Vận dụng phương pháp thực nghiệm vào dạy học chương `Động lực học chất điểm` và chương `Các định luật bảo toàn` Vật lí lớp 10 với sự hỗ trợ của thí nghiệm mô phỏng và thí nghiệm ảo

ình học tập và nghiên cứu hồn thành luận văn, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến: - PGS.TS. Mai Văn Trinh, người hướng dẫn khoa học, đã tận tình hướng dẫn tơi trong suốt thời gian nghiên cứu và hồn thành luận văn này. - Các Thầy (Cơ) trong Khoa Vật lí và Phịng KHCN & SĐH Trường ĐHSP Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn này. - Ban giám hiệu, các Thầy (Cơ) trong tổ Vật lí trường THPT Nguyễn Văn Tiếp huyện Tân Phước, Tiền Giang nơi tơi cơng tác và tiến hành thực nghiệm sư phạm. - Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn gia đình, bạn bè, các đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này. Tác giả Dương Quốc Việt i MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ................................................................................................................0 1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ...........................................................................................3 3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ......................................................3 4. Giả thuyết khoa học .............................................................................................4 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ...........................................................................................4 6. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................4 7. Cấu trúc luận văn .................................................................................................5 8. Những đĩng gĩp của luận văn ..............................................................................5 Chương I: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA THÍ NGHIỆM MƠ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM ẢO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THƠNG .................................................6 1.1. Những định hướng cơ bản trong việc đổi mới phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thơng ..................................................................................................6 1.2. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học vật lí ........................ 10 1.2.1. Khái niệm chung ................................................................................... 10 1.2.2. Sự ra đời của phương pháp thực nghiệm trong sự phát triển của vật lí học ....................................................................................................................... 12 1.2.3. Nội dung của phương pháp thực nghiệm ............................................... 13 1.3. Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ............................................ 15 1.3.1. Sự chuyển hĩa của phương pháp nhận thức khoa học thành phương pháp dạy học ........................................................................................................... 15 1.3.2. Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ......... 15 1.3.3. Vai trị của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ở phổ thơng 17 1.3.4. Các mức độ sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ..... 18 1.3.5. Phối hợp phương pháp thực nghiệm và các phương pháp nhận thức khác trong dạy học vật lí ......................................................................................... 22 1.3.6. Những sự chuẩn bị cần thiết để sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí .................................................................................................. 23 ii 1.3.7. Ưu điểm và hạn chế của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ....................................................................................................................... 25 1.4. Phương pháp thực nghiệm với sự hỗ trợ của thí nghiệm mơ phỏng và thí nghiệm ảo .......................................................................................................... 26 1.4.1. Thí nghiệm mơ phỏng và thí nghiệm ảo ................................................ 26 1.4.2. Các đặc điểm của thí nghiệm mơ phỏng và thí nghiệm ảo ..................... 31 1.4.3. Nguyên tắc sử dụng thí nghiệm mơ phỏng và thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí ......................................................................................................... 32 1.4.4. Khả năng sử dụng thí nghiệm mơ phỏng và thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí ............................................................................................................... 33 1.4.5. Khả năng ứng dụng thí nghiệm mơ phỏng và thí nghiệm ảo vào các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ................................ 37 1.5. Phương pháp soạn thảo tiến trình dạy học một kiến thức vật lí cụ thể theo phương pháp thực nghiệm .................................................................................. 38 1.6. Kết luận chương 1 ....................................................................................... 39 Chương II: VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA THÍ NGHIỆM MƠ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM ẢO VÀO DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN” VẬT LÍ 10 .............................................................. 40 2.1. Phân tích mục tiêu dạy học và cấu trúc nội dung chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” ......................................................... 40 2.1.1. Mục tiêu ................................................................................................ 40 2.1.2. Nội dung ............................................................................................... 42 2.2. Thực trạng khi dạy học chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” ............................................................................................. 47 2.3. Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” theo phương pháp thực nghiệm với sự hỗ trợ của thí nghiệm mơ phỏng và thí nghiệm ảo .............................................. 49 2.3.1. Định luật III Niu-tơn ............................................................................. 49 2.3.2. Định luật bảo tồn cơ năng.................................................................... 60 iii Chương III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ......................................................... 77 3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm ............................................................ 77 3.2. Đối tượng và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ....................................... 77 3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm ............................................................ 77 3.2.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ............................................................ 78 3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ............................................................. 78 3.3.1. Chọn mẫu thực nghiệm ......................................................................... 78 3.3.2. Quan sát giờ học ................................................................................... 79 3.3.3. Các bài kiểm tra .................................................................................... 79 3.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm ..................................................................... 79 3.4.1. Nhận xét về tiến trình dạy học ............................................................... 79 3.4.2. Đánh giá kết quả học tập của học sinh................................................... 80 3.4.3. Kiểm định giả thuyết thống kê .............................................................. 84 3.5. Kết luận chương 3 ....................................................................................... 85 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 87 PHỤ LỤC .................................................................. Error! Bookmark not defined. iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ CNTT : Cơng nghệ thơng tin DHVL : Dạy học vật lí ĐC : Đối chứng GV : Giáo viên HS : Học sinh PPDH : Phương pháp dạy học PPTN : Phương pháp thực nghiệm PTDH : Phương tiện dạy học SBT : Sách bài tập SGK : Sách giáo khoa TN : Thực nghiệm TNA : Thí nghiệm ảo TNMP : Thí nghiệm mơ phỏng TNVL : Thí nghiệm vật lí TNSP : Thực nghiệm sư phạm VL : Vật lí VLTN : Vật lí thực nghiệm v DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 – Bảng hoạch định các hoạt động của giáo viên và học sinh ……………10 Bảng 1.2 – Bảng so sánh các đặc điểm của thí nghiệm thực và mơ phỏng bằng máy vi tính………………………………………………………………….29 Bảng 2.1 – Cấu trúc nội dung chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn”…………………………………………………….42 Bảng 3.1 – Bảng thống kê các điểm số (Xi) của bài kiểm tra……………………...80 Bảng 3.2 – Bảng phân bố tần suất của hai nhĩm…………………………………..81 Bảng 3.3 – Bảng phân bố tần suất tích lũy của hai nhĩm………………………….82 Bảng 3.4 – Bảng phân loại theo học lực…………………………………………...82 Bảng 3.5 – Bảng tổng hợp các tham số thống kê………………………………….83 DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ Trang Đồ thị 3.1 – Đồ thị phân bố điểm của nhĩm thực nghiệm và nhĩm đối chứng........81 Đồ thị 3.2 – Đồ thị phân bố tần suất của nhĩm thực nghiệm và nhĩm đối chứng....81 Đồ thị 3.3 – Đồ thị phân bố tần suất tích lũy của nhĩm thực nghiệm và nhĩm đối chứng..................................................................................................82 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Xã hội của thế kỉ XXI là một xã hội dựa vào tri thức, xã hội của nền văn minh hiện đại, thời kì của sự bùng nổ tri thức và khoa học cơng nghệ… Để hịa nhập với tốc độ phát triển của nền khoa học kĩ thuật trên thế giới, sự nghiệp giáo dục cũng phải nhanh chĩng đổi mới nhằm đào tạo ra những con người cĩ đủ trình độ kiến thức, năng lực trí tuệ sáng tạo và phẩm chất đạo đức tốt. Sự đổi mới này địi hỏi nhà trường phải tạo ta những con người lao động tự chủ, năng động và sáng tạo. Đặc biệt là người học phải đạt tới trình độ: học để biết, học để làm, học để phát triển. Vì vậy, đổi mới phương pháp dạy học (PPDH) là một trong những mục tiêu lớn được ngành giáo dục đào tạo đặt ra trong giai đoạn hiện nay và là mục tiêu chính đã được Nghị quyết TW 2 (khĩa VIII) nêu rõ: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục và đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học. Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh,…” [8] và đã được thể chế hĩa trong Luật Giáo dục. Điều 24.2 Luật Giáo dục qui định: “Phương pháp giáo dục phổ thơng phải phát huy tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, mơn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhĩm; rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh”. [17] Chiến lược phát triển Giáo dục 2001 - 2010 (ban kèm quyết định số 201/2001/QĐ – TTg ngày 28 tháng 12 năm 2001 của Thủ tướng Chính phủ), ở mục 5.2 ghi rõ: “Đổi mới và hiện đại hĩa phương pháp giáo dục. Chuyển từ việc truyền thụ tri thức thụ động thầy giảng trị ghi sang hướng dẫn người học chủ động tư duy trong quá trình tiếp cận tri thức; dạy cho người học phương pháp tự học, tự thu nhận thơng tin một cách cĩ hệ thống, cĩ tư duy phân tích tổng hợp; phát triển năng lực của mỗi cá nhân; tăng cường tính chủ động tích cực của học sinh, sinh viên trong quá trình học tập,…”. 2 Ở nước ta, vấn đề ứng dụng cơng nghệ thơng tin (CNTT) trong giáo dục đào tạo được Đảng và Nhà nước rất coi trọng, coi yêu cầu đổi mới PPDH cĩ sự hỗ trợ của các phương tiện kỹ thuật hiện đại là điều hết sức cần thiết. Các Văn kiện, Nghị quyết, Chỉ thị của Đảng, Chính phủ, Bộ Giáo dục – Đào tạo đã thể hiện rõ điều này. Chỉ thị số 29 của Bộ Giáo dục – Đào tạo (ngày 30/7/2001/CT) về tăng cường giảng dạy, đào tạo và ứng dụng CNTT trong ngành giáo dục giai đoạn 2001 – 1005 nêu rõ “CNTT là phương tiện để tiến tới một xã hội hĩa học tập nhưng giáo dục và đào tạo phải đĩng vai trị quan trọng bậc nhất thúc đẩy sự phát triển của CNTT ”. Chiến lược phát triển Giáo dục đến năm 2010 của Bộ Giáo dục – Đào tạo đã yêu cầu ngành giáo dục phải từng bước phát triển giáo dục dựa trên CNTT, vì “CNTT và đa phương tiện sẽ tạo ra những thay đổi lớn trong quản lý hệ thống giáo dục, trong chuyển tải nội dung chương trình đến người học, thúc đẩy cuộc cách mạng về phương pháp dạy và học”. Đặc biệt, cơng văn số 9584/BGDĐT – CNTT ngày 7/9/2007 của Bộ Giáo dục và Đào tạo gửi cho các Sở Giáo dục và Đào tạo, các trường đại học, cao đẳng sư phạm và các khoa sư phạm, yêu cầu phải nhanh chĩng “đẩy mạnh việc dạy mơn Tin học và ứng dụng CNTT trong giáo dục, gĩp phần đổi mới phương pháp dạy học và quản lí giáo dục”. Hiện nay ở trên thế giới cũng như ở nước ta cĩ rất nhiều PPDH hiện đại nhằm phát huy tốt vai trị của học sinh (HS) trong đĩ cĩ dạy học theo phương pháp thực nghiệm (PPTN). Dạy học theo PPTN nhằm tích cực hĩa tư duy của người học, giúp người học tìm kiếm, phát hiện, khám phá ra vấn đề và giải quyết vấn đề trong quá trình dạy học đồng thời nâng cao tính chủ động và sáng tạo của người học. Vì thế việc nghiên cứu và vận dụng PPTN vào dạy học vật lí (DHVL) là rất cần thiết. Thực trạng giáo dục nước ta qua nghiên cứu cho thấy việc giảng dạy kiến thức vật lí (VL) nĩi chung, chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” VL lớp 10 nĩi riêng cho HS vẫn cịn được tiến hành theo lối thơng báo – tái hiện. HS phổ thơng cĩ quá ít điều kiện để nghiên cứu, quan sát và tiến hành các thí nghiệm vật lí (TNVL). HS tiếp thu kiến thức một cách thụ động, máy mĩc chủ yếu là học thuộc lịng các kiến thức. Từ đĩ, HS cảm thấy chán học, mệt mỏi, khơng hiểu bài, khơng làm bài tập được… 3 Bên cạnh đĩ, cách tiếp cận một số kiến thức trong chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” VL lớp 10 được các tác giả viết theo trình tự: xuất phát từ thí nghiệm vật lí → từ kết quả thí nghiệm rút ra các định luật vật lí → vận dụng các định luật vào việc giải thích một số hiện tượng VL thường gặp trong đời sống hoặc giải các bài tập VL trong phạm vi áp dụng các định luật đĩ. Trong thực tế DHVL thường gặp những hiện tượng, quá trình khơng thể tiến hành thí nghiệm thực để kiểm tra được do hạn chế về thời gian, khơng gian, giá cả quá đắt… Máy vi tính với những thế mạnh về lưu trữ, xử lý và trình bày thơng tin một cách linh hoạt cho phép xây dựng những thí nghiệm mơ phỏng (TNMP) và thí nghiệm ảo (TNA). Những thí nghiệm này được sử dụng một cách linh hoạt trong quá trình dạy học nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và vận dụng kiến thức của người học. Xuất phát từ những vấn đề trên, tơi chọn nghiên cứu đề tài: “Vận dụng phương pháp thực nghiệm vào dạy học chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” vật lí lớp 10 với sự hỗ trợ của thí nghiệm mơ phỏng và thí nghiệm ảo”. 2. Mục đích nghiên cứu Vận dụng PPTN vào thiết kế một số bài dạy học thuộc chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” VL lớp 10 với sự hỗ trợ của TNMP và TNA nhằm tích cực hĩa hoạt động nhận thức của HS, giúp HS chủ động chiếm lĩnh kiến thức một cách bền vững từ đĩ nâng cao chất lượng dạy học. 3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu + Phương pháp thực nghiệm trong DHVL + Máy vi tính với một số phần mềm dạy học + Hoạt động dạy của giáo viên (GV) và hoạt động học của HS khi dạy học chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” VL lớp 10 * Phạm vi nghiên cứu + Thiết kế tiến trình dạy học một số nội dung chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” VL lớp 10 theo PPTN với sự hỗ trợ của TNMP và TNA 4 + Thực nghiệm sư phạm (TNSP) ở một số lớp 10 của trường trung học phổ thơng (THPT) Nguyễn Văn Tiếp, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang 4. Giả thuyết khoa học Nếu vận dụng PPTN với sự hỗ trợ của TNMP và TNA một cách khoa học vào dạy học chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” VL lớp 10 thì sẽ phát huy tính tích cực học tập, tăng cường sự bền vững của kiến thức từ đĩ nâng cao chất lượng DHVL. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu + Nghiên cứu những định hướng đổi mới phương pháp DHVL ở trường THPT hiện nay. + Nghiên cứu lí luận về PPTN trong nghiên cứu khoa học VL và trong DHVL với sự hỗ trợ của TNMP và TNA. + Xác định mục tiêu và phân tích nội dung kiến thức chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” VL lớp 10. + Thiết kế tiến trình dạy học một số nội dung chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” VL lớp 10 theo PPTN với sự hỗ trợ của TNMP và TNA. + Tiến hành TNSP ở trường THPT để kiểm chứng giả thuyết khoa học và tính khả thi của đề tài. 6. Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu lí thuyết + Nghiên cứu các văn kiện của Đảng và Nhà nước, các nghị định, thơng tư, chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào tạo về đổi mới PPDH hiện nay ở trường THPT. + Nghiên cứu cơ sở lí luận của PPTN trong DHVL. + Nghiên cứu nội dung chương trình, sách giáo khoa (SGK), sách giáo viên VL 10 và các tài liệu tham khảo, các bài báo đăng trong tạp chí khoa học cĩ liên quan đến đề tài. + Nghiên cứu các tài liệu hướng dẫn một số phần mềm hỗ trợ dạy học. * Phương pháp thực nghiệm sư phạm Tiến hành TNSP ở trường THPT cĩ đối chứng để kiểm tra tính khả thi của đề tài khi sử dụng PPTN trong DHVL với sự hỗ trợ của TNMP và TNA. 5 * Phương pháp thống kê tốn học Sử dụng phương pháp thống kê tốn học mơ tả và thống kê kiểm định để xử lý kết quả TNSP và kiểm định giả thuyết thống kê về sự khác biệt trong kết quả học tập của nhĩm đối chứng (ĐC) và thực nghiệm (TN), qua đĩ khẳng định kết quả nghiên cứu của đề tài. 7. Cấu trúc luận văn MỞ ĐẦU Chương I: Cơ sở lí luận của phương pháp thực nghiệm với sự hỗ trợ của thí nghiệm mơ phỏng và thí nghiệm ảo trong dạy học vật lí ở trường phổ thơng Chương II: Vận dụng phương pháp thực nghiệm với sự hỗ trợ của thí nghiệm mơ phỏng và thí nghiệm ảo vào dạy học chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” vật lí lớp 10 Chương III: Thực nghiệm sư phạm KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 8. Những đĩng gĩp của luận văn - Làm sáng tỏ cơ sở lí luận của PPTN trong DHVL với sự hỗ trợ của TNMP và TNA. - Soạn thảo được 5 tiến trình dạy học kiến thức vật lí chương “Động lực học chất điểm” và chương “Các định luật bảo tồn” theo các giai đoạn của PPTN. - Khai thác và sử dụng cĩ hiệu quả một số TNMP và TNA hỗ trợ các tiến trình dạy học một số kiến thức vật lí theo các giai đoạn của PPTN. - Gĩp phần nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và bồi dưỡng PPTN trong DHVL cho HS lớp thực nghiệm. 6 Chương I CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA THÍ NGHIỆM MƠ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM ẢO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THƠNG 1.1. Những định hướng cơ bản trong việc đổi mới phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thơng [2], [3] 1. Sử dụng các phương pháp dạy học truyền thống theo tinh thần phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của học sinh Trong việc đổi mới PPDH, ta khơng phủ nhận vai trị của các PPDH truyền thống. Ở một mức độ nào đĩ, ta phải xem xét các phương pháp này theo quan điểm mới, theo hướng tích cực hĩa hoạt động học tập của HS. Muốn vậy, GV phải kích thích được ĩc tị mị khoa học, ham hiểu biết của HS bằng cách tạo ra những tình huống cĩ vấn đề. Đĩ thường là những câu hỏi thú vị gây hứng thú học tập, tạo nhu cầu nhận thức và cĩ thể nghiên cứu được đối với HS. Hệ thống các PPDH truyền thống được phân thành các nhĩm phương pháp như nhĩm các phương pháp dùng lời, nhĩm các phương pháp trực quan, nhĩm các phương pháp thực hành. Trong dạy học truyền thống, GV thường hay sử dụng kết hợp nhiều PPDH thuộc các nhĩm khác nhau một cách linh hoạt. Như vậy, đổi mới PPDH khơng phải là phủ định hồn tồn các PPDH truyền thống mà sử dụng chúng theo tinh thần mới như phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của người học. 2. Chuyển từ phương pháp nặng về sự diễn giảng của giáo viên sang phương pháp nặng về tổ chức cho học sinh hoạt động để tự chiếm lĩnh kiến thức và kĩ năng Theo PPDH truyền thống, GV là người truyền thụ kiến thức, cịn HS là người tiếp thu kiến thức. Ở đây, GV chủ yếu sử dụng phương pháp giảng giải kết hợp minh họa, việc sử dụng thiết bị dạy học hạn chế dẫn đến tình trạng dạy theo kiểu “thầy đọc – trị chép”. Theo phương pháp mới, GV giao cho HS đọc, nghiền ngẫm SGK, rồi sau đĩ đặt câu hỏi để kiểm tra sự lĩnh hội kiến thức của các em. Thơng qua cách trả lời, trình bày, báo cáo mà HS được rèn luyện những kĩ năng và tố chất cần thiết cho mình. 7 Theo quan niệm mới về dạy học, vai trị chủ yếu của GV là tổ chức, hướng dẫn, điều khiển hoạt động học tập của HS, giúp HS đạt được mục tiêu của bài học. GV khơng thuyết trình, giảng giải mọi vấn đề mà chủ động tạo điều kiện rèn luyện ĩc độc lập suy nghĩ và tư duy sáng tạo cho HS. Việc đổi mới PPDH của GV địi hỏi HS phải đổi mới phương pháp học tập. Đây là một tất yếu địi hỏi người học phải nỗ lực, chủ động, sáng tạo trong các hoạt động nhận thức của mình. Như vậy, trọng tâm của tiết dạy phải đặt vào hoạt động của HS trong tiết dạy đĩ. Phối hợp các hình thức tổ chức hoạt động học tập ngồi lớp học để tạo điều kiện cho việc rèn luyện những hoạt động học tập đa dạng của HS, cần phối hợp nhiều hình thức tổ chức học tập ngồi lớp học, trong đĩ chuyển dần từ dạy học truyền thụ kiến thức sang dạy học giải quyết vấn đề như: – Tổ chức và hướng dẫn cho HS tự học mơn VL ở nhà, làm thí nghiệm thực hành, lấy số liệu thống kê, nghiên cứu học tập, ngoại khĩa... – Tổ chức các nhĩm nghiên cứu nhỏ, thi nhĩm các nhà nghiên cứu trẻ. Đề tài nghiên cứu cĩ thể rất đa dạng như làm một thí nghiệm nào đĩ về VL, tìm hiểu một ứng dụng nào đĩ của VL trong thực tế hoặc cấu tạo và hoạt động của một thiết bị kĩ thuật nào đĩ... 3. Tăng cường học tập cá nhân, phối hợp một cách hài hịa với học tập hợp tác Các hình thức tổ chức học tập cá nhân, theo nhĩm và theo lớp là các hình thức vẫn được áp dụng theo PPDH truyền thống. Theo PPDH mới, hình thức học tập cá nhân vẫn là hình thức học tập cơ bản, cĩ hiệu quả nhưng HS phải cĩ tinh thần học tập một cách tự giác, chủ động. Học tập hợp tác là hình thức học tập bổ trợ cĩ tác dụng rèn luyện người học tinh thần hợp tác lao động, chia sẻ kinh nghiệm, học hỏi lẫn nhau, ý thức trách nhiệm với cơng việc chung. Phối hợp chặt chẽ những nỗ lực cá nhân trong tự học với việc học tập hợp tác trong nhĩm. Một trong những hình thức tăng cường hoạt động của HS trên lớp là sử dụng phiếu học tập cho HS. Trong học tập, khơng phải bất kì một nhiệm vụ học tập nào cũng cĩ thể được hồn thành bởi những hoạt động thuần túy cá nhân. Cĩ những câu hỏi, những vấn đề được đặt ra khĩ và phức tạp, địi hỏi cĩ sự hợp tác giữa các cá nhân mới cĩ thể hồn thành nhiệm vụ. Theo lí thuyết về vùng phát triển gần nhất của Vư-gốt-sky, 8 mỗi cá nhân cĩ thể vươn tới những tầm hiểu biết rộng hơn nhờ sự trao đổi với bạn bè. Thơng qua sự hợp tác tìm tịi, nghiên cứu, thảo luận, tranh luận trong tập thể, ý kiến của mỗi cá nhân được điều chỉnh, khẳng định hay bác bỏ, qua đĩ người học nâng mình lên một trình độ mới. Như vậy, hình thức học tập cá nhân vẫn là hình thức hoạt động chủ yếu giúp HS phát triển các năng lực. Hoạt động nhĩm suy cho cùng cũng nhằm giúp cá nhân chủ động, tích cực tham gia vào quá trình nhận thức của mình. 4. Coi trọng việc bồi dưỡng phương pháp tự học Trong xã hội hiện đại, sự bùng nổ thơng tin địi hỏi mỗi cá nhân phải nỗ lực học tập biết cách cập nhật thơng tin. GV cần phải quan tâm đến phương pháp học của HS, từng bước hình thành năng lực tự học để các em cĩ thể tự bổ sung kiến thức và học thường xuyên suốt đời, bằng cách: – Coi trọng việc trao dồi kiến thức lẫn việc bồi dưỡng kĩ năng, đặc biệt là những kĩ năng quá trình để đạt tới kiến thức. – Coi trọng việc truyền thụ các phương pháp nhận thức đặc thù của bộ mơn như PPTN, phương pháp mơ hình... Trong đĩ các thí nghiệm, mơ hình VL khơng chỉ là phương tiện minh họa kiến thức, mà chủ yếu đĩng vai trị cung cấp thơng tin và là phương tiện giải quyết vấn đề đặt ra. Việc tự học của HS là hoạt động rất cần thiết. Ở đây, người GV cần phải bồi dưỡng cho HS khả năng thu thập thơng tin, huấn luyện cho HS cách nắm bắt nội dung chính của tài liệu học tập đồng thời giao bài tập về nhà cho HS, cĩ thể tính tốn cân đối giữa nội dung học tập trên lớp và nội dung cần tìm hiểu ở nhà. 5. Coi trọng việc rèn luyện kĩ năng ngang tầm với truyền thụ kiến thức. Đổi mới kiểm tra đánh giá kết quả học tập của học sinh Việc rèn luyện kĩ năng là một trong những yêu cầu rất quan trọng trong việc hình thành nhân cách HS. Hiện nay, rất ít GV chú ý đến lĩnh vực này cho HS. Trên lớp GV cố gắng truyền đạt kiến thức mà khơng chú ý đến rèn luyện tư duy, rèn luyện kĩ năng cho HS. Đổi mới PPDH cũng như kiểm tra, đánh giá coi trọng những kĩ năng, năng lực thực hành của HS. Như vậy, người GV phải bồi dưỡng cho HS kĩ năng sống cần thiết bên cạnh truyền thụ kiến thức. 9 Đổi mới PPDH phải đi đơi với đổi mới đánh giá kết quả học tập của HS. Việc kiểm tra đánh giá kết quả học tập của HS phải căn cứ vào mục tiêu của mơn học. Kiểm tra khơng những trình độ nắm vững kiến thức và vận dụng kiến thức lí thuyết mà cả kĩ năng thực hành thí nghiệm, đánh giá cao khả năng vận dụng kiến thức và kĩ năng xử lí và giải quyết sáng tạo những tình huống mới hoặc ít nhiều thay đổi. Phối hợp kiểm tra bằng trắc nghiệm tự luận và trắc nghiệm khách quan. Tạo điều kiện để HS tự đánh giá kết quả học tập của mình. 6. Tăng cường sử dụng thiết bị dạy học, chú trọng các thí nghiệm, ứng dụng cơng nghệ thơng tin trong dạy học vật lí Trong PPDH mới địi hỏi người GV phải tăng cường khai thác và sử dụng thành thạo các thí nghiệm sau đây: – Thí nghiệm cho HS làm trên lớp dưới hình thức cá nhân hay theo nhĩm. – Thí nghiệm do GV với một nhĩm HS làm biểu diễn trên lớp. – Thí nghiệm do HS làm trong phịng thí nghiệm. Những năm gần đây, CNTT trong các nhà trường đã được quan tâm. Mục tiêu của việc học tin học trong nhà trường, mối quan hệ giữa tin học với tư cách là một mơn học với việc ứng dụng CNTT trong dạy học đã dần dần được xác định rõ ràng qua các cấp học. Cán bộ quản lí giáo dục và GV đã từng bước nhận thức đầy đủ vai trị của CNTT trong dạy học. CNTT được chú trọng ở tất cả các bộ mơn để gĩp phần thực hiện đổi mới PPDH. Việc sử dụng CNTT trong dạy học sẽ gĩp phần đổi mới PPDH trên các mặt như thực hiện học tập trong hoạt động và bằng hoạt động, tăng cường tự học trong quá trình dạy học, sử dụng luân chuyển những hình thức dạy học đa dạng, hình thành và sử dụng cơng nghệ dạy học và đổi mới kiểm tra đánh giá. 7. Đổi mới cách soạn giáo án – Lượng hố các mục tiêu kiến thức và kĩ năng của bài học. – Chia bài học thành một số nội dung riêng biệt hoặc tổ chức bài học thành một chủ đề học tập. – Chuẩn bị các thiết bị thí nghiệm, các PTDH cần thiết. – Hoạch định các hoạt động học của HS và các hoạt động dạy tương ứng của GV trong tiết học. Ví dụ: 10 Bảng 1.1 – Bảng hoạch định các hoạt động của giáo viên và học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh – Tạo tình huống học tập, giao nhiệm vụ học tập cho HS. – Tiếp nhận nhiệm vụ học tập – Tổ chức, hướng dẫn hoạt động cho HS + Giảng sơ lược nội dung (nếu cần). + Giới thiệu và hướng dẫn cách tham khảo tài liệu, làm thí nghiệm, lấy kết quả thí nghiệm. – Thu thập thơng tin + Nghe GV giảng. + Tìm thơng tin trong SGK và các tài liệu khác, làm thí nghiệm, quan sát hiện tượng, lấy kết quả thí nghiệm. – Tổ chức cho HS xử lí thơng tin và báo cáo kết quả + Tổ chức cho HS thảo luận nhĩm để nhận xét kết quả, đưa ra kết luận và hướng dẫn HS cách lập bảng, vẽ đồ thị, rút ra kết luận từ đồ thị. + Đánh giá nhận xét, kết luận của HS, tổ chức hợp thức hố kiến thức. – Xử lí thơng tin và báo cáo kết quả + Tranh luận với bạn bè trong nhĩm để rút ra nhận xét, kết luận từ những điều tìm hiểu được. Lập bảng, vẽ đồ thị, nhận xét kết quả. + Báo cáo kết quả trước lớp và trả lời các câu hỏi của GV. – Củng cố bài. – Cho bài tập vận dụng. – Ghi nhận những kết luận cuối cùng. – Làm bài tập vận dụng. 1.2. Phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học vật lí 1.2.1. Khái niệm chung [24] Các hiện tượng VL thì muơn màu, muơn vẻ, muốn nghiên cứu xem các sự vật hiện tượng cĩ những thuộc tính gì đặc trưng thì trước tiên phải xây dựng các khái niệm, các đại lượng VL đặc trưng cho các thuộc tính bản chất tất yếu của sự vật hiện tượng VL. Ví dụ: Để đặc trưng cho chuyển động nhanh, chậm của các vật trong tự nhiên cần phải xây dựng khái niệm vận tốc… Khi nghiên cứu các quá trình VL, người ta thường xác định các điều kiện cần thiết để hiện tượng xảy ra và lặp lại các điều kiện này để nghiên cứu tính quy luật của hiện tượng. Tính quy luật của các biến đổi của sự vật hiện tượng thể hiện qua 11 các mối liên hệ, sự phụ thuộc giữa các khái niệm VL, các quy tắc VL, các định luật VL, các nguyên lí VL… Ví dụ: Quan hệ giữa độ biến thiên động năng và cơng của ngoại lực tác dụng lên vật: 2 22 1 1 1 2 2 mv mv A− = . Quan hệ giữa độ biến thiên động lượng và xung của lực: p F tΔ = Δrr . Quan hệ gi._.ữa độ biến thiên vận tốc với lực tác dụng lên vật và khối lượng của nĩ: vF m t Δ= Δ rr … Việc tìm ra các thuộc tính bản chất của sự vật hiện tượng và quy luật biến đổi của chúng là cơ sở để giải thích và tiên đốn về nhiều sự vật hiện tượng cùng loại khác. Tuy nhiên, thực hiện được điều này khơng hề đơn giản vì sự vật hiện tượng luơn biến đổi khơng ngừng theo thời gian, nếu con người khơng tác động được để sự vật hiện tượng bộc lộ những thuộc tính bản chất và quy luật biến đổi của chúng mà chỉ quan sát hiện tượng trong sự biến đổi vận động tự nhiên khơng ngừng rồi từ đĩ rút ra những nhận định theo kiểu quy nạp tự nhiên thì đơi khi mắc phải sai lầm; trong lịch sử VL cịn ghi nhận những nhận định sai lầm của các nhà khoa học về thuộc tính bản chất và quy luật biến đổi của các sự vật hiện tượng trong tự nhiên. Cho đến khi Galilê đưa ra phương pháp nghiên cứu mới – PPTN, địi hỏi con người phải biết cách tác động vào tự nhiên để phát hiện các thuộc tính và quy luật biến đổi của chúng và mọi kết luận khoa học đều phải được TN kiểm chứng tính đúng đắn của nĩ thì khoa học VL mới hạn chế được những sai lầm và thực sự cĩ bước tiến nhảy vọt. Vậy PPTN là phương pháp thu lượm thơng tin bằng cách sắp đặt các điều kiện tác động để sự vật hiện tượng bộc lộ những thuộc tính và quy luật tự nhiên của chúng, nhờ đĩ nhà nghiên cứu cĩ thể xây dựng hoặc kiểm tra được các tri thức mới. PPTN là một phương pháp nhận thức khoa học, trong đĩ nhà nghiên cứu: – Tạo ra những điều kiện tác động xác định để nghiên cứu quá trình diễn biến của hiện tượng. – Thay đổi các điều kiện tác động để xem hiện tượng thay đổi như thế nào. – Lặp lại các điều kiện tác động để phát hiện ra tính quy luật của hiện tượng. 12 1.2.2. Sự ra đời của phương pháp thực nghiệm trong sự phát triển của vật lí học [22],[24] Trong thời cổ đại, khoa học chưa phân ngành và chưa tách khỏi triết học. Các nhà hiền triết thời đĩ cho rằng: “cĩ thể dùng sự suy lý, sự tranh luận để tìm ra chân lý”. Vì vậy, nhiều khi họ đã thay thế những mối quan hệ giữa sự vật hiện tượng cĩ thật trong tự nhiên nhưng mình chưa biết thành những mối quan hệ do tự mình tưởng tượng ra một cách chủ quan. Thời trung thế kỷ, Giáo hội đã dùng uy quyền của mình để chống lại khoa học mỗi khi khoa học chỉ ra một chân lý mới trái với kinh thánh, thậm chí cịn dùng cả bạo lực ngăn cản bước tiến của khoa học. Giáo hồng Pơn II (thế kỉ XV) nĩi: “Tơn giáo phải tiêu diệt khoa học vì khoa học là kẻ thù của tơn giáo”. Kết quả Bêcơn bị cầm tù hơn 20 năm, Brunơ bị thiêu sống vì dám đưa ra những luận cứ khoa học khơng thuận lợi cho tơn giáo thời đĩ. Đến thế kỉ XVII, Galilê cho rằng những cuộc tranh luận suơng như thế là vơ bổ, khơng đi đến một kết luận khoa học, muốn hiểu biết những thuộc tính của sự vật hiện tượng từ thiên nhiên thì phải quan sát thiên nhiên, phải làm cho thiên nhiên bộc lộ ra những thuộc tính đĩ một cách quy luật và khách quan chứ khơng tuân theo ý muốn chủ quan của con người hoặc thần linh nào cả. Galilê xây dựng một phương pháp nghiên cứu mới là PPTN rất cĩ hiệu quả trên con đường đi tìm chân lý, làm cho VL thực sự trở thành một mơn khoa học độc lập. Galilê được cơng nhận là ơng tổ của VLTN, người sáng lập ra PPTN. Trước kia, Acsimet đã chú trọng đến TN và Rơgiơ đã đề cao TN nhưng chưa nêu lên được thành một phương pháp. Trước một hiện tượng tự nhiên cần tìm hiểu, Galilê bắt đầu quan sát để xác định rõ vấn đề cần nghiên cứu, đưa ra một cách giải thích lý thuyết cĩ tính chất dự đốn. Từ lý thuyết đĩ, ơng rút ra những kết luận cĩ thể kiểm tra được bằng TN. Sau đĩ, ơng bố trí thí nghiệm thích hợp, tạo điều kiện thí nghiệm và phương tiện thí nghiệm tốt nhất để cĩ thể đạt được kết quả chính xác tin cậy được. Cuối cùng, ơng đối chiếu kết quả thu được bằng TN với lý thuyết ban đầu. Galilê cho rằng các kết luận khoa học đều phải được TN kiểm chứng mới cĩ giá trị. Phương pháp của Galilê cĩ tính hệ thống, tính khoa học, cĩ chức năng nhận thức luận, tổng quát về mặt lý thuyết những sự kiện thực hiện và phát hiện ra bản chất 13 của sự vật hiện tượng. Về sau, các nhà khoa học khác đã kế thừa phương pháp đĩ và xây dựng cho hồn chỉnh hơn. Những thành tựu ban đầu của VL học TN đã khiến cho thế kỉ XVII trở thành thế kỉ của cuộc cách mạng khoa học thắng lợi với các đại diện tiêu biểu: Torricelli (1608 – 1662), Pascal (1623 – 1662), Otto Guericke (1602 – 1685), Boyle (1627 – 1691), Gilbert (1540 – 1603)… Như vậy, PPTN với tư cách là một phương pháp nhận thức khoa học đã ra đời và khơng những thành cơng trong sự phát triển của VL học cổ điển mà vẫn cịn cĩ ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu VL học hiện đại. 1.2.3. Nội dung của phương pháp thực nghiệm [4], [22], [23], [28] Spaski đã nêu lên thực chất của PPTN của Galilê như sau: Xuất phát từ quan sát và TN, các nhà khoa học xây dựng một giả thuyết. Giả thuyết đĩ khơng đơn giản chỉ là sự tổng quát hĩa các thí nghiệm đã làm, nĩ chứa đựng một cái gì đĩ mới mẻ, khơng cĩ sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể. Bằng phép suy luận lơgic và bằng tốn học, nhà khoa học cĩ thể từ giả thuyết đĩ mà rút ra một số hệ quả, tiên đốn một số sự kiện mới mà trước đĩ chưa biết. Những kết quả và sự kiện mới đĩ lại cĩ thể dùng TN để kiểm tra lại được. Nếu sự kiểm tra đĩ thành cơng, nĩ khẳng định sự đúng đắn của giả thuyết, khi đĩ giả thuyết được coi là một định luật VL chính xác. Niu-tơn tiếp tục phát triển phương pháp của Galilê lên mức độ đầy đủ và chặt chẻ hơn. Phương pháp của Niu-tơn là kết hợp chặt chẽ giữa thí nghiệm và suy luận lý thuyết. Niu-tơn đã làm rõ quan điểm đĩ bằng bốn quy tắc sau đây: Quy tắc 1: Đối với mỗi hiện tượng, khơng thừa nhận những nguyên nhân nào khác ngồi những nguyên nhân đủ để giải thích nĩ. Quy tắc này là sự khẳng định vai trị của lý trí con người trong sự nhận thức chân lý, gạt bỏ những luận điểm tơn giáo, kinh viện, khơng cĩ liên quan đến khoa học. Quy tắc 2: Những hiện tượng như nhau luơn luơn quy về một nguyên nhân. Quy tắc này thể hiện tư tưởng nhân quả, quyết định luận của Niu-tơn: Một nguyên nhân xác định phải gây ra một hệ quả xác định. Quy tắc 3: Tính chất của tất cả các sự vật cĩ thể đem ra thí nghiệm được, mà ta khơng thể làm cho nĩ tăng lên hoặc giảm xuống thì được coi là tính chất của mọi vật nĩi chung. Quy tắc này là sự quy nạp khoa học, cho phép ta khái quát hĩa những trường hợp riêng lẻ để tìm ra những định luật tổng quát. 14 Quy tắc 4: Bất kỳ khẳng định nào rút ra từ TN, bằng phương pháp quy nạp đều là đúng chừng nào chưa cĩ những hiện tượng khác giới hạn hoặc mâu thuẫn với khẳng định đĩ. Quy tắc này thể hiện quan điểm biện chứng về tính tương đối và tuyệt đối của chân lý. Nĩ thừa nhận mỗi chân lý khoa học đều cĩ thể được chính xác hĩa thêm, được hồn chỉnh thêm một bước một, nhưng trong mỗi bước của quá trình nhận thức nĩ vẫn hồn tồn cĩ giá trị khoa học. Ở nước ta, cũng cĩ rất nhiều các bài viết khác nhau về PPTN. Theo tác giả Phạm Hữu Tịng, nếu nhà khoa học dựa trên việc thiết kế các phương án thí nghiệm khả thi và tiến hành thí nghiệm để thu được thơng tin vá rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra (một nhận định về một tính chất, một mối liên hệ, một nguyên lí nào đĩ, cho phép đề xuất một kết luận mới hoặc xác minh một giả thuyết, một phỏng đốn khoa học nào đĩ) thì phương pháp nhận thức trong trường hợp này được gọi là PPTN. Cịn theo tác giả Nguyễn Đức Thâm và Nguyễn Ngọc Hưng thì phân biệt PPTN theo nghĩa rộng và nghĩa hẹp. Theo nghĩa rộng, PPTN cĩ thể bao gồm những ý tưởng ban đầu của các nhà khoa học cho đến kết luận cuối cùng. Theo nghĩa hẹp, PPTN cĩ thể hiểu như sau: Từ lý thuyết đã biết suy ra hệ quả và dùng thí nghiệm để kiểm tra hệ quả. Các nhà VLTN khơng nhất thiết phải tự mình xây dựng giả thuyết mà giả thuyết đĩ đã cĩ người khác đề ra rồi nhưng chưa kiểm tra được. Nhiệm vụ của nhà VLTN lúc này là từ giả thuyết đã cĩ suy ra hệ quả cĩ thể kiểm tra được và tìm cách bố trí thí nghiệm khéo léo, tinh vi để quan sát hiện tượng do lý thuyết dự đốn và thực hiện các phép đo chính xác. PPTN cĩ thể hiểu theo nghĩa rộng hoặc nghĩa hẹp tùy theo quan điểm của mỗi người xem xét, gắn với lịch sử VL học, cũng như tùy theo mục đích cụ thể của người vận dụng nĩ trong dạy học ở các bậc học khác nhau. Nhưng dù phát biểu theo cách nào thì các yếu tố cơ bản của PPTN trong nghiên cứu khoa học cũng bao gồm: – Vấn đề cần giải đáp hoặc giả thuyết cần kiểm tra. – Xử lý một giả thuyết để cĩ thể đưa nĩ vào kiểm tra bằng TN. – Xây dựng (thiết kế) phương án thí nghiệm cho phép thu lượm thơng tin cần thiết cho sự xác lập giả thuyết hoặc kiểm tra giả thuyết. – Tiến hành thí nghiệm và ghi nhận kết quả. – Phân tích kết quả và kết luận. 15 1.3. Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí 1.3.1. Sự chuyển hĩa của phương pháp nhận thức khoa học thành phương pháp dạy học [6] Khi nghiên cứu lịch sử phát sinh và phát triển của PPDH, Nguyễn Ngọc Quang đã phát hiện ra quy luật là các PPDH đều cĩ nguồn gốc là những phương pháp khoa học tương ứng. Hay nĩi cách khác: “Bất cứ phương pháp khoa học nào cũng cĩ thể chuyển hĩa thành PPDH nĩi chung thơng qua các điều kiện”. Đồng thời ơng cũng nêu khả năng cĩ thể chuyển hĩa phương pháp nhận thức khoa học bộ mơn thành PPDH bộ mơn: “Phương pháp khoa học bộ mơn đã dần chuyển hĩa thành PPDH bộ mơn đĩ; trong sự chuyển hĩa này, phương pháp khoa học dần dần biến đổi cho phù hợp với đặc điểm của chủ thể HS và những điều kiện của quá trình dạy học”. Như vậy, PPTN trong nghiên cứu khoa học VL cĩ thể chuyển hĩa thành PPTN trong DHVL. 1.3.2. Các giai đoạn của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí [4], [6], [14], [22] Ở nước ta, việc áp dụng PPTN trong DHVL đã trở thành tư tưởng chỉ đạo của các nhà sư phạm. Ngay từ lớp 6, 7, 8 theo chương trình mới, các tác giả SGK VL đã biên soạn một số bài học theo hướng bồi dưỡng cho HS PPTN. Vì vậy, phỏng theo các giai đoạn của PPTN trong nghiên cứu khoa học VL, GV cĩ thể hướng dẫn cho HS hoạt động nhận thức theo các giai đoạn của PPTN như sau: Làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu (câu hỏi cần trả lời) Đề xuất giả thuyết Suy luận logic từ giả thuyết ra hệ quả kiểm tra được bằng TN Kiểm tra hệ quả bằng TN (bao gồm: thiết kế phương án TN, lập kế hoạch TN, bố trí TN, tiến hành TN thu thập dữ liệu, xử lý kết quả TN) Vận dụng kiến thức Kinh nghiệm sống, quan sát tự nhiên, TN, bài tập, truyện kể lịch sử… 16 Giai đoạn 1: GV mơ tả một hồn cảnh thực tiễn hay biểu diễn một vài thí nghiệm và yêu cầu các em dự đốn diễn biến của hiện tượng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập một mối quan hệ nào đĩ, tĩm lại là nêu lên một câu hỏi mà HS chưa biết câu trả lời, cần phải suy nghĩ tìm tịi mới trả lời được. Giai đoạn 2: GV hướng dẫn, gợi ý cho HS xây dựng một câu trả lời dự đốn ban đầu, dựa vào sự quan sát tỉ mỉ kỹ lưỡng vào kinh nghiệm bản thân, vào những kiến thức đã cĩ… (ta gọi là xây dựng giả thuyết). Những dự đốn này cĩ thể cịn thơ sơ, cĩ vẻ hợp lý nhưng chưa chắc chắn. Giai đoạn 3: Từ giả thuyết dùng suy luận lơgic hay suy luận tốn học suy ra một hệ quả: Dự đốn một hiện tượng trong thực tiễn, một mối quan hệ giữa các đại lượng VL. Giai đoạn 4: Xây dựng và thực hiện một phương án thí nghiệm để kiểm tra xem hệ quả dự đốn ở trên cĩ phù hợp với kết quả TN khơng. Nếu phù hợp thì giả thuyết trên trở thành chân lý, nếu khơng phù hợp thì phải xây dựng giả thuyết mới. Giai đoạn 5: Ứng dụng kiến thức. HS vận dụng kiến thức để giải thích hay dự đốn một số hiện tượng trong thực tiễn, để nghiên cứu các thiết bị kỹ thuật. Thơng qua đĩ, trong một số trường hợp, sẽ đi tới giới hạn áp dụng của kiến thức và xuất hiện mâu thuẫn nhận thức mới cần giải quyết. Khái niệm “vấn đề” dùng để chỉ một khĩ khăn, một nhiệm vụ nhận thức mà HS khơng thể dùng tư duy tái hiện đơn thuần các kiến thức, kĩ năng, cách thức hành động đã cĩ mà phải tìm tịi sáng tạo mới giải quyết được và khi giải quyết được thì HS đã thu được kiến thức, kĩ năng, cách thức hành động mới. Vấn đề là một câu hỏi về một cái chưa biết, câu trả lời là một cái mới, chứ khơng phải là câu hỏi chỉ đơn thuần yêu cầu nhớ lại những kiến thức đã cĩ. Tình huống cĩ vấn đề là tình huống trong đĩ xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà HS cảm thấy với khả năng của mình thì cĩ thể giải quyết được nên kích thích hoạt động nhận thức tích cực của HS. Cĩ nhiều cách tạo tình huống cĩ vấn đề: từ kinh nghiệm sống, quan sát tự nhiên, thí nghiệm, giải bài tập VL, kể chuyện lịch sử… Ví dụ: Thí nghiệm đơn giản về sự rơi nhanh khác nhau của hai tờ giấy giống nhau nhưng một tờ được vo trịn, cịn tờ kia được để nguyên mâu thuẫn với kinh nghiệm sẵn cĩ của HS (ảnh hưởng của lực cản khơng khí lên sự rơi của các vật). 17 Giả thuyết là câu trả lời cĩ tính chất dự đốn cho câu hỏi đã nêu ra. Dự đốn này cĩ thể cịn thơ sơ nhưng cĩ căn cứ, cĩ lí lẽ, cĩ vẻ hợp lí nhưng chưa chắc chắn. Cĩ nhiều cách đề xuất giả thuyết: – Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã cĩ Ví dụ: Dựa vào kinh nghiệm về tác dụng của lực lên cánh cửa ra vào quanh bản lề, HS đề xuất giả thuyết: Tác dụng làm quay vật của lực tỉ lệ với độ lớn F của lực và khoảng cách l từ điểm đặt của lực tới trục quay (~ Fl) – Dựa vào sự tương tự, dựa vào phép ngoại suy Ví dụ: Khi xét xem chuyển động rơi tự do của một vật thuộc loại chuyển động nào, sử dụng phép ngoại suy từ quy luật đã biết về chuyển động thẳng nhanh dần đều của một vật trên mặt phẳng nghiêng (gĩc nghiêng của mặt phẳng 0 < α < 900) cho trường hợp giới hạn (α = 900) để đưa ra giả thuyết: Chuyển động rơi tự do của vật là chuyển động thẳng nhanh dần đều. Trong chương trình VL phổ thơng, các mối liên hệ định lượng giữa hai đại lượng thường gặp là bằng nhau, tỉ lệ thuận, tỉ lệ nghịch, tỉ lệ nghịch bậc hai, hàm số bậc nhất, tỉ lệ theo hàm số sin, sự bảo tồn của một đại lượng. Để HS cĩ thể đề xuất được dự đốn về mối liên hệ định lượng giữa hai đại lượng, cần tiến hành thí nghiệm với một số phép đo nhất định. 1.3.3. Vai trị của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí ở phổ thơng [24] Vật lí học ở phổ thơng chủ yếu là VLTN, nĩ giúp: – Kích thích hoạt động học tập của HS bằng những tình huống cĩ vấn đề. – Rèn luyện tư duy, trực giác nhạy bén, ĩc sáng tạo cho HS khi tham gia giải quyết các tình huống nhờ các kiến thức đã biết, kinh nghiệm, kĩ năng đã cĩ, so sánh tình huống mới với các tình huống khác đã biết… Biết tìm tịi ý tưởng ban đầu (giả thuyết) để tìm lời giải đáp là kết luận cuối cùng (kết luận khoa học), biết kết hợp nhiều phương pháp nhận thức trong một quá trình nhận thức giải quyết vấn đề. – HS biết kết hợp nhuần nhuyễn giữa quan sát, thí nghiệm và suy luận lí thuyết để đạt được sự thống nhất giữa lí luận và thực tiễn. – HS rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành thí nghiệm sẽ hổ trợ rất tốt cho việc phát hiện những đặc tính, quy luật của tự nhiên, kiểm tra sự đúng đắn của các kiến thức lí thuyết. 18 1.3.4. Các mức độ sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí [22] Những bài học mà HS cĩ thể tham gia đầy đủ vào cả 5 giai đoạn trên khơng nhiều. Đĩ là những bài mà việc xây dựng giả thuyết khơng địi hỏi một sự phân tích quá phức tạp và cĩ thể kiểm tra giả thuyết bằng những thí nghiệm đơn giản sử dụng những dụng cụ đo lường mà HS đã quen thuộc. Ví dụ: Định luật về sự rơi tự do, định luật III Niutơn, quy tắc mơmen về cân bằng của vật rắn quay quanh một trục… Giai đoạn 1 Mức độ 1: HS tự lực phát hiện vấn đề, nêu câu hỏi. GV giới thiệu hiện tượng xảy ra đúng như thường thấy trong tự nhiên để cho HS tự lực phát hiện những tính chất hay những mối quan hệ đáng chú ý cần nghiên cứu. Ví dụ: Cho HS quan sát sự rơi của nhiều vật khác nhau như hịn gạch, tờ giấy, cái lá, hịn bi, cái lơng chim. Những câu hỏi mà HS đã quen nêu ra là: nguyên nhân nào khiến cho các vật rơi khác nhau? Sự rơi của các vật cĩ gì giống nhau khơng? Mức độ 2: GV tạo ra một hồn cảnh đặc biệt trong đĩ xuất hiện một hiện tượng mới lạ, lơi cuốn sự chú ý của HS, gây cho họ sự ngạc nhiên, sự tị mị; từ đĩ HS nêu ra một vấn đề, một câu hỏi cần giải đáp. Ví dụ: Dao chém gỗ thì gỗ đứt, cũng dao đĩ chém vào đá thì dao mẻ, vậy giữa lực của dao tác dụng vào gỗ (hay đá) và lực của gỗ (hay đá) tác dụng vào dao lực nào lớn hơn? Mức độ 3: GV nhắc lại một vấn đề, một hiện tượng đã biết và yêu cầu HS phát hiện xem trong vấn đề hay hiện tượng đã biết, cĩ chỗ nào chưa được hồn chỉnh, đầy đủ cần tiếp tục nghiên cứu. Ví dụ: Sau khi đã học định luật cảm ứng điện từ, đã biết điều kiện phát sinh ra dịng điện cảm ứng, GV yêu cầu HS xem muốn biết đầy đủ hơn về dịng điện cảm ứng cịn phải xét vấn đề gì nữa? HS dựa vào hiểu biết đã cĩ về dịng điện, sẽ cĩ thể đề xuất hai câu hỏi mới: Độ lớn của dịng điện cảm ứng phụ thuộc những yếu tố nào? Chiều của dịng điện cảm ứng được xác định như thế nào? Giai đoạn 2 Risa Fâyman cho rằng “Các định luật VL cĩ nội dung rất đơn giản, nhưng biểu hiện của chúng trong thực tế lại rất phức tạp”. Bởi vậy, từ sự phân tích các hiện 19 tượng thực tế đến việc dự đốn những mối quan hệ đơn giản nêu trong các định luật là cả một nghệ thuật. Cần phải làm cho HS quen dần. Mức độ 1: Dự đốn định tính: Trong những hiện tượng thực tế phức tạp, dự đốn về nguyên nhân chính, mối quan hệ chính chi phối hiện tượng. Cĩ thể cĩ rất nhiều dự đốn mà ta sẽ phải lần lượt tìm ra cách bác bỏ. Ví dụ: Trường hợp định luật cảm ứng điện từ, cĩ thể bắt đầu từ dự đốn dựa trên sự quan sát đơn giản: chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây; sau đĩ xây dựng dự đốn địi hỏi sự phân tích tỉ mỉ hơn: sự biến thiên từ thơng qua ống dây. Mức độ 2: Dự đốn định lượng: Những quan sát đơn giản khĩ cĩ thể dẫn tới một dự đốn về mối quan hệ hàm số, định lượng giữa các đại lượng VL biểu diễn các đặc tính của sự vật, các mặt của hiện tượng. Nhưng các nhà VL nhận thấy rằng: những mối quan hệ định lượng đĩ thường được biểu diễn bằng một số ít hàm số đơn giản như tỉ lệ thuận, tỉ lệ nghịch, hàm số bậc nhất, hàm số bậc hai, hàm số lượng giác… Việc dự đốn định lượng cĩ thể dựa trên một số cặp số liệu được biểu diễn trên đồ thị, dựa trên dạng của đồ thị mà dự đốn mối quan hệ giữa hai đại lượng. Ví dụ: Dự đốn áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích đối với một lượng khí xác định, ở nhiệt độ khơng đổi. Trường hợp định luật nêu lên mối quan hệ giữa ba đại lượng thì thơng thường giữ một đại lượng khơng đổi, xét mối quan hệ giữa hai đại lượng kia rồi tổng hợp kết quả trong một cơng thức. Ví dụ: Định luật II Niutơn: F ma=r r , định luật Ơm cho một đoạn mạch: UI R = . Mức độ 3: Những dự đốn địi hỏi một sự quan sát chính xác, tỉ mỉ, một sự tổng hợp nhiều sự kiện TN, khơng cĩ điều kiện thực hiện ở trên lớp. GV dùng phương pháp kể chuyện lịch sử để giới thiệu các giả thuyết mà các nhà bác học đã đưa ra. Ví dụ: Trường hợp định luật vạn vật hấp dẫn… Giai đoạn 3 Việc suy ra hệ quả được thực hiện bằng suy luận lơgic hay suy luận tốn học. Thơng thường ở trường phổ thơng các phép suy luận này khơng quá khĩ. Vì biểu hiện trong thực tế của các kiến thức VL rất phức tạp, cho nên điều khĩ khăn là hệ quả suy ra phải đơn giản, cĩ thể quan sát, đo lường được trong thực tế. 20 Mức độ 1: Hệ quả cĩ thể quan sát, đo lường trực tiếp. HS cĩ thể bố trí lắp đặt các dụng cụ thiết bị để tiến hành các thí nghiệm để kiểm tra sự đúng đắn của các hệ quả. Ví dụ: Hệ quả suy ra từ các giả thuyết về mối quan hệ giữa thể tích, áp suất và nhiệt độ của một lượng khí cĩ thể đo trực tiếp bằng các dụng cụ: bình chia độ, áp kế, nhiệt kế. Mức độ 2: Hệ quả khơng quan sát được trực tiếp bằng các dụng cụ đo mà phải tính tốn gián tiếp qua việc đo các đại lượng khác. Ví dụ: Giả thuyết về sự bảo tồn động luợng trong tương tác giữa hai vật khơng trực tiếp kiểm tra được bằng một dụng cụ đo động lượng mà phải tính tốn gián tiếp qua việc đo khối lượng và đo vận tốc. Mức độ 3: Hệ quả suy ra trong điều kiện lý tưởng. Cĩ nhiều trường hợp, hiện tượng thực tế bị chi phối bởi rất nhiều yếu tố tác động khơng thể loại trừ được, nhưng ta chỉ xét quan hệ giữa một số rất ít yếu tố; như vậy, hệ quả suy ra từ giả thuyết chỉ là gần đúng. Ví dụ: Trường hợp định luật bảo tồn năng lượng, ta khơng thể thực hiện được hệ cơ lập như nêu trong giả thuyết. Giai đoạn 4 Việc bố trí thí nghiệm kiểm tra thực chất là tạo ra những điều kiện đúng như những điều kiện đã nêu trong việc suy ra hệ quả. Mức độ 1: Thí nghiệm đơn giản, HS đã biết cách thực hiện các phép đo, sử dụng các dụng cụ đo. GV tạo điều kiện để HS tự làm thí nghiệm. Ví dụ: Thí nghiệm đo nhiệt lượng do dịng điện tỏa ra Q = RI2t. Mức độ 2: HS đã biết nguyên tắc đo các đại lượng nhưng việc bố trí thí nghiệm cho sát với các điều kiện lý tưởng cĩ khĩ khăn. GV phải giúp đỡ bằng cách giới thiệu phương án làm để HS thực hiện. Ví dụ: Cách tạo ra hai vật tương tác cơ lập khi xây dựng định luật bảo tồn động lượng: phải cho hệ hai vật chuyển động trong khơng khí, trên đệm khơng khí hoặc trên bánh xe cĩ ma sát lăn rất nhỏ. Mức độ 3: Cĩ nhiều trường hợp thí nghiệm kiểm tra là những thí nghiệm kinh điển rất phức tạp và tinh tế, khơng thể thực hiện ở trường phổ thơng. Trong trường 21 hợp này, GV mơ tả cách bố trí thí nghiệm rồi thơng báo kết quả các phép đo để HS gia cơng các số liệu, rút ra kết luận hoặc GV thơng báo cả kết luận. Ví dụ: Thí nghiệm kiểm tra định luật vạn vật hấp dẫn trên cân xoắn, thí nghiệm kiểm tra cơng thức của lực tương tác giữa hai điện tích điểm. Giai đoạn 5 Những ứng dụng của các định luật thường cĩ ba dạng: giải thích hiện tượng, dự đốn hiện tượng và chế tạo thiết bị đáp ứng một yêu cầu của đời sống, sản xuất. Mức độ 1: Ứng dụng trong đĩ HS chỉ cần vận dụng định luật VL để làm sáng tỏ nguyên nhân của hiện tượng hoặc tính tốn trong điều kiện lý tưởng như vật chỉ bị chi phối bởi vài định luật đang nghiên cứu. Đĩ cĩ thể là vài bài tập do GV nghĩ ra, chứ khơng cĩ ý nghĩa trong đời sống hay sản xuất hàng ngày. Ví dụ: Tính cường độ dịng điện qua các điện trở của một mạch điện mắc theo một sơ đồ nào đĩ. Mức độ 2: Xét một ứng dụng kỹ thuật đã được đơn giản hĩa để cĩ thể chỉ cần áp dụng một vài định luật VL. Ví dụ: Tính lực phát động của đầu máy ơ tơ để xe cĩ khối lượng m cĩ thể chuyển động nhanh dần đều với gia tốc a trên đường nằm ngang cĩ hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường là μ. Mức độ 3: Xét một ứng dụng kỹ thuật trong đĩ khơng chỉ áp dụng các định luật VL mà cịn cần phải cĩ những giải pháp đặc biệt để làm cho các hiện tượng VL cĩ hiệu quả cao, sao cho thiết bị được sử dụng thuận tiện trong đời sống và sản xuất. Trong loại ứng dụng này, HS khơng những phải vận dụng những định luật VL vừa được thiết lập mà cịn phải vận dụng tổng hợp những hiểu biết, những kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác nhau của VL. Ví dụ: Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để cĩ thể chế tạo ra được một máy phát điện sản xuất ra dịng điện cĩ cường độ đủ mạnh dùng trong đời sống và sản xuất. Ngồi các kiến thức về nguyên nhân của dịng điện cảm ứng, cịn cần biết cách bố trí sao cho khung dây quay trong từ trường, dùng các cổ gĩp để lấy dịng điện ra ngồi mà khơng làm cho dây bị xoắn đứt, dùng lõi sắt để tăng thêm độ từ thẩm, dùng các là sắt ghép cách điện làm lõi để tránh dịng Fucơ… 22 Tĩm lại, việc thực hiện đầy đủ các giai đoạn ở các mức độ khác nhau là cần thiết nhưng khơng hồn tồn phải nhất thiết đối với tất cả khi dạy tất cả các kiến thức cụ thể. Cĩ nhiều trường hợp ta cĩ thể bỏ qua giai đoạn này hay giai đoạn khác nhưng cấu trúc tổng thể vẫn khơng ảnh hưởng. Về cơ bản ta cần tuân thủ nguyên tắc thầy tổ chức trị tự lực xây dựng kiến thức, GV cĩ thể tiến hành thí nghiệm thay HS để khỏi mất thời gian vơ ích. 1.3.5. Phối hợp phương pháp thực nghiệm và các phương pháp nhận thức khác trong dạy học vật lí [22], [24] Dạy học các kiến thức VL bằng PPTN là một hướng ưu tiên ở trường phổ thơng. Để thực hiện mỗi giai đoạn của PPTN, địi hỏi phải cĩ suy nghĩ sáng tạo và cĩ kĩ năng, kĩ xảo về nhiều mặt. Bởi vậy, người GV phải tùy theo nội dung của mỗi kiến thức, tùy theo trình độ HS, tùy theo điều kiện trang bị ở trường phổ thơng mà vận dụng linh hoạt các mức độ sử dụng phương pháp này. Trong dạy học các định luật VL theo PPTN cĩ hai trường hợp đáng lưu ý sau đây: – Cĩ những định luật VLTN nhưng việc suy luận quá phức tạp hoặc những thí nghiệm quá tinh vi, khơng cĩ điều kiện thực hiện ở trường phổ thơng, GV cĩ thể dùng phương pháp kể chuyện lịch sử để HS biết cách giải quyết của các nhà bác học. – Cĩ những định luật trong lịch sử được phát minh bằng con đường TN nhưng ngày nay cĩ thể coi như hệ quả của một định luật, một lý thuyết khái quát hơn. Những suy luận này HS cĩ thể hiểu được. Bởi vậy, để rèn luyện khả năng suy luận sắc bén cũng như giảm bớt những khĩ khăn về việc tổ chức thực hiện các thí nghiệm phức tạp cho nên khơng dạy học những định luật đĩ hồn tồn theo PPTN mà chỉ sử dụng một yếu tố của PPTN là làm thí nghiệm kiểm tra minh họa kết luận thu được bằng suy luận lý thuyết. Trong khi áp dụng PPTN, thường phối hợp với các phương pháp nhận thức khác như phương pháp phân tích – tổng hợp, phương pháp quy nạp – diễn dịch, phương pháp khái quát hĩa – trừu tượng hĩa… Ví dụ: + Khi thành vấn đề nhận thức phải dùng phương pháp phân tích, phương pháp so sánh, phương pháp trừu tượng hĩa. 23 + Khi xây dựng giả thuyết phải dùng phương pháp suy luận, phương pháp tương tự, phương pháp mơ hình. + Khi xây dựng thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết phải dùng PP thí nghiệm tưởng tượng. + Khi xử lí các kết quả thí nghiệm phải dùng phương pháp quy nạp – diễn dịch. + Khi phát biểu thành kiến thức khoa học phải dùng phương pháp khái quát hĩa 1.3.6. Những sự chuẩn bị cần thiết để sử dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí [1], [13], [31] 1.3.6.1. Chuẩn bị nội dung dạy học Lựa chọn một lơgic nội dung bài học thích hợp. Phân chia bài học thành những vấn đề nhỏ, phù hợp với trình độ xuất phát của HS, xác định hệ thống những hành động học tập mà HS cĩ thể thực hiện được với sự cố gắng vừa sức. Xây dựng tình huống cĩ vấn đề tương ứng với mỗi nội dung kiến thức cần xây dựng trong bài học. Thơng thường căn cứ vào hoạt động tìm tịi nghiên cứu của các nhà VL học về mỗi kiến thức mà tạo ra những tình huống, những điều kiện giúp HS cĩ thể tự lực hoạt động giải quyết vấn đề. GV cần tự lực hoạt động, sáng tạo ra những tình huống thích hợp để hướng dẫn HS tìm tịi khám phá theo khả năng của mình. 1.3.6.2. Chuẩn bị thí nghiệm vật lí a) Sử dụng thí nghiệm để phát hiện vấn đề + Dùng thí nghiệm để tạo ra vấn đề mới. – Thí nghiệm phải đơn giản tạo ra hiện tượng dễ quan sát khơng bị nhiều yếu tố gây nhiễu. – Hiện tượng tạo ra trong thí nghiệm phải gây ấn tượng mạnh cho HS. – Hiện tượng tạo ra trong thí nghiệm phải chứa đựng yếu tố trái với suy nghĩ thơng thường của HS. + Dẫn dắt HS phát hiện ra mâu thuẫn nhận thức. – GV phải nêu ra câu hỏi yêu cầu HS nhớ lại một kiến thức một hiện tượng nào đĩ nhằm khẳng định lại sự hiểu biết của HS sau đĩ đưa ra thí nghiệm tạo ra một hiện tượng mới trái với sự hiểu biết trước đĩ của HS, yêu cầu HS giải thích nguyên nhân. 24 – GV yêu cầu HS nhắc lại kiến thức cũ, vận dụng kiến thức cũ để dự đốn kết quả hiện tượng sẽ xảy ra. Sau đĩ GV đưa ra thí nghiệm để HS thấy hiện tượng khơng xảy ra như dự đốn, yêu cầu HS trả lời tại sao? b) Sử dụng thí nghiệm để giải quyết vấn đề Thí nghiệm cĩ vai trị quyết định trong việc đánh giá một dự đốn là đúng hay sai. Thí nghiệm trong giai đoạn này cần thỏa mãn các yêu cầu sau: – Hiện tượng mà thí nghiệm tạo ra do nguyên nhân chính rõ rệt cĩ thể dùng làm cơ sở để dự đốn. – Lập luận từ dự đốn đến hệ quả càng ít giai đoạn trung gian càng tốt. – Hiện tượng tạo ra trong thí nghiệm càng dễ quan sát trực tiếp càng tốt. Tìm hiểu các phương án thí nghiệm cĩ thể sử dụng trong bài học, lựa chọn phương án khả thi phù hợp với trình độ HS, cơ sở vật chất hiện cĩ của nhà trường. 1.3.6.3. Những hoạt động chủ yếu của giáo viên – Xây dựng tình huống cĩ vấn đề. – Lựa chọn một lơgic nội dung bài học thích hợp. – Rèn luyện cho HS kĩ năng thực hiện những thao tác cơ bản. – Lựa chọn và cung cấp cho HS những phương tiện, cơng cụ cần thiết để thực hiện các thao tác. – Định hướng hành động tư duy HS theo các giai đoạn của PPTN. 1.3.6.4. Những kĩ năng cần thiết chuẩn bị cho học sinh a) Kĩ năng đưa ra dự đốn và kĩ năng đề xuất phương án thí nghiệm. b) Kĩ năng bố trí tiến hành thí nghiệm, thực hiện các phép đĩ cơ bản, thu thập thơng tin cần thiết. – Xác định mục đích thí nghiệm. – Dự kiến bố trí thí nghiệm. – Kĩ năng thực hiện các phép đo cơ bản. – Kĩ năng làm thay đổi các yếu tố tác động theo ý định cĩ trước. – Kĩ năng thu thập thơng tin. c) Kĩ năng xử lí thơng tin – Sử dụng các phương pháp suy luận logic để xử lí thơng tin. – Sử dụng suy luận tốn học. 25 1.3.7. Ưu điểm và hạn chế của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí [10] 1.3.7.1. Ưu điểm của phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lí – Phát huy tính tích cực, chủ động trong học tập cho HS, năng lực tư duy của HS một khi được khơi dậy sẽ giúp HS thích thú và trở nên tự giác trong học tập. – Hình thành và rèn luyện cho HS con đường nhận thức tìm tịi sáng tạo, trong đĩ địi hỏi ở HS khả năng khái quát hố rất cao ở bước đề ra giả thuyết cĩ thể kiểm tra trực tiếp hoặc gián tiếp bằng thí nghiệm. – Trong quá trình nhận thức loại này, thực tiễn là điểm xuất phát và đồng thời là tiêu chuẩn của chân lí. – Việc thiết kế thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết hoặc kiểm tra hệ quả được suy ra từ giả thuyết là một quá trình đỏi hỏi sự sáng tạo đáng kể ở HS. – Quá trình đề xuất giả thuyết cũng như đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết là những cơ hội rất tốt ._. Xác định độ biến thiên động lượng của hai vật? ……………………………………………………………………………………… b) So sánh độ biến thiên động lượng của hai vật? ……………………………………………………………………………………… c) So sánh tổng động lượng của hệ trước và sau va chạm? ……………………………………………………………………………………… Câu 6: Trong một hệ kín gồm hai vật tương tác với nhau, em cĩ nhận xét gì về tổng động lượng của hệ trước và sau tương tác? ……………………………………………………………………………………… Câu 7: Hãy đề xuất một phương án thí nghiệm để kiểm chứng nhận xét trên? ……………………………………………………………………………………… Câu 8: Hãy phát biểu nội dung định luật bảo tồn động lượng cho hệ kín? ……………………………………………………………………………………… Câu 9: Trong bĩng đá, khi người thủ mơn bắt một quả bĩng sút rất căng, người đĩ phải làm động tác kéo dài thời gian bĩng chạm tay mình (thu bĩng vào bụng). Hãy giải thích tại sao? ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Câu 10: Một vật cĩ khối lượng m1 chuyển động với vận tốc 1v r trên mặt phẳng ngang nhẵn, đến va chạm với vật cĩ khối lượng m2 đứng yên. Sau va chạm, hai vật dính vào nhau và cùng chuyển động với vận tốc vr . Xác định vận tốc vr . ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… b) Học sinh - Ơn lại kiến thức định luật II, III Niu-tơn và cơng thức gia tốc. 117 5. Các câu hỏi và kết luận tương ứng với từng đơn vị kiến thức Câu hỏi 1: Thế nào là hệ kín? Lấy ví dụ về hệ kín? Kết luận 1: Một hệ vật được gọi là kín nếu chỉ cĩ những lực của các vật trong hệ tác dụng lẫn nhau (gọi là nội lực) mà khơng cĩ tác dụng của những lực từ bên ngồi hệ (gọi là ngoại lực); hoặc nếu cĩ thì các lực này phải triệt tiêu lẫn nhau. Ví dụ: Hệ vật – Trái đất cĩ thể coi là một hệ kín Câu hỏi 2: Dưới tác dụng của xung lượng của lực F r lên một vật, đại lượng nào đặc trưng cho trạng thái chuyển động của vật bị biến đổi? Kết luận 2: Dưới tác dụng của xung lượng của lực F r , tích mvr biến đổi. Gọi đại lượng p mv=r r là động lượng của vật. Độ biến thiên động lượng của vật trong một khoảng thời gian nào đĩ bằng xung lượng của lực trong khoảng thời gian đĩ. Dạng khác của định luật II Niu-tơn: p F tΔ = Δrr Câu hỏi 3: Trong hệ kín gồm hai vật tương tác với nhau, tổng động lượng của hệ trước tương tác và sau tương tác cĩ thay đổi khơng? Kết luận 3: Trong hệ kín, động lượng của mỗi vật biến đổi nhưng tổng động lượng của cả hệ trước tương tác và sau tương tác khơng thay đổi. Câu hỏi 4: Phát biểu định luật bảo tồn động lượng cho hệ kín và viết phương trình cho trường hợp hệ cĩ hai vật? Kết luận 4: Vectơ tổng động lượng của hệ kín được bảo tồn. =r r 'p p Trường hợp hệ cĩ hai vật: 1 1 2 2 1 1 2 2 ' 'm v m v m v m v+ = +r r r r 6. Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học cụ thể Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ. Đề xuất vấn đề (…phút) + Khi nghiên cứu chuyển động của một hệ vật dưới tác dụng của các lực. Mỗi vật cĩ thể chịu tác dụng của các vật ở trong hệ và từ các vật ngồi hệ. Giải bài tốn như vậy sẽ 118 rất phức tạp. Bài tốn sẽ đơn giản hơn nếu hệ mà ta nghiên cứu là hệ kín (hay hệ cơ lập). Khi khảo sát hệ kín, người ta thấy cĩ một số đại lượng VL đặc trưng cho trạng thái của hệ được bào tồn, nghĩa là chúng cĩ giá trị khơng đổi theo thời gian. Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu một số đại lượng bảo tồn đĩ. V Viết biểu thức định luật II Niu-tơn dưới dạng thể hiện mối liên hệ giữa lực tác dụng vào khối lượng và vận tốc của vật? V Phát biểu và viết biểu thức của định luật III Niu-tơn? Ư Chiếu thí nghiệm 1: Chuyển động của tên lửa trong khơng gian Đặt vấn đề: Tại sao tên lửa lại bay được trong khơng gian, khi bay khĩi lại phụt ra phía sau? → Bài mới: Định luật bảo tồn động lượng Trả lời: 0v vF ma m t −= = Δ r rr r Trả lời: Khi vật A tác dụng lên vật B một lực thì vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối - cùng giá, cùng độ lớn, ngược chiều. 12 21F F= − r r Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm hệ kín (…phút) + GV thơng báo khái niệm hệ kín V Hệ vật và trái đất cĩ phải là hệ kín khơng? Vì sao? + Trong thực tế, trên trái đất khĩ cĩ thể thực hiện được một hệ tuyệt đối kín vì khơng thể nào triệt tiêu được hồn tồn lực ma sát, các lực cản, lực hấp dẫn. Nhưng nếu các lực đĩ rất nhỏ thì một cách gần đúng ta cĩ thể coi hệ vật và trái đất là hệ kín. Trả lời: Hệ vật và trái đất khơng phải là hệ kín vì vẫn cĩ các lực hấp dẫn từ các thiên thể khác trong vũ trụ. 119 V Hệ vật chuyển động khơng ma sát trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang cĩ phải phải là hệ kín khơng? Gợi ý: Xét tổng các ngoại lực tác dụng Ư Chiếu thí nghiệm 2: Chuyển động viên bi trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang + Trong các vụ nổ, va chạm các nội lực xuất hiện thường rất lớn so với ngoại lực nên cĩ thể coi hệ vật gần đúng là kín trong khoảng thời gian ngắn xảy ra hiện tượng. Trả lời: là hệ kín vì các ngoại lực gồm trọng lực và phản lực của mặt phẳng ngang triệt tiêu lẫn nhau. Hoạt động 3: Xây dựng khái niệm động lượng, độ biến thiên động lượng (… phút) Ư Chiếu thí nghiệm 3: Thả viên bi từ những độ cao khác nhau đến va chạm vào viên bi cĩ khối lượng khác nhau Ư Chiếu thí nghiệm 4: Hịn bi-a đổi hướng khi va chạm vào thành bàn V Từ kết quả thí nghiệm, cho biết dưới tác dụng của lực F r trong thời gian Δt thì trạng thái của vật thay đổi như thế nào? Theo định luật II Niu-tơn thì ta cĩ biểu thức thế nào? + Vế phải F tΔr gọi là xung của lực, vế trái là độ biến thiên đại lượng mvr . Đại lượng mvr gọi là động lượng pr của vật. V Động lượng là gì? Biểu thức tính? Động lượng cĩ hướng thế nào? Đơn vị? Viết biểu thức độ biến thiên động lượng? Trả lời: Dưới tác dụng của lực F r trong thời gian Δt thì vận tốc của vật thay đổi từ 1v r thành 2v r và thu được gia tốc: 2 1v va t −= Δ r rr → 2 1mv mv F t− = Δ rr r Trả lời: Động lượng của một vật là đại lượng đo bằng tích khối lượng và vận tốc của vật. p mv=r r 120 + Động lượng đặc trưng cho sự truyền chuyển động giữa các vật tương tác. Khi một vật chịu tương tác thì động lượng của vật bị thay đổi. + Động lượng cùng hướng với hướng của vectơ vận tốc. + Đơn vị động lượng là: kg.m/s + Độ biến thiên động lượng: p F tΔ = Δrr Hoạt động 4: Xây dựng định luật bảo tồn động lượng (… phút) Tình huống cĩ vấn đề + Động lượng của một vật thay đổi khi chịu tác dụng của xung lượng của lực tác dụng lên vật. Vậy trong hệ kín, nếu hai vật tương tác với nhau thì tổng động lượng của hệ trước và sau tương tác thay đổi thế nào? V Cho hệ kín gồm hai vật cĩ khối lượng m1 và m2 tương tác với nhau. Ban đầu chúng cĩ vận tốc lần lượt là 1v r và 2v r . Sau thời gian tương tác là Δt, vận tốc biến đổi thành 1'vr và 2 'vr . a) Xác định độ biến thiên động lượng của hai vật? b) So sánh độ biến thiên động lượng của hai vật? c) So sánh tổng động lượng của hệ trước và sau va chạm? Gợi ý: - Vận dụng định luật II, III Niu-tơn cho hai vật. - So sánh tổng động lượng của hệ trước và sau va chạm Viết được biểu thức: 1 1 2 2 1 1 2 2 ' 'm v m v m v m v+ = +r r r r (1) → Vậy tổng động lượng của hệ trước và sau tương tác khơng thay đổi. 121 Hình thành giả thuyết V Trong một hệ kín gồm hai vật tương tác với nhau thì động lượng của mỗi vật và tổng động lượng của hệ thay đổi như thế nào? Thí nghiệm kiểm chứng + Bằng lí thuyết chúng ta đã chứng minh được tổng động lượng của hệ kín trước và sau tương tác là khơng thay đổi, muốn kết luận này trở thành kiến thức khoa học thì cần phải kiểm nghiệm bằng thực nghiệm. Hãy đề ra một phương án thí nghiệm để kiểm tra? V Nếu dựa vào phương án này thì đo vận tốc của vật trước và sau tương tác như thế nào? + Nhấn mạnh: Vận tốc cần đo là vận tốc tức thời ngay trước, ngay sau va chạm và phải xác định được đồng thời các vận tốc này của hai vật. Nếu chỉ dùng một đồng hồ hiện số thì khơng thể xác định được đồng thời vận tốc của cả hai vật ở cùng một thời điểm. → Ta xét trường hợp riêng cho vật 1 chuyển động đến va chạm vào vật 2 đứng yên và sau khi va chạm thì hai vật dính vào nhau cùng chuyển động. Tuy nhiên, với cách làm này khơng kiểm chứng trực tiếp được hệ thức (1) Trả lời: Khi hai vật tương tác thì động lượng của từng vật thì thay đổi nhưng tổng động lượng của hệ khơng thay đổi. - HS đưa ra các ý kiến riêng sau đĩ thảo thuận chung tồn lớp các ý kiến đề xuất - Xuất phát từ hệ thức (1) HS cĩ thể đề xuất phương án thí nghiệm: + Cho hai vật chuyển động va chạm vào nhau + Cân khối lượng của mỗi vật + Đo vận tốc của mỗi vật trước và sau tương tác Trả lời: Muốn xác định vận tốc của một vật ta cĩ thể dùng đồng hồ hiện số đo thời gian để một vật đi đều được quãng đường mà ta định trước. - Từ hệ thức (1) suy ra hệ quả cần kiểm tra bằng thí nghiệm: 1 1 2 2 1 1 2 2 ' 'm v m v m v m v+ = +r r r r Với 2 0v = rr và 1 2' ' 'v v v= =r r r → 1 1 1 2 '( )m v m m v= +r r 122 V Vậy cần phải kiểm nghiệm điều gì bằng thí nghiệm? + Vậy từ hệ thức (2), ta thấy cần phải đo 'v , v1 và cân khối lượng của mỗi vật, rồi so sánh 1 'v v với 1 1 2 m m m+ V Hãy nêu cách đo 'v và v1 bằng đồng hồ hiện số? + Thí nghiệm trên chỉ kiểm chứng được trường hợp xe 2 đứng yên trước va chạm và sau khi va chạm hai xe dính vào nhau cùng chuyển động. Trong trường hợp xe 2 trước va chạm cũng chuyển động và sau va chạm hai xe chuyển động với vận tốc khác nhau thì làm thế nào để kiểm nghiệm được kết luận đã rút ra? - Vậy điều cần kiểm nghiệm bằng thí nghiệm: 'vr cùng chiều 1v r 1 1 1 2 '( )m v m m v= + → 1 1 1 2 ' mv v m m = + (2) - HS thảo luận chung cả lớp và đưa ra ý kiến đúng là: + Cho xe 1 chuyển động qua cổng quang điện 1, đồng hồ cho biết thời gian chuyển động của xe 1 qua cổng quang điện này và từ đĩ xác định được 11 1 sv t = + Sau khi xe 1 va chạm và dính chặt vào xe 2 đứng yên, cả hai xe chuyển động qua cổng quang điện thứ 2, đồng hồ cho biết thời gian chuyển động của 2 xe và xác định được 2 2 ' sv t = + Chiều chuyển động của hai xe sau va chạm sẽ được quan sát trong thí nghiệm. → Nhận xét: Trong phạm vi sai số, các kết quả thí nghiệm cho thấy tổng động lượng của hệ gồm hai xe trước và sau tương tác là khơng thay đổi. 123 Ư Chiếu thí nghiệm 5: Thí nghiệm va chạm của hai xe để kiểm chứng định luật bảo tồn động lượng V Hãy tính tổng động lượng của hệ trước va chạm và tổng động lượng của hệ sau va chạm. So sánh độ lớn của các tổng động lượng đĩ? Kết luận + Như vậy so sánh kết quả thí nghiệm với kết quả suy ra bằng lí thuyết ta thấy trong hệ kín gồm 2 vật tương tác và cĩ các vận tốc cùng phương thì tổng các vectơ động lượng của các vật trước và sau tương tác bằng nhau: 1 1 2 2 1 1 2 2 ' 'm v m v m v m v+ = +r r r r V Hãy phát biểu nội dung định luật bảo tồn động lượng? Vận dụng Bài tốn: Một vật cĩ khối lượng m1 chuyển động với vận tốc 1v r trên mặt phẳng ngang nhẵn, đến va chạm với vật cĩ khối lượng m2 đứng yên. Sau va chạm, hai vật dính vào nhau và cùng chuyển động với vận tốc vr . Xác định vận tốc vr . Ư Chiếu thí nghiệm 6: Thí nghiệm va chạm của hai vật mà sau va chạm hai vật dính vào nhau cùng chuyển động V Giải thích nguyên tắc hoạt động của tên lửa? Nguyên tắc chuyển động của tên lửa cĩ khác với nguyên tắc chuyển động của diều khơng? Tính tốn và nêu được kết luận tổng động lượng của hệ trước va chạm bằng tổng động lượng của hệ sau va chạm Phát biểu: Vectơ tổng động lượng của hệ kín được bảo tồn 'p p=r r Trả lời: Áp dụng định luật bảo tồn động lượng cho hệ cơ lập gồm hai vật (m1, m2): 1 1 1 2( )m v m m v= +r r 1 1 1 2 m vv m m → = + rr Trả lời: Nguyên tắc hoạt động của diều là nhờ lực nâng của khơng khí tác dụng lên diều, cịn tên lửa bay lên được là bằng phản lực của nĩ. 124 Gợi ý: Giả sử ban đầu tên lửa đứng yên. Sau khi lượng khí khối lượng m phụt ra phía sau với vận tốc vr , thì tên lửa khối lượng M chuyển động với vận tốc V r . V Tìm vận tốc của tên lửa sau khi phụt khí? V Sau khi phụt khí tên lửa chuyển động theo hướng nào? V Nêu và giải thích chuyển động của súng sau khi bắn? Ư Chiếu thí nghiệm 7: Chuyển động của súng sau khi bắn Trả lời: Tên lửa là một hệ cơ lập nên động lượng của hệ được bảo tồn: 0mv MV+ = rrr mV v M → = −r r Trả lời: Từ cơng thức trên, V r ngược hướng với vr , nghĩa là tên lửa bay lên phía trước ngược hướng với khí phụt ra. Trả lời: Sau khi bắn súng bị giật lại phía sau. Coi súng và đạn là một hệ cơ lập. Động lượng ban đầu của hệ bằng khơng. Áp dụng định luật bảo tồn động lượng, khi bắn đạn bay về phía trước và súng bị giật lại phía sau. Hoạt động 5: Củng cố - Tổng kết bài học (… phút) + Nhắc lại các khái niệm động lượng, định luật bảo tồn động lượng + Về nhà làm các bài tập trong SGK và SBT. + Học bài và chuẩn bị bài mới: “Cơng và cơng suất” 125 PHỤ LỤC 2: CÁC BÀI KIỂM TRA KIỂM TRA 15 PHÚT VẬT LÍ 10 Họ và tên:…………………………………………Lớp:…… Câu 1 Câu 2 Câu 3 Câu 4 Câu 5 Câu 6 Câu 7 Câu 8 Câu 9 Câu 10 A B C D Câu 1: Đặt F r là hợp lực của tất cả các lực tác dụng vào vật cĩ khối lượng m. Định luật II Niu-tơn cĩ cơng thức: Fa m = r r . Tìm phát biểu SAI dưới đây trong vận dụng định luật. A. Áp dụng cho chuyển động rơi tự do ta cĩ cơng thức trọng lực P mg=r r . B. Vật chịu tác dụng của các lực luơn chuyển động theo chiều của hợp lực F r . C. Khối lượng m càng lớn thì càng khĩ thay đổi vận tốc. D. Nếu vật là chất điểm thì điều kiện cân bằng của vật là F 0= rr . Câu 2: Một lực F r cĩ độ lớn khơng đổi. Khi F r tác dụng vào vật cĩ khối lượng m1 thì gia tốc mà vật thu được là a1.Khi F r tác dụng vào vật cĩ khối lượng m2 thì gia tốc mà vật thu được là a2. Khi F r tác dụng vào vật cĩ khối lượng m3 = m1 + m2 thì gia tốc mà vật thu được là: A. (a1 + a2) B. 1 2 1 2 a a a a + C. 2 21 2a a+ D. 1 2 1 2 a a a a+ Câu 3: Bi (1) chuyển động thẳng đều với vận tốc v0 đến va chạm vào bi (2) đang nằm yên. Sau va chạm, bi (1) nằm yên và bi (2) chuyển động theo hướng của bi (1) với cùng vận tốc v0. Tỉ số các khối lượng của hai bi là: A. 2 1 m 1 m = B. 2 1 m 2 m = C. 2 1 m 1 m 2 = D. 2 1 m 3 m 2 = 126 Câu 4: Xe tải cĩ khối lượng 2000kg đang chuyển động thì hãm phanh và dừng lại sau khi đi thêm được quãng đường 9m trong 3s. Lực hãm cĩ độ lớn bằng bao nhiêu? A. 2000N B. 3000N C. 4000N D. 5000N Câu 5: Nếu một vật đang chuyển động cĩ gia tốc mà lực tác dụng lên vật giảm đi thì vật sẽ thu được gia tốc như thế nào? A. Lớn hơn C. Khơng thay đổi B. Nhỏ hơn D. Bằng 0 Câu 6: Trong một cơn lốc xốy, một hịn đá bay trúng vào một cửa kính, làm vỡ kính thì A. lực của hịn đá tác dụng vào tấm kính lớn hơn lực của tấm kính tác dụng vào hịn đá. B. lực của hịn đá tác dụng vào tấm kính bằng (về độ lớn) lực của tấm kính tác dụng vào hịn đá. C. lực của hịn đá tác dụng vào tấm kính nhỏ hơn lực của tấm kính tác dụng vào hịn đá. D. viên đá khơng tương tác với tấm kính khi làm vỡ kính. Câu 7: Khi một con ngựa kéo xe, lực tác dụng vào con ngựa làm nĩ chuyển động về phía trước là A. lực mà ngựa tác dụng vào xe. B. lực mà xe tác dụng vào ngựa. C. lực mà ngựa tác dụng vào mặt đất. D. lực mà mặt đất tác dụng vào ngựa. Câu 8: Một vật cĩ khối lượng 2kg chuyển động nhanh dần đều từ trạng thái nghỉ. Vật đi được 0,8m trong 0,5s. Gia tốc của vật và hợp lực tác dụng vào nĩ là bao nhiêu? A. 3,2m/s2 ; 6,4N C. 6,4m/s2 ; 12,8N B. 0,64m/s2 ; 1,2N D. 1,28m/s2 ; 2,4N Câu 9: Lực F r cĩ độ lớn khơng đổi tác dụng vào vật cĩ khối lượng m1 thì truyền cho vật gia tốc a. Thêm vào vật khối lượng m2 thì dưới tác dụng của lực F r gia tốc thu được bởi vật giảm 1/3 lần. So sánh m2 và m1 thì kết quả là: 127 A. m2 = m1 B. 12 2mm 3 = C. 12 mm 2= D. 1 2 3mm 2 = Câu 10: Xét một hệ gồm dây nhẹ treo quả cầu trọng lượng P r vào mốc O. Đặt T r và 'T r là các lực căng của dây ở hai đầu. Phương trình diễn tả sự cân bằng lực là: A. P T 0+ = rr r C. P T 0− = rr r B. 'T T 0+ = rr r D. 'P T 0− = rr r Đáp án kiểm tra 15 phút Câu 1 Câu 2 Câu 3 Câu 4 Câu 5 Câu 6 Câu 7 Câu 8 Câu 9 Câu 10 A X X B X X X C X X X D X X O 'T r T r P r 128 KIỂM TRA 1 TIẾT VẬT LÍ 10 Câu 1: (2,0đ) a) Phát biểu định luật bảo tồn động lượng và viết phương trình của định luật cho trường hợp hệ cĩ hai vật. b) Khi bắn súng, tại sao khẩu súng bị giật trở lại đằng sau? Chuyển động của súng cĩ phải là chuyển động bằng phản lực khơng? Câu 2: (2,0đ) a) Viết cơng thức tính cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường và cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. b) Trong quá trình con lắc đơn dao động, khi nào động năng chuyển hĩa thành thế năng, khi nào thế năng chuyển hĩa thành động năng? Vị trí nào thế năng cực đại, cực tiểu? Vị trí nào động năng cực đại, cực tiểu? Câu 3: (2,0đ) Một tên lửa khối lượng tổng cộng m = 500kg đang chuyển động với vận tốc v = 200m/s thì khai quả động cơ. Một lượng nhiên liệu khối lượng m = 50kg cháy và phụt tức thời ra phía sau với vận tốc v1 = 700m/s. a) Tính vận tốc tên lửa sau khi nhiên liệu cháy. b) Sau đĩ phần vỏ chứa nguyên liệu, khối lượng 50kg tách khỏi tên lửa chuyển động theo hướng cũ nhưng vận tốc giảm cịn 1/3. Tìm vận tốc phần tên lửa cịn lại. Câu 4: (3,0đ) Một lị xo cĩ chiều dài tự nhiên 15cm. Lị xo được nén lại tới lúc chỉ cịn dài 5cm. Độ cứng của lị xo k = 100N/m a) Một viên bi cĩ khối lượng 40g dùng làm đạn được cho tiếp xúc với lị xo bị nén. Khi bắn, lị xo truyền tồn bộ thế năng cho đạn. Tính vận tốc lúc bắn. b) Đan bắn théo phương ngang và lăn trên một mặt phẳng ngang nhẵn, sau đĩ đi lên một mặt nghiêng, gĩc nghiêng α = 300. Tính chiều dài lớn nhất mà đạn lăn được trên mặt nghiêng. c) Thực ra đạn chỉ lăn được trên mặt nghiêng ½ chiều dài tính được ở trên. Tính hệ số ma sát của mặt phẳng nghiêng. Câu 5: (1,0đ) Một con lắc đơn cĩ chiều dài l = 1,5m. Kéo cho dây làm với đường thẳng đứng một gĩc 600 rồi thả tự do. Tìm vận tốc của con lắc khi nĩ đi qua vị trí cân bằng. 129 Đáp án kiểm tra 1 tiết Câu 1: (2,0đ) a) - Vectơ tổng động lượng của hệ kín được bảo tồn. =r r 'p p (0,5đ) - Trường hợp hệ cĩ hai vật: 1 1 2 2 1 1 2 2 ' 'm v m v m v m v+ = +r r r r (0,5đ) b) - Hệ súng và đạn cĩ thể coi là một hệ kín, khi chưa bắn động lượng của hệ bằng khơng. Khi viên đạn bay ra khỏi nịng súng, để động lượng được bảo tồn thì súng phải chuyển động theo hướng ngược lại với viên đạn. Do đĩ, ta thấy súng giật lại đằng sau. (0,5đ) - Vì khối lượng của súng lớn hơn khối lượng của đạn rất nhiều nên vận tốc của súng nhỏ hơn của đạn rất nhiều. Chuyển động của súng được gọi là chuyển động bằng phản lực. (0,5đ) Câu 2: (2,0đ) a) – Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường: 2 1 2đ t W W W mv mgz= + = + (0,5đ) – Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi: 2 2 đ đ 2 2h mv kxW W W= + = + (0,5đ) b) – Khi con lắc chuyển từ vị trí A về vị trí C, vận tốc của nĩ tăng dần, độ cao của nĩ giảm dần, thế năng sẽ chuyển hĩa dần thành động năng. Tại A thế năng cực đại, động năng cực tiểu. (0,5đ) – Khi con lắc đi từ C đến B, vận tốc của nĩ giảm dần, độ cao tăng dần, động năng chuyển hĩa dần thành thế năng. Tại C động năng cực đại, thế năng cực tiểu, khi lên đến B động năng cực tiểu, thế năng cực đại. (0,5đ) 130 Câu 3: (2,0đ) Ta coi như tên lửa là một hệ kín khi chuyển động và áp dụng được định luật bảo tồn động lượng. a) Vận tốc tên lửa sau khi nhiên liệu cháy - Nhiên liệu cháy và phụt tức thời ra sau. Ta cĩ: 1 1 2 2mv m v m v= +r r r (1) (0,25đ) - Chiếu (1) lên phương chuyển động, theo hướng của vr : mv = - m1v1 + m2v2 (0,25đ) 1 1 2 2 500 200 50 700 300 450 . . /mv m vv m s m + +→ = = = (0,5đ) - Vậy vận tốc tên lửa sau khi nhiên liệu cháy là 300 m/s b) Vận tốc phần cịn lại - Phần vỏ m3 = 50 kg tách khỏi tên lửa. Ta cĩ: 2 2 3 3 4 4m v m v m v= +r r r (2) (0,25đ) - Chiếu (2) lên phương chuyển động, theo hướng của 2v r : m2v2 = m3v3 + m4v4 (0,25đ) 2 2 3 34 4 450 300 50 100 325 400 . . /m v m vv m s m − −→ = = = (0,5đ) Câu 4: (3,0đ) a) Vận tốc của đạn - Độ biến dạng (nén) của lị xo: x = 15 – 5 = 10 cm = 0,1 m (0,25đ) - Thế năng của lị xo bị nén: 2 21 1 100 0 1 0 5 2 2 . . , ,tW kx J= = = (0,25đ) - Áp dụng định luật bảo tồn cơ năng: 20 1 2 t mv W= (0,25đ) 0 2 2 0 5 5 0 04 . , / , tWv m s m → = = = (0,25đ) 131 b) Chiều dài lớn nhất trên mặt phẳng nghiêng - Chuyển động của đạn cĩ cơ năng bảo tồn: 20 1 2 mgh mv= (0,25đ) 2 2 0 5 1 25 2 2 10 , . vh m g → = = = (0,25đ) - Do đĩ: 1 25 2 5 0 5max , , sin , hs m= = =α (0,25đ) c) Hệ số ma sát - Độ cao tối đa thực mà đạn lên tới là: 2 ' hh = → 1 2 ' t tW W= (0,25đ) - Độ biến thiên cơ năng: ΔW = Ams → 2 20 01 14 2 ' maxmsmv mv F s− = − (0,25đ) Với cosmsF mg= μ α và 2 ' max max ss = ta suy ra: (0,25đ) 2 0 1 1 4 2 max cos .mv mg s= μ α (0,25đ) 2 2 0 5 1 2 2 10 2 5 30 3max cos . . , .cos v gs →μ = = =α (0,25đ) Câu 5: (1,0đ) - Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng - Cơ năng của con lắc ở vị trí biên cĩ gĩc lệch α: 1( os )W mgh mgl c= = − α (0,25đ) - Cơ năng của con lắc ở vị trí cân bằng: 2 0 2 mvW = (0,25đ) - Theo định luật bảo tồn cơ năng: 2 1 2 ( os ) mvmgl c− α = (0,25đ) → 2 1 2 10 1 5 1 60 3 87( os ) . . , ( cos ) , /v gl c m s= − α = − = (0,25đ) 132 PHỤ LỤC 3: PHIẾU ĐIỀU TRA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH Ý KIẾN CỦA GIÁO VIÊN KHI DẠY HỌC CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN” 1. Quý Thầy (Cơ) thường sử dụng phương pháp dạy học nào sau đây trong quá trình dạy học hai chương này: a. Phương pháp thuyết trình † b. Phương pháp đàm thoại † c. Phương pháp nêu và giải quyết vấn đề † d. Phương pháp thực nghiệm † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 2. Mức độ sử dụng phương pháp thực nghiệm trong quá trình dạy học hai chương này: a. Thường xuyên † b. Thỉnh thoảng † c. Rất ít † d. Khơng bao giờ † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 3. Đối với các bài học cĩ thí nghiệm quý Thầy (Cơ) thường: a. Làm thí nghiệm cho học sinh quan sát † b. Chỉ giới thiệu sơ qua thí nghiệm † c. Cho học sinh tiến hành thí nghiệm † d. Sử dụng thí nghiệm ảo và thí nghiệm mơ phỏng † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 4. Tác dụng của sử dụng máy vi tính trong quá trình dạy học hai chương này: a. Tạo hứng thú, tích cực trong học tập của học sinh † b. Giúp HS cĩ thể quan sát các thí nghiệm khơng thể thực hiện hay khĩ quan sát trong thực tế † c. Nâng cao chất lượng dạy học † d. Chỉ cĩ tác dụng thay thế phấn viết bảng † Ý kiến khác:……………………………………………………………... 133 5. Quý Thầy (Cơ) thường sử dụng máy vi tính và các phần mềm dạy học để: a. Thiết kế bài giảng điện tử † b. Thiết kế website † c. Thiết kế các thí nghiệm ảo và thí nghiệm mơ phỏng † d. Soạn giáo án † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 6. Mức độ tiếp thu kiến thức của học sinh khi được học hai chương này bằng các phương pháp dạy học: 10% - 30% 31% - 70% 71% - 100% a. Phương pháp thuyết trình † † † b. Phương pháp đàm thoại † † † c. Phương pháp nêu và giải quyết vấn đề † † † d. Phương pháp thực nghiệm † † † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 7. Khả năng làm bài tập của học sinh khi được học hai chương này bằng các phương pháp dạy học: 10% - 30% 31% - 70% 71% - 100% a. Phương pháp thuyết trình † † † b. Phương pháp đàm thoại † † † c. Phương pháp nêu và giải quyết vấn đề † † † d. Phương pháp thực nghiệm † † † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 8. Ý kiến của quý Thầy (Cơ) về việc nên sử dụng các phương pháp dạy học nào sau đây và mức độ sử dụng chúng trong quá trình dạy học hai chương này: Thường xuyên Thỉnh thoảng Khơng a. Phương pháp thuyết trình † † † b. Phương pháp đàm thoại † † † c. Phương pháp nêu và giải quyết vấn đề † † † d. Phương pháp thực nghiệm † † † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 134 9. Các kiến thức trong hai chương này: a. Trừu tượng, khĩ hiểu † b. Bình thường, vừa sức † c. Dễ hiểu † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 10. Ý kiến riêng của quý Thầy (Cơ) trong quá trình dạy học hai chương này: …………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….. Xin chân thành cảm ơn sự cộng tác của quý Thầy (Cơ). Kính chúc quý Thầy (Cơ) sức khỏe, hạnh phúc và thành cơng. Kết quả điều tra: a b c d Khác Câu 1 Câu 2 Câu 3 Câu 4 Câu 5 Câu 6 Câu 7 Câu 8 Câu 9 Câu 10 135 Ý KIẾN CỦA CÁC EM KHI HỌC CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” VÀ CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN” 1. Đối với các bài học cĩ thí nghiệm các Thầy (Cơ) thường: a. Làm thí nghiệm cho các em quan sát † b. Chỉ giới thiệu sơ qua thí nghiệm † c. Cho các em tiến hành thí nghiệm † d. Sử dụng thí nghiệm ảo và thí nghiệm mơ phỏng † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 2. Các Thầy (Cơ) thường sử dụng các phương pháp dạy học nào sau đây và mức độ sử dụng chúng trong quá trình dạy học hai chương này: Thường xuyên Thỉnh thoảng Khơng a. Phương pháp thuyết trình † † † b. Phương pháp đàm thoại † † † c. Phương pháp nêu và giải quyết vấn đề † † † d. Phương pháp thực nghiệm † † † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 3. Mức độ tiếp thu kiến thức của các em khi được học hai chương này bằng các phương pháp dạy học: 10% - 30% 31% - 70% 71% - 100% a. Phương pháp thuyết trình † † † b. Phương pháp đàm thoại † † † c. Phương pháp nêu và giải quyết vấn đề † † † d. Phương pháp thực nghiệm † † † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 4. Khả năng làm bài tập của các em khi được học hai chương này bằng các phương pháp dạy học: 10% - 30% 31% - 70% 71% - 100% a. Phương pháp thuyết trình † † † b. Phương pháp đàm thoại † † † c. Phương pháp nêu và giải quyết vấn đề † † † d. Phương pháp thực nghiệm † † † 136 Ý kiến khác:……………………………………………………………… 5. Các em muốn được học hai chương này bằng các phương pháp dạy học nào sau đây: Rất thích Bình thường Khơng a. Phương pháp thuyết trình † † † b. Phương pháp đàm thoại † † † c. Phương pháp nêu và giải quyết vấn đề † † † d. Phương pháp thực nghiệm † † † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 6. Các kiến thức trong hai chương này: a. Trừu tượng, khĩ hiểu † b. Bình thường, vừa sức † c. Dễ hiểu † Ý kiến khác:……………………………………………………………… 7. Ý kiến riêng của các em về quá trình dạy học hai chương này: …………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….. Kết quả điều tra: a b c d Khác Câu 1 Câu 2 Câu 3 Câu 4 Câu 5 Câu 6 Câu 7 137 PHỤ LỤC 4: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 138 PHỤ LỤC 5: BÀI LÀM CỦA HỌC SINH TRÊN PHIẾU HỌC TẬP ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN CƠ NĂNG Phiếu học tập Lớp:…… Nhĩm:…… Câu 1: Nhắc lại khái niệm cơ năng đã học ở lớp 8? …………………...…………………………………………………………………… …………………...…………………………………………………………………… Câu 2: Một vật cĩ khối lượng m rơi tự do từ độ cao z1 xuống độ cao z2 do trọng lực. Dùng định lí động năng và định lí thế năng tìm mối liên hệ giữa động năng và thế năng của vật ở các vị trí khác nhau? …………………...…………………………………………………………………… …………………...…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… - Em cĩ nhận xét gì về cơ năng của vật khi vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực? …………………...…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Câu 3: Hãy tìm phương án thí nghiệm để kiểm chứng nhận xét trên? …………………...…………………………………………………………………… …………………...…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Câu 4: Hãy phát biểu định luật bảo tồn cơ năng trong trường hợp trọng lực? …………………...…………………………………………………………………… …………………...…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Câu 5: Một vật được thả rơi tự do từ độ cao h xuống đất. Dùng định luật bảo tồn cơ năng cĩ tính được vận tốc của vật lúc chạm đất khơng? Nếu được hãy tính vận tốc đĩ? …………………...…………………………………………………………………… …………………...…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 139 Câu 6: Một vật cĩ khối lượng m gắn vào đầu một lị xo chuyển động từ vị trí cĩ độ biến dạng x1 đến vị trí cĩ độ biến dạng x2 do lực đàn hồi. Dùng định lí động năng và định lí thế năng tìm mối liên hệ giữa động năng và thế năng của vật ở các vị trí khác nhau? …………………...…………………………………………………………………… …………………...…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… - Em cĩ nhận xét gì về cơ năng của vật khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi? …………………...…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Câu 7: Hãy phát biểu định luật bảo tồn cơ năng trong trường hợp lực đàn hồi? …………………...…………………………………………………………………… …………………...…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Câu 8: Từ hai chuyển động vừa xét ở trên em cĩ nhận xét gì về cơ năng của vật khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực thế? …………………...…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Câu 9: Khi ngồi lực thế, vật cịn chịu tác dụng của những lực khơng phải là lực thế, ví dụ như lực ma sát, thì cơ năng của vật sẽ khơng bảo tồn. Khi đĩ độ biến thiên cơ năng của vật được xác định như thế nào? Cĩ mối liên hệ gì giữa độ biến thiên cơ năng với cơng của lực đĩ khơng? …………………...…………………………………………………………………… …………………...…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Câu 10: Tìm vận tốc con lắc đơn tại gĩc lệch α, biết gĩc lệch cực đại là α0, chiều dài dây treo là l và gia tốc rơi tự do là g. Bỏ qua ma sát. …………………...…………………………………………………………………… …………………...…………………………………………………………………… …………………...…………………………………………………………………… ._.