Sáng kiến kinh nghiệm Sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học chương động lực học vật rắn Vật lí 12 nâng cao

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học chương động lực học vật rắn Vật lí 12 nâng cao

1. MỤC LỤC I. MỞ ĐẦU 2 1. Lí do chọn đề tài 2 2. Mục đích nghiên cứu 3 3. Đối tượng nghiên cứu 3 4. Đối tượng khảo sát, thực nghiệm 3 5. Phương pháp nghiên cứu 3 6. Phạm vi và kế hoạch nghiên cứu 3 II. PHẦN NỘI DUNG 4 1. Một số vấn đề về bài tập thí nghiệm 4 2. Thực trạng việc sử dụng BTTN hiện nay 4 3. Một số giải pháp 5 III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 10 1. Kết luận 10 2. Kiến nghị 10 BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ BTTN Bài tập thí nghiệm BTVL Bài tập vật lí CNTT Công nghệ thông tin GV Giáo viên HS Học sinh MVT Máy vi tính PPDH Phương pháp dạy học SBT Sách bài tập SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thông TN Thí nghiệm VL Vật lí
2. SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC CHƢƠNG ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN VẬT LÍ 12 NÂNG CAO I. MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Như chúng ta đã biết, Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, do đó hầu hết các kiến thức vật lí đều được rút ra từ những quan sát và thí nghiệm. Chính vì vậy trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, TN là một phương tiện rất quan trọng trong việc tổ chức hoạt động nhận thức cho HS, TN có vai trò to lớn trong việc nâng cao hứng thú học tập bộ môn, góp phần vào việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho học sinh trung học phổ thông. Dạy học bài tập là hoạt động quan trọng trong dạy học các môn khoa học tự nhiên ở trường THPT. Bài tập thí nghiệm là dạng bài tập đặc trưng của môn Vật lí. Bài tập thí nghiệm là những bài tập khi giải phải làm thí nghiệm hoặc phải quan sát để thu thập dữ liệu cho việc giải bài tập, dự kiến hoặc phải nghiên cứu sự phụ thuộc giữa các thông số để giải bài tập hoặc kiểm tra lại lời giải lí thuyết. Như vậy BTTN vừa là bài tập vừa là thí nghiệm nên nó phát huy tốt chức năng của cả hai hoạt động đặc thù này. Để BTTN phát huy tốt những chức năng của nó, người GV cần có phương pháp giảng dạy phù hợp. Từ trước đến nay, việc dạy BTTN trên lớp thường theo phương pháp truyền thống: GV ra đề, HS giải và trình bày phương án trả lời lên bảng hoặc giấy, sau đó GV kết luận, nếu có điều kiện thì GV thực hiện thí nghiệm thực cho HS quan sát. Phương pháp dạy lí tưởng nhất là GV và HS thực hiện thí nghiệm kiểm chứng phương án nêu ra. Tuy nhiên, thực tế không phải BTTN nào cũng dễ dàng thực hiện được trên lớp, có nhiều nguyên nhân của việc này, như điều kiện cơ sở vật chất và dụng cụ, sự hạn chế thời gian, yêu cầu về đảm bảo an toàn Nếu không thực hiện thí nghiệm thực mà GV không tìm được phương pháp khác trực quan hóa phương án nêu ra thì BTTN không thể phát huy hết được vai trò của mình, việc giảng dạy BTTN sẽ không đạt hiệu quả như mong muốn. Mặt khác, nếu GV thực hiện được thí nghiệm thực, nhưng nếu không có phương tiện hỗ trợ thì việc phân tích cơ chế của hiện tượng xảy ra (như phân tích lực, chuyển động, ) cũng gặp khó khăn và một số HS sẽ khó hiểu được sâu sắc về thí nghiệm mà GV vừa thực hiện. Như vậy yêu cầu đặt ra để việc dạy BTTN vật lí có hiệu quả là GV phải có phương tiện hỗ trợ khi thực hiện thí nghiệm thực và phải có phương án thay thế nếu không thực hiện được thí nghiệm. Chương Động lực học vật rắn vật lí 12 nâng cao là các chương có nhiều kiến thức gần gũi với đời sống, GV có thể sử dụng BTTN khi giảng dạy, tuy nhiên BTTN phần này khó thực hiện thí nghiệm thực, các BTTN trong sách giáo khoa cũng chưa được chú trọng nhiều nên học sinh còn khó khăn trong việc lĩnh hội, vận dụng tri thức vào thực tiễn. Chúng ta nên có một hệ thống BTTN thuộc chương này, đồng thời đề ra phương án giảng dạy phù hợp với sự hỗ trợ của MVT nhằm thực hiện tốt mục tiêu rèn luyện cho HS phương pháp ứng dụng những kiến thức vật lí vào thực tiễn, góp phần nâng cao hơn nữa hiệu quả học tập. 2
3. Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học chương động lực học vật rắn vật lí 12 nâng cao”. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng được phương án sử dụng hệ thống BTTN với sự hỗ trợ của MVT trong tiến trình dạy học chương “Động lực học vật rắn” vật lí 12 nâng cao. 3. Đối tƣợng nghiên cứu - Hoạt động dạy và học chương “Động lực học vật rắn” Vật lí 12 nâng cao. - BTTN vật lí. 4. Đối tƣợng khảo sát, thực nghiệm Học sinh lớp 12 nâng cao trường THPT Lê Lợi. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu  Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu các văn kiện của Đảng và nhà nước, các văn bản của Bộ GD&ĐT có liên quan đến tiến trình đổi mới phương pháp dạy học ở trường THPT. - Nghiên cứu các tài liệu về lý luận dạy học, tâm lý học, giáo dục học và các tài liệu có liên quan đến việc đổi mới phương pháp dạy học. - Nghiên cứu cơ sở lý luận của phương pháp thực nghiệm. - Nghiên cứu nội dung, chương trình sách giáo khoa vật lí lớp 12.  Phƣơng pháp điều tra thực tiễn - Điều tra thông qua đàm thoại và phát phiếu điều tra với giáo viên và học sinh về thực trạng, những thuận lợi và khó khăn về mọi mặt của việc sử dụng thí nghiệm, thực hành trong dạy học Vật lí ở bậc THPT. - Điều tra giáo viên và học sinh để tìm hiểu thực trạng của việc xây dựng và sử dụng hệ thống BTTN nhằm rèn luyện và phát triển kỹ năng tư duy trong dạy học vật lí ở một số trường THPT.  Phƣơng pháp thực nghiệm - Tiến hành thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả của đề tài. 6. Phạm vi và kế hoạch nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu: + Nội dung chương trình: Chương “Động lực học vật rắn” vật lí 12 nâng cao. + Địa bàn nghiên cứu: Trường THPT Lê Lợi, Đông Hà, Quảng Trị. - Kế hoạch nghiên cứu: Thời gian từ 01/9/2014 đến 22/5/2015. 3
4. II. PHẦN NỘI DUNG 1. Một số vấn đề về bài tập thí nghiệm a. Khái niệm BTTN là những bài tập mà trong khi giải phải tiến hành những thí nghiệm, những quan sát hoặc để kiểm chứng lời giải lý thuyết hoặc tìm các số liệu, dự kiến dùng cho việc giải bài tập hoặc nghiên cứu sự phụ thuộc giữa các đại lượng vật lí. Những thí nghiệm này có thể cho giáo viên tiến hành để học sinh quan sát, có thể cho học sinh tự thực hiện ở lớp, ở phòng thí nghiệm hay ở nhà. Bài tập thí nghiệm vừa mang tính lý thuyết vừa mang tính thực nghiệm nó có tác dụng lớn trong việc bồi dưỡng cho học sinh phương pháp thực nghiêm, phương pháp cơ bản của nhận thức vật lí. b. Phân loại Có nhiều cách để phân loại BTTN vật lí, trong đó cách phân loại theo tính chất được sử dụng rộng rãi nhất. Có thể tóm tắt bằng sơ đồ: 2. Thực trạng việc sử dụng BTTN hiện nay a. Thực trạng BTTN trong các tài liệu dạy học đã xuất bản *Về SGK và sách bài tập Vật lí 10,12: Trong SGK và SBT Vật lí 10, 12 nâng cao không có BTTN về vật rắn. Hiện nay SGK và SBT là hai tài liệu cơ bản dùng cho đa số GV và HS. Chính vì thế nhiều học sinh không biết BTTN là thế nào, bởi họ không được làm quen với dạng bài tập đó. *Về các tài liệu tham khảo khác: Qua điều tra và khảo sát các tài liệu tham khảo Vật lí 10, 12 của một số tác giả như: Vũ Thanh Khiết, Lê Văn Thông, Đỗ Sanh, Lương Duyên Bình thì chúng tôi nhận thấy trong các tài liệu tham khảo đó không có mặt BTTN. Điều đó cũng dễ hiểu vì mục đích của các tài liệu tham khảo là hấp dẫn học sinh bằng các dạng toán, bài tập để HS có thể làm 4
5. tốt hơn các bài kiểm tra, thi ở trên lớp và các kì thi khác chứ không rèn luyện cho HS kỹ năng thực hành thí nghiệm. b. Thực trạng sử dụng BTTN trong trƣờng học Qua khảo sát nhanh các giáo viên dạy vật lý ở trường THPT Lê Lợi, tôi nhận thấy: Hầu hết GV không sử dụng BTTN hoặc sử dụng rất ít BTTN trong dạy học. GV chỉ dạy BTTN khi ôn thi HS giỏi, đây là các BTTN ở mức độ khó, không phù hợp với đại đa số HS. Hầu hết các bài kiểm tra, đánh giá của các trường đều không có BTTN. Nếu có sử dụng BTTN, GV cũng không thực hiện đầy đủ quy trình giảng dạy, đặc biệt là việc tiến hành thí nghiệm kiểm chứng chưa thực hiện tốt. GV cũng chưa tìm được biện pháp khắc phục thích hợp để nâng cao hiệu quả của việc giảng dạy BTTN. c. Một số nguyên nhân cơ bản  Khách quan: Cơ sở vật chất: Việc giải BTTN đòi hỏi phải làm thí nghiệm. Vì vậy, phải có thiết bị thí nghiệm. Trong điều hiện cơ sở vật chất còn thiếu thốn ở các trường phổ thông hiện nay chỉ đáp ứng một phần nhỏ với những thiết bị đơn giản. Ngoài ra, việc thí nghiệm cũng đòi hỏi phải có không gian và thời gian. Trong điều kiện lớp học với 40 đến 50 học sinh thời gian 45 phút không đáp ứng được yêu cầu về thí nghiệm. Việc không phát huy được tác dụng của bài tập đã làm hạn chế chất lượng dạy và học vật lí và không phát huy được khả năng tư duy, sáng tạo của học sinh. Sách giáo khoa và tài liệu tham khảo: Việc sách giáo khoa có rất ít, thậm chí không có BTTN khiến HS và GV đánh giá thấp tầm quan trọng của dạng bài tập này. Do sách giáo khoa như vậy nên cũng có rất ít sách tham khảo viết về BTTN, điều này gây nhiều khó khăn cho GV khi cần tìm tài liệu để nghiên cứu. Kiểm tra và thi cử: Trong các tiết kiểm tra thông thường trên lớp cho đến các kỳ thi tốt nghiệp, đại học, cao đẳng dạng BTTN hầu như không có. BTTN chỉ xuất hiện với số lượng ít ở kì thi HS giỏi. Áp lực thi cử hiện nay rất nặng nề nên thi như thế nào thì GV phải dạy học như thế đó, đây là hạn chế rất lớn trong việc sử dụng BTTN trong dạy học.  Chủ quan: Nhiều GV chưa biết vượt lên hoàn cảnh, chưa khắc phục được khó khăn để hướng đến mục tiêu giảng dạy môn Vật lí đúng như một môn khoa học thực nghiệm. GV chưa có nhận thức đúng đắn về BTTN, do vậy chưa cố gắng tìm tòi nghiên cứu các biện pháp để đưa BTTN vào tiết dạy sao cho có hiệu quả nhất. Nhiều GV có trình độ CNTT còn hạn chế chưa khai thác hết chức năng của MVT trong dạy học. Một số GV kĩ năng thực hành TN chưa tốt, có tâm lí ngại làm TN vì vất vả và mất nhiều thời gian, do ngại làm thí nghiệm nên GV cũng ngại đưa BTTN vào dạy học. 3. Một số giải pháp a. Trong tình hình hiện nay, để có thể sử dụng tốt bài tập thí nghiệm trong dạy học, giáo viên cần thực hiện một số biện pháp: 5
6. - Tự nâng cao ý thức về vai trò của bài tập thí nghiệm trong dạy học, coi đó là một loại bài tập có vai trò tương đương những bài tập truyền thống khác. - Chủ động xây dựng cho mình một ngân hàng bài tập thí nghiệm, phân loại theo chương và theo tính chất để dễ dàng quản lý. - Trong các sinh hoạt chuyên môn của tổ cần thảo luận, trao đổi thêm về phương pháp giảng dạy bài tập thí nghiệm có hiệu quả. Sử dụng hộp thư chung của tổ để trao đổi những bài tập hay hoặc những vấn đề cần làm sáng tỏ thêm. - Cần có kế hoạch đưa bài tập thí nghiệm vào các đề thi và đề kiểm tra định kỳ. b. Một số bài tập thí nghiệm minh họa: Qua quá trình nghiên cứu và giảng dạy, tôi đã sưu tầm và biên soạn một số bài tập thí nghiệm. Trong khuôn khổ sáng kiến kinh nghiệm này, tôi xin đưa ra một số bài tập ví dụ tiêu biểu, đồng thời đề ra phương pháp giảng dạy phù hợp tương ứng với từng bài tập như sau: Bài tập 1. Hãy tìm phương án xác định chiều quay bên trong của một máy xay sinh tố nếu trong tay bạn chỉ có một sợi dây. Hƣớng dẫn: Treo máy xay sinh tố bằng một sợi dây, điểm treo tại đỉnh máy. Cho máy hoạt động, do định luật bảo toàn momen động lượng, chiều quay bên trong máy theo một chiều nào đó thì phần vỏ sẽ quay theo chiều ngược lại. Bài tập sử dụng để dạy kiến thức về định luật bảo toàn mômen động lượng. Đây là thí nghiệm đơn giản, rõ ràng, giáo viên có thể thực hiện trên lớp. Bài tập 2. Quan sát cấu tạo của máy bay trực thăng, ta thấy có một cánh quạt lớn có trục quay thẳng đứng ở trước và một cánh quạt nhỏ ở đuôi. Hãy giải thích tác dụng của cánh quạt ở đuôi. Thực hiện một thí nghiệm để minh họa cho lập luận của bạn với các dụng cụ: một cánh quạt gắn với mô tơ điện, một bàn quay tự do quanh trục thẳng đứng. Hƣớng dẫn: Khi cánh quạt lớn quay, nó tạo ra một momen động lượng hướng dọc theo trục quay, để thỏa mãn định luật bảo toàn momen động lượng, thân máy bay sẽ quay theo hướng ngược lại. Cánh quạt đuôi có nhiệm vụ hết sức quan trọng là triệt tiêu momen động lượng do cánh quạt chính tạo ra, đảm bảo thân máy bay không bị quay tròn. Ngoài ra nhờ việc thay đổi công suất của cánh quạt đuôi mà máy bay có thể chuyển hướng sang phải sang trái dễ dàng. Cũng có loại máy bay trực thăng không cần cánh quạt đuôi , khi đó người ta dùng 2 cánh quạt chính quay ngược chiều nhau. Lực nâng của 2 cánh quạt này đều hướng lên trên nhưng momen động lượng thì triệt tiêu lẫn nhau. Khi muốn đổi hướng bay người ta phải thay đổi công suất của một trong 2 cánh quạt để momen của một trong hai thắng thế. Bài tập sử dụng để dạy kiến thức về định luật bảo toàn mômen động lượng. Giáo viên có thể thực hiện mô hình thí nghiệm minh họa: Gắn mô tơ gắn với cánh quạt theo phương thẳng đứng trên một góc bàn quay, bật cho cánh quạt chạy, ta thấy bàn quay theo chiều ngược chiều quay của cánh quạt. 6