Tài liệu Dạy học bài tập vật lý phần “ các định luật bảo toàn” chương trình vật lý thpt

LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thạc sĩ - Doãn Phƣơng Lan giảng viên giảng dạy bộ môn vật lý trƣờng Đại Học Tây Bắc đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo trong tổ bộ môn vật lý. Khoa Toán - Lý - Tin, thƣ viện trƣờng Đại Học Tây Bắc đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này . Tôi xin chân thành cảm ơn cô Trần Thị Thủy, cô Đinh Thanh Hòa – GV các trƣờng THPT đã góp ý kiến giúp tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi rất mong nhận đƣợc sự góp ý của các thầy giáo, cô giáo và các bạn đề tài thêm hoàn thiện . Xin chân thành cảm ơn ! Sơn La , tháng 5 năm 2015 Ngƣời thực hiện: Phạm Thành Vĩnh Các ký hiệu sử dụng trong khóa luận THPT Trung học phổ thông SGK Sách giáo khoa SBT Sách bài tập PPDH Phƣơng pháp dạy học TB Trung bình BGDĐT Bộ Giáo Dục Đào Tạo MỤC LỤC PHẦN 1. MỞ ĐẦU ........................................................................................................1 1. Lí do chọn đề tài ..........................................................................................................1 2. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài..................................................................................2 3. Mục đích nghiên cứu. ..................................................................................................2 4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài .....................................................................................2 5. Giả thuyết khoa học .....................................................................................................2 6. Nhiệm vụ nghiên cứu ..................................................................................................2 7. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................................3 8. Đóng góp của đề tài .....................................................................................................3 9. Cấu trúc của đề tài .......................................................................................................3 CHƢƠNG I. CƠ SỞ LÍ LUẬN ....................................................................................4 1.1. Khái niệm bài tập vật lí [ trích dẫn tài liệu ].............................................................4 1.2. Mục đích sử dụng bài tập vật lí trong dạy học [ trích dẫn tài liệu ] .........................4 1.3. Phân loại bài tập vật lý trong dạy học ......................................................................4 1.4. Hoạt động giải bài tập vật lý.....................................................................................5 1.5. Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý ..................................................5 1.5.1. Lựa chọn hệ thống bài tập .....................................................................................5 1.5.2. Các yêu cầu khi dạy học bài tập vật lý ..................................................................6 1.6. Các bƣớc chung của việc giải bài tập vật lý .............................................................6 1.7. Hƣớng dẫn học sinh giải bài toán vật lý [ trích dẫn tài liêu ] ...................................7 1.7.1. Hƣớng dẫn theo mẫu (Angorit) .............................................................................7 1.7.2. Hƣớng dẫn tìm tòi ..................................................................................................8 1.7.3. Định hƣớng khái quát hóa chƣơng trình ................................................................8 2. Cơ sở pháp lí. ...............................................................................................................9 2.1. Chuẩn kiến thức kĩ năng. ..........................................................................................9 2.1.1. Kiến thức. ..............................................................................................................9 2.1.2. Kĩ năng. ...............................................................................................................10 2.2. Phân phối chƣơng trình. .........................................................................................10 3. Cơ sở thực tiễn. ..........................................................................................................10 3.1. Thực trạng giảng dạy bài tập chƣơng “ Các định luật bảo toàn” ở một số trƣờng THPT hiện nay...............................................................................................................10 3.1.1 Mục đích điều tra. .................................................................................................10 3.1.2. Đối tƣợng điều tra ................................................................................................10 3.1.3. Phƣơng pháp điều tra ...........................................................................................11 3.1.4. Kết quả điều tra. ..................................................................................................11 KẾT LUẬN CHƢƠNG I...............................................................................................12 CHƢƠNG II : DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG ......................13 2.1. Kiến thức cơ bản . ...................................................................................................13 2.1.1.Động lƣợng: ..........................................................................................................13 2.1.2. Định luật bảo toàn động lƣợng: ..........................................................................13 2.1.3.Công và công suất ................................................................................................15 2.1.3.1. Công: ................................................................................................................15 2.1.3.2. Công suất ..........................................................................................................16 2.1.4. Động năng............................................................................................................17 2.1.4.1. Khái niệm động năng........................................................................................17 2.1.4.2. Công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng…………………………..17 2.1.5. Thế năng ..............................................................................................................18 2.1.5.1. Thế năng trọng trƣờng: .....................................................................................18 2.1.6. Cơ năng…………………………………………………………………………19 2.1.6.1.Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trƣờng…………………...………..19 2.1.6.2. Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi………………………………19 2.2. Phân dạng hệ thống bài tập và hƣớng dẫn giải…………………….……………..20 2.2.1: Bài tập trắc nghiệm..............................................................................................20 2.2.1.1: Mục đích: ..........................................................................................................20 2.2.1.2: Đề bài và hƣớng dẫn giải ..................................................................................20 2.2.2: Bài tập tự luận .....................................................................................................25 2.2.2.1: Mục đích: ..........................................................................................................25 2.2.2.2: Bài tập về định luật bảo toàn động lƣợng.........................................................25 2.2.2.2.1:Phân loại bài tập và bài tập mẫu .....................................................................25 2.2.2.3. Bài tập về công và định luật bảo toàn cơ năng .................................................39 2.2.2.3.1. Phân loại bài tập và bài tập mẫu ....................................................................39 2.3: Những điểm cần lƣu ý về phƣơng pháp giải. .........................................................49 2.4. Bài tập hƣớng dẫn:..................................................................................................51 2.5. Đề cử bài tập giảng dạy tiết bài tập chƣơng “Các định luật bảo toàn” ..................58 KẾT LUẬN CHƢƠNG II .............................................................................................61 CHƢƠNG III: CĂN CỨ ĐÁNH GIÁ MỤC TIÊU ..................................................63 1. Mục đích ....................................................................................................................63 2. Phƣơng pháp. .............................................................................................................63 3. Kết quả. ......................................................................................................................63 4. Kết luận......................................................................................................................64 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................65 PHỤ LỤC PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Với sự phát triển ngày càng cao của khoa học kĩ thuật trên tất cả các ngành các lĩnh vực khác nhau của đời sống - xã hội thì nhu cầu về sự phát triển của con ngƣời đặc biệt là trình độ, năng lực, sự hiểu biết có vai trò hết sức quan trọng. Bƣớc sang thế kỉ XXI loài ngƣời đã đạt đƣợc thành tựu to lớn nhƣng cũng đặt ra nhiều khó khăn, thử thách với cá nhân. Với vai trò ngày càng cao của con ngƣời trong kỉ nguyên này đặt ra nhiệm vụ của giáo dục là phải đào tạo những con ngƣời có trình độ văn hóa, sáng tạo để đáp ứng nhu cầu của xã hội. Để đào tạo thế hệ trẻ đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa, đòi hỏi ngành giáo dục phải đổi mới toàn bộ cả mục đích, cả nội dung, phƣơng pháp và phƣơng tiện dạy học. Chƣơng trình mới có những đổi mới cơ bản, sâu sắc nhất là phƣơng pháp dạy học, sự đổi mới phƣơng pháp dạy học đƣợc thể hiện trong tất cả các môn học trong đó có môn Vật lý. Vật lý là môn khoa học thực nghiệm có vai trò quan trọng giúp con ngƣời ngày càng hoàn thiện khả năng hiểu biết về tự nhiên - xã hội. Trong chƣơng trình phổ thông Vật lý có vai trò quan trọng cung cấp cho học sinh những kiến thức ban đầu cơ bản về thế giới tự nhiên đồng thời giúp học sinh hình thành thói quen làm việc một cách khoa học. Cũng nhƣ phần lớn môn học khác, Vật lý cũng có yêu cầu riêng ngoài việc nắm vững lí thuyết thì việc vận dụng vào việc giải bài tập một cách khoa học luôn đƣợc quan tâm. Việc dạy học bài tập Vật lý giúp các em ôn tập củng cố, đào sâu, mở rộng kiến thức lí thuyết để ứng dụng vào giải bài tập và hiểu rõ thêm ý nghĩa vật lí của nó. Ngoài ra nó còn là tài liệu tham khảo cho giáo viên THPT, sinh viên sƣ phạm Vật lý, học sinh THPT cũng nhƣ giúp các em tự kiểm tra mức độ nắm kiến thức của bản thân. Trong quá trình tham khảo kinh nghiệm giảng dạy của giáo viên phổ thông và quá trình học của học sinh, tôi thấy khi giải bài tập chƣơng “Các định luật bảo toàn” của chƣơng trình Vật lý 10 các em còn gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập Vật lý nhƣ: không tìm đƣợc hƣớng giải quyết vấn đề, không vận dụng đƣợc lí thuyết vào việc giải bài tập, không tổng hợp đƣợc kiến thức thuộc nhiều phần của chƣơng để giải quyết một vấn đề chung…hay khi giải bài tập thì thƣờng áp dụng một cách máy móc các công thức mà không hiểu rõ ý nghĩa Vật lý của chúng…Mặt khác trong phân phối 1 chƣơng trình Vật lý 10, thì phần “Các định luật bảo toàn” chỉ có 2 tiết bài tập để củng cố phần kiến thức của chƣơng. Xuất phát từ thực tế trên và tham khảo một số tài liệu, với mong muốn góp phần nhỏ bé của mình trong việc nâng cao chất lƣợng dạy và học môn Vật lý ở trƣờng phổ thông, tôi chọn đề tài: Dạy học bài tập Vật lý phần “ Các định luật bảo toàn” chương trình Vật lý THPT nhằm củng cố thêm kiến thức lí thuyết và phƣơng pháp giải bài tập cho bản thân trong quá trình học chƣơng này, làm tài liệu tham khảo cho giáo viên THPT trong quá trình giảng dạy, sinh viên sƣ phạm Vật lý và học sinh THPT làm tài liệu tham khảo lí thuyết và giải một số bài tập cơ bản của chƣơng “Các định luật bảo toàn”. 2. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài - Dạy BTVL Phần “Các định luật bảo toàn’’ trong đó nội dung nghiên cứu bao gồm: + Các nội dung kiến thức thuộc Chƣơng “Các định luật bảo toàn”, sách giáo khoa Vật lý 10 THPT. + Hoạt động của giáo viên và học sinh trong dạy và học chƣơng “Các định luật bảo toàn”, sách giáo khoa Vật lý 10 THPT, đặc biệt việc vận dụng lí thuyết vào giải bài tập trong chƣơng. 3. Mục đích nghiên cứu. - Vận dụng cơ sở lí luận về dạy học bài tập vật lý để hệ thống lí thuyết, phân loại và hƣớng dẫn giải các bài tập chƣơng “Các định luật bảo toàn”, sách giáo khoa Vật lý 10 THPT có định hƣớng tƣ duy cho học sinh nhằm bám sát mục tiêu dạy học và chuẩn kiến thức kí năng học sinh cần đạt đƣợc trong chƣơng trình. 4. Phạm vi nghiên cứu của đề tài - Đề tài nghiên cứu nội dung kiến thức chƣơng “Các định luật bảo toàn”, sách giáo khoa Vật lý 10 THPT, phân loại bài tập và hƣớng dẫn giải có hƣớng định hƣớng tƣ duy cho học sinh. 5. Giả thuyết khoa học - Vận dụng cơ sở lí luận, về bài tập vật lý vào giải và hƣớng dẫn giải bài tập vật lý có tác dụng rèn luyện kiến thức và kĩ năng cho ngƣời học hiệu quả hơn, đáp ứng đƣợc mục tiêu dạy học mà chƣơng trình phổ thông yêu cầu. 6. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt đƣợc mục đích đề ra, đề tài cần thực hiện những nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu cơ sở lí luận về bài tập vật lý. 2 - Điều tra tình hình thực tế dạy và học bài tập chƣơng IV“Các định luật bảo toàn”, SGK Vật lý 10 ở trƣờng phổ thông. - Hệ thống nội dung lí thuyết chƣơng IV “Các định luật bảo toàn”, SGK Vật lý 10 THPT. - Lƣu ý phƣơng pháp giải và giải bài tập chƣơng IV: “Các định luật bảo toàn” SGK Vật lý ở trƣờng THPT. 7. Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực hiện đƣợc các nhiệm vụ chúng tôi phối hợp sử dụng các phƣơng pháp sau: + Phƣơng pháp nghiên cứu lí luận. + Phƣơng pháp điều tra thăm dò. + Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm. 8. Đóng góp của đề tài Đƣa ra đƣợc hệ thống cơ sở lí thuyết phần: “Các định luật bảo toàn” chƣơng trình Vật lí THPT. Đƣa ra các dạng bài tập và hƣớng dẫn học sinh giải các hệ thống các bài tập phần: “Các định luật bảo toàn” chƣơng trình Vật lý THPT. Là tài liệu tham khảo cho giáo viên trung học phổ thông, sinh viên sƣ phạm Vật lý, học sinh THPT. 9. Cấu trúc của đề tài Ngoài phần mở đầu và kết luận khóa luận gồm có ba chƣơng: Chƣơng I: Cơ sở lí luận và thực tiễn. Chƣơng II:Dạy học bài tập Vật lý phần: “Các định luật bảo toàn” chƣơng trình Vật lý THPT. Chƣơng III: Căn cứ đánh giá mục tiêu 3 CHƢƠNG I. CƠ SỞ LÍ LUẬN 1.1. Khái niệm bài tập vật lí [ trích dẫn tài liệu ] Theo X.E. Camenetxki và V.P.Ôrêkhốp “trong thực tế dạy học, bài tập vật lý đƣợc hiểu là một vấn đề đƣợc đặt ra mà trong trƣờng hợp tổng quát đòi hỏi những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phƣơng pháp vật lý”… Hay trong các tài liệu về phƣơng pháp dạy học bộ môn ngƣời ta hiểu “bài tập vật lý là những bài tập đƣợc lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tƣợng vật lý, hình thành các khái niệm, phát triển tƣ duy vật lý của học sinh và rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn”. Do đó, bài tập vật lý với tƣ cách là một phƣơng pháp dạy học giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nghiệm vụ dạy học vật lý trong nhà trƣờng phổ thông. 1.2. Mục đích sử dụng bài tập vật lí trong dạy học [ trích dẫn tài liệu ] Thông qua dạy học về bài tập vật lý, ngƣời học có thể nắm vững một cách chính xác, sâu sắc và toàn diện hơn những quy luật vật lý, những hiện tƣợng vật lý, biết cách phân tích chúng và ứng dụng chúng vào các vấn đề thực tiễn, làm cho kiến thức trở thành vốn riêng của ngƣời học. Bài tập vật lý có thể sử dụng nhƣ một phƣơng tiện độc đáo để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh. Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đề ra, học sinh có nhu cầu tìm kiếm kiến thức mới, đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc. Bài tập vật lý sẽ là phƣơng tiện rất tốt để phát triển tƣ duy, óc tƣởng tƣợng, bồi dƣỡng hứng thú học tập và phƣơng pháp nghiên cứu khoa học cho ngƣời học, đặc biệt là khi phải khám phá ra bản chất của các hiện tƣợng vật lý đƣợc trình bày dƣới dạng các tình huống có vấn đề. Bài tập vật lý còn là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và là phƣơng tiện để kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh. Ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp, là phƣơng tiện thuận lợi để học sinh liên hệ lí thuyết với thực hành, học tập với đời sống, vận dụng kiến thức đã học vào thực tế sản xuất và cuộc sống. 1.3. Phân loại bài tập vật lý trong dạy học Thông thƣờng có 3 hình thức phân loại bài tập vật lý đƣợc coi là cơ bản nhất. 4 - Phân loại theo yêu cầu phát triển tƣ duy của học sinh: + Bài tập nhận biết, tái hiện, tái tạo. + Bài tập hiểu, áp dụng trực tiếp. + Bài tập vận dụng linh hoạt. + Bài tập vận dụng sáng tạo. - Phân loại theo nội dung bài tập: + Bài tập có nội dung cụ thể. + Bài tập có nội dung lịch sử. + Bài tập có nội dung trừu tƣợng. + Bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp. + Bài tập vui. - Phân loại theo phƣơng thức cho điều kiện và phƣơng thức giải: + Bài tập định tính. + Bài tập định lƣợng. + Bài tập thí nghiệm. + Bài tập đồ thị. 1.4. Hoạt động giải bài tập vật lý - Xác lập đƣợc mối liên hệ cơ bản cụ thể dựa trên việc vận dụng kỹ thuật vật lý vào những điều kiện cụ thể của bài toán đã cho. - Sự tiếp tục luận giải, tính toán đi từ đầu mối liên hệ đã xác lập đến kết luận cuối cùng của việc giải quyết vấn đề đã đặt ra trong bài toán. 1.5. Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý 1.5.1. Lựa chọn hệ thống bài tập - Khi lựa chọn hệ thống bài tập cần đảm bảo các yêu cầu sau: + Thông qua việc giải hệ thống bài tập, những kiến thức cơ bản, đã đƣợc xác định của đề tài phải đƣợc củng cố, ôn tập, hệ thống hóa và khắc sâu thêm. + Tính tuần tự tiến lên từ đơn giản đến phức tạp của các mối quan hệ giữa các đại lƣợng và các khái niệm đặc trƣng cho các quá trình hoặc hiện tƣợng phải đƣợc mô tả trong hệ thống bài tập. + Mỗi bài tập phải đóng góp một phần nào đó vào việc hoàn thiện kiến thức cho học sinh. Mỗi bài tập phải đem lại cho học sinh một điều mới mẻ nhất định, một khó khăn vừa sức. 5 + Hệ thống bài tập phải đa dạng về thể loại ( bài tập định tính, bài tập định lƣợng, bài tập đồ thị…) và nội dung phải không đƣợc trùng lặp. + Các kiến thức toán lý đƣợc sử dụng trong bài tập phải phù hợp với trình độ học sinh. + Số lƣợng bài tập đƣợc lựa chọn phải phù hợp với sự phân bố thời gian. 1.5.2. Các yêu cầu khi dạy học bài tập vật lý - Ngƣời giáo viên phải dự tính đƣợc kế hoạch cho toàn bộ công việc về bài tập, với từng đề tài, từng tiết học cụ thể. Muốn vậy: + Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nêu vấn đề để sử dụng trong tiết nghiên cứu tài liệu mới nhằm kích thích hứng thú học tập và phát triển tƣ duy học sinh. + Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nhằm củng cố, bổ sung hoàn thiện những kiến thức lí thuyết cụ thể đã học, cung cấp cho ngƣời học những hiểu biết về thực tế và kĩ thuật có liên quan đến kiến thức lí thuyết. + Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập điển hình nhằm hình thành phƣơng pháp chung giải mỗi loại bài tập đó. + Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nhằm kiểm tra, đánh giá chất lƣợng kiến thức, kĩ năng về từng kiến thức cụ thể và từng phần của chƣơng trình. - Sắp xếp các bài tập thành hệ thống, định kế hoạch và phƣơng pháp sử dụng. - Khi dạy giải bài tập vật lý cần dạy cho học sinh biết vận dụng kiến thức đó để giải quyết vấn đề đặt ra, rèn cho ngƣời học kĩ năng giải các bài tập cơ bản thuộc các phần khác nhau trong chƣơng trình vật lý. - Ngƣời giáo viên cần đặc biệt coi trọng việc rèn luyện tƣ duy và tính tự lập của học sinh. Chính thông qua việc giải bài tập vật lý mà có thể hình thành ở ngƣời học phong cách nghiên cứu, phƣơng pháp tiếp cận các hiện tƣợng cần nghiên cứu, qua đó có thể phát triển tƣ duy của ngƣời học. 1.6. Các bƣớc chung của việc giải bài tập vật lý Có rất nhiều phƣơng pháp khác nhau để giúp học sinh giải một bài tập. Nhƣng có một phƣơng pháp thƣờng đƣợc dùng nhiều hơn hết là phƣơng pháp thông qua các bƣớc sau: Bước 1: Đọc đề bài. Tìm hiểu đề bài. - Xác định ý nghĩa của các thuật ngữ, phân biệt đâu là ẩn số phải tìm, đâu là dữ kiện đã cho. - Dùng các kí hiệu vật lý để ghi tóm tắt đề bài. 6 - Đổi đơn vị về đơn vị hợp pháp. - Vẽ hình mô tả hiện tƣợng vật lý trong bài tập. Bước 2: Phân tích các hiện tượng của bài toán để xác lập các mối liên hệ cơ bản. - Đối chiếu các dữ kiện đã cho và cái phải tìm, xét bản chất vật lý của hiện tƣợng để nhận ra các định luật, công thức lí thuyết có liên quan. - Xác lập các mối liên hệ cụ thể của cái đã biết và cái phải tìm (mối liên hệ cơ bản). - Tìm kiếm và lựa chọn các mối liên hệ tối thiểu cần thiết sao cho thấy đƣợc mối liên hệ của cái phải tìm với các dữ liệu xuất phát, từ đó có thể rút ra cái phải tìm. Bước 3: Luận giải, tính toán các kết quả bằng số. - Mỗi bài tập phải bắt đầu giải ở dạng tổng quát (tức là với các kí hiệu chữ), hơn nữa, đại lƣợng cần tìm cần tìm phải đƣợc biểu thị qua các đại lƣợng đã cho. Sau khi tìm đƣợc kết quả cuối cùng bằng chữ, học sinh tiếp tục luận giải để rút ra mối liên hệ tƣờng minh, trực tiếp giữa cái đã cho và cái phải tìm bằng cách thay các đại lƣợng bằng trị số của chúng để tính kết quả bằng số. - Các trị số của các đại lƣợng vật lý luôn luôn là gần đúng. Do đó, khi tính toán cần tuân theo các quy tắc áp dụng cho các số gần đúng. Bước 4: Kiểm tra, nhận xét kết quả: - Kiểm tra xác nhận kết quả: + Kiểm tra xem đã tính toán đúng chƣa. + Kiểm tra xem thứ nguyên có phù hợp không. + Kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm xem có phù hợp không. + Giải bài toán theo cách khác xem có cho cùng kết quả không. - Nhận xét về: + Giá trị thực tế của kết quả. + Phƣơng pháp giải. + Khả năng mở rộng bài tập. + Khả năng ứng dụng của bài tập… 1.7. Hƣớng dẫn học sinh giải bài toán vật lý [ trích dẫn tài liêu ] 1.7.1. Hướng dẫn theo mẫu (Angorit) - Là sự hƣớng dẫn hành động theo một mẫu đã có. Angorit là một quy tắc hoạt động hay chƣơng trình hoạt động đƣợc xác định một cách rõ ràng, chính xác, chặt chẽ trong đó cần thực hiện hoạt động nào và theo trình tự nào để đi đến kết quả. 7 - Giáo viên giới thiệu cho học sinh mẫu hành động và kết quả hành động, còn những chỉ dẫn phải hành động nhƣ thế nào không đƣợc nêu ra. Học sinh thƣc hiện nhiệm vụ một cách mò mẫm theo cách thử và sai. Kết quả nhiệm vụ có thể thƣc hiện đƣợc nhƣng hành động mà nhờ đó nghiệm vụ đƣợc thực hiện không bền vững khi thay đổi điều kiện. + Ưu điểm: Đảm bảo cho học sinh giải bài toán một cách chắc chắn, giúp cho việc rèn luyện kĩ năng giải toán của học sinh có hiệu quả. + Nhược điểm: Học sinh chỉ chấp nhận những hành động đã đƣợc chỉ sẵn theo một mẫu đã có sẵn do đó ít có tác dụng rèn luyện cho học sinh khả năng tìm tòi sáng tạo, sự phát triển tƣ duy của học sinh bị hạn chế. 1.7.2. Hướng dẫn tìm tòi - Là kiểu hƣớng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ, tìm tòi, phát hiện cách giải quyết. Giáo viên gợi mở để học sinh tự tìm cách giải quyết, tự xác đinh các hành động cần thực hiện để đạt đƣợc kết quả. - Giáo viên giới thiệu cho học sinh biết mẫu của hành động trên một cơ sở định hƣớng chặt chẽ và những chỉ dẫn, những cách thức để thực hiện hành động. Hành động ở đây đƣợc chia thành những giai đoạn và đảm bảo cho việc thực hiện nó một cách đúng đắn. Ở đây, học sinh nắm vững đƣợc kĩ năng thực hiện hành động và có khả năng di chuyển sang thực hiện nhiệm vụ mới, nhƣng sự di chuyển này đòi hỏi phải có trong thành phần của nhiệm vụ mới những yếu tô tƣơng tự trong thành phần của nhiệm vụ đã nắm vững. + Ưu điểm: Tránh đƣợc tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong việc giải bài toán. + Nhược điểm: Theo cách này không đảm bảo cho học sinh giải toán một cách chắc chắn. Giáo viên phải hƣớng dẫn sao cho không đƣợc đƣa học sinh đến chỗ chỉ việc thực hiện các hành động theo mẫu đồng thời không hƣớng dẫn viển vông, quá chung chung, không giúp ích cho sự định hƣớng tƣ duy của học sinh. 1.7.3. Định hướng khái quát hóa chương trình - Là sự hƣớng dẫn cho học sinh tự tìm tòi cách giải quyết chứ không thông báo ngay cho học sinh cái đã có sẵn. Giáo viên tiến hành dạy có kế hoạch về sự phân tích các nhiệm vụ nhằm rút ra những điểm tựa để thực hiện nhiệm vụ. Đặc biệt của kiểu hƣớng dẫn này là giáo viên định hƣớng hoạt động tƣ duy của học sinh theo đƣờng lối 8 khái quát của việc giải quyết vấn đề. Nếu học sinh không đáp ứng đƣợc thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự định hƣớng khái quát ban đầu, cụ thể hóa thêm một bƣớc bằng cách gợi ý thêm cho học sinh để thu hẹp hơn phạm vi tìm tòi, giải quyết phù hợp với học sinh. Nếu vẫn không đủ khả năng tự lập tìm tòi, giải quyết thì hƣớng dẫn của giáo viên chuyển thành hƣớng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành yêu cầu của một bƣớc, sau yêu cầu học sinh tự tìm tòi, giải quyết bƣớc tiếp theo. Nếu cần, giáo viên lại giúp đỡ cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra. - Kiểu hƣớng dẫn này đƣợc áp dụng khi có điều kiện hƣớng dẫn tiến trình hoạt động giải bài toán của học sinh, nhằm giúp học sinh tự lực giải quyết đƣợc bài toán đã cho, đồng thời dạy học sinh cách suy nghĩ trong quá trình giải toán. + Ưu điểm: Hình thành ở ngƣời học kĩ năng định hƣớng, kĩ năng kế hoạch hóa hoạt động giải bài tập, kĩ năng thực hiện kế hoạch giải bài tập. 2. Cơ sở pháp lí. Ngày muồng 5 tháng 5 năm 2006, Bộ Trƣởng Bộ giáo dục và Đào tạo đã kí quyết định số 16/2006/QD – BGDĐT về việc ban hành Chƣơng trình giáo dục phổ thông gồm: + Mục tiêu giáo dục. + Phạm vi và cấu trúc nội dung giáo dục. + Chuẩn kiến thức kĩ năng và yêu cầu về thái độ của từng môn học, cấp học. + Phƣơng pháp và hình thức tổ chức giáo dục. + Đánh giá kết quả từng môn học ở mỗi lớp, cấp học. Dựa vào chuẩn kiến thức kĩ năng, các bài tập chƣơng IV cần đạt đƣợc những mục tiêu về kiến thức, kĩ năng sau: 2.1. Chuẩn kiến thức kĩ năng. 2.1.1. Kiến thức. - Viết đƣợc công thức tính động lƣợng và nêu đƣợc đơn vị đo động lƣợng. - Phát biểu và viết đƣợc hệ thức của định luật bảo toàn động lƣợng đối với hệ hai vật. - Nêu đƣợc nguyên tắc chuyển động bằng phản lực. - Phát biểu đƣợc định nghĩa và viết đƣợc công thức tính công. - Phát biểu đƣợc định nghĩa và viết đƣợc công thức tính động năng. Nêu đƣợc đơn vị đo động năng. - Phát biểu đƣợc định nghĩa thế năng trọng trƣờng của một vật và viết đƣợc công thức tính thế năng này. Nêu đƣợc đơn vị đo thế năng. 9 - Viết đƣợc công thức tính thế năng đàn hồi. - Phát biểu đƣợc định nghĩa cơ năng và viết đƣợc công thức tính cơ năng. - Phát biểu đƣợc định luật bảo toàn cơ năng và viết đƣợc hệ thức của định luật này. 2.1.2. Kĩ năng. - Vận dụng định luật bảo toàn động lƣợng để giải đƣợc các bài tập đối với hai vật va chạm mềm. - Vận dụng đƣợc công thức A = F.s.cos α và P = A . t - Vận dụng định luật bảo toàn động lƣợng để giải đƣợc bài toán chuyển động của một vật. 2.2. Phân phối chƣơng trình. - Chƣơng “Các định luật bảo toàn’’ bao gồm 11 tiết: 8 tiết lí thuyết, 2 tiết bài tập, tiết kiểm tra. 3. Cơ sở thực tiễn. Bằng việc sử dụng các mẫu phiếu điều tra giáo viên THPT, giảng viên giảng dạy bộ môn Vật lý trƣờng Đại học Tây Bắc. 3.1. Thực trạng giảng dạy bài tập chƣơng “ Các định luật bảo toàn” ở một số trƣờng THPT hiện nay 3.1.1 Mục đích điều tra. - Tìm hiểu thực trạng dạy học vật lí nói chung và bài tập chƣơng “ Các định luật bảo toàn” ở trƣờng THPT nói riêng để thu đƣợc các thông tin. - Vấn đề tổ chức hoạt động dạy học cho học sinh và việc sử dụng bài tập trong dạy học vật lí của giáo viên. - Tìm hiểu tiếp cận với các dạng bài tập của chƣơng “Các định luật bảo toàn”.Thƣờng dùng trong thực tế dạy học - Tìm hiểu nguyên nhân về thực trạng dạy học BTVL phần “Các định luật bảo toàn” ở trƣờng phổ thông. 3.1.2. Đối tƣợng điều tra - GV Vật Lý THPT: 1. Cô Trần Thị Thủy , giáo viên trƣờng THPT Mƣờng Bi , Tỉnh Hòa Bình. 2. Cô Đinh Thanh hòa , giáo viên trƣờng THPT Mộc lỵ , Tỉnh Sơn La. - Giảng viên tổ Vật Lý, khoa Toàn – Lý – Tin, trƣờng Đại học Tây Bắc: Cô Doãn Phƣơng Lan , giảng viên tổ phƣơng pháp dạy học Vật Lý. 10 3.1.3. Phƣơng pháp điều tra Để thực hiện đƣợc các mục đích điều tra trên, chúng tôi đã tiến hành: + Điều tra giáo viên: + Điều tra giảng viên: 3.1.4. Kết quả điều tra. - Hầu hết giáo viên đều nhận thức đƣợc tầm quan trọng của bài tập vật lý trong quá trình dạy học. - Trong quá trình dạy học bài tập vât lý ở tiết chính khóa thƣờng là sử dụng bài tập trong SGK và SBT, trong tiết học phụ đạo có sử dụng một số bài tập nâng cao với độ khó ở mức vừa phải. - Việc lựa chọn hệ thống bài tập trong việc dạy cũng nhƣ trong những tiết kiếm tra còn phụ thuộc rất nhiều bởi yếu tố học sinh. - Bài tập trong chƣơng Các định luật bảo toàn đƣợc phân dạng theo các chủ đề nhỏ tƣơng ứng với từng bài học. - Trong quá trình dạy học bài tập vật lý giáo viên thƣờng hƣớng dẫn học sinh giải bài tập theo các bƣớc sau: + Bƣớc 1: Tóm tắt, tìm hiểu bài. + Bƣớc 2: Đƣa ra phƣơng pháp giải từng dạng bài tập. + Bƣớc 3: Cho học sinh giải bài tập và kết luận. - Trong các tiết kiểm tra thì thƣờng sử dụng kết hợp các bài tập trắc nghiệm và bài tập tự luận để đánh giá mức độ nhận biết, thông hiểu, vận dụng cảu học sinh. - Do kiến thức phần này khá nhiều và quan trọng với việc hình thành tƣ duy vật lý cho học sinh mà phân phối tiết bài tập không đáp ứng đủ mục tiêu về kiến thức kĩ năng nên cần bổ sung tiết tự chọn. - Khi giải bài tập vật lý chỉ có một số bộ phận rất nhỏ học sinh giỏi và khá có thể độc lập suy nghĩ để tìm lời giải các bài tập, tự mình giải quyết nhiệm vụ học tập. Một số khó khăn, sai lầm mà học sinh thƣờng gặp khi học chƣơng “Các định luật bảo toàn” + Nhiều học sinh gặp khó khăn trong việc xác định điều kiện áp dụng định luật bảo toàn động lƣợng. + Nhiều học sinh nhầm lẫn giữa công và năng lƣợng. 11 + Khi giải bài tập liên quan đến cơ năng các em gặp khó khăn trọng việc chọn mốc thế năng. + Các em nhầm lẫn việc áp dụng định luật bảo toàn cơ năng với việc áp dụng đinh luật bảo toàn năng lƣợng trong trƣờng hợp vật chịu tác dụng của lực ma sát hoặc lực cản bên ngoài. Kết luận: Nhƣ vậy, BTVL có vai trò đặc biệt trong việc dạy học Vật lý ở trƣờng phổ thông. Đa số các giáo viên đã đánh giá đúng vai trò của BTVL và coi trọng hoạt động giải bài tập trong dạy học Vật lý. Tuy nhiên, vẫn rất nhiều học sinh luôn gặp khó khăn khi giải bài tập. Điều này không phải chỉ do tính chất phức tạp của loại công việc này mà còn do chính nhƣợc điểm mắc phải khi lựa chọn hệ thống bài tập và hƣớng dẫn HS giải bài tập. Vì vậy trong quá trình dạy học BTVL, GV nên lựa chọn và phân dạng bài tập sao cho ít dạng và tổng quát nhất. nên định hƣớng tƣ duy cho học sinh, giúp học sinh tự nhận biết đƣợc phƣơng pháp giải bài tập thuộc dạng đó. KẾT LUẬN CHƢƠNG I Qua nghiên cứu cơ sở lí luận dạy học và một số tài liệ tham khảo trong chƣơng này chúng tôi đã trình bày đƣợc một số nội dung: + Cơ sở lí luận về bài tập vật lí trong dạy học bài tập vật lý, mục đích của việc sử dụng bài tập, hoạt động giải bài tập vật lí và các yêu cầu chung trong dạy học bài tập vật lý. + Đƣa ra cách hƣớng dẫn học sinh giải bài tập vật lý một cách khoa học. Quá trình điều tra thực tiễn dạy học bài tập vật lý phần “Các định luật bảo toàn” hiện nay vấn còn nhiều hạn chế bất cập. Chúng ta đều biết bài tập vật lý là phƣơng tiện củng cố, ôn tập kiến thức đã học nhƣng cũng là phƣơng tiện phát triển tƣ duy logic và khả năng vận dụng vào thực tế. Thông qua khảo sát một số trƣờng THPT hiện nay, chúng tôi đánh giá thực trạng giảng dạy bài tập chƣơng “Các định luật bảo toàn” và các hoạt động dạy học thƣờng áp dụng trong một tiết dạy dọc vật lý ở trƣờng THPT hiện nay. Những luận điểm và thực tiễn trình bày ở chƣơng này là cơ sở của việc vận dụng lí luận về dạy học bài tập vật lý để hệ thống lí thuyết, phân loại và hƣớng dẫn giải các bài tập phần “Các định luật bảo toàn” SGK vật lý THPT có định hƣớng tƣ duy cho học sinh bám sát mục tiêu dạy học chuẩn kiến thức kĩ năng học sinh cần đạt đƣợc trong chƣơng trình. 12 CHƢƠNG II : DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÝ PHẦN “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1. Kiến thức cơ bản . 2.1.1.Động lƣợng: a) Khái niệm xung lượng của lực - Xung lƣợng của lực là đại lƣợng đặc trƣng cho tác dụng của lực làm biến đổi chuyển động của vật trong một khoảng thời gian nào đó. - Xung lƣợng của lực trong một khoảng thời gian đƣợc đo bằng tích của lực với khoảng thời gian lực tác dụng: F.Δt b) Khái niệm động lượng - Động lƣợng là đại lƣợng đặc trƣng cho sự truyền chuyển động giữa các vật tƣơng tác. - Động lƣợng của một vật khối lƣợng m đang chuyển động với vận tốc v là đại lƣợng đƣợc xác định bởi công thức: p = m.v - Quan hệ giữa xung lƣợng của lực và độ biến thiên động lƣợng của vật bị lực tác dụng: F.Δt = Δp 2.1.2. Định luật bảo toàn động lƣợng: a) Hệ cô lập: Một hệ đƣợc gọi là cô lập khi các vật bên trong hệ chỉ tƣơng tác với nhau mà không hề tƣơng tác với bất kỳ một vật nào khác ngoài hệ. Thực tế không có hệ cô lập tuyệt đối nhƣng có thể tìm thấy một số hệ gần cô lập nhƣ: + Khi ngoại lực tác dụng lên hệ rất nhỏ so với nội lực bên trong xảy ra trong thời gian rất ngắn ( trong trƣờng hợp có va chạm mạnh, nổ) + Các ngoại lực tác dụng lên hệ bị khử lẫn nhau ( vật chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang) + Hệ vật – Trái Đất có thể xem là hệ cô lập - Cô lập theo một hƣớng nào đó + Nếu F ngoại lực khác không nhƣng hình chiếu của F ngoại lực lên một hƣớng nào đó bằng không thì theo phƣơng đó hệ cô lập. 13 b) Định luật bảo toàn động lượng: Tổng động lƣợng của một hệ cô lập đƣợc bảo toàn p1 + p2 +....+ pn = hằng số - Nếu hệ có hai vật thì: p1 + p2 = p1' + p'2  m1 v1 + m2 v2 = m1 v1' + m2 v'2 - Nếu hệ hai vật chuyển động trên cùng một đƣờng thẳng thì có thể viết biểu thức của định luật bảo toàn động lƣợng dƣới dạng đại số: p1 + p2 = p1' + p'2  m1v1 + m2 v2 = m1v1' + m2 v'2 trong đó p1 , p2 , p1' , p'2 , v1 , v2 , v1' , v'2 là các đại lƣợng đại số có dấu (+) hay (-) tùy thuộc vào chiều của vận tốc. c) Va chạm mềm: - Va chạm mềm là va chạm mà sau khi va chạm vận tốc tƣơng đối của vật bằng không. Áp dụng định luật bảo toàn động lƣợng cho hệ cô lập{ m1, m2 }ta có: m1 v1' = (m1 +m2 )v v = m1 v1 m1 +m 2 d) Va chạm đàn hồi: - Là va chạm mà sau va chạm 2 vật bật ra nguyên vẹn cả hình dạng bên ngoài và trạng thái nội tại bên trong. e) Chuyển động bằng phản lực: là chuyển động của vật tự tạo ra phản lực bằng cách phóng về một hƣớng một phần chính của nó, phần còn lại sẽ chuyển động ngƣợc chiều do tác dụng của phản lực + Súng giật lùi khi bắn là chuyển động bằng phản lực không liên tục. + Tên lửa, pháo thăng thiên khi phóng lên là chuyển động phản lực liên tục nhờ có nhiên liệu đƣợc đốt cháy và phóng ra liên tục. * Một số lƣu ý đối với học sinh trong bài này: - Động lƣợng là một đại lƣợng vectơ. Vectơ động lƣợng luôn cùng hƣớng với vectơ vận tốc của vật. - Khi không có lực tác dụng lên vật hoặc khi tổng hợp các lực tác dụng lên vật bằng không thì động lƣợng của vật giữ nguyên độ lớn, phƣơng và chiều. - Khái niệm xung của lực p = F.t cũng là một cách phát biểu của định luật II Niutơn trong khuôn khổ của cơ học cổ điển khi khối lƣợng của vật không thay đổi. Vì 14 thế chỉ nghiệm đúng chính xác trong trƣờng hợp lực F không đổi. Nếu F thay đổi trong quá trình tác dụng thì vẫn có thể áp dụng định luật biến thiên động lƣợng trong điều kiện ∆t không lớn và F là trị trung bình của lực tác dụng. - Một hệ cũng có thể đƣợc coi là cô lập khi ngoại lực tác dụng lên hệ vuông góc với phƣơng chuyển động của hệ, không làm ảnh hƣởng đến vận tốc của hệ. - Định luật bảo toàn động lƣợng chỉ áp dụng đúng trong hệ cô lập và áp dụng cho mọi loại va chạm. - Điều quan trọng trong bài này đó là hệ qui chiếu bởi vì động lƣợng là một đại lƣợng vectơ. Phần lớn HS sẽ ít chú ý đến vấn đề này nên sẽ gặp nhiều sai sót khi tính động lƣợng. Giáo viên cần phải hƣớng dẫn và làm rõ vấn đề này cho HS hiểu. 2.1.3.Công và công suất 2.1.3.1. Công: a) Khái niệm về công: - Khi điểm đặt của lực F chuyển dời đƣợc một đoạn s theo hƣớng của lực thì công do lực sinh ra là: A = F.s b) Định nghĩa công trong trường hợp tổng quát: - Khi lực F không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hƣớng hợp với hƣớng của lực góc α thì công thực hiện bởi lực đó đƣợc tính theo công thức: A = F.s.cosα - Khi vật di chuyển, lực F có thể biến đổi, quãng đƣờng đi có thể là đƣờng cong và không đổi. Để tính công của lực F trong chuyển dời này, ta chia đƣờng đi thành những đoạn nhỏ, tính công của lực F trong từng đoạn nhỏ này (công này gọi là công nguyên tố) rồi cộng tất cả những công nguyên tố ấy lại đó là công của lực F trong chuyển dời. c) Biện luận: - Khi α < 900 thì cosα > 0 ⇒ A > 0 . Công A đƣợc gọi là công phát động (công dƣơng). Lực có tác dụng làm vật chuyển dời. - Khi α > 900 thì cosα < 0 ⇒ A < 0 Công A đƣợc gọi là công cản ( công âm). Lực có tác dụng cản trở sự chuyển dời của vật. - Khi α = 900 thì cosα = 0 ⇒ A = 0. Lực không sinh công. 15