Xây dựng một số mô hình dạy học chương "Cảm ứng điện tử" nhằm phát huy tính tích chực, tự lực, sáng tạo của học sinh

trong nhà trường. Về bản thân, tơi đã nỗ lực học tập và rèn luyện để trở thành một giáo viên tốt trong tương lai. Được sự đồng ý của nhà trường, sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn, tơi đã hồn thành luận văn này. Đầu tiên, tơi xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy Nguyễn Mạnh Hùng, người trực tiếp hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tơi trong quá trình thực hiện luận văn. Tơi cũng xin cảm ơn thầy Nguyễn Minh Hải - giáo viên phụ trách mơn Flash, thầy Tơ Lâm Viễn Khoa - giáo viên phụ trách phịng thí nghiệm trường THPT Gia Định, thầy Nguyễn Nam Bình - giáo viên phụ trách phịng thí nghiệm trường THPT Lương Thế Vinh, học sinh các lớp 11A5, 11AT trường THPT Gia Định cùng các bạn lớp 4A, 4B khĩa 31 đã giúp đỡ tơi rất nhiều trong thời gian làm khĩa luận. Ngồi ra, tơi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cơ trong khoa đã tạo điều kiện tốt cho tơi học tập, làm việc và nghiên cứu. Sau cùng, tơi xin cảm ơn cha mẹ, là những người sinh thành, dưỡng dục tơi nên người. Mặc dù đã cĩ nhiều cố gắng, nhưng thời gian cĩ hạn nên luận văn khơng tránh khỏi những thiếu sĩt, rất mong nhận được những lời gĩp ý chân thành. Thành phố Hồ Chí Minh, 25-04-2009 Sinh viên Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Là sinh viên năm cuối trường đại học sư phạm, tương lai sẽ trở thành giáo viên, người truyền thụ kiến thức, người giáo dục các em học sinh, tơi luơn tâm niệm: điều gì gây hại cho học sinh, dù nhỏ cũng khơng nên làm; ngược lại, điều gì làm lợi cho học sinh dù nhỏ cũng nên làm. Do đĩ, tơi chọn nghiên cứu về phương pháp giảng dạy, nghiên cứu để cĩ thể giảng dạy tốt nhất sau này. Luật Giáo dục, điều 24.2, đã ghi: "Phương pháp giáo dục phổ thơng phải phát huy tính 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, 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". Cĩ thể nĩi cốt lõi của đổi mới dạy và học là hướng tới hoạt động học tập chủ động, chống lại thĩi quen học tập thụ động. Phương pháp dạy học tích cực là một thuật ngữ rút gọn, được dùng ở nhiều nước để chỉ những phương pháp giáo dục, dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của người học. Phương pháp dạy học tích cực hướng tới việc hoạt động hĩa, tích cực hĩa hoạt động nhận thức của người học, nghĩa là tập trung vào phát huy tính tích cực của người học chứ khơng phải là tập trung vào phát huy tính tích cực của người dạy, tuy nhiên để dạy học theo phương pháp tích cực thì giáo viên phải nỗ lực nhiều so với dạy theo phương pháp thụ động. Vật lý là mơn khoa học thực nghiệm, nĩ nghiên cứu sự vận động phong phú và đa dạng của vật chất. Dạy học vật lý vì thế khơng thể khơng liên quan đến các mơ hình vật lý đặc biệt là khi dạy những khái niệm khĩ hay những chủ đề kiến thức đặc biệt. Qua thực tế dạy học, phần “cảm ứng điện từ” cĩ thể nĩi là một phần tương đối khĩ đối với cả giáo viên lẫn học sinh trong việc dạy và học. Các khái niệm từ thơng, dịng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng, dịng điện Fu-cơ … là các khái niệm khá trừu tượng. Các định luật Lentz, định luật Faraday là các định luật khĩ để học sinh tự mình khái quát. Tuy nhiên, đây lại là một nội dung khá quan trọng, tạo cơ sở cho các em tiếp thu những kiến thức về dịng điện xoay chiều sau này. Do đĩ, nhiệm 1 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp vụ của giáo viên – giúp học sinh hiểu đúng, hiểu sâu và cao hơn nữa là tự mình tìm ra kiến thức là một nhiệm vụ khá nặng nề. Hỗ trợ giáo viên trong quá trình dạy học, luận văn cung cấp cho giáo viên một số mơ hình dạy học vật lý, cĩ thể xem như là “cơng cụ” gĩp phần giúp cho giáo viên thực hiện nhiệm vụ nĩi trên. 2. Tổng quan các đề tài nghiên cứu cĩ liên quan Do thời gian làm luận văn cĩ hạn, trình độ ngoại ngữ cịn hạn chế nên các tài liệu mà tơi nghiên cứu khơng nhiều và đa số là sách của các tác giả trong nước hoặc được dịch lại từ các sách nước ngồi. Qua các tài liệu cĩ được, tơi thấy rằng vấn đề đổi mới phương pháp dạy học đang là một vấn đề “nĩng hổi” được nhiều nhà nghiên cứu trong lĩnh vực giáo dục, tâm lí học quan tâm. Đổi mới phương pháp dạy học là biến quá trình đào tạo thành quá trình tự đào tạo. Tức là tăng tính tích cực, tự lực của học sinh trong quá trình dạy học, thực hiện dạy học dựa vào hoạt động tích cực, chủ động của học sinh dưới sự tổ chức và hướng dẫn của giáo viên nhằm gĩp phần phát triển tư duy độc lập, sáng tạo; gĩp phần hình thành phương pháp và nhu cầu tự học, bồi dưỡng hứng thú học tập, tạo niềm tin và niềm vui trong học tập. Cĩ khơng ít sách bàn về vấn đề này như: “Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lý ở trường phổ thơng” (Nguyễn Đức Thâm – Nguyễn Ngọc Hưng), “Dạy thế nào cho học sinh tự lực nắm kiến thức vật lý” (A.V.Muraviep – người dịch: Bùi Ngọc Quỳnh, Nguyễn Ngọc Đồn, Bùi Văn Kim), “Cách tổ chức giờ học vật lý” (K.N.Elidarốp),… Tuy nhiên các sách này đều đã rất cũ (những năm 70, 80) do đĩ khơng cịn phù hợp với chương trình học ngày nay. Gần đây, nghiên cứu về vấn đề này, cĩ nhiều cơng trình như: “Phát huy vai trị trung tâm của học sinh trong quá trình dạy học chương “Động học chất điểm” lớp 10 trung học phổ thơng ban cơ bản” (Luận văn thạc sĩ giáo dục học Trần Thanh Bình), “Sử dụng phương pháp nhận thức (phương pháp mơ hình) trong dạy học vật lý phổ thơng nhằm phát triển tư duy của học sinh” (luận văn thạc sĩ của Trịnh Thị Hải Yến),… Ngồi ra cịn cĩ một số đề tài luận văn tốt nghiệp của các anh chị là sinh viên của trường đại học Sư phạm nghiên cứu về phương pháp định hướng, tổ 2 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp chức hành động học tập tích cực, tự lực cho học sinh. Đây đều là các tài liệu bổ ích để tham khảo trong quá trình nghiên cứu đề tài. Tuy nhiên, phần nhiều những nghiên cứu trên hoặc đi sâu vào phần lí thuyết hoặc gặp nhiều khĩ khăn khi đi vào áp dụng trong thực tế. Hơn nữa, các nghiên cứu trên tuy nhiều nhưng phần lớn khai thác phương pháp dạy học nêu vấn đề và các phương pháp nhằm phát triển tư duy, tăng cường tính tích cực tự lực ở học sinh, ít cơng trình nghiên cứu sâu việc sử sụng các mơ hình trong dạy học. Đây cũng là một khĩ khăn trong quá trình thực hiện luận văn. Chính vì vậy, để bản thân cĩ thêm một phương pháp dạy học tốt sau này cũng như cung cấp thêm cho giáo viên một số cơng cụ trong giảng dạy, tơi đã tiến hành nghiên cứu về đề tài sử sụng các mơ hình trong dạy học vật lý nhằm tăng cường tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh và áp dụng xây dựng một số tiến trình dạy học theo phương pháp này cho chương “Cảm ứng điện từ” – một chương khá phức tạp nhưng khơng kém phần quan trọng. 3. Giả thuyết Qua việc xem xét các tài liệu nghiên cứu cĩ liên quan, ta cĩ thể đưa ra giả thuyết: sử dụng các mơ hình trong dạy học vật lý cĩ thể tăng cường tính tích cực, tự lực, sáng tạo cho học sinh. 4. Phương pháp nghiên cứu  Tham khảo các tài liệu về giáo dục học, tâm lí học và phương pháp giảng dạy cĩ liên quan đến đề tài cần nghiên cứu.  Phương pháp thực nghiệm sư phạm. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu về đổi mới phương pháp dạy học để chọn ra một quan niệm thích hợp cĩ thể áp dụng vào việc giảng dạy chương V “Cảm ứng điện từ” cho thật tốt. Nghiên cứu về mơ hình cũng như vai trị của mơ hình trong dạy học vật lý. Từ đĩ, đưa ra và làm rõ giả thuyết cĩ thể tăng cường tính tích cực, tự lực, sáng tạo cho học sinh bằng cách sử dụng các mơ hình. Bước đầu áp dụng vào thực tiễn để chứng minh rằng cĩ thể tăng cường tính tích cực, tự lực, sáng tạo cho học sinh bằng cách sử dụng các mơ hình. 3 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp 6. Phạm vi giới hạn của đề tài Chương V “Cảm ứng điện từ” theo chương trình nâng cao. 4 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG MƠ HÌNH TRONG DẠY HỌC 1.1 Đổi mới phương pháp dạy học vật lý Hiện nay, vấn đề đổi mới phương pháp dạy học đang rất được dư luận quan tâm. Báo chí và các cơ quan truyền thơng đã mở nhiều cuộc trao đổi xoay quanh vấn đề này. Đây là những tín hiệu đáng mừng, nĩ phản ánh chủ trương mạnh dạn xã hội hĩa giáo dục và quyết tâm đổi mới giáo dục ở nước ta. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra khơng phải là dễ dàng. Từ lúc cĩ chủ trương đẩy mạnh đổi mới phương pháp dạy học của Bộ Giáo Dục – Đào Tạo (7/1998) cho đến nay, từng lúc, từng nơi chúng ta cũng đã cĩ những thành cơng nhất định. Song nhìn tổng thể, việc đổi mới phương pháp dạy học chưa thật sự đi vào thực tiễn và kết quả thu nhận được chưa mấy khả quan. Đổi mới phương pháp dạy học là biến quá trình đào tạo thành quá trình tự đào tạo. Tức là tăng tính tích cực, tự lực của học sinh trong quá trình dạy học, thực hiện dạy học dựa vào hoạt động tích cực, chủ động của học sinh dưới sự tổ chức và hướng dẫn của giáo viên nhằm gĩp phần phát triển tư duy độc lập, sáng tạo; gĩp phần hình thành phương pháp và nhu cầu tự học, bồi dưỡng hứng thú học tập, tạo niềm tin và niềm vui trong học tập. Dạy học vật lý ngày nay là tiếp tục tận dụng những ưu điểm của các phương pháp truyền thống và dần dần làm quen với phương pháp dạy học mới. Cốt lõi của đổi mới dạy và học là hướng tới hoạt động học tập chủ động, chống lại thĩi quen học tập thụ động. Nghĩa là: giáo viên khơng cịn đĩng vai trị đơn thuần là người truyền đạt kiến thức mà phải là người thiết kế, tổ chức, hướng dẫn các hoạt động học tập của học sinh. Khi đĩ, học sinh trở thành người khám phá, người thực hiện và giải quyết vấn đề. Học sinh sẽ tự lực chiếm lĩnh tri thức một cách chủ động. Đổi mới phương pháp dạy học phải đi đơi với đổi mới mục tiêu, nội dung dạy học, đổi mới cơ sở vật chất và thiết bị dạy học; đổi mới các hình thức tổ chức dạy học; đổi mới mơi trường giáo dục để học tập gắn liền với thực hành và vận dụng; 5 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp đổi mới cách đánh giá kết quả học tập của học sinh qua nội dung, hình thức kiểm tra, đánh giá… Nhìn chung, đổi mới phương pháp dạy học cĩ thể cụ thể hĩa bằng các định hướng:  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.  Chuyển từ phương pháp nặng về sự diễn giải của giáo viên sang phương pháp nặng về tổ chức cho học sinh hoạt động chiếm lĩnh kiến thức và kĩ năng.  Tăng cường học tập cá nhân, phối hợp một cách hài hịa với học tập hợp tác.  Coi trọng việc bồi dưỡng phương pháp tự học.  Coi trọng rèn luyện kĩ năng ngang tầm với truyền thụ kiến thức. Đổi mới cách kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của học sinh.  Tăng cường sử dụng thiết bị dạy học, chú trọng làm thí nghiệm, ứng dụng cơng nghệ thơng tin vào việc dạy học.  Đổi mới cách soạn giáo án. Tuy nhiên, thực tiễn cho thấy, việc đổi mới phương pháp dạy học hồn tồn khơng dễ dàng mà ngược lại, nĩ gặp rất nhiều lúng túng, lệch lạc. Thay sách giáo khoa nhưng cách dạy học cơ bản vẫn như cũ. Giáo viên đã cĩ ý thức đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng nĩi trên nhưng phần nhiều vẫn loay hoay và trở lại quán tính trước đây. Phương pháp dạy học vẫn mang nặng tính thơng tin và áp đặt. Học sinh vẫn phải học tập một cách thụ động, kém hào hứng. Các em chủ yếu “ngồi nghe và uống từng lời giảng bài của giáo viên”. Làm việc theo nhĩm cĩ được áp dụng nhưng cịn rất ít và hình thức. Dạy chay, học vẹt vẫn phổ biến, giảng – nghe, đọc – chép vẫn lan tràn. Giáo viên khơng thuyết trình thì lớp học lại hay sa vào đàm thoại một chiều (thầy hỏi – trị đáp). Câu hỏi vụn vặt, nội dung hỏi đáp tủn mủn khiến học sinh rất khĩ giải quyết vấn đề. Thật ra, việc đàm thoại cĩ kích thích được phần nào tính tích cực của học sinh, song chưa phát huy được tính chủ động, tự giác, sáng tạo của người học, bởi người học hồn tồn lệ thuộc vào câu hỏi của người thầy. 6 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Bên cạnh đĩ, nhiều người cịn quan niệm rằng, đổi mới phương pháp dạy học là phải ứng dụng cơng nghệ thơng tin, nghĩa là giáo viên phải dùng giáo án điện tử. Vì vậy, cĩ nơi bắt buộc dùng mới được cơng nhận đổi mới phương pháp dạy học. Song, giáo án điện tử chỉ là một hình thức ứng dụng cơng nghệ thơng tin, thường chỉ được giáo viên dùng để thay thế bảng đen, phấn trắng, đồ dùng minh họa, tuy cĩ lợi thế nhưng vẫn chưa giúp học sinh tự học, tự tìm tịi khám phá, chưa phải đổi mới phương pháp dạy học theo tinh thần khơi dậy và khích lệ vai trị chủ thể chủ động, tích cực, tự giác, sáng tạo của học sinh trong quá trình học tập. Bởi vì, trong những tiết sử dụng giáo án điện tử ấy, người thầy vẫn truyền đạt những gì mình muốn, học sinh vẫn lệ thuộc vào kiến thức được cung cấp qua người thầy. Phương pháp dạy học cĩ vai trị vơ cùng lớn trong việc đào luyện tư duy, trí thơng minh và kỹ năng, nhân cách con người. Song, việc tiến hành đổi mới phương pháp dạy học đã nhiều năm nay mà kết quả cịn rất khiêm tốn, do nhiều nguyên nhân, song cũng cho thấy giữa chương trình và phương pháp dạy học chưa cĩ sự tương thích, cịn lệch pha nhau. Gần đây, trên báo Tuổi Trẻ cĩ diễn đàn về “Đổi mới phương pháp giảng dạy”. Diễn đàn thu nhận được rất nhiều ý kiến của bạn đọc từ giáo viên, các chuyên gia phân tích cho đến học sinh. Nhĩm phĩng viên Tuổi trẻ cũng thực hiện một cuộc khảo sát bỏ túi nhằm ghi nhận những nỗ lực trong đổi mới phương pháp giảng dạy. Cuộc khảo sát đã thu được ý kiến của 664 học sinh hai bậc THCS và THPT ở Thành phố Hồ Chí Minh xoay quanh các câu hỏi: Để học sinh hứng thú học tập hơn cần đổi mới những gì? Bạn thích giáo viên sử dụng những phương pháp nào trong bài giảng? 7 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Để học sinh hứng thú học tập hơn cần đổi mới những gì? NỘI DUNG BẬC THCS (%) BẬC THPT (%) TỔNG (%) Phương pháp giảng dạy của GV 50,1 49,0 49,5 Chương trình học 38,8 48,7 43,8 Sách giáo khoa 27,4 36,9 32,2 GV gần gũi với HS 56,9 52,5 54,7 Ý kiến khác 10,5 13,0 11,7 Như vậy, để học sinh hứng thú hơn trong học tập, cĩ đến 54,7% cho rằng giáo viên gần gũi với học sinh là yếu tố giúp học sinh hứng thú học tập hơn. Bên cạnh đĩ, gần một nửa ý kiến (49,5%) mong muốn cĩ nhiều đổi mới trong phương pháp giảng dạy của giáo viên. Thế nhưng, giáo viên cần đổi mới phương pháp như thế nào? Bạn thích giáo viên sử dụng những phương pháp nào trong bài giảng? NỘI DUNG BẬC THCS (%) BẬC THPT (%) TỔNG (%) GV đọc – HS chép 4,3 5,0 4,7 Minh họa bằng hình ảnh 69,5 65,5 67,5 Đi thực tế 68,3 64,3 66,3 Trao đổi, làm việc nhĩm… 55,1 42,2 48,5 Ra nhiều bài tập 7,4 9,7 8,6 HS sắm vai, thuyết trình 32,3 28,9 30,6 Ý kiến khác 8,6 3,8 6,2 Theo kết quả của cuộc khảo sát, cĩ tới 67,5% muốn cĩ hình ảnh minh họa cho các bài giảng. Như vậy, muốn tiết học sinh động, học sinh hứng thú, qua đĩ tăng cường tính tự lực, tích cực và sáng tạo của học sinh thì giáo viên cần phải đưa vào bài giảng của mình những hình ảnh, âm thanh, mơ hình minh họa phù hợp. Đối với các mơn khoa học thực nghiệm, giáo viên cần tăng cường việc sử dụng các thí nghiệm cũng như cho học sinh thấy ứng dụng trong thực tế. 8 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Riêng đối với mơn Vật lý, yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học cịn cĩ một sắc thái riêng nữa. Vì Vật lý học là một khoa học thực nghiệm nên nếu khơng cĩ sự trải nghiệm nhất định trong thực tế thì sự lĩnh hội tri thức khơng thể sâu sắc và bền chặt được. “Trăm nghe khơng bằng một thấy; trăm thấy khơng bằng một làm”, sự hiểu biết của thế giới vật lý khơng thể đạt được đơn thuần bằng suy diễn logic. Chỉ cĩ những quan sát và thực nghiệm mới cho phép ta kiểm tra sự đúng đắn của một nhận định về thế giới. Như vậy, trong sự đổi mới phương pháp dạy học vật lý phải hướng tới việc tạo cho học sinh tự chiếm lĩnh tri thức thơng qua hoạt động thực nghiệm và cao hơn nữa, cho học sinh tập giải quyết một số vấn đề vật lý trong thực tế. Vật lý là một ngành khoa học thực nghiệm, nĩ nghiên cứu sự vận động của vật chất. Mà sự vận động này vơ cùng phong phú và đa dạng. Trong khi đĩ, khơng phải hiện tượng vật lý nào giáo viên cũng cĩ thể mơ tả bằng lời nĩi mà học sinh cĩ thể hình dung được. Hơn nữa, khơng phải thí nghiệm vật lý nào cũng cĩ thể được thực hiện cho học sinh xem hay thực hành trên lớp do thời lượng tiết học khơng cho phép, cơ sở vật chất của phịng thí nghiệm chưa đáp ứng được yêu cầu bài học… Do đĩ, các thí nghiệm được thực hiện phải phát huy được hết hiệu quả của nĩ. Điều đĩ khơng chỉ phụ thuộc vào thiết kế của thí nghiệm mà cịn phụ thuộc nhiều vào giáo viên. Giáo viên khơng chỉ phải làm cho thí nghiệm thật rõ mà khi cần cịn phải cải tiến mơ hình thí nghiệm, sử dụng các phương tiện hỗ trợ hình ảnh, âm thanh,… như máy vi tính, các phần mềm mơ phỏng hiện tượng và các thiết bị khác. Nhờ đĩ, học sinh cĩ thể hình dung được, thậm chí tự mình phát hiện ra các hiện tượng, các định luật vật lý. Nghĩa là tính tự lực, tích cực, sáng tạo của học sinh được tăng cường và phát huy. 9 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp 1.2 Mơ hình trong dạy học vật lý 1.2.1 Mơ hình 1.2.1.1 Định nghĩa: Khái niệm mơ hình được sử dụng rộng rãi trong ngơn ngữ thơng thường hàng ngày với những ý nghĩa rất khác nhau. Trong các mơn khoa học tự nhiên, học sinh thường gặp các mơ hình tế bào, mơ hình lị cao, mơ hình động cơ đốt trong,… tức là mơ hình cĩ cấu tạo khơng gian giống như vật mà ta cần nghiên cứu. Mơ hình phân tử, mơ hình nguyên tử lại mơ tả những tính chất của chúng mà ta khơng thể quan sát trực tiếp được. Mơ hình quá trình dạy học, mơ hình bài học lại khơng phản ánh một vật thể nào cả mà phản ánh một sự kiện trừu tượng. Mơ hình con người mới, mơ hình nhà trường phổ thơng lại được hiểu là mẫu mực mà ta phải vươn tới chứ khơng phải phỏng theo một thực tế đang tồn tại. Mơ hình được xây dựng để chúng ta dễ dàng hiểu và hiểu tốt hơn về đối tượng cần nghiên cứu. Tạo mơ hình sẽ giúp cho chúng ta hiểu thấu đáo đối tượng phức tạp trong sự tồn thể của nĩ. Mơ hình cĩ thể là một vật làm ra giống cái cĩ sẵn trong thực tế như những mơ hình nhà sàn mua khi đi chơi Đà Lạt hay những chiếc xe đạp, xe hơi đồ chơi …Mơ hình cũng cĩ thể là một bản mơ tả cách thức hoạt động, một số cơng thức tốn học, một hoặc vài sơ đồ mơ tả thành phần và các hoạt động diễn ra trong hệ thống đối tượng. Việc sử dụng mơ hình loại nào để nghiên cứu đối tượng phụ thuộc vào mức độ trừu tượng hĩa được lựa chọn, phụ thuộc vào quan điểm phân tích và phụ thuộc vào cơng cụ sử dụng. Mơ hình cĩ thể nhỏ hơn vật thật (mơ hình thành phố, mơ hình nhà máy, mơ hình máy phát điện, …) nhưng cũng cĩ thể lớn hơn rất nhiều lần so với vật thật (mơ hình tế bào, mơ hình về cấu trúc gen, mơ hình về mẫu nguyên tử,…). Tuy nhiên, dù cĩ kích thước thế nào thì mơ hình vẫn phải đảm bảo phản ánh được những thuộc tính cơ bản của đối tượng cần nghiên cứu. Trong vật lý học, ta cĩ thể định nghĩa mơ hình như sau: “Mơ hình là một hệ thống được hình dung trong ĩc hay được thực hiện một cách vật chất. Hệ thống này phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng hoặc “tái tạo” nĩ, bởi vậy việc nghiên cứu mơ hình sẽ cung cấp cho ta những thơng tin mới về đối tượng. 10 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Cũng cần nhấn mạnh sự khác biệt bản chất giữa mơ hình với đối tượng vật chất. Một mơ hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tượng vật chất. Cùng một đối tượng vật chất nhưng cĩ thể cĩ các mơ hình khác nhau. 1.2.1.2 Chức năng của mơ hình: Trong vật lý học, mơ hình cĩ 3 chức năng chính sau: o Mơ tả sự vật, hiện tượng. o Giải thích các sự kiện và hiện tượng cĩ liên quan tới đối tượng. o Tiên đốn các sự kiện và hiện tượng mới. Một mơ hình khơng chỉ dùng để mơ tả và giải thích các hiện tượng vật lý mà hơn thế nữa, nĩ cịn được dùng để tiên đốn những hiện tượng mới. Khơng cĩ chức năng tiên đốn này, mơ hình mất đi vai trị của nĩ trong khoa học. 1.2.1.3 Phân loại: Mơ hình cĩ nhiều loại và việc phân loại mơ hình cũng cĩ nhiều cách, dựa trên những cơ sở khác nhau. o Dựa trên lĩnh vực mà mơ hình phục vụ ta cĩ:  Mơ hình kinh tế  Mơ hình xã hội  Mơ hình sinh học  Mơ hình vật lý  Mơ hình hĩa học… o Dựa trên cách thức hoạt động của mơ hình ta cĩ:  Mơ hình động  Mơ hình tĩnh o Dựa trên ngơn ngữ mà mơ hình sử dụng ta cĩ:  Mơ hình tốn học  Mơ hình vật thật  Mơ hình mơ phỏng trên máy vi tính… Ở đây, ta quan tâm nhiều hơn đến mơ hình trong lĩnh vực vật lý. Cĩ thể phân các mơ hình vật lý thành 2 loại: 11 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp o Mơ hình vật chất: là mơ hình bằng vật thể, trên đĩ phản ánh những đặc trưng cơ bản về mặt hình học, vật lý học, động lực học…của các đối tượng nghiên cứu. Ví dụ: mơ hình máy bay, mơ hình hệ mặt trời, mơ hình động cơ đốt trong… Mơ hình loại này thường được sử dụng khi cần hình thành những biểu tượng hoặc thu thập kiến thức cĩ tính chất kinh nghiệm. o Mơ hình lí tưởng (hay mơ hình lí thuyết): là những mơ hình trừu tượng, trên đĩ về nguyên tắc người ta chỉ áp dụng những thao tác tư duy lí thuyết. Các phần tử của mơ hình và đối tượng nghiên cứu cĩ thể cĩ bản chất vật lý hồn tồn khác nhau nhưng hoạt động theo những quy luật giống nhau. Các mơ hình lí thuyết cĩ thể cĩ rất nhiều loại, tùy theo mức độ trừu tượng khác nhau.  Mơ hình kí hiệu  Mơ hình biểu tượng. 1.2.1.4 Tính chất của mơ hình: Với tư cách là một hệ thống phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng nghiên cứu, một mơ hình cĩ những tính chất cơ bản sau: o Tính tương tự với “vật gốc” Một hệ thống chỉ cĩ thể coi là mơ hình của vật gốc khi cĩ thể chuyển được những kết quả nghiên cứu trên mơ hình sang vật gốc. Nghĩa là cĩ sự tương tự giữa mơ hình và vật gốc. o Tính đơn giản Như ta đã biết, thực tế khách quan vơ cùng đa dạng và phong phú. Mỗi mơ hình chỉ phản ánh một mặt nào đĩ của thực tế. Nhiều khi một hệ thống thực thể khách quan phải dùng đến nhiều mơ hình để phản ánh. Trong khi xây dựng mơ hình, ta phải thực hiện các thao tác trừu tượng hĩa, khái quát hĩa… Những thao tác ấy bao giờ cũng dẫn đến sự đơn giản hĩa vì rằng đã tước bỏ những chi tiết thứ yếu, chỉ cịn giữ lại những thuộc tính, những mối quan hệ bản chất nhất. Như vậy, tính đơn giản của mơ hình là một tất yếu khách quan. 12 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Mặt khác, cũng chính nhờ sự đơn giản này của mơ hình mà nhà nghiên cứu cĩ thể nắm chắc những vấn đề cơ bản nhất của thực tế khách quan, khái quát hĩa chúng mà rút ra những quy luật. Nếu khơng dùng những mơ hình đơn giản để nghiên cứu mà nghiên cứu ngay trên những hiện tượng thực tế phức tạp thì nhiều trường hợp quy luật bị lu mờ và nhà nghiên cứu cĩ thể bị lầm lẫn. o Tính trực quan Trước hết, tính trực quan của mơ hình thể hiện ở chỗ ta cĩ thể dễ dàng nhận biết qua các giác quan. Ta cĩ thể cảm giác, tri giác trực tiếp trên mơ hình mà nhiều khi khơng thể làm được điều đĩ trên các đối tượng thực tế. Tính trực quan của mơ hình cịn được thể hiện ở chỗ ta đã vật chất hĩa những tính chất, những quan hệ khơng thể trực tiếp tri giác được. Ví dụ như lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động (lực Lorentz) được ta biểu diễn bằng một vectơ lực… Khái niệm trực quan cịn được mở rộng trong trường hợp mơ hình khơng trực tiếp diễn tả hiện tượng thực tế mà so sánh với một hiện tượng thực tế khác mà ta cĩ thể tri giác được bằng các giác quan. Ví dụ như ta dùng mơ hình sĩng nước để diễn tả sự giao thoa của sĩng ánh sáng… Làm như vậy ta cĩ thể hình dung được một cách cụ thể hiện tượng giao thoa của sĩng ánh sáng dù sĩng ánh sáng hồn tồn khác sĩng nước. o Tính quy luật riêng Khi xây dựng mơ hình, người ta dựa vào sự tương tự của nĩ với tình huống vật lý mà nĩ phản ánh. Nhưng, bản thân mơ hình cũng cĩ những tính chất riêng của nĩ được quy định bởi tính chất của các phần tử và mối quan hệ giữa các phần tử ấy. Mối quan hệ ấy tuân theo quy luật riêng, nhiều khi khơng giống với những quy luật chi phối mối quan hệ giữa các phần tử trong tình huống vật lý nữa. Chẳng hạn như những mơ hình kí hiệu tốn học tuân theo những quy luật tốn học. Từ sự vận động của những quy luật riêng này cĩ thể rút ra những kết luận mới cĩ khả năng chuyển tải sang tình huống vật lý (vật gốc). Đương nhiên sự tương đốn này cĩ tính chất giả thuyết, cần phải kiểm tra lại. 13 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Giá trị nhận thức của mơ hình tuân theo quy luật riêng của nĩ. Nhờ tính chất này mà với mơ hình, ta khơng chỉ dừng lại ở sự mơ tả, tìm hiểu các tình huống vật lý mà cịn phát hiện ra những tính chất mới, cung cấp những thơng tin mới. o Tính lý tưởng Mơ hình xuất phát từ thực tiễn, phản ánh thực tiễn. Nhưng khi ta mơ hình hĩa một vật, một mối quan hệ nào đĩ, ta đã thực hiện một sự trừu tượng hĩa, khái quát hĩa, phản ánh các đặc tính của vật thể, hiện thực khách quan ở mức độ hồn thiện cao, loại bỏ tất cả những ảnh hưởng nhiễu trong nhận thức. Như vậy, mơ hình nào cũng cĩ tính chất lí tưởng ít hay nhiều. Nĩi cách khác, khơng cĩ mơ hình nào giống hệt thực tiễn bởi nếu mơ hình hồn tồn giống thực tế khách quan thì nĩ khơng cịn tính cách là vật đại diện, thay thế nữa. Một mơ hình vật lý chỉ phản ánh đến một mức độ nhất định một vài mặt của một sự vật, hiện tượng vật lý. Tính chất lí tưởng của mơ hình càng cao thì mơ hình càng khái quát và càng giúp ta nhận thức được những nét chung nhất của hiện tượng và bao trùm được một số càng lớn hiện tượng. Nhưng càng khái quát, càng cĩ tính lí tưởng cao thì khi sử dụng mơ hình để nghiên cứu thực tế càng gặp nhiều khĩ khăn vì ta phải bổ sung vào cấu trúc chung của mơ hình rất nhiều yếu tố cụ thể phù hợp với các đối tượng cần nghiên cứu. 1.2.2 Vai trị của mơ hình trong dạy học vật lý 1.2.2.1 Vai trị của mơ hình trong nghiên cứu Tầm quan trọng của mơ hình đã được lĩnh hội một cách thấu đáo trong hầu như tất cả các ngành khoa học kỹ thuật từ nhiều thế kỷ nay. Bất kỳ ở đâu, khi muốn xây dựng một vật thể nào đĩ, đầu tiên người ta tạo nên các bản vẽ để quyết định cả ngoại hình lẫn phương thức hoạt động của nĩ. Các bản vẽ kỹ thuật thường gặp là một dạng mơ hình quen thuộc. Ngồi ra, một mơ hình cĩ thể được chia thành nhiều hướng nhìn, mỗi hướng nhìn trong số chúng sẽ mơ tả một khía cạnh riêng biệt của sản phẩm hay đối tượng cần được nghiên cứu. Một mơ hình cũng cĩ thể được xây dựng trong nhiều giai đoạn và ở mỗi giai đoạn, mơ hình sẽ được bổ sung thêm một số chi tiết nhất định. Nĩi tĩm lại, mơ hình hĩa một hệ thống nhằm mục đích: 14 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp o Chỉ rõ cấu trúc hoặc ứng xử của hệ thống. o Tạo một khuơn mẫu hướng dẫn nhà phát triển trong suốt quá trình xây dựng hệ thống. o Ghi lại các quyết định của nhà phát triển để sử dụng sau này. Trong thực tế, do kích thước, do mức độ phức tạp của đối tượng hay do các yếu tố khách quan khác, khơng phải lúc nào ta cũng cĩ thể nghiên cứu trực tiếp trên đối tượng. Khi đĩ, việc xây dựng một mơ hình là hết sức cần thiết. Khi sự phức tạp của đối tượng càng tăng, thì nĩ càng địi hỏi kỹ thuật mơ hình hĩa tốt hơn.Việc phát triển một mơ hình cho một đối tượng cũng cần thiết như là việc thiết lập một bảng thiết kế cho một tịa nhà lớn. Mơ hình giúp ta tiết kiệm được thời gian, cơng sức cũng như tiền bạc. Mơ hình tốt giúp cho việc nghiên cứu đối tượng được thuận lợi hơn. Việc xây dựng mơ hình giúp ta hiểu rõ hơn về đối tượng chúng ta đang nghiên cứu. Hình dung đối tượng theo thực tế hay theo mong muốn của chúng ta. Mơ hình cung cấp cho ta một khuơn mẫu về thế giới thực, giúp ta cĩ thể định hướng trong quá trình nghiên cứu, cĩ thể tính tốn các chi phí, xác định các rủi ro cũng như tiên liệu được những “phản ứng” của đối tượng. 1.2.2.2 Vai trị của mơ hình trong dạy học vật lý Trong nghiên cứu khoa học vật lý, mơ hình và phương pháp mơ hình cĩ chức năng nhận thức, nĩ giúp ta phát hiện ra những đặc tính mới, hiện tượng mới, quy luật mới. Nếu xem xét quá trình học tập của học sinh là một quá trình hoạt động nhận thức thì mơ hình cũng cĩ chức năng như trong nghiên cứu khoa học vật lý. Ngồi ra, trong dạy học, nhiều khi học sinh khơng đủ khả năng xây dựng mơ hình để thay thế vật gốc trong nghiên cứu nhưng giáo viên cĩ thể sử dụng mơ hình với mục đích sư phạm như một phương tiện trực quan nhằm làm cho học sinh hiểu rõ một vấn đề nào đĩ. Trong nghiên cứu khoa học, những mơ hình vật chất cĩ vai trị rất hạn chế vì nĩ ít mang lại những thơng tin mới khi thao tác trên mơ hình. Nhưng trong dạy học, nhiều mơ hình lại cĩ tác dụng quan trọng làm học sinh hiểu những cái khơng quan sát trực tiếp được. Ví dụ như mơ hình cấu tạo bên trong của động cơ nổ, mơ hình chuyển động Brao. Dù ta cĩ cho học sinh trực tiếp quan sát một động cơ nổ thực 15 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp cịn nguyên vẹn thì học sinh cũng khơng thể thấy được cấu tạo bên trong của nĩ và hoạt động của các van, các bugi khi động cơ vận hành. Bởi thế, trong dạy học, ta dùng mơ hình động cơ đốt trong bổ dọc. Cịn với chuyển động Brao, ta vừa khơng thể quan sát được các phân tử nước chuyển động va chạm vào các hạt phấn hoa, vừa khĩ hình dung vì sao hạt phấn hoa lại cĩ thể chuyển động hỗn loạn. Mơ hình chuyển động Brao dùng các viên bi sắt nhỏ được một cơ chế làm cho bắn lung tung hỗn loạn trong một hộp thủy tinh, cịn hạt phấn hoa là một vật trịn lớn. Quan sát vật trịn bị các viên bi nhỏ đập vào hỗn độn theo mọi phía, học sinh dễ dàng hiểu được cơ chế chuyển động Brao, do đĩ mà ._.hình dung được cấu tạo phân tử của nước. Như vậy, mơ hình vật chất cũng cĩ vai trị quan trọng trong việc dạy học. Đặc biệt là các mơ hình về các quá trình cĩ nhiều giai đoạn liên tiếp hay mơ hình trên phim ảnh (được sử dụng ngày càng rộng rãi). Với mơ hình lí tưởng, tuy rất cĩ tác dụng trong hoạt động nhận thức nhưng nhiều khi địi hỏi ở học sinh một trình độ tư duy trừu tượng cao, một cơ sở thực nghiệm phong phú và kinh nghiệm bản thân dồi dào mới cĩ thể xây dựng được mơ hình. Bởi vậy, trong dạy học ở trường phổ thơng, khuơn khổ bài học khơng cho phép chúng ta tổ chức quá trình học tập sao cho học sinh hồn tồn tự lực “khám phá lại” các định luật vật lý, xây dựng các mơ hình nhưng cũng hồn tồn đủ để cho học sinh “trải qua” các giai đoạn của sự phát minh khoa học, hiểu được ý nghĩa của các sự kiện xuất phát, vai trị của các mơ hình, tầm quan trọng của việc kiểm tra bằng thực nghiệm những hệ quả lí thuyết. Như đã nĩi ở trên, vật lý là một ngành khoa học thực nghiệm, nĩ nghiên cứu sự vận động của vật chất. Mà sự vận động này vơ cùng phong phú và đa dạng. Trong khi đĩ, khơng phải hiện tượng vật lý nào giáo viên cũng cĩ thể mơ tả bằng lời nĩi mà học sinh cĩ thể hình dung được. Do đĩ, giáo viên cần phải cĩ các mơ hình thí nghiệm, sử dụng các phương tiện hỗ trợ hình ảnh, âm thanh,… như máy vi tính, các phần mềm mơ phỏng hiện tượng và các thiết bị khác. Cũng đã nĩi ở trên, trong vật lý học, mơ hình cĩ 3 chức năng chính: mơ tả sự vật - hiện tượng, giải thích các sự kiện và hiện tượng cĩ liên quan tới đối tượng và 16 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp tiên đốn các sự kiện và hiện tượng mới. Trong quá trình thực hiện các chức năng đĩ, mơ hình cũng thể hiện vai trị của mình, đặc biệt là trong dạy học vật lý. Nhờ mơ hình, giáo viên cĩ thể giúp học sinh phát hiện được hiện tượng, giúp học sinh nghiên cứu các tính chất của sự vật, hiện tượng vật lý. Trong tự nhiên và kỹ thuật, rất ít các hiện tượng, quá trình vật lý xảy ra dưới dạng thuần khiết. Hơn nữa, một số đối tượng cần nghiên cứu khơng thể tri giác trực tiếp bằng các giác quan của con người, hoặc con người rất khĩ để cĩ thể tri giác được, ta sử dụng các thí nghiệm mơ hình để trực quan hĩa các hiện tượng, quá trình vật lý, nhằm cung cấp cho học sinh các biểu tượng về các hiện tượng, các quá trình này. Mơ hình cịn được sử dụng khi nghiên cứu các ứng dụng của vật lý trong kỹ thuật nhằm giới thiệu nguyên tắc hoạt động, cấu tạo của các ứng dụng đĩ. Từ đĩ cĩ thể dễ dàng hơn để đi tới nhận thức được nguyên nhân của mỗi hiện tượng và mối quan hệ cĩ tính quy luật giữa chúng với nhau. Cĩ thể nĩi, mơ hình là phương tiện đơn giản hĩa và trực quan trong dạy học vật lý. Mơ hình cùng với việc thực hiện một số thí nghiệm trên nĩ là phương tiện trực quan giúp học sinh nhanh chĩng thu được những thơng tin về hiện tượng và các quá trình vật lý. Khơng chỉ vậy, việc sử dụng mơ hình của giáo viên cịn cĩ thể tăng cường tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh. Sử dụng mơ hình nhằm tăng cường tính tích cực của học sinh. Nhà tâm lí học nổi tiếng Liên Xơ Rubinshtein đã viết: “Tư duy, cũng như bất cứ một hoạt động nào khác của con người luơn luơn bắt nguồn từ những sự thơi thúc nào đĩ. Chừng nào chưa cĩ những sự thơi thúc nào đĩ thì chừng đĩ chưa thể cĩ hoạt động mà chúng cĩ thể dẫn tới… Nĩi chung, để làm cho nĩ (quá trình tư duy) trở nên hồn thiện cần phải cĩ những động cơ nào đĩ thơi thúc con người suy nghĩ” Khi nghiên cứu vấn đề tính quy luật của quá trình nhận thức các kiến thức mới và nguồn gốc của tư duy sáng tạo trong tâm lí học hiện đại, M.I Makhmutop đã chứng minh rằng: một trong những tính quy luật quan trọng nhất của quá trình nhận thức các kiến thức mới là việc nêu vấn đề. Cĩ nhiều cách để nêu vấn đề: đặt câu hỏi, giải các bài tập vào lúc mở đầu bài học, tạo tình huống mâu thuẫn với các kiến thức vốn cĩ của học sinh,… Ngồi ra, ta cũng cĩ thể sử dụng các mơ hình để nêu vấn đề 17 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp với học sinh. Cách làm này khơng chỉ đơn giản là đặt vấn đề, tạo tình huống cho học sinh mà cịn là cách đặt vấn đề đầy hấp dẫn, lơi cuốn sự chú ý của học sinh, tạo cho học sinh niềm hứng thú trong học tập. Hứng thú là yếu tố cĩ ý nghĩa to lớn khơng chỉ trong quá trình dạy học mà cả đối với sự phát triển tồn diện và sự hình thành nhân cách của trẻ. Hứng thú là yếu tố dẫn tới sự tự giác. Hứng thú và tự giác là hai yếu tố tâm lý đảm bảo tính tích cực, tự lực, sáng tạo trong học tập của học sinh. Ngược lại, học tập độc lập, sáng tạo cũng cĩ ảnh hưởng rất lớn tới sự phát triển hứng thú cũng như sự giác của học sinh. Để hình thành, phát triển hứng thú nhận thức của học sinh, cần phải: o Phát huy tối đa hoạt động tư duy tích cực của học sinh hay nhất là tổ chức tình huống cĩ vấn đề địi hỏi nêu dự đốn giả thuyết, tranh luận giữa những ý kiến trái ngược. o Tiến hành dạy học ở những mức độ thích hợp nhất đối với trình độ phát triển của học sinh. o Tạo điều kiện thuận lợi cho lớp học, làm cho học sinh thích thú được đến lớp, mong đợi đến giờ học. Việc quan sát những hiện tượng mới, đơi khi là những hiện tượng kì lạ sẽ tạo cho học sinh sự hứng thú. Từ đĩ, thơi thúc hoạt động nhận thức tích cực của học sinh, kích thích lịng mong muốn say sưa tìm hiểu bản chất của hiện tượng. Ví dụ, khi giảng dạy về hiện tượng cảm ứng điện từ, nếu giáo viên cho học sinh quan sát “hiện tượng kì lạ”: kim điện kế bị lệch khi ta đưa nam châm lại gần hay ra xa ống dây thì học sinh sẽ cảm thấy rất hứng thú, sẽ bị kích thích và sẵn sàng tích cực để tìm hiểu hiện tượng này hơn nhiều so với những học sinh chỉ biết hiện tượng qua sự mơ tả bằng lời của giáo viên. Cùng với các mơ hình và việc sử dụng hiệu quả các mơ hình đĩ, giáo viên khơng chỉ cĩ thể gây hứng thú cho học sinh, làm lớp học thêm sơi nổi, hăng hái, kiến thức thu được do đĩ cũng sâu sắc hơn, học sinh nhớ lâu hơn mà cịn cĩ thể khơi gợi tiềm năng sáng tạo trong học sinh. Khơng chỉ vậy, giáo viên cịn cĩ thể tổ chức, hướng dẫn cho học sinh tự mình tìm kiếm kiến thức, khơng chỉ tiếp thu kiến thức mà cịn hình thành phương pháp học trong đĩ cốt lõi là phương pháp tự học. 18 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Sử dụng mơ hình nhằm tăng cường tính tự lực của học sinh. Mục tiêu cao nhất của việc đổi mới phương pháp giảng dạy là biến quá trình giáo dục thành quá trình tự giáo dục. Như K.D Usinxki nhiều lần lưu ý: “phải dạy trẻ học đã rồi sau đĩ giao cho học sinh làm việc đĩ một mình”. Việc lĩnh hội tự giác và tích cực tài liệu học tập mới cũng như mức độ nỗ lực của học sinh trong giờ học phụ thuộc rất nhiều vào sự chuẩn bị trước cho học sinh (nhưng vẫn ở giờ học ấy) về cơng việc sắp tới và vào mức độ kích thích được hứng thú và chú ý của học sinh đối với tài liệu học tập mới. Việc chuẩn bị cho học sinh tự lực tiếp thu kiến thức địi hỏi một sự lựa chọn những phương pháp và thủ thuật dạy học tương xứng với mục đích đĩ. Khơng thể đạt được mục đích đề ra nếu quá trình dạy học được xây dựng trên nguyên tắc chỉ nhồi nhét đầy đầu ĩc học sinh bằng những sự kiện khoa học mà khơng phát triển đầy đủ năng lực độc lập nhận thức của họ, nếu việc vũ trang kiến thức cho học sinh trong giờ học bằng phương pháp thơng báo – mơ tả chiếm ưu thế. K.D Usinxki đã viết: “…ngay cả trường hợp giả thiết rằng học sinh hiểu được ý mà giáo viên giải thích cho họ thì ý này cũng khơng bao giờ thâm nhập vào đầu ĩc họ một cách thật vững chắc và tự giác, khơng bao giờ trở thành vốn riêng thật hồn tồn của học sinh như khi họ tự tìm ra…” Mức độ tự lực của học sinh trong cơng việc học tập cũng xác định phần lớn hứng thú tiếp thu và nắm kiến thức của họ. Hứng thú đối với việc lĩnh hội kiến thức mới do nhiều điều kiện quy định mà phải kể đến trước hết là nội dung bài học, tính chất của tồn bộ hệ thống giảng dạy mơn học, tình cảm của học sinh dành cho mơn học… Trong chương trình vật lý, nhiều bài học tự nĩ đã kích thích được hứng thú của học sinh vì tính chất mới lạ và thời sự của nĩ, khơng cần thiết phải cĩ một sự gia cơng đặc biệt về phương pháp dạy học hoặc về cách thức trình bày. Bên cạnh đĩ, lại cĩ những vấn đề học tập mà học sinh cho là khơng hấp dẫn, khơng gây được hứng thú rõ rệt. Thế nhưng, tuyệt đại đa số các bài học trong chương trình, các đề tài và vấn đề học tập nằm giữa hai thái cực này. Vì thế, trong số lớn trường hợp, đã cĩ những yếu tố hứng thú nhất định đối với việc học tập những điều mới. Nhiệm vụ của giáo viên là làm sao cho việc học tài liệu mới này trở nên khá thú vị và hấp dẫn. Cĩ nhiều cách để thực hiện nhiệm vụ này như kích thích hứng thú và chú ý của học 19 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp sinh đối với kiến thức bằng các câu hỏi, thay đổi trình tự bài học thơng thường hoặc sử dụng linh hoạt các mơ hình. Việc sử dụng mơ hình cũng như thực hiện các thí nghiệm trên các mơ hình này tự thân nĩ đã khá hấp dẫn và lơi cuốn. Tuy nhiên hiệu quả của việc dùng các mơ hình sẽ càng lớn nếu học sinh được tự mình “tương tác” với các mơ hình này. Việc “tương tác” này được thể hiện dưới nhiều dạng: dự đốn hiện tượng, khái quát định luật, đề xuất phương án kiểm chứng,… Mơ hình cĩ thể được sử dụng trong nhiều giai đoạn khác nhau của giờ học: thực hiện thí nghiệm trên mơ hình để đặt vấn đề, sử dụng mơ hình để kiểm chứng lý thuyết đã được học, sử dụng mơ hình để củng cố kiến thức hay thậm chí mơ hình được sử dụng để gợi mở cho học sinh tìm hiểu thêm, mở rộng vấn đề của bài học. Thơng qua việc “tương tác” với các mơ hình hay thậm chí chỉ là quan sát giáo viên sử dụng các mơ hình, học sinh sẽ bị lơi cuốn. Từ đĩ, học sinh cĩ thể phát huy được năng lực của mình, tự mình “phát minh” ra kiến thức, cảm thấy hứng thú và yêu thích hơn mơn học… Nĩi cách khác, học sinh cĩ thể tự lực nắm các kiến thức vật lý. Sử dụng mơ hình nhằm tăng cường tính sáng tạo của học sinh. Cĩ nhiều cơ sở, từ triết học, sinh học cho đến tâm lí học, cho phép ta khẳng định: cĩ thể phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh trong dạy học vật lý. Cụ thể, ta cĩ thể làm điều đĩ thơng qua việc định hướng tìm tịi sáng tạo cho học sinh (tình huống học tập). Định hướng tìm tịi sáng tạo là kiểu định hướng trong đĩ, giáo viên chỉ cung cấp cho học sinh một số điều kiện cần thiết, nêu rõ mục đích hành động và tác động đến học sinh về mặt tinh thần, kích thích cho học sinh hứng thú để học sinh cĩ thể tự lực sáng tạo. Hoạt động sáng tạo của học sinh phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Nĩi cách khác, để hoạt động sáng tạo của học sinh cĩ thể xảy ra thì cần phải cĩ một số điều kiện. Trước hết, học sinh phải tích cực, chủ động, tự giác; phải luơn biết hồi nghi, khơng suy nghĩ theo lối mịn, khơng bảo thủ và sẵn sàng đĩn nhận cái mới. Theo tâm lí học lứa tuổi thì ở giai đoạn này, học sinh luơn cảm thấy hứng thú với cái mới, các em luơn sẵn trong mình sự hồi nghi, sự năng đơng, tích cực và sẵn sàng tiếp thu những điều mới mẻ. Do đĩ, chỉ cần giáo viên khéo léo trong cách dẫn dắt thì sự 20 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp sáng tạo của học sinh cĩ thể được phát huy. Giáo viên phải tạo ra tình huống cĩ vấn đề, khuyến khích, động viên, tạo mơi trường dân chủ cho học sinh sáng tạo; phải chấp nhận, tơn trọng, lắng nghe, chia sẻ ý kiến riêng của các em, khơng nên đánh giá cá nhân theo những khuơn khổ cứng nhắc. Cĩ như vậy, học sinh mới cĩ đủ điều kiện để cĩ thể sáng tạo. Cũng như việc giúp học sinh tích cực và tự lực trong học tập, để phát huy sự sáng tạo ở học sinh cũng cĩ nhiều cách, trong đĩ, ta cĩ thể sử dụng các mơ hình vào việc định hướng tìm tịi sáng tạo. Như đã nĩi ở trên, định hướng tìm tịi sáng tạo là kiểu định hướng trong đĩ, giáo viên chỉ cung cấp cho học sinh một số điều kiện cần thiết, nêu rõ mục đích hành động và tác động đến học sinh về mặt tinh thần, kích thích cho học sinh hứng thú để học sinh cĩ thể tự lực sáng tạo. Cĩ nhiều cách để cung cấp “dữ kiện” cho học sinh. Nhưng nếu ta cho học sinh một mơ hình nào đĩ, đề ra mục đích hành động, tác động tinh thần để các em tự mình “thao tác” trên các mơ hình đĩ thì so với việc đưa dữ kiện bằng lời nĩi, buộc các em phải tư duy mà khơng cĩ gì để kiểm chứng, hiệu quả sẽ tốt hơn rất nhiều. Đối với học sinh, cơng tác thí nghiệm thực hành tỏ ra cĩ ảnh hưởng tích cực. Việc giao cho học sinh mơ hình để học sinh tự mình tìm ra được những hiện tượng vật lý mới, phát hiện ra những quy luật… tự nĩ đã mang đến cho học sinh niềm thích thú, tự nĩ đã lơi kéo học sinh vào việc học tập, khiến học sinh hành động một cách hồn tồn cĩ ý thức.. Ví dụ, sau khi dạy về từ thơng, giáo viên cho học sinh các dụng cụ: cuộn dây gồm nhiều vịng dây (cuộn dây này cĩ thể được làm cho diện tích thay đổi được bằng cách bĩp méo), điện kế, nam châm và một số dây dẫn để tạo thành mạch kín. Yêu cầu học sinh tạo ra dịng điện trong mạch. Học sinh nhận được yêu cầu, sẽ thử nhiều cách khác nhau.. Học sinh cĩ thể tự do sáng tạo cĩ mục đích, để cuối cùng nhận ra rằng làm thay đổi cảm ứng từ chỉ là một trường hợp riêng để làm xuất hiện suất điện động cảm ứng, dựa vào kiến thức từ thơng đã học học sinh cĩ thể khái quát sự biến đổi từ thơng mới thật sự là nguyên nhân gây ra suất điện động cảm ứng. Như vậy, các em đã tự mình khái quát được kiến thức, tự mình sáng tạo tìm ra kiến thức. Nhờ đĩ, kiến thức cũng sẽ được nhớ lâu hơn và khơng dễ bị nhầm lẫn. 21 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Trong quá trình “thao tác” với mơ hình, học sinh khơng những phải suy nghĩ, được rèn luyện kĩ năng mà các em cịn được “đĩng vai” là các nhà khoa học, cĩ thử, cĩ thất bại và cĩ thành cơng. Sự tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh trong quá trình học tập cĩ mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Học sinh cĩ tích cực, cĩ thấy hứng thú với bài học thì mới cĩ thể tự lực và sáng tạo trong học tập. Ngược lại, trong quá trình tự lực “tìm ra” kiến thức mới, học sinh sẽ càng thấy hứng thú, càng tích cực hơn. Ba yếu tố này gắn bĩ với nhau, thúc đẩy nhau và là điều mà bất kì một giáo viên nào cũng mong muốn học sinh mình cĩ được. Sử dụng mơ hình là một trong các cách tỏ ra cĩ hiệu quả để tăng cường tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh. Như chúng ta đã biết, khơng cĩ phương pháp, cách thức nào là ưu việt trong việc giảng dạy nĩi chung và trong giảng dạy vật lý nĩi riêng. Do đĩ, sử dụng mơ hình cũng như các phương pháp khác, cũng địi hỏi giáo viên sự linh hoạt, khéo léo sao cho hiệu quả của nĩ mang lại cho học sinh là cao nhất. 1.2.3 Thực tiễn việc sử dụng mơ hình trong dạy học Trước đây, nền giáo dục của nước ta rất nặng về lý thuyết, rất nhiều học sinh do khơng hình dung được hiện tượng xảy ra như thế nào nên khơng thể tiếp thu kiến thức được, việc hiểu bài nhớ bài là rất khĩ khăn. Lại cĩ em cĩ thể nĩi thơng vanh vách kiến thức lý thuyết nhưng đến khi cho thực nghiệm thì các em lại hồn tồn lúng túng. Trước tình hình đĩ các nhà làm cơng tác đổi mới giáo dục đã quyết định phải đưa các thí nghiệm trực quan cũng như các mơ hình vào giảng dạy trong các trường phổ thơng. Chỉ cĩ minh hoạ bằng các hình ảnh trực quan như các hình ảnh minh họa, các thí nghiệm, các mơ hình làm trên máy vi tính…thì mới làm cho các em hiểu kiến thức sâu sắc và nhớ lâu. Các hình ảnh trực quan nĩi chung và các mơ hình nĩi riêng cĩ rất nhiều ưu điểm như: gĩp phần làm cho học sinh huy động được tất cả các giác quan tham gia vào quá trình nhận thức, gây hứng thú học tập cho học sinh, kiến thức thu được chắc chắn và sâu sắc, đồng thời lớp học sơi nổi, hăng hái. Tuy nhiên, việc sử dụng nĩ trong thực tế thì cịn nhiều điều phải bàn. 22 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu về thực tiễn việc sử dụng mơ hình trong dạy học vật lý, trước tiên ta cần nĩi đơi nét về tình hình các mơ hình nĩi riêng và các thiết bị dạy học hiện nay nĩi chung. Thiết bị khơng đảm bảo chất lượng Kết quả của cuộc điều tra khảo sát với 2000 cán bộ, giáo viên về thiết bị của Cơng đồn Giáo dục Việt Nam đã cho thấy cĩ tới 41,75% thiết bị dạy học chưa đảm bảo chất lượng. Thiết bị chất lượng kém, các mơ hình thiết bị mau hỏng, chỉ sử dụng cĩ hiệu suất chính xác ở đầu năm nhưng càng về cuối năm học, do sử dụng nhiều lần nên chất lượng giảm dần, một số thiết bị độ chính xác chưa cao. Mặc dù chất lượng thiết bị trong vài năm gần đây đã được nâng lên đáng kể nhưng vẫn cịn tồn tại khơng ít hạn chế. Cụ thể là một số chi tiết thiết bị dạy học chưa đảm bảo yêu cầu, đặc biệt thiết bị, mơ hình chưa mang tính hiện đại, chưa được chú trọng đầu tư như một loại hàng hố “cơng nghiệp”, chưa thể hiện rõ tính liên thơng, cịn trùng lặp qua các năm triển khai ở các khối lớp khác nhau. Bên cạnh đĩ, cơ cấu ở một số chi tiết thiết bị chưa thật hợp lý, chưa thật sự thuận lợi cho người sử dụng. Theo ơng Đặng Như Bằng, giáo viên vật lý kiêm nhiệm cán bộ thiết bị dạy học của trường THPT Trực Ninh (tỉnh Nam Định) đánh giá thiết bị dạy học phục vụ chương trình phổ thơng mới hiện nay cĩ tới… chín nhược điểm như khĩ sử dụng, quá cồng kềnh khiến giáo viên ngại di chuyển và sử dụng, đo lường khơng chính xác gây phản cảm cho học sinh, thiết bị nhập khẩu khơng phù hợp với yêu cầu thực tế của Việt Nam, nhiều thiết bị đắt tiền nhưng lại khơng cĩ phụ tùng thay thế khi hỏng hĩc một bộ phận, chi tiết nhỏ... Ngồi ra, các mơ hình (hình vẽ, tranh ảnh) đề cập trong SGK khơng thống nhất với các thiết bị cĩ trong trong phịng thí nghiệm. Ví dụ như bộ dụng cụ về hiện tượng tự cảm trong bài hiện tượng tự cảm (đèn led thay cho đèn thường, mạch điện trong thí nghiệm hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch vẫn tồn tại đèn ở nhánh cĩ ống dây,…). Đĩ là chưa kể đến việc khơng thống nhất nhau giữa các mơ hình trong hai SGK: cơ bản và nâng cao. 23 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Lại nĩi đến các mơ hình, mơ hình thật đang được sử dụng ở các trường học hiện nay cũng tương tự như các thiết bị dạy học khác: chất lượng chưa đảm bảo, cơ cấu chưa hợp lí và chưa thật sự thuận lợi cho người sử dụng. Mơ hình trên máy tính thì hầu như khơng cĩ. Các mơ hình đang dược sử dụng hiện tại đều là do giáo viên tự trang bị: tự làm lấy hoặc sưu tầm trên internet,… Do đĩ, sự thống nhất giữa các mơ hình, mức độ thẩm mĩ của chúng cũng như hiệu quả sử dụng rất khác nhau. Điều này là một thiệt thịi rất lớn đối với học sinh. Việc giảng dạy vật lý khơng chỉ phụ thuộc vào thiết bị dạy học, vào chất lượng của mơ hình mà cịn phụ thuộc vào giáo viên. Tâm lý ngại sử dụng thiết bị của giáo viên Cĩ một thực tế là việc nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học hiện nay vẫn chỉ mang tính vận động. Vì vậy, chỉ những giáo viên tâm huyết và chịu khĩ mới tự giác sử dụng thiết bị. Số khơng nhỏ cịn lại vẫn cĩ tâm lý ngại sử dụng thiết bị mỗi giờ lên lớp. Tâm lý này cũng xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau: ở nhiều trường học, nhất là vùng khĩ khăn vẫn cịn thiếu phịng học bộ mơn, phịng thực hành thí nghiệm, nhiều nơi chỉ là kho chứa thiết bị nên mỗi lần lấy thiết bị ra thực hành là cả một vấn đề Một số giáo viên cĩ ý thức tốt với việc sử dụng thiết bị song do nhiều phiền tối nên nhiều thầy cơ ngại khai thác phịng thí nghiệm trong quá trình giảng dạy. Số thiết bị được sử dụng đạt khoảng 80% nhưng tần suất sử dụng chưa cao. Quan trọng hơn đĩ là sự ngại ngần trong cơng tác chuẩn bị thiết bị, lo mất thời gian trong giờ giảng. Một số giáo viên cịn thiếu hiểu biết về các mơ hình, thiết bị dạy học, kỹ năng sử dụng cịn hạn chế nên thiếu tự tin. Trong quá trình học tập ở các trường sư phạm, giáo viên chưa được trang bị đầy đủ kiến thức để sử dụng các trang thiết bị giáo dục, vì vậy cĩ tâm lý ngại tiếp cận với các thiết bị dạy học mới, đắt tiền. Theo PGS.TS Nguyễn Văn Khơi - Trường ĐHSP Hà Nội: hiệu quả sử dụng thiết bị trong dạy học ở trường phổ thơng phụ thuộc vào nhiều yếu tố; trong đĩ người quản lý và người thực hiện (cán bộ phụ trách thiết bị và giáo viên) là những yếu tố quyết định. Trong nhiều trường hợp, thiết bị khơng được sử dụng cĩ hiệu quả là do cơ chế và trách nhiệm của hai yếu tố trên khơng được quy định rõ ràng. 24 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Như vậy, dễ dàng nhận thấy một điều là tất cả những yếu tố khách quan khơng phải là nguyên nhân chính dẫn đến việc thiết bị dạy học chưa được sử dụng đúng mức. Điều quan trọng vẫn chính là bản thân mỗi cán bộ quản lý và giáo viên cĩ nhận thức đúng tầm quan trọng của việc sử dụng thiết bị dạy học hay khơng. Thứ trưởng Nguyễn Văn Vọng cũng khẳng định: điều quan trọng nhất là cán bộ và giáo viên phải thay đổi nhận thức về việc sử dụng thiết bị. Bên cạnh các thiết bị, các mơ hình dạy học, giáo viên cịn được hỗ trợ bởi nhiều thiết bị mang tính hiện đại (máy tính, máy chiếu,…). Tuy nhiên, những thiết bị này cũng chưa được sử dụng thường xuyên. Chỉ một số giờ dạy mẫu, giờ thi giáo viên dạy giỏi được tập trung đầu tư chuẩn bị, những giờ cịn lại sự cĩ mặt của thiết bị hỗ trợ, của thí nghiệm ảo, giáo án điện tử chiếm tỉ lệ rất thấp. Hiện nay, chương trình đổi mới giáo dục ở bậc PTCS đã đưa vào rất nhiều các thí nghiệm dưới dạng làm sẵn thí nghiệm và chụp lại hình cho học sinh quan sát và bài học nào cũng cĩ thí nghiệm dưới dạng này. Tuy nhiên, ở bậc PTTH cĩ hạn chế hơn. Như đã nĩi ở trên, vật lý là một ngành khoa học thực nghiệm, nĩ nghiên cứu sự vận động vơ cùng phong phú và đa dạng của vật chất. Do đĩ, rất cần các thí nghiệm, các mơ hình (mơ hình thật cũng như mơ hình trên máy tính) để học sinh cĩ thể hiểu và hình dung ra được các hiện tượng, từ đĩ, cĩ thể tăng cường tính tự lực, tích cực, sáng tạo của học sinh. Điều đĩ khơng chỉ địi hỏi ở giáo viên kĩ năng sử dụng mơ hình cũng như các thiết bị dạy học mà cịn địi hỏi cả sự tâm huyết, sự nhiệt tình, lịng yêu nghề mà thậm chí là sự đầu tư tiền bạc và cơng sức. (Trên đây là một số số liệu từ cuộc điều tra thực trạng và các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng TBDH ở trường phổ thơng do Cơng đồn Giáo dục VN thực hiện được cơng bố tại cuộc hội thảo về chủ đề này tổ chức tại Hà Nội sáng 28-3- 2006.) 25 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MỘT SỐ MƠ HÌNH VÀ CÁC TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHƯƠNG V “CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” CĨ SỬ DỤNG MƠ HÌNH 2.1 Phân tích chương V “cảm ứng điện từ” 2.1.1 Vị trí và yêu cầu của việc giảng dạy chương V “Cảm ứng điện từ” Trọng tâm của chương này là hiện tượng cảm ứng điện từ. Hiện tượng này là một trong những hiện tượng cơ bản nhất của điện động lực học. Việc nghiên cứu hiện tượng này khơng chỉ nhằm tìm hiểu một hiện tượng mà cịn tích lũy vốn tri thức đảm bảo cho việc nắm vững và sâu sắc những ứng dụng kĩ thuật và vật lý của hiện tượng. Cĩ thể nĩi, học sinh chỉ cĩ thể hiểu được nguyên tắc sản sinh ra dịng điện xoay chiều, nguyên tắc hoạt động của các máy phát điện xoay chiều và một chiều, động cơ điện, máy biến thế,… khi mà học sinh nắm được bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ và các quy luật chi phối hiện tượng này. Hơn nữa, việc nghiên cứu hiện tượng này cịn dựa trên cơ sở các kiến thức về hiện tượng điện từ nghiên cứu trước đĩ nên một lần nữa giúp học sinh hiểu sâu được các hiện tượng đã học. Dựa vào hiện tượng này, ta cĩ thể giải thích được sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động cắt các đường cảm ứng từ, giải thích được hiện tượng tự cảm cũng như sự xuất hiện của dịng điện Fu-cơ,… Việc giảng dạy chương này cần đảm bảo cho học sinh nắm được các vấn đề cơ bản sau:  Trong mọi trường hợp, khi từ thơng qua một tiết diện được giới hạn bởi một mạch kín biến thiên thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.  Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng là do sự tích tụ các điện tích trái dấu ở hai đầu đoạn dây khi các electron chuyển dời trong dây dẫn dưới tác dụng của lực Lorentz.  Độ lớn suất điện động cảm ứng được xác định theo cơng thức: ec = - Δ/Δt 26 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp và suất điện động cảm ứng xuất hiện trong đoạn dây dẫn chuyển động cắt các đường sức từ được xác định bởi cơng thức: e = Bvlsinθ  Chiều dịng điện cảm ứng trong mạch được xác định theo định luật Lentz.  Chiều từ cực âm đến cực dương của nguồn điện (đoạn dây dẫn chuyển động cắt các đường sức) được xác định theo quy tắc bàn tay phải.  Hiện tượng tự cảm chỉ là một trường hợp riêng của hiện tượng cảm ứng điện từ. Đĩ là hiện tượng xuất hiện dịng điện cảm ứng trong ống dây khi dịng điện trong chính ống dây đĩ biến thiên.  Năng lượng từ trường dự trữ trong ống dây cĩ dịng điện được xác định bởi cơng thức: W = Li2/2 Một số lưu ý:  Hầu hết các khái niệm và các định luật thuộc chương này đều rút ra từ các thí nghiệm và các thí nghiệm này khá đơn giản dù học sinh hay giáo viên thực hiện thì cũng thành cơng. Do đĩ, cần chú ý sử dụng các thí nghiệm, các mơ hình cho học sinh. Điều này khơng chỉ quan trọng ở chỗ nĩ giúp học sinh hiểu được và nắm vững kiến thức do các thí nghiệm dẫn tới mà cịn giúp học sinh hiểu được một cách tự giác các phần sau của chương trình như dịng điện xoay chiều, các máy điện, dao động và sĩng điện từ,…  Do cấu trúc của chương trình chặt chẽ và hợp logic, các vấn đề được đưa ra cĩ trước cĩ sau, phục vụ đồng thời bổ sung lẫn nhau nên trong quá trình giảng dạy cần phải quan tâm đến việc ơn tập, củng cố, chuẩn bị tốt cho việc tiếp thu kiến thức sau cũng như làm sáng tỏ và sâu sắc hơn kiến thức trước.  Cần hết sức quan tâm đến các bài tập định tính đặc biệt là việc sử dụng các kiến thức về các hiện tượng, các quy tắc và các định luật để giải thích các hiện tượng thực tiễn và các sự kiện thực nghiệm. 27 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp 2.1.2 Phân tích các bài học trong chương Bài 38: HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ - SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG Mục tiêu:  Phát biểu được định nghĩa từ thơng và ý nghĩa của từ thơng.  Phân biệt được hiện tượng cảm ứng điện từ, dịng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng trong mạch điện kín.  Trình bày được định luật Faraday và định luật Lentz. Phân tích: Bài này gồm 5 phần:  Phần 1: Thí nghiệm Giới thiệu mở đầu về hiện tượng cảm ứng điện từ qua hai thí nghiệm kinh điển o Đưa nam châm lại gần hay ra xa ống dây, trong ống dây xuất hiện dịng điện. o Điều chỉnh con chạy biến trở làm dịng điện qua ống dây thay đổi, trong vịng dây xuất hiện dịng điện. Thí nghiệm thứ nhất cĩ sự chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây; thí nghiệm thứ hai từ trường trong phạm vi khơng gian đặt mạch điện biến thiên theo thời gian. Nhận xét: Đây là hai thí nghiệm kinh điển lại khơng quá khĩ để thực hiện. Do đĩ, giáo viên cần thực hiện cho học sinh quan sát, ít nhất là thí nghiệm 1. Tuy nhiên, ở đây ta cĩ một số điểm cần lưu ý: o Thí nghiệm 1: khi ta thực hiện thí nghiệm với mơ hình thật, tính chân thật được bảo đảm nhưng chúng ta khơng thể quan sát được hình ảnh đường sức. Do đĩ, học sinh sẽ khơng hình dung được số đường sức qua ống dây thay đổi thế nào. Sẽ rất khĩ khăn để dẫn dắt các em đi đến kết luận: khi số đường sức qua ống dây thay đổi thì cĩ dịng điện qua ống dây. Vì vậy, ta nên kết hợp thêm mơ hình trên máy vi tính, ở đĩ, các đường sức được 28 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp biểu diễn thành các đường cong khép kín, các em dễ dàng hình dung được số đường sức thay đổi thế nào. o Tương tự với thí nghiệm 2: học sinh cũng khơng thể hình dung được sự thay đổi cảm ứng từ trong lịng ống dây như thế nào khi con chạy di chuyển. Trong SGK cĩ hình vẽ khá rõ ràng. Tuy nhiên, hình vẽ này khơng thể biểu diễn được sự thay đổi của số đường sức. Do đĩ, ta cần cĩ mơ hình trên máy tính, ở đĩ, sự tăng giảm số đường sức trong ống dây (cũng là số đường sức qua vịng dây) theo sự tăng giảm của dịng điện trong mạch được thể hiện rõ. o Nếu muốn học sinh đi đến kết luận: khi số đường sức từ xuyên qua mạch kín biến đổi thì trong mạch xuất hiện dịng điện một cách tích cực, tự lực chứ khơng phải bị áp đặt thì cần bổ sung thêm một số trường hợp, một số mơ hình.  Phần 2: Xây dựng khái niệm từ thơng cho học sinh. Từ thơng (cảm ứng từ thơng) qua diện tích S đặt trong từ trường đều B, kí hiệu  được định nghĩa:  = B.S.cos Người ta dùng khái niệm từ thơng để diễn tả số đường sức từ xuyên qua một diện tích nào đĩ. Đĩ là ý nghĩa của từ thơng. Nhận xét: Sau khi trình bày hai thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ, SGK trình bày về khái niệm từ thơng. Sở dĩ như vậy là vì trong SGK, hiện tượng cảm ứng điện từ được định nghĩa qua khái niệm từ thơng. Vì vậy, phải đưa ra khái niệm từ thơng trước khi đưa ra khái niệm cảm ứng điện từ. Khái niệm từ thơng theo cách xây dựng như SGK khá tách biệt với hiện tượng cảm ứng điện từ. Tới đây, học sinh sẽ nảy sinh nhiều câu hỏi: tại sao đưa ra khái 29 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp niệm từ thơng? Từ thơng được xây dựng để làm gì? Do đĩ, giáo viên cần phải khéo léo gắn kết khái niệm từ thơng này vào phần tiếp theo của bài để khái niệm từ thơng khơng trở nên tách biệt.  Bước 3: Tìm hiểu hiện tượng cảm ứng điện từ Trình bày lần lượt ba khái niệm: dịng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng trong mạch điện kín và hiện tượng cảm ứng điện từ. Nhận xét: Hai thí nghiệm đầu bài chưa đủ sức khái quát để ta cĩ thể kết luận: khi cĩ sự biến đổi từ thơng qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. Trong cả hai thí nghiệm trên, nguyên nhân gây ra hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ là do cảm ứng từ hay số đường sức qua mạch kín biến thiên. Trong khi từ thơng cịn phụ thuộc vào diện tích S và gĩc . Do đĩ, khơng thể áp đặt học sinh: “._.ịng điện. Khi thanh MN dừng lại, kim điện kế khơng bị lệch, trong mạch khơng cĩ dịng điện. Giải thích: khi thanh MN di chuyển, diện tích mạch kín thay đổi, từ thơng qua mạch kín biến thiên nên trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. Dự đốn: trong thanh luơn cĩ sẵn các electron tự do. Khi thanh chuyển động trong từ trường với vận tốc v thì các electron này cũng chuyển động với cùng vận tốc. Do đĩ, chúng sẽ chịu tác 71 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp với vận tốc v thì các electron này cũng chuyển động với cùng vận tốc. (Cho học sinh xem mơ hình đoạn dây dẫn phĩng to). Kiểm chứng dự đốn của học sinh bằng cách cho học sinh xem tiếp mơ hình để đi đến kết luận: khi đoạn dây MN chuyển động cắt các đường sức từ nhưng khơng nối với hai thanh ray thì trong đoạn dây đĩ vẫn xuất hiện suất dụng của lực Lorentz. Dưới tác dụng của lực này các electron sẽ chuyển động về một đầu của thanh tạo thành cực âm của nguồn điện. → Dù khơng cĩ mạch kín, vẫn tồn tại suất điện động cảm ứng trong thanh. Suất điện động này cịn tồn tại chừng nào thanh MN chuyển động trong từ trường. Nĩi cách khác, thanh MN cịn chuyển động trong từ trường, cắt các đường cảm ứng từ đĩng vai trị như một nguồn điện Xem tiếp mơ hình. 72 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp 73 điện động cảm ứng. 2. Quy tắc bàn tay phải Thanh MN chuyển động cắt các đường cảm ứng từ đĩng vai trị như một nguồn điện. Yêu cầu học sinh dựa vào các cực đã cĩ trong thí nghiệm và bàn tay phải để tìm quy tắc xác định các cực của nguồn điện đĩ (nếu yêu cầu này quá ừ đĩng vai trị như c âm sang cực dương của nguồn điện ĩ. 2. khĩ cĩ thể cho các em dựa vào SGK). Thanh MN chuyển động cắt các đường cảm ứng t một nguồn điện. Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngĩn cái chỗi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, chiều từ cổ tay đến bốn ngĩn tay chỉ chiều từ cự đ Quy tắc bàn tay phải Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngĩn cái chỗi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đĩ đoạn dây dẫn đĩng vai trị như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngĩn tay chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đĩ. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp 74 3. iện động cảm ứng Biểu thức suất đ trong đoạn dây Cùng học sinh xây dựng biểu thức xác định suất điện động cảm ứng trong đo lực nào? Lự đĩ được xác định ra sao? tz, các ele uất điện động cảmạn dây bằng các câu hỏi gợi ý: Khi electron chuyển động trong từ trường thì nĩ chịu tác dụng của c Ở đây sinα = 1. Dưới tác dụng của lực Loren ctron sẽ chuyển động thế nào? Khi electron bắt đầu chuyển động về một phía của thanh nghĩa là trong hai đầu của thanh một đầu thừa electron, đầu cịn lại thiếu electron. Trong thanh xuất hiện điện trường E. Do đĩ, electron Trả lời các câu hỏi gợi ý để xây dựng biểu thức xác định s ứng trong đoạn dây: Khi electron chuyển động trong từ trường thì nĩ chịu tác dụng của lực Lorentz, cĩ phương vuơng gĩc với vectơ v và B , cĩ chiều theo quy tắc bàn tay trái, c huyển động về một ực Lorentz cân bằn Bv│q│ → E = Bv 3. iện động cảm ứng ĩ độ lớn f = Bv│q│sinα Các electron sẽ c phía của thanh. Lực điện F = E.│q│ Khi lực điện và l g nhau thì: F = f → E.│q│ = Biểu thức suất đ trong đoạn dây Khi electron chuyển động trong từ trường thì nĩ chịu tác dụng của lực Lorentz, cĩ phương vuơng gĩc với vectơ v và B , cĩ chiều theo quy tắc bà ớn c chuyển động về một phía củ lực Lorentz cân bằ = Bv│q│ cĩ mạch kín thì: U = ε n tay trái, cĩ độ l f = Bv│q│sinα Dưới tác dụng của lực Lorentz , cá electron sẽ a thanh. Lực điện F = E.│q│ Khi lực điện và ng nhau thì: F = f → E.│q│ → E = Bv Mà U = E.l Khi khơng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp 75 chịu tác dụng của hai lực: lực điện F và lực Lorentz f. Lực Lorentz khơng đổi cịn lực điện thì tăng dần. Cuối cùng hai lực đĩ cân bằng nhau. Viết biểu thức liê E và U liên hệ thế nào nếu thanh dài g cảm ứng ε sẽ liên hệ thế nào với U? ện động ào? vlsinθ = E.l hi đĩ, U = ε ε = Bvl Tổng quát ε = Bvlsinθ n hệ giữa lực f và F khi đĩ. Mà l? Khi khơng cĩ mạch kín suất điện độn Vậy ta cĩ thể tính suất đi cảm ứng ε trong thanh thế n Tổng quát ε = B U K → ε = Bvl 4. Máy phát điện Máy phát điện là một ứng dụng quan trọng của hiện tượng cảm ứng điện từ. Nhờ nĩ mà ta cĩ điện để sử dụng hàng ngà 4. y. Máy phát điện Cấu tạo: máy phát điện gồm một khung dây quay trong từ trường của một nam châm. Ngồi ra cịn cĩ bộ gĩp gồm: chổi Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp 76 Cho học sinh quan sát hình ảnh máy ph xoa chiều và máy phát điện một chiều g quay, mạch ngồi uất hiện dịng điện. hình ảnh máy phát điện tron rong từ trường của một nam châ vành khuyên (hoặc bán khu em đoạn phim về hoạt động của máy vành khuyên (hoặc bán kh yển động cắt các đường cảm ứng từ. át điện trong thực tế. Dựa vào SGK cũng như mơ hình máy phát điện, yêu cầu học sinh nêu cấu tạo của máy phát điện. Lưu ý học sinh tìm điểm khác nhau giữa máy phát điện y Cho học sinh xem đoạn phim về hoạt động của máy. Yêu cầu học sinh giải thích vì sao khi khun x Quan sát g thực tế. Nêu cấu tạo của máy phát điện: Máy phát điện gồm một khung dây quay t m. Ngồi ra cịn cĩ bộ gĩp gồm: chổi quét và yên) X quét và uyên). Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ khi một đoạn dây dẫn chu Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp 77 Ta thấy: mỗi vịng quay của khung kim điện kế lệch hai chiều khác , nhau → hơng đổi gọi là dịng điện một ĩ chỉ cần thơng báo cho các em như trên). dịng điện đổi chiều một lần. Dịng điện được lấy ra liên tục nhờ hai vành khuyên sẽ cĩ chiều thay đổi theo thời gian gọi là dịng điện xoay chiều. Nếu dịng điện lấy ra theo mỗi vịng quay nhờ hai bán khuyên thì cĩ chiều k chiều. (Tùy vào trình độ của học sinh: nếu học sinh khá giỏi, yêu cầu học sinh suy ngh tại sao, sau đĩ cĩ thể cho các em xem mơ hình giải thích để các em rõ, nếu trình độ chung của học sinh khơng cao, Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Củng cố bài học Trả lời một số câu hỏi trắc nghiệm (chuẩn bị sẵn) Bài tập về nhà của học sinh  Làm các bài tập SGK  Yêu cầu học sinh về nhà suy nghĩ tại sao bộ gĩp cĩ thể quyết định máy phát điện là xoay chiều hay một chiều (nếu chưa phân tích ở trên)  Chuẩn bị bài sau Bài 42: NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG Mục tiêu Kiến thức:  Hiểu được ống dây cĩ dịng điện cĩ mang năng lượng.  Nhớ được cơng thức xác định năng lượng từ trường trong ống dây và cơng thức xác định mật độ năng lượng từ trường. Kĩ năng:  Vận dụng được các cơng thức xác định năng lượng từ trường trong ống dây và cơng thức xác định mật độ năng lượng từ trường để giải các bài tập cĩ liên quan. Hành động:  Phát hiện ra được ống dây cĩ dịng điện chạy qua thì dự trữ năng lượng (năng lượng từ trường).  Tự lực tìm ra được mối quan hệ giữa năng lượng từ trường và độ tự cảm của ống dây cũng như cường độ dịng điện qua ống dây. Phương pháp giảng dạy Sử dụng các mơ hình để giúp học sinh tự lực tìm ra kiến thức. Chuẩn bị Giáo viên:  Giáo án, SGK.  Mơ hình về hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch và các mơ hình cĩ liên quan đến bài. 78 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo 79 Học sinh:  Ơn lại kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ, về hiện tượng tự cảm đã học.  Liên hệ với các kiến thức về năng lượng điện trường. Nội dung bài mới: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH HƯỚNG DẪN GHI CHÉP Đặt vấn đề: ta biết rằng một điện tích q ở trong điện trường thì cĩ năng lượng (thế năng). Mà từ trường và điện trường cĩ nhiều nét tương đồng. Câu hỏi đặt ra là: từ trường cĩ mang năng lượng khơng và biểu thức xác định năng lượng đĩ như thế nào? 1. Năng lượng của ống dây cĩ dịng điện Định hướng: cho học sinh quan sát thí nghiệm: ống dây đặt gần một kim nam châm. Kim nam châm vẫn đứng yên. Khi cĩ dịng điện chạy qua ống dây, kim nam châm dịch chuyển. Dựa vào hiện tượng xảy ra, yêu cầu học sinh nhận xét về khả năng sinh cơng của ống dây cĩ dịng điện. Thực hiện thí nghiệm về hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch cho học sinh quan sát. Yêu cầu học sinh cho biết năng lượng Quan sát thí nghiệm. Nhận xét: khi cĩ dịng điện chạy qua ống dây, kim nam chậm dịch chuyển. Điều đĩ chứng tỏ: ống dây mang dịng điện cĩ khả năng sinh cơng hay cĩ mang năng lượng. Quan sát thí nghiệm Suy luận: Ống dây mang dịng điện 1. Năng lượng của ống dây cĩ dịng điện Trong thí nghiệm về hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch, đèn khơng cịn được nối với nguồn điện nhưng nĩ lĩe sáng lên rồi mới tắt. Năng lượng làm cho bĩng đèn lĩe sáng khơng phải do nguồn mà là do ống dây cung cấp. Năng lượng này được tich trữ trong ống dây từ trước khi ngắt khĩa K và cĩ cơng thức tính: W = Li2/2 80 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp nào cung cấp để đèn lĩe sáng lên? (Cĩ thể gợi ý bằng các câu hỏi: Đèn lĩe sáng lên nhờ đâu? Năng lượng nào cung cấp để đèn lĩe sáng lên?...) Xác nhận: Năng lượng làm cho bĩng đèn sáng được tích trữ trong ống dây từ trước khi ngắt cơng tắc. Định hướng: cho học sinh mơ hình. Yêu cầu học sinh thiết lập thí nghiệm để tìm mối quan hệ giữa năng lượng của ống dây và độ tự cảm cũng như cường độ dịng điện qua ống dây. cĩ mang năng lượng.→ Khi ngắt khĩa K, đèn lĩe sáng lên nhờ năng lượng do ống dây cung cấp. Quan sát mơ hình. Suy luận: mức độ lĩe sáng của bĩng đèn cho biết năng lượng mà ống dây cung cấp cho đèn. Đèn lĩe sáng càng mạnh chứng tỏ năng lượng mà ống dây dự trữ càng lớn. → Thiết lập thí nghiệm: lần lượt đưa từng ống dây vào từng mạch điện rồi cho ngắt mạch. Dựa vào độ lĩe sáng của bĩng đèn để tìm hiểu năng lượng mà ống dây dự trữ phụ thuộc những 81 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Tiến hành tương tác trên mơ hình và yêu cầu học sinh nhận xét để đi đến kết luận. Qua nhiều thí nghiệm và tính tốn, các nhà khoa học đã tìm ra biểu thức tính năng yếu tố nào. Nhận xét: Ống dây to (0,02H) luơn làm đèn lĩe sáng mạnh hơn so với khi đặt ống dây nhỏ (0,01H) vào cùng một mạch. Chứng tỏ: năng lượng của ống dây tỉ lệ thuận với độ tự cảm của ống dây. Cùng một ống dây, đặt vào mạch cĩ hiệu điện thế càng lớn (dịng điện qua ống dây càng lớn) thì độ lĩe sáng của bĩng đèn cũng càng mạnh. Chứng tỏ: 82 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp lượng trong ống dây cĩ dịng điện. Đưa ra biểu thức tính. năng lượng của ống dây phụ thuộc vào cường độ dịng điện qua ống dây. → Năng lượng của ống dây phụ thuộc vào độ tự cảm và cường độ dịng điện qua ống dây. 2. Năng lượng từ trường: Khi dịng điện qua ống dây thì trong ống dây cĩ từ trường. Vì vậy, người ta quan niệm rằng năng lượng của ống dây chính là năng lượng của từ trường trong ống dây đĩ. Đối với học sinh khá giỏi, yêu cầu học sinh rút ra mối liên hệ giữa năng lượng từ trường và cảm ứng từ B của ống dây (cĩ thể gợi ý học sinh một số cơng thức cần dùng) Lắng nghe giáo viên trình bày. Chứng minh: W = 107B2V/8π Ta cĩ:  = Li → W = i/2 Mà  = N.B.S = n.l.B.S = n.B.V B = 4π.10-7 n.i → i = B/4π.10-7 n → W = 107B2V/8π 2. Năng lượng từ trường: Năng lượng của ống dây chính là năng lượng từ trường trong ống dây đĩ. W = 107B2V/8π Mật độ năng lượng từ trường: w = 107B2/8π 83 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp 84 Đối với các học trung bình, đưa ra cơng thức W = 107B2V/8π như thơng báo. Từ trường trong ống dây là từ trường đều, yêu cầu học sinh xác định cơng thức tính mật độ mật độ năng lượng từ trường. Gợi ý cho học sinh liên hệ giữa điện trường với từ trường. Củng cố bài học  Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi ở phần đặt vấn đề.  Trả lời một số câu hỏi trắc nghiệm (chuẩn bị sẵn) Bài tập về nhà của học sinh  Làm các bài tập SGK  Chuẩn bị bài sau Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích Chúng tơi tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết đã nêu ra trong bài khĩa luận: sử dụng mơ hình trong dạy học cĩ thể giúp tăng cường tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh. Thực nghiệm sư phạm chúng tơi cần giải đáp các vấn đề sau:  Việc thiết kế bài học cĩ sử dụng mơ hình như đã nêu trên trong phần lí thuyết cĩ thể thực hiện được đến mức độ nào trong hồn cảnh trường phổ thơng hiện nay.  Chất lượng học tập khi cĩ sử dụng các mơ hình cĩ được nâng cao khơng? Tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh cĩ được nâng cao khơng? 3.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm Tổ chức dạy học chương V “Cảm ứng điện từ” cụ thể là bài 38: “Hiện tượng cảm ứng điện từ - Suất điện động cảm ứng” và bài 39: “Suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động”. Tổ chức cho học sinh kiểm tra, vận dụng kiến thức vừa học để đánh giá mức độ nắm bắt vấn đề, mức độ hiểu bài của học sinh. 3.3 Lựa chọn đối tượng thực nghiệm sư phạm Chúng tơi chọn đối tượng thực nghiệm sư phạm là các em học sinh lớp 11A5 trường THPT Gia Định (Bình Thạnh – thành phố Hồ Chí Minh). Học sinh lớp này nhìn chung, trình độ khá đồng đều, các em đều cĩ học lực khá tốt. 3.4 Diễn biến quá trình thực nghiệm 3.4.1 Bài 38: Hiện tượng cảm ứng điện từ - Suất điện động cảm ứng 3.4.1.1 Tiến trình bài học: GIÁO VIÊN HỌC SINH Đặt vấn đề Lắng nghe và chuẩn bị tâm thế để tiếp thu kiến thức mới 1. Thí nghiệm: Giới thiệu thí nghiệm về hiện tượng Chăm chú quan sát thí nghiệm 85 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp cảm ứng điện từ (thí nghiệm SGK), thực hiện nhiều lần thí nghiệm cho học sinh quan sát. Cho học sinh quan sát lại mơ phỏng thí nghiệm trên máy tính và đặt câu hỏi: “Qua thí nghiệm, ta thấy, dịng điện xuất hiện khi nào?” Cho học sinh quan sát thí nghiệm trên máy tính: ống dây chuyển động thẳng giữa hai cực của nam châm hình chữ U và đặt lại câu hỏi: “dịng điện xuất hiện khi nào?” Gợi ý: đường sức từ của hai nam châm khác nhau ra sao? Khi ống dây chuyển động thì số đường sức qua ống dây thế nào? So sánh hai trường hợp để rút ra kết luận dịng điện xuất hiện khi nào? Kiểm chứng lại kết luận trên bằng một thí nghiệm khác, khơng dùng nam châm. Gợi ý để học sinh thiết kế mạch điện. Cho học sinh quan sát mơ phỏng thí nghiệm trên máy tính. Cho học sinh quan sát mơ phỏng thí nghiệm ống dây quay giữa hai cực nam châm chữ U trên máy tính. Quan sát mơ phỏng thí nghiệm và trả lời: “dịng điện xuất hiện khi nam châm chuyển động” Học sinh suy nghĩ Được sự gợi ý của giáo viên, trả lời: dịng điện xuất hiện khi số đường sức từ qua ống dây thay đổi. Dựa vào SGK và gợi ý của giáo viên, thiết kế mạch điện như hình 38.2 SGK. Quan sát mơ phỏng thí nghiệm. Quan sát mơ phỏng thí nghiệm, xác nhận thêm lần nữa kết luận: dịng điện xuất hiện khi số đường sức từ qua ống dây thay đổi. (Thực tế, khi cho học sinh quan sát mơ phỏng này, một số học sinh đã đưa ra câu hỏi: bất cứ khi nào số đường sức từ qua ống dây thay đổi là 86 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp xuất hiện dịng điện? Nếu cho ống dây chuyển động lên xuống cắt các đường cảm ứng từ (trường hợp ống dây vẫn nằm trong khoảng giữa hai cực của nam châm và trường hợp chuyển động lên xuống nhưng ra khỏi khoảng này) thì cĩ dịng điện xuất hiện khơng? … Điều này chứng tỏ, mơ hình được sử dụng đã kích thích được các em, làm các em chú ý, tăng cường khả năng tư duy và khiến các em nảy sinh nhiều câu hỏi) 2. Khái niệm từ thơng: Đưa ra định nghĩa từ thơng như SGK. Tìm hiểu ý nghĩa và đơn vị của của từ thơng Thực tế, sau khi học xong phần này, một số học sinh đã đưa ra câu hỏi: chúng ta học khái niệm từ thơng để làm gì? Đây là một thuận lợi cho giáo viên dạy tiếp phần sau. 3. Hiện tượng cảm ứng điện từ Cho học sinh khung dây mềm gồm nhiều vịng dây, điện kế, nam châm và một số dây dẫn để tạo thành mạch kín. Yêu cầu học sinh cho biết mối liên hệ giữa từ thơng với sự xuất hiện dịng điện cảm ứng trong mạch. Từ thí nghiệm 1, ý nghĩa của từ thơng, SGK, suy luận: khi cảm ứng từ thay đổi thì xuất hiện dịng điện trong mạch. Như vậy, cĩ thể khi từ thơng biến thiên thì xuất hiện dịng điện. → Nhận xét trên là đúng nếu khi cho từng đại lượng trong biểu thức tính từ thơng biến thiên thì xuất hiện dịng điện trong mạch. 87 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Dẫn dắt để học sinh đi đến định nghĩa hiện tượng cảm ứng điện từ, dịng điện cảm ứng và suất điện động cảm ứng. Thực hiện thí nghiệm theo đề xuất để kiểm chứng. Kết luận: khi từ thơng qua mạch kín biến thiên thì trong mạch xuất hiện dịng điện cảm ứng Định nghĩa dịng điện cảm ứng và suất điện động cảm ứng, hiện tượng cảm ứng điện từ 4. Xác định chiều của dịng điện cảm ứng – Định luật Lentz. Cho học sinh xem lại mơ hình thí nghiệm 1 nhưng đặt 2 mơ hình này trong tương quan so sánh. Yêu cầu hai học sinh (mỗi học sinh một trường hợp) lên bảng và lần lượt trả lời các câu hỏi (như giáo án đã trình bày) Dẫn dắt để đi đến nội dung định luật Lentz Đưa ra quy tắc gồm 4 bước xác định chiều của dịng điện cảm ứng. Cho học sinh một số ví dụ để các em thực hành Quan sát lại mơ hình thí nghiệm 1 Hai học sinh lên bảng trả lời (viết câu trả lời lên bảng theo 2 cột). Dựa vào phần trả lời (trên bảng), để rút ra kết luận (nội dung định luật Lentz) Thực hành xác định chiều dịng điện cảm ứng. 88 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp 5. Định luật Faraday về cảm ứng điện từ. Cho học sinh quan sát mơ hình Dựa vào mối liên hệ giữa tốc độ di chuyển nam châm với độ lệch của kim điện kế, yêu cầu học sinh tìm mối liên hệ giữa tốc độ biến thiên từ thơng và suất điện động cảm ứng sinh ra trong mạch (nội dung của định luật Faraday). Cho học sinh xem một số ứng dụng và giải thích một số hiện tượng cĩ liên quan. Quan sát mơ hình Nhận xét: Khi tốc độ di chuyển nam châm tăng (hay giảm) thì độ lệch của kim điện kế cũng tăng (hay giảm tương ứng). Chứng tỏ suất điện động cảm ứng tỉ lệ với tốc độ di chuyển của nam châm. Mà tốc độ di chuyển của nam châm lại tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thơng. Vậy suất điện động cảm ứng tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thơng. 89 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Sau tiết học (giờ chơi ngay sau đĩ), các em làm một số câu hỏi củng cố sau: MỘT SỐ CÂU HỎI CỦNG CỐ 1. Trong các trường hợp sau, trường hợp nào khơng xuất hiện dịng điện cảm ứng trong mạch kín? a. Nam châm (thường) đưa lại gần hay ra xa vịng dây b. Cuộn dây chuyển động thẳng giữa 2 cực của nam châm chữ U c. Cuộn dây xoay vịng giữa 2 cực của nam châm chữ U d. Cuộn dây đưa lại gần nam châm (thường) 2. Đơn vị của từ thơng là:……………………. 3. Chọn câu đúng: a. Từ thơng qua diện tích S bằng số đường sức từ qua diện tích đĩ. b. Từ thơng luơn cĩ giá trị dương. c. Khi từ thơng qua khung dây biến thiên trong khung dây xuất hiện dịng điện cảm ứng. d. Với một từ trường đều, ta khơng thể làm xuất hiện dịng điện cảm ứng. 4. Hình nào sau đây là sai S N S N N S N S A B C D 5. Chọn câu sai: a. Dịng điện xuất hiện khi cĩ sự biến đổi từ thơng qua mạch điện kín gọi là dịng điện cảm ứng. b. Khi cĩ sự biến đổi từ thơng qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. c. Dịng điện cảm ứng cĩ chiều sao cho từ trường do nĩ sinh ra cĩ tác dụng chống lại từ trường sinh ra nĩ. 90 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp d. Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thơng qua mạch. Đáp án: 1. B 2. Wb 3. C 4. B 5. C Mỗi câu trả lời đúng là 2đ Kết quả (So sánh với lớp 11AT – lớp này được dạy theo cách thơng thường, khơng sử dụng các mơ hình trên mà chỉ cĩ một số tranh ảnh minh họa là các hình vẽ trong SGK.) Số học sinh đạt điểm Lớp Số học sinh dự kiểm tra 4 5 6 7 8 9 10 11A5 53/54 0 0 4 0 17 0 32 11AT 35/38 2 0 2 0 20 0 11 Đổi sang % (do sỉ số 2 lớp khá chênh lệch) Tỉ lệ học sinh đạt điểm (%) Lớp Tỉ lệ học sinh dự kiểm tra (%) 4 5 6 7 8 9 10 11A5 98,1 0 0 7,5 0 32,1 0 60,4 11AT 92,1 5,7 0 5,7 0 57,2 0 31,4 3.4.1.2 Đánh giá:  Bài học diễn ra trong phịng nghe nhìn, thuận tiện cho việc sử dụng các thiết bị tin học. Lớp học rất sơi nổi. Các em liên tục đặt ra các câu hỏi.  Học sinh tự lực phát biểu định luật cảm ứng điện từ, khái quát được các thí nghiệm để đi đến nội dung của định luật lentz cũng như tìm ra được mối liên hệ giữa tốc độ biến thiên từ thơng và độ lớn suất điện động cảm ứng (nội dung định luật Faraday). 91 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp  Học sinh tích cực vận dụng các kiến thức vừa học để giải thích các hiện tượng cĩ liên quan.  Bài học cĩ kéo dài hơn 2 tiết 5 phút (theo phân phối chương trình, bài học này được dạy trong 2 tiết). Tuy nhiên, trong thời gian “bị lố”, học sinh vẫn rất tập trung và chú ý vì các em được xem một số ứng dụng và giải thích một số hiện tượng cĩ liên quan.  So sánh với lớp 11AT khơng sử dụng mơ hình, kết quả ở lớp 11A5 khả quan hơn (cũng phải nĩi thêm rằng trình độ chung của lớp 11AT cĩ tốt hơn trình độ chung của lớp 11A5 đơi chút) chứng tỏ mơ hình đã phát huy được ưu điểm của nĩ và giúp ích khá nhiều cho học sinh trong việc học tập tri thức mới. Tĩm lại, sử dụng mơ hình trong việc dạy bài học này để định hướng giúp học sinh tự lực tìm ra kiến thức giúp tăng cường tính tích cực, tự lực, sáng tạo ở học sinh là hồn tồn cĩ thể thực hiện được. 92 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp 3.4.2 Bài 39: Suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động 3.4.2.1 Tiến trình bài học: GIÁO VIÊN HỌC SINH Đặt vấn đề Lắng nghe và chuẩn bị tâm thế để tiếp thu kiến thức mới 1. Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Cho học sinh xem mơ hình trên máy, giới thiêu các chi tiết của mạch điện, yêu cầu học sinh dự đốn hiện tượng. Sau đĩ, cho học sinh xem mơ phỏng thí nghiệm, yêu cầu học sinh nhận xét và giải thích hiện tượng dựa vào tác dụng của lực Lorentz. Xem mơ hình trên máy, dự đốn hiện tượng Sau khi xem mơ phỏng thí nghiệm, nhận xét và giải thích hiện tượng dựa vào hướng dẫn của giáo viên. 2. Quy tắc bàn tay phải Yêu cầu học sinh dựa vào các cực đã cĩ trong thí nghiệm, dựa vào SGK, tìm quy tắc xác định các cực của nguồn điện. Dựa vào các cực đã cĩ trong thí nghiệm và SGK, tìm quy tắc xác định các cực của nguồn điện. 3. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây 93 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Xây dựng biểu thức xác định suất điện động cảm ứng trong đoạn dây. Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, xây dựng biểu thức xác định suất điện động cảm ứng trong đoạn dây. 4. Máy phát điện Cho học sinh quan sát hình ảnh máy phát điện trong thực tế. Dựa vào SGK cũng như mơ hình máy phát điện, yêu cầu học sinh nêu cấu tạo của máy (Lưu ý điểm khác nhau giữa máy phát điện xoay chiều và máy phát điện một chiều) Cho học sinh xem đoạn phim về hoạt động của máy, yêu cầu học sinh giải thích vì sao khi khung quay, mạch ngồi xuất hiện dịng điện. (Tùy vào trình độ của học sinh: nếu học sinh khá giỏi, yêu cầu học sinh suy nghĩ tại sao, sau đĩ cĩ thể cho các em xem mơ hình giải thích để các em rõ, nếu trình độ chung của học sinh khơng cao, chỉ cần thơng báo cho các em như trên). Quan sát hình ảnh máy phát điện trong thực tế. Dựa vào SGK, nêu cấu tạo của máy. Xem đoạn phim về hoạt động của máy và giải thích vì sao khi khung quay, mạch ngồi xuất hiện dịng điện. (cĩ thể dựa vào kiến thức đã học để phân tích quá trình dịng điện đổi chiều trong khi khung dây quay). 3.4.2.2 Đánh giá::  Trong suốt quá trình diễn ra bài học, học sinh khá chăm chú, tích cực tham gia vào bài. Đặc biệt, khi quan sát hoạt động của máy phát điện, học sinh rất 94 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp phấn khích, nhiều em cuối giờ học cịn ở lại, xin phép “quay cho đèn sáng” cũng như xem xét kĩ cấu tạo của máy phát điện.  Học sinh tự lực giải thích được sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động dựa vào kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ đã học. Nhờ vào mơ hình và sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh cũng cĩ thể giải thích hiện tượng trên dựa vào lực Lorentz tác dụng lên các electron trong đoạn dây dẫn.  Nhờ vào sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh tự mình tìm ra được cơng thức xác định suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động. Học sinh cũng tự lực tìm hiểu được cấu tạo, nguyên tắc hoạt động của máy phát điện cũng như sự đổi chiều dịng điện khi khung dây quay trong từ trường.  Học sinh vận dụng kiến thức để giải các bài tập liên quan khá nhanh chĩng. Tĩm lại, nhờ mơ hình, học sinh cĩ thể tự mình tìm ra kiến thức hay nĩi cách khác, dạy học cĩ sử dụng mơ hình tăng cường tính tích cực, tự lực, sáng tạo ở học sinh là khả thi và cĩ thể thực hiện được. 95 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp KẾT LUẬN Qua quá trình thực hiện đề tài, ta thấy rằng: dạy học vật lý khơng thể khơng liên quan đến các mơ hình vật lý. Sử dụng mơ hình trong dạy học vật lý cĩ khá nhiều ưu điểm. Nĩ khơng chỉ giúp tăng cường tính tích cực, tự lực, sáng tạo ở học sinh mà cịn khiến học sinh thêm yêu thích mơn học, giáo dục học sinh tinh thần lao động cũng như lịng say mê tìm hiểu khoa học ở các em. Hơn nữa, như phần thực nghiệm sư phạm đã chứng minh: hồn tồn cĩ khả năng sử dụng các mơ hình nhằm giúp học sinh tự lực tìm ra kiến thức. Tư duy trên mơ hình tuy cịn thơ sơ với các em nhưng đã tỏ ra cĩ hiệu quả, giúp các em hiểu được đối tượng nghiên cứu, khơng phải chấp nhận một cách máy mĩc. Nĩi cách khác, việc sử dụng mơ hình nhằm tăng cường tính tích cực, tự lực, sáng tạo ở học sinh là hồn tồn cĩ thể thực hiện được. Trong giới hạn đề tài, chúng tơi chỉ cĩ thể xây dựng một số mơ hình trong chương “Cảm ứng điện từ”. Việc sử dụng nĩ đã được bàn đến trong luận văn nhưng khi áp dụng trong thực tế, giáo viên vẫn cĩ thể “biến tấu” sao cho phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất, phù hợp với trình độ chung của học sinh mình dạy để các mơ hình phát huy được hết ưu điểm của nĩ. Mặc dù đã cố gắng hồn thiện luận văn nhưng luận văn cũng cĩ một số điểm hạn chế. Do thời gian thực tập sư phạm cĩ hạn, tơi khơng thể thực nghiệm được hết các bài trong chương “Cảm ứng điện từ”. Ngồi ra, quá trình thực nghiệm sư phạm chỉ diễn ra ở lớp 11A5 – lớp cĩ trình độ chung tương đối tốt, việc thực nghiệm diễn ra khá thuận lợi nhưng cũng vì lí do này mà đề tài chưa khái quát được cho nhiều đối tượng học sinh. Lớp thực nghiệm cĩ quá đơng học sinh (trên 50 em). Do đĩ, đơi khi phương pháp sử dụng chưa phát huy được hết ưu điểm. Học sinh đơi lúc cịn phân tâm, một số học sinh ngồi ở xa khĩ cĩ thể quan sát rõ các mơ hình cũng như các hiện tượng xảy ra, khơng đủ dụng cụ để các em tiến hành thao tác… Bên cạnh đĩ, cơ sở vật chất của nhà trường (trường THPT Gia Định) chưa thật tốt: màn hình chiếu khá nhỏ, lớp học khá tối, nhiều mơ hình khơng đáp ứng được yêu cầu (quá nhỏ, bị xuống cấp, hư hỏng,…) Những điều trên gây khơng ít khĩ khăn cho quá trình thực nghiệm. 96 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp Sử dụng mơ hình trong dạy học vật lý khơng phải là phương pháp tối ưu vì vốn dĩ khơng cĩ phương pháp dạy học “vạn năng”. Sử dụng mơ hình trong dạy học tuy tốn thời gian hơn, địi hỏi nhiều hơn đối với cơ sở vật chất của trường, đối với sự tận tụy của giáo viên nhưng nếu phát huy được ưu điểm của việc sử dụng mơ hình thì lợi ích mà nĩ mang lại rất to lớn. 97 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đắc Ngọc Thảo Luận văn tốt nghiệp 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phương pháp giảng dạy vật lý ở trường phổ thơng trung học – Phĩ Đức Hoan (Tổ phương pháp giảng dạy trường đại học sư phạm Hà Nội 1983) 2. Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lý ở trường phổ thơng (Nguyễn Đức Thâm – Nguyễn Ngọc Hưng) NXB đại học quốc gia Hà Nội 3. Dạy thế nào cho học sinh tự lực nắm kiến thức vật lý (A.V.Muraviep – người dịch: Bùi Ngọc Quỳnh, Nguyễn Ngọc Đồn, Bùi Văn Kim) NXB Giáo Dục 1978. 4. Cách tổ chức giờ học vật lý (K.N.Elidarốp) NXB Giáo Dục. 5. Tích cực hĩa tư duy của học sinh trong giờ học vậy lý (N.M.Lverela) NXB Giáo Dục 1985. 6. Vật lý phổ thơng trình bày theo lối mới (L.Eliốt – U.Uyncốcxơ – người dịch: Ngơ Quốc Quýnh, Phan Vĩnh Phúc) NXB Khoa học và kĩ thuật 1971. 7. Luận án phĩ tiến sĩ khoa học sư phạm tâm lý (trường ĐH SP HN) 1997 của Trịnh Thị Hải Yến: “Sử dụng phương pháp nhận thức (phương pháp mơ hình) trong dạy học vật lý phổ thơng nhằm phát triển tư duy học sinh” 8. Luận văn thạc sĩ giáo dục học của Trần Thanh Bình: “Phát huy vai trị trung tâm của học sinh trong quá trình dạy học chương “Động học chất điểm” lớp 10 trung học phổ thơng ban cơ bản” 9. Sách giáo khoa Vật lý 11 nâng cao. 10. Sách giáo viên Vật lý 11 nâng cao. 11. Báo Tuổi trẻ. 12. Một số trang web: Wikipedia: Thư viện bài giảng điện tử:: Thư viện vật lý: Thư viện tư liệu giáo dục: ._.