Tài liệu Xây dựng hệ thống và hướng dẫn giải bài tập chương sóng cơ và sóng âm vật lí 12 dành cho học sinh lớp chọn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG “SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM” VẬT LÍ 12 DÀNH CHO HỌC SINH LỚP CHỌN LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ HÀ NỘI – 2014 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG “SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM” VẬT LÍ 12 DÀNH CHO HỌC SINH LỚP CHỌN LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MÔN VẬT LÍ) Mã số: 60140111 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. TÔN TÍCH ÁI HÀ NỘI – 2014 2 LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ quý báu của các thầy cô giáo, các cán bộ phụ trách, bạn bè và những người thân của tôi. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin được bày tỏ 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 tham gia giảng dạy, giúp đỡ tôi trong quá trình trưởng thành tại trường, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS. TS Tôn Tích Ái, người thầy đáng kính đã hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Tôi cũng chân thành cảm ơn Ban giám hiệu cùng tập thể giáo viên và học sinh trường THPT Quế Võ số 1 - Quế Võ - Bắc Ninh đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm sư phạm. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè tôi đã luôn ở bên động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Tác giả Nguyễn Thị Lan Hương i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên đầy đủ ĐC Đối chứng HS Học sinh HSG Học sinh giỏi GV Giáo viên TN Thực nghiệm THPT Trung học phổ thông ii MUCLỤC Trang Lời cảm ơn ............................................................................................................i Danh mục viết tắt ................................................................................................ii Mục lục ................................................................................................................. iii Danh mục các bảng ............................................................................................... v Danh mục các hình ................................................................................................ vi 1 MỞ ĐẦU .............................................................................................................. Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ..............................5 1.1. Vấn đề dạy học phân hóa và tổ chức các lớp chọn ở trường THPT ................. 5 1.2. Bồi dưỡng kiến thức cho học sinh trong các lớp chọn ở trường THPT ............ 7 1.2.1. Vai trò của các lớp chọn trong trường THPT ............................................... 7 1.2.2. Những năng lực, phẩm chất và nhu cầu của học sinh lớp chọn ..................... 7 1.2.3. Những dấu hiệu của một học sinh có khả năng học tốt môn Vật lí ............... 8 1.2.4. Các hình thức tổ chức dạy học cho học sinh trong các lớp chọn ................... 8 1.3. Dạy giải bài tập vật lí phổ thông ................................................................ 10 1.3.1. Khái niệm về bài tập Vật lí ......................................................................... 10 1.3.2. Vai trò, tác dụng của bài tập vật lí trong dạy học Vật lí ............................... 10 1.3.3. Vai trò của bài tập vật lí đối với việc phát hiện và bồi dưỡng kiến thức cho HS có năng lực tốt và HS giỏi ................................................................ 11 1.3.4. Vai trò, tác dụng của bài tập phần sóng cơ và sóng âm trong chương trình Vật lí phổ thông ............................................................................................ 12 1.3.5. Phân loại bài tập Vật lí ................................................................................ 12 1.3.6. Phân tích tư duy trong quá trình giải bài tập Vật lí ................................ 15 1.3.7. Phương pháp giải bài tập Vật lí ................................................................16 1.3.8. Hướng dẫn học sinh giải bài tập Vật lí ........................................................ 18 1.3.9. Lựa chọn bài tập trong dạy học Vật lí .......................................................... 21 1.4. Tìm hiểu kiến thức giảng dạy cho HS lớp chọn ở trường THPT 22 1.4.1 Chương trình bồi dưỡng kiến thức chung cho HS lớp chọn ........................... 22 1.4.2. Chương trình bồi dưỡng HS giỏi trong các lớp chọn ................................23 1.4.3. Thực trạng dạy học trong các lớp chọn ....................................................... 24 1.5. Tìm hiểu thực trạng việc dạy học Vật lí cho HS lớp chọn ở trường THPT Quế Võ 1 - Quế Võ - Bắc Ninh ................................................................25 1.5.1. Sự phát triển trường THPT Quế Võ 1 - Quế Võ - Bắc Ninh ........................ 25 1.5.2. Thực trạng dạy học chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 ở trường THPT Quế Võ 1- Quế Võ - Bắc Ninh......................................................... 26 1.5. Kết luận Chương 1.......................................................................................... 27 iii Chương 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG “SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM” VẬT LÍ 12 DÀNH CHO HỌC 28 SINH LỚP CHỌN ........................................................................................................... 2.1. Phân tích nội dung kiến thức về “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 .................... 28 2.1.1. Các khái niệm cơ bản về sóng cơ ................................................................ 28 2.1.2. Phương trình sóng ........................................................................................ 31 2.1.3. Giao thoa sóng ............................................................................................. 33 2.1.4. Sóng dừng ................................................................................................35 2.1.5. Sóng âm................................................................................................ 38 2.2. Vị trí và vai trò chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 THPT ...................... 41 2.3. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 THPT ............... 41 2.4. Mục tiêu dạy học chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 THPT ................... 43 2.4.1. Mục tiêu về kiến thức và cấp độ nhận thức ................................................. 43 2.4.2. Mục tiêu về kỹ năng..................................................................................... 46 2.5. Xây dựng hệ thống và hướng dẫn giải bài tập chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 dành cho học sinh lớp chọn ..................................................... 46 2.5.1. Phân loại các dạng bài tập cơ bản chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lý 12 46 2.5.2. Hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập chương “Sóng cơ và sóng âm” .............................................................................................................. 47 2.6. Kết luận Chương 2......................................................................................... 94 95 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ........................................................... 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm............................................ 95 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ................................................................95 3.1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ................................................................95 3.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm ................................................................ 95 3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ................................................................ 96 3.4. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ................................ 96 3.4.1. Xây dựng tiêu chí để đánh giá ................................................................ 96 3.4.2. Phân tích kết quả về mặt định tính ............................................................... 97 3.4.3. Phân tích kết quả về mặt định lượng ............................................................ 98 3.5. Đánh giá chung về thực nghiệm sư phạm ....................................................... 103 3.6. Kết luận Chương 3.......................................................................................... 104 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................ 105 1. Kết luận ............................................................................................................. 105 2. Khuyến nghị ................................................................................................ 105 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 108 PHỤ LỤC ............................................................................................................. iv DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Ma trận mô tả mối liên hệ giữa nội dung kiến thức trong chương và cấp độ nhận thức ................................................................................................ 43 Bảng 3.1: Bảng thống kê điểm số ................................................................................. 99 Bảng 3.2: Bảng xử lý kết quả ........................................................................................ 100 Bảng 3.3: Bảng tổng hợp phân loại học sinh theo kết quả điểm kiểm tra .................... 100 Bảng 3.4: Bảng tần số, tần suất và tần suất lũy tích bài kiểm tra ................................ 101 Bảng 3.5. Các tham số đặc trưng .................................................................................. 101 v DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Sơ đồ phân loại bài tập vật lí ................................................................ 15 Hình 1.2 : Sơ đồ định hướng giải .................................................................................. 19 Hình 2.1: Diễn giải cho kết luận về độ lệch pha ........................................................... 32 Hình 2.2: Diễn giải về sự nhanh pha, chậm pha .......................................................... 32 Hình 2.3: Hình ảnh giao thoa 2 nguồn cùng pha .......................................................... 34 Hình 2.4: Mô phỏng hình ảnh sóng dừng ................................................................ 35 Hình 2.5: Mô tả điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây có 2 đầu cố định ................... 36 Hình 2.6: Mô tả điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây có một đầu cố định, một đầu tự do................................................................................................................. 36 Hình 2.7: Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Sóng cơ và sóng âm” vật lí 12 ................ 53 Hình 2.8: Hình minh họa đề bài 5 dạng 1 ................................................................ 53 Hình 2.9: Hình minh họa đáp án bài 5 dạng 1 .............................................................. 54 Hình 2.10: Hình phương pháp giải toán liên quan đến phương trình sóng dạng 1 ............................................................................................................................ 55 Hình 2.11a: Minh họa bài 2 dạng 2 ............................................................................... 59 Hình 2.11b: Minh họa bài 2 dạng 2............................................................................... 59 Hình 2.11c: Minh họa bài 2 dạng 2 ............................................................................... 59 Hình 2.11d: Minh họa bài 2 dạng 2............................................................................... 59 Hình 2.11e: Minh họa bài 2 dạng 2 ............................................................................... 60 Hình 2.12: Minh họa bài 5 dạng 2................................................................................. 65 Hình 2.13: Hình cho phương pháp giải bài toán dạng 2 về pha dao động của một điểm nằm trên đường trung trực hai nguồn ..................................................... 70 Hình 2.14: Minh họa bài 2 dạng 3................................................................................. 73 Hình 2.15: Hình hướng dẫn học sinh bài 3 dạng 3 ....................................................... 74 Hình 2.16: Hình minh họa phương pháp giải bài toán liên quan đến hai điểm dao động cùng pha hoặc ngược pha dạng 3 ......................................................... 76 Hình 2.17: Hình minh họa cho hướng dẫn bài 1 dạng 4 .............................................. 77 Hình 2.18: Hình minh họa bài 2 dạng 4 ................................................................ 78 Hình 2.19: Hình bài 6.1 ................................................................................................ 83 Hình 2.20: Hình bài 7.1 ................................................................................................ 83 Hình 2.21: Hình bài 6.3 ................................................................................................ 90 Hình 3.1: Đồ thị đường phân bố tần suất lũy tích của các lớp ĐC và TN .................... 102 Hình 3.2: Biểu đồ phân loại kết quả kiểm tra học sinh theo điểm ................................ 102 vi MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Định hướng đổi mới phương pháp dạy và học đã được xác định trong Nghị quyết Trung ương 4 khóa VII (1 - 1993), Nghị quyết Trung ương 2 khóa VIII (12 - 1996), và được thể chế hóa trong Luật giáo dục (2005). Luật giáo dục, điều 28.2 đã chỉ rõ: “Phương pháp giáo dục phổ thông là phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc nhóm, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú và trách nhiệm học tập cho học sinh”. Như vậy, quá trình dạy học không chỉ nhằm mục đích trang bị kiến thức mà cần hướng đến phát huy hết tiềm năng của người học. Người học luôn tích cực, chủ động tìm hiểu, chiếm lĩnh kiến thức, đặc biệt họ được tự do sáng tạo, tự do tư duy dưới sự định hướng của người thầy. Từ đó họ có thể phát huy khả năng tự học và duy trì việc học lâu dài. Tính tích cực trong học tập là tích cực trong nhận thức, được thể hiện bằng động cơ, hứng thú học tập - tiền đề của tự giác, độc lập và sáng tạo. Để người học tích cực chủ động trong học tập thì người thầy cần có phương pháp dạy học tích cực, nghĩa là tập trung vào việc phát huy tính tích cực của người học. Muốn đổi mới cách học phải đổi mới cách dạy. Cách dạy chỉ đạo cách học, nhưng ngược lại thói quen học tập của trò cũng ảnh hưởng tới cách dạy của thầy. Trong đổi mới phương pháp dạy học phải có sự hợp tác cả của thầy và trò, sự phối hợp nhịp nhàng hoạt động dạy với hoạt động học thì mới thành công. Trong các phương pháp dạy học tích cực thì việc sử dụng hệ thống bài tập cũng là một phương pháp phổ biến, được sử dụng thường xuyên và mang lại hiệu quả cao. Đặc biệt môn Vật lí là một môn khoa học tự nhiên thì điều đó lại càng được thể hiện rõ nét. Bài tập chính là một phương tiện để tiếp cận kiến thức, rèn luyện khả năng tư duy và nâng cao kĩ năng thực nghiệm trong dạy học môn Vật lí ở trường phổ thông. Hiện nay tài liệu về hệ thống bài tập môn Vật lí ở trường phổ thông rất phong phú. Tuy nhiên, nhiều tài liệu chưa phù hợp với đối tượng HS, đặc biệt là trong các trường THPT, thường tổ chức riêng những lớp chọn mà ở đó là nguồn cung cấp các HS đi thi HS giỏi các cấp - kể cả HS giỏi cấp quốc gia và quốc tế. Mặc dù hình thức lớp 1 chọn đã được hình thành và tổ chức dạy nhiều năm ở nhiều trường trên toàn quốc, nhưng chưa có những tài liệu riêng phù hợp đào tạo cho các đối tượng này. Mặt khác các tài liệu hiện có chưa tạo thuận lợi cho GV và HS khi tiến hành các giờ dạy học tích cực, do đó hiệu quả mang lại chưa cao. Vì vậy việc xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải nhằm đạt kết quả cao trong việc bồi dưỡng HS lớp chọn là rất cần thiết cho các GV và HS ở các trường THPT hiện nay. Với kinh nghiệm qua một số năm tham gia giảng dạy ở trường THPT, chúng tôi thấy nội dung chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 rất quan trọng, có nhiều vấn đề liên quan đến thực tế đời sống và cũng là cơ sở để học sinh học tiếp nhiều phần kiến thức tiếp theo của chương trình Vật lí 12. Trong khi đó học sinh thường thụ động, gặp nhiều khó khăn khi học nội dung kiến thức này. Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn đề tài: Xây dựng hệ thống và hướng dẫn giải bài tập chương "Sóng cơ và sóng âm" Vật lí 12 dành cho học sinh lớp chọn. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng hệ thống bài tập chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 đảm bảo tính hệ thống, khoa học - Xây dựng hệ thống bài tập chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 và hướng dẫn giải bài tập dành cho HS lớp chọn. Áp dụng cho trường THPT Quế Võ 1 - Quế Võ - Bắc Ninh. 3. Phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 phù hợp với học sinh lớp chọn. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương pháp dạy học Vật lí. Đặc biệt chú ý đến cơ sở lí luận về dạy giải bài tập Vật lí phổ thông. - Phân tích chương trình, nội dung kiến thức và kỹ năng cần đạt được của chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 . - Điều tra thực trạng dạy bài tập chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 đối với học sinh các lớp chọn ở trường THPT Quế Võ 1 – Bắc Ninh - Xây dựng hệ thống bài tập phần sóng cơ và sóng âm phù hợp với đặc trưng lớp chọn, đồng thời soạn thảo phương pháp hướng dẫn học sinh giải theo từng dạng bài tập từ đó khái quát phương pháp giải bài tập theo hệ thống bài tập đã phân dạng. 2 - Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính hiệu quả và tính khả thi của việc áp dụng hệ thống bài tập xây dựng được. - Nêu các kết luận về ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 5. Khách thể và đối tượng nghiên cứu - Khách thể: Quá trình dạy học môn vật lí lớp 12 THPT. - Đối tượng: Hệ thống bài tập phần “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 để giảng dạy và học tập. 6. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng được hệ thống và hướng dẫn giải bài tập phần “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12, khoa học, đúng trọng tâm, phù hợp với trình độ học sinh, kết hợp với việc đổi mới phương pháp dạy học của giáo viên thì khi vận dụng hệ thống bài tập đó vào dạy học Vật lí sẽ không những nâng cao hiệu quả học tập mà còn phát huy tính sáng tạo của HS. 7. Vấn đề nghiên cứu Đề tài tập trung vào nghiên cứu hai vấn đề cơ bản sau: - Lý luận về bài tập trong dạy học vật lí và phương pháp sử dụng bài tập trong dạy học tích cực. - Xây dựng hệ thống và hướng dẫn giải bài tập phần “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12. 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa lý luận: Đánh giá vai trò, mức độ phù hợp của việc sử dụng hệ thống bài tập đã xây dựng trong dạy và học môn Vật lí 12 cho đối tượng học sinh lớp chọn. - Ý nghĩa thực tiễn: Bước đầu xây dựng hệ thống bài tập phần “Sóng cơ và sóng âm” thuộc chương trình vật lí lớp 12 THPT phong phú, đa dạng và phù hợp với trình độ HS, giúp GV có thêm tư liệu giảng dạy, HS có thêm tài liệu để học tập và sáng tạo. 9. Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu: 9.1. Phương pháp nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu cơ sở lí luận để làm sáng tỏ vai trò của việc xây dựng hệ 3 thống và hướng dẫn giải bài tập Vật lí chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12. - Nghiên cứu lí luận về phương pháp sử dụng bài tập trong dạy học môn Vật lí. - Tìm hiểu tài liệu có liên quan đến đề tài: Sách giáo khoa Vật lí 12, sách giáo viên Vật lí 12, tài liệu tham khảo Vật lí, tạp chí Vật lí, các đề thi Vật lí THPT. 9.2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực tiễn - Tìm hiểu thực tiễn việc dạy của giáo viên và học của học sinh phần “Sóng cơ và sóng âm”. - Trao đổi ý kiến với các GV có nhiều kinh nghiệm trong công tác giảng dạy môn Vật lí về nội dung, số lượng, hình thức của các loại bài tập, đề thi tự luận và trắc nghiệm khách quan; đồng thời xem xét bài giảng và phương pháp sử dụng và hiệu quả của hệ thống các bài tập trong quá trình dạy học môn Vật lí nói chung và phần “Sóng cơ và sóng âm” nói riêng. 9.3. Phương pháp thống kê toán học - Xử lý kết quả thực nghiệm bằng toán học thống kê. - Thống kê, so sánh kết quả, phân tích số liệu để đánh giá tính hiệu quả của hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập Vật lí được biên soạn khi áp dụng vào thực tế giảng dạy cho HS các lớp chọn và bồi dưỡng HS giỏi tham dự các kì thi cấp tỉnh và quốc gia. 10. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và khuyến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương: Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài. Chương 2: Xây dựng hệ thống và hướng dẫn giải bài tập phần “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 dành cho học sinh lớp chọn. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 4 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Vấn đề dạy học phân hóa và tổ chức các lớp chọn ở trường THPT Hiện nay thế giới đang có rất nhiều xu hướng phát triển mới, đặc biệt là các xu hướng toàn cầu hóa, hội nhập quốc tế, xu thế phát triển nền kinh tế tri thức...Trong hoàn cảnh đó giáo dục cần đổi mới toàn diện và triệt để mới có thể đào tạo những con người có đủ kiến thức khoa học và kĩ năng lao động, có tinh thần lao động chủ động, tích cực và khả năng thích ứng, sáng tạo trong mọi môi trường làm việc, theo kịp với xu hướng phát triển của xã hội. Đối với nền giáo dục Việt Nam hiện nay, những vấn đề yếu kém là chương trình - sách giáo khoa nặng về truyền thụ kiến thức, thiếu thực hành, không chú trọng hình thành năng lực cá nhân, kỹ năng sống hội nhập trong xã hội hiện đại. Vì thế, đòi hỏi cấp bách về đổi mới nội dung chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông là một yêu cầu không thể chậm trễ. Để đạt được những thành tựu nổi bật về giáo dục, các quốc gia phát triển trên thế giới đều đi theo xu hướng dạy phân hóa, coi việc phát triển năng lực người học là tiêu chí hàng đầu. Dạy học phân hóa là một quan điểm dạy học tập trung vào việc thiết kế giảng dạy xuất phát từ tình hình thực tế của học sinh, dựa vào đặc điểm cá nhân, tâm lí, sinh lí, động cơ, hứng thú, nguyện vọng, nhu cầu và hoàn cảnh của học sinh mà dạy học cho phù hợp. Dạy học phân hóa ở cấp độ vĩ mô là hình thức tổ chức các loại trường, lớp khác nhau cho các đối tượng học sinh có năng lực và nhu cầu nhận thức khác nhau. Dạy học phân hóa ở cấp độ vi mô là hình thức dạy học tiến hành trong một tiết hoặc một lớp học có tính đến đặc điểm cá nhân học sinh, là biện pháp phân hóa với cùng một chương trình cho nhiều đối tượng khác nhau trong một lớp học. Các hình thức dạy học phân hóa như: Dạy học phân ban ra đời ở Pháp vào thế kỉ 18, sau đó được áp dụng tại nhiều nước châu Âu và các nước khác trên thế giới. Đặc điểm của hình thức này là mỗi trường tổ chức dạy học theo một số ban đã được quy định trên phạm vi toàn quốc và học sinh được phân chia vào học các ban khác nhau tuỳ theo năng lực, hứng thú và nhu cầu. Chương trình học tập của mỗi ban gồm các môn học nhất định, với khối lượng nội dung và thời lượng dạy học được quy định thống nhất như nhau trong toàn quốc. Chương trình học tập của các ban 5 khác nhau nên khác cả về số lượng lẫn cấu trúc và nội dung môn học. Phân hoá bằng hình thức phân ban có ưu điểm là thuận lợi về mặt quản lí (quản lí nội dung dạy học, tổ chức lớp học, tuyển chọn học sinh, đánh giá thi cử...). Tuy nhiên phân ban cũng có nhược điểm là kém mềm dẻo, khó đáp ứng được sự phân hoá hết sức đa dạng về năng lực, hứng thú và nhu cầu của các đối tượng học sinh khác nhau. Dạy học tự chọn xuất hiện trước hình thức phân ban và bắt đầu trở thành hình thức phân hoá chính thống của giáo dục trung học Mĩ từ những năm đầu của thế kỷ XX. Đặc điểm của hình thức phân hoá này là các môn học và giáo trình được chia thành các môn học và giáo trình bắt buộc tạo thành chương trình cốt lõi cho mọi học sinh và nhóm các môn học và giáo trình tự chọn nhằm đáp ứng sự khác biệt về năng lực, hứng thú và nhu cầu học tập của các đối tượng học sinh khác nhau. Nhóm các môn học và giáo trình tự chọn lại được chia thành các môn học, giáo trình tự chọn bắt buộc; các môn học, giáo trình tự chọn tuỳ ý. Học sinh tuỳ theo năng lực, hứng thú và nhu cầu của mình mà chọn các môn học và giáo trình thích hợp theo một số quy định nhất định tuỳ theo mỗi quốc gia. Ưu điểm nổi bật của dạy học tự chọn là khả năng phân hoá cao, có thể đáp ứng được những khác biệt hết sức đa dạng của học sinh, tạo điều kiện cho mọi học sinh đều được học tập ở mức độ phù hợp nhất với năng lực, hứng thú và nhu cầu của mình. Tuy nhiên, hình thức này cũng bộc lộ một số nhược điểm lớn như học vấn cơ bản của học sinh dễ bị hạ thấp và thiếu hệ thống do tâm lí thích chọn những giáo trình dễ, bỏ qua các giáo trình khó của các môn học truyền thống quan trọng như Toán, Vật lí, Hoá học... Đặc biệt hình thức phân hoá này đòi hỏi rất cao về năng lực quản lí cũng như trình độ của giáo viên và trang thiết bị của nhà trường. Phân ban kết hợp với dạy học tự chọn. Đặc điểm của hình thức này là HS vừa được phân chia theo học các ban khác nhau, đồng thời học sinh được chọn một số môn học và giáo trình tự chọn ngoài phần nội dung học tập bắt buộc chung cho mỗi ban. Hình thức này cho phép tận dụng được những ưu điểm và khắc phục được một phần những nhược điểm của hai hình thức phân hoá kể trên. Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu tổ chức dạy học phân hoá chưa nhiều. 6 Việc phân hóa học sinh theo năng lực và nhu cầu, thiết kế chương trình theo hướng giảm dần môn bắt buộc và tăng môn tự chọn sẽ góp phần giảm áp lực học hành, khuyến khích học sinh phát triển sở trường, năng khiếu, ham thích học tập theo nhu cầu nâng cao chất lượng giáo dục. 1.2. Bồi dưỡng kiến thức cho học sinh trong các lớp chọn ở trường THPT 1.2.1. Vai trò của các lớp chọn trong trường THPT Mục tiêu giáo dục của nước ta hiện nay là thực hiện giáo dục toàn diện, tạo ra những người lao động mới, xuất sắc trong tương lai, đặc biệt là công tác bồi dưỡng HS giỏi. Chính vì vậy, có thể nói công tác bồi dưỡng HS giỏi là phát hiện, đào tạo nhân tài cho đất nước. Do đó một nhiệm vụ quan trọng của các lớp chọn trong trường THPT chính là tạo môi trường để phát hiện, bồi dưỡng, nâng cao kiến thức nói chung và kiến thức môn Vật lí nói riêng cho HS. Ở đây những HS có năng lực học tập tốt, có nhu cầu học tập cao sẽ được tuyển chọn, tổ chức thành lớp riêng. Ngoài việc học tập những chương trình chung thì còn có thêm những tiết tự chọn, chọn một số chương trình nâng cao để phát huy hết khả năng học tập của mình. 1.2.2. Những năng lực, phẩm chất và nhu cầu của học sinh lớp chọn HS lớp chọn được truyển chọn thông qua đánh giá của GV trong quá trình giảng dạy trực tiếp, qua kết quả học tập của năm học hoặc học kì trước. Đặc biệt là thông qua việc khảo sát, phỏng vấn trực tiếp ở đầu vào, thường tiến hành đầu năm học, định kì trong suốt quá trình học và cuối năm học. Do đó một HS học ở lớp chọn thường có năng lực học tập tốt hơn và có một số phẩm chất sau đây: - Năng lực tiếp thu kiến thức: HS luôn hào hứng trong các tiết học, nhất là bài mới; có ý thức tự bổ sung hoàn thiện kiến thức; tiếp thu kiến thức nhanh hơn so với HS trong các lớp thường. - Năng lực suy luận logic: biết phân tích sự vật và hiện tượng qua các dấu hiệu đặc trưng của chúng, biết thay đổi góc nhìn khi xem xét một sự vật, hiện tượng, biết cách tìm ra con đường ngắn nhất để đi đến kết luận cần thiết, biết xét đến đủ các điều kiện để đạt được kết luận mong muốn, biết dùng phép phản chứng để loại bỏ một số miền tìm kiếm vô ích, biết quay lại điểm vừa xuất phát để tìm đường đi mới. 7 - Năng lực diễn đạt: biết diễn đạt chính xác hiểu biết của mình, sử dụng thành thạo hệ thống ký hiệu quy ước để diến tả nội dung kiến thức, biết tóm tắt thu gọn các khái niệm và sắp xếp hệ thống để sử dụng khái niệm trước mô tả cho khái niệm sau. - Năng lực kiểm chứng: biết suy xét sự vật đúng sai từ một loạt các sự kiện, biết tạo ra các tương tự hay tương phản để khẳng định hoặc bác bỏ một đặc trưng nào đó trong sản phẩm mình làm ra, biết chỉ ra một cách chắc chắn các dữ liệu cần phải kiểm nghiệm sau khi tiến hành một số thao tác kiểm nghiệm. - Năng lực thực hành: nắm được qui trình cơ bản tiến hành thí nghiệm, biết thực hiện một số động tác dứt khoát trong khi làm thí nghiệm, biết kiên nhẫn và kiên trì trong quá trình làm sáng tỏ một số vấn đề lí thuyết qua thực nghiệm hoặc đi đến một số vấn đề lí thuyết mới dựa vào thực nghiệm. 1.2.3. Những dấu hiệu của một học sinh có khả năng học tốt môn Vật lí - Năng lực tư duy logic tốt, sử dụng tốt các công cụ toán học để giải quyết các vấn đề vật lí. - Kiến thức vật lí vững vàng, sâu sắc, hệ thống; biết vận dụng linh hoạt, sáng tạo kiến thức cơ bản trong các tình huống mới. - Kỹ năng thực nghiệm tốt, có năng lực về phương pháp nghiên cứu khoa học vật lí; biết sử dụng kiến thức Vật lí giải thích những hiện tượng xảy ra trong thực tế và dùng thực nghiệm để kiểm chứng lại lí thuyết, qua đó nắm vững, hiểu rõ và vận dụng kiến thức linh hoạt, sáng tạo. Đối với những GV giảng dạy trực tiếp trong các lớp chọn, khi đào tạo những HS có năng khiếu về môn vật lí, cần dựa trên những năng lực này của HS để hướng dẫn HS học tập, trang bị những kiến thức, kỹ năng, giúp các em tự học hỏi, tự sáng tạo nhằm phát huy tối đa năng lực của mình. 1.2.4. Các hình thức tổ chức dạy học cho học sinh trong các lớp chọn Mục tiêu chính của chương trình dành cho HS có năng lực học tốt và HS tài năng dựa trên những vấn đề sau: - Phát triển các kĩ năng, phương pháp và thái độ tự học suốt đời. - Bồi dưỡng sự lao động, làm việc sáng tạo. 8 - Phát triển phương pháp suy nghĩ ở trình độ cao phù hợp với khả năng trí tuệ của học sinh. - Nâng cao ý thức và khát vọng của học trò về sự tự chịu trách nhiệm - Khuyến khích sự phát triển về lương tâm và ý thức trách nhiệm trong đóng góp xã hội - Phát triển phẩm chất lãnh đạo. Những mục tiêu trên đều có thể áp dụng đối với môn Vật lí ở trường THPT. Việc phát hiện và bồi dưỡng HS có năng lực học tốt cần phải có phương pháp phù hợp mới có thể đem lại hiệu quả cao. HS có năng lực học tốt có thể học bằng nhiều cách khác nhau. Một số tài liệu có đưa ra các hình thức tổ chức dạy học sau đây: - Lớp riêng biệt: HS được rèn luyện trong một lớp hoặc một trường học riêng, thường gọi là lớp chuyên, lớp năng khiếu. Hình thức này đòi hỏi ở nhà trường rất nhiều điều kiện từ việc bảo vệ HS, giúp đỡ và đào tạo phát triển chuyên môn cho GV đến việc biên soạn chương trình, bài học... - Phương pháp Mông-te-xơ-ri: Trong một lớp HS chia thành ba nhóm tuổi, nhà trường mang lại cho HS những cơ hội vượt lên so với các bạn cùng nhóm tuổi. Phương pháp này đòi hỏi phải xây dựng được các mức độ khá tự do, nó hết sức có lợi cho những HS có năng lực học tốt trong hình thức học tập với tốc độ cao. - Tăng gia tốc: Những HS xuất sắc xếp vào một lớp có trình độ cao với nhiều tài liệu tương ứng với khả năng của mỗi HS. Một số trường Đại học, Cao đẳng đề nghị hoàn thành chương trình nhanh hơn để HS có thể học bậc học trên sớm hơn. Nhưng hướng tiếp cận giới thiệu HS với những tài liệu lí thuyết tương ứng với khả năng của chúng cũng dễ làm cho HS xa rời xã hội. - Học tách rời: một phần thời gian theo lớp riêng, phần còn lại học lớp thường. - Làm giàu tri thức: toàn bộ thời gian HS học theo lớp bình thường, nhưng nhận tài liệu mở rộng để thử sức, tự học ở nhà. - Dạy ở nhà: một nửa thời gian học tại nhà học lớp, nhóm, học có cố vấn hoặc một thầy một trò và không cần dạy. - Trường mùa hè: bao gồm nhiều khóa học được tổ chức vào mùa hè. - Sở thích riêng: một số môn thể thao như cờ vua được tổ chức dành để cho HS thử trí tuệ sau giờ học ở trường. 9 1.3. Dạy giải bài tập Vật lí phổ thông 1.3.1. Khái niệm về bài tập Vật lý Trong quá trình học tập nói chung và học vật lí nói riêng, muốn nắm vững kiến thức thì bản thân mỗi học sinh đều phải tích cực động não suy nghĩ để giải quyết mâu thuẫn về mặt nhận thức. Mỗi một vấn đề xuất hiện khi nghiên cứu lí thuyết hay khi nghiên cứu các hiện tượng thực tế, mà học sinh phải trả lời, giải thích có thể gọi là một bài tập đối với học sinh. Theo lý luận giảng dạy vật lí: “Bài tập vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờ những suy lý logic, những phép toán và các thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí ” [15] Như vậy, cả hai ý nghĩa khác nhau của bài tập vật lí là vận dụng kiến thức và hình thành kiến thức mới đều có mặt. Do đó, bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp dạy học giữ một vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành dạy học vật lí ở nhà trường phổ thông. 1.3.2. Vai trò, tác dụng của bài tập vật lí trong dạy học Vật lí Bài tập vật lí với chức năng là một phương pháp dạy học có một vị trí đặc biệt trong dạy học vật lý ở trường phổ thông - Thông qua dạy học về bài tập vật lý, người học có thể nắm vững một cách chính xác sâu sắc và toàn diện hơn những quy luật vật lí, những hiện tượng vật lí, biết cách phân tích chúng và ứng dụng chúng vào các vấn đề thực tiễn, làm cho kiến thức trở thành vốn riêng của người học. - Bài tập vật lí có thể được sử dụng như một phương tiện độc đáo để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh, giúp học sinh lĩnh hội kiến thức chủ động, tích cực nhằm hiểu bài sâu và chắc Ví dụ: trước khi hình thành định luật ôm cho toàn mạch , có thể đưa ra bài toán: “Cho mạch kín gồm nguồn điện một chiều ( E, r ) và một điện trở thuần R. Tính nhiệt lượng tỏa ra trên R trong một đơn vị thời gian? Từ đó , xác lập mối quan hệ giữa cường độ dòng điện chạy qua R với suất điện động E và các điện trở r và R” - Bài tập vật lí là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, bồi dưỡng hứng thú học tập và phương pháp nghiên cứu khoa học cho người học. 10 - Bài tập vật lí dùng để mở đầu bài học mới, có tác dụng gây hứng thú, lôi cuốn học sinh vào vấn đề sẽ trình bày, giúp học sinh nắm bài học dễ hơn. Ví dụ: Trước khi vào bài “Hiện tượng căng mặt ngoài. Sự dính ướt” có thể đưa ra bài toán: “Chúng ta thường thấy kim chìm khi đặt xuống nước. Nhưng nếu ta đặt nhẹ kim lên mặt nước thì kim cũng có thể nổi được trên mặt nước. Vì sao lại sảy ra hiện tượng như vậy? ” - Bài tập vật lí còn là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và là phương tiện để kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh. - Bài tập vật lí còn có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp. Như vậy vai trò của bài tập vật lí trong quá trình dạy học là rất lớn, tuy nhiên nó chỉ phát huy tác dụng trong những điều kiện sư 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 được lựa chọn và sắp xếp phù hợp với mục đích dạy học, với yêu cầu rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo và năng lực, nhu cầu của người học. 1.3.3. Vai trò của bài tập vật lí đối với việc phát hiện và bồi dưỡng kiến thức cho HS có năng lực tốt và HS giỏi Bồi dưỡng kiến thức cho HS có năng lực học tốt, HS giỏi là công việc không thể thiếu và diễn ra hàng năm ở các lớp chọn trong trường THPT. Việc sử dụng các bài tập vật lí nhằm phát hiện và bồi dưỡng HS có năng lực học tốt cần phải có sự quan tâm, đầu tư lựa chọn nguồn sao cho phù hợp và đạt hiệu quả cao. Trong dạy học Vật lí, bài tập là một phương tiện và phương pháp rất có lợi thế để hình thành các kỹ năng và phát trtiển năng lực tư duy cho HS. Năng lực nhận thức của học sinh được phát triển trong quá trình giải bài tập vật lí như sau: + Phát hiện vấn đề nhận thức từ việc nghiên cứu hiện tượng và từ bài tập Vật lí. + Phát hiện vấn đề nhận thức của HS cũng có thể quan sát được trong giai đoạn nghiên cứu đề bài và quá trình giải bài tập vật lí. + Bài tập rèn luyện cách giải nhanh, thông minh,rèn luyện khả năng suy luận, diễn đạt chính xác và logic. + Sử dụng bài tập để rèn luyện kỹ năng thực hành. 11 Như vậy, khi bồi dưỡng kiến thức Vật lí cho HS các lớp chọn qua hệ thống bài tập, ngoài mức độ luyện tập thông thường, GV phải yêu cầu ở mức cao hơn. Học sinh phải biết vận dụng kiến thức một cách linh hoạt, sáng tạo để giải quyết bài tập trong những tình huống mới, biết đề xuất, đánh giá theo ý kiến riêng hoặc đề xuất các giải pháp khác nhau khi phải xử lí tình huống. Do đó, với nét đặc thù của mình, bài tập vật lí có vai trò lớn trong việc rèn luyện, bồi dưỡng, phát triển năng lực tư duy sáng tạo và các kỹ năng cho HS lớp chọn. 1.3.4. Vai trò, tác dụng của bài tập phần sóng cơ và sóng âm trong chương trình Vật lí phổ thông Bài tập sóng cơ và sóng âm ngoài vai trò và tác dụng như bài tập Vật lí nói chung , bài tập phần này có vài đặc điểm riêng của nó như sau: - Bài tập phần này ôn tập và củng cố phương pháp tổng hợp dao động điều hòa cùng tần số và có độ lệch pha không đổi. - Mở rộng hiện tượng dao động của một phần tử vật chất thành hiện tượng dao động của nhiều phần tử vật chất. - Làm cơ sở giúp học sinh dễ hiểu khi học đến phần giao thoa sóng điện từ, giao thoa sóng ánh sáng, lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng. - Giúp học sinh hiểu rõ: bản chất của âm thanh, sự truyền âm ... mà hàng ngày học sinh thường gặp. 1.3.5. Phân loại bài tập Vật lí Bài tập vật lí rất đa dạng và phong phú. Tùy vào mục đích sử dụng, tùy theo nội dung, tùy vào mức độ yêu cầu phát triển tư duy, theo phương thức cho điều kiện và theo phương thức giải mà phân loại bài tập theo nhiều cách khác nhau. 1.3.5.1. Căn cứ theo yêu cầu mức độ phát triển tư duy Theo yêu cầu mức độ phát triển tư duy, có thể phân bài tập thành hai loại là bài tập luyện tập và bài tập sáng tạo. - Bài tập luyện tập: Là loại bài tập mà những hiện tượng xảy ra chỉ tuân theo một quy tắc, một định luật vật lí đã biết, học sinh chỉ cần áp dụng những kiến thức rất cơ bản, sắp xếp chúng cho hợp lý. 12