Tài liệu Soạn thảo vả sử dựng hệ thống bài tập thí nghiệm chương mắt, các dụng cụ quang vật lý 11 trung học phổ thông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ ANH ĐÀO SOẠN THẢO VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM CHƢƠNG ”MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG ” VẬT LÍ 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ HÀ NỘI – 2011 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ ANH ĐÀO SOẠN THẢO VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM CHƢƠNG ” MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG ” VẬT LÍ 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÍ Mã số: 60 14 10 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Hƣơng Trà HÀ NỘI – 2011 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.Lí do chọn đề tài 2. Mục đích nghiên cứu 3.Phạm vi nghiên cứu 4. Mẫu khảo sát 5. Vấn đề nghiên cứu 6. Giả thuyết khoa học 7. Phƣơng pháp nghiên cứu 8. Luận cứ 9. Cấu trúc luận văn. CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Bài tập vật lí là gì? 1.2 Tƣ duy trong giải bài tập vật lí 1.3 Vai trò và tác dụng của bài tập vật lí trong dạy học 1.4. Phân loại bài tập vật lí 1.4.1 Căn cứ theo yêu cầu mức độ phát triển tư duy 1.4.2 Căn cứ vào nội dung bài tập 1.4.3 Căn cứ vào phương thức cho điều kiện và phương thức giải 1.5. Bài tập thí nghiệm 1.5.1 Các loại bài tập thí nghiệm 1.5.2 Các khả năng sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí 1.5.3 Các bước giải bài tập thí nghiệm 1.6 Cơ sở định hƣớng giải bài tập vật lí 1.7 Hƣớng dẫn học sinh giải bài tập vật lí 4 1.7.1.Ba kiểu hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí 1.7.2 Đặc điểm khi hướng dẫn giải bài tập thí nghiệm 1.8 Tổ chức dạy học về bài tập vật lí nhằm phát huy tính tích cực của học sinh 1.8.1 Tính tích cực của học sinh trong học tập 1.8.2. Các công việc chuẩn bị của giáo viên và học sinh 1.8.3 Những yếu tố cơ bản để thực hiện quá trình hướng dẫn học sinh hoạt động nhận thức đạt kết quả trong giờ bài tập thí nghiệm 1.11 Điều tra thực tiễn dạy bài tập thí nghiệm ở trƣờng THPT KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 CHƢƠNG 2. SOẠN THẢO VÀ THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI TẬP THÍ NGHIỆM CHƢƠNG “ MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG 2.1. Các yêu cầu về kiến thức và kĩ năng khi dạy học chƣơng “Mắt. Các dụng cụ quang“ 2.1.1 Về kiến thức 2.1.2 Về kĩ năng 2.1.3 Phát triển tư duy 2.2 Soạn thảo hệ thống bài tập thí nghiệm chƣơng “Mắt. Các dụng cụ quang” 2.2.1 Mục đích chung của hệ thống bài tập 2.2.2 Phân loại bài tập. 2.2.3 Hệ thống bài tập thí nghiệm chương “Mắt. Các dụng cụ quang” 2.2.4 Hướng dẫn một số bài tập thực nghiệm 2.3 Phƣơng án sử dụng bài tập. 2.4 Thiết kế tiến trình dạy học sử dụng bài tập thí nghiệm KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1 Mục đích thực nghiệm sƣ phạm 3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm 5 3.3 Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm 3.4 . Thới gian thực nghiệm 3.5. Những thuận lợi và khó khăn gặp phải và cách khắc phục khi làm thực nghiệm sƣ phạm 3.6. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 3.7. Các bƣớc tiến hành thực nghiệm 3.8 Đánh giá kết quả thực nghiệm. 3.8.1. Xác định tiêu chí đánh giá 3.8.2 Phân tích kết quả về mặt định tính 3.8.3. Đánh giá định lượng KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 KẾT LUẬN 6 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Mục tiêu của giáo dục trong giai đoạn mới đã đƣợc chỉ rõ trong Nghị quyết của Hội nghị ban chấp hành Trung ƣơng Đảng Cộng Sản Việt Nam, khóa VIII: “Nhiệm vụ cơ bản của giáo dục là nhằm xây dựng con người và thế hệ thiết tha gắn bó với lý tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội, có đạo đức trong sáng, có ý chí kiên cường xây dựng và bảo vệ Tổ Quốc công nghiệp hóa hiện đại hóa, giữ gìn và phát huy các giá trị văn hóa của dân tộc, có năng lực tiếp thu tinh hoa văn hóa nhân loại; phát huy tiềm năng của dân tộc và con người Việt Nam, có ý thức cộng đồng và phát huy tính tích cực cá nhân, làm chủ tri thức khoa học và công nghệ hiện đại, có tư duy sáng tạo, có kĩ năng thực hành giỏi, có tác phong công nghiệp, có tính tổ chức kỉ luật, có sức khỏe, là những người thừa kế xây dựng chủ nghĩa xã hội vừa hồng vừa chuyên như lời dặn của Bác Hồ”. Về mặt trí dục, mục tiêu mới nêu lên phẩm chất trí tuệ mới của ngƣời Việt Nam là: “có năng lực tiếp thu tinh hoa văn hóa nhân loại; phát huy tiềm năng của dân tộc và con người Việt Nam, có ý thức cộng đồng và phát huy tính tích cực cá nhân, làm chủ tri thức khoa học và công nghệ hiện đại, có tư duy sáng tạo, có kĩ năng thực hành giỏi…” Bài tập vật lí có vai trò vô cùng quan trọng, đƣợc sử dụng trong nhiều giai đoạn của quá trình dạy học. Bài tập vật lí, thể hiện khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu hơn những quy luật vật lí và những hiện tƣợng vật lí, biết phân tích chúng vào những vấn đề thực tiến. Trong nhiều trƣờng hợp, dù giáo viên có cố gắng trình bày tài liệu mạch lạc, lô gic, phát biểu định nghĩa, định luật thật chính xác và có kết quả thì đó mới là điều kiện cần, chứ chƣa đủ để học sinh hiểu sâu kiến thức. chỉ có thông qua bài tập dƣới hình thức này hoặc hình thức kia tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thì kiến thức đó mới trở lên xâu sắc. Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm, các thí nghiệm vật lí đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành tri thức vật lí. Một trong những nhiệm vụ quan 7 trong của vật lí hiện nay là bồi dƣỡng cho học sinh phƣơng pháp nhận thức là phƣơng pháp thực nghiệm. Thông qua các bài thực hành của học sinh, biểu diễn thí nghiệm của giáo viên, việc giải các bài tập thực nghiệm mới có thể bồi dƣỡng phƣơng pháp thực nghiệm cho học sinh đạt kết quả và cũng từ đó mà học sinh hiểu sâu hơn về kiên thức vật lí. Trên tinh thần đó, chúng tôi thực hiện đề tài “Soạn thảo và sử dụng bài tập thí nghiệm chƣơng Mắt . Các dụng cụ quang vật lý 11 THPT”. 2. Mục đích nghiên cứu Soạn thảo và sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm vật lí chƣơng “ Mắt. Các dụng cụ quang” vật lí 11 THPT nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. 3.Phạm vi nghiên cứu Nội dung chƣơng : Mắt. Các dụng cụ quang vật lý 11 THPT Các hoạt động dạy và học của giáo viên và học sinh trƣờng THPT B Kim Bảng 4. Mẫu khảo sát Học sinh các lớp: 10A7; 10A6; trƣờng THPT B Kim Bảng – Hà Nam. 5. Vấn đề nghiên cứu Soạn thảo và sử dụng các bài tập thí nghiệm chƣơng “ Mắt. Các dụng cụ quang ” nhƣ thế nào để có thể tích cực hóa hoạt động học của học sinh. 6. Giả thuyết khoa học Dựa trên cơ sở lý luận dạy học hiện đại, cũng với việc phân tích nội dung khoa học của kiến thức cần dạy, nếu soạn thảo và sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm phù hợp thì sẽ phát huy đƣợc tính tích cực của học sinh và nâng cao chất lƣợng kiến thức. 7. Phƣơng pháp nghiên cứu 7.1. Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: - Nghiên cứu cơ sở lí luận về tâm lí học, giáo dục học và lí luận dạy học bộ môn theo hƣớng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. 8 - Nghiên cứu mục tiêu, nội dung và nhiệm vụ dạy học của bộ môn vật lí ở trƣờng THPT hiện nay nói chung , và của chƣơng “Mắt. Các dụng cụ quang” nói riêng. - Việc soạn thảo hệ thống bài tâp thí nghiệm có vai trò, tác dụng gì đến quá trình học của học sinh 7.2. Phương pháp điều tra quan sát - Thăm dò, trao đổi ý kiến với giáo viên các trƣờng THPT để nắm bắt thực trạng của việc sử dụng bài tập thí nghiệm vật lí trong dạy học hiện nay ở các trƣờng THPT. 7.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm ở các trƣờng THPT có đối chứng để kiểm tra tính khả thi của luận văn, cụ thể là làm nổi bật vai trò của bài tập thí nghiệm vật lí trong việc nâng cao nhận thức của học sinh THPT trong các giờ học vật lí. 7.4. Phương pháp thống kê toán học - Sử dụng phƣơng pháp thống kê mô tả và thống kê kiểm định để trình bày kết quả thực nghiệm sƣ phạm. 8. Luận cứ 8.1 Luận cứ lý thuyết - Nghiên cứu cơ sở lí luận của vấn đề đổi mới phƣơng pháp dạy học vật lí theo hƣớng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh THPT. - Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc soạn thảo bài tập thí nghiệm vật lí trong việc nâng cao nhận thức của học sinh THPT. - Những phân tích về nội dung kiến thức chƣơng. - Soạn thảo một số bài tập thí nghiệm chƣơng “Mắt . Các dụng cụ quang” vật lí 11 THPT 8.2 Luận cứ thực tiễn - Minh chứng dạy học thực nghiệm - Kết quả học tập từ phía học sinh thông qua các bài kiểm tra. 9. Cấu trúc luận văn. Ngoài phần mở đầu, kết luận và phụ lục, nội dung chính của luận văn đƣợc chia thành ba chƣơng 9 Chƣơng 1: Cơ sở lý luận của đề tài Chƣơng 2: Soạn thảo và thiết kế tiến trình dạy học bài tập thí nghiệm chƣơng: “Mắt. Các dụng cụ quang” vật lí 11 THPT Chƣơng 3: Thực nghiệm sƣ phạm. 10 CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Bài tập vật lí là gì? Theo X.E. Camenetxki và V.P. Ôrêkhốp «trong thực tế dạy học, bài tập vật lí đƣợc hiểu là một vấn đề đƣợc đặt ra mà trong trƣờng hợp tổng quát đòi hỏi những suy luận lôgic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phƣơng pháp vật lí… ». [11] Trong các tài liệu giáo khoa cũng nhƣ các tài liệu về phƣơng pháp dạy học bộ môn ngƣời ta thƣờng hiểu bài tập vật lí là những bài luyện tập đƣợc lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tƣợng vật lí, hình thành các khái niệm, phát triển tƣ duy vật lí của học sinh và rèn kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn [11].Bài tập vật lí là một phƣơng pháp dạy học giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lí ở nhà trƣờng phổ thông. Cũng nhƣ việc học tập môn vật lí nói chung, việc giải các bài tập vật lí ở nhà trƣờng nói riêng không thể chỉ dừng lại ở sự tìm cách vận dụng các công thức vật lý để giải các phƣơng trình và đi đến đáp số. Quan trong hơn là giải bài tập vật lý phải giúp học sinh hiểu sâu hơn các hiện tƣợng vật lý xảy ra trong thế giới tự nhiên xung quanh ta, trong các đối tƣợng của nên công nghệ văn minh mà ta đang sử dụng, và từ sự tìm hiểu sâu sắc đó mà thúc đẩy học sinh giải quyết những vấn đề khác nhau của đời sống và công nghệ sau này. Các bài tập vật lí trong sách giáo khoa thƣờng rất khác xa so với những thực tế mà học sinh sẽ gặp trong cuộc sống. Nếu không hiểu thấu đáo vật lí học và nhất là không quen với việc giải bài tập gắn với thực tế thì học sinh khó lòng giải quyết tốt những bài toán thực tế của cuộc sống. 1.2 Tƣ duy trong giải bài tập vật lí Qua trình hình thành nên các khái niệm, định luật vật lí gắn với quá trình khái quát hóa, nó liên quan đến chuyển tiếp của ngƣời học từ chỗ mô tả tính chất của từng sự vật, hiện tƣợng vật lí riêng lẻ đến chỗ phát hiện và tách nó ra trong một nhóm các sự vật, hiện tƣợng. Quá trình dạy học thƣờng theo trình tự: tri giác – biểu tƣợng – khái niệm (định luật). Nhƣ vậy, quá trình dạy học đi từ các đặc điểm và dấu hiệu đơn lẻ của các tri giác và biểu tƣợng và do đó, nó là kết quả của khái quát hóa và biểu tƣợng về rất nhiều hiện tƣợng và sự vật cùng loại. 11 Tuy nhiên, nắm vững khái niệm, định luật không chỉ giới hạn ở chỗ biết các dấu hiệu của sự vật và hiện tƣợng đƣợc bao hàm bởi khái niệm đó, mà còn phải biết sử dụng nó trong thực tế, biết làm việc với nó. Điều đó có nghĩa là việc tiếp thu khái niệm, định luật không chỉ bao gồm con đƣờng từ dƣới lên trên – từ các trƣờng hợp đơn lẻ, bộ phận đến khái quát hóa chúng mà còn có con đƣờng ngƣợc lại từ trên xuống dƣới, từ cái chung đến cái bộ phận và riêng lẻ. Khi biết cái chung, cần nhìn thấy nó trong trƣờng hợp cụ thể gặp phải trong thời điểm đã cho. Đó chính là con đƣờng cần thực hiện khi giải các bài toán vật lý. Nhiều bằng chứng đã chứng tỏ, các khái quát ban đầu mà học sinh thu nhận theo sơ đồ “từ dƣới lên trên”, tự nó không đảm bảo đƣợc sự vận động “từ trên xuống dƣới”, từ cái chung đến cái riêng. Khi học các sự kiện mới và cụ thể, học sinh không nhận ra trong đó trƣờng hợp riêng của dấu hiệu chung mà học đã biết, không thể tách bạch dấu hiệu chung này từ những điều kiện cụ thể, việc chuyển từ cái chung đến cái riêng, cái cụ thể giúp ngƣời học khác phục đƣợc sự tách rời giữa cái cụ thể với cái trừu tƣợng. Khái quát ban đầu càng trừu tƣợng thì sự tiếp thu nó một cách đầy đủ càng đòi hỏi phải cụ thể hóa nhiều hơn. Trong dạy học vật lí, việc cụ thể hóa đƣợc thực hiện trong việc áp dụng khái niệm, định luật vật lí, khi giải các bài tập đƣa các sự kiện, hiện tƣợng vật lí đơn lẻ vào khái niệm. Nắm vững khái niệm, định luật có nghĩa là nắm vững đƣợc toàn bộ tập hợp các tri thức về các sự vật mà khái niệm, định luật đó có liên quan. Càng tiến gần tới mức độ đó, ngƣời học càng nắm vững khái niệm định luật. Đó là sự phát triển của các khái niệm, định luật, chúng không phải bất biến mà có sự thay đổi về nội hàm tùy theo việc mở rộng tri thức. Nhƣ vậy, việc giải bài tập vật lý thực chất là vận dụng các kiến thức khái quát đã có vào các tính huống vật lí cụ thể, đó là quá trình đi từ cái chung đến cái riêng. 1.3 Vai trò và tác dụng của bài tập vật lí trong dạy học Những kết quả nghiên cứu của sinh lí học thần kinh và tâm lí học cho thấy quá trình ghi nhớ các kiến thức có liên quan tới những thông tin đƣợc chuyển từ trí nhớ ngắn thành trí nhớ dài. Trí nhớ ngắn lƣu giữ những gì ta đang suy nghĩ vào lúc đó tới từ các giác quan (nhƣ tai, mắt…). Đôi khi, những nội dung của trí nhớ ngắn đƣợc chuyển sang trí nhớ dài. Các nội dung của trí nhớ dài sẽ đƣợc sắp xếp có tổ chức. Để đƣợc chuyển thành trí nhớ dài thì các thông tin cần đƣợc xử lí và sắp xếp cấu trúc trong trí nhớ ngắn sao cho nó « có nghĩa » đối với ngƣời học. Quá trình sắp xếp cấu trúc 12 thông tin cần có thời gian nhƣng đó là thời gian hữu ích bởi vì ngƣời học sẽ hầu nhƣ không thể nhớ đƣợc những gì mà họ không hiểu hoặc không hiểu đúng. Biểu đồ dƣới đây cho thấy ngƣời học có thể quên những gì đã đƣợc học, nhƣng mỗi lần các kiến thức đƣợc đem sử dụng và làm cho nó trở nên có nghĩa là một lần làm cho kiến thức đó đƣợc gắn chặt hơn vào trong trí nhớ dài, và kết quả là cứ sau mỗi lần nhớ lại, sử dụng các kiến thức để giải thích và tiên đoán các hiện tƣợng là thời gian bị quên của lần học đó lại đƣợc kéo dài ra. Sơ đồ 1.1 : Sự phụ thuộc của trí nhớ vào thời gian Tuy nhiên, học không hoàn toàn giống ghi nhớ, và cũng không phải chỉ là ghi nhớ, đó là quá trình chủ động "tạo nghĩa" của kiến thức. Chỉ những thông tin nào đƣợc ngƣời học sắp xếp có cấu trúc và có tổ chức mới có thể chuyển thành trí nhớ dài. Việc giải các bài tập vật lí là một yếu tố cấu thành quan trọng trong việc cấu trúc kiến thức vật lí của ngƣời học. Muốn vậy, cần thƣờng xuyên rèn cho học sinh thói quen và kĩ năng, kĩ xảo vận dụng những kiến thức đã học vào cuộc sống hàng ngày. Thông qua dạy học về bài tập vật lí, ngƣời học có thể nắm vững một cách chính xác, sâu sắc và toàn diện hơn những quy luật vật lí, những hiện tƣợng vật lí, biết cách phân tích chúng và ứng dụng chúng vào các vấn đề thực tiễn, làm cho kiến thức trờ thành vốn riêng của ngƣời học. Trong nhiều trƣờng hợp, dù giáo viên cố gắng trình bày tài liệu một cách mạch lạc, lôgic, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng các yêu cầu và cho kết quả chính xác thì đó mới chỉ là điều kiện cần chứ chƣa phải là điều kiện đủ để học sinh hiểu sâu và nắm vững kiến thức. Chỉ có thông qua các bài tập vật lí ở hình thức này hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt các kiến thức để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc, hoàn thiện và trở thành vốn riêng của ngƣời học. Chẳng hạn với bài tập “Tại sao khi dùng quạt điện lâu thì nó bị nóng 13 lên” có thể rèn cho học sinh thói quen quan sát, tập giải thích các hiện tƣợng xảy ra xung quanh bằng kiến thức đã học. Vật lí là môn học có tính tƣơng tác và ứng dụng rất cao trong đời sống. Khi dạy học đến một vấn đề nào đó, giáo viên cố gắng yêu cầu vận dụng kiến thức vào những hiện tƣợng, các vật dụng trong cuộc sống. Ví dụ, về lực đẩy, học sinh có thể hình dung đến chiếc bơm xe đạp, máy nén khí,…. Điều này giúp học sinh biến các kiến thức lí thuyết khô khan thành những kiến thức có nghĩa trong cuộc sống. Kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn là thƣớc đo mức độ sâu sắc và vững vang của những kiến thức học sinh thu nhận đƣợc. Bài tập vật lí có thể đƣợc 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. Ở bậc Trung học phổ thông, trình độ toán học của học sinh đã khá phát triển. Khi các bài tập đƣợc sử dụng khéo léo có thể dẫn học sinh đến những suy nghĩ về một hiện tƣợng mới, hoặc xây dựng một khái niệm mới để giải thích hiện tƣợng mới do bài tập phát hiện ra. Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đề ra học sinh phải phân tích đề bài, xem đề bài đã cho gì, cần gì, học sinh phải tái hiện kiến thức, vận dụng các thao tác tƣ duy nhƣ so sánh, phân tích, tổng hợp, trừu tƣợng hóa, khái quát hóa... để xác lập mối quan hệ giữa các đại lƣợng, lập luận, tính toán, có khi phải tiến hành thí nghiệm, đo đạc, kiểm tra kết luận. Vì thế, bài tập vật lí 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 lí đƣợc trình bày dƣới dạng các tình huống vấn đề. Trong dạy học vật lí nếu ý thức đƣợc điều này, các bài tập vật lí do giáo viên lựa chọn tốt có thể tối đa hóa khả năng sáng tạo và tính tò mò cùa ngƣời học thay vì những bài tập chỉ đòi hỏi áp dụng một cách giản đơn các công thức, định luật. Các bài tập này sẽ giúp rèn luyện cho học sinh tính sáng tạo, độc lập trong suy nghĩ, đức tính kiên trì khắc phục khó khăn và sự yêu thích môn học. Ở đây, ngƣời học đƣợc khuyến khích chủ động chứ không thụ động trong thái độ học, cần lƣu ý rằng sự giúp đỡ quá mức của giáo viên có thể dẫn đến việc khuyến khích tính dƣa dẫm của ngƣời học. Bài tập vật lí 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. Khi giải bài tập vật lí, hoc sinh phải nhớ lại kiến thức vừa học, đào sâu khía cạnh nào đó của kiến thức hoặc 14 phai tổng hợp kiến thức trong một để tài, một chƣơng hoặc một phần của chƣơng trình. Qua các bài kiểm tra hằng tiết, hằng chƣơng, hằng kì... giáo viên kịp thời sủa chữa các sai lầm của học sinh. Giải bài tập vật lí là thƣớc đo chính xác để giáo viên có thể thƣờng xuyên theo dõi thành tích và tinh thần học tập của học sinh cùng với hiệu quả công tác giáo dục, giáo dƣỡng của mình để từ đó có thể điều chỉnh nội dung, phƣơng pháp dạy học, giúp quá trình dạy học đạt hiệu quả cao. Bài tập vật lí còn có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp. Các bài tập vật lí có thể đề cập đến các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống: khoa học kĩ thuật, thông tin liên lạc, giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp... Các bài tập này 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. Để có đƣợc nền khoa học vật lí nhƣ ngày nay, lịch sử vật lí đã trải qua bao cuộc thăng trầm, đấu tranh quyết liệt chống lại tƣ tƣởng bảo thủ, lạc hậu, phản động. Nhờ dạy học về bài tập vật lí giáo viên có thể giới thiệu cho học sinh biết sự xuất hiện những tƣ tƣởng và quan điểm tiên tiến hiện đại, các phát minh làm thay đổi thế giới. Tiếp xúc với các hiện tƣợng trong đời sống hàng ngày qua các bài tập vật lí giúp học sinh nhìn thấy khoa học vật lí ở xung quanh mình, qua đó kích thích hứng thú, đam mê của các em với môn học, bồi dƣỡng khả năng quan sát. Bài tập vật lí góp phẩn xây dựng một thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh, làm cho họ hiểu rõ thế giới tự nhiên là vật chất, vật chất luôn ở trạng thái vận động, họ tin vào sức mạnh của mình, mong muốn đem tài năng và trí tuệ cải tạo thiên nhiên. Giải bài tập vật lí không phải là một công việc nhẹ nhàng, nó đòi hỏi sự làm việc căng thẳng, tích cực của học sinh, một sự vận dụng tổng hợp những kiến thức, kinh nghiệm đã có để tìm lời giải nêu ra trong bài tập. Khi giải thành công một bài tập nó sẽ đem đến cho học sinh niềm phấn khởi sáng tạo, sẵn sàng đón nhận những bài tập mới ở mức độ cao hơn. Tuy nhiên không phải cứ cho học sinh làm bài tập là chúng ta đạt ngay đƣợc các yêu cầu mong muốn. Bài tập vật lí chỉ phát huy tác dụng to lớn của nó trong những điều kiện sƣ phạm nhất định. Kết quả rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo giải bài tập phụ thuộc rất nhiều vào việc có hay không có một hệ thống bài tập đƣợc lựa chọn và sắp xếp phù hợp với mục đích dạy học, với yêu cầu rèn luyện kĩ năng kĩ xảo cho ngƣời học.[11] 1.4. Phân loại bài tập vật lí Bài tập vật lí rất đa dạng và phong phú. Có nhiều cách phân loại bài tập,các bài tập trƣớc hết đƣợc phân loại theo các chủ đề: bài tập cơ học, bài tập nhiệt học, bài tập quang…Hoặc các bài tập đƣợc phân loại tùy thuộc vào mục đích sử dụng, 15 tùy vào mức độ yêu cầu phát triển tƣ duy, tùy theo nội dung, theo phƣơng thức cho điều kiện, theo phƣơng thức giải mà có thể phân loại bài tập theo nhiều cách khác nhau. Các bài tập có thể đƣợc phân thành các loại nhƣ sau: 1.4.1 Căn cứ theo yêu cầu mức độ phát triển tư duy Theo yêu cầu mức độ phát triển tƣ duy, có thể phân bài tập thành hai loại là bài tập thực nghiệm và bài tập sáng tạo 1.4.1.1 Bài tập luyện tập Bài tập luyện tập là những bài tập mà hiện tƣợng xảy ra chỉ tuân theo một quy tắc, một định luật vật lí đã biết, muốn giải chỉ cần một lập luận đơn giản hay áp dụng công thức đã biết. Loại bài tập này dùng để củng cố kiến thức lí thuyết cơ bản đã học, hoặc sau khi học một kiến thức vật lí mới (một khái niệm, một định luật, một quy tắc vật lí nào đó) giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn các khái niệm các định luật vừa nghiên cứu, nắm vững cách giải đối với một loại bài tập nhất định đã đƣợc chỉ dẫn cách thức giải. Loại bài tập này không đòi hỏi tƣ duy sáng tạo của ngƣời học bởi vì trong các bài tập loại này các điều kiện cho trong đề bài thƣờng đã chỉ rõ hành động cần thực hiện 1.4.1.2 Bài tập sáng tạo Loại bài tập này yêu cầu học sinh phải có đầu óc tƣ duy và sáng tạo, có khả năng phân tích đề bài, vận dụng tổng hợp kiến thức để giải quyết vấn đề đặt ra. Loại bài tập này đôi khi yêu cầu học sinh có đầu óc tƣởng tƣợng, biết cách suy diễn lập luận chắc chắn để thiết lập các mối quan hệ cần xác lập một cách chặt chẽ và có lô gic. Bài tập sáng tạo có hai loại: Bài tập nghiên cứu: là loại bài tập cần giải thích một hiện tƣợng chƣa biết trên cơ sở mô hình trừu tƣợng thích hợp rút ra từ lí thuyết vật lí. Học sinh cần trả lời câu hỏi “tại sao” Bài tập thiết kế: là loại bài tập vận dụng các kiến thức lí thuyết đã biết để đƣa ra mô hình mới phù hợp với mô hình trừu tƣợng. học sinh cách trả lời câu hỏi “làm nhƣ thế nào?” 1.4.2 Căn cứ vào nội dung bài tập Trong cách phân loại này, ngƣời ta có thể chia thành các loại sau; 1.4.2.1 Bài tập có nội dung cụ thể 16 Là những bài tập có dữ liệu là các con số cụ thể, thực tế và học sinh có thể đƣa ra lời giải dựa vào vốn kiến thức cơ bản đã có. Những bài tập có nội dung cụ thể có tác dụng tập cho ngƣời học phân tích các hiện tƣợng thực tế cụ thể để làm rõ bản chất vật lí và do đó, có thể vận dụng các kiến thức vật lí để giải 1.4.2.2 Bài tập có nội dung trừu tượng. Là những bài tập mà các dữ kiện cho dƣới dạng chữ. Trong bài tập này, bản chất đƣợc nêu bật trong đề bài, những chi tiết không bản chất đã đƣợc loại bỏ bớt. học sinh có thể nhận ra đƣợc cần sử dụng công thức, định luật vật lí nào để giải bài tập đã cho 1.4.2.3 Bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp Là loại bài tập có nội dung chứa đựng có kiến thức về kĩ thuật, về sản xuất, công nông nghiệp, giao thông vận tại. 1.4.2.4 Bài tập có nội dung lịch sử Là các bài tập chứa dựng các kiến thức có liên quan đến lịch sử nhƣ những dữ liệu về các thí nghiệm vật lí cổ điển, những phát minh, sáng chế hoặc những câu chuyện có tính chất lịch sử. 1.4.2.5 Bài tập vui Là các bài tập sử dụng các sự kiện vui hoặc kì lạ. Việc giải các bài toán này sẽ làm cho các tiết học thêm sinh động, nâng cao hứng thú học tập cho học sinh. 1.4.3 Căn cứ vào phương thức cho điều kiện và phương thức giải Cách phân loại này có thể chia bài tập thành các dạng sau: 1.4.3.1 Bài tập định tính Là loại bài tập đƣợc đƣa ra với nhiều tên gọi khác nhau “bài tập lô gic”, “câu hỏi thực hành”, “câu hỏi định tính”… Loại bài tập này dùng để vận dụng kiến thức vào đời sống, sản xuất. Nó thƣờng dùng để làm bài tập mở đầu nghiên cứu tài liệu mới, giúp học sinh nắm vững bản chất vật lí của các hiện tƣợng, tạo say mê, hứng thú môn học, rèn cho họ tƣ duy lô gic, khả năng phán đoán, biết cách phân tích bản chất vật lí của hiện tƣợng. Khi giải loại bài tập này đòi hỏi học sinh phải xác lập đƣợc mối liên hệ phụ thuộc về bản chất giữa các đại lƣợng vật lí. Bài tập này thƣờng đƣa ra yêu cầu dƣới dạng câu hỏi “vì sao”, “tại sao”. 1.4.3.2 Bài tập định lượng 17 Là loại bài tập có dữ liệu là các số cụ thể, học sinh phải giải chúng bằng các phép tính toán, sử dụng công thức để xác lập mối quan hệ phụ thuộc định lƣợng giữa các đại lƣợng phải tìm và nhận kết quả dƣới dạng một công thức hoặc một giá trị bằng số. 1.4.3.3 Bài tập thí nghiệm. Là loại bài tập sử dụng thí nghiệm để đi đến mục đích đặt ra, có khi phải tiến hành thí nghiệm để đi tới kết quả phải tìm hoặc làm thí nghiệm để lấy số liệu giải bài tập. 1.4.3.4 Bài tập đồ thị. Dạng bài tập này rất phong phú. Có thể từ đồ thị đã cho, học sinh phải tìm ra một yếu tố nào đó hoặc từ các dữ kiện đã biết xây dựng đồ thị. Loại bài tập này giúp học sinh thấy đƣợc một cachstrwcj quan mối quan hệ giữa các đại lƣợng vật lí. Trong đề tài, lựa chọn cách phân loại bài tập theo phƣơng thức giải và phƣơng thức cho điều kiện, và lựa chọn dạng bài tập thí nghiệm để tìm hiểu, do vậy chúng tôi trình bày chi tiết về dạng bài tập này. 1.5. Bài tập thí nghiệm 1.5.1 Các loại bài tập thí nghiệm Bài tập thí nghiệm có thể phân thành bốn loại căn cứ vào mục đích thực hiện nhƣ sau: -Loại thứ nhất: Mô tả chi tiết thí nghiệm, làm thí nghiệm học sinh quan sát hiện tƣợng, rồi yêu cầu học sinh giải thích hiện tƣợng. Ví dụ: Giữ một vật nhỏ (đầu bút bi, nắp bút máy...) nằm ngang ngay trƣớc một cốc thuỷ tinh hình trụ thành mỏng, chứa gần đầy nƣớc. Đặt mắt quan sát vật nhỏ ở phía bên kia cốc nƣớc. Mô tả và giải thích hiện tƣợng quan sát đƣợc.[2] - Loại thứ hai: Mô tả chi tiết thí nghiệm, yêu cầu học sinh dự đoán hiện tƣợng xảy ra, rồi làm thí nghiệm kiểm tra. Loại này, mức độ yêu cầu cao hơn so với loại thứ nhất. Ví dụ: Nhờ một thấu kính ngƣời ta đã thu đƣợc ảnh phóng đại của ngọn nến trên tƣờng. Hỏi hiện tƣợng sẽ xảy ra nhƣ thế nào nếu ta che kín nửa dƣới của thấu kính? Hãy làm thí nghiệm để kiểm tra. 18 - Loại thứ ba: Nêu yêu cầu, cho các dụng cụ thí nghiệm, yêu cầu thiết kế phƣơng án thí nghiệm. Loại bài tập này mức độ yêu cầu cao hơn so với hai loại trên, nhằm phát huy tính tích cực, tự lực và phát triển tƣ duy sáng tạo của học sinh. Ví dụ: Cho các dụng cụ: Một tấm bìa cát tông trắng, phảng; một hộp kim và một thƣớc đo góc, làm thế nào để đo đƣợc chiết suất của một bản thủy tinh? Hãy làm thí nghiệm và tính chiết suất đó. -Loại thứ tư: Nêu yêu cầu của thí nghiệm, học sinh phải tự chọn dụng cụ thí nghiệm, bố trí thí nghiệm, rồi tiến hành thí nghiêm. Đây là loại bài tập với mức độ yêu cầu cao nhất. Ví dụ: Có những cách nào để đo chiết suất của lăng kính ? Hãy thiết kế và tiến hành một phƣơng án thí nghiệm. 1.5.2 Các khả năng sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí - Bài tập thí nghiệm vật lí có thể làm trên lớp, ở nhà hay trong các chƣơng trình nội khóa, ngoại khóa. - Bài tập thí nghiệm vật lí có thể đƣợc sử dụng ở tất cả các giai đoạn của quá trình dạy học: + Đề xuất vấn đề nghiên cứu: ví dụ, khi học về đƣờng truyền của tia sáng qua lăng kính đặt trong không khí, có thể chiếu một tia sáng hẹp từ không khí vào lăng kính, yêu cầu học sinh mô tả hiện tƣợng quan sát đƣợc từ đó nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu. + Hình thành kiến thức kĩ năng mới: ví dụ, khi học về sự tạo ảnh của thấu kính hội tụ và thấu kính phân kì, cho học sinh quan sát sự tạo ảnh qua hai thấu kính này khi vật đặt gần thấu kính, và khi đƣa vật dần tiến ra xa thấu kính. Từ đó học sinh so sánh đƣợc sự tạo ảnh của hai loại thấu kính khi đặt trong không khí. + Củng cố kiến thức, kĩ năng đã thu đƣợc và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh. 1. 5.3 Các bước giải bài tập thí nghiệm Các bài tập thí nghiệm có đặc điểm chung là nghiên cứu thực nghiệm về một sự liên hệ phụ thuộc nào đó. Tuy nhiên, với mỗi loại bài tập thì các bƣớc giải có khác nhau. 1.5.3.1 Loại 1: bài tập mô tả chi tiết thí nghiệm, làm thí nghiệm, quan sát hiện tượng rồi giải thích. Bước một: Nắm vững từng dụng cụ, giải thích tác dụng của từng dụng cụ. 19 -Nắm vững phƣơng án thí nghiệm, nắm đƣợc nguyên lí vật lí của thí nghiệm -Mắc sơ đồ thí nghiệm. Bước hai: tiến hành thí nghiệm, quan sát hiện tƣợng. Bước ba: Đối chiếu những hiện tƣợng xảy ra trong thí nghiệm với kiến thức liên quan. Tìm mối liên hệ của hiện tƣợng với các nguyên lí, các định luật vật lí có liên quan để giải thích hiện tƣợng. Ví dụ: Chiếu một chùm tia sáng song song tới đỉnh của một lăng kính. Phía sau lăng kính ta đặt một màn hứng E. trên màn này ta sẽ thu đƣợc vệt sáng. Nếu thay đổi góc tới i bằng cách xoay lăng kính cho i giảm thì ta nhận thấy rằng: lúc đầu khi i giảm thì D giảm, khi D giảm đến giá trị Dmin thì thấy rằng, nếu tiếp tục giảm i thì D lại tăng. Hãy làm thí nghiệm để kiểm chứng hiện tƣợng trên. 1.5.3.2 Loại 2: bài tập mô tả chi tiết thí nghiệm, dự đoàn hiện tượng, rồi làm thí nghiệm kiểm tra. Bước một: Nắm vững từng dụng cụ, giải thích tác dụng của từng dụng cụ. Nắm vững phƣơng án thí nghiệm, nắm đƣợc nguyên lí vật lí của thí nghiệm Bước hai: Dự đoán các hiện tƣợng vật lí có thể xảy ra. Bước ba: Tiến hành thi nghiệm kiểm tra. Bước bốn:Trên cơ sở của hiện tƣợng thí nghiệm, có thể dự đoán các hiện trƣờng hợp khác khi thay đổi các yếu tố liên quan. Ví dụ: Đổ gần đầy nƣớc vào một cốc nhựa trong suốt (hoặc chai nhựa nhẵn) hình hộp chữ nhật hoặc hình trụ. Cắt một tấm bìa có chiều cao bằng khoảng 2/3 chiều cao cốc nƣớc. Đặt một ngọn nến nhỏ đang cháy ở gần thành đối diện của cốc nƣớc. Toàn bộ hệ thống đƣợc đặt trên bàn nằm ngang. Nếu nhìn nghiêng cốc nƣớc phía trên tấm bìa từ dƣới lên, ta sẽ quan sát thấy hiện tƣợng gì? Giải thích hiện tƣợng quan sát đƣợc. 20 1.5.3.3 Loại 3: bài tập cho các dụng cụ, yêu cầu học sinh thiết kế phương án thí nghiệm. Bước một: Xác định phƣơng án thí nghiệm - Đối chiếu những dữ kiện và dụng cụ đã cho trong đầu bài, lựa chọn những kiến thức liên quan sẽ sử dụng. - Vạch rõ sự phụ thuộc cần khảo sát. - Làm rõ những điều kiện mà trong đó sự phụ thuộc cần nghiên cứu có thể xảy ra. Xác định các phƣơng án thí nghiệm và lựa chọn một trong những phƣơng án đó. Bước hai: Nắm vững những dụng cụ sử dụng, giải thích đƣợc tác dụng của từng dụng cụ. -Thực hiện quy tắc lắp ráp các dụng cụ theo phƣơng án thiết kế đã chọn và trình tự làm việc với chúng. - Thực hiện quy tắc kĩ thuật an toàn. Bước ba: Tiến hành thí nghiệm, ghi kết quả quan sát. -Phân chia sự phụ thuộc phức tạp thành những thành phần đơn giản. - Thực hiện thí nghiệm và quan sát. - Ghi lại sự phụ thuộc cần kiểm tra khảo sát. Bước bốn: Xử lí kết quả Bước năm: Kết luận về tính hiện thực của sự liên hệ phụ thuộc nghiên cứu. Ví dụ: Cho các dụng cụ sau: – Một thấu kính phân kỳ – Một bóng đèn sáng nhỏ, pin, dây dẫn – Một thấu kính hội tụ – Một thƣớc đo có vạch chia tới milimet Hãy trình bày và giải thích phƣơng án thực nghiệm để xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ. 1.5.3.4 Loại 4: bài tập nêu yêu cầu, học sinh phải tự xác định dụng cụ, bố trí, tiến hành thí nghiệm. 21