Đề tài Hình thành kiến thức mới bằng giải bài tập trong dạy học phần “Cơ học” - Vật lí 10 THPT”

là hướng dẫn ơritic và hướng dẫn định hướng khái quát chương trình hóa. 1.5.3. Yêu cầu của câu hỏi định hướng tư duy của HS trong quá trình giải bài tập Để hướng dẫn HS giải bài tập nhằm hình thành KTM bằng hai kiểu hướng dẫn trên GV phải dùng các câu hỏi định hướng tư duy HS. Các câu hỏi phải tuân theo những yêu cầu chủ yếu sau: - Câu hỏi phải diễn đạt chính xác về ngữ pháp, nội dung khoa học và điều muốn hỏi. - Câu hỏi phải vừa sức với HS. - Câu hỏi phải định hướng đúng đắn tư duy của HS trong tình huống học tập cụ thể đang xét. 1.6. Giải bài tập trong tiết học NCTLM về vật lí Giải BTVL là một bộ phận đa số trong các tiết học như NCTLM, luyện tập, ôn tập, kiểm tra. Nó có thể chiếm một phần hoặc toàn bộ tiết học. Đồng thời nó cũng được sử dụng trong cả chương trình ngoại khóa. BTVL thường được sử dụng trong cả trong hai loại tiết học là NCTLM và luyện tập giải bài tập. Trong khuôn khổ khóa luận, chúng tôi chỉ quan tâm đến loại tiết học đầu. Mỗi kiến thức khoa học đều là lời giải đáp cho một câu hỏi. Nếu không nảy sinh câu hỏi thì sẽ không có nhu cầu giải đáp câu hỏi. Vì thế sẽ không có kiến thức khoa học để giải đáp câu hỏi đó. Cho nên việc NCTLM thường được bắt đầu bằng việc đặt vấn đề hay đề xuất vấn đề. Theo I.Ia.Lemer [19, tr.5], vấn đề trong dạy học là một câu hỏi xuất hiện hay được đặt ra đối với người chưa biết trước câu trả lời, mà phải tìm tòi sáng tạo và để tìm ra câu trả lời đó, dựa vào những tài liệu nào đó làm cơ sở xuất phát. Có nhiều cách để làm xuất hiện vấn đề cần nghiên cứu tìm cách giải quyết. Một trong số đó là sử dụng bài tập đề xuất vấn đề. Việc xây dựng các vấn đề trong dạy học bằng bài tập sẽ kích thích được hứng thú học tập của HS, tạo ra được khả năng củng cố kiến thức đã có và xây dựng mối quan hệ giữa kiến thức đã có và cả KTM. V.G.Razumôvxki gọi bài tập đề xuất vấn đề là bài tập trong đó nêu ra một yêu cầu xác định được thực hiện trên cơ sở hiểu biết các định luật vật lí, nhưng lại không có chỉ dẫn trực tiếp, tường minh các định luật để giải bài tập. Bài tập đề xuất vấn đề được sử dụng ở đầu giờ học. Nó không những có tác dụng xây dựng vấn đề dạy học mà còn có thể chuẩn bị cho việc nghiên cứu vấn đề. Trong dạy học, có không ít vấn đề được giải quyết bằng bài tập. Thông thường, sau khi nêu vấn đề nghiên cứu, GV sẽ đưa ra một bài tập phức hợp, chia nó thành các bài tập bộ phận, mà việc giải các bài tập đó, HS sẽ thu được lời giải, nghĩa là thu được KTM. Dựa vào phương pháp giải, có thể chia bài tập giải quyết vấn đề thành hai loại: 1) Giải bài tập bằng lập luận lôgic và cách biến đổi toán học trên cơ sở các kiến thức đã biết. 2) Buộc phải quan sát tiến hành thí nghiệm. Tức là trong quá trình giải bài toán này, việc sử dụng lập luận lôgic và biến đổi toán học không đưa đến câu trả lời cuối cùng. Hoặc tuy dẫn đến kết quả cuối cùng nhưng không rõ có phù hợp thực tiễn hay không thì người giải buộc phải quan sát, làm thí nghiệm, mới thu được câu trả lời của bài tập. - KTM HS thu được sau khi giải bài tập là những khái niệm về định luật vật lí, tính chất, quy tắc, hiện tượng mà HS chưa biết. Chúng thường có mối quan hệ với những tính chất quy tắc, định luật đã biết. - Mục đích của bài tập nhằm hình thành KTM là HS lĩnh hội được kinh nghiệm mà xã hội đã biết, giải quyết được những vấn đề mà các nhà khoa học đã giải quyết, nhưng lại là mới đối với HS. Bản chất của việc hình thành những KTM bằng giải bài tập là trong mỗi trường hợp phải tạo ra tình huống đặc biệt đòi hỏi HS phải độc lập tìm cách giải quyết. Tức là ở chỗ đề ra một hay một hệ thống bài tập gây cho HS có một vướng mắc nào đó về lí thuyết hoặc phương pháp và có nhu cầu giải quyết vấn đề, đồng thời có khả năng giải quyết được. 1.7. Mỗi quan hệ BTVL và phát triển năng lực giải quyết vấn đề, nắm vững kiến thức 1.7.1. Mỗi quan hệ giữa giải BTVL với phát triển năng lực giải quyết vấn đề Theo Ph.N.Gônôbôlin: “Trong khoa học tâm lí, người ta coi năng lực là những thuộc tính tâm lí riêng lẻ của cá nhân, nhờ những thuộc tính ấy mà con người hoàn thành tốt đẹp một hoạt động nào đó mà mặc dù bỏ ra ít sức lao động vẫn đạt kết quả cao” [6, tr.61]. P.A.Ruđich còn đưa ra định nghĩa: “Năng lực - đó là tính chất tâm lí của con người chi phối trong quá trình tiếp thu kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo cũng như hiệu quả thực hiện một hành động nhất định” [13, tr.382]. Khi xem xét bản chất của năng lực, cần chú ý tới ba dấu hiệu chủ yếu của nó: 1) Là sự khác biệt các thuộc tính tâm lí cá nhân, làm cho người này khác người kia; 2) Chỉ là sự khác biệt có liên quan đến hiệu quả của việc thực hiện một hoạt động nào đó; 3) Được hình thành và phát triển trong quá trình hoạt động của cá nhân. Các nhà tâm lí học thường chia năng lực thành ba mức độ phát triển: năng lực, tài năng, thiên tài. Trong đó, năng lực vừa là danh từ chung nhất, vừa chỉ mức độ nhất định biểu thị sự hoàn thành có kết quả một hoạt động nào đó và chúng tôi chỉ quan tâm đến mức độ này trong hoạt động giải BTVL của HS. Năng lực được phân loại theo hai cách phổ biến: theo mức độ phản ánh (năng lực được chia thành năng lực tái tạo và năng lực sáng tạo), theo sự chuyên môn hóa (năng lực được chia thành năng lực chung và năng lực riêng). Mức độ phát triển của năng lực phụ thuộc vào mức độ nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo. Muốn phát triển năng lực, phải nắm vững và vận dụng một cách sáng tạo những kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo đã tích lũy được về một lĩnh vực nhất định. Mặt khác, năng lực giúp cho việc nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo được dễ dàng và nhanh chóng hơn. Tuy nhiên, năng lực khác với kĩ năng, kĩ xảo ở chỗ kĩ năng, kĩ xảo là kết quả của sự luyện tập, học tập, còn để phát triển năng lực, ngoài luyện tập, học tập cần có tư chất. Vì vậy, không nên quy tất cả việc phát triển năng lực vào việc cung cấp kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo. Giải bài tập là một hình thức tự lực giải quyết một vấn đề nào đó nêu ra trong đề bài. Ở trình độ thấp là nhận biết những điều kiện có thể áp dụng một giải pháp đã biết vào một tình huống tương tự với các tình huống quen thuộc. Ở trình độ cao hơn, phải thực hiện một loạt những phân tích và biến đổi để có thể áp dụng được giải pháp cơ bản đã biết. Và cuối cùng ở trình độ sáng tạo, phải tìm ra giải pháp mới mà trước đây chưa biết. Với đa số HS phổ thông hiện nay, cần cố gắng đạt đến trình độ thứ hai. Năng lực giải quyết vấn đề của HS được hình thành và phát triển trong giải BTVL. Để đánh giá sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS trong giải BTVL, chúng tôi dựa vào các tiêu chí sau [9, tr.22 - 24]: - Xác định được chính xác vấn đề cần giải quyết, những cái đã cho và cái phải tìm. - Nhanh chóng phát hiện ra cái quen thuộc đã biết, cái mới phải tìm trong khi giải mỗi BTVL. Hay nhanh chóng phát hiện ra các bài tập cơ bản trong một bài tập phức hợp, quy một bài tập phức hợp về các bài tập cơ bản đã biết, đã được giải thành thạo xuất hiện trong quá trình giải. - Phác thảo, dự kiến những con đường chung có thể có từ đầu đến cuối trước khi tính toán, xây dựng lập luận cụ thể. - Hoàn thành công việc theo từng giải pháp đã dự kiến trong một thời gian ngắn, chọn lựa trong số đó giải pháp tối ưu. - Nhanh chóng qua một số ít bài, tự rút ra một sơ đồ định hướng giải các bài tập cùng loại. - Chuyển tải được sơ đồ định hướng hành động giải các bài tập phức hợp thuộc loại nào đó sang sơ đồ định hướng giải các kiểu, phân kiểu bài tập phức hợp khác. 1.7.2. Mối quan hệ giữa giải BTVL với nắm vững kiến thức Theo lí luận dạy học, kiến thức được hiểu là kết quả của quá trình nhận thức bao gồm “một tập hợp nhiều mặt về chất lượng và số lượng các biểu tượng và khái niệm lĩnh hội được, được giữ lại trong trí nhớ và được tái tạo khi có đòi hỏi tương ứng” [18, T.1, tr.12]. Kiến thức vật lí có thể được chia thành các nhóm cơ bản: 1) Khái niệm; 2) Định luật, nguyên lí; 3) Thuyết; 4) Phương pháp nghiên cứu; 5) Ứng dụng trong kĩ thuật. Một trong những nhiệm vụ chủ yếu nhất của dạy học là đảm bảo cho HS nắm vững những kiến thức cơ bản ở nhà trường. Nắm vững kiến thức không những là hiểu đúng nội hàm, ngoại diên của nó, xác định được vị trí, tác dụng của kiến thức ấy trong hệ thống kiến thức cơ bản đã tiếp thu từ trước, mà còn biết quá trình hình thành nó và vận dụng được nó vào thực tiễn. Sự nắm vững kiến thức có thể được phân biệt ở ba mức độ: biết, hiểu, vận dụng được. - Biết một kiến thức nào đó có nghĩa là nhận ra được nó, phân biệt được nó với kiến thức khác, kể lại được nội hàm của nó một cách chính xác. Đây là mức tối thiểu HS cần đạt được trong học tập. - Hiểu một kiến thức là gắn được kiến thức ấy vào các kiến thức đã biết, đưa được nó vào vốn kinh nghiệm của bản thân. Tức là nêu đúng nội hàm và ngoại diên của nó, xác lập được mối quan hệ giữa nó và hệ thống các kiến thức khác và vận dụng được kiến thức ấy vào tình huống quen thuộc dẫn đến có khả năng vận dụng nó một cách linh hoạt, sáng tạo. - Vận dụng được kiến thức vào việc giải quyết các nhiệm vụ của thực tiễn nghĩa là phải tìm được kiến thức thích hợp trong vốn kiến thức đã có để giải quyết một nhiệm vụ mới. Nhờ vận dụng mà kiến thức được nắm vững một cách thật sự, sâu sắc. Để đảm bảo cho HS nắm vững kiến thức vật lí một cách chắc chắn, cần phải hình thành cho họ kĩ năng, kĩ xảo không chỉ vận dụng mà còn chiếm lĩnh kiến thức thông qua nhiều hình thức luyện tập khác nhau. Trong số đó, “việc giải nhiều bài tập, nhiều loại bài tập được tiến hành nhiều nhất, do đó có tác dụng quan trọng trong việc hình thành kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vật lí của học sinh” [5, tr.22]. Hiểu theo nghĩa rộng, quá trình học tập là quá trình liên tiếp giải các bài tập. Bởi vậy, kiến thức sẽ được HS hoàn toàn nắm vững nếu họ tự lực, tích cực, vận dụng linh hoạt, thành thạo kiến thức ấy để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau. Chất lượng nắm vững kiến thức bước đầu thể hiện ở chất lượng giải các bài tập cơ bản về kiến thức ấy ở mức độ ghi nhớ, hiểu. Còn chất lượng giải hệ thống bài tập phức hợp về một đề tài, chương, phần của chương trình phản ánh chất lượng nắm vững kiến thức và mối quan hệ của chúng trong đề tài, chương, phần đó với nhau và vận dụng chúng trong những tình huống phức tạp, mới. 1.8. Thực trạng dạy học giải bài tập vật lí của giáo viên và học sinh THPT Để tìm hiểu thực trạng nắm vững kiến thức, năng lực giải quyết vấn đề qua giải bài tập phần “Cơ học” của HS lớp 10 THPT, chúng tôi đã tiến hành điều tra cơ bản trong năm học 2013 - 2014. Đối tượng điều tra là HS lớp 10 (học chương trình chuẩn) và GV của trường THPT Bến Tre (Vĩnh Phúc). 1.8.1. Mục đích điều tra Tìm hiểu tình hình dạy học và sử dụng bài tập của GV nhằm hình thành KTM phần “Cơ học” - Vật lí 10 THPT. Tìm hiểu chất lượng học tập, những khó khăn chủ yếu và sai lầm phổ biến của HS lớp 10 THPT trong học tập những KTM về lực đàn hồi, lực hướng tâm, momen lực, động lượng, cơ năng thuộc phần “Cơ học” - Vật lí 10 THPT. 1.8.2. Các biện pháp điều tra chính - Dự giờ các tiết học NCTLM nói trên. - Trao đổi, trò chuyện trực tiếp với các GV, HS về tình hình dạy học các tiết học kể trên. - Xem xét vở bài tập và các bài kiểm tra của HS có liên quan đến kiến thức mới cần nghiên cứu. 1.8.3. Kết quả điều tra 1.8.3.1. Tình hình dạy học và sử dụng bài tập của GV Do điều kiện thực tập còn hạn chế nên chúng tôi chỉ dự giờ được một số tiết học nghiên cứu tài liệu mới của các bài: “Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc”, “Lực hướng tâm”, “Cơ năng”. Chúng tôi trao đổi và trò chuyện trực tiếp với 3 trong tổng số 7 GV của tổ Vật lí, trường THPT Bến Tre. Kết quả cho thấy: - BTVL chỉ được GV sử dụng ở khâu vận dụng củng cố và trong các tiết học luyện tập giải bài tập. Các bài tập chủ yếu được lấy trong sách giáo khoa và sách bài tập vật lí. Nhiều GV chỉ “chữa”, nghĩa là áp đặt HS suy nghĩ và giải bài tập theo cách của mình (theo kiểu hướng dẫn theo mẫu - hướng dẫn algôrit) rồi sau đó yêu cầu HS làm bài tập tương tự, chứ không hướng dẫn họ độc lập suy nghĩ tìm kiếm lời giải. Ở một số bài tập có thể giải theo hai phương pháp (phương pháp động lực học hoặc phương pháp định luật bảo toàn) thì GV chỉ giải theo một phương pháp. Vì thế, HS không thấy được tính vạn năng của phương pháp động lực học hay sự đơn giản nhanh gọn của phương pháp định luật bảo toàn. Ví dụ như trong bài tập cụ thể sau: “Một ô tô có khối lượng 2 tấn đang chuyển động thẳng đều qua A với vận tốc thì tắt máy xuống dốc AB dài 30m, dốc nghiêng so với mặt phẳng ngang là 300, khi ô tô đến chân dốc thì vận tốc đạt 20 m/s. Bỏ qua ma sát và lấy g = 10 m/s2. Tính vận tốc của ô tô tại đỉnh dốc A”. Để tính được vận tốc thì đối với phương pháp động lực học, cần áp dụng định luật II Niutơn và công thức liên hệ giữa vận tốc, gia tốc và quãng đường, còn với phương pháp định luật bảo toàn cần áp dụng định luật bảo cơ năng. Nếu GV hướng dẫn HS giải bài tập trên bằng cả hai phương pháp thì HS có thể so sánh và thấy được ưu điểm của từng phương pháp. - Trong tiết học NCTLM các GV đều sử dụng phương pháp diễn giảng, kết hợp với hình vẽ, thí nghiệm minh họa. Đôi khi họ cũng muốn phát huy tính tích cực, tự lực của HS bằng cách đặt ra những câu hỏi gợi ý HS trong tiến trình bài học. Tuy nhiên những câu hỏi đó chưa định hướng được tư duy HS vào đúng tiến trình giải quyết vấn đề; chưa kích thích được sự chú ý tích cực, khả năng làm việc tự lực của HS trong tiến trình giải quyết vấn đề của bài học. Những câu hỏi mà GV đặt ra thông thường chi đòi hỏi ở HS sự tái hiện thông thường, không có tác dụng trong việc phát triển tư duy HS. Ví dụ như khi dạy bài “Lực hướng tâm”, GV chỉ thông báo vật chuyển động tròn đều có gia tốc hướng tâm và theo định luật II Niutơn thì phải có lực tác dụng gây ra gia tốc đó rồi đưa ra định nghĩa và công thức của lực hướng tâm. Hay khi dạy bài “Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng”, để hình thành khái niệm xung lượng của lực, GV chỉ yêu cầu HS nghiên cứu mục I.1 và gọi HS phát biểu định nghĩa xung lực. - Việc sử dụng bài tập để hình thành KTM cho HS gần như không được quan tâm. Nhiều GV chưa thấy được BTVL có thể giúp HS lĩnh hội được kiến thức một cách sâu sắc và vững chắc, giúp HS thấy rõ hơn giới hạn, phạm vi áp dụng kiến thức, hay có thể làm cho các em thấy rõ hơn vai trò của vật lí đối với đời sống và kĩ thuật. Thậm chí có GV còn không biết đến chức năng này của BTVL. 1.8.3.2. Tình hình nắm vững kiến thức của HS Để kết quả điều tra có độ chính xác cao cần phải dùng phiếu điều tra hay xem xét các bài kiểm tra của HS. Tuy nhiên, do thời gian hoàn thành khóa luận không cho phép nên chúng tôi chỉ có thể trò chuyện kết hợp xem xét vở bài tập, bài kiểm tra của HS và tham khảo ý kiến của GV. Qua điều tra, chúng tôi nhận thấy trong quá trình học tập và giải bài tập, HS gặp khó khăn chủ yếu và sai lầm phổ biến như sau: - Chưa xác định đúng lực đóng vai trò lực hướng tâm trong nhiều trường hợp vật chuyển động tròn đều chỉ là một lực hay hợp của các lực cơ đã nghiên cứu. - Nhầm định luật bảo toàn động lượng viết dưới dạng véctơ với hình chiếu của nó. Do đó các em thường hiểu và làm sai bài tập có các vật trong hệ kín chuyển động ngược chiều nhau. Ví dụ như trong bài tập cụ thể sau: “Một khẩu súng đại bác nằm ngang khối lượng 1000 kg, bắn một viên đạn khối lượng 2,5 kg. Vận tốc viên đạn ra khỏi nòng súng là 600 m/s. Tìm vận tốc của súng sau khi bắn”. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ gồm súng và đạn: (1) Ngoài việc tính được vận tốc của súng thì biểu thức còn cho thấy súng chuyển động ngược chiều so với đạn. Do sự nhầm lẫn đã nêu ở trên, khi áp dụng định luật bảo toàn động lượng HS không viết biểu thức (1) mà viết luôn biểu thức , như vậy các em không những tính sai vận tốc của súng mà còn không thấy được súng và đạn chuyển động ngược chiều nhau. - Lúng túng khi giải bài tập về hiện tượng va chạm, nổ, chuyển động bằng phản lực. Nguyên nhân là do HS chưa hiểu đầy đủ về hiện tượng va chạm, chưa nắm rõ nguyên tắc chuyển động bằng phản lực, không phân biệt được chuyển động bằng phản lực với chuyển động dưới tác dụng của ngoại lực tuân theo định luật III Niutơn. - Khó khăn trong việc chọn mốc thế năng khi giải bài tập. Nhiều HS luôn coi mặt đất là mốc thế năng duy nhất và cũng vì thế các em cho rằng thế năng của vật luôn dương, có em còn quên hẳn việc chọn mốc thế năng. Ví dụ như một vật rơi xuống hồ nước, các em không biết rằng khi chọn mốc thế năng tại mặt đất thì thế năng của vật tại đáy hồ: , nếu muốn thì phải chọn gốc thế năng tại đáy hồ. Hay khi giải bài tập cụ thể sau: “Từ đỉnh một tháp cao h=20m, người ta ném lên cao theo phương thẳng đứng một vật có khối lượng m=0,1 kg, với vận tốc ban đầu v0=18 m/s. Lấy g=10 m/s2. Bỏ qua sức cản của không khí. Vật lên đến độ cao lớn nhất bằng bao nhiêu so với đỉnh tháp?”, đa số các em đều chọn mốc thế năng tại mặt đất mà không biết có thể chọn mốc thế năng tại đỉnh tháp để giải bài tập nhanh gọn hơn. - Khó khăn khi xác định cơ hệ cần nghiên cứu, đặc điểm của cơ hệ, phân tích nội lực, ngoại lực để áp dụng định luật bảo toàn cơ năng. HS không biết áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho vật, hệ vật tại những vị trí nào để giải bài tập đơn giản nhất. Ngoài ra các em còn áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho cả trường hợp ngoại lực tác dụng không phải lực thế. Ví dụ với bài tập: “Hai cái nêm có khối lượng như nhau M có thể trượt không ma sát trên một sàn nằm ngang. Từ đỉnh của nêm bên trái ở độ cao h có một vật nhỏ khối lượng m chuyển động không ma sát, không vận tốc đầu đi xuống. Hỏi độ cao cực đại mà vật leo được lên nêm bên phải là bao nhiêu?”, HS chưa phân tích được ngoại lực tác dụng lên hệ vật chỉ có trọng lực và phản lực của một nêm, không biết phải xét hai hệ kín: m - nêm 1, m - nêm 2 và chọn các vị trí thích hợp của vật để áp dụng định luật bảo toàn cơ năng. - Chưa có kĩ năng vận dụng kiến thức vào giải bài tập. Các em còn gặp nhiều khó khăn trong việc lựa chọn kiến thức, công thức đã học để vận dụng trong khi giải các bài tập cụ thể. Ví dụ như các em không biết vận dụng các định luật bảo toàn để giải một số bài tập động lực học không cho biết tường minh về lực tác dụng lên vật, hệ vật cần khảo sát. Từ thực tế dạy học trên, chúng tôi rút ra kết luận: Để góp phần nâng cao chất lượng học tập và khắc phục những khó khăn của HS, giúp GV kích thích, điều khiển hoạt động tự lực của HS, cần thiết phải xây dựng hệ thống bài tập hình thành KTM dựa trên những cơ sở khoa học chặt chẽ, đồng thời chỉ ra được cách sử dụng chúng trong tiến trình lên lớp mỗi tiết học vật lí. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Qua nghiên cứu những cơ sở lí luận và thực tiễn của việc hình thành KTM về vật lí bằng giải bài tập chúng tôi đi đến các kết luận sau: - BTVL có nhiều tác dụng trong dạy học như rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo; hình thành KTM; ôn tập, củng cố kiến thức; phát triển tư duy vật lí Trong đó, tác dụng hình thành KTM chưa được nhiều nhà nghiên cứu và nhiều GV quan tâm đúng mức. Đa số các GV chưa thấy được tác dụng quan trọng này của BTVL cho nên không sử dụng nó trong dạy học. - Có thể hình thành một số KTM trong dạy học phần “Cơ học” bằng hệ thống BTVL và tổ chức hướng dẫn HS giải bài tập nhằm hình thành KTM trong tiết học nghiên cứu tài liệu mới giúp HS nắm vững kiến thức cơ bản, góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề. Dựa vào cơ sở lí luận và thực tiễn đã trình bày ở chương này và xác định mục tiêu dạy học các KTM sẽ nghiên cứu, chúng tôi tiến hành xây dựng hệ thống BTVL và tổ chức HS giải bài tập nhằm hình thành một số KTM phần “Cơ học” - Vật lí 10 THPT. CHƯƠNG 2 TỔ CHỨC TIẾT HỌC HÌNH THÀNH KTM PHẦN “CƠ HỌC” BẰNG GIẢI BTVL 2.1. Mục tiêu dạy học một số kiến thức phần “Cơ học” Trong sánh giáo khoa vật lí 10 THPT theo chương trình chuẩn, “Cơ học” là phần học đầu tiên, gồm 4 chương (Động học chất điểm, Động lực học chất điểm, Cân bằng và chuyển động của vật rắn, Các định luật bảo toàn). Dưới dây, chúng tôi chỉ xác định mục tiêu dạy học của 5 kiến thức về các đại lượng, định luật vật lí cần rút ra bằng giải BTVL. 2.1.1. Lực đàn hồi của lò xo - Nêu được các đặc điểm về lực đàn hồi của lò xo: điểm đặt, hướng, điều kiện xuất hiện. - Phát biểu và viết được công thức của định luật Húc, nêu được ý nghĩa của các đại lượng có trong công thức và đơn vị đo của chúng. - Sử dụng được các dụng cụ thí nghiệm, đề xuất được các phương án tiến hành các thí nghiệm để phát hiện ra mối quan hệ tỉ lệ giữa độ biến dạng của lò xo và độ lớn của lực đàn hồi. - Biểu diễn được lực đàn hồi của lò xo khi bị giãn và khi bị nén. - Biết cách hình thành khái niệm lực đàn hồi. - Vận dụng được định luật Húc để giải các bài tập. 2.1.2. Lực hướng tâm - Phát biểu được định nghĩa và viết được công thức của lực hướng tâm - Giải thích được lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn đều như thế nào. - Xác định được lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn đều trong một số trường hợp đơn giản. - Biết cách hình thành khái niệm lực hướng tâm. 2.1.3. Momen lực - Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của momen lực - Phát biểu được quy tắc momen lực. - Vận dụng được khái niệm momen lực và quy tắc momen lực để giải thích một số hiện tượng vật lí gặp trong đời sống, kĩ thuật và giải các bài tập liên quan. - Vận dụng được phương pháp thực nghiệm ở mức độ đơn giản. - Biết cách hình thành khái niệm momen lực. 2.1.4. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng - Phát biểu được định nghĩa của động lương, hệ cô lập. - Phát biểu nội dung và xây dựng được biểu thức của định luật bảo toàn động lượng; biết rút ra biểu thức của định luật từ các định luật Niutơn. - Nêu được các trường hợp áp dụng định luật. - Vận dụng định luật bảo toàn động lượng để giải một số bài tập về va chạm mềm, chuyển động bằng phản lực. 2.1.5. Cơ năng - Phát biểu được định nghĩa cơ năng và viết được biểu thức của cơ năng - Phát biểu nội dung và xây dựng được biểu thức của định luật bảo toàn cơ năng khi vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực hoặc lực đàn hồi. - Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng khi vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực hoặc lực đàn hồi vào giải các bài tập liên quan. 2.2. Hệ thống các BTVL nhằm hình thành KTM trong dạy học Trên cơ sở lí luận và thực tiễn của hình thành KTM bằng giải BTVL (chương 1) và xác định mục tiêu dạy học 5 kiến thức ở trên, chúng tôi soạn thảo một hệ thống gồm 11 bài tập nhằm hình thành KTM: Bài 1. “Có một lò xo nhẹ được giữ cố định một đầu, còn đầu kia treo vào một vật nặng và một khúc gỗ đặt trên mặt bàn. Hãy xác định các lực tác dụng lên các vật khi đứng yên. Các lực đó có cùng bản chất không?”. Bài 2. “Dùng tay kéo hoặc nén một lò xo nhẹ. Hãy xác định điểm đặt, hướng của lực đàn hồi”. Bài 3. “Có một lò xo nhẹ và các quả nặng có khối lượng khác nhau. Hãy tìm cách đo lực đàn hồi ứng với các độ biến dạng khác nhau của lò xo. Từ đó rút ra kết luận về mối quan hệ giữa độ biến dạng của lò xo và độ lớn của lực đàn hồi”. Bài 4. “Cho một quả nặng và các lò xo nhẹ có kích thước và chất liệu khác nhau. Hãy đề xuất và tiến hành thí nghiệm đo độ cứng k của các lò xo. Độ cứng k có phải là một hằng số đối với mọi lò xo hay không?”. Bài 5. “Xác định các lực tác dụng lên vật trong các trường hợp sau và cho biết lực nào giúp vật chuyển động tròn đều: a. Vệ tinh quay xung quanh Trái Đất. b. Ghế của chiếc đu quay đang quay đều. c. Vật đặt trên bàn quay đang quay đều”. Bài 6. “Hãy tính lực hướng tâm của một vệ tinh có khối lượng m chuyển động tròn đều quanh Trái Đất với tốc độ góc , bán kính quỹ đạo là ”. Bài 7. “Một đĩa tròn có trục quay cố định đi qua tâm O (như hình 1), trên mặt đĩa có những lỗ dùng để treo những quả cân, tác dụng vào đĩa hai lực và nằm trong mặt phẳng đĩa, sao cho đĩa vẫn đứng yên. a. Giải thích trạng thái cân bằng của đĩa. b. Tìm mối liên hệ giữa các lực , và khoảng cách , từ trục quay tới giá của các lực khi đĩa đứng yên”. d2 Hình 1: Thí nghiệm đĩa momen Bài 8. “Một vật nhỏ có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc , chịu tác dụng của lực không đổi. Sau thời gian , vật có vận tốc . Hãy tìm mối quan hệ giữa ,, và ”. Bài 9. “Tính độ biến thiên động lượng của một hệ cô lập gồm hai vật tương tác với nhau sau thời gian bất kì. Hãy mở rộng kết quả cho hệ cô lập gồm nhiều vật”. Bài 10. “Một viên bi có khối lượng m rơi tự do lần lượt qua hai vị trí A và B tương ứng với các độ cao , tại đó vật có các vận tốc , . a. Tính công của lực tác dụng trên quỹ đạo chuyển động của nó. b. Tính tổng động năng và thế năng của vật tại mỗi điểm trên quỹ đạo chuyển động của nó. Từ đó rút ra nhận xét gì về tổng ấy tại mỗi điểm trên quỹ đạo”. Bài 11. “Một viên bi có khối lượng m được gắn vào một đầu của lò xo nhẹ có độ cứng , đầu kia của lò xo gắn cố định. Trong viên bi có rãnh nhỏ giúp nó chuyện động không ma sát dọc theo thanh ngang cố định. Kéo viên bi ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn rồi buông tay. Viên bi sẽ dao động quanh vị trí cân bằng. a. Tính công của lực tác dụng trên quỹ đạo chuyển động của nó. b. Tính tổng động năng và thế năng của vật tại mỗi điểm trên quỹ đạo chuyển động của nó. Từ đó rút ra nhận xét về tổng ấy tại mỗi điểm trên quỹ đạo”. 2.3. Tổ chức tiết học hình thành KTM bằng giải BTVL 2.3.1. Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc GV đặt vấn đề vào bài: Nghiên cứu một loại lực cơ nữa khác với lực hấp dẫn mà trường hợp riêng là trọng lực đã biết từ bài học trước. Cũng giống như trước, phải xác định các yếu tố của loại lực này: Điều kiện xuất hiện lực, hướng, độ lớn. Để biết điều kiện xuất hiện lực GV yêu cầu HS giải bài tập 1. GV hướng dẫn HS phân tích, lập luận để giải bài tập: Vật đặt trong trọng trường nên phải chịu tác dụng của trọng lực . Do lò xo nhẹ nên trọng lực tác dụng lên nó có thể bỏ qua. Khi vật đứng yên, theo định luật I Niutơn thì phải có một lực hoặc hợp lực tác dụng lên vật cân bằng với trọng lực tác dụng lên nó. Ngoài Trái Đất, vật chỉ có thể tương tác với lò xo. Do đó, lực tác dụng lên vật cân bằng với trọng lực là lực do lò xo tác dụng lên nó và lực này không cùng bản chất với trọng lực. Tương tự, khúc gỗ đặt trên bàn chịu tác dụng của trọng lực. Vì khúc gỗ đứng yên nên phải có một lực khác tác dụng lên nó cân bằng với trọng lực. Khúc gỗ chỉ tương tác với Trái Đất và mặt bàn. Vì thế, lực tác dụng lên khúc gỗ cân bằng với trọng lực là lực do mặt bàn tác dụng lên nó và lực này không cùng bản chất với trọng lực. GV thông báo với HS rằng: Lực do lò xo tác dụng lên vật và lực do mặt bàn tác dụng lên khúc gỗ như trên gọi là lực đàn hồi. Đây là một loại lực mới khác với lực hấp dẫn nói chung, trọng lực nói riêng. Vậy lực đàn hồi xuất hiện khi vật tương tác bị biến dạng. Để xác định điểm đặt, hướng của lực đàn hồi GV cho HS làm bài tập 2. HS tiến hành thí nghiệm hoặc nhớ lại những quan sát trong thực tế để đưa ra câu trả lời: - Lực đàn hồi có điểm đặt lên các vật gắn với lò xo mà gây ra biến dạng cho lò xo. - Lực đàn hồi ngược hướng với lực tác dụng gây ra biến dạng cho lò xo. Sau khi đưa ra cho HS khái niệm về độ biến dạng của lò xo, GV yêu cầu HS tự rút ra các đặc điểm về độ lớn của lực đàn hồi trong các trường hợp cụ thể ở bài tập 3. Muốn giải được bài tập này, HS phải dựa vào lời giải bài tập 1 và những kinh nghiệm trong cuộc sống. Treo lần lượt các quả nặng vào lò xo. Khi quả nặng đứng yên, lực đàn hồi có độ lớn bằng trọng lực tác dụng lên nó: . Việc đo trọng lực tác dụng lên quả nặng có thể dùng lực kế nếu ta không biết rõ khối lượng của chúng. Bằng cách đó chúng ta sẽ xác định được độ lớn của lực đàn hồi. Hoặc ta cũng có thể đặt quả nặng lên trên các lò xo. Xác định độ lớn của lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo trong các trường hợp tương ứng, ta sẽ xác định được mối quan hệ giữa độ lớn của lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo. Để tiết kiệm thời gian GV yêu cầu HS làm thí nghiệm với cách treo quả nặng vào lò xo để rút ra kết quả . Sau đó, GV thông báo: Xét với các lò xo khác nhau cũng được kết quả tương tự và kết quả đó đúng với cả trường hợp lò xo bị nén. Vì vậy có thể khái quát: Lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của nó. Để xây dựng đầy đủ đặc điểm về độ lớn của lực đàn hồi, GV đưa ra cho HS khái niệm giới hạn đàn hồi và phát biểu lại tính chất trên: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo. GV thông báo: Có thể thay dấu “” bằng dấu “” trong biểu thức trên là , trong đó được gọi là độ cứng hay hệ số đàn hồi. GV đặt vấn đề: Độ cứng là một hằng số với mọi lò xo hay là một hệ số đặc trưng riêng cho mỗi lò xo? Để giải quyết vấn đề đó GV yêu cầu HS giải bài tập 4. Lời giải là: Lần lượt treo vật vào các lò xo khác nhau. Trong thí nghiệm này, độ lớn của lực đàn hồi là không đổi. Do đó, để so sánh độ cứng của các lò xo ta chỉ cần so sánh độ biến dạng của chúng khi vật đứng yên. Kết quả: Độ cứng của lò xo không phải là một hằng số đối với mọi lò xo và phụ thuộc vào kích thước, vật liệu làm lò xo. GV yêu cầu HS tự rút ra đơn vị đo của độ cứng của lò xo. Cuối cùng, GV thông báo: Khi nghiên cứu mối quan hệ độ lớn của lực đàn hồi với độ biến dạng của lò xo, Rôbớt Húc đã phát hiện ra định luật được gọi là định luật Húc: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo. Các kết quả trên không chỉ đúng cho lò xo mà còn đúng với các vật đàn hồi khác như dây (dây cao su, dây thép) bị kéo dãn hoặc các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau. 2.3.2. Lực hướng tâm. Sau khi cho HS ôn tập lại kiến thức về chuyển động tròn đều và gia tốc hướng tâm GV đưa ra một số ví dụ quen thuộc trong cuộc sống về chuyển động có quỹ đạo là đường tròn hoặc cung tròn: vật đặt trên bàn quay, tàu lượn và đu quay ở công viên, buộc sợi dây vào một hòn đá rồi quay đều Tiếp theo, GV đặt vấn đề: Tại sao vật không bị văng khỏi bàn, tàu lượn không bị trệch khỏi đường ray? Để giải quyết vấn đề trên, GV yêu cầu HS giải bài tập 5. Dựa vào định nghĩa của lực, HS đưa ra lời giải: - Trái Đất tác dụng lực hấp dẫn lên vệ tinh, lực này hướng vào tâm Trái Đất và giữ cho vệ tinh chuyển động tròn đều quanh Trái Đất. - Các lực tác dụng lên ghế của chiếc đu quay gồm Trọng lực , lực đàn hồi và là lực căng dây . Hợp của hai lực này hướng vào phía trục quay và làm cho ghế chuyển động tròn đều. - Các lực tác dụng lên vật trên bàn quay gồm: Trọng lực , lực đàn hồi và là phản lực , lực ma sát nghỉ . Trọng lực cân bằng với phản lực như vậy lực ma sát nghỉ giữ cho vật chuyển động tròn đều. GV thông báo: Trong các chuyển động tròn đều ở trên lực hấp dẫn, lực ma sát nghỉ hay hợp lực của trọng lực và lực căng dây đều gây ra gia tốc hướng tâm cho vật nên được gọi chung là lực hướng tâm. Sau đó GV đặt câu hỏi để nhấn mạnh kiến thức: Lực hướng tâm có phải là một loại lực mới? HS dễ dàng trả lời được: Lực hướng tâm không phải là một loại lực mới ngoài các loại lực đã biết như trọng lực, lực đàn hồi, lực ma sát, mà chỉ là một lực hoặc hợp lực của các lực đó. GV đưa ra khái niệm đầy đủ: Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm. Sau khi giải bài tập 5 HS dễ dàng giải thích câu hỏi đặt vấn đề vào bài của GV: Lực hướng tâm đã giữ cho vật chuyển động tròn đều không bị văng ra khỏi bàn, tàu lượn chuyển động trên cung tròn không bị trệch khỏi đường ray. Để xác định công thức tính lực hướng tâm GV yêu cầu HS làm bài tập 6. Lời giải là: Theo định luật II Niutơn: (1) Ta lại có: (2) Từ (1) và (2) suy ra: 2.3.3. Momen lực. Sau khi giới thiệu thí nghiệm đĩa momen, GV yêu cầu HS giải bài tập 7.GV có thể đặt các câu hỏi định hướng tư duy HS như sau: - Trường hợp đĩa có trục quay cố định thì lực tác dụng vào đĩa có tác dụng như thế nào đối với đĩa? - Có thể tác dụng đồng thời vào vật hai lực , mà vật không quay được không? Khi ấy, sự cân bằng của vật được giải thích như thế nào? Để tìm câu trả lời HS cần làm các thí nghiệm: Treo các quả cân để tạo lực như hình 1 rồi thả nhẹ tay, kết quả là đĩa quay theo chiều kim đồng hồ. Tương tự, treo các quả nặng để tạo ra lực như hình 1 rồi thả tay thì đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ. Như vây lực có tác dụng làm quay. Tiến hành thí nghiệm tiếp theo, GV treo các quả nặng tạo ra lực sau đó để HS tự điều chỉnh điểm đặt, giá và độ lớn của lực cho đến khi đĩa đứng yên. Đĩa đứng yên được là vì tác dụng làm quay của lực cân bằng với tác dụng làm quay của lực . GV đặt vấn đề tiếp theo: Đại lượng nào đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực? GV đưa ra câu hỏi định hướng tư duy cho HS: tác dụng làm quay của lực phụ thuộc vào các yếu tố nào? GV cho HS làm thí nghiệm: Giữ nguyên , , thay đổi bằng cách treo thêm hoặc bớt đi các quả cân. Khi đó đĩa không đứng yên nữa mà quay theo chiều kim đồng hồ khi lực giảm và quay ngược chiều kim đồng hồ khi lực tăng. HS tiếp tục làm thí nghiệm: Giữ nguyên , , , thay đổi thì đĩa cũng không đứng yên nữa. Từ kết quả hai thí nghiệm trên HS đi đến kết luận: Tác dụng làm quay của lực phụ thuộc vào lực và khoảng cách từ trục quay tới giá của lực. Sau đó, HS làm thí nghiệm giữ cố định , thay đổi , , sao cho đĩa đứng yên. Từ kết quả thí nghiệm HS dễ dàng nhận thấy tích là không đổi và . Như vậy tích là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực . GV thông báo: Nếu gọi là momen lực, còn d là cánh tay đòn của lực thì momen lực được định nghĩa như sau: Momen lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó. GV yêu cầu HS tự rút ra đơn vị của momen lực và sau đó thông báo cho các em về quy tắc momen lực. 2.3.4. Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng. GV giúp HS tái hiện lại kiến thức cũ thông qua các câu hỏi sau: Lực đặt lên vật, lên chất điểm có thể gây ra tác dụng gì? HS trả lời câu hỏi của GV: Lực tác dụng lên vật có thể làm biến dạng hoặc làm thay đổi vận tốc của vật. Đối với chất điểm thì tác dụng của lực chỉ làm thay đổi vận tốc của vật. Đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi vận tốc là gia tốc. Tiếp theo GV đặt vấn đề: Ngoài lực, có thể đặc trưng về mặt động lực học cho chuyển động của vật bằng đại lượng khác được không? GV hướng dẫn HS giải quyết vấn đề thông qua giải bài tập 8. HS đã được học định nghĩa gia tốc, định luật II Niutơn. Vì vậy GV hướng dẫn HS xác định gia tốc của vật và áp dụng định luật II Niutơn để rút ra mối liên hệ cần tìm. Dưới tác dụng của lực , sau thời gian vật thay đổi vận tốc từ đến . Theo định nghĩa gia tốc, ta có: (1) Mặt khác, theo định luật II Niutơn: (2) Từ (1) và (2) suy ra: GV thông báo nếu đặt và gọi là động lượng của vật thì ta có thể viết lại biểu thức trên như sau: hay . Từ đó, GV yêu cầu HS phát biểu tác dụng của xung lượng của lực trong khoảng thời gian . Sau đó thông báo rằng đây cũng là cách phát biểu khác của định luật II Niutơn. Sau khi HS nghiên cứu khái niệm hệ cô lập, GV tiếp tục đặt vấn đề: Khi vật chịu tác dụng của một lực thì động lượng của nó thay đổi. Nếu gọi động lượng của một hệ là tổng động lượng của các vật trong hệ thì động lượng của một hệ cô lập mà các vật trong hệ tương tác với nhau thì sẽ như thế nào? Sau đó yêu cầu HS giải bài tập 9. GV có thể đưa ra câu hỏi định hướng tư duy cho HS như sau: Độ biến thiên động lượng của hệ và độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ có mối liên hệ hay không? Nếu có thì mối quan hệ đó là gì? HS có thể dự đoán: Độ biến thiên động lượng của hệ bằng tổng độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ đang xét. Để khẳng định dự đoán trên là đúng hay sai thì HS cần vận dụng kiến thức về khái niệm hệ cô lập, định luật III Niutơn và kết quả của bài tập 8. HS tiến hành lập luận logic để rút ra rằng độ biến thiên động lượng của hệ bằng tổng độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ: Trong đó , là độ biến thiên động lượng của các vật trong hệ. Theo kết quả bài 8, nếu gọi và lần lượt là các lực hoặc hợp lực tác dụng lên vật 1 và vật 2 thì: và . Hệ đang xét là hệ cô lập nên và là nội lực. Theo định luật III Nintơn thì . Suy ra: GV khái quát hóa: Bằng cách chứng minh tương tự, có thể mở rộng kết quả cho một hệ cô lập gồm n vật: . GV lưu ý với HS: Kết quả chứng minh ở trên cho thấy, đối với hệ cô lập, độ biến thiên động lượng của hệ hay . Tức là động lượng của một hệ cô lập là đại lượng bảo toàn. Nó không những không đổi về độ lớn mà còn không đổi về cả hướng. Sau đó, GV thông báo với HS: Tuy định luật bảo toàn động lượng được rút ra từ các định luật Niutơn nhưng định luật này không phải là trường hợp riêng của các định luật Niutơn. Nó là một trong những định luật tổng quát nhất của tự nhiên, đúng cho bất kì một loại tương tác nào và nó vẫn nghiệm đúng trong cả các trường hợp các định luật Niutơn bị vi phạm. Định luật bảo toàn động lượng chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán tính. Trong hệ quy chiếu phi quán tính, các lực quán tính phải xem như ngoại lực, nên hệ cô lập trở thành hệ không cô lập. Nhưng do HS cơ bản không học hệ quy chiếu phi quán tính nên GV chỉ chú ý HS khi áp dụng định luật, các vận tốc đều phải quy về vận tốc so với Trái Đất (gần đúng khi xét các vật chuyển động trên mặt đất). 2.3.5. Cơ năng Đầu tiết học, GV mô tả chuyển động của con lắc chuyển động của con lắc đơn trong trường trọng lực (là một trường thế). HS nhận thấy có sự biến đổi qua lại giữa hai dạng năng lượng là động năng và thế năng của vật trong quá trình vật chuyển động: thế năng giảm, động năng tăng và ngược lại. GV đặt vấn đề: Khi vật chuyển động trong trường lực thế, động năng và thế năng của vật có mối quan hệ như thế nào? GV đưa ra các bài tập 10 và bài tập 11 để giúp HS giải quyết vấn đề trên. Với trường hợp vật chuyển động trong trọng trường, GV yêu cầu HS giải bài tập 10. Trước khi giải bài tập GV yêu cầu HS nhắc lại kiến thức về định lí động năng, công của lực thế, hiệu thế năng. Dựa vào những kiến thức đã học về định lí động năng, độ biến thiên thế năng HS dễ dàng đi đến lời giải: Trong quá trình rơi tự do, viên bi chỉ chịu tác dụng của trọng lực, vận tốc của nó tăng dần, trọng lực sinh công . Theo định lí động năng: Công do trọng lực thực hiện bằng độ tăng của vật. (1) Mặt khác vật rơi tự do trong trọng trường nên vật có thế năng trọng trường. Khi vật rơi độ cao của vật giảm, công của trọng lực bằng độ giảm thế năng giữa hai vị trí đó: (2) Từ (1) và (2) suy ra: hay GV thông báo: Nếu gọi tổng động năng và thế năng của viên bi là cơ năng W thì kết quả trên có thể viết lại như sau: hay Vì hai điểm A, B là bất kì nên có thể khái quát: Trong trọng trường động năng có thể chuyển hóa thành thế năng và ngược lại và tổng của chúng là cơ năng. Cơ năng của vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực luôn được bảo toàn. Trường hợp vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi, GV nêu nội dung bài 11. HS dễ dàng nhận ra trong quá trình vật chuyển động luôn có sự thay đổi giữa động năng của vật và thế năng đàn hồi của lò xo. Với kiến thức đã học về độ biến thiên động năng, thế năng đàn hồi và công của lực đàn hồi HS đưa ra lời giải cho bài tập: Xét hai vị trí bất kì trên quỹ đạo chuyển động. Theo định lí động năng: công do lực đàn hồi thực hiện bằng độ biến thiên động năng của vật. (3) Mặt khác, công của lực đàn hồi bằng độ biến thiên thế năng đàn hồi giữa hai vị trí ta xét: (4) Từ (3) và (4) suy ra: hay Tương tự như bài trên thì hay Vì xét hai điểm bất kì trên quỹ đạo chuyên động của vật nên có thể khái quát: Khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi, tổng động năng và thế năng của vật gọi là cơ năng. Cơ năng của vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi luôn được bảo toàn. Cuối cùng mở rộng cho HS: Trọng lực và lực đàn hồi đều là lực thế nên ta có thể đi đến kết luận tổng quát là cơ năng của một vật chỉ chịu tác dụng của những lực thế luôn bảo toàn. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Vận dụng cơ sở lí luận và thực tiễn về BTVL trong việc hình thành KTM và xác định mục tiêu dạy học đối với một số bài học cụ thể trong phần “Cơ học”, chúng tôi đã soạn thảo hệ thống bài tập gồm 11 bài nhằm hình thành KTM trong 5 tiết học NCTLM: “Lực đàn hồi của lò xo”, “Lực hướng tâm”, “Momen lực”, “Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng”, “Cơ năng”. Đồng thời chúng tôi soạn thảo tiến trình tổ chức 5 tiết học nêu trên để hình thành KTM cho HS thông qua việc giải các bài tập ấy. Để xem xét tính khả thi và hiệu quả của hệ thống 11 bài tập và cách sử dụng chúng trong việc hình thành KTM ở 5 tiết học nói trên, cần tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường phổ thông. Tuy nhiên do hạn chế về thời gian nghiên cứu, chúng tôi chỉ dự kiến thực nghiệm sư phạm (được trình bày trong chương 3). CHƯƠNG 3 DỰ KIẾN THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm Thực nghiệm sư phạm được tiến hành nhằm kiểm tra tính khả thi, hiệu quả của hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM đã soạn thảo và cách thức tổ chức giải chúng trong một số tiết học NCTLM nhằm nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS lớp 10 THPT. Để đạt được mục đích đó, thực nghiệm sư phạm cần giải quyết những nhiệm vụ sau: - Tiến hành dạy thực nghiệm sư phạm các bài học theo tiến trình đã soạn thảo trong đó có sử dụng các bài tập đã xây dựng - So sánh, đối chiếu kết quả học tập của lớp thực nghiệm với lớp đối chứng để sơ bộ đánh giá tính hiệu quả của đề tài đã nghiên cứu. 3.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm HS lớp 10 THPT (học chương trình cơ bản). 3.3. Tiến hành thực nghiệm sư phạm Chúng tôi tiến hành soạn giáo án dạy các tiết học NCTLM trong đó sử dụng hệ thống bài tập đã xây dựng là: Tiết 20 : Lực đàn hồi của lò xo. Định luật Húc Tiết 23: Lực hướng tâm Tiết 29: Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực Tiết 37 - 38: Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng Tiết 45: Cơ năng - Lớp thực nghiệm dạy theo giáo án trong đó có sử dụng hệ thống bài tập và cách tổ chức, sử dụng trong việc hình thành KTM, lớp đối chứng dạy bình thường (theo cách thức của GV thường dùng). - Dự giờ các lớp thực nghiệm và các lớp đối chứng, quan sát, ghi chép hoạt động của giáo viên và học sinh. - Sau mỗi giờ học, tổ chức rút kinh nghiệm với giáo viên thực nghiệm nhằm hoàn thiện nội dung bài tập (đề bài), cách thức tổ chức hướng dẫn HS giải bài tập. - Tiến hành kiểm tra viết ở các lớp để lấy kết quả phân tích, đánh giá. 3.4. Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm 3.4.1. Phân tích định tính Dựa vào các tiêu chí ở mục 1.7 (trang 20 - 21), chúng tôi xem xét chất lượng, mức độ nắm vững kiến thức và năng lực giải quyết vấn đề trong học tập 5 KTM nói trên ở lớp thực nghiệm và lớp đối chứng. Để xem xét chất lượng nắm vững kiến thức của HS ở hai lớp có thể dựa vào những biểu hiện cụ thể như sau: - Kết thúc mỗi phần học, bài học HS có thể nhắc lại đúng nội hàm kiến thức mà không cần nhìn sách, vở hay GV nhắc (như nhắc lại khái niệm momen lực, khái niệm động lượng). Các em nhớ và hiểu rõ các kiến thức sau khi học bài mới như: Lực hướng tâm không phải là loại lực mới mà chỉ là một lực hay hợp của các lực cơ đã nghiên cứu; động lượng là đại lượng đặc trưng cho chuyển động của vật về mặt động lực học. - HS định hướng nhanh phương án và vận dụng chính xác kiến thức đã học vào giải bài tập. Các em viết đúng biểu thức của định luật bảo toàn động lượng; áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho vật, hệ vật chỉ chịu tác dụng của lực thế. Để xem xét năng lực giải quyết vấn đề của HS ở hai lớp có thể dựa vào những biểu hiện cụ thể như sau: - Các em tích cực tham gia vào việc đề xuất, giải quyết vấn đề trong các tiết học hình thành KTM thông qua giải bài tập. Ví dụ như trong bài “Lực đàn hồi của lò xo”, HS tham gia đề xuất giải pháp và thực hiện được giải pháp để đi đến kết quả là lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của nó; rút ra được kết luận: Độ cứng của lò xo không phải là hằng số đối với mọi lò xo và phụ thuộc vào kích thước, vật liệu làm lò xo. - HS nhanh chóng phát hiện ra cái quen thuộc đã biết là gia tốc hướng tâm và cái mới phải tìm là lực hướng tâm trong khi giải bài tập 6. - Đối với bài “Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng”, khi đưa vào bài tập 8, HS dễ dàng xác định được đầu bài cho vật m dưới tác dụng của lực không đổi, sau thời gian vận tốc của vật thay đổi từ đến ; xác định được cái phải tìm là mối liên hệ giữa , , và m. HS biết để giải quyết vấn đề trên cần phải xác định mối quan hệ giữa lực tác dụng với gia tốc mà vật nhận được và mối quan hệ giữa gia tốc này với độ biến thiên vận tốc trong khoảng thời gian lực tác dụng lên vật. 3.4.2. Phân tích định lượng Để so sánh kết quả học tập của HS ở lớp thực nghiệm và lớp đối chứng, chúng tôi sẽ cho hai lớp làm cùng một số bài kiểm tra. Từ kết quả các bài kiểm tra ấy mà tính các tham số đặc trưng: Trung bình cộng (Đặc trưng cho sự tập trung của số liệu), phương sai , độ lệch chuẩn (Đo mức độ phân tán xung quanh , càng nhỏ chứng tỏ số liệu càng ít phân tán), lập bảng phân phối tần số lũy tích, vẽ đường lũy tích. Kết quả kiểm định thống kê toán học, các số liệu thu được từ bài kiểm tra của HS sau quá trình thực nghiệm sư phạm có thể bước đầu nhận định hệ thống bài tập biên soạn, cũng như tiến trình tổ chức HS giải bài tập nhằm hình thành KTM đã nâng cao chất lượng dạy học và góp phần nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề. KẾT LUẬN Đối chiếu với mục đích nghiên cứu, đề tài cơ bản đã hoàn thành những nhiệm vụ đặt ra: - Nghiên cứu một số cơ sở lí luận về BTVL: quan niệm BTVL; tác dụng của BTVL trong dạy học; phân loại BTVL; phương pháp giải BTVL; hướng dẫn học sinh giải BTVL; giải bài tập trong tiết học NCTLM về vật lí; mối quan hệ giữa BTVL và phát triển năng lực giải quyết vấn đề, nắm vững kiến thức. - Điều tra thực trạng dạy học giải bài tập của GV và HS lớp 10 trường THPT Bến Tre trong một số tiết học NCTLM. - Xác định mục tiêu dạy học của 5 tiết học NCTLM có thể dùng bài tập để hình thành KTM cho HS: Lực đàn hồi của lò xo; Lực hướng tâm; Momen lực; Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng; Cơ năng. - Xây dựng hệ thống bài tập gồm 11 bài và đề ra cách sử dụng chúng nhằm hình thành KTM trong các tiết học kể trên góp phần nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho HS - Dự kiến cách thức tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài: Nếu soạn thảo được hệ thống bài tập và đề ra cách tổ chức giải nó nhằm hình thành kiến thức mới trong dạy học một số kiến thức phần “Cơ học” - Vật lí 10 THPT thì có thể phát triển năng lực giải quyết vấn đề, nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức. Quá trình hoàn thành khóa luận dẫn chúng tôi đến nhận định: Với việc xây dựng và đề ra cách sử dụng hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM một cách hợp lí, coi trọng việc tổ chức HS tích cực, tự lực hoạt động tư duy trong quá trình giải bài tập thì sẽ góp phần nâng cao chất lượng dạy và học bộ môn. Đặc biệt, việc làm đó sẽ phát triển năng lực giải quyết vấn đề và tính tự lực của HS. Do thời gian và điều kiện hạn chế nên chúng tôi chưa tiến hành thực nghiệm sư phạm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của đề tài. Việc này sẽ được thực hiện khi chúng tôi ở cương vị mới là GV vật lí trường THPT. Đồng thời, đề tài sẽ được mở rộng cho các tiết học NCTLM ở những chương, phần khác của sách giáo khoa Vật lí THPT. Quá trình hoàn thành khóa luận dẫn chúng tôi đến một một vài khuyến nghị sau: - Các GV vật lí cần chú trọng hơn nữa vai trò hình thành KTM của BTVL trong các tiết học NCTLM ở trường phổ thông . Từ đó quan tâm hơn tới vấn đề xây dựng hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM cho HS và đề ra cách sử dụng chúng trong các tiết học NCTLM. - Để soạn thảo hệ thống bài tập nhằm hình thành KTM cho HS trong các tiết học NCTLM cần phải căn cứ vào cơ sở lí luận và thực tiễn của việc hình thành KTM về vật lí bằng giải bài tập, mục tiêu dạy học kiến thức ấy, đồng thời phải lựa chọn loại bài tập thích hợp đối với việc hình thành mỗi KTM. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lương Duyên Bình – Nguyễn Xuân Chi – Tô Giang – Trần Chí Minh – Vũ Quang – Bùi Gia Thịnh (2008), Bài tập vật lí 10, NXB Giáo dục, Hà Nội. [2] Lương Duyên Bình – Nguyễn Xuân Chi – Tô Giang – Trần Chí Minh – Vũ Quang – Bùi Gia Thịnh (2008), Vật lí 10, NXB Giáo dục, Hà Nội. [3] X.E Camenetxki – V.P Ôrêkhốp (1975), Phương pháp giải bài tập vật lí, Tập 1, NXB Giáo dục. [4] Chiến lược phát triển giáo dục 2001 – 2010, Báo giáo dục và thời đại số 25, ra ngày 26/02/2002. [5] An Văn Chiêu – Nguyễn Trọng Di – Nguyễn Văn Đồng (1979), Phương pháp giảng dạy vật lí ở phổ thông tập 1, NXB Giáo dục, Hà Nội. [6] Ph.N.Gônôbôlin (1977), Những phẩm chất tâm lí của người giáo viên, Tập 1, NXB Giáo dục. [7] Nguyễn Văn Hùng (2011), Hình thành một số kiến thức mới trong dạy học phần “Điện học. Điện từ học” cho học sinh lớp 11 THPT bằng giải bài tập, Luận văn thạc sĩ Giáo dục học. [8] Nguyễn Thị Thu Hương (2012), Sử dụng bài tập hình thành kiến thức mới trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” – Vật lí 10 THPT, Luận văn thạc sĩ Giáo dục học. [9] Nguyễn Thế Khôi (1995), Một phương pháp xây dựng hệ thống bài tập phần động lực học lớp 10 THPT nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức cơ bản, góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề, Luận án phó Tiến sĩ, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. [10] Nguyễn Thế Khôi – Nguyễn Văn Hùng (1996), Hình thành khái niệm lực ma sát trượt bằng giải bài tập vật lí cho học sinh lớp 10 THPT, Thông tin khoa học số 2, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2. [11] Lê Nguyên Long – Nguyên Đức Thâm (1969), Phương pháp giảng dạy vật lí, NXB Giáo dục. [12] Đào Thị Ngọc Mỹ (2012), Hình thành một số kiến thức mới bằng giải bài tập trong dạy học ở trưởng THPT, Khóa luận tốt nghiệp. [13] P.A.Rudich (1986), Tâm lí học, NXB Mir và NXB thể dục thể thao. [14] Nguyễn Đức Thâm – Nguyễn Ngọc Hưng – Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông, NXB Đại học sư phạm. [15] Phạm Hữu Tòng (2007), Dạy học vật lí ở trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động học tích cực, tự chủ, sáng tạo và tư duy khoa học, NXB Đại học Sư phạm. [16] Phạm Hữu Tòng (2001), Lí luận dạy học vật lí ở trường phổ thông trung học, NXB Giáo dục. [17] Phạm Hữu Tòng (1989), Phương pháp dạy bài tập vật lí, NXB Giáo dục. [18] Viện hàn lâm khoa học Liên Xô và Viện hàn lâm khoa học Cộng hòa dân chủ Đức (1983), Phương pháp giảng dạy vật lí trong các trường phổ thông ở Liên Xô và Cộng hòa dân chủ Đức, tập 1, NXB Giáo dục. [19] M.N.Zvereva (1973), Tích cực hóa tư duy của học sinh trong giờ học vật lí, NXB Đại học Sư phạm. [20] Nguyễn Như Ý (1999), Đại từ điển tiếng Việt, Nhà xuất bản Văn hóa – Thông tin.