Tài liệu Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương hạt nhân nguyên tử - Vật lí 12 trung học phổ thông theo hướng phát huy tính tích cực tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC LƢƠNG THỊ MINH XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ - VẬT LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG THEO HƯỚNG PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC TỰ CHỦ VÀ BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH Chuyên ngành: Lý luận và phƣơng pháp dạy học (Bộ môn Vật lí) Mã số : 60 14 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: TS. Ngô Diệu Nga HÀ NỘI - 2011 1 CÁC CHỨ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN CH : Câu hỏi. THPT : Trung học phổ thông. TNSP : Thực nghiệm sƣ phạm. SGK : Sách giáo khoa. 3 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trang 1. Lí do chọn đề tài ....................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................ 3. Câu hỏi vấn đề nghiên cứu........................................................................ 2 2 4. Giả thuyết khoa học .................................................................................. 5. Đối tƣợng nghiên cứu .............................................................................. 2 3 6. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 7. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài ................................................................ 8. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................... 3 3 3 9. Cấu trúc của luận văn ............................................................................... 3 Chƣơng 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ PHỔ THÔNG ...................................................................... 1.1. Khái niệm về bài tập vật lí ..................................................................... 1.2. Vai trò, tác dụng của bài tập vật lí. [11, tr 7-11] ..................................... 1.3. Phân loại bài tập vật lí. [11, tr.12] .......................................................... 4 4 4 7 1.3.1. Phân loại bài tập theo nội dung. .......................................................... 8 1.3.2. Phân loại theo phƣơng thức cho điều kiện và phƣơng thức giải. .......... 1.3.3. Phân loại theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tƣ duy trong quá trình dạy học.[10, tr.35 ] ............................................................................... 1.4. Tƣ duy trong giải bài tập vật lí ............................................................... 9 13 14 1.5. Phƣơng pháp giải bài tập vật lí ............................................................... 1.6.Hƣớng dẫn học sinh giải bài tập vật lí ..................................................... 1.6.1. Hƣớng dẫn theo mẫu (hƣớng dẫn Angorit) ......................................... 1.6.2. Hƣớng dẫn tìm tòi. (Hƣớng dẫn Ơrixtic) ............................................. 16 19 19 20 1.6.3. Định hƣớng khái quát chƣơng trình hóa .............................................. 1.7. Lựa chọn và sử dụng bài tập vật lí ......................................................... 1.7.1. Lựa chọn các bài tập Vật lí ................................................................. 1.7.2. Sử dụng hệ thống bài tập..................................................................... 1.8. Phát triển tính tích cực, tự chủ và năng lực sáng tạo của học sinh .......... 21 22 22 23 24 1.8.1. Tính tích cực và tự chủ ...................................................................... 1.8.2. Bồi dƣỡng năng lực sáng tạo của học sinh .......................................... 1.9. Thực trạng hoạt động dạy giải bài tập vật lí ở một số trƣờng Trung học phổ thông hiện nay ................................................................................. 24 25 4 26 1.9.1. Đối tƣợng và phƣơng pháp điều tra ..................................................... 26 1.9.2. Kết quả điều tra .................................................................................. 27 Kết luận chƣơng 1 ........................................................................................ 30 Chƣơng 2: HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƢỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƢƠNG HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ ........................... 31 2.1. Vị trí chƣơng Hạt nhân nguyên tử lớp 12 Trung học phổ thông ............. 31 2.2. Nội dung kiến thức chƣơng Hạt nhân nguyên tử lớp 12 THPT............... 31 2.2.1. Các kiến thức về cấu tạo hạt nhân nguyên tử....................................... 31 2.2.2. Các kiến thức về phản ứng hạt nhân. ................................................... 33 2.2.3. Các kiến thức về phóng xạ. ................................................................. 35 2.3. Mục tiêu dạy học chƣơng Hạt nhân nguyên tử ....................................... 37 2.4. Những kĩ năng học sinh cần đạt đƣợc .................................................... 40 2.5. Phân loại bài tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử ........................................ 41 2.6. Hệ thống bài tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử. .Dạng 1. Năng lƣợng liên kết ......................................................................................................... 43 2.7. Sử dụng hệ thống bài tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử ........................... 54 2.8. Hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử .............. 55 2.8.1. Dạng 1: Cấu tạo hạt nhân nguyên tử ................................................... 55 2.8.2. Dạng 2: Phản ứng hạt nhân ................................................................. 59 2.8.3.Dạng 3: Phóng xạ ................................................................................ 63 Kết luận chƣơng 2 ........................................................................................ 67 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ...................................................... 68 3.1. Mục đích thực nghiệm sƣ phạm (TNSP) ................................................ 68 3.2. Đối tƣợng thực nghiệm .......................................................................... 68 3.3. Tiến trình thực nghiệm sƣ phạm ............................................................ 68 3.4. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm .............................. 69 3.4.1. Đánh giá định tính về việc nắm vững kiến thức, phát huy tính tích cực tự chủ và bồi dƣỡng năng lực sáng tạo của học sinh .............................. 69 3.4.2. Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm bằng phƣơng pháp thống kê toán ................................................................................................ 5 73 Kết luận chƣơng 3 ........................................................................................ 81 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................................. 82 1. Kết luận ................................................................................................... 82 2. Khuyến nghị ............................................................................................ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 83 PHỤ LỤC 6 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Chúng ta đang sống trong sống trong thời đại của sự bùng nổ tri thức khoa học và công nghệ. Xã hội mới phồn vinh ở thế kỉ 21 là một xã hội dựa vào tri thức, tƣ duy sáng tạo, và tài năng sáng chế của con ngƣời. Trong xã hội biến đổi nhanh chóng nhƣ hiện nay, ngƣời lao động cũng phải biết luôn tìm tòi kiến thức mới và trau dồi năng lực của mình cho phù hợp với sự phát triển của khoa học và kĩ thuật. Chính vì vậy, mục đích giáo dục hiện nay ở nƣớc ta và trên thế giới không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ cho học sinh những kiến thức, kĩ năng loài ngƣời đã tích lũy đƣợc trƣớc đây, mà còn đặc biệt quan tâm đến việc bồi dƣỡng cho họ năng lực sáng tạo ra những tri thức, những phƣơng pháp, cách giải quyết vấn đề mới sao cho phù hợp và hiệu quả. Trong những năm qua, ngành giáo dục đã và đang thực hiện nhiều giải pháp đồng bộ để có thể nâng cao chất lƣợng giáo dục, đổi mới chƣơng trình, nội dung, phƣơng pháp dạy và học, tất cả vì ngƣời học. Từ đó có thể thấy, lựa chọn phƣơng pháp dạy học phù hợp, nhằm rèn luyện tính tích cực, tự chủ, năng lực tự suy nghĩ cho học sinh là vấn đề quan trọng trong dạy học nói chung và dạy học môn Vật lí nói riêng. Quá trình dạy học Vật lí có thể nâng cao chất lƣợng học tập và phát triển năng lực của học sinh bằng nhiều phƣơng pháp, cách thức khác nhau. Trong đó giải bài tập vật lí với tƣ cách là một phƣơng pháp đƣợc xác định từ lâu trong giảng dạy vật lí có tác dụng tích cực đến việc giáo dục và phát triển năng lực của học sinh. Đó là một thƣớc đo đúng đắn, thực chất sự tiếp thu, vận dụng kiến thức và kĩ năng, kĩ xảo của học sinh. Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn những quy luật vật lí, những hiện tƣợng vật lí, biết phân tích vào những vấn đề thực tiễn. Thông qua các dạng bài tập, tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác thì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc, hoàn thiện và biến thành vốn riêng của học sinh. Xu hƣớng hiện đại của lí luận dạy học là chú trọng nhiều đến hoạt động và vai trò của ngƣời học. Việc rèn luyện khả năng hoạt động tự lực, tự giác, chủ động 1 sáng tạo và đánh giá sự tiếp thu kiến thức của học sinh thông qua việc nghiên cứu, xây dựng một hệ thống các bài tập và hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập là cần thiết. Trong những năm giảng dạy ở trƣờng phổ thông và qua tìm hiểu thực tế, trao đổi kinh nghiệm với các đồng nghiệp, tôi nhận thấy trong chƣơng trình vật lí 12, chƣơng “Hạt nhân nguyên tử” là một trong những phần học học sinh mới bắt đầu tiếp cận, kiến thức cơ bản, nền tảng nhƣng cũng rất phức tạp. Chƣơng học này có khả năng kích thích sự tò mò, ham hiểu biết của học sinh, đồng thời cũng sử dụng những kiến thức, kĩ năng của các phần học trƣớc. Do đó, việc đƣa ra đƣợc tài liệu trình bày cụ thể các cấp độ sử dụng hệ thống bài tập trong chƣơng, sắp xếp chúng một cách có hệ thống từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp và hƣớng dẫn cho học sinh cách giải để tìm ra đƣợc bản chất vật lí của bài toán vật lí, nâng cao hiệu quả học tập của học sinh nói riêng và hiệu quả giáo dục nói chung là điều cần thiết. Vì vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Hạt nhân nguyên tử, vật lí 12 Trung học phổ thông theo hướng phát huy tính tích cực tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh” làm đề tài nghiên cứu của mình. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, xây dựng hệ thống bài tập và hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật lý12 THPT, nhằm giúp học sinh không những nắm vững kiến thức mà còn phát huy đƣợc tính tích cực, tự chủ và năng lực sáng tạo trong hoạt động giải bài tập. 3. Câu hỏi vấn đề nghiên cứu Dạy bài tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử nhƣ thế nào để bồi dƣỡng tính tích cực, tự chủ và sáng tạo cho học sinh? 4. Giả thuyết khoa học Xây dựng đƣợc một hệ thống bài tập phù hợp với mục tiêu dạy học và thời gian dành cho mỗi chủ đề kiến thức vật lí, đồng thời tổ chức hoạt động dạy giải bài tập theo hƣớng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh sẽ phát huy đƣợc hết các tác dụng của bài tập vật lí trong dạy học vật lí, góp phần vào việc giúp học sinh 2 không những chiếm lĩnh kiến thức mà còn phát huy đƣợc tính tích cực, tự chủ và năng lực sáng tạo. 5. Đối tƣợng nghiên cứu Hoạt động dạy và học về bài tập vật lí ở lớp 12 THPT . 6. Phạm vi nghiên cứu Hoạt động dạy giải bài tập vật lí chƣơng Hạt nhân nguyên tử lớp 12 THPT Đối tƣợng thực nghiệm: hoạt động dạy học về bài tập vật lí chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật lí 12 THPT tại một số trƣờng THPT thuộc thành phố Hà Nội 7. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài - Tìm hiểu lý luận về vai trò, tác dụng, phƣơng pháp giải bài tập vật lí. - Nghiên cứu nội dung kiến thức chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật lý 12 THPT. - Nghiên cứu phƣơng pháp giải bài tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật lý 12 THPT. - Lựa chọn hệ thống bài tập và hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật lý12 THPT - Thực nghiệm sƣ phạm để kiểm định tính khả thi và hiệu quả của hệ thống bài tập và phƣơng pháp hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập đã soạn thảo. 8. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết. - Các phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn nhƣ: phƣơng pháp thực nghiệm, phƣơng pháp điều tra. - Phƣơng pháp thống kê toán học. 9. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần Mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung luận văn đƣợc trình bày trong 03 chƣơng: Chƣơng 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy giải bài tập vật lí phổ thông. Chƣơng 2. Hệ thống bài tập và hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập chƣơng Hạt nhân nguyên tử - vật lý 12 THPT Chƣơng 3. Thực nghiệm sƣ phạm. 3 Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ PHỔ THÔNG 1.1. Khái niệm về bài tập vật lí Trong thực tế dạy học, ngƣời ta hay gọi một vấn đề, hay một câu hỏi cần đƣợc 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 phƣơng pháp của Vật lí học là bài tập vật lí. [6,tr.56] Bài toán vật lí, hay đơn giản gọi là các bài tập vật lí, là một phần không thể thiếu của quá trình dạy học vật lí vì nó cho phép hình thành và làm phong phú các khái niệm vật lí, phát triển tƣ duy vật lí và thói quen vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn, góp phần vào việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp và hƣớng nghiệp. 1.2. Vai trò, tác dụng của bài tập vật lí. [11, tr 7-11] Mục tiêu của dạy học vật lí ở trƣờng phổ thông là phải đảm bảo trang bị đầy đủ cho học sinh những kiến thức phổ thông cơ bản, hiện đại, làm cho học sinh có thể vận dụng những kiến thức đó để giải quyết nhiệm vụ học tập. Để đạt đƣợc những nhiệm vụ trên đồi hỏi học sinh phải đƣợc rèn luyện một cách thƣờng xuyên, kết hợp nhiều phƣơng pháp. Bài tập vật lí là một trong những phƣơng pháp đƣợc vận dụng có hiệu quả trong dạy học vật lí. Nó có một tầm quan trọng đặc biệt góp phần vào việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lí ở phổ thông. Có thể nói, việc giải các bài tập vật lí đƣợc xem nhƣ mục đích, là phƣơng pháp dạy học. Ngƣời ta ngày càng chú ý tăng cƣờng các bài tập vật lí vì chúng đóng vai trò quan trọng trong dạy học và giáo dục học sinh. Tùy thuộc vào những tình huống cụ thể, bài tập vật lí đƣợc sử dụng theo các mục đích khác nhau. - Bài tập vật lí có thể được sử dụng như là phương tiện nghiện cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức một cách sâu sắc và vững chắc Ví dụ: Cho hạt nhân 24 He . a. Tính độ giảm khối lƣợng khi các nuclôn (2 prôtôn và 2 nơtron) tạo thành hạt nhân 24 He ( mHe =4,0015u ) 4 b. Tính năng lƣợng nghỉ của hạt nhân 24 He và năng lƣợng nghỉ của tổng các nuclon trên. So sánh độ lớn của hai năng lƣợng này. c. Từ hạt nhân nguyên tử Heli muốn tách thành các nuclôn riêng rẽ ( bao gồm 2 prôtôn và 2 nơtron ) thì phải cung cấp cho hệ một năng lƣợng tối thiểu là bao nhiêu? Bài tập trên vận dụng những kiến thức đã học trong bài cấu tạo hạt nhân nguyên tử để xây dựng kiến thức về năng lƣợng nghỉ, năng lƣợng liên kết và năng lƣợng liên kết riêng trong bài học - Bài tập vật lí là một phương tiện để học sinh rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức, liên hệ lí thuyết với thực tế, học tập với đời sống. Ví dụ sau khi học về phản ứng nhiệt hạch ta có thể cho học sinh làm bài tập: Xét phản ứng nhiệt hạch: 2 1 D 12D31T  p Tính năng lƣợng có thể thu đƣợc từ 1kg nƣớc thƣờng nếu dùng toàn bộ đơtêri rút ra làm nhiên liệu hạt nhân. Cần bao nhiêu ét xăng để có năng lƣợng ấy? Biết năng suất tỏa nhiệt của xăng là 46.106 J/kg và trong nƣớc thƣờng có 0,015% nƣớc nặng. Cho mD = 2,0136u ; mp = 1,0037u ; mT = 3,0160u; 1u = 931,5 MeV/c2 . Khi giải các bài tập nhƣ vậy sẽ giúp cho học sinh ôn tập, củng cố các kiến thức đã học, đồng thời tập cho ngƣời học quen với việc liên hệ lí thuyết với thực tế, vận dụng các kiến thức đã học vào giải quyết các vấn đề đặt ra trong cuộc sống. - Bài tập vật lí là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh. Hoạt động giải bài tập là một hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh. Trong khi giải bài tập học sinh phải phân tích điều kiện trong đề bài, tự xây dựng những lập luận, thực hiện việc tính toán, khi cần thiết phải tiến hành các thí nghiệm, thực hiện các phép đo, xác định sự phụ thuộc hàm số giữa các đại lƣợng, kiểm tra các kết luận của mình. Trong những điều kiện đó, tƣ duy lôgic, tƣ duy sáng tạo của học sinh đƣợc phát triển, năng lực làm việc độc lập của học sinh đƣợc nâng cao. 5 Ví dụ khi giải bài tập: “Đo độ phóng xạ của một tƣợng cổ bằng gỗ khối lƣợng M là 8Bq. Đo độ phóng xạ của mẫu gỗ khối lƣợng 1.5M của một cây vừa mới chặt là 15 Bq. Xác định tuổi của bức tƣợng cổ. Biết chu kì bán rã của C14 là T = 5600 năm” học sinh phát hiện đƣợc hiện tƣợng cho trong đề bài là hiện tƣợng phóng xạ, sau đó tự lực tìm đƣợc kiến thức cần sử dụng để giải bài tập là Định luật phóng xạ, rồi áp dụng công thức của Định luật phóng xạ H=H0.2t/T, xác định đúng H0 và H sẽ tính đƣợc tuổi của bức tƣợng. - Bài tập vật lí là một phương tiện ôn tập, củng cố kiến thức đã học một cách sinh động và có hiệu quả. Khi giải các bài tập đòi hỏi học sinh phải nhớ lại các công thức, định luật, kiến thức đã học, có khi phải vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức đã học trong cả một chƣơng, một phần do đó học sinh sẽ hiểu rõ hơn và ghi nhớ vững chắc những kiến thức đã học. Ví dụ, khi cho học sinh giải bài tập: Cho phản ứng hạt nhân: U  230 90Th   234 92 Tìm năng lƣợng tỏa ra hay thu vào trong phản ứng, biết năng lƣợng liên kết riêng của hạt α là 7,1 MeV ; của U234 là 7,63 MeV ; của Th230 là 7,70 MeV. Muốn giải đƣợc bài tập này, học sinh cần phải nhớ các kiến thức về độ hụt khối của hạt nhân, độ hụt khối trong phản ứng hạt nhân, các công thức tính năng lƣợng liên kết, năng lƣợng liên kết riêng, tìm mối liên hệ giữa năng lƣợng tỏa ra hay thu vào của một phản ứng với năng lƣợng liên kết riêng và số khối của các hạt nhân trong phản ứng. - Thông qua việc giải bài tập có thể rèn luyện cho học sinh những đức tính tốt nhƣ tinh thần tự lập, tính cẩn thận, tính kiên trì, tinh thần vƣợt khó. Ví dụ: Xét phản ứng phân hạch. 139 94 1 n  235 92U  53 I  39Y  k ( 0 n)   1 0 Xác định số hạt nơtron sinh ra sau phản ứng và tính năng lƣợng tỏa ra khi phân hạch một hạt nhân Cho biết: 235 235 U. U = 234,99332u, 139 I = 138,89700u, 94Y = 93,89014u. 6 Khi giải bài tập này, học sinh phải chú ý đến từng con số trong khối lƣợng của các hạt nhân nguyên tử, đến điện tích và số khối, nếu không, sẽ rất dễ xảy ra nhầm lẫn. - Bài tập vật lí là một phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh một cách chính xác. Trên phƣơng diện giáo dục, giải các bài tập vật lí sẽ giúp hình thành các phẩm chất cá nhân của học sinh, nhƣ tình yêu lao động, trí tò mò, sự khéo léo, khả năng tự lực, hứng thú đối với học tập, ý chí và sự kiên trì đạt tới mục đích đặt ra (kết quả của bài toán). Trong quá trình học, nhiều khi học sinh hiểu và nắm đƣợc nội dung lí thuyết, song họ cũng gặp rất nhiều khó khăn khi áp dụng kiến thức vào thực tiễn, vào việc giải các bài toán cụ thể. Học sinh có thể nhắc lại các định luật, quy tắc, công thức nhƣng không biết vận dụng chúng nhƣ thế nào để giải một bài tập vật lí. Do đó, việc rèn luyện, hƣớng dẫn học sinh giải các bài tập Vật lí là đặc biệt quan trọng, là biện pháp hiệu quả để phát triển tƣ duy vật lí cho học sinh. Thực tế, ý nghĩa vật lí của các định luật, quy tắc, định lí...trở nên dễ hiểu khi học sinh sử dụng chúng nhiều lần để giải các bài tập. Giải các bài tập vật lí cũng là một phƣơng pháp đơn giản để kiểm tra, hệ thống hóa kiến thức, kĩ năng và thói quen thực hành, cho phép mở rộng, làm sâu sắc các kiến thức đã học. Mặt khác, khi giải các bài toán vật lí học sinh phải vận dụng các kiến thức toán học, hóa học hoặc của các bộ môn khác. Vì vậy, bài tập vật lí cũng là một công cụ để thực hiện mối quan hệ liên môn. 1.3. Phân loại bài tập vật lí. [11, tr.12] Số lƣợng các bài tập Vật lí sử dụng trong thực tiễn dạy học hiện nay rất lớn, vì vậy cần có sự phân loại sao cho có tính tƣơng đối thống nhất về mặt lí luận cũng nhƣ thực tiễn cho phép ngƣời dạy lựa chọn và sử dụng hợp lí các bài tập Vật lí trong dạy học. Các bài tập vật lí khác nhau về nội dung và mục đích dạy học, vì vậy trong dạy học vật lí có thể phân loại chúng theo các cơ sở : - Phân loại theo nội dung - Phân loại theo phƣơng thức cho điều kiện và phƣơng thức giải. - Phân loại theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tƣ duy sáng tạo của học sinh. 7 BÀI TẬP VẬT LÍ Phân loại theo yêu cầu phát triển tƣ duy Phân loại theo nộ dung Bài tập theo đề tài vật lí Cơ Bài tập có nội dung cụ thể hoặc trừu tƣợn g Nhiệt Bài tập có nội dung lịch sử Bài tập Kĩ thuậ t tổng hợp Điện Bài tập vật lí vui Bài tập luyệ n tập Bài tập sáng tạo 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 Trắc nghiêm khách quan Quang Hình 1.1. Phân loại bài tập vật lí Tuy nhiên, cần nói thêm rằng, các phƣơng án phân loại nhƣ trên không hoàn toàn tách biệt, một bài tập cụ thể có thể đồng thời thuộc một vài nhóm khác nhau. 1.3.1. Phân loại bài tập theo nội dung Nên chia các bài tập theo các đề tài của tài liệu vật lí của chúng. Theo đó, ngƣời ta phân thành các bài tập về Cơ học, Vật lí phân tử, Điện học...sự phân chia này mang tính quy ƣớc, bởi vì kiến thức sử dụng trong giả thiết một bài tập thƣờng không phải chỉ lấy trong một chƣơng mà có thể lấy từ những chƣơng, những phần vật lí khác nhau trong chƣơng trình vật lí đã học. Theo nội dung, bài tập vật lí cũng có thể phân chia thành các bài tập có nội dung trừu tƣợng và bài tập có nội dung cụ thể. Ở các bài tập có nội dung trừu tƣợng, các dữ kiện đều cho dƣới dạng các kí hiệu, lời giải cũng sẽ biểu diễn dƣới dạng một công thức chứa đựng ẩn số và dữ kiện đã cho. 8 Ngƣợc lại, với các bài tập có nội dung cụ thể, các dữ kiện đều cho dƣới dạng các con số cụ thể. Ƣu điểm của bài tập trừu tƣợng là nhấn mạnh bản chất vật lí của hiện tƣợng mô tả trong bài tập, còn ƣu điểm của các bài tập cụ thể mang đặc trƣng trực quan gắn liền với thực tiễn, với kinh nghiệm sống của học sinh. (124- q1) Các bài tập mà nội dung chứa đựng những tài liệu về kĩ thuật, về sản xuất công nông nghiệp về giao thông liên lạc đƣợc gọi là những bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp. - Bài tập có nội dung lịch sử: đó là những bài tập chứa đựng những kiến thức có đặc điểm lịch sử : những dữ liệu về các thí nghiệm vật lí , về những phát minh sáng chế hoặc về những câu chuyện có tính chất lịch sử. Ngoài ra, để phát triển và duy trì hứng thú học vật lí, ngƣời ta thƣờng sử dụng các bài tập vật lí vui làm cho bài học sinh động. Trong các bài tập nhƣ vậy các điều kiện của bài tập thƣờng chứa đựng các yếu tố nghịch lí hoặc gây trí tò mò ở học sinh. Ví dụ: Nhƣ ta đã biết, hạt nhân của nguyên tử chỉ đƣợc cấu tạo bởi các prôtôn và nơtrôn. Tuy nhiên, quá trình phân rã β dƣới đây xảy ra theo phản ứng: P 32S  e    32 Cu  64Ni  e    64 Phải chăng, theo phản ứng nhƣ trên, các hạt nhân có thể phát ra các êlectrôn (và nơtrinô), nên trong hạt nhân tồn tại các electrôn ? 1.3.2. Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải Theo đó, ngƣời ta sẽ phân ra thành các dạng: bài tập định tính, bài tập định lƣợng, bài tập thí nghiệm, bài tập đồ thị, bài tập trắc nghiệm khách quan. - Bài tập định tính: Có hai loại bài tập định tính là: Giải thích hiện tƣợng và dự đoán hiện tƣợng. + Giải thích hiện tƣợng thực chất là cho biết một hiện tƣợng và lí giải xem vì sao hiện tƣợng lại xảy ra nhƣ thế. Trong các bài tập này, bắt buộc phải thiết lập đƣợc mối quan hệ giữa hiện tƣợng cụ thể với một số đặc tính của sự vật hay với một số định luật vật lí. Thực hiện phép suy luận logic luận ba đoạn trong đó tiền đề 9 thứ nhất là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật vật lí tổng quát, tiền đề thứ hai là những điều kiện cụ thể,kết luận về hiện tƣợng đƣợc nêu ra. Ví dụ: Giải thích vì sao phản ứng phân hạch là phản ứng tỏa năng lƣợng. + Dự đoán hiện tƣợng thực chất là căn cứ vào những điều kiện cụ thể của đề bài, xác định những định luật chi phối hiện tƣợng và dự đoán đƣợc hiện tƣợng gì xảy ra và xảy ra thế nào. Ta thực hiện suy luận lôgic,thiết lập luận ba đoạn, trong đó ta mới biết tiền đề thứ hai( phán đoán khẳng định riêng), cần phải tìm tiền đề thứ nhất( phán đoán khẳng định chung) và kết luận (phán đoán khẳng định riêng). Trong trƣờng hợp hiện tƣợng xảy ra phức tạp, ta phải xây dựng một chuỗi luận ba đoạn liên tiếp ứng với các giai đoạn diễn biến của hiện tƣợng. - Bài tập định lƣợng (bài tập tính toán): Đó là các bài tập khi giải phải sử dụng các phƣơng pháp Toán học (dựa trên các định luật và quy tắc, thuyết Vật lí). Đây là dạng bài tập sử dụng rộng rãi, thƣờng đƣợc soạn thảo cho chƣơng trình Vật lí phổ thông. Các bài tập này có thể giải trên lớp, trong giờ luyện tập, giao về nhà cho học sinh tập vận dụng kiến thức (sau đó có sự kiểm tra của giáo viên). Dạng bài tập này có ƣu điểm lớn là làm sâu sắc các kiến thức của học sinh, rèn luyện cho học sinh vận dụng phƣơng pháp nhận thức đặc thù của Vật lí đặc biệt phƣơng pháp suy luận Toán học. Tuỳ theo phƣơng pháp Toán học đƣợc vận dụng, bài tập tính toán đƣợc quy về các bài tập số học, đại số và hình học. Tuỳ theo phƣơng pháp Toán học đƣợc vận dụng, bài tập tính toán đƣợc quy về các bài tập số học, đại số và hình học. - Phương pháp số học: Phƣơng pháp giải chủ yếu là phƣơng pháp số học, tác động lên các con số hoặc các biểu diễn chữ mà không cần thành lập phƣơng trình để tìm ra ẩn số. - Phương pháp đại số: Dựa trên các công thức Vật lí, lập các phƣơng trình từ đó giải chúng để tìm ra ẩn số. - Phương pháp hình học: Khi giải dựa vào hình dạng của đối lƣợng, các dữ liệu cho theo hình vẽ để vận dụng quy tắc hình học hoặc lƣợng giác. Trong các phƣơng pháp trên, phƣơng pháp đại số là phƣơng pháp phổ biến nhất, quan trọng hơn cả vì vậy cần thƣờng xuyên quan tâm rèn luyện cho học sinh. 10 Khi giải các bài tập tính toán ngƣời ta còn sử dụng thủ pháp logic khác nhau, cũng có thể coi là phƣơng pháp giải: đó là phƣơng pháp phân tích, phƣơng pháp tổng hợp. -Phương pháp phân tích: + Tìm một định luật, một qui tắc diễn đạt bằng một công thức có chứa đại lƣợng cần tìm và một vài đại lƣợng khác chƣa biết. + Tiếp tục tìm những định luật, công thức khác cho biết mối quan hệ giữa đại lƣợng chƣa biết này với các đại lƣợng đã biết trong đề bài. Cuối cùng tìm đƣợc một công thức chỉ chứa đại lƣợng cấn tìm với đại lƣợng đã biết. SƠ ĐỒ LẬP LUẬN THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH Định luật 1(Công thức 1) x= f(y,z) Định luật 4(Công thức 4) Z = f(c) Định luật 2(Công thức 2) y= f(a,p) Định luật 3(Công thức 3) p= f(b) Kết quả X= f(a, b, c) Hình 1.1: Sơ đồ lập luận theo phương pháp phân tích - Phương pháp tổng hợp + Từ những đại lƣợng đã cho ở đề bài. Dựa vào các định luật,qui tắc vật lí,tìm những công thức có chứa đại lƣợng đã cho với các đại lƣợng trung gian mà ta dự kiến có liên quan đến đại lƣợng cần tìm. +Suy luận toán học, đƣa đến công thức chỉ chứa đại lƣợng phải tìm với các đại lƣợng đã cho. 11 SƠ ĐỒ LẬP LUẬN THEO PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP Định luật 1(Công thức 1) p=f(b) Định luật 2(Công thức 2) Y = f(a,p) Định luật 3(Công thức 3) Z = f(c) Định luật 4(Công thức 4) X=f(y,z)= f(a,b,c) Hình 1.2: Sơ đồ lập luận theo phƣơng pháp tổng hợp Hai phƣơng pháp trên đều có giá trị nhƣ nhau, chúng bổ sung cho nhau. Phƣơng pháp phân tích nếu tìm đƣợc công thức đúng thì nhanh chóng hƣớng tới kết quả bài toán. Tuy nhiên, học sinh không tập trung chú ý nhiều vào các giai đoạn trung gian, điều đó nói chung là không có lợi, đặc biệt đối với học sinh yếu, họ sẽ nắm bản chất Vật lí kém sâu sắc hơn. Phƣơng pháp tổng hợp cho phép đi sâu vào các giai đoạn trung gian, học sinh chú ý hơn tới bản chất Vật lí và mối liên hệ giữa các đại lƣợng và hiện tƣợng. Phƣơng pháp tổng hợp giống nhƣ phƣơng pháp " thử " và “ sai ” nên gần với tƣ duy trực quan, cụ thể của học sinh. Trong khi phƣơng pháp phân tích đòi hỏi cao hơn về mức độ tƣ duy logic và chuẩn bị Toán học. Vì vậy căn cứ vào đối tƣợng học sinh, mục đích dạy học, giáo viên nên sử dụng hợp lí các phƣơng pháp này. Trong những bài tập tính toán tổng hợp, hiện tƣợng xảy ra do nhiều nguyên nhân, trải qua nhiều giai đoạn, khi xây dựng lập luận có thể phối hợp hai phƣơng pháp. - Bài tập thí nghiệm: là loại bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải bằng lí thuyết hoặc tìm những số liệu cần thiết cho bài tập. Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng về mặt giáo dục và giáo dục kĩ thuật tổng hợp, đặc biệt làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí luận và thực tiễn : trong các bài tập thí nghiệm thì thí nghiệm chỉ cho các số liệu để giải bài tập, chứ không cho biết tại sao hiện tƣợng 12 lại xảy ra nhƣ thế, cho nên phần vận dụng các định luật vật lý để lý giải các hiện tƣợng mới là nội dung chính của bài tập thí nghiệm. - Bài tập đồ thị: là bài tập trong đó các số liệu đƣợc dùng làm dữ kiện để giải phải tìm trong đồ thị đã cho trƣớc hoặc ngƣợc lại. Bài tập đòi hỏi học sinh phải biểu diễn quá trình diễn biến của hiện tƣợng đã nêu trong bài tập. Bài tập đồ thị có tác dụng rèn luyện kĩ năng đọc, vẽ đồ thị, và mối quan hệ hàm số giữa các đại lƣợng mô tả trong đồ thị. - Bài tập trắc nghiệm khách quan: bài tập dạng trắc nghiệm khách quan thƣờng dùng để kiểm tra kiến thức trong phạm vi rộng, số lƣợng ngƣời đƣợc kiểm tra nhiều, kết quả thu đƣợc khách quan không phụ thuộc ngƣời chấm. Bài tập dạng này yêu cầu học sinh phải nhớ, hiểu và vận dụng đồng thời rất nhiều các kiến thức liên quan. Khi lựa chọn các nội dung các bài tập nên đi từ đơn giản đến phức tạp, tăng cƣờng cá nhân hóa hoạt động của học sinh tƣơng ứng với năng lực và kiến thức của họ. Phân chia các bài toán theo các cấp độ: đơn giản, phức tạp, mức độ sáng tạo. Có thể quy ƣớc mức độ phức tạp của một bài tập nhƣ sau: các bài tập đƣợc coi là đơn giản là các bài tập khi giải cần sử dụng một, hai công thức hoặc quy tắc, định luật Vật lí, hình thành một, hai kết luận, thực hành một thí nghiệm đơn giản. Những bài tập này thƣờng đƣợc gọi là các bài luyện tập. Nhờ các bài tập này có thể củng cố các kiến thức đã học. Các bài tập phức tạp hơn (còn gọi là các bài tập tổng hợp), khi giải thƣờng phải sử dụng các định luật vật lí, nhiều khi thuộc các phần khác nhau của định luật vật lí, đƣa ra một vài kết luận, sử dụng một số kĩ năng thực nghiệm. 1.3.3. Phân loại theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tư duy trong quá trình dạy học.[10, tr.35 ] -Bài tập luyện tập: là loại bài tập dùng để rèn luyện cho học sinh áp dụng đƣợc những kiến thức xác định để giải từng bài tập theo mẫu xác định. Ở đó không đòi hỏi học sinh phải tƣ duy sáng tạo mà chủ yếu để cho học sinh luyện tập, nắm vững cách giải đối với một loại bài tập đã đƣợc chỉ dẫn. -Bài tập sáng tạo: là loại bài tập để phát triển tƣ duy sáng tạo của học sinh. Có thể chia bài tập sáng tạo thành : 13 + Bài tập nghiên cứu: khi cần giải thích một hiện tƣợng chƣa biết trên cơ sở mô hình trừu tƣợng thích hợp từ lí thuyết vật lí. +Bài tập thiết kế: bài tập loại này là bài tập xây dựng mô hình thực nghiệm để kiểm tra kết quả rút ra từ lí thuyết. 1.4. Tƣ duy trong giải bài tập vật lí Quá trình giải bài tập vật lí là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tƣợng vật lí đƣợc đề cập và dựa trên kiến thức vật lí để đƣa tới mối liên hệ có thể có của những cái đã cho và cái phải tìm, sao cho có thể thấy đƣợc cái phải tìm có mối liên hệ trực tiếp hay gián tiếp với cái đã cho. [9,tr.11] Từ đó, đi tới chỉ rõ mối liên hệ tƣờng minh trực tiếp của cái phải tìm với những cái đã biết, tức là tìm ra đƣợc lời giải cho bài toán. Các công thức, phƣơng trình mà ta xác lập đƣợc dựa trên kiến thức vật lí của các điều kiện cụ thể của bài tập là sự biểu diễn mối quan hệ định lƣợng giữa các đại lƣợng vật lí. Dựa trên tập hợp các mối quan hệ này (tập hợp các phƣơng trình) ta mới có thể luận giải tính toán để có lời giải cuối cùng. Đối với những bài tập tính toán thì những công việc vừa nói chính là việc thiết lập các phƣơng trình và giải hệ các phƣơng trình để tìm ra các ẩn số của bài toán. Ta có thể mô hình hóa các mối liên hệ đã cho, cái phải tìm, những cái chƣa biết theo hình 1.2, trong đó (x) là cái phải tìm (A) (B)... là cái đã cho , (a) (b) là những cái chƣa biết (x) (A) (B) ... (a) (b) .... Hình 1.3 Giả sử khi giải một bài tập nào đó, việc phân tích điều kiện trong đề bài và dựa trên kiến thức vật lí , sẽ dẫn ra đƣợc 6 mối liên hệ mô hình hóa: 14 (x) (A) (a) (b) (a) (c) I (B) II III IV (C) (D) (c) (b) (E) (d) (G) (H) (d) (e) V (I) VI (K) (e) Hình 1.4 Trong sáu mối liên hệ cho thấy , có mối liên hệ giữa cái phải tìm (x) với cái đã cho A, B, C, D, E, G, H, I, K thông qua mối liên hệ giữa chúng với cái chƣa biết a, b, c, d, e. Nhờ hệ thống sáu mối liên hệ này mà ta làm sáng tỏ hoặc loại trừ những cái đã biết để rồi xác định đƣợc cái cần tìm. III (c) (a) II I V (d) IV VI (e) (b) Hình 1.5 15 (x)