Tài liệu Xây dựng và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập chương sóng cơ học vật lí 12 nâng cao nhằm phát triển tư duy và nâng cao hiệu quả tự học của học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC ĐINH THỊ HƯƠNG XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “SÓNG CƠ HỌC” VẬT LÍ 12 NÂNG CAO NHẰM PHÁT TRIỂN TƯ DUY VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ TỰ HỌC CỦA 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 – 2015 1 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên trong luận văn, tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt khóa học và quá trình nghiên cứu đề tài. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Nguyễn Huy Sinh – người đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô giáo và các em học sinh Trường trung học phổ thông Ngô Quyền, thành phố Hải Phòng đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến bố, mẹ, chồng và các con đã luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành khoá học tại trường Đại học giáo dục, Đại học quốc gia Hà Nội. Hà Nội, ngày 28 tháng 11 năm 2012 Học viên Đinh Thị Hương i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh PPDH Phương pháp dạy học SBT Sách bài tập SGK Sách giáo khoa STT Số thứ tự THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm ii MỤC LỤC Lời cảm ơn ............................................................................................................... i Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ................................................................... ii Mục lục ................................................................................................................. iii Danh mục các bảng ................................................................................................ v Danh mục các hình ................................................................................................ vi MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU . 5 1.1.Vài trò của bài tập trong dạy học vật lý ............................................................. 5 1.1.1. Bài tập vật lý ................................................................................................. 5 1.1.2. Các kiểu bài tập vật lý ................................................................................... 6 1.2. Phương pháp giải bài tập vật lý ........................................................................ 7 1.2.1. Các bước giải bài tập .................................................................................... 7 1.2.2. Xây dựng lập luận trong giải bài tập ............................................................. 9 1.3. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý ........................................................... 12 1.3.1. Hướng dẫn theo mẫu ................................................................................... 12 1.3.2. Hướng dẫn tìm tòi ....................................................................................... 13 1.3.3. Định hướng khái quát chương trình hóa ...................................................... 14 1.3.4. Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học vật lí ........................................ 15 1.4. Tư duy trong giải bài tập vật lý ...................................................................... 16 1.4. Tự học ........................................................................................................... 16 1.5. Thực trạng sử dụng hệ thống bài tập vật lí ở trường THPT ............................. 17 1.5.1. Phương pháp điều tra .................................................................................. 17 1.5.2. Phân tích kết quả điều tra và đánh giá chung ............................................... 22 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. ..................................................................................... 24 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÝ 12 NÂNG CAO .......................... 25 2.1. Vị trí và vai trò của chương “Sóng cơ” Vật lý 12 nâng cao THPT ................. 25 2.2. Cấu trúc chương “Sóng cơ” ............................................................................ 26 2.3. Mục tiêu dạy học chương “Sóng cơ” Vật lý 12 Nâng cao .............................. 34 2.2.1. Chuẩn kiến thức, kĩ năng phần sóng cơ ....................................................... 34 iii 2.2.2. Mục tiêu chi tiết về sóng cơ ........................................................................ 35 2.4. Phân loại bài tập chương “Sóng cơ” THPT Vật lý 12 Nâng cao ..................... 38 2.5. Nguyên tắc xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập chương “Sóng cơ” Vật lý 12 Nâng cao .............................................................................................................. 39 2.5.1. Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập ........................................................ 39 2.5.2. Nguyên tắc sử dụng hệ thống bài tập ........................................................... 39 2.6. Xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập chương “Sóng cơ” Vật lý 12 nâng cao .................................................................................................... 39 2.6.1. Dạng 1: Đại cương về song .......................................................................... 40 2.6.2. Dạng 2: Giao thoa sóng ............................................................................... 46 2.6.3. Dạng 3: Sóng dừng: Dạng bài tập này đề cập đến các vấn đề liên quan đến Sóng dừng bao gồm các bài tập ............................................................................. 57 2.6.4. Dạng 4: Tính các đại lượng đặc trưng của sóng âm .................................... 66 2.6.5. Dạng 5 : Hiệu ứng Đốp le : .......................................................................... 72 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ................................................................................. . 77 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ....................................................... 78 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm............................................ 78 3.2. Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm............................................ 78 3.3. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ....................................... 79 3.3.1. Phân tích định tính trong quá trình TNSP .................................................... 79 3.3.2. Phân tích định lượng .................................................................................... 80 3.4. Hiệu quả của quá trình TNSP.......................................................................... 88 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ...................................................................................... 89 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ...................................................................... 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 91 PHỤ LỤC ............................................................................................................ 93 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1a. Bảng thống kê điểm số bài kiểm tra trước khi TNSP ........................... 82 Bảng 3.1b. Bảng thống kê điểm số bài kiểm tra sau TNSP ................................... 82 Bảng 3.2a. Bảng thống kê số % bài kiểm tra đạt điểm Xi của bài kiểm tra trước TNSP .................................................................................................................... 83 Bảng 3.2b. Bảng thống kê số % bài kiểm tra đạt điểm Xi của bài kiểm tra sau TNSP83 Bảng 3.3a. Tần suất tích lũy hội tụ lùi bài kiểm tra trước TN ................................. 83 Bảng 3.3b. Tần suất tích lũy hội tụ lùi bài kiểm tra sau TN.................................... 83 Bảng 3.4a. Bảng tổng hợp các tham số của nhóm ĐC và TN đối với bài kiểm tra trước TN. ............................................................................................................... 87 Bảng 3.4b. Bảng tổng hợp các tham số của nhóm ĐC và TN đối với bài kiểm tra sau TNSP .............................................................................................................. 87 v DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Sóng cơ” Vật lý 12 chương trình nâng cao......................................................................................................................... 26 Hình 2.2. Minh họa hiện tượng giao thoa của hai sóng kết hợp S1 và S2 ................ 28 Hình 2.3. Hiện tượng sóng dừng ........................................................................... 30 Hình 2.4. Sóng dừng trong trường hợp hai đầu dây cố định .................................. 31 Hình 2.5. Sóng dừng trong trường hợp một đầu dây cố định ................................. 31 Hình 2.6. Sơ đồ phân loại bài tập chương “Sóng cơ” Vật lý 12 nâng cao THPT ... 38 Hình 2.7. Mô tả bài tập 11 .................................................................................... 43 Hình 2.8. Giao thoa hai nguồn sóng dao động cùng pha ....................................... 48 Hình 2.9. Lời giải cho bài tập 3 ............................................................................ 52 Hình 2.10. Hình minh họa bài tập 5 ....................................................................... 56 Hình 2.11. Sóng dừng trên sợi dây với hai đầu là nút ............................................ 58 Hình 3.1. Biểu đồ phân bố điểm bài kiểm tra trước TNSP .................................... 84 Hình 3.2. Biểu đồ phân bố điểm bài kiểm tra sau TNSP ....................................... 84 Hình 3.3. Đồ thị phân phối tần suất điểm (bài kiểm tra trước TNSP) ..................... 85 Hình 3.4. Đồ thị phân phối tần suất (bài kiểm tra sau TN) ..................................... 85 Hình 3.5. Đồ thị phân phối tần suất tích lũy bài kiểm tra trước TNSP .................... 86 Hình 3.6. Đồ thị phân phối tần suất tích lũy bài kiểm tra sau TNSP ....................... 86 vi MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong dạy học Vật lý việc sử dụng Hệ thống bài tập là hết sức quan trọng trong việc phát triển tư cho học sinh. Bài tập vật lý có tác dụng giúp cho học sinh hình thành, rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn và cho việc đào sâu, mở rộng kiến thức. Giải bài tập vật lý sẽ giúp cho học sinh có được những kĩ năng kĩ xảo cần thiết từ đó phát huy tính tích cực, chủ động sáng tạo. Bài tập vật lý luôn giữ một vị trí đặc biệt quan trọng trong trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, giúp thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lí. Bài tập vật lý được sử dụng là phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh, được sử dụng như là một phương tiện nghiên cứu tài liệu mới trong giai đoạn hình thành kiến thức mới cho học sinh, giúp cho học sinh lĩnh hội được kiến thức một cách sâu sắc và vững chắc. Bài tập vật lý là một phương tiện để ôn tập, củng cố kiến thức lí thuyết đã học, đồng thời là phương tiện để rèn luyện tư duy hiệu quả. Thông qua bài tập vật lý có thể bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh, đồng thời cũng là một phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống. Trong các kiến thức vật lý ở lớp 12 trung học phổ thông thì kiến thức về sóng cơ là một trong những mảng kiến thức quan trọng góp phần làm hoàn thiện hệ thống vật lý tổng thể là mắt xích quan trọng trong hệ thống vật lý THPT.Chương trình vật lý 12 phần sóng cơ chiếm thời lượng như sau: phân phối chương trình cho sách giáo khoa (SGK) Vật lý 12 Nâng cao là 12 tiết chiếm 11% tổng số tiết dành cho cả chương trình, số câu trong đề thi đại học là 5 câu chiếm 10% trên tổng số câu. Kiến thức chương sóng cơ bao gồm cả kiến thức chung về sóng , sẽ còn được sử dụng cho các chương tiếp sau là chương IV “ Dao động và sóng điện từ” và chươngVI “Sóng ánh sáng”. Kiến thức về sóng cơ được xây dựng như kiến thức nền tảng cho sóng không những chỉ là các đại lượng mà còn cả về các hiện tượng đặc trưng như giao thoa, nhiễu xạ... Như vậy thấy rằng học sinh cần phải nắm vững kiến 1 thức về sóng cơ ,nhận dạng và thực hiện giải bài toán sóng cơ một cách thành thạo và bài bản. Bài tập và hệ thống bài tập trong dạy học đã được nhiều nhà khoa học, nhà giáo dục học quan tâm, xây dựng và phát triển. Các công trình trước đây về vấn đề này phần lớn còn mang tính lý thuyết và khái quát hóa cao. Do vậy để góp phần đưa hệ thống bài tập vào trong quá trình dạy và học ở trường THPT,thì nên xây dựng và hướng dẫn giải chi tiết hệ thống bài tập đó. Để ứng dụng hệ thống bài tập để dạy và học có hiệu quả phần chương “Sóng cơ” thuộc chương trình vật lý 12 Nâng cao, tôi chọn đề tài nghiên cứu là: “ Xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập chương “ Sóng cơ học” Vật lý 12 Nâng cao nhằm phát triển tư duy và nâng cao hiệu quả tự học của học sinh” 2. Mục đích nghiên cứu -Xây dựng hệ thống bài tập chương ‘Sóng cơ”Vật lý 12 Nâng cao mang tính hệ thống, khoa học theo các mức độ nhận thức của học sinh -Hướng dẫn học sinh giải bài tập giúp học sinh nắm vững kiến thức, phát triển được tư duy và nâng cao hiệu quả tự học trong hoạt động giải bài tập. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông hiện hành, chuẩn kĩ năng kiến thức, các dạng bài tập và phương pháp giải bài tập phần sóng cơ. - Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn học sinh giải bài tập về sóng cơ dựa trên mục tiêu và chuẩn kĩ năng kiến thức đã đề ra. - Thực nghiệm sư phạm. 4. Đối tượng nghiên cứu Hoạt động dạy học của giáo viên và học sinh trong quá trình dạy học phần bài tập về sóng cơ, vật lý 12 trung học phổ thông theo mục tiêu và chuẩn kiến thức kĩ năng. 2 6. Giả thuyết nghiên cứu - Xây dựng được một hệ thống bài tập phù hợp với mục tiêu dạy học và sử dụng hợp lý các hình thức tổ chức hướng dẫn học sinh trong dạy giải bài tập vật lý thì không những làm cho học sinh nắm vững kiến thức mà còn phát triển được tư duy và nâng cao hiệu quả tự học của học sinh. 7. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu - Xây dựng hệ thống và hướng dẫn học sinh giải bài tập chương “ Sóng cơ” Vật lý 12 Nâng cao tại trường THPT Ngô quyền –Hải Phòng 8.Ý nghĩa khoa học của đề tài - Góp phần nâng cao hiệu quả của việc dạy giải bài tập Vật lý tạo hứng thú cho học sinh trong việc học tập và tự học của học sinh - Luận văn này có thể được sử dụng như một tài liệu trong giảng dạy bộ môn vật lý 9. Phương pháp nghiên cứu 9.1. Nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu cơ sở lí luận để làm sáng tỏ vai trò hệ thống bài tập vật lý về sóng cơ chương trình vật lý 12 nâng cao trung học phổ thông - Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông, các giáo trình, tài liệu hướng dẫn về sóng cơ nội dung sách giáo khoa và những tài liệu tham khảo có liên quan để xác định mức độ nội dung và yêu cầu về kiến thức, kĩ năng giải bài tập mà học sinh cần nắm vững. 9.2. Nghiên cứu thực tiễn - Tìm hiểu nội dung chương trình, phương pháp và hình thức tổ chức việc giải bài tập vật lí chương sóng cơ. - Điều tra thực tiễn việc sử dụng hệ thống bài tập trong giải bài tập vật lý phần sóng cơ tại trường trung học phổ thông 3 9.3. Thực nghiệm sư phạm - Tiến hành giảng dạy song song nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm theo phương án đã thiết kế. - Trên cơ sở phân tích định tính và định lượng kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và tính hiệu quả của các biện pháp do đề tài đưa ra. 10. Cấu trúc 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 ba chương Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài. Chương 2: Xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập chương “Sóng cơ học” Vật lý 12 nâng cao Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. 4 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1. Vai trò của bài tập trong dạy học vật lý 1.1.1. Bài tập vật lý Vật lý là một môn khoa học giúp học sinh hiểu được qui luật vận động của thế giới vật chất và bài tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ những qui luật ấy, biết phân tích và vận dụng những qui luật ấy vào thực tiễn. Kiến thức vật lý sẽ được nắm vững nếu học sinh có thể vận dụng thành thạo chúng vào những bài tập lí thuyết hay thực hành. Bài tập vật lý là những bài luyện tập, những tình huống được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lý, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lý của học sinh và rèn kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn. Giải bài tập vật lý không chỉ nhằm mục đích giải toán, mà nó còn có ý nghĩa to lớn trong việc rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng tính toán, suy luận logic để giải quyết những vấn đề trong thực tế cuộc sống. Giúp học sinh hiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức trong chương trình quy định , giúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những nhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiễn đã đặt ra. Vì vậy mà phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh những kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào cuộc sống hằng ngày. Kỹ năng vận dụng kiến thức trong bài tập và trong thực tiễn đời sống chính là thước do mức độ sâu sắc và vững vàng của những kiến thức mà học sinh đã thu nhận được. Chính vì thế có thể nói bài tập vật lý đặc biệt quan trọng trong dạy học vật lý ở trường phổ thông. Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập vật lý đặt ra, học sinh phải sử dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa … để giải quyết vấn đề, do đó tư duy của HS phát triển. Có thể nói bài tập vật lý là một phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng 5 tượng, khả năng suy nghĩ độc lập rèn luyện tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn trong cuộc sống của học sinh. Trong quá trình dạy học bài tập vật lý, vai trò tự học của học sinh là rất cần thiết. Để giúp học sinh khả năng tự học, người giáo viên phải biết lựa chọn bài tập sao cho phù hợp, sắp xếp chúng một cách có hệ thống từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp và hướng dẫn cho học sinh cách giải để tìm ra được bản chất vật lý của bài toán. Bài tập vật lý còn là phương tiện kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo, đặc biệt là giúp phát hiện trình độ phát triển trí tuệ, làm bộc lộ những khó khăn, sai lầm của học sinh trong học tập đồng thời giúp họ vượt qua những khó khăn và khắc phục các sai lầm đó. Vật lý là môn học liên quan đến nhiều hiện tượng trong tự nhiên và các ứng dụng trong kỹ thuật và đời sống hằng ngày. Học sinh khi giải BTVL là tìm đến bản chất của các vấn đề đó và áp dụng nó giải quyết các vấn đề của cuộc sống. Vì vậy việc sử dụng bài tập vật lý còn có chức năng giáo dục tư tưởng đạo đức, kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp. 1.1.2. Các kiểu bài tập vật lí 1.1.2.1. Bài tập vật lí định tính Bài tập định tính là bài tập mà HS không cần phải tính toán (Hay chỉ có các phép toán đơn giản) mà chỉ vận dụng các định luật, định lý, qui luật để giải thích các hiện tượng thông qua các lập luận có căn cứ, có lôgíc. Nội dung của các câu hỏi khá phong phú, và đòi hỏi phải vận dụng rất nhiều các kiến thức vật lí. 1.1.2.2. Bài tập vật lí định lượng Bài tập vật lý định lượng là loại bài tập vật lí mà muốn giải quyết nó ta phải thực hiện một loạt các phép tính. Dựa vào mục đích dạy học ta có thể phân loại bài tập dạng này thành hai loại : - Bài tập tập dượt : Là bài tập đơn giản được sử dụng ngay khi nghiên cứu một khái niệm hay một qui tắc vật lí nào dó để học sinh vật dụng kiến thức vừa mới tiếp thu. 6 - Bài tập tổng hợp : Là những bài tập phức tạp mà muốn giải nó học sinh vận dụng nhiều kiến thức ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học và thuộc nhiều lĩnh vực. Đặc biệt khi các câu hỏi loại này được nêu dưới dạng trắc nghiệm khách quan, thì yêu cầu học sinh phải nhớ kết quả cuối cùng đã được chứng minh trước đó để giải nó một cách nhanh chóng. Vì vậy yêu cầu học sinh phải hiểu bài một cách sâu sắc để vận dụng kiến thức ở mức độ cao. 1.1.2.3.Bài tập đồ thị Là loại bài tập mà dữ kiện đề bài cho dưới dạng đồ thị hay trong quá trình giải nó ta phải sử dụng đồ thị. có thể phân loại dạng câu hỏi này thành các loại : - Đọc và khai thác đồ thị đã cho : Bài tập loại này có tác dụng rèn luyện cho học sinh kỹ năng đọc đồ thị, biết cách đoán nhận sự thay đổi trạng thái của vật thể, hệ vật lí, của một hiện tượng hay một quá trình vật lí nào đó. Biết cách khai thác từ đồ thị những dữ để giải quyết một vấn đề cụ thể. - Vẽ đồ thị theo những dữ liệu đã cho : bài tập này rèn luyện cho học sinh kỹ năng vẽ đồ thị, nhất là biết cách chọn hệ tọa độ và tỉ lệ xích thích hợp để vẽ đồ thị chính xác. 1.1.2.4. Bài tập thí nghiệm Bài tập thí nghiệm là loại bài tập cần phải tiến hành các thí nghiệm hoặc để kiểm chứng cho lời giải lý thuyết, hoặc để tìm những số liệu, dữ kiện dùng trong việc giải các bài tập. Tác dụng cụ thể của loại bài tập này là giáo dục, giáo dưỡng và giáo dục kỹ thuật tổng hợp. Đây là loại bài tập thường gây cho học sinh cảm giác lí thú và đặc biệt đòi hỏi học sinh nhiều tính sáng tạo. 1.2. Phương pháp giải bài tập vật lý 1.2.1. Các bước giải bài tập Giải một bài tập vật lí thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tượng vật lí, xác lập được những mối liên hệ cụ thể dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập đã cho. Từ đó tính toán những mối liên hệ đã xác lập được để dẫn đến lời giải và kết luận chính xác. Sự nắm vững 7 những mối liên hệ này sẽ giúp cho giáo viên định hướng phương pháp dạy bài tập một cách hiệu quả. Không thể chỉ ra được một phương pháp nào cụ thể mà có thể áp dụng để giải được tất cả bài tập vì bài tập vật lí rất đa dạng, cho nên phương pháp giải cũng rất phong phú. Từ sự phân tích như đã nêu ở trên, có thể vạch ra một phương pháp chung chung gồm các bước chính như sau : 1. Tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện - Đọc kĩ đề bài, tìm hiểu ý nghĩa của những thuật ngữ quan trọng, xác định đâu là ẩn số, đâu là dữ kiện. - Dùng kí hiệu tóm tắt đề bài cho gì? Yêu cầu gì? Dùng hình vẽ mô tả lại tình huống, minh họa nếu cần. 2. Phân tích hiện tượng - Nhận biết các dữ liệu đã cho trong đề bài có liên quan đến những kiến thức nào, khái niệm nào, hiện tượng nào, quy tắc nào, định luật nào trong vật lí. - Xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng nêu trong đề bài, mỗi giai đoạn bị chi phối bởi những đặc tính nào, định luật nào. Có như vậy học sinh mới hiểu rõ được bản chất của hiện tượng, tránh sự áp dụng máy móc công thức. 3. Xây dựng lập luận Tìm quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho. Đối chiếu các dữ kiện đã cho và cái phải tìm liên hệ với nhau như thế nào, qua công thức, định luật nào để xác lập mối liên hệ. Thành lập các phương trình nếu cần với chú ý có bao nhiêu ẩn số thì có bấy nhiêu phương trình. * Đối với những bài tập tổng hợp phức tạp, có hai phương pháp xây dựng lập luận để giải : - Phương pháp phân tích : xuất phát từ ẩn số cần tìm, tìm ra mối liên hệ giữa ẩn số đó với một đại lượng nào đó theo một định luật đã xác định ở bước 2, diễn đạt bằng một công thức có chứa ẩn số. Sau đó tiếp tục phát triển lập luận hoặc biến đổi 8 công thức này theo các dữ kiện đã cho. Cuối cùng đi đến công thức sau cùng chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho. - Phương pháp tổng hợp : xuất phát từ dữ kiện đã cho của đầu bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi công thức diễn đạt mối quan hệ giữa các dữ kiện đã cho với các đại lượng khác để tiến dần đến công thức cuối cùng có chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho. * Đối với bài tập định tính : ta không cần tính toán nhiều mà chủ yếu sử dụng lập luận, suy luận logic dựa vào kiến thức vật lí để giải thích hoặc dự đoán hiện tượng xảy ra. Thông thường để giải các bài toán này cần tiến hành theo các bước : * Phân tích câu hỏi * Phân tích hiện tượng vật lí có đề cập đến trong câu hỏi để từ đó xác định các định luật, khái niệm vật lí hay một qui tắc vật lí nào đó để giải quyết câu hỏi. * Tổng hợp các điều kiện đã cho với các kiến thức tương ứng để trả lời câu hỏi. * Đối với bài tập trắc nghiệm khách quan : cần nắm thật vững kiến thức trong sách giáo khoa, nếu không sẽ không nhận biết được trong các phương án để lựa chọn đâu là phương án đúng. 4. Lựa chọn cách giải cho phù hợp. 5. Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận. - Từ mối liên hệ cơ bản, lập luận giải để tìm ra kết quả. - Phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều kiện đầu bài tập hoặc không phù hợp với thực tế. Việc biện luận này cũng là một cách để kiểm tra sự đúng đắn của quá trình lập luận. Đôi khi nhờ sự biện luận này mà học sinh có thể tự phát hiện ra những sai lầm của quá trính lập luận, do sự vô lý của kết quả thu được. 1.2.2. Xây dựng lập luận trong giải bài tập Xây dựng lập luận trong giải bài tập là một bước quan trọng của quá trình giải bài tập vật lí. Trong bước này, ta phải vận dụng những định luật vật lí, những quy tắc, 9 những công thức để thiết lập mối quan hệ giữa đại lượng cần tìm, hiện tượng cần giải thích hay dự đoán với những dữ kiện cụ thể đã cho trong đầu bài. Muốn làm được điều đó, cần phải thực hiện những suy luận logic hoặc những biến đổi toán học thích hợp. Có rất nhiều cách lập luận tùy theo loại bài tập hay đặc điểm của từng bài tập. Tuy nhiên, tất cả các bài tập mà ta đã nêu ra trong mục phân loại bài tập ở trên đều chứa đựng một số yếu tố của bài tập định tính và bài tập tính toán tổng hợp. Dưới đây, ta xét đến phương pháp xây dựng lập luận giải hai loại bài tập đó. 1. Xây dựng lập luận trong giải bài tập định tính Bài tập định tính thường có hai dạng : giải thích hiện tượng và dự đoán hiện tượng sẽ xảy ra. + Bài tập giải thích hiện tượng: Giải thích hiện tượng thực chất lý giải xem vì sao hiện tượng lại xảy ra như thế nghĩa là biết hiện tượng và phải giải thích nguyên nhân xảy ra hiện tượng đó. Đối với học sinh nguyên nhân đó là những đặc tính, những định luật vật lí. Vì thế nên trong các bài tập này, bắt buộc phải thiết lập được mối quan hệ giữa một hiện tượng cụ thể với một số đặc tính của sự vật hiện tượng hay với một số định luật vật lí. Ta phải thực hiện phép suy luận logic (luận ba đoạn), trong đó tiên đề thứ nhất là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật vật lí có tính tổng quát, tiên đề thứ hai là những điều kiện cụ thể, kết luận là hiện tượng nêu ra. Thông thường những hiện tượng thực tế rất phức tạp mà các định luật vật lí lại rất đơn giản, cho nên mới nhìn thì khó có thể phát hiện ra mối liên hệ giữa hiện tượng đã cho với những định luật vật lí đã biết. Ngoài ra ngôn ngữ dùng trong lời phát biểu các định nghĩa, định luật vật lí nhiều khi lại không hoàn toàn phù hợp với ngôn ngữ thông thường dùng để mô tả hiện tượng. Vì vậy cần phải mô tả hiện tượng theo ngôn ngữ vật lí và phân tích hiện tượng phức tạp ra các hiện tượng đơn giản chỉ tuân theo một định luật, một quy tắc nhất định. Việc tìm lời giải bài tập định tính giải thích hiện tượng có thể theo một một quy trình định hướng sau đây : 10  Tìm hiểu đầu bài, đặc biệt chú trọng diễn đạt hiện tượng mô tả trong đầu bài bằng ngôn ngữ vật lí (dùng các khái niệm vật lí thay cho khái niệm dùng trong đời sống hằng ngày).  Phân tích hiện tượng.  Xây dựng lập luận : - Tìm trong đầu bài những dấu hiệu có liên quan đến một tính chất vật lí, một định luật vật lí đã biết. - Phát biểu đầy đủ tính chất đó, định luật đó. - Xây dựng một luận ba đoạn để thiết lập mối quan hệ giữa định luật đó với hiện tượng đã cho, nghĩa là giải thích được nguyên nhân của hiện tượng. Trong trường hợp hiện tượng phức tạp thì phải xây dựng nhiều luận ba đoạn liên tiếp. + Bài tập dự đoán hiện tượng Dự đoán hiện tượng thực chất là căn cứ vào những điều kiện cụ thể của đầu bài, xác định những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán được hiện tượng gì xảy ra và xảy ra như thế nào. Từ đó tìm quy luật chung chi phối hiện tượng cùng loại và rút ra kết luận. Về mặt logic ta phải thiết lập một luận ba đoạn, trong đó ta mới biết tiên đề thứ hai (phán đoán khẳng định riêng), cần phải tìm tiên đề thứ nhất (phán đoán khẳng định chung) và kết kuận (phán đoán khẳng định riêng). 2. Xây dựng lập luận trong giải bài tập định lượng Muốn giải được bài tập định lượng, trước hết phải hiểu rõ hiện tượng xảy ra, diễn biến của nó từ đầu đến cuối. Cho nên có thể nói phần đầu của bài tập định lượng là một bài tập định tính. Do đó khi giải bài tập định lượng cần phải thực hiện bước 1 và 2 giống như khi giải bài tập định tính. Riêng bước 3 về xây dựng lập luận, có thể áp dụng các công thức và những cách biến đổi toán học chặt chẽ, rõ ràng hơn Có hai phương pháp xây dựng lập luận : phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp. 11 * Phương pháp phân tích : phương pháp phân tích bắt đầu bằng việc tìm một định luật, một quy tắc diễn đạt bằng một công thức có chứa đại lượng cần tìm và một vài đại lượng khác chưa biết. Sau đó tìm những định luật, công thức khác cho biết mối quan hệ giữa những đại lượng chưa biết này với các đại lượng đã biết trong đầu bài. Cuối cùng ta tìm được một công thức trong đó chỉ chứa đại lượng cần tìm với các đại lượng đã biết. Thực chất của phương pháp phân tích là phân tích một bài toán phức tạp thành nhiều bài toán đơn giản hơn. *Phương pháp tổng hợp : việc giải bài tập bắt đầu từ những đại lượng đã cho trong điều kiện của bài tập. Dựa vào các định luật, quy tắc vật lí, ta phải tìm những công thức chứa đại lượng đã cho và các đại lượng trung gian mà ta dự kiến có liên quan đến đại lượng phải tìm. Cuối cùng ta tìm được một công thức chỉ chứa đại lượng phải tìm và những đại lượng đã biết. * Phối hợp phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp : trong thực tế giải bài tập, hai phương pháp trên không tách rời nhau, mà thường xen kẽ, hỗ trợ lẫn nhau. Phương pháp tổng hợp đòi hỏi người giải bài tập có kiến thức rộng rãi, kinh nghiệm phong phú để có thể dự đoán được con đường đi từ những dữ kiện trung gian, thoạt mới nhìn hình như không có quan hệ gì chặt chẽ tới một kết quả có liên quan đến tất cả những điều đã cho. Bởi vậy, ở giai đoạn đầu của việc giải bài tập thuộc một dạng nào đó, do học sinh chưa có nhiều kinh nghiệm, ta nên bắt đầu từ câu hỏi đặt ra trong bài tập rồi gỡ dần, làm sáng tỏ dần những yếu tố có liên quan đến đại lượng cần tìm, nghĩa là dùng phương pháp phân tích. Trong những bài tập tính toán tổng hợp, hiện tượng xảy ra do nhiều nguyên nhân, trải qua nhiều giai đoạn, khi xây dựng lập luận có thể phối hợp hai phương pháp. 1.3. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí 1.3.1. Hướng dẫn theo mẫu (Angorit) Hướng dẫn Angorit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt được kết quả mong muốn. Giáo viên phải phân tích một cách khoa học việc giải toán để xác định được 12 một trình tự giải một cách chính xác, chặt chẽ, logic, khoa học. Học sinh chấp hành các hành động đã được giáo viên chỉ ra, vận dụng đúng công thức và tính toán cẩn thận sẽ giải được bài toán đã cho.  Ưu điểm : - Bảo đảm cho học sinh giải được bài tập đã cho một cách chắc chắn. - Giúp cho việc rèn luyện kỹ năng giải bài tập của HS một cách hiệu quả.  Nhược điểm : ít có tác dụng rèn luyện cho học sinh khả năng tìm tòi, sáng tạo. Sự phát triển tư duy sáng tạo của học sinh bị hạn chế. Để khắc phục nhược điểm này, trong quá trình giải bài tập, giáo viên phải lôi cuốn học sinh tham gia vào quá trình xây dựng Angorit cho bài tập.  Điều kiện áp dụng : khi cần dạy cho học sinh phương pháp giải một bài toán điển hình, luyện cho học sinh kỹ năng giải một dạng bài tập xác định 1.3.2. Hướng dẫn tìm tòi Định hướng tìm tòi là kiểu định hướng mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tòi phát hiện cách giải bài toán. Giáo viên phải gợi mở để học sinh tự tìm cách giải quyết, tự xác định các hành động thực hiện để đạt được kết quả, phải chuẩn bị tốt các câu hỏi gợi mở. Học sinh phải tự lực tìm tòi cách giải quyết chứ không phải là học sinh chỉ việc chấp hành các hành động theo mẫu của giáo viên. * Ưu điểm : - Tránh được tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong việc giải bài tập. - Phát triển tư duy, khả năng làm việc tự lực của học sinh. * Nhược điểm : - Do học sinh phải tự tìm cách giải quyết bài toán nên đôi khi cũng không đảm bảo học sinh giải được bài toán một cách chắc chắn. - Phương pháp này không thể áp dụng cho toàn bộ đối tượng học sinh. - Hướng dẫn của giáo viên không phải lúc nào cũng định hướng được tư duy của học sinh. 13