Tài liệu Vận dụng phương pháp tương tự trong hướng dẫn hoạt động giải bài tập các chương dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều vật lý 12 nhằm phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM THỊ THƯỞNG VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ TRONG HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CÁC CHƯƠNG ‘‘DAO ĐỘNG CƠ, SÓNG CƠ, DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ HÀ NỘI – 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM THỊ THƯỞNG VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ TRONG HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CÁC CHƯƠNG ‘‘DAO ĐỘNG CƠ, SÓNG CƠ, DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MÔN VẬT LÝ) MÃ SỐ: 60 14 01 11 Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. NGUYỄN HUY SINH HÀ NỘI – 2016 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập hoàn thành khóa học và thực hiện đề tài này, tôi đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ quý báu của các thầy cô giáo, các cán bộ phụ trách, các đồng nghiệp, bạn bè và người thân. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới: Các thầy cô giáo trong Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Trường Đại học Giáo Dục – Đại học Quốc Gia Hà Nội, cùng toàn thể các thầy cô giáo đã giảng dạy, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Người thầy kính mến, GS.TS Nguyễn Huy Sinh đã hướng dẫn, động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Ban giám hiệu, các thầy cô giáo giảng dạy bộ môn vật lí trường THPT Chuyên Thái Bình – tỉnh Thái Bình, đã tạo điều kiện, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và tổ chức thực nghiệm sư phạm. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành khóa học và thực hiện đề tài. Hà Nội, tháng 10 năm 2016 Tác giả Phạm Thị Thưởng i DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ĐC : Đối chứng GV : Giáo viên HS : Học sinh PPTT : Phương pháp tương tự SGK : Sách giáo khoa SLTT : Suy luận tương tự THPT : Trung học phổ thông TN : Thực nghiệm TNSP : Thực nghiệm sư phạm ii MỤC LỤC Lời cảm ơn .................................................................................... i Danh mục chữ viết tắt .................................................................. ii Mục lục ........................................................................................ iii Danh mục các bảng ....................................................................... vii Danh mục các hình....................................................................... viii MỞ ĐẦU.......................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ ..... 6 1.1. Cơ sở lí luận.......................................................................... 6 1.1.1. Lý luận về dạy bài tập vật lí trong trường THPT................... 6 1.1.2. Lí luận về phương pháp tương tự (PPTT) .............................. 18 1.1.3. Lí luận về năng lực sáng tạo................................................... 25 1.1.4. Vai trò của PPTT trong hoạt động giải bài tập vật lý với sự phát triển năng lực sáng tạo của học sinh........................................ 27 1.2. Cơ sở thực tiễn.......................................................................... 28 1.2.1. Đặc điểm học sinh THPT Chuyên Thái Bình......................... 28 1.2.2. Thực trạng việc sử dụng PPTT trong dạy học bài tập vật lý ở trường THPT Chuyên Thái Bình .................................................. 29 TIỂU KẾT CHƯƠNG I .................................................................. 33 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VỚI SỰ VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ CHO CÁC CHƯƠNG "DAO ĐỘNG CƠ, SÓNG CƠ, DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU" VẬT LÍ 12................. 34 2.1. Nội dung kiến thức các chương “dao động cơ, sóng cơ, dao động, dòng điện xoay chiều” vật lý 12 ............................................. iii 34 2.1.1. Vị trí và tầm quan trọng của các chương “dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao.......................... 34 2.1.2. Tóm tắt nội dung kiến thức các chương “dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều” ................................................................. 35 2.2. Vận dụng PPTT để giải bài tập các chương “dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao ........................ 46 2.2.1. Phân tích mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều......................................................................... 46 2.2.2. Sự tương tự về quy luật dao động trong các chương “dao động cơ, sóng cơ và dòng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao....... 47 2.3. Xây dựng hệ thống và hướng dẫn hoạt động giải bài tập với sự vận dụng PPTT cho các chương "dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều" vật lý 12, nhằm phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh. ................................................................................ 48 2.3.1. Chương “dao động cơ” ............................................................ 48 2.3.2. Chương “Sóng cơ” .................................................................. 67 2.3.3. Chương “Dòng điện xoay chiều” ............................................ 75 TIỂU KẾT CHƯƠNG 2.................................................................... 82 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ....................................... 84 3.1. Mục đích, nhiệm vụ, đối tượng và phương pháp của thực nghiệm sư phạm ................................................................................ 84 3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm (TNSP) ......................... 84 3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ...................................... 84 3.1.3. Đối tượng thực nghiệm sư phạm ............................................ 85 3.2. Tiến hành thực nghiệm.............................................................. 85 3.2.1. Thời điểm thực nghiệm sư phạm............................................ 85 3.2.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm....................................... 85 3.3. Kết quả và xử lí kết quả............................................................. 8 iv 3.3.1. Xây dựng tiêu chí đánh giá...................................................... 86 3.3.2. Phân tích và xử lí kết quả......................................................... 87 3.4. Đánh giá chung về thực nghiệm sư phạm ................................ 95 TIỂU KẾT CHƯƠNG 3 ................................................................... 96 KẾT LUẬN ....................................................................................... 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................ 98 PHỤ LỤC 1: PHIẾU PHỎNG VẤN HỌC SINH .......................... 100 PHỤ LỤC 2: PHIẾU PHỎNG VẤN GIÁO VIÊN VẬT LÝ......... 102 PHỤ LỤC 3: ĐỀ KIỂM TRA SỐ 1 – CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ ...................................................................................................... 104 PHỤ LỤC 4: ĐỀ KIỂM TRA SỐ 2 – CHƯƠNG SÓNG CƠ ....... 107 PHỤ LỤC 5: ĐỀ KIỂM TRA SỐ 3 – CHƯƠNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU................................................................................... v 110 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Thông tin về các lớp học sinh tham gia trong quá trình thực nghiệm sư phạm ............................................................................ 85 Bảng 3.2. Kết quả các bài kiểm tra .................................................... 88 Bảng 3.3. Bảng điểm trung bình ......................................................... 89 Bảng 3.4. Bảng % học sinh đạt điểm khá, giỏi, trung bình, yếu. ...... 89 Bảng 3.5. Bảng tỉ lệ % học sinh đạt điểm Xi trở xuống ..................... 89 Bảng 3.6. Bảng tổng hợp các tham số đặc trưng ............................... 90 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ phân loại bài tập vật lý ........................................... 11 Hình 1.2. Suy luận tương tự cho hai đối tượng A và B ................... 19 Hình 2.1. Mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều...................................................................................... 35 Hình 2.2. Giản đồ véc tơ của tổng hợp hai dao động điều hòa ....... 40 Hình 2.3. Minh họa ví dụ 1 ............................................................... 50 Hình 2.4: Minh họa ví dụ 2 ............................................................... 53 Hình 2.5. Giải thích ví dụ 1 .............................................................. 56 Hình 2.6. Minh họa ví dụ 2 .............................................................. 57 Hình 2.7. Minh họa ví dụ 3 ............................................................... 58 Hình 2.8. Minh họa bài tập ví dụ 1 .................................................. 60 Hình 2.9. Minh họa bài tập ví dụ 2 ................................................... 61 Hình 2.10. Mô tả bài tập ví dụ 1 ....................................................... 63 Hình 2.11. Minh họa bài tập ví dụ 2 ................................................ 64 Hình 2.12. Minh họa bài tập ví dụ 3 ................................................. 65 Hình 2.13. Mô tả bài tập ví dụ 1........................................................ 67 Hình 2.14. Mô tả bài tập ví dụ 2......................................................... 69 Hình 2.15. Minh họa bài tập ví dụ 1 ................................................. 71 Hình 2.16a. Mô tả bài tập ví dụ 2 ...................................................... 73 Hình 2.16b. Mô tả bài tập ví dụ 2 ...................................................... 73 Hình 2.17 ............................................................................................ 74 Hình 2.18a. Minh họa bài tập ví dụ 1 ............................................... 77 Hình 2.18b. Minh họa bài tập ví dụ 1................................................ 77 Hình 2.19. Hình vẽ cho bài tập ví dụ 2.............................................. 78 Hình 2.20a. Minh họa bài tập ví dụ 2............................................... 79 Hình 2.20b. Minh họa bài tập ví dụ 2................................................ 79 vii Hình 3.1. Đồ thị đường lũy tích kết quả kiểm tra đề số 1.... 91 Hình 3.2. Đồ thị đường lũy tích kết quả kiểm tra đề số 2.... 91 Hình 3.3. Đồ thị đường lũy tích kết quả kiểm tra đề số 3.... 92 Hình 3.4. Biểu đồ kết quả bài kiểm tra số 1 của hai lớp..... 93 Hình 3.5. Biểu đồ kết quả bài kiểm tra số 2 của hai lớp..... 94 Hình 3.6. Biểu đồ kết quả bài kiểm tra số 3 của hai lớp..... 94 viii MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài. Mục tiêu giáo dục trong thời đại mới là không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ những kiến thức, kỹ năng có sẵn cho học sinh mà điều đặc biệt quan trọng là phải bồi dưỡng cho họ năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực tự học tích cực suốt đời, khả năng thích ứng tốt trong cuộc sống. Để đạt được mục tiêu đó, đòi hỏi ngành giáo dục phải luôn đổi mới về nội dung và phương pháp dạy học. Đã có rất nhiều phương pháp, quan điểm dạy học mới, tích cực được nghiên cứu, áp dụng vào thực tiễn. Trong lí luận dạy học, bài tập là một phương pháp dạy học cụ thể, được áp dụng phổ biến, thường xuyên ở các cấp học, ở các loại hình dạy học khác nhau, và được áp dụng trong tất cả các khâu của quá trình dạy học. Đối với môn Vật lí, việc giải các bài tập vật lí có thể giúp rèn luyện tư duy định hướng một cách tích cực và phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh. Bài tập vật lí có thể được sử dụng như là: Phương tiện để nghiên cứu tài liệu mới đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách vững chắc; là phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, liên hệ lí thuyết với thực tế cuộc sống; đồng thời rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh. Bài tập vật lý còn dung để ôn tập, củng cố kiến thức một cách sinh động và hiệu quả. Đó là phương tiện để rèn luyện tính tự lập, cẩn thận, kiên trì, tinh thần vượt khó và cũng là phương tiện để kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh. Đã có rất nhiều công trình khoa học nghiên cứu các vấn đề về bài tập vật lí. Các nghiên cứu đó đã đề cập tới nhiều mặt của bài tập vật lí như: lí luận về dạy học bài tập vật lí; phân loại và phương pháp giải các bài tập vật lí; các nghiên cứu về tiến trình dạy học bài tập vật lý ở từng chương, từng phần cụ thể… Nhưng không phải mỗi chương, mỗi phần là độc lập tách biệt với các phần khác và có phương pháp giải bài tập hoàn toàn khác nhau, mà cũng có nhiều phần nội dung kiến thức khác nhau nhưng vẫn có một số tính chất, quy 1 luật chung. Nhiều bài tập có nội dung khác nhau nhưng có cùng một phương pháp giải. Điển hình như: ở chương dao động cơ có rất nhiều bài tập được giải nhờ vận dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều. Một số chương khác như: Dao động sóng, dao động và sóng điện từ, dòng điện xoay chiều cũng có nhiều bài tập cần phải vận dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều mới giải được, hoặc giải một cách nhanh chóng, dễ dàng hơn. Như vậy, có thể sử dụng phương pháp tương tự để giải bài tập cho các chương này. Thông thường thì học sinh không phát hiện ra điều đó. Từ những cơ sở lí luận và thực tiễn đã nêu trên, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu của luận văn là: Vận dụng phương pháp tương tự trong hướng dẫn hoạt động giải bài tập các chương "dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều" vật lý 12 nhằm phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng hệ thống bài tập thuộc các phần “dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao có vận dụng phương pháp tương tự để giải, đó là vận dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều. Qua đó góp phần phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh. 3. Câu hỏi/Giả thuyết nghiên cứu Xây dựng hệ thống bài tập thuộc các phần “dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao được giải nhờ vận dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều, sẽ góp phần phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của học sinh, nâng cao kết quả trong các kì thi THPT Quốc Gia. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 Để đạt được mục đích của đề tài, cần thực hiện các nhiệm vụ: - Nghiên cứu cơ sở lý luận cơ bản về bài tập vật lý và phương pháp giải bài tập vật lý; về phương pháp tương tự (PPTT) và về năng lực sáng tạo. - Nghiên cứu nội dung kiến thức lý thuyết và bài tập các chương “dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều” trong chương trình vật lý 12 nâng cao. - Nghiên cứu lý thuyết về mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều. - Phân tích vị trí, vai trò của các chương dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều trong chương trình vật lý 12 nâng cao dựa vào mục đích, yêu cầu theo phân phối chương trình và cấu trúc, nội dung trong các đề thi đại học và THPT Quốc gia từ năm 2008 trở lại đây. - Điều tra thực trạng việc sử dụng PPTT trong dạy học bài tập vật lý ở trường THPT. - Xây dựng hệ thống bài tập thuộc các chương: “dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều” trong chương trình vật lý 12 nâng cao được giải bằng cách vận dụng PPTT, đó là sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều. - Đề xuất phương pháp giải bài tập nhằm góp phần nâng cao hiệu quả trong các kì thi đại học, cao đẳng. - Khảo sát tính khả thi của những biện pháp được đề xuất và xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm bằng toán học thống kê. 5. Đối tượng và khách thể nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Quá trình dạy và học của giáo viên và học sinh phần bài tập vật lí 12 nâng cao. - Khách thể nghiên cứu: Chương trình Vật lí 12 THPT nâng cao các chương dao động cơ, sóng cơ, dao động và sóng điện từ, dòng điện xoay chiều; mối liên hệ giữa dao 3 động điều hòa và chuyển động tròn đều. Học sinh 12 THPT. 6. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở lý luận, cơ sở thực tiễn về hệ thống và phương pháp giải bài tập vật lý các chương “dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay ”. Vận dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều thuộc chương trình vật lý 12 nâng cao THPT. 7. Phương pháp nghiên cứu a. Phương pháp nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu các tài liệu về phương pháp, lý luận dạy bài tập môn vật lí. - Nghiên cứu, tìm hiểu, sưu tầm các tài liệu liên quan đến đề tài như: SGK vật lí 12, các sách tham khảo luyện thi đại học môn vật lí, các đề thi đại học môn vật lí. b.Phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Tìm hiểu thực tiễn công tác giảng dạy môn vật lí theo chương trình nâng cao để thi đại học, cao đẳng: quan sát, điều tra- khảo sát bằng phiếu điều tra. - Tổng kết kinh nghiệm, trao đổi ý kiến với các giáo viên có kinh nghiệm trong công tác dạy thi đại học môn vật lí. - Tổng hợp, thống kê số liệu về kết quả thi đại học môn vật lí của trường THPT Chuyên Thái Bình và một số trường THPT trong địa bàn tỉnh Thái Bình. c. Phương pháp xử lí thông tin Sử dụng phương pháp thống kê để xử lỳ số liệu, phân tích kết quả và rút ra kết luận của đề tài. 8. Những đóng góp của luận văn 4 Xây dựng được một hệ thống bài tập với sự vận dụng phương pháp tương tự, vận dụng sự tương đương giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều để hướng dẫn hoạt động giải bài tập các chương"dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều" vật lý 12 nhằm phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh. 9. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của bài luận văn này gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn về việc xây dựng hệ thống và hướng dẫn hoạt động giải bài tập vận dụng phương pháp tương tự. Chương 2: Xây dựng hệ thống và hướng dẫn hoạt động giải bài tập với sự vận dụng phương pháp tương tự cho các chương"dao động cơ, sóng cơ, dòng điện xoay chiều" vật lý 12. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. 5 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ 1.1. Cơ sở lí luận 1.1.1. Lý luận về dạy bài tập vật lí trong trường THPT 1.1.1.1. Khái niệm bài tập vật lí Trong thực tế dạy học, người ta thường gọi một vấn đề hay một câu hỏi cần được giải đáp nhờ lập luận lôgic, suy luận toán học hay thực nghiệm vật lí trên cơ sở sử dụng các định luật và các phương pháp của vật lí học là bài tập vật lí. Bài tập vật lí, là một phần hữu cơ của quá trình dạy học vật lí vì nó cho phép hình thành và làm phong phú các khái niệm vật lí, phát triển tư duy vật lí và thói quen vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn. Ví dụ 1: Đề bài: Xét một hệ kín gồm hai vật có khối lượng m1, m2 tương tác với ur uur nhau. Ban đầu chúng có các véc tơ vận tốc lần lượt là v1 , v2 . Sau thời gian ur uur tương tác ∆t, các véc tơ vận tốc biến đổi thành v1' , v2' . Tìm mối liên hệ giữa các ur uur ur uur véc tơ vận tốc v1 , v2 , v1' , v2' . uur uur Lời giải: Gọi F1 và F2 là lực do vật 2 tác dụng lên vật 1 và lực do vật 1 tác dụng lên vật 2. Theo định luật 3 Newton ta có: uur uur F1 = - F2 Theo định luật 2 Newton suy ra: ur uur m1 a1 = − m2 a2 ur ur uur uur v1' − v1 v2' − v2 m1 = − m2 ∆t ∆t Biến đổi phương trình trên ta được: ur uur ur uur m1 v1 + m2 v2 = m1 v1' + m2 v2' 6 (1.1) r Trong đẳng thức (1.1) xuất hiện một đại lượng có dạng tích ( mv ) mô tả chuyển động của vật. Vế đầu của (1.1) là các đại lượng trước tương tác, vế sau là các đại lượng sau tương tác. ur r Người ta gọi đại lượng ( mv ) là véc tơ động lượng của vật, kí hiệu p . Với định nghĩa véc tơ động lượng, ta có thể viết lại đẳng thức (1.1) dưới dạng: uur uur uur' uur' p1 + p2 = p1 + p2 (1.2) Có thể mở rộng (1.2) cho hệ kín gồm một số bất kì n vật, cũng có đẳng thức tương tự: uur uur uur uur uur uur p1 + p2 + ... + pn = p1' + p2' + ... + pn' Như vậy ta có thể nói tổng các véc tơ động lượng của một hệ kín được bảo toàn (định luật bảo toàn động lượng). Trong ví dụ này, bài tập được sử dụng để hình thành khái niệm mới là véc tơ động lượng và xây dựng định luật bảo toàn động lượng. Ví dụ 2: Đề bài: Một khẩu súng ngắn khối lượng M = 2 kg đang đứng yên thì bắn đi một viên đạn khối lượng m = 50 gam với tốc độ v = 200 m/s. Hỏi sau khi đạn bắn đi, súng sẽ chuyển động về phía nào, với tốc độ V bằng bao nhiêu? Lời gải: Hệ gồm súng và đạn được coi như hệ kín. Ban đầu súng đứng yên nên tổng động lượng của hệ bằng không. Nếu đạn được bắn đi với vận tốc r ur v thì súng sẽ có vận tốc V sao cho: r ur r mv + MV = 0 Từ đó suy ra: ur mr V =− v M Vậy súng chuyển động ngược với chiều chuyển động của viên đạn (tức là giật lùi về phía sau) với tốc độ: 7 V = m v = 5(m/s) M Trong ví dụ này, bài tập được sử dụng để giúp học sinh vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn. 1.1.1.2. Vai trò của bài tập trong dạy học vật lí a) Bài tập giúp cho học sinh hiểu biết sâu sắc và mở rộng kiến thức trong quá trình ôn tập. Trong quá trình nhận thức, học sinh đã nắm được cái chung, cái khái quát của các khái niệm, định luật và cả những vấn đề trừu tượng. Khi giải các bài tập, học sinh phải vận dụng những kiến thức khái quát, trừu tượng đó vào những trường hợp cụ thể, nhờ thế mà học sinh nắm được bản chất phong phú và đa dạng của các bài tập. Quá trình nhận thức các khái niệm, định luật vật lí không kết thúc ở việc xây dựng nội hàm của các khái niệm, định luật vật lí mà còn tiếp tục ở giai đoạn vận dụng vào thực tế. Ngoài những ứng dụng quan trọng trong kĩ thuật, bài tập vật lí sẽ giúp học sinh thấy được những ứng dụng muôn hình, muôn vẻ trong thực tiễn của các kiến thức đã học. Vật lí học không phải chỉ tồn tại trong tri thức chúng ta dưới dạng những mô hình trừu tượng do ta nghĩ ra, mà là sự phản ánh vào nhận thức của chúng ta từ thực tế phong phú và sinh động. Tuy nhiên, các khái niệm, định luật vật lí thì rất đơn giản, còn biểu hiện của chúng trong tự nhiên thì lại rất phức tạp. Bài tập sẽ giúp cho học sinh luyện tập, phân tích để nhận biết những trường hợp phức tạp đó. Có thể dẫn chứng một ví dụ: Định luật thứ hai của Niutơn có dạng đơn giản F = ma. Thông qua bài tập, học sinh sẽ thấy được rằng định luật này có thể áp dụng để xác định chuyển động của tất cả các vật ở xung quanh ta, từ chuyển động của các vật cực nhỏ như hạt bụi đến các vật cực lớn như các hành tinh; từ những vật chịu tác dụng của một lực đến những vật chịu tác dụng đồng thời của nhiều lực khác nhau. Bài tập vật lí là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động. Khi giải bài tập, học sinh phải nhớ lại các kiến thức đã học, có khi phải sử 8 dụng tổng hợp những kiến thức thuộc nhiều chương, nhiều phần của chương trình. b) Bài tập có thể là điểm khởi đầu dẫn dắt đến kiến thức mới Ở những lớp trên của bậc trung học phổ thông, với trình độ toán học đã khá phát triển, nhiều khi các bài tập được sử dụng khéo léo có thể dẫn học sinh đến những suy nghĩ về một hiện tượng mới hoặc xây dựng một khái niệm mới nhằm giải thích hiện tượng mới do bài tập đề xuất. Thí dụ: Khi vận dụng định luật thứ hai và định luật thứ ba của Newton để giải bài toán hai vật tương tác, xuất hiện một đại lượng luôn không đổi là tích (m.v) của hai vật tương tác. Kết quả của việc giải bài tập đó dẫn đến việc cần thiết phải xây dựng khái niệm động lượng và định luật bào toàn động lượng. c) Bài tập vật lí là một trong những phương tiện để rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, vận dụng lí thuyết, vận dụng kiến thức khái quát để giải quyết các vấn đề cụ thể của thực tiễn. Có thể xây dựng rất nhiều bài tập có nội dung thực tiễn, trong đó yêu cầu học sinh phải vận dụng kiến thức lí thuyết để giải thích các hiện tượng thực tiễn hoặc dự đoán các hiện tượng có thể xảy ra trong thực tiễn ở những điều kiện cụ thể cho trước. d) Giải bài tập là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của học sinh. Trong khi giải bài tập, do phải tự mình phân tích các điều kiện của đầu bài, tự xây dựng những lập luận, kiểm tra và phê phán những kết luận rút ra được làm cho tư duy học sinh phát triển, năng lực làm việc tự lực và tính kiên trì của học sinh được phát triển và nâng cao. Cần lưu ý rằng: việc rèn luyện cho học sinh giải các bài tập vật lí không phải là mục đích của dạy học. Mục đích cơ bản đặt ra khi giải bài tập vật lí là làm sao cho học sinh hiểu sâu sắc hơn những qui luật vật lí, biết phân tích và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn, vào tính toán kĩ thuật và cuối cùng là làm cho học sinh phát triển được năng lực tư duy, năng lực giải quyết 9 vấn đề. e) Giải bài tập vật lí góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo của học sinh Có nhiều bài tập vật lí không chỉ dừng lại trong phạm vi vận dụng những kiến thức đã học mà còn giúp bồi dưỡng cho học sinh tư duy sáng tạo. Đặc biệt là những bài tập giải thích hiện tượng, bài tập thí nghiệm, bài tập thiết kế một số dụng cụ phục vụ cho quá trình học tập. f) Bài tập vật lí là một phương tiện có hiệu quả để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh. Căn cứ vào cách đặt câu hỏi kiểm tra, có thể phân loại được các mức độ nắm vững kiến thức của học sinh, giúp cho việc đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh được chính xác. 1.1.1.3. Phân loại bài tập vật lí Có nhiều cách phân loại bài tập vật lý. Trong luận văn này chúng tôi đưa ra bốn cách phân loại bài tập vật lý theo sơ đồ hình 1.1. 10