được áp dụng khi cần dạy cho HS phương pháp giải một BT điển hình nào đó, nhằm luyện tập cho HS kỹ năng giải một loại bài toán xác định. Người ta xây dựng các Algôrit giải cho từng loại bài toán cơ bản, điển hình và luyện tập cho HS kỹ năng giải các bài toán đó dựa trên việc làm cho HS được các Algôrit giải. Kiểu hướng dẫn Algôrit có ưu điểm là bảo đảm cho HS giải bài toán đã cho một cách chắc chắn, nó giúp cho việc rèn luyện kỹ năng giải bài toán của HS có hiệu quả. Tuy nhiên, nếu chỉ hướng dẫn HS luôn luôn áp dụng kiểu Algôrit để giải bài toán thì HS chỉ quen chấp hành những hành động đã được chỉ dẫn theo mẫu đã có sẵn, do vậy ít có tác dụng rèn luyện cho HS khả năng tìm tòi, sáng tạo và sự phát triển tư duy bị hạn chế. 1.1.5.2. Hướng dẫn tìm tòi (Ơrixtic) Hướng dẫn tìm tòi là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho HS suy nghĩ, tìm tòi, phát hiện cách giải quyết vấn đề. Ở đây không phải là GV chỉ dẫn cho HS chấp hành các hành động theo hướng đã có để đi đến kết quả, mà GV gợi mở để HS tự tìm cách giải quyết, tự xác định các hành động cần thực hiện để đạt kết quả. 12 Kiểu hướng dẫn tìm tòi được áp dụng khi cần giúp đỡ HS vượt qua khó khăn để giải quyết được bài toán, đồng thời vẫn đảm bảo được yêu cầu phát triển tư duy cho HS, tạo điều kiện để HS tự lực tìm tòi cách giải quyết. Ưu điểm của kiểu hướng dẫn này là tránh được tình trạng GV làm thay cho HS trong việc giải BT. Nhưng vì kiểu hướng dẫn này đòi hỏi HS phải tự lực tìm cách giải quyết chứ không chỉ chấp hành theo mẫu nhất định đã được chỉ ra, nên không phải bao giờ cũng bảo đảm cho HS giải được bài toán một cách chắc chắn. Khó khăn của kiểu hướng dẫn này chính là ở chỗ hướng dẫn của GV phải làm sao không đưa HS đến chỗ thừa. Sự hướng dẫn như vậy nhằm giúp HS trong việc định hướng suy nghĩ vào phạm vi cần tìm tòi, chứ không thể ghi nhận tái tạo cái có sẵn. 1.1.5.3. Định hướng khái quát chương trình hóa Định hướng khái quát chương trình hoá cũng là sự hướng dẫn cho HS tự tìm tòi cách giải quyết vấn đề. Nét đặc trưng của kiểu hướng dẫn này là GV hướng dẫn hoạt động tư duy của HS theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề. Sự định hướng ban đầu đòi hỏi sự tự lực tìm tòi giải quyết vấn đề của HS. Nếu HS không đáp ứng được thì giúp đỡ tiếp theo của GV là sự định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hoá thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho HS để thu hẹp phạm vi tìm tòi, giải quyết cho vừa sức với HS. Nếu HS vẫn không đủ khả năng tự lực tìm tòi giải quyết thì sự hướng dẫn của GV trở thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho HS hoàn thành được yêu cầu một bước, sau đó yêu cầu HS tự lực tìm tòi giải quyết bước tiếp theo. Nếu cần GV giúp đỡ thêm cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra. Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài toán của HS, nhằm giúp HS tự giải được bài toán đã cho, đồng thời dạy cho HS cách suy nghĩ trong quá trình giải bài toán. Kiểu hướng dẫn này có ưu điểm kết hợp được việc thực hiện các yêu cầu: - Rèn luyện tư duy của học sinh trong quá trình giải toán. - Đảm bảo để HS giải được bài toán đã cho. Để làm tốt thì yêu cầu GV phải theo sát tiến trình hoạt động giải toán và có sự điều chỉnh thích hợp với từng đối tượng HS. 1.1.6. Các hình thức dạy học bài tập vật lý ở trường phổ thông [20] 1.1.6.1. Bài tập trong tiết học kiến thức mới 13 Trong các tiết học tài liệu mới người ta thường dành trung bình khoảng 30% thời gian cho việc giải bài tập ở đầu hoặc cuối tiết học. Vào đầu tiết học, các bài tập thường được sử dụng để kiểm tra kiến thức của HS hoặc để củng cố tài liệu đã học. Thông thường GV thường sử dụng các biện pháp sau: - GV gọi HS lên bảng và yêu cầu từng em giải BT do GV ra. - Một vài HS giải BT trong vở hoặc lên những tờ giấy. - Trước khi học kiến thức mới cho cả lớp làm bài viết trong 10-15 phút. Ưu điểm: kiểm tra một cách linh hoạt kiến thức của học sinh, nâng cao ý thức trách nhiệm của học sinh đối với việc học tập tiết kiệm được thời gian. Nhược điểm: Nhiều khi chúng chiếm mất phần khá lớn thời gian học có hiệu quả nhất của tiết học và thường hay vỡ kế hoạch, không đảm bảo được thời gian học kiến thức mới. Các BT cho đầu tiết học, trước khi học kiến thức mới không thể cồng kềnh. Khi nghiên cứu tài liệu mới tùy theo nội dung của tài liệu và phương pháp dạy học các BT có thể là một phương tiện đóng vai trò minh họa cho kiến thức mới hoặc là phương tiện chủ yếu rút ra kết luận mới. Khi củng cố tài liệu mới, GV thường phân tích các BT trước cả lớp hoặc cho HS tự làm bài viết. Khó khăn chủ yếu là làm sao cho tất cả HS đều tích cực tự lực làm việc và GV kịp thời nhận được những thông tin về các kết quả đó. Để khắc phục khó khăn đó khi học tài liệu mới trước khi kết thúc tiết học 10-12 phút GV ra BT về nhà cho HS trong đó GV hướng dẫn một hoặc hai bài và yêu cầu HS giải các bài này. Đồng thời cho HS biết sẽ thu vở chấm trước khi hết tiết học 2-3 phút. Khi đó nó sẽ kích thích tích tự lực của học sinh để đạt điểm tốt. 1.1.6.2. Bài tập trong tiết luyện tập Trong những tiết giải BT người ta thường dùng chủ yếu hai hình thức tổ chức làm việc của lớp là: giải BT trên lớp để HS theo dõi chung hoặc là HS tự làm BT vào vở. Người ta thường áp dụng hình thức thứ nhất khi phân tích những kiểu bài tập mới hoặc khi GV cần giới thiệu cho HS những kiến thức mới về phương pháp giải BT. Còn hình thức thứ hai chủ yếu là để hình thành kĩ năng và kĩ xảo thực hành cũng như để kiểm tra kết quả học tập của HS. 14 GV phải giải thích cho HS các nguyên tắc giải những loại BT mới bằng trình bày mẫu như là sự trình bày trong khi giới thiệu tài liệu lý thuyết mới. Thường là sau khi HS đã lĩnh hội được các kiến thức cần vận dụng để giải loại BT mới, GV phân tích một bài tập mẫu không quá phức tạp và làm cho HS hiểu sõ angôrít giải BT mẫu để vận dụng vào thực hành. BT giao cho HS làm phải vừa sức đồng thời phải phức tạp đúng mức và gây được hứng thú. Điều này đòi hỏi phải có một phương pháp phân biệt HS. Tùy theo trình độ của HS ta có thể cho HS làm những BT riêng ghi trên những tấm phiếu hoặc ra cho toàn lớp một số BT với mức độ phức tạp tăng dần và yêu cầu mỗi HS làm những bài mà mình cảm thấy vừa sức. Qua đây ta thấy cách thứ hai tốt hơn trong tiết luyện tập. Nó làm cho việc phân tích bài tập đã giải được dễ hơn và gây được không khí thi đua trong học tập. Trong tiết luyện tập về BT phải tích cực hóa tối đa hoạt động nhận thức của tất cả HS bằng cách sử dụng các phương pháp sư phạm sau đây: - Nêu mục đích của việc giải BT để chỉ cho HS thấy tầm quan trọng và sự cần thiết của việc luyện tập. - Đưa ra một giả thuyết hoặc một vài giả định có thể mâu thuẫn nhau, nhờ đó thu hút được sự chú ý của HS. Những BT nêu ra những ý kiến mâu thuẫn nhau hoặc làm bật ra những sai lầm và thiếu sót HS thường mắc phải trong học tập, qua đó kích thích hứng thú đặc biệt của HS. - Sử dụng bài tập vui, yếu tố vui trong nội dung bài tập làm cho HS thích thú và bớt mệt mỏi trong học tập. - Sử dụng tài liệu trực quan và các thí nghiệm vật lý. Muốn HS hiểu đầy đủ giải thiết của BT hoặc muốn trong khi làm bài tập HS lĩnh hội thêm được các kiến thức, bổ sung về các hiện tượng vật lý và các dụng cụ thì nên sử dụng rộng rãi hơn phương tiện này. - Kết hợp đúng đắn làm việc tập thể và cá nhân ở trong lớp. - Gọi HS lên bảng để giải bài tập. - Cho HS lập các BT. Việc cho HS tự mình lập các BT là một biện pháp rất có ích. Muốn vậy GV thường yêu cầu HS không những sửa và bổ sung câu trả lời của bạn mình trên lớp mà còn đặt ra các câu hỏi hoặc ra các BT không phức tạp theo những đề tài mà GV nêu lên. Công việc này thì có thể làm ngày ở lớp hoặc về nhà. Các BT này phải được GV kiểm tra và những bài hay nhất thì cho toàn lớp làm.