Tổ chức hoạt động học tập tự lực - Sáng tạo của học sinh trong dạy học chương "các định luật bảo toàn" lớp 10 Trung học phổ thông (THPT) ban cơ bản

hướng dẫn, TS. Nguyễn Mạnh Hùng – người đã trực tiếp khuyến khích, động viên, hướng dẫn tôi thực hiện hoàn thành đề tài bằng tất cả sự tận tình và trách nhiệm. Quý thầy cô trong tổ Phương Pháp Giảng Dạy, khoa Vật Lí, thư viện , phòng Khoa Học Công Nghệ Sau Đại Học trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh, quý thầy cô trong thư viện Khoa Học Tổng Hợp Thành Phố Hồ Chí Minh đã khuyến khích, quan tâm giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong thời gian học tập và thực hiện đề tài . Ban Giám Hiệu, quý thầy cô trong bộ môn Vật lí trường THPT Vĩnh Hưng . Quý thầy cô bộ môn Vật lí các trường THPT Tân Hưng, THPT Mộc Hóa, THPT Tân Thạnh, Thạnh Hóa đã giúp đỡ cho tôi hoàn thành đề tài. Tác giả Võ Thị Tuyết Mai DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT GV : Giáo viên HS : Học sinh SGK : Sách giáo khoa THPT : Trung học phổ thông MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Chúng ta nhận thấy rằng cách dạy chủ yếu của đa số giáo viên từ nhiều năm nay là: thuyết trình có kết hợp đàm thoại. Thầy chủ quan truyền đạt, trò thụ động ghi nhớ. Phương pháp dạy học truyền thống này tuy đã đạt được những thành tựu quan trọng và có vị trí trong một thời kì nhất định. Nhưng hiện nay đã có ý kiến thống nhất về việc dạy học nói chung và dạy học vật lí nói riêng chưa đáp ứng nhu cầu phát triển tư duy, năng lực sáng tạo và khả năng thích ứng của học sinh với nhịp điệu phát triển nhanh của cuộc sống. Mà mục tiêu giáo dục của nước ta trong giai đoạn hiện nay đã được xác định rõ tại Hội nghị ban chấp hành Trung Ương Đảng cộng sản Việt Nam lần thứ 2 (khoá 8). Một trong những mục tiêu đó là đào tạo thế hệ trẻ có phẩm chất và năng lực sau: “Có ý thức cộng đồng và phát huy tích cực của cá nhân, làm chủ tri thức khoa học và công nghệ hiện đại. Có tư duy sáng tạo, có kĩ năng thực hành giỏi, có tác phong công nghiệp, có tính tổ chức và kỷ luật ”. Và ở điều 24 về nội dung và phuơng pháp giáo dục phổ thông khẳng định “Phương pháp giáo dục phổ thông 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, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú cho học sinh”. Còn trong phương hướng đổi mới phương pháp dạy học hiện nay đã có sự thống nhất về việc cần thiết phải thực hiện nguyên tắc dạy học trong hoạt động và bằng hoạt động. Và theo nguyên tắc này thì giáo viên phải tổ chức, hướng dẫn cho học sinh hoạt động học tập trong quá trình dạy học nhằm lĩnh hội kiến thức và hình thành nhân cách. Đặc biệt là hình thành năng lực tự học và năng lực sáng tạo giải quyết vấn đề và tư duy khoa học. Chính những điều nói trên cho thấy việc cần thiết phải đổi mới nội dung và phương pháp dạy học, trong đó có dạy học vật lí đã trở thành vấn đề cấp thiết. Do đó, tôi đã chọn nghiên cứu đề tài “Tổ chức hoạt động học tập tự lực – sáng tạo của học sinh trong dạy học chương “các định luật bảo toàn” lớp 10 THPT ban cơ bản” nhằm góp phần vào công cuộc đổi mới dạy học vật lí trong trường phổ thông trong giai đoạn hiện nay. 2. Tổng quan về các nghiên cứu có liên quan đến đề tài Trong việc đổi mới phương pháp dạy học thì cũng đã có nhiều nghiên cứu nói về việc dạy học nhằm phát triển năng lực tự học và sáng tạo của học sinh như các đề tài nghiên cứu sau: đề tài “Tổ chức hoạt động học tập tự lực cho học sinh trong dạy học chương “Thuyết động học phân tử và chất khí lí tưởng” vật lí 10 THPT” của tác giả Nguyễn Thục Uyên; đề tài “Tổ chức tình huống học tập và hướng dẫn học sinh chiếm lĩnh kiến thức khi giảng dạy một số bài học của chương từ trường lớp 11 THPT” của tác giả Trần Thị Thanh Trúc; đề tài “Tổ chức hoạt động học tập của học sinh khi giảng dạy một số bài học của phần “Tĩnh học” lớp 10 THPT của tác giả Hoàng Thị Huyền Trang; đề tài “Tổ chức hoạt động học tập vật lí cho học sinh PTTH theo quan điểm nhận thức luận hiện đại và vận dụng vào chương “Định luật bảo toàn động lượng” của tác giả Bùi Thị Thanh Loan; đề tài “Nghiên cứu, tổ chức tình huống học tập và hướng dẫn học sinh tích cực, tự lực , chiếm lĩnh kiến thức trong quá trình học chương “Từ trường” lớp 11” của tác giả Nguyễn Thị Ngọc Diễm; đề tài “Phát huy tính tích cực, tự lực của sinh viên trong dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường” thuộc chương trình vật lí cao đẳng sư phạm thông qua việc thiết kế và sử dụng website hỗ trợ dạy học” của tác giả Huỳnh Thị Kim Thoa; đề tài “Phát huy tính tích cực, tự lự và sáng tạo của học sinh trong dạy học chương “Mắt và các dụng cụ quang học” lớp 12 THPT của tác giả Thái Văn Vinh. Chúng ta nhận thấy rằng để rèn luyện năng lực tự học và năng lực sáng tạo cho học sinh thì cần phải tổ chức và tạo điều kiện cho học sinh tự lực giải quyết các vấn đề của thực tiễn. Cụ thể, trong dạy học vật lí là tổ chức cho học sinh tự lực giải quyết các vấn đề của vật lí học theo cách nghiên cứu của các nhà khoa học. Việc nghiên cứu về cơ sở lí luận cũng đã được bàn luận nhiều nhưng việc nghiên cứu ứng dụng đối với việc dạy từng kiến thức cụ thể của chương trình mới, cho từng đối tượng học sinh cụ thể thì chưa được thực hiện đầy đủ. Ví dụ như: chưa có đề tài nghiên cứu về việc tổ chức hoạt động học tập để rèn luyện năng lực tự học và năng lực sáng tạo cho học sinh khi dạy chương “các định luật bảo toàn” ở chương trình vật lí 10 THPT ban cơ bản (đây là chương trình mới) đối với đối tượng học sinh vùng sâu, vùng xa như học sinh các huyện Đồng Tháp Mười của tỉnh Long An. Do đó, tôi tiếp tục hướng nghiên cứu tổ chức hoạt động học tập tự lực – sáng tạo cho học sinh trong dạy học vật lí và vận dụng cụ thể vào chương “các định luật bảo toàn” của chương trình mới, của lớp 10 thuộc ban cơ bản, đối với đối tượng học sinh của các huyện Đồng Tháp Mười của tỉnh Long An. Các huyện Đồng Tháp Mười của tỉnh Long An là các huyện còn khó khăn nhiều về kinh tế, điều kiện cơ sở vật chất của trường học còn nhiều thiếu thốn. Còn về phía học sinh thì cũng có cả những học sinh yếu, kém, lười học nhưng cũng có học sinh cần cù, chăm chỉ, thông minh, học giỏi. 3. Mục tiêu nghiên cứu Vận dụng lí luận dạy học hiện đại về tổ chức hoạt động học tập tự lực -sáng tạo của học sinh để xây dựng được các tiến trình dạy học trong chương “ các định luật bảo toàn” vật lí lớp 10 THPT ban cơ bản nhằm đạt mục tiêu phát triển hoạt động tự lực chiếm lĩnh kiến thức và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh. 4. Giả thuyết nghiên cứu Nếu xây dựng được các tiến trình dạy học phù hợp với quan điểm lí luận dạy học hiện đại về tổ chức hoạt động học tập tự lực - sáng tạo thì có thể phát triển hoạt động tự lực chiếm lĩnh kiến thức và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lí luận dạy học hiện đại về việc thiết kế các tiến trình dạy học vật lí theo hướng tổ chức hoạt động học tập tự lực- sáng tạo của học sinh. - Xây dựng các tiến trình dạy học chương các định luật bảo toàn vật lí lớp 10 THPT ban cơ bản. - Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường THPT nhằm xác định mức độ phù hợp, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của từng tiến trình và sau đó rút kinh nghiệm để hoàn thiện chúng. 6. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tư liệu về cơ sở lí luận dạy học hiện đại về tổ chức hoạt động học tập tự lực - sáng tạo của học sinh. - Nghiên cứu tư liệu về nội dung, con đường hình thành kiến thức, mục đích, yêu cầu giảng dạy chương “các định luật bảo toàn” vật lí lớp 10 THPT ban cơ bản. - Quan sát, điều tra về thực trạng dạy học phần các định luật bảo toàn ở các trường THPT thuộc các huyện Đồng Tháp Mười của tỉnh Long An. - Dựa trên thực trạng đã biết rồi vận dụng lí luận để xây dựng các tiến trình dạy học cụ thể. - Thực nghiệm sư phạm để kiểm tra tính khả thi và hoàn thiện các tiến trình dạy học đó. 7. Đối tượng nghiên cứu Quá trình tổ chức hoạt động học tập cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT. 8. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu việc tổ chức hoạt động học tập tự lực – sáng tạo của học sinh trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” lớp 10 THPT ban cơ bản cho học sinh THPT ở các huyện Đồng Tháp Mười của Tỉnh Long An. Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG HỌC TẬP TỰ LỰC- SÁNG TẠO CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1. Dạy học vật lí theo hướng phát triển hoạt động học tập tự lực – sáng tạo cho học sinh 1.1.1. Năng lực tự học và năng lực sáng tạo 1.1.1.1. Năng lực “Năng lực là sự kết hợp linh hoạt, độc đáo nhiều đặc điểm tâm lí tạo thành những điều kiện chủ quan thuận lợi giúp cá nhân tiếp thu dễ dàng, tập dượt nhanh chóng và hoạt động hiệu quả trong một lĩnh vực nào đó”. “Năng lực là những thuộc tính tâm lí riêng của cá nhân, nhờ những thuộc tính này mà con người hoàn thành tốt đẹp một loại hoạt động nào đó, mặt dù bỏ ra ít sức lao động nhưng vẫn đạt kết quả cao”. Tâm lí học hiện đại cho rằng: con người mới sinh ra chưa có năng lực, chưa có nhân cách. Nguồn gốc phát sinh và quá trình phát triển năng lực là một vấn đề phức tạp, tuân theo quy luật chung của sự phát triển nhân cách. Mà nhân cách được hình thành và phát triển trong quá trình sống, học tập, lao động, giao lưu giữa con người với con người. 1.1.1.2. Tự học và năng lực tự học Theo tác giả Nguyễn Cảnh Toàn:Tự học là tự mình động não, suy nghĩ, sử dụng các năng lực trí tuệ (quan sát, so sánh, phân tích, tổng hợp,...) và có khi cả cơ bắp (khi phải sử dụng công cụ) cùng các phẩm chất của cá nhân như: động cơ, tình cảm, nhân sinh quan (trung thực, khách quan, không ngại khó, có ý chí, kiên trì, nhẫn nại, ý chí muốn thi đỗ, lòng say mê khoa học, biết biến khó khăn thành thuận lợi,... ) để chiếm lĩnh một lĩnh vực hiểu biết nào đó của nhân loại, biến nó thành sở hữu của mình. Tự học là nội lực của người học, là nhân tố quyết định sự phát triển bản thân người học, có tự học mới phát triển được tư duy độc lập, từ chỗ có tư duy độc lập mới có tư duy phê phán, có khả năng phát hiện vấn đề và nhờ đó mới có tư duy sáng tạo. “Cốt lõi của học là tự học. Hễ có học là có tự học vì không ai có thể học hộ người khác được” . Mặt dù có những cách phân loại các dạng hoạt động tự học khác nhau nhưng nhìn chung lại , ta có thể phân ra hai dạng hoạt động tự học là tự học có sự hướng dẫn của thầy và tự học hoàn toàn. Trong phạm vi của đề tài tôi đề cập chủ yếu đến hoạt động tự học có sự hướng dẫn của thầy. Trong tự học có sự hướng dẫn của thầy, giáo viên phải dạy cho học sinh cách tìm lấy kiến thức và làm chủ kiến thức. Nói về tự học có sự hướng dẫn của thầy thì tác giả Nguyễn Cảnh Toàn cho rằng học giáp mặt có khơi được khả năng tự học hay không là tùy ở nhận thức của thầy và trò, nếu nhận thức đúng về vai trò trung tâm của học, nhất là tự học thì sẽ sáng tạo ra được những cơ chế khác cơ chế hiện hành để khơi khả năng tự học ra như giảm bớt thuyết giảng của thầy, tăng cường các công tác đòi hỏi độc lập tư duy, độc lập nghiên cứu của trò. Khi vận dụng đối với trẻ em còn nhỏ thì người lớn phải giúp các em học phải ý thức làm sao để các em không vi phạm phương châm “học viên phải huy động hết mọi nguồn lực có trong tay và trong tầm tay trước khi sử dụng sự hỗ trợ từ bên ngoài.” Nếu xem nội lực là nhân tố quyết định sự phát triển của bản thân người học thì năng lực tự học (việc học) được xem là có ý nghĩa quyết định, việc học (tự học) được lấy làm trung tâm.Trò là chủ thể, trung tâm, tự mình chiếm lĩnh tri thức, chân lí bằng hành động của mình, sự phát triển từ bên trong.Thầy là tác nhân, hướng dẫn, tổ chức, đạo diễn cho trò tự học. Người thầy giỏi là người dạy cho trò biết tự học. Người học giỏi là người biết tự sáng tạo suốt đời. Song, tự học không có nghĩa là học một mình, đơn thân độc mã, mà học trong sự hợp tác với các bạn, trong môi trường xã hội, dưới sự hướng dẫn của thầy. Sẽ kém hiệu lực nếu không phát huy được năng lực tự học của người học.Vấn đề đặt ra là không thể nhấn mạnh một chiều nội lực hay ngoại lực mà là kết hợp mật thiết chặt chẽ nội và ngoại lực, nhằm tiến tới một trình độ cao của chất lượng phát triển là cộng hưởng nội lực và ngoại lực với nhau...để đặt mục tiêu đào tạo con người lao động tự chủ, năng động và sáng tạo, có năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực tự học. [48, tr.151-152]. 1.1.1.3. Sáng tạo, năng lực sáng tạo và những đặc trưng của năng lực sáng tạo * Sáng tạo “Sáng tạo là loại hoạt động mà kết quả của nó là một sản phẩm tinh thần hay vật chất có tính cách tân, có ý nghĩa xã hội, có giá trị”. Cụ thể hơn “sáng tạo là hoạt động tạo ra những cái mới chưa từng có trong tự nhiên hay trong xã hội. Những cái mới này phải mang lại lợi ích và hiệu quả cho con người.Trong dạy học người ta phân biệt hai cấp độ của sáng tạo là sáng tạo cái mới chỉ đối với bản thân và sáng tạo cái mới đối với nhân loại.Trong quá trình học tập vật lí của học sinh, hoạt động sáng tạo chủ yếu là sáng tạo khoa học tự nhiên chủ yếu là cấp độ thứ 1. Nó thể hiện dưới nhiều hình thức như: sáng tạo xây dựng các kiến thức vật lí (các khái niệm, định luật,...),sáng tạo vận dụng các kiến thức vật lí như giải các bài tập vật lí, lập các mô hình vật lí, các thiết bị ứng dụng các nguyên lí vật lí..., sáng tạo để cải tiến những cái cũ...”[26, tr.4]. * Năng lực sáng tạo “Năng lực sáng tạo có thể hiểu là khả năng tạo ra những giá trị về vật chất và tinh thần, tìm ra cái mới, giải pháp mới, công cụ mới, vận dụng thành công những hiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới.” Nói cách khác “năng lực sáng tạo thể hiện ở khả năng có thể tạo ra những cái mới đáp ứng những đòi hỏi của cuộc sống mà bằng những kinh nghiệm và những cái đã biết không đủ để đáp ứng được”, “năng lực sáng tạo thể hiện ở khả năng giải quyết vấn đề mà thực tiễn cuộc sống đặt ra”. * Những đặc trưng của năng lực sáng tạo Theo I.Ia.Lecne thì năng lực sáng tạo thường thể hiện qua các đặc trưng sau: - Trong rất nhiều trường hợp, quá trình sáng tạo hầu như bao giờ cũng đòi hỏi phải có sự tự lực chuyển các tri thức và kĩ năng sang một tình huống mới. Sự liên hệ giữa tình huống mới và tri thức cũ càng xa thì mức độ sáng tạo càng cao. - Nhìn thấy những vấn đề mới trong các điều kiện quen biết “đúng quy cách”. - Nhìn thấy chức năng mới của đối tượng quen biết. - Nhìn thấy cấu trúc của đối tượng đang nghiên cứu.Thực chất của năng lực này là bao quát nhanh chóng, các bộ phận, các yếu tố của đối tượng trong mối tương quan giữa chúng với nhau. - Kĩ năng nhìn thấy nhiều lời giải cho một bài toán.Thực chất kĩ năng này là hướng tâm lí chấp nhận những lời giải khác nhau, là khả năng xem xét đối tượng ở những khía cạnh khác nhau, đôi khi mâu thuẫn lẫn nhau. - Kĩ năng kết hợp những phương thức giải đã biết thành một phương thức mới. - Kĩ năng sáng tạo một phương thức giải độc đáo tuy đã biết những phương thức khác. [26, tr.5], [32, tr. 17 - 22]. Theo tác giả Nguyễn Mạnh Hùng thì ngoài các đặc trưng đã nêu năng lực sáng tạo còn có thêm các đặc trưng nữa là: - Biết kiểm tra, đánh giá hiệu quả cách giải quyết vấn đề của bản thân và của những người khác. “- Biết điều chỉnh các phương án giải quyết vấn đề một cách nhanh chóng và phù hợp với điều kiện thực tiễn. - Tự chủ, tin tưởng vào khả năng giải quyết các vấn đề của bản thân. Không nản chí trước một vấn đề khó mà tìm mọi cách để tìm ra một phương án tốt nhất. Không thể lĩnh hội sáng tạo nhờ thu nhập thông tin truyền miệng hay xem biểu diễn phương thức hành động. Đối với quy trình sáng tạo không thể lập được thuật toán, không thể xây dựng hệ thống hành động nào để học sinh xem, chỉ có cách cho họ xem sản phẩm, xem bản thân kết quả hành động. Để sáng tạo, học sinh bắt buộc phải hoạt động. “Vai trò của trực giác và tưởng tượng trong sáng tạo là rất quan trọng. Khi nói về đặc điểm của trực giác thì phần lớn các nhà khoa học cho rằng nó cho ta một kết quả mới về nguyên tắc trong nháy mắt, không cần có sự tuần tự”. 1.1.2. Phát triển năng lực học tập tự lực và sáng tạo của học sinh trong dạy học vật lí ở trường THPT 1.1.2.1. Cơ sở tâm lí và giáo dục Thành tựu quan trọng nhất của tâm lí học phát triển, dùng làm cơ sở cho việc xây dựng chiến lược dạy học mới, phương pháp dạy học mới hiện nay là hai lí thuyết phát triển nhận thức của Jean piaget và Lep Vưgôtski. Lí thuyết của piaget nhấn mạnh rằng: “học sinh giữ vai trò rất tích cực trong việc thích nghi với môi trường”, “thiết lập lại trạng thái cân bằng giữa chủ thể và môi trường.Chính sự thích nghi với môi trường là hoạt động thực tiễn của học sinh”. Ông đã xác định có ba thời kỳ phát triển trí khôn ở trẻ em. Trong đó, trẻ em ở lứa tuổi 14, 15 đã có khả năng tư duy logic (thao tác hình thành), trẻ em ở lứa tuổi này có khả năng kết hợp các mệnh đề giả thiết với diễn dịch và kiểm tra chúng bằng thực nghiệm thì “lý đương nhiên nhà trường có trách nhiệm phát triển và định hướng những năng lực như vậy để từ đấy rút ra một sự giáo dục và một sự giảng dạy các khoa học vật lí nhấn mạnh vào việc tìm tòi và khám phá hơn là sự lặp lại”. “Piaget đã đi vào quá trình phát triển trí tuệ với phương pháp tiếp cận duy vật biện chứng, tạo nên một cơ sở khoa học khá chắc chắn cho tâm lí học phát triển: tri thức nảy sinh từ hành động”. Vấn đề dạy học và sự phát triển trí tuệ trong lứa tuổi học sinh đã được Vưgôtski giải quyết một cách độc đáo và có hiệu quả dựa trên lí luận về “vùng phát triển gần” do ông đề xuất. Vưgôtski cho rằng sự phát triển nhận thức có nguồn gốc xã hội, chủ yều thông qua sử dụng ngôn ngữ, đặc biệt trong bối cảnh tương tác với những người khác. Theo ông, có ích nhất hai trình độ phát triển của trẻ em là “ trình độ phát triển hiện thời và vùng phát triển gần”. “Vùng phát triển gần” là “chỗ trẻ em có khả năng thực hiện với sự giúp đỡ của người lớn”. Nói cách khác “vùng phát triển gần” là “khoảng nằm giữa trình độ phát triển hiện tại được xác định bằng trình độ độc lập giải quyết vấn đề và trình độ gần nhất mà các em có thể đạt được với sự giúp đỡ của người lớn hay bạn hữu khi giải quyết vấn đề ”. Chỗ tốt nhất cho sự phát triển nhận thức là vùng phát triển gần . Lý thuyết hoạt động được Vưgôtsti khởi xướng và A.N.Lêônchiep phát triển. Theo lý thuyết này, bằng hoạt động và thông qua hoạt động, mỗi người tự sinh thành ra mình, tạo dựng và phát triển ý thức và nhân cách của mình. Vận dụng vào dạy học, việc học tập của học sinh có bản chất hoạt động: bằng hoạt động, thông qua hoạt động của bản thân mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành và phát triển năng lực trí tuệ cũng như quan điểm đạo đức, thái độ. Theo quan điểm này, “ dạy học là liên tiếp tổ chức cho học sinh tự lực hoạt động để giải quyết vần đề, qua đó mà chiếm lĩnh kiến thức”. Nhà giáo dục học I.Ia.Lecne, dựa trên các thành tựu tâm lí học hiện đại và đã khẳng định “bất cứ lúc nào và bất cứ ở nơi đâu, năng lực sáng tạo đều nảy sinh và phát triển trong quá trình giải quyết các vấn đề”. Như vậy, để phát triển năng lực học tập tự lực và sáng tạo của học sinh trong dạy học là tổ chức và tạo điều kiện cho học sinh tự lực giải quyết các vấn đề của thực tiễn.Trong dạy học vật lí là tổ chức và tạo điều kiện cho học sinh tự lực giải quyết các vấn đề của vật lí học. Nhưng phải dạy học sinh giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí như thế nào? Đã có nhiều nghiên cứu và thống nhất về câu trả lời là phải tổ chức cho học sinh học tập theo phương pháp giải quyết vấn đề của vật lí học. 1.1.2.2. Phương pháp giải quyết vấn đề của các nhà vật lí Cũng như các môn khoa học tự nhiên khác, khoa học vật lí nghiên cứu thế giới tự nhiên nhằm phát hiện ra những đặc tính và quy luật khách quan của các sự vật, hiện tượng trong tự nhiên.Vấn đề then chốt đầu tiên phải đặt ra cho người nghiên cứu là làm thế nào để tìm ra chân lí, làm thế nào để biết được những điều mà nhà nghiên cứu tìm ra là đúng chân lí khách quan? Vấn đề này được V.I.Lênin diễn tả một cách khái quát như sau: “từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, và từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn đó là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lí, của sự nhận thức thực tại khách quan”. Anhstanh viết “bằng sơ đồ,tôi hình dung những vấn đề đó như sau: Hình 1.1. Con đường sáng tạo khoa học vật lí theo Anhstanh -Chúng ta có những dữ kiện E, những dữ kiện trực tiếp của kinh nghiệm cảm giác của chúng ta. - A là những tiên đề mà từ đó ta rút ra những kết luận. Về mặt tâm lí, A dựa trên cơ sở của E. Nhưng không có một con đường logic nào dẫn từ E đến A. Chỉ có một mối liên hệ trực giác (tâm lí) luôn luôn được tái diễn lại. - Từ các tiên đề A rút ra một cách logic những khẳng định bộ phận S với mức độ chặt chẽ cao. - Những khẳng định được đối chiếu với E (kiểm tra bằng thực nghiệm ). [26,tr. 13 ] Còn Richard FeynMan nói về việc phát minh những định luật mới như sau:“trước tiên người ta dự đoán về định luật đó. Tiếp theo thì tìm kết quả của dự đoán đó và tìm hiểu cho rõ những gì suy ra từ định luật đó nếu định luật đó đúng. Sau đó, so sánh những kết quả tính toán với những điều quan sát được trong thiên nhiên, với kết quả của thực nghiệm hoặc là với các kinh nghiệm của chúng ta, và xem kết quả của việc so sánh như thế nào. Nếu những phép tính cho kết quả không phù hợp với các số liệu thực nghiệm thì định luật không đúng. Chính mầm móng của khoa học là ở trong điều xác nhận đơn giản đó” [17, tr.170 - 172] và “điều A S`` S` S E: những dữ kiện trực tiếp của kinh nghiệm cảm tính. phỏng đoán này hay điều phỏng đoán khác sinh ra từ đâu là hoàn toàn không quan trọng, chỉ quan trọng là nó phải phù hợp với thực nghiệm và có thể được xác định”, “nghệ thuật phỏng đoán các định luật của tự nhiên. Đó thực sự là một nghệ thuật.” V.G.Razumôpxki trên cơ sở khái quát hóa những lời phát biểu giống nhau của những nhà vật lí nổi tiếng như A.Anhstanh, M.Plăng, M.Boocnơ, I.Kapitsa,... đã trình bày những khía cạnh chính của quá trình sáng tạo khoa học dưới dạng chu trình như hình 1.2: Hình 1.2. Chu trình sáng tạo khoa học vật lí theo V.G.Razumôpxki Chu trình gồm bốn giai đoạn chính:từ việc khái quát hóa những dữ kiện xuất phát đi đến xây dựng mô hình giả thuyết trừu tượng (mô hình trừu tượng của hiện tượng). Từ mô hình dẫn đến việc rút ra các hệ quả lí thuyết (bằng suy luận lí thuyết hay suy luận toán học), rồi từ hệ quả lí thuyết đến kiểm tra bằng thực nghiệm. Nếu những dữ kiện thực nghiệm không phù hợp với những dự đoán lí thuyết thì phải xem lại lí thuyết, chỉnh lí lại hoặc thay đổi. Nếu những dự kiện thực tiễn phù hợp với hệ quả dự đoán thì giả thuyết trở thành chân lí khoa học, một định luật, một thuyết vật lí và kết thúc một chu trình. Mô hình trừu tượng được xác nhận trở thành nguồn tri thức mới, tiếp tục được dùng để suy ra những hệ quả mới hoặc giải thích những sự kiện thực nghiệm mới phát hiện. Và mỗi mô hình, mỗi lí thuyết chỉ phản ánh một số mặt của thực tế cho nên khi mở rộng phạm vi ứng dụng của mô hình sẽ đến một lúc nào đó gặp những sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với hệ quả suy từ mô hình đó, nghĩa là không giải thích được những sự kiện thực nghiệm mới. Mô hình giả thuyết trừu tượng. Các hệ quả logic. Những sự kiện khởi đầu. Thực nghiệm. Đến lúc đó phải bổ sung, chỉnh lí mô hình cũ cho phù hợp hoặc phải bỏ đi mà xây dựng mô hình mới bắt đầu một chu trình mới của quá trình nhận thức. Như vậy, chu trình nhận thức khoa học không khép kín mà được mở rộng dần dần, làm giàu có thêm cho kiến thức khoa học. Bằng cách đó, con người ngày càng tiếp cận hơn với chân lí khách quan. Tóm lại: * Vật lí học là một khoa học mô hình hóa. Con đường sáng tạo ra các mô hình lí thuyết là một nghệ thuật và không có sự lặp lại trong lịch sử. Chúng rất đa dạng. Trong đó vai trò của thí nghiệm vật lí là không thể thay thế và ngày càng có chức năng sáng tạo hơn. * Các mô hình kiến thức là một công cụ lí thuyết cho phép biểu diễn, giải thích, tiên đoán các tình huống. Chúng là hệ thống tất cả các kí hiệu mà chúng ta có thể sáng tạo ra để biểu diễn thế giới thực. Nếu là một mô hình vật lí thì đó là hệ thống những tín hiệu như các hình vẽ, những đồ thị, những kí hiệu toán học, những mệnh đề tạo nên từ những từ.....và được nhà nghiên cứu xây dựng nên. * Không thể đồng nhất giữa thực tế khách quan với mô hình biểu diễn nó. * Một mô hình hợp thức là mô hình được xây dựng sau nhiều lần tác động qua lại giữa lí thuyết và thực nghiệm, trong đó có những giai đoạn cơ bản: -Suy đoán: một tình huống được đặt ra để phân tích rồi xuất phát từ các cơ sở dự kiện ban đầu để xây dựng (dự đoán) một mô hình giả thuyết nhằm giải quyết tình huống thực tiễn nào đó trong phạm vi tác dụng của nó. -Tiên đoán:từ mô hình giả thuyết, phải dự đoán các thí nghiệm cho phép thử và tiên đoán các sự kiện. Điểm xuất phát của các dự đoán là các dữ kiện thu thập được. Có hai loại dữ kiện cơ bản:là các dữ kiện của thực tiễn thu thập được qua quan sát,thực nghiệm và các dữ kiện thu thập từ các mô hình trừu tượng đã có (từ các kiến thức lí thuyết đã được xây dựng) -Xác nhận: mô hình được xác nhận từ những đáp số thực nghiệm có được. Sự so sánh các giá trị tính được trong mô hình với các giá trị đo được trong thí nghiệm cho ta đánh giá chủ yếu về tính hợp thức hóa của mô hình. Khi một mô hình giả thuyết bị bác bỏ có thể có ba hướng giải quyết: xét lại các điều kiện của thí nghiệm, xét lại mô hình lí thuyết ban đầu, xét lại cấu trúc của mô hình giả thuyết bị loại bỏ, đặc biệt xem lại nó có thích nghi với phạm vi thực nghiệm mà nó phải được đối chiếu không. -Qui nạp: cần phân tích các sai khác giữa mô hình đã được xác nhận và mô hình giả thuyết, tiến hành những thay đổi cần thiết ở mô hình giả thuyết ban đầu hoặc thay các mô hình lí thuyết ban đầu. Khái quát hóa mô hình cho một loạt các đối tượng cùng loại. 1.1.2.3. Tiến trình khoa học xây dựng kiến thức vật lí theo chu trình sáng tạo khoa học vật lí Theo tác giả Nguyễn Mạnh Hùng sơ đồ nhận thức khoa học một kiến thức vật lí được diễn tả như hình 1.3: Hình 1.3. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức vật lí theo chu trình sáng tạo khoa học theo tác giả Nguyễn Mạnh Hùng DỮ LIỆU (những tri thức đã có và những dữ kiện thu thập được) VẤN ĐỀ PHƯƠNG ÁN VÀ DỮ LIỆU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH GIẢ THUYẾT HỆ QUẢ LOGIC KIỂM CHỨNG KẾT LUẬN KHÁI QUÁT QUY NẠP KIẾN THỨC ĐƯỢC XÁC LẬP VẬN DỤNG DỮ LIỆU (những tri thức đã có và những dữ kiện thu được) VẤN ĐỀ Các giai đoạn sáng tạo cao trong tiến trình: -Giai đoạn phát hiện vấn đề từ một tình huống được tạo ra. Trong giai đoạn này, học sinh phải thấy được tính chất mới của hiện tượng mà những kiến thức, kinh nghiệm đã có không thể giải quyết được. - Giai đoạn dự đoán giải pháp giải quyết vấn đề . Trong giai đoạn này, học sinh phải đưa ra được phương án giải quyết vấn đề dưới dạng giả định, nghĩa là phải tìm kiếm các kiến thức lí thuyết làm công cụ. - Giai đoạn hợp thức hóa kiến thức .Trong giai đoạn này, học sinh phải tìm kiếm các phương án kiểm tra kiến thức vừa xây dựng, nghĩa là xem xét sự phù hợp giữa lí thuyết và thực tiễn. 1.1.2.4. Bản chất của hoạt động dạy học vật lí * Đặc điểm của hoạt động học. Theo tác giả Nguyễn Đức Thâm “Hoạt động học là một hoạt động đặc thù của con người nhằm tiếp thu những tri thức, kỹ năng, kinh nghiệm mà loài người tích lũy được, đồng thời phát triển những phẩm chất năng lực của người học”. Hoạt động nào cũng có đối tượng. Thông thường, các hoạt động khác có đối tượng là một khách thể, hoạt động hướng vào làm biến đổi đối tượng. Nhưng hoạt động học lại làm biến đổi chính chủ thể là người học. Nhờ có hoạt động học mà xảy ra sự biến đổi bản thân của học sinh, sản phẩm hoạt động học là những biến đổi của chính bản thân chủ thể trong quá trình thực hiện hoạt động. Học trong hoạt động, học bằng hoạt động học. Những tri thức, kĩ năng, kinh nghiệm mà người học tái tạo lại không có gì mới đối với nhân loại, nhưng những biến đổi trong bản thân người học, sự hình thành những phẩm chất và năng lực ở người học thực sự là những thành tựu mới, chúng giúp cho người học sau này sáng tạo ra được những giá trị mới. * Cấu trúc của hoạt động học. Theo lí thuyết hoạt động, hoạt động học có cấu trúc gồm nhiều thành phần, có quan hệ và tác động lẫn nhau như hình 1.4: Động cơ Hoạt động Mục đích Hành động Phương tiện Thao tác điều kiện Hình 1.4: Cấu trúc tâm lí của hoạt động Hoạt động của chủ thể tồn tại tương ứng với động cơ thúc đẩy hoạt động đó. Hoạt động có đối tượng cấu thành từ các hành động. Hành động gồm các thao tác. Hành động có mục đích, điều kiện, phương tiện cụ thể. Động cơ học tập kích thích sự tự giác, tích cực, thúc đẩy sự hình thành và duy trì, phát triển hoạt động học, đưa đến kết quả cuối cùng là thỏa mãn được lòng khao khát mong ước của người học.Muốn thỏa mãn động cơ ấy, phải thực hiện lần lượt những hành động để đạt được những mục đích cụ thể. Mỗi hành động được thực hiện bằng nhiều thao tác, sắp xếp theo một trình tự xác định.Ứng với mỗi thao tác trong những điều kiện cụ thể là những phương tiện, công cụ thích hợp. Động cơ học tập có thể được kích thích, hình thành từ những kích thích bên ngoài người học, nhưng quan trọng nhất, có khả năng thường xuyên được củng cố và phát triển,có hiệu quả bền vững là sự kích thích bên trong bằng mâu thuẫn nhận thức, mâu thuẫn giữa nhiệm vụ mới phải giải quyết và khả năng hạn chế hiện có của học sinh, cần có một sự cố gắng vươn lên tìm kiếm một giải pháp mới, xây dựng một kiến thức mới “động cơ tự hoàn thiện bản thân mình”. Việc thường xuyên tham gia vào việc giải quyết những mâu thuẫn này sẽ tạo ra thói quen, lòng ham thích hoạt động, hoạt động tự giác và tích cực, hoạt động càng có kết quả thì động cơ càng được củng cố. Mục ._.đích của hoạt động học được thể hiện ở nhiệm vụ cụ thể của mỗi môn học, mỗi phần của môn học và cụ thể nhất là ở mỗi bài học. Đó là mục tiêu cụ thể mà học sinh phải đạt được sau mỗi bài học, mỗi chương, mỗi phần, mỗi môn học mà ta có thể đánh giá được. Để thực hiện mỗi mục đích cụ thể, phải thực hiện những hành động tương ứng. Nhiệm vụ bài học thường được diễn đạt dưới dạng các “ bài toán nhận thức” hay “vấn đề nhận thức” mà nếu giải được nó thì học sinh sẽ đạt được mục đích đề ra. Trong các hành động, có hành động vật chất và hành động trí tuệ. Trong khi thực hiện một hành động, ta phải sử dụng một số phương tiện, trong những điều kiện cụ thể. Khi sử dụng những phương tiện, điều kiện đó là đã thực hiện những thao tác.Tương ứng với hành động vật chất và hành động trí tuệ có hai loại thao tác là thao tác tay chân và thao tác trí tuệ. Trong thao tác tay chân thì sử dụng những công cụ, phương tiện vật chất như mắt, tay, dụng cụ thí nghiệm, máy đo,.. đối với loại thao tác này thì ta có thể quan sát được quá trình thực hiện chúng nên có thể can thiệp trực tiếp vào quá trình đó để uốn nắn, rèn luyện làm cho học sinnh có kĩ năng, kĩ xảo thực hiện chúng một cách đúng đắn, có hiệu quả. Còn thao tác trí tuệ hoàn toàn diễn ra trong óc, sử dụng những khái niệm, những phương pháp suy luận đối với loại thao tác này thì ta chỉ biết được kết quả khi học sinh thông báo ý nghĩ của họ. Những thao tác trí tuệ có vai trò to lớn,quyết định trong nhận thức khoa học nên việc rèn luyện cho học sinh có kĩ năng, kĩ xảo thực hiện các thao tác tư duy trong học tập vật lí luôn luôn là vần đề thời sự, còn nhiều khó khăni41, tr.30-36] * Những hành động phổ biến trong hoạt động nhận thức vật lí Theo tác giả Nguyễn Đức Thâm thì có nhiểu hành động khác nhau trong nghiên cứu vật lí . Nhưng trong học tập vật lí ở trường phổ thông thì có những hành động phổ biến sau: - Quan sát, nhận biết dấu hiệu đặc trưng của sự vật hiện tượng. - Phân tích một hiện tượng phức tạp ra thành những hiện tượng đơn giản. - Xác định những giai đoạn diễn biến của hiện tượng. - Tìm các dấu hiệu giống nhau của các sự vật hiện tượng. - Bố trí một thí nghiệm để tạo ra một hiện tượng trong những điều kiện xác định. - Tìm những tính chất chung của nhiều sự vật, hiện tượng. - Tìm mối quan hệ khách quan, phổ biến giữa các sự vật, hiện tượng. - Tìm mối quan hệ nhân quả giữa các hiện tượng. - Mô hình hóa những sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những khái niệm, những mô hình lí tưởng để sử dụngchúng làm công cụ của tư duy. - Đo một đại lượng vật lí. -Tìm mối quan hệ hàm số giữa các đại lượngvật lí, biểu diễn bằng công cụ toán học. - Dự đoán diễn biến của một hiện tượng trong những điều kiện thực tế xác định . -Giải thích một hiện tượng thực tế. - Xây dựng một giả thuyết. - Từ giả thuyết suy ra một hệ quả. - Lập phương án thí nghiệm để kiểm tra một giả thuyết (hệ quả). - Tìm những biểu hiện cụ thể trong thực tế của những khái niệm, định luật vật lí. - Diễn đạt bằng lời những kết quả thu được qua hành động. - Đánh giá kết quả hành động. - Tìm phương pháp chung để giải quyết một loạt vấn đề. Để thực hiện những hành động vật lí trên thì học sinh cần dùng những thao tác phổ biến sau: Thao tác vật chất: - Nhận biết bằng các giác quan. - Tác động lên các vật thể bằng công cụ. - Sử dụng các dụng cụ đo. - Làm thí nghiệm (bố trí,lắp ráp, vận hành thiết bị). - Thu thập tài liệu, số liệu thực nghiệm. - Thay đổi các điều kiện thí nghiệm. Thao tác tư duy: Phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hóa, khái quá hóa, cụ thể hóa, suy luận quy nạp, suy luận diễn dịch, suy luận tương tự [26,tr. 24 - 25], [41, tr.36 - 38] . * Hoạt động dạy học vật lí “Mục đích của hoạt động dạy là làm cho học sinh lĩnh hội những kiến thức, kĩ năng, kinh nghiệm xã hội, đồng thời hình thành và phát triển ở họ phẩm chất và năng lực”. “Hoạt động dạy của giáo viên là tổ chức, hướng dẫn, tạo điều kiện cho học sinh thực hiện thành công các hành động học của họ”. “Theo quan điểm hiện đại, dạy vật lí là tổ chức, hướng dẫn cho học sinh thực hiện các hành động vật lí ”. “Để họ tái tạo được kiến thức, kinh nghiệm xã hội và biến chúng thành vốn liếng của mình, đồng thời làm biến đổi bản thân học sinh, hình thành và phát triển những phẩm chất năng lực của họ”. Để thực hiện tốt mục đích của hoạt động dạy thì giáo viên cần phải nghiên cứu hoạt động học, căn cứ vào đặc điểm hoạt động của mỗi đối tượng cụ thể để định ra những hành động dạy thích hợp mà trước hết là những hành động để tạo ra những điều kiện thuận lợi giúp cho học sinh có thể tự lực thực hiện tốt các hành động học tập. Những hành động chủ yếu của giáo viên trong dạy học vật lí: - Xây dựng tình huống vấn đề. - Lựa chọn một logic nội dung bài học thích hợp. - Rèn luyện cho học sinh kĩ năng thực hiện một số thao tác cơ bản, một số hành động nhận thức phổ biến. Xây dựng tình huống có vấn đề có thể tạo ra hứng thú ban đẩu. Nhưng muốn duy trì được hứng thú, tính tích cực,t ự giác trong suốt quá trình hoạt động thì cần phải giúp đỡ học sinh sao cho họ có thể thành công trong khi thực hiện các hành động. Càng thành công, học sinh càng cố gắng vươn lên thực hiện các nhiệm vụ khó khăn hơn, phức tạp hơn. Nếu thất bại liên tiếp, học sinh sẽ sinh ra chán nản, mất tự tin. - Cho học sinh làm quen với các phương pháp nhận thức được sử dụng rộng rãi trong hoạt động nhận thức vật lí. Xu hướng hiện đại ngày nay trên thế giới coi kiến thức về phương pháp hoạt động là một loại kiến thức cơ bản quan trọng, kiến thức công cụ. - Hướng dẫn, tạo điều kiện để học sinh phát biểu, trao đổi, tranh luận về các kết quả hành động của mình, động viên khuyến khích kịp thời. - Lựa chọn và cung cấp cho học sinh những phương tiện, công cụ cần thiết để thực hiện các hành động [ 41, tr. 8-45]. Vậy nếu học là hành động của học sinh xây dựng kiến thức cho bản thân mình và vận dụng kiến thức của mình thì dạy học là dạy hành động (hành động chiếm lĩnh tri thức và hành động vận dụng tri thức). Vì vậy trong dạy học, giáo viên cần tổ chức các tình huống học tập đòi hỏi sự thích ứng của học sinh để qua đó học sinh chiềm lĩnh được tri thức, đồng thời phát triển trí tuệ và nhân cách toàn diện của mình. Và việc tổ chức hoạt động học tập vật lí cho học sinh là tổ chức các hành động tương ứng với các hành động thành tố trong tiến trình nhận thức khoa học. Tuy nhiên, để giúp học sinh hoạt động học tập tự lực - sáng tạo có thể lựa chọn và vận dụng một số hành động cơ bản như sau: - Phát hiện vấn đề mới trong một tình huống cụ thể. - Dự đoán một phương thức tìm tòi một thuộc tính, một mối quan hệ (suy đoán giải pháp). - Tìm các thuộc tính, các mối quan hệ của sự vật, hiện tượng bằng suy luận logic hoặc suy luận toán học (giải pháp lí thuyết), bằng con đường quan sát, thí nghiệm (giải pháp thực nghiệm), từ trực giác trên cơ sở các quan sát, thí nghiệm, suy luận đề xuất giả thuyết. - Thiết kế một phương án thí nghiệm nhằm kiểm một giả thuyết (hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết), một kết luận được khái quát hóa. - Đánh giá kết quả đạt được trong việc thiết kế thí nghiệm,kiểm tra giả thuyết. - Vận dụng kiến thức xây dựng để giải quyết những vấn đề thực tiễn,cụ thể như:giải thích, tiên đoán hiện tượng, giải những bài tập vật lí.... - Hành động giải toán, phát biểu :định nghĩa, ý nghĩa vật lí của đại lượng vật lí hay định luật vật lí... - Đo một đại lượng vật lí. Tóm lại kiến thức của mỗi người là do bản thân mình xây dựng, là kết quả hoạt động của bộ óc của chủ thể phản ánh thực tế khách quan, đồng thời đó là quá trình góp phần làm phát triển các năng lực nhận thức, thực tiễn và nhân cách của người học. Việc học phải là quá trình hình thành và phát triển các dạng hành động xác định, là sự thích ứng của chủ thể với tình huống. Và trong quá trình dạy học học sinh phải được hoạt động trong sự hợp tác giữa giáo viên với học sinh và giữa học sinh với nhau. Giáo viên là người tạo ra các điều kiện khách quan giúp cho học sinh độc lập, tích cực, chủ động, sáng tạo trong nhận thức, là người giúp đỡ, định hướng, điều chỉnh hoạt động của học sinh. 1.2. Tổ chức hoạt động học tập vật lí nhằm phát triển năng lực tự học và năng lực sáng tạo của học sinh Để thực hiện nhiệm vụ phát triển năng lực tự học và năng lực sáng tạo cho học sinh thì giáo viên cần phải tạo động cơ học tập cho các em để từ đó học sinh thích thú học tập và do có sự thích thú học tập thì mới dẫn đến sự tự giác và chủ động trong học tập, nghĩa là các em tích cực học tập, từ đó có được tư duy độc lập và năng lực sáng tạo.Bằng cách nào thực hiện được nhiệm vụ này? 1.2.1. Định hướng hành động học tập vật lí cho học sinh 1.2.1.1 Theo tác giả Phạm Hữu Tòng thì có ba kiểu định hướng cơ bản đó là: * Định hướng tái tạo. Đó là kiểu định hướng mà người dạy hướng học sinh vào việc huy động áp dụng những kiến thức, cách thức học sinh đã nắm được hoặc đã được người dạy chỉ ra một cách tường minh để học sinh có thể thực hiện được nhiệm vụ mà họ đảm nhận nghĩa là học sinh cần tái tạo lại những hành động mà giáo viên đã chỉ dẫn hoặc lặp lại những hành động quen thuộc đã làm nhiều lần trong những tình huống tương tự. Trong kiểu định hướng này lại có thể chia ra hai trình độ khác nhau là định hướng tái tạo từng thao tác cụ thể riêng rẽ: học sinh theo dõi, bắt chước lặp lại các thao tác theo mẫu cụ thể do giáo viên chỉ ra và định hướng tái tạo angorit: giáo viên chỉ ra một cách khái quát tổng thể trình tự hành động để học sinh tự giải quyết. * Định hướng tìm tòi. Đó là kiểu định hướng mà giáo viên chỉ đề ra mục đích cần đạt đến và vạch ra phương pháp chung nhất, những gợi ý tổng quát để học sinh tự lực hành động đạt đến mục đích cuối cùng (giáo viên chỉ đưa ra cho học sinh những gợi ý sao cho học sinh có thể tự tìm tòi, huy động hoặc xây dựng những kiến thức và cách thức hoạt động thích hợp để giải quyết nhiệm vụ đảm nhận chứ không cho học sinh một cách tường minh các kiến thức và cách thức hoạt động mà đòi hỏi học sinh tự xác định hành động thích hợp trong tình huống không phải là đã quen thuộc với họ). * Định hướng khái quát chương trình hóa .Đó là kiểu định hướng hành động theo từng bước, được chương trình hóa liên tiếp theo một trình tự chặt chẽ, phù hợp với trình độ của học sinh, nó giúp học sinh biết hành động từng bước cụ thể rõ ràng. Kiểu định hướng này phối hợp các đặc điểm của định hướng tái tạo và định hướng tìm tòi. Nghĩa là trước hết giáo viên cũng gợi ý cho học sinh tự tìm tòi, nhưng chú ý giúp học sinh ý thức được đường lối khái quát của việc tìm tòi giải quyết vấn đề và sự định hướng được chương trình hóa theo các yêu cầu từ cao đến thấp đối với học sinh : từ tổng quát, tổng thể, toàn bộ đến riêng biệt, chi tiết, bộ phận; từ tìm tòi đến tái tạo, sao cho thực hiện được một cách có hiệu quả các yêu cầu cao nhất, vừa sức học sinh. Chúng ta nhận thấy rằng, với kiểu định hướng khái quát chương trình hóa thì những học sinh khá, giỏi có thể tích cực, tự lực tìm tòi để giải quyết vấn đề từ sự định hướng tổng quát ban đầu, còn những học sinh yếu hơn thì tham gia vào giải quyết từng phần cụ thể. 1.2.1.2. Mặt khác, để phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh trong dạy học vật lí thì giáo viên cần định hướng tiến trình xây dựng kiến thức vật lí của học sinh phỏng theo tiến trình khoa học xây dựng một kiến thức vật lí. Tiến trình định hướng hoạt động học theo tiến trình nhận thức khoa học một kiến thức vật lí được tác giả Nguyễn Mạnh Hùng diễn tả qua sơ đồ như hình 1.5: Hình 1.5. Sơ đồ tiến trình dạy học một kiến thức vật lí theo tiến trình xây dựng kiến thức vật lí theo tác giả Nguyễn Mạnh Hùng Theo sơ đồ trên hình 1.5 thì tiến trình dạy học một kiến thức vật lí gồm các giai đoạn cơ bản sau: VẤN ĐỀ VẤN ĐỀ CƠ BẢN KẾT QUẢ GIẢI TOÁN KẾT QUẢ KIỂM CHỨNG KẾT LUẬN KIẾN THỨC (qui nạp giả thuyết) VẬN DỤNG (giải thích - tìm tòi - tiên đoán) TÌNH HUỐNG MỞ ĐẦU TÌNH HUỐNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN BÀI TOÁN CƠ BẢN (lý thuyết - thực nghiệm) TÌNH HUỐNG KIỂM CHỨNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN KIỂM CHỨNG (lý thuyết - thực hành) YÊU CẦU DIỄN ĐẠT KIẾN THỨC BÀI TẬP VẬN DỤNG Giai đoạn 1:Tạo ra cho học sinh một tình huống mở đầu (xuất phát từ thực tiễn hoặc từ khảo sát các mô hình kiến thức đã có). Tình huống này đặt ra vấn đề (câu hỏi) thực tiễn hoặc lí thuyết cần giải quyết. Công cụ để giải quyết vấn đề đó là kiến thức cần xây dựng. Tình huống này tập cho học sinh hành động phát hiện vấn đề và tạo động cơ nhận thức, kích thích học sinh hứng thú tích cực tư duy và cho học sinh nhận thấy được vai trò công cụ của các kiến thức là chúng xây dựng nhằm mục đích giải quyết một vấn đề thực tiễn hoặc lí luận. Nhưng phạm vi của tình huống này tương đối rộng nên thường học sinh chưa tìm được giải pháp để giải quyết vấn đề. Tuy nhiên, trong một số trường hợp có thể bỏ qua tình huống mở đầu. Giai đoạn 2: Tạo ra tình huống vật lí cơ bản. Tình huống này dẫn đến vấn đề (câu hỏi) nhằm trúng kiến thức cần xây dựng (câu trả lời chính là kiến thức cần xây dựng). Đây là một vấn đề mà học sinh chưa có đủ dữ kiện để giải quyết. Việc tìm kiếm dữ kiện để giải là hành động dự đoán giải pháp tìm tòi xây dựng kiến thức mới. Nó có tác dụng chỉ ra mục đích của hành động làm cho học sinh tự hành động và hành động có sáng tạo để đi xây dựng kiến thức mới. Giai đoạn 3: Tình huống được đặt ra với hình thức gọi là “bài toán”, nó bổ sung dữ kiện còn thiếu cho vấn đề cơ bản ở trên. Hình thức của nó là một bài toán có dữ kiện và yêu cầu tìm kiếm. Tình huống này dẫn học sinh đến hành động giải các bài toán thực tiễn. Đến bước này, học sinh đã có đủ dữ kiện đã cho tường minh rồi, chỉ cần thêm sự nổ lực của cá nhân và sự sáng tạo trong phạm vi nhất định thì họ sẽ tự mình tìm ra được lời giải cho bài toán. Khái quát hóa kết quả bài toán vừa giải để trở thành kiến thức mới. Giai đoạn 4:Tạo tình huống vật lí kiểm chứng. Kiến thức được khái quát hóa từ kết quả của bài toán vừa giải cần phải được kiểm chứng bằng sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm.Và kết quả sau khi kiểm chứng sẽ dẫn đến kiến thức được gọi là “hợp thức hóa”. Ở bước này có hai giai đoạn: -Bước 1: Giáo viên tạo tình huống để học sinh có thể thiết lập phương án kiểm chứng. Tình huống này thể hiện dưới hình thức “bài toán phương án kiểm chứng", nó cung cấp cho học sinh mục đích, phương tiện kiểm chứng và yêu cầu thiết kế các phương án khác nhau. Ở giai đoạn này lại có hai bài toán đó là bài toán lí thuyết (tìm điều cần kiểm chứng) và bài toán thực hành (tìm phương án kiểm chứng). Nghĩa là học sinh phải đi tìm điều cần kiểm chứng và phương án kiểm chứng. -Bước 2: Học sinh thực hiện hành động thực hành kiểm chứng và nhận xét về sự phù hợp giữa điều phải kiểm chứng với kết quả thực nghiệm. Từ đó rút ra kết luận về kiến thức mới. Giai đoạn 5: Cung cấp các bài tập vận dụng kiến thức đã được hợp thức hóa. Việc này vừa cho thấy vai trò công cụ của kiến thức là giải thích, tiên đoán thực tiễn, vừa là bước kiểm tra tiếp tục các kiến thức mới. Ứng với các bước trên là các tình huống chính. Việc cung cấp các dữ kiện được tiến hành từng bước, tạo ra các tình huống phụ, các tình huống này được tổ chức một cách linh hoạt và phụ thuộc vào đối tượng học sinh, vào từng kiến thức cụ thể. Dữ kiện bổ sung có thể thu thập được từ quan sát, thực nghiệm, từ các kiến thức đã có và có khi là một hệ tiên đề được xây dựng nhờ trực giác,... Vậy để phát triển năng lực tự học và năng lực sáng tạo cho học sinh chúng tôi chọn cách xây dựng kiến thức vật lí cho học sinh phỏng theo tiến trình khoa học xây dựng một kiến thức vật lí. Để học sinh có thể hành động tự lực được chúng tôi sẽ phối hợp các kiểu định hướng từ mức độ cao nhất là định hướng sáng tạo, đến mức độ thấp hơn là khái quát chương trình hóa và làm mẫu, tái tạo. Tuy nhiên, do đặc điểm của đối tượng là học sinh vùng sâu và xa nên chúng tôi chỉ có thể đặt yêu cầu hành động tìm tòi sáng tạo ở một số khâu cơ bản của tiến trình xây dựng kiến thức như phát hiện vấn đề, dự đoán giải pháp giải quyết vấn đề, lập phương án kiểm chứng. Chủ yếu chúng tôi sẽ sử dụng kiểu định hướng chương trình hóa, làm mẫu, tái tạo cho các giai đoạn còn lại. Như vậy, sẽ đảm bảo tất cả đối tượng học sinh có thể tự lực học tập trên lớp. Ngay cả khi nếu kiểu định hướng sáng tạo không dẫn học sinh đến hành động được, chúng tôi cũng có những phương án để chuyển sang các kiểu định hướng khác. Muốn vậy, giáo viên phải chuẩn bị nhiều tình huống có vấn đề đưa ra cho học sinh tự lực xử lí. Ứng với mỗi tình huống sẽ có các hành động học tập tự lực thông thường hay tự lực sáng tạo thích hợp như : phát hiện vấn đề, dự đoán giải pháp giải quyết vấn đề, tìm kiếm phương án kiểm chứng kiến thức vừa xây dựng, hành động giải toán, phát biểu: định nghĩa, ý nghĩa vật lí của đại lượng vật lí hay định luật vật lí ..., thảo luận nhóm, tiến hành thí nghiệm, từ giả thuyết suy ra một hệ quả, giải thích một hiện tượng thực tế, quan sát, nhận biết dấu hiệu đặc trưng của sự vật hiện tượng, mô hình hóa những sự kiện thực tế quan sát được dưới dạng những khái niệm, đo một đại lượng vật lí, đánh giá kết quả hành động, vận dụng kiến thức để giải bài tập. 1.2.1.3. Tình huống học tập vật lí “Tình huống học tập là những tác động dưới mọi hình thức của giáo viên vào học sinh nhằm chỉ ra mục đích hành động, cung cấp những dữ liệu cần thiết cho học sinh, tạo các điều kiện, tạo hứng thú, để họ có thể dựa vào đó tự lực hành động trong một lĩnh vực nào đó”. Tình huống phải phù hợp với logic nhận thức của học sinh (phù hợp với trình độ nhận thức, với các kinh nghiệm và kiến thức hiện có,...). Một tình huống học tập trong dạy học vật lí có thể gọi là “tình huống học tập vật lí " hay “tình huống vật lí”.Cụ thể: - Tình huống học tập vật lí là một tập hợp các tác động vật thể, mô hình hoặc tinh thần do giáo viên tổ chức nhằm mục đích làm cho học sinh tiếp nhận vấn đề vật lí, tạo được tâm lí hưng phấn và các điều kiện ở các mức độ khác nhau nhằm giúp học sinh hành động giải quyết vấn đề. - Vấn đề vật lí là một nhiệm vụ nhận thức (một kiến thức, kĩ năng vật lí) đặt ra trước học sinh trong học tập, nhưng họ không thể giải quyết chúng bằng những kiến thức cũ, kinh nghiệm đã có và kĩ năng đã biết mà muốn thực hiện được thì bắt buộc phải có thêm kiến thức mới, kĩ năng mới. Nghĩa là phải có sự sáng tạo trong quá trình giải quyết vấn đề. - Và về bản chất, tình huống vật lí là một bài toán nên phải có ít nhất một cái chưa biết, phải có những cái đã biết và những dữ kiện đã cho, phải có những điều kiện qui định mối liên hệ giữa những cái đã biết và cái chưa biết. Tức là phải có đủ những điều kiện để chủ thể có thể hành động được. [26, tr. 30 - 31]. Mặc dù bản chất của mỗi tình huống vật lí là một bài toán nhưng chúng khác nhau ở dữ kiện được cung cấp và do đó có độ khó khác nhau. Bài toán có vấn đề (bài toán) là tình huống có độ khó thấp nhất, tức là dữ kiện đã có đầy đủ và tường minh. 1.2.1.4. Hệ thống câu hỏi định hướng mục đích hành động cho học sinh trong tiến trình khoa học xây dựng một kiến thức mới Trong các tình huống vật lí, để chỉ rõ mục đích hành động cần phải có các lệnh hoặc các câu hỏi. Việc đặt các câu hỏi thích hợp và rõ ràng rất quan trọng vì nó chỉ rõ mục đích hành động, nó làm cho học sinh phải hành động chứ không phải thực hiện các thao tác. Chính vì thế nó có tác dụng làm cho học sinh tự lực vì nó định hướng cho học sinh hành động. - Loại câu hỏi phát hiện vấn đề: “Tại sao không làm được điều này? Tại sao không giải thích được điều này? Đã có cách làm việc này chưa?”. - Loại câu hỏi tạo tình huống có vấn đề: “Vì sao như thế? Có tác dụng gì? Giải thích thế nào? Sẽ thế nào nếu...? Phải thế nào để...? Làm thế nào tạo ra được...trong thực tế?”. - Loại câu hỏi cơ bản, nêu vấn đề cần giải quyết: “Có tính chất nào chi phối...? Có nguyên lý nào chi phối...? Có mối quan hệ nào chi phối...?”. - Loại câu hỏi giải quyết vấn đề: “Có thể rút ra tính chất (mối quan hệ) đó từ điều đã biết hoặc từ điều giả định như thế nào? Làm thế nào để có thể quan sát, đo đạt cái gì cần cho sự xác lập tính chất hoặc mối quan hệ và từ đó rút ra kết luận như thế nào?”. - Khảo sát lí thuyết: “Có thể suy ra điều này từ lí thuyết (điều đã biết hoặc từ điều giả định nào đó) như thế nào? Có thể giả sử điều đó như thế nào?”. - Khảo sát thựcnghiệm: “Có thể thiết lập thí nghiệm như thế nào? Cần phải đo đại lượng nào và đo như thế nào?”. - Câu hỏi yêu cầu diễn đạt chính xác, cô đọng kiến thức xây dựng được: “Nội dung của kiến thức đã xác lập được diễn đạt một cách chính xác, cô đọng như thế nào?” Có thể định nghĩa khái niệm, đại lượng đó như thế nào? Có thể phát biểu về mối liên hệ (định luật) đó như thế nào? . 1.2.2. Quy trình tổ chức hoạt động học tập vật lí nhằm phát triển năng lực tự học và năng lực sáng tạo của học sinh 1.2.2.1. Quy trình chuẩn bị bài học của giáo viên * Lập sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức vật lí cần dạy Để có thể định hướng hành động học tập của học sinh, cần thiết phải lập sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức như hình 1.6. Sơ đồ này nêu rõ các giai đoạn cụ thể và quan trọng nhất của việc xây dựng một kiến thức cụ thể. Dựa vào sơ đồ này có thể xác định các mục tiêu dạy học, phương tiện dạy học, tổ chức các tình huống, xác định cách định hướng… Theo sơ đồ, có hai giai đoạn quan trọng cần xác định rõ: * Giai đoạn1: Xây dựng bài toán cơ bản. Giai đoạn này đòi hỏi phải xác định được vấn đề cơ bản (câu hỏi) và các dữ kiện cần cung cấp cho việc tìm giải pháp. Đây là hai yếu tố của “bài toán”. Đồng thời còn phải xác định phương pháp giải toán để tìm kiếm kiến thức cần dạy. * Giai đoạn 2: Xây dựng bài toán kiểm chứng. Giai đoạn này yêu cầu thể hiện được vấn đề kiểm chứng và dữ liệu cần cung cấp cho việc lập phương án và thực hành kiểm chứng. Để giải bài toán này có hai bước: - Bước 1: Giải bài toán lí thuyết. Nghĩa là từ kết quả của bài toán cơ bản rút ra điều cần kiểm chứng (có thể quan sát, đo đạc, tính toán....được). - Bước 2: Giải bài toán thực hành. Nghĩa là phải tìm ra phương án thực hành để quan sát, đo đạc, tính toán....điều cần kiểm chứng. Sau đó, so sánh, đáng giá sự phù hợp giữa điều cần kiểm chứng với kết quả cần kiểm chứng. Hình 1.6. Sơ đồ tiến trình xây dựng một kiến thức vật lí theo tác giả Nguyễn Mạnh Hùng PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN BẰNG SUY LUẬN LÍ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN BẰNG QUAN SÁT- THÍ NGHIỆM TÍNH TOÁN BÀI TOÁN CƠ BẢN VẤN ĐỀ CƠ BẢN DỮ KIỆN KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN BÀI TOÁN KIỂM CHỨNG VẤN ĐỀ KIỂM CHÚNG DỮ KIỆN KIỂM CHÚNG KẾT QUẢ SUY LUẬN (điều cần kiểm chứng) PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN KẾT QUẢ THỰC HÀNH (số liệu thu thập) KẾT LUẬN CHUNG (kiến thức được xác lập) Để tìm câu trả lời cho vần đề cơ bản có các giải pháp sau: - Khảo sát lí thuyết: xuất phát từ những điều đã biết, thông qua suy luận dẫn đến câu trả lời. - Khảo sát thực nghiệm: lập phương án thí nghiệm, tiến hành thu thập các dữ liệu cần thiết, xử lí dữ liệu dẫn đến câu trả lời. - Lập mô hình giả thuyết, bài toán lí thuyết - thí nghiệm: lập mô hình giả thuyết trả lời câu hỏi, rút ra hệ quả logic và tiến hành thí nghiệm kiểm tra tính xác thực của hệ quả đó [26, tr. 42]. Để xác nhận tính hợp thức của kiến thức được xây dựng có các giải pháp sau: - Có sự phù hợp giữa kiến thức được xác lập hoặc hệ quả của nó với kết quả thực nghiệm, với kết quả quan sát thực tiễn. - Có sự phù hợp giữa kiến thức được xác lập với những kiến thức đã có hoặc giữa hệ quả của chúng. - Có sự phù hợp giữa kiến thức được xác nhận hoặc hệ quả mà nó tiên đoán với thực tiễn [26, tr. 42]. * Xác định mục tiêu của bài học Căn cứ vào chương trình và sách giáo khoa và sơ đồ để xác định mục tiêu bài học, đây là một khâu quan trọng bậc nhất không thể thiếu. Vì nó vừa là cái đích hướng tới, vừa là yêu cầu cần đạt của giờ học, nó giúp giáo viên xác định rõ các nhiệm vụ phải làm (dẫn dắt học sinh tìm hiểu, vận dụng những kiến thức, kĩ năng nào, mức độ đến đâu, qua đó giáo dục cho học sinh những bài học gì...). Để dạy học một kiến thức vật lí cần xác định rõ hai mục tiêu cơ bản sau: Mục tiêu thao tác là mục tiêu về các hành vi mà học sinh thể hiện ra được và có thể kiểm tra đánh giá thông qua một số tiêu chuẩn cụ thể. Mục tiêu này chỉ rõ những hành động học sinh cần đạt được trong giờ học. Mục tiêu về kết quả mà học sinh cần đạt được khi học kiến thức mới (kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo, tư duy,…). Chúng ta cũng nhận thấy rằng việc thực hiện mục tiêu thao tác sẽ dẫn đến mục tiêu thứ hai là mục tiêu về kết quả. Với đề tài này tôi đang quan tâm chủ yếu đến việc phát triển các hành động học tập tự lực - sáng tạo của học sinh, tức là đến mục tiêu thao tác. Mà giữa mục tiêu thao tác và mục tiêu về kết quả lại có mối quan hệ biện chứng nên để xác định mục tiêu dạy học một kiến thức vật lí cụ thể chúng ta cần phải xác định cho được: -Trong giờ học: học sinh phải đạt được những hành động nào? Và những hành động này chúng ta có thể đánh giá được ngay trong từng tiết dạy, từng bài học. - Sau giờ học: học sinh có những kiến thức, kĩ năng, thái độ gì? Việc xác định rõ mục tiêu dạy học giúp cho việc xác định các tiêu chí để đánh giá kết quả của hoạt động dạy học. Có những cách phân loại mục tiêu trong lĩnh vực nhận thức theo các mức độ khác nhau. Nhưng theo Benjamin S.Bloom chia mục tiêu trong lĩnh vực nhận thức thành sáu mức độ khác nhau như sau: - Mức độ nhận biết: ghi nhớ và nhắc lại những gì được ghi nhớ (khả năng ghi nhớ và nhận biết thông tin). Nhận biết các tri thức bộ phận như là các thuật ngữ, các sự kiện riêng lẻ. Nhận biết cách thức và những phương tiện tiếp cận với các tri thức riêng lẻ như là các thí nghiệm đã tiến hành, phân đoạn bài giảng. Nhận biết các biểu thị trừu tượng. Các hành động liên quan đến nhận biết là xác định, phân loại, nhớ lại, định nghĩa, mô tả, gọi tên, kể ra, phát biểu, lựa chọn,… - Mức độ thông hiểu: là khả năng chuyển đổi (chuyển dịch) thông tin từ dạng ngôn ngữ này sang ngôn ngữ khác (nói,viết); diễn đạt: chất liệu của thông tin được giới thiệu dưới quan điểm mới, theo một trật tự mới. Trong quá trình chuyển đổi và diễn đạt, nội dung của thông tin được giữ nguyên, nhưng hình thức thay đổi. Người học phải có khả năng nhận biết và nắm được ý chính của thông tin và hiểu được quan hệ giữa các ý trong nội dung. Ngoại suy: mở rộng các khuynh hướng của các dữ kiện đã cho để xác định các ẩn ý, các hệ quả,…phù hợp với các điều kiện được mô tả trong thông tin nguyên thủy. Các hành động liên quan đến thông hiểu là giải thích, cắt nghĩa, tóm tắt, trình bày, phân biệt, cho thí dụ, so sánh, minh họa, suy luận, mô tả,… - Mức độ áp dụng: sử dụng các khái niệm trừu tượng (ở các dạng tư tưởng tổng quát, các phương pháp được khái quát hóa, các nguyên tắc, các ý tưởng và lí thuyết) vào các hoàn cảnh riêng biệt, cụ thể. Các hành động liên quan đến áp dụng là vận dụng, sử dụng tính toán, giải quyết, chứng minh, hoàn thiện, tìm ra, dự đoán,… - Mức độ phân tích: tách một yếu tố của một thông tin sao cho làm xuất hiện trật tự và quan hệ giữa các yếu tố, là khả năng nhận biết chi tiết, phát hiện các yếu tố cấu thành của một tình huống hay một tài liệu, những cách lí giải của tác giả để đi tới kết luận. Phân tích có thể là tìm các yếu tố, tìm mối quan hệ, tìm các nguyên tắc tổ chức, các hành động liên quan đến phân tích có thể là phân tích, tổ chức, chỉ ra sự khác biệt, so sánh, suy luận, phân chia, phân loại, chọn ra,… - Mức độ tổng hợp: tập hợp các yếu tố nhằm hình thành một tổng thể, là cách sắp xếp và kết hợp các yếu tố nhằm lập ra một kế hoạch hay cấu trúc để nhận xét sự kiện rõ ràng hơn, là khả năng hợp nhất nhiều thành phần để tạo thành sự vật lớn. Tổng hợp có thể là xây dựng một kế hoạch hành động (chẳng hạn: nêu các giai đoạn cần có để tiến hành thí nghiệm), tổng hợp các mối quan hệ trừu tượng, đưa ra nhiều giải pháp cho cùng một vấn đề… - Mức độ đánh giá: đưa ra các phán xét về số lượng và chất lượng trên cơ sở các tiêu chuẩn bên ngoài, các dấu hiệu bên trong. Các hành động học liên quan đến đánh giá có thể là đánh giá, phê phán, cân nhắc, tranh luận, bảo vệ, lựa chọn, quyết định,… [8, tr. 145 - 146] . Để dễ vận dụng chúng ta chọn cách phân loại theo Benjamin S.Bloom. * Xây dựng các tình huống vật lí và hệ thống câu hỏi Các tình huống được xây dựng sẽ là cơ sở để định hướng cho học sinh hành động học tập tự lực - sáng tạo. Ứng với mỗi giai đoạn của tiến trình là một tình huống học tập chính được xây dựng và đồng thời với nó là những câu hỏi định hướng hành động. Các tình huống chính cần phải xây dựng: - Tình huống mở đầu (trong một số trường hợp có thể bỏ qua bước này): Xuất phát từ kiến thức cần dạy, tạo ra tình huống xuất hiện vấn đề mà để giải quyết nó thì cần phải có kiến thức mới. Từ đó đặt vấn đề mở đầu. - Tình huống vấn đề cơ bản (tình huống cơ bản):Dựa vào vấn đề cơ bản và vấn đề mở đầu (nếu có) để xây dựng tình huống cơ bản. - “Bài toán”: dựa vào giải pháp xây dựng kiến thức để xây dựng bài toán. - Tình huống vấn đề kiểm chứng (tình huống kiểm chứng): Dựa vào giải pháp hợp thức hóa kiến thức vừa xây dựng để tạo tình huống kiểm chứng. Ở tình huống này phải dẫn đến việc tìm hệ quả kiểm chứng và thiết lập phương án kiểm chứng. - Xây dựng bài tập vận dụng theo mục tiêu: đây là những tình huống mới tiếp tục kiểm chứng kết luận. Với mỗi bài học giáo viên phải chuẩn bị cho học sinh một hệ thống các tình huống vật lí và các câu hỏi theo các yêu cầu từ cao đến thấp, từ tổng quát đến cụ thể, từ tìm tòi đến tái tạo để học sinh tự tìm hiểu kiến thức mới ở nhà trước khi đến lớp. * Xác định ._.ị trí cân bằng một đoạn 5cm rồi buông ra cho dao động. Xác định thế năng của hệ lò xo-quả cân khi quả cân ở vị trí cân bằng và ở vị trí có độ dãn lớn nhất. Khi vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì động năng và thế năng của nó luôn biến đổi. Sự biến đổi đó có tuân theo quy luật nào không? Một vật có khối lượng m rơi tự do từ độ cao z1 xuống độ cao z2 do trọng lực. Sử dụng định lí động năng và thế năng tìm mối liên hệ giữa động năng và thế năng của vật ở các vị trí khác nhau. *Định lí động năng: 2 22 11 12 2 Pmv mv A  *Định lí thế năng: 2 1 Pmgz mgz A   => 2 22 1 2 1 1 1 2 2 mgz mgz mv mv       => 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 mgz mv mgz mv   Khi vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng (tổng động năng và thế năng) của vật là một đại lượng bảo toàn: W = 1 2 mv2 + mgz = Wđ + Wt = hằng số hay Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2. Khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi thì động năng và thế năng của nó cũng luôn biến đổi. Sự biến đổi này có tuân theo quy luật nào không? Một vật có khối lượng m gắn vào đầu một lò xo chuyển động từ vị trí lò xo có độ biến dạng 1l đến vị trí có độ biến dạng 2l do lực đàn hồi. Dùng định lí động năng và thế năng tìm mối liên hệ giữa động năng và thế năng của vật ở các vị trí khác nhau. * Định lí động năng: 2 22 11 12 2 đhFmv mv A  * Định lí thế năng: 2 22 11 1( ) ( )2 2 đhFK l K l A     => 2 2 2 22 1 2 1 1 1 1 1( ) ( ) 2 2 2 2 K l K l mv mv        => 2 2 2 21 1 2 2 1 1 1 1( ) ( ) 2 2 2 2 mv K l mv K l     Khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực thế (trọng lực,lực đàn hồi) thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn: đ tW W W  = hằng số hay Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2 Làm thế nào để tìm được vận tốc của vật rơi tự do sau quãng đường s bằng kết luận trên và kiểm tra điều này bằng thực nghiệm như thế nào? Sử dụng: Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2 Thí nghiệm:Cho vật rơi tự do (viên bi) không vận tốc từ độ cao 1z qua cổng quang điện đặt tại độ cao 2z . Đồng hồ đo thời gian hiện số nối với cổng quang điện sẽ hiện thị thời gian t mà viên bi có đường kính s đi qua cổng quang điện. Khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi thì cơ năng (tổng động năng và thế năng )là một đại lượng bảo toàn: W =  221 1 2 2 mv k l  Wđ + Wt = hằng số hay Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2 Làm thế nào kiểm chứng được sự đúng đắn của kết luận trên trong thực tế? * Từ Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2 Hay 2 21 1 2 2 1 1 2 2 mv mgz mv mgz   Mà 1 0v  nên 2 2 1 2 1 ( ) 2 m v m g z z m g s   2 2v gs  * Vận tốc cuối đoạn đường s cũng là vận tốc tức thời khi vật qua cổng quang điện nên: 2 2 sv v gs t    * Thực hành thí nghiệm: + Nối công tắc kép với nam châm điện và ổ A của đồng hồ do thời gian hiện số. Nối cổng quang điện với ổ B của đồng hồ đo thời gian hiện số. + Cho đồng đo thời gian hoạt động ở chế độ MODE B, thang đo: 9,999s.Nhấn công tắc kép thả vật rơi. Đồng hồ hiển thị thời gian t mà viên bi có đường kính s đi qua cổng quang điện. + Đo: s, s , t . Nếu s= 60 cm, s = 2,07 cm thì t = 0,006s với g = 9,8 /s2 Khi vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn : W = Wđ + Wt = 12 mv 2 + mgz = hằng số hay Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2 Làm thế nào để tìm được mối liên hệ giữa vận tốc của vật gắn ở đầu con lắc lò xo dao động thẳng đứng khi nó qua vị trí cân bằng với biên độ l bằng kết luận trên và kiểm tra điều này bằng thực nghiệm như thế nào? Sử dụng: 1 1 2 2đ t đ tW W W W   Thí nghiệm: Con lắc lò xo dao động thẳng đứng ,qua cổng quang điện đặt tại vị trí cân bằng. Đồng hồ đo thời gian hiện số nối với cổng quang điện sẽ đo thời gian t mà vật trụ có chiều dài s đi qua cổng quang điện. 2st gs  Thực hành thí nghiệm: * Ban đầu lò xo có độ dài tự nhiên. Treo vật vào lò xo dãn ra một đoạn 0l .Đặt cổng quang điện tại vị trí cân bằng. Nối cổng quang điện với cổng B của đồng hồ đo thời gian hiện số. Nối công tắc kép với nam châm điện và cổng A của đồng hồ đo thời gian hiện số. Cho đồng hồ đo thời gian hoạt động ở chế độ MODE B và thang đo 9,999s. * Kéo vật khỏi vị trí cân bằng một đoạn l và giữ vật bằng nam châm điện. Nhấn công tắc kép thả vật. * Đồng hồ sẽ hiện thị hai lần thời gian t mà vật có chiều dài s đi qua cổng quang điện. -Đo: 0 , ,l l  ,2s t  Khi vật chuyển động dưới tác dụng của cả trọng lực và lực đàn hồi thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn đ tW W W  =hằng số hay Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2. 0 s gl t l     Nếu 0l =9cm, l =7cm, s =1,3cm thì 2 t =0,036s với g=9,8 2m s *Chọn gốc thế năng trọng trường tại vị trí cân bằng. Gốc thế năng đàn hồi tại vị trí lò xo chưa biến dạng. *Vận dụng: 1 1 2 2đ t đ tW W W W   cho vị trí biên dưới và vị trí cân bằng: 2 0 2 2 0 2 2 1 ( ) 2 1 ( ) 2 2 1 ( ) 2 2 cb cb K l l mg l mv K l mv K l            2 2 2 0 0 ( ) ( )cb cb K l mgv l m m l gv l l         *Vận tốc khi vật qua vị trí cân bằng cũng chính là vận tốc tức thời khi vật qua cổng quang điện nên 0 cb s gv l t l     Cho học sinh vận dụng kiến thức vừa xây dựng giải các bài tập sau và so sánh với cách giải bằng phương pháp động lực học (nếu được). Một ô tô dang chạy trên đường nằm ngang với vận tốc 90km/h tới một điểm A thì lên dốc.Góc nghiêng của mặt dốc so với mặt ngang là  =30 0 .Hỏi ô tô đi lên dốc được một quãng đường bao nhiêu mét thì dừng lại.Nếu bỏ qua ma sát và lấy 210g m s . Định luật:Khi một vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực thế (trọng lực,lực đàn hồi) không có lực cản,lực ma sát thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn:W = Wđ + Wt = hằng số hay Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2 PHỤ LỤC 2: PHIẾU HỆ THỐNG CÁC TÌNH HUỐNG VÀ CÂU HỎI 1. KIẾN THỨC CÔNG CƠ HỌC Ở BÀI CÔNG VÀ CÔNG SUẤT A. Ôn tập về công cơ học đã học ở lớp 8 Tình huống 1 Câu 1: Khi nào có công cơ học ? Câu 2: Công cơ học được tính theo công thức nào? Tên và đơn vị của từng đại lượng trong công thức? Công thức đó được sử dụng trong trường hợp nào ? Câu 3: Đơn vị Jun được tính như thế nào? Câu 4: Người ta có thể nói vật sinh công được không? Vì sao? Em hãy nêu hai ví dụ về vật sinh công? Dữ kiện : Ở lớp 8, các em đã học về công cơ học. Vậy em hãy cho biết: Câu 5: Nếu vật chuyển dời theo phương vuông góc với phương của lực thì công của lực đó bằng bao nhiêu? B. Xây dựng khái niệm công trong trường hợp tổng quát Tình huống 2 Câu 6: Ở 2 hiện tượng vật lí vừa nêu thì người có thực hiện công không? Vìsao? Câu 7: Em đã biết cách tính công trong trường hợp này chưa? Vậy vấn đề đặt ra là gì? Dữ kiện: Chúng ta xét các hiện tượng vật lí sau: +Một người muốn chuyển dời một khúc gỗ thì người này dùng dây kéo khúc gỗ theo phương làm với đường nằm ngang một góc  bằng lực F  không đổi và khúc gỗ di chuyển được đoạn đường s. +Một người đi trên bờ dùng dây để kéo thuyền. Người này tác dụng vào dây một lực F có hướng hợp với hướng chuyển động một góc  và thuyền đi được một đoạn đường s. Câu 8: Vậy làm thế nào tìm được công của lực F  không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc  ? (Khi F hợp với hướng chuyển động góc thì tính công của lực F  bằng cách nào?). Tình huống 3 Dữ kiện: Dựa trên các kiến thức đã biết về công cơ học ở lớp 8: +Công thức tính công cơ học khi lực F làm vật dịch chuyển một quãng đường s theo hướng của lực : A = Fs Câu 9: Em có thể dự đoán tìm công thức tính công của lực F , khi ta dùng lực F không đổi hợp với phương ngang góc  kéo một vật trượt trên mặt phẳng nằm ngang một đoạn đường s có dạng như thế nào? Câu 10: Khi lực F cùng hướng với hướng dịch chuyển S thì công của lực F được tính theo công thức A = Fs. Còn khi vật chuyển dời theo phương vuông góc với phương của lực thì công của lực bằng không .Vậy: Công của lực F  có phụ thuộc vào góc hợp bởi hướng của lực F và hướng dịch chuyển không? Câu 11: Đơn vị của công là Jun và 1J = 1N.1m = 1Nm.Vậy công A của lực F có thể phụ thuộc trực tiếp vào góc  hay không ? hay phụ thuộc vào 1 một hàm nào( sin , cos  , tan , cotan ) của góc  ? Vì sao? Câu 12: Mà ta biết cos Oo = 1, cos90o = O. Vậy A phụ thuộc vào hàm nào của góc  ? +Đơn vị của công: 1J=1N.1m=1Nm. +Khi vật chuyển dời theo phương vuông góc với phương của lực thì công của lực đó bằng không. Câu 13: Phép toán giữa các đại lượng F,s, cos  có thể là cộng, trừ, chia được không? Vì sao? Tình huống 4 Dữ kiện 1: Chúng ta dự đoán công thức tính công của lực F , khi ta dùng lực F không đổi hợp với phương ngang góc  kéo một vật trượt trên mặt phẳng nằm ngang một đoạn đường s là A = Fscos nhưng điều dự đoán của chúng ta cũng có thể đúng cũng có thể sai, vì vậy cần phải đi kiểm chứng nó. Câu 14: Làm thế nào để kiểm chứng được sự đúng đắn của đại lượng:A = Fs cos ? Dữ kiện 2: Các em có thể áp dụng A = Fs cos để giải bài tập: Một máy kéo,kéo một khúc gỗ trượt trên đường bằng một dây căng có phương hợp góc 300 so với phương nằm ngang. Biết lực kéo F bằng 150N. Tính công của lực đó khi khúc gỗ trượt đi được 20m. Câu 15: Phân tích F  thành hai thành phần + nF  : Vuông góc với phương chuyển dời . + sF  :cùng phương chuyển dời. Thành phần lực nào làm vật chuyển động? Công của lực F chỉ bằng công của lực nào? và so sánh kết quả với cách giải bằng các kiến thức đã biết là A = Fs và phép phân tích lực . Công của sF  được tính như thế nào? Dữ kiện 3: Việc giải một bài toán bằng hai cách cho cùng một kết quả cho phép chúng ta khẳng định rằng :Khi F hợp với hướng chuyển động góc thì công của lực F được tính bởi công thức A = Fs cos là đúng. Câu 16: Em có thể định nghĩa công của lực F  trong trường hợp tổng quát như thế nào ? Tên và đơn vị của từng đại lượng trong công thức? Câu 17: Từ biểu thức định nghĩa của công, Nếu F = 1N, s= 1m thì công A bằng bao nhiêu? Em có thể định nghĩa đơn vị Jun như thế nào? Câu 18: Điều kiện để áp dụng công thức tính công A = Fscos là gì? Tình huống 5: Em hãy vận dụng kiến thức vừa xây dựng giải các bài tập sau Bài 1.Dựa vào biểu thức A = Fscos em hãy cho biết công A có giá trị nhưthế nào khi 0 0 0 0 0 0 00 ,0 90 , 90 ,90 180 , 180          và cho ví dụ. Bài2.Cần cẩu M1 nâng được 800 kg lên cao 5 m trong 30s. Còn cần cẩu 2M nâng dược 1000 kg lên cao 6 m trong 1 phút. Trong 2 trường hợp đều coi vật chuyển động nhanh dần đều. a. Tính công của lực kéo của 2 cần cẩu trên. b. Trường hợp nào thực hiện công nhanh hơn? Vì sao? 2. BÀI ĐỘNG NĂNG A. Ôn lại kiến thức công cơ học Câu 1:Khi nào 1 vật sinh công? Công thức tính công trong trường hợp tổng quát? Công này phụ thuộc vào những yếu tố nào? B.Xây dựng kiến thức động năng Tình huống 1 Dữ kiện: Chúng ta xét các vật như quả cầu lăn từ trên đỉnh máng nghiêng xuống đập vào miếng gỗ và làm cho miếng gỗ chuyển động. Dòng nước lũ đang chảy mạnh nó có thể tác dụng lên nhà cửa, cây cối, các vật dụng, … làm cho chúng bị cuốn trôi đi. Búa đang chuyển động, đóng đinh lún sâu vào cột. Máy cày kéo trục đất Câu 2:Em nhận thấy các vật đó có thuộc tính chung gì? Câu 3:Theo em, khả năng thực hiện công của một vật đang chuyển động phụ thuộc vào trạng thái của nó (vận tốc) như thế nào? Câu 4:Có đại lượng gì đặc trưng cho khả năng thực hiện công của một vật đang chuyển động trên ruộng,.. và nó được xác định như thế nào Tình huống 2 Dữ kiện: Chúng ta có thể xác định khả năng thực hiện công của một vật đang chuyển động thông qua giải bài toán sau: Một xe lăn có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v trên mặt phẳng ngang với ma sát không đáng kể. Xe tác dụng lên khối gỗ một lực F không đổi theo phương ngang làm cho nó đi được quãng đường s.Tìm công lớn nhất mà xe có thể thực hiện được? Câu5: Từ kết quả bài toán em hãy cho biết : Công lớn nhất mà vật có khối lượng m, đang chuyển động với vận tốc v có khả năng thực hiện được tính như thế nào? Câu6: Công lớn nhất mà vật đang chuyển động với vận tốc v thực hiện được gọi là động năng và kí hiệu là Wđ. Ý nghĩa vật lí của động năng là gì? Câu7: Chúng ta có thể định nghĩa động năng như thế nào và đơn vị đo động năng là gì? Câu8: Từ biểu thức định nghĩa động năng, em hãy cho biết động năng có những đặc điểm gì? C. Xây dựng kiến thức định lí động năng Tình huống 3 Dữ kiện: Các em có thấy chơi bóng đá không? Bây giờ chúng ta hãy hình dung lại việc chơi bóng đá nhé! Khi một quả bóng đang nằm yên trên sân cỏ thì có một cầu thủ thực hiện một cú sút vào bóng. Câu9: Vậy động năng của bóng thay đổi như thế nào? Câu10: Giả sử bóng đang chuyển động với vận tốc v1 thì bị cầu thủ thứ 2 sút thêm cú sút nữa. Lúc này, động năng của bóng sẽ như thế nào? Câu11: Giữa độ biến thiên động năng của vật với lực tác dụng lên vật có mối liên hệ nào chi phối ? Tình huống 4 Dữ kiện: Chúng ta có thể tìm mối liên hệ trên qua việc gải bài toán sau: Một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v1. Dưới tác dụng của lực F không đổi làm vật đi được quãng đường s theo hướng của lực và đạt đến vận tốc v2. Hãy tìm công của lực F . Câu 12: Công của lực F được tính như thế nào?: Câu 13: :Công thức của định luật II Niu-Tơn? Câu 14: Công thức liên hệ giữa vận tốc ,gia tốc và đường đi trong chuyển chuyển động thẳng biến đổi đều ? Câu 15: Từ kết quả của bài toán vừa giải em rút ra được kết luận gì về độ biến thiên động năng của vật với công của ngoại lực tác dụng lên vật(định lí động năng)? Tình huống 5 Dữ kiện: Kết quả vừa rồi được tìm ra khi ta xét vật đang chuyển động dưới tác dụng của một lực F. Trường hợp nếu vật chuyển động dưới tác dụng của nhiều ngoại lực thì A là công của tất cả các ngoại lực tác dụng lên vật (công toàn phần thực hiện bởi mọi lực). Chúng ta nhận thấy kết luận trên được rút ra từ lý thuyết nên chúng có thể bị sai sót. Do đó chúng ta cần phải đi kiểm chứng. Câu 16: Nếu vận dụng kết quả trên thì ta có thể suy ra được điều gì khi vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng và kiểm tra điều đó bằng thực nghiệm như thế nào? Tình huống 6 Dữ kiện: Đối tượng thí nghiệm của chúng ta là một vật trượt trên mặt phẳng nghiêng. Cho vật trượt không vận tốc đầu trên mặt phẳng nghiêng. Câu 17: Làm thế nào để tìm vận tốc của vật khi vật đi được quãng đường s bằng định lí động năng và kiểm tra điều này bằng thực nghiệm như thế nào? Câu 18: Vận tốc khi vật trượt được quãng đường s cũng là vận tốc tức thời tại vị trí cuối của quãng đường s. Vậy em suy ra được điều gì? Câu 19: Chúng ta đã suy ra hệ quả kiểm tra được bằng thí nghiệm, có những phương án thí nghiệm nào để kiểm tra hệ quả đó? (Cần những dụng cụ gì và làm như thế nào? ) Tình huống 7 Dữ kiện: Kết quả khảo sát ở trên cho phép chúng ta khẳng định về mối liên hệ giữa độ biến thiên động năng của vật với lực tác dụng lên vật. Câu 20: Vậy em hãy phát biểu định lí động năng về mối liên hệ đó? Tên và đơn vị của các đại lượng trong biểu thức ? Câu21: Dựa vào biểu thức:    2 1đ đW W A  em hãy cho biết khi nào động năng của một vật biến thiên? Khi nào động năng của vật tăng lên? Khi nào động năng của vật giảm đi? Tình huống 8 Chúng ta đã xây dựng xong kiến thức về động năng và định lí động năng. Bây giờ, các em hãy vận chúng để giải các bài tập sau và so sánh với cách giải bằng các kiến thức đã biết( nếu có thể). Bài 1: Một người đang ngồi trên toa tàu chuyển động với vận tốc v1 thì ném một viên sỏi có khối lượng m tới phía trước theo hướng chuyển động của tàu với vận tốc v2. Xác định động năng của viên sỏi sau khi ném trong hệ quy chiếu đối với tàu và hệ quy chiếu đối với đất. Bài 2:Một ôtô có khối lượng 1,2 tấn đang chuyển động với vận tốc 36 km/ h thì tài xế thấy có một vật cản phía trước, cách đó khoảng 13m thì tài xế hãm phanh với lực hãm không đổi là 5000N. Hỏi xe có đâm vào vật cản hay không ? Vì sao ? 3. BÀI THẾ NĂNG A. . Xây dựng thế năng trọng trường. Tình huống 1 Dữ kiện: Chúng ta xét ví dụ: búa máy từ độ cao z rơi xuống đập vào cọc, làm cho cọc đi sâu vào đất một đoạn s. Câu 1: . Điều đó chứng tỏ búa máy ở độ cao z có khả năng gì? Câu 2: Tại sao búa máy có thể thực hiện công? Câu 3: Khả năng thực hiện công của vật nặng ở độ cao z phụ thuộc vào trạng thái (vị trí) của nó như thế nào? Câu 4: Vậy có đại lượng nào đặc trưng cho khả năng thực hiện công của vật nặng đang ở trên cao và nó được xác định như thế nào? Tình huống 2 Dữ kiện 1: Em có thể tìm được câu trả lời thông qua việc giải bài toán sau: Một búa máy có khối lượng m đang ở độ cao z so với mặt đất. Tìm công lớn nhất mà búa máy thực hiện được khi rơi xuống mặt đất. Câu 5: Trước khi rơi chạm đất, để đóng vào cọc thì búa máy có động năng được tính như thế nào? Câu 6: Vận tốc v của búa máy rơi tự do được tính theo công thức nào? Câu 7: Từ kết quả bài toán, em hãy cho biết vật nặng có khối lượng m, ở độ cao z so với mặt đất có khả năng thực hiện công lớn nhất được tính như thế nào? Dữ kiện 2: Công lớn nhất mà vật nặng ở độ cao z so với mặt đất có thể thực hiện được gọi là thế năng trọng trường của vật hay nói chính xác đó là thế năng trọng trường của hệ vật – trái đất. Câu 8: Ý nghĩa vật lí của thế năng trọng trường là gì? Câu 9: Em có thể định nghĩa thế năng trọng trường như thế nào và đơn vị đo của nó là gì? Câu 10: Thường người ta chọn cái gì làm mốc thế năng (gốc thế năng)? Câu 11: Nếu vật ở tại mặt đất thì thế năng trọng trường có giá trị bằng bao nhiêu? Câu 12: Thế năng trọng trường có phụ thuộc vào việc chọn gốc thế năng không? Vì sao?. B. Xây dựng mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng trọng trường với công của trọng lực. Tình huống 3 Dữ kiện: Phân tích tiếp ví dụ ở trên chúng ta nhận thấy khi búa máy rơi từ trên xuống thì vị trí của nó thay đổi so với mặt đất. Câu 13: Trong quá trình rơi đó thì búa máy chịu tác dụng của lực nào? Câu 14: Em có nhận xét gì về độ biến thiên thế năng trọng trường với trọng lực? Câu 15: Giữa độ biến thiên thế năng trọng trường và trọng lực có mối liên hệ nào chi phối? Tình huống 4 Dữ kiện: Chúng ta có thể tìm mối liên hệ trên qua việc giải bài toán sau: Một vật có khối lượng m rơi từ có độ cao z1 xuống độ cao z2 dưới tác dụng của trọng lực. Hãy tìm công của trọng lực tác dụng lên vật . Câu 16: Từ kết quả của bài toán vừa giải, em có thể tìm được quy luật của sự biến thiên thế năng trọng trường như thế nào? Tình huống 5 Dữ kiện 1: Quy luật của sự biến thiên thế năng trọng trường được chúng ta rút ra từ lí thuyết nên chúng chưa chắc chắn đúng. Câu 17: Vậy làm thế nào để kiểm chứng sự đúng đắn mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng trọng trường với công của trọng lực? Dữ kiện 2: Em hãy áp dụng 1(2) (1)t PW W A   để giải bài toán sau và so sánh với cách giải bằng phương pháp động lực học đã biết. Một vật có khối lượng m =6kg được đặt tại đỉnh Câu 18: Từ kết quả của việc giải toán bằng hai phương pháp vừa rồi em rút ra được kết luận gì về mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng trọng trường với công của trọng lực vừa xây dựng ? mặt phẳng nghiêng và có thế năng 1000J. Vật trượt không vận tốc đầu trên mặt phẳng nghiêng không ma sát thì sau 12,8 giây vật đến chân mặt phẳng nghiêng và có thế năng 40J. Tìm quãng đường mà vật đã đi được. Biết góc hợp bởi mặt phẳng nghiêng với mặt phẳng ngang là 30o và lấy g = 10m/s2. Câu 19: Em hãy phát biểu bằng lời nội dung về mối quan hệ đó? Tình huống 6 Từ kết quả tìm được ở bài toán của tình huống 4. Câu 20: Em hãy cho biết công của trọng lực có tính chất gì? Lực có tính chất như vậy gọi là lực gì? C. Xây dựng thế năng đàn hồi Tình huống 7 Dữ kiện: Chúng ta xét ví dụ lò xo bị nén lại hay bị kéo dãn thì khi được buông ra nó sẽ làm cho vật gắn ở đầu lo xo chuyển động. Câu 21: Khi lò xo bị biến dạng nó có khả năng gì? Câu 22: Khả năng thực hiện công của lò xo bị biến dạng phụ thuộc vào trạng thái của nó như thế nào? Câu 23: Có đại lượng nào đặc trưng cho khả năng thực hiện công của lò xo bị biến dạng và nó được xác định như thế nào? Tình huống 8 Dữ kiện 1: Em có thể trả lời câu hỏi trên qua việc giải bài toán sau: Một lò xo có độ cứng K bị nén lại một đoạn l dọc theo trục lò xo. Tìm công lớn nhất mà lò xo thực hiện được khi đẩy một vật ra xa. Câu 24: Công lớn nhất của lò xo bị biến dạng một đoạn l được xác định theo công thức nào? Dữ kiện 2: Công lớn nhất mà lò xo bị biến dạng một đoạn l thực hiện được gọi là thế năng đàn hồi. Câu 25:Ý nghĩa vật lí của thế năng đàn hồi là gì? Câu 26: Em có thể định nghĩa thế năng đàn hồi như thế nào? Đơn vị đo của nó là gì? D. Xây dựng mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng đàn hồi với công của lực đàn hồi. Tình huống 9 Dữ kiện : Phân tích tiếp ví dụ ở trên. Lò xo bị Câu 27: Trong quá trình đó độ biến dạng của lò nén lại hay bị kéo dãn thì khi được buông ra nó sẽ làm cho vật gắn ở đầu lo xo chuyển động. xo có thay đổi không và vật chịu tác dụng của lực nào? Câu 28: Vậy dưới tác dụng của lực đàn hồi thì thế năng của hệ vật –lò xo sẽ như thế nào? Câu 29: Vậy em có nhận xét gì về độ biến thiên thế năng đàn hồi với lực đàn hồi? Câu 30: Giữa độ biến thiên thế năng đàn hồi và lực đàn hồi có mối liên hệ nào chi phối? Tình huống 10 Dữ kiện : Em có thể tìm mối liên hệ trên thông qua việc giải bài toán sau: Tìm công của lực đàn hồi làm vật gắn ở đầu lò xo dịch chuyển từ vị trí có độ biến dạng 1l đến vị trí có độ biến dạng 2l . Câu 31: Độ lớn của lực đàn hồi được tính như thế nào? Câu 32: Lực đàn hồi trung bình tác dụng lên vật làm nó dịch chuyển từ vị trí có độ biến dạng 1l đến vị trí có độ biến dạng 2l được tính như thế nào? Câu 33: Công của lực đàn hồi thực hiện trên đoạn đường từ 1l đến 2l được tính như thế nào? Câu 34: Từ kết quả của bài toán vừa giải, em có thể tìm được quy luật của sự biến thiên thế năng đàn hồi như thế nào? Câu 35: Dựa vào biểu thức tính công của lực đàn hồi đã tìm được ở bài toán vừ giải , em hãy nhận xét xem công của lực đàn hồi chỉ phụ thuộc vào yếu tố nào? Tình huống 11 Dữ kiện : Trọng lực và lực đàn hổi đều là lực thế, khi vật chịu tác dụng của cả trọng lực và lực đàn hồi thì thế năng của vật sẽ là tổng của thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi. Câu 36: Vậy mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng với công của lực thế được thể hiện như thế nào?. Tình huống 12 Em hãy vận dụng kiến thức vừa xây dựng giải các bài tập sau: Bài 1 Tính thế năng trọng trường của một vật khối lượng 10kg khi đặt tại điểm A có độ cao 1m so với mặt đất và khi đặt tại điểm B ở đáy giếng sâu 5m trong 2 trường hợp sau: a. Chọn mặt đất làm mốc thế năng. b. Chọn đáy giếng làm mốc thế năng. c. Tìm độ biến thiên thế năng khi vật rơi từ A đến B. Độ biến thiên thế năng có phụ thuộc vào việc chọn mốc thế năng không? Cho g = 10/s2 Bài 2 Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm lò xo có độ cứng K=10N/m và quả cân có khối lượng 100g. Kéo quả cân ra khỏi vị trí cân bằng 1 đoạn 5cm rồi buông ra cho dao động. Xác định thế năng của hệ lò xo - quả cân khi quả cân ở vị trí cân bằng và vị trí có độ dãn lớn nhất. 4. BÀI CƠ NĂNG A. Ôn lại kiến thức về động năng và thế năng Tình huống 1 Câu 1: Ý nghĩa vật lí và biểu thức xác định các đại lượng động năng, thế năng trọng trường, thế năng đàn hồi? Câu 2: Định lí động năng và định lí thế năng nói về mối liên hệ gì? Biểu thức? B. Xây dựng định luật bảo toàn cơ năng. a. Trường hợp vật chịu tác dụng của trọng lực. Tình huống 2 Dữ kiện : Chúng ta xét tiếp ví dụ về hoạt động của búa máy. Câu 3: Khi búa máy có khối lượng m rơi tự do từ độ cao z1 xuống độ cao z 2 bất kì thì trong quá trình chuyển động đó động năng và thế năng của nó có thay đổi không? Vì sao? Câu 4: Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì động năng và thế năng của nó luôn biến đổi. Vậy sự biến đổi đó có tuân theo quy luật nào không? Tình huống 3 Dữ kiện : Em có thể tìm được quy luật đó Câu 5: Từ kết quả của bài toán vừa giải em thông qua việc giải bài toán sau: Một vật có khối lượng m rơi tự do từ độ cao z1 xuống độ cao z2 do trọng lực. Sử dụng định lí động năng và thế năng tìm mối liên hệ giữa động năng và thế năng của vật ở các vị trí khác nhau. tìm ra được quy luật gì? Câu 6: Ở lớp 8 em đã biết, tổng động năng và thế năng của vật gọi là gì? Câu 7: Đại lượng vô hướng hay đại lượng vectơ đặc trưng cho trạng thái của hệ không thay đổi theo thời gian được gọi là các đại lượng gì? Tình huống 4 Dữ kiện : Vật rơi tự do là một trường hợp riêng của vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực. Câu 8: Tổng động năng và thế năng trọng trường của vật được gọi là gì? Người ta ký hiệu cơ năng là gì? Câu 9: Vậy em có thể tìm được quy luật gì khi vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực? Đơn vị của cơ năng là gì? Vì sao? b. Trường hợp vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. Tình huống 5 Dữ kiện : Chúng ta xét ví dụ hệ con lắc lò xo gồm vật có khối lượng m gắn vào lò xo có độ cứng k (khối lượng không đáng kể) đặt trên mặt phẳng ngang không ma sát. Một đầu con lắc gắn cố định. Kéo vật lệch khỏi vị trí cân bằng một đoạn rồi thả ra. Nó sẽ chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng (dao động). Hai vị trí xa nhất mà quả cầu đến được gọi là hai vị trí biên, khoảng cách từ vị trí biên đến vị trí cân bằng gọi là biên độ. Câu 10: Trong quá trình chuyển động của con lắc thì động năng và thế năng của nó có thay đổi không? Vì sao? Câu 11: Khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi thì động năng và thế năng của nó cũng luôn biến đổi. Vậy sự biến đổi đó có tuân theo quy luật nào không? Tình huống 6 Dữ kiện : Em có thể tìm được câu trả lời thông qua việc giải bài toán sau: Một vật có khối lượng m gắn vào đầu một lò xo chuyển động từ vị trí lò xo có độ biến dạng 1l đến vị trí có độ biến dạng 2l do lực đàn hồi. Dùng định lí động năng và thế năng tìm mối liên hệ giữa động năng và thế năng của vật Câu 12: Từ kết quả của bài toán vừa giải ở tình huống 5 em tìm ra được quy luật gì? Câu 13: Vậy khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi thì cơ năng của vật là một đại lượng như thế nào? ở các vị trí khác nhau. c.Trường hợp vật chuyển động trong trường lực thế bất kì Tình huống 7 Câu 14: Từ hai chuyển động vừa xét ở trên em có thể tìm được quy luật gì khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực thế? Câu 15: Em hãy cho biết trong hai chuyển động vừa xét ở trên có đặc điểm chung gì? Tình huống 8 Dữ kiện : Quy luật trên được rút ra bằng con đường lí thuyết nên chúng có thể bị sai sót nên cần phải được kiểm chứng. Câu 16: Vậy làm thế nào để kiểm chứng được sự đúng đắn của kết luận trên trong thực tế ? Tình huống 9 Dữ kiện : Đối tượng thí nghiệm của chúng ta là một vật rơi tự do. Cho vật rơi tự do không vận tốc đầu . Câu 17: Làm thế nào để tìm được vận tốc của vật rơi tự do sau quãng đường s bằng kết luận trên và kiểm tra điều này bằng thực nghiệm như thế nào? Tình huống 10 Dữ kiện : Để kiểm chứng sự bảo toàn cơ năng của vật rơi, chúng ta có một viên bi, giá đỡ có gắn thước đo, cổng quang điện, nam châm điện, hộp công tắc kép, đồng hồ đo thời gian hiện số, thước kẹp, đế ba chân hình sao, dây dọi. Sau khi thiết kế được phương án thí nghiệm, các em hãy thực hành thí nghiệm, thu thập dữ liệu và xử lý kết quả theo từng nhóm. Câu 18: Trong thí nghiệm này, chúng ta cần phải làm những thao tác gì, đo những đại lượng nào? Và đo các đại lượng đó như thế nào? Câu 19: Dựa trên kết quả thí nghiệm của mình các em có nhận xét gì? Tình huống 11 Dữ kiện : Nếu đối tượng thí nghiệm của chúng ta là một con lắc lò xo treo thẳng đứng. Kéo vật lệch khỏi vị trí cân bằng một đoạn l rồi buông Câu 20: Làm thế nào để tìm được mối liên hệ giữa vận tốc của vật gắn ở đầu con lắc lò xo dao động thẳng đứng khi nó qua vị trí cân bằng với ra cho dao động. Ma sát không đáng kể. biên độ l bằng kết luận trên và kiểm tra điều này bằng thực nghiệm như thế nào? Tình huống 12 Dữ kiện : Để kiểm chứng sự bảo toàn cơ năng trong trường hợp này chúng ta có giá đỡ có gắn thước thẳng, cổng quang điện, nam châm điện, đồng hồ đo thời gian hiện số, hộp công tắc kép, lò xo,quả cân, các trục inox 8, 10  , khớp đa năng, đế ba chân hình sao, dây dọi. Sau khi thiết kế được phương án thí nghiệm, các em hãy thực hành thí nghiệm, thu thập dữ liệu và xử lý kết quả theo từng nhóm. Câu 21: Trong thí nghiệm này, chúng ta cần phải làm những thao tác gì, đo những đại lượng nào? Và đo các đại lượng đó như thế nào? Câu 22: Dựa trên kết quả thí nghiệm của mình các em có nhận xét gì? Câu 23: Từ kết quả thực nghiệm vừa rồi cho phép chúng ta khẳng định điều gì về định luật bảo toàn cơ năng? Câu 24: Vậy em hãy phát biểu và ghi biểu thức của định luật bảo toàn cơ năng? Tình huống 13 Em hãy vận dụng kiến thức vừa xây dựng giải bài tập sau và so sánh với cách giải bằng phương pháp động lực học : Một ô tô dang chạy trên đường nằm ngang với vận tốc 90km/h tới một điểm A thì lên dốc. Góc nghiêng của mặt dốc so với mặt ngang là  =30 0 . Hỏi ô tô đi lên dốc được một quãng đường bao nhiêu mét thì dừng lại. Nếu bỏ qua ma sát và lấy 210g m s . ._.