Xây dựng tình huống học tập trong dạy học phần “Quang hình học” Vật lý 11 nhằm phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh Dương Việt Sơn Trường Đại học Giáo dục Luận văn Thạc sĩ ngành: Lý luận và phương pháp dạy học Mã số: 60 14 10 Người hướng dẫn: TS: Ngô Diệu Nga Năm bảo vệ: 2011 Abstract: Tổng quan cơ sở lí luận của việc tổ chức các tình huống học tập trong dạy học vật lí. Nghiên cứu nội dung chương trình Vật lí 11 nói chung, phần “Quang hình” nói riêng. Xây dựng hệ thống các tình huống học tập trong dạy học phần “Quang hình” Vật lí 11 THPT. Tiến hành thực nghiệm sư phạm, kiểm nghiệm tính hiệu quả khi sử dụng các tình huống học tập đã soạn thảo trong giảng dạy. Keywords: Quang hình học; Vật lý; Phương pháp giảng dạy; Năng lực sáng tạo Content MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Đổi mới phương pháp dạy học hiện nay không chỉ là phong trào mà là một yêu cầu bắt buộc với mọi giáo viên. Trong xu thế đổi mới phương pháp giảng dạy, có rất nhiều phương pháp dạy học mới ra đời. Việc lựa chọn phương pháp giảng dạy phù hợp với đặc trưng của từng bộ môn, của từng bài học rất quan trọng. Đối với bộ môn Vât lý cũng như hầu hết các bộ môn khác trong chương trình phổ thông hiện nay, học sinh của chúng ta phải tiếp thu một lượng thông tin khổng lồ. Điều khó tránh khỏi là tâm lý nhàm chán, thụ động trong học tập và lĩnh hội kiến thức làm ảnh hưởng đến hiệu quả của tiết học. Vì vậy để một tiết học thành công thì bước đầu tiên, người giáo viên phải khơi gợi được hứng thú học tập, khơi gợi được nhu cầu nhận thức ở học sinh. Trong quá trình giảng dạy vật lý 11chúng tôi nhận thấy: phần “Quang hình ” là một phần khó, nhiều kiến thức trừu tượng, gây không ít trở ngại cho học sinh khi lĩnh hội kiến thức, làm các em càng nảy sinh tâm lí nhàm chán, thụ động trong học tập. Tuy nhiên “Quang 2 hình học” lại là phần kiến thức gần gũi với cuộc sống hằng ngày, có rất nhiều hiện tượng quang hình xảy ra xung quang chúng ta, nhiều ứng dụng của quang hình trong đời sống và sản xuất. Do đó, để đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh khi học phần “Quang hình ” tôi đã lựa chọn đề tài: “Xây dựng tình huống học tập trong dạy học phần “Quang hình học” Vật lý 11 nhằm phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh ”. 3 CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THƢC TIỄN CỦA VIỆC TỔ CHỨC TÌNH HUỐNG HỌC TẬP TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 1.1. Quan điểm hiện đại về dạy học vật lý ở trƣờng phổ thông 1.1.1. Tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lý 1.1.1.1. Khái niệm về hoạt động nhận thức 1.1.1.2. Mục tiêu giáo dục trong thời đại mới 1.1.1.3 Bản chất của quá trình dạy học hiện đại 1.1.1.4. Hoạt động dạy và hoạt động học 1.1.2. Cơ sở khoa học của việc tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lý 1.1.2.1. Chu trình sáng tạo khoa học 1.1.2.2. Tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề 1.1.2.3. Sơ đồ tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề 1.1.2.4. Vai trò của tương tác xã hội trong tiến trình giải quyết vấn đề 1.1.2.5. Sự khác biệt giữa nghiên cứu khoa học và dạy học 1.2. Tổ chức dạy học theo hƣớng pháp huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh 1.2.1. Tính tích cực của học sinh trong học tập 1.2.2. Phát triển tư duy của học sinh 1.2.3. Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh 1.3. Tổ chức tình huống học tập trong dạy học Vật lý 1.3.1. Khái niệm tình huống học tập 1.3.2. Một số kiểu tình huống học tập trong dạy học vật lý 1.3.3. Tiêu chuẩn của một tình huống học tập nhằm giúp HS phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của HS 1.3.4. Các biện pháp xây dựng tình huống học tập trong dạy học vật lý 1.4. Thực trạng việc tổ chức các tình huống học tập trong dạy học Vật lý ở trƣờng trung học phổ thông thuộc tỉnh Lạng Sơn 1.4.1. Khái quát về điều tra khảo sát thực tế 1.4.2. Kết quả điều tra , khảo sát CHƢƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC TÌNH HUỐNG HỌC TẬP TRONG DẠY HỌC PHẦN “QUANG HÌNH HỌC” VẬT LÝ 11 2.1. Phân tích nội dung khoa học kiến thức phần “Quang hình” Vật lí 11 2.1.1. Những khái niệm cơ bản của quang hình học 2.1.1.1. Tia sáng và chùm sáng 4 2.1.1.2. Ảnh thật. Ảnh ảo. Vật thật, vật ảo 2.1.1.3. Quang trình 2.1.2. Những định luật cơ bản của quang hình học 2.1.2.1. Định luật truyền thẳng của ánh sáng 2.1.2.2. Định luật về tác dụng độc lập của các chùm tia sáng 2.1.2.3. Nguyên lý về tính thuật nghịch của chiều truyền ánh sáng 2.1.2.4. Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng 2.1.2.5. Hiện tượng phản xạ toàn phần 2.1.2.6. Nguyên lý Fermat 2.1.3. Mắt và các dụng cụ quang học 2.2. Cấu trúc nội dung kiến thức phần “Quang hình học” Vật lý 11 Hình 2.7: Sơ đồ cấu trúc nội dung phần “Quang hình” vật lý 11 * Diễn giải sơ đồ: Khúc xạ ánh sáng Hiện tượng khúc xạ ánh sáng Định luật khúc xạ ánh sáng Ứng dụng của khúc xạ ánh sáng Phản xạ toàn phần Sự nhìn của mắt Các dụng cụ quang bổ trợ cho mắt Lăng kính Thấu kính mỏng Sự truyền sáng qua thấu kính Ứng dụng của thấu kính Sự truyền sáng qua lăng kính Lăng kính phản xạ toàn phần Kính cận, kính viễn Máy ảnh Kính lúp Kính hiển vi Kính thiên văn 5 Phần “Quang hình học” – Vật Lý 11 nghiên cứu sự khúc xạ ánh sáng. Trong đó, nghiên cứu ba vấn đề lớn: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng; Định luật khúc xạ ánh sáng; Ứng dụng của khúc xạ ánh sáng. Khi nghiên cứu hiện tượng khúc xạ ánh sáng một cách định lượng thì tìm ra định luật khúc xạ ánh sáng. Sử dụng định luật khúc xạ ánh sáng để nghiên cứu các ứng dụng của khúc xạ ánh sáng. Đồng thời, chính những ứng dụng của khúc xạ ánh sáng lại làm sáng tỏ định luật khúc xạ ánh sáng và minh chứng cho tính đúng đắn của định luật khúc xạ ánh sáng. Khi nghiên cứu sự truyền sáng từ môi trường truyền sáng có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ, người ta còn phát hiện một trường hợp đặc biệt: tia sáng bị phản xạ toàn bộ tại mặt phân cách hai môi trường truyền sáng, không có tia khúc xạ, chỉ có tia phản xạ gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. Nghiên cứu ứng dụng của khúc xạ ánh sáng, ta nghiên cứu sự nhìn của mắt và các dụng cụ quang bổ trợ cho mắt. Với quan niệm về phương diện quang hình học “Mắt” được coi như một thấu kính hội tụ có độ tụ thay đổi được và nguyên tắc truyền sáng qua thấu kính để giải thích sự nhìn thấy một vật của mắt, chỉ ra nguyên nhân, cách khắc phục các tật cận thị, viễn thị và mắt lão Để giải quyết vấn đề giúp mắt nhín rõ những vật quá nhỏ hoặc quá xa người ta đã nghiên cứu chế tạo các dụng cụ quang. Vì vậy, khi tìm hiểu việc chế tạo các dụng cụ quang cần xuất phát từ yêu cầu về nhìn thấy vật của mắt, đồng thời khi sử dụng các dụng cụ quang lại lí giải được vì sao mắt nhìn rõ vật. Ở phần “Quang hình học” – Vật Lý 11 nghiên cứu hai dụng cụ quang là lăng kính và thấu kính mỏng. Vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng để nghiên cứu sự truyền sáng qua lăng kính và phát hiện một ứng dụng quan trọng của lăng kính phản xạ toàn phần có tác dụng đổi hướng truyền ánh sáng. Dựa vào cấu tạo của thấu kính mỏng và kết luận về đường truyền ánh ánh qua lăng kính để lí giải về sự truyền sáng qua thấu kính mỏng sau đó tiến hành thí nghiệm kiểm tra. Trên cơ sở về đường truyền sáng qua thấu kính mỏng và điều kiện để mắt nhìn rõ một vật đã tìm hiểu các ứng dụng của thấu kính bổ trợ cho mắt. Các ứng dụng của thấu kính mỏng được đề cập đến trong phần “Quang hình học” – Vật Lý 11 là: máy ảnh, kính cận, kính viễn, kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn khúc xạ. 2.4.1. Xây dựng tình huống học tập khi dạy học chương “Khúc xạ ánh sáng” 2.41.2. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức chương “Khúc xạ ánh sáng” 6 Sơ đồ2.1: Tiến trình xây dựng kiến thức chương “Khúc xạ ánh sáng” Vấn đề 1: Hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần * Tiến hành thí nghiệm: Chiếu tia sáng từ môi trường trong suốt này trong môi trường trong suốt khác với các hướng chiếu khác nhau. Quan sát đường đi của tia sáng, ghi nhận kết quả bằng hình vẽ để rút ra kết luận. * Khi chiếu tia sáng qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt đồng tính xảy ra hiện tượng sau: - Tia tới đi vuông góc với mặt phân cách thì truyền thẳng. - Tia tới không vuông góc với mặt phân cách xảy ra một trong hai trường hợp sau: + Chùm sáng bị tách thành hai phần: Phần bị đổi hướng phản xạ trở lại môi trường thứ nhất. Phần bị gãy khúc (đổi hướng đột ngột) đi vào môi trường thứ hai, người ta gọi đó là hiện tượng khúc xạ ánh sáng. + Toàn bộ ánh sáng phản xạ lại môi trường thứ nhất không có tia khúc xạ đi vào môi trường hai người ta gọi đó là hiện tượng phản xạ toàn phần Hiện tượng gì xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường, khi tia sáng đi từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác? Trong môi trường trong suốt, đồng tính ánh sáng chuyền thẳng * Thí nghiệm 1: Tia sáng đi từ không khí vào thủy tinh * Thí nghiệm 2: Tia sáng đi từ thủy tinh vào không khí 7 Vấn đề 2: Định luật khúc xạ ánh sáng 8 Vấn đề 3: Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần Vị trí tia khúc xạ phụ thuộc vào vị trí tia tới tương ứng như thế nào? * Trở lại các TN trên để khảo sát mối quan hệ giữa vị trí tia tới và vị trí tia khúc xạ. + CM tia khúc xạ và tia tới nằm trong cùng một mặt phẳng(mặt phẳng tới) + Để xác định vị trí tia tới và tia khúc xạ, chọn vật mốc(điểm tới I, pháp tuyến tại điểm tới NN ’ ) → Đưa ra khái niệm góc tới i va góc khúc xạ r + Đo góc i và r để tìm mối quan hệ giữa vị trí tia khúc xạ và vị trí tia tới * Quan sát TN đưa ra nhận xét về vị trí của tia khúc xạ so với tia tới * Sử lý số liệu từ thí nghiệm từ đó đưa ra biểu thức mối liên hệ giữa i và r * TN: Chiếu ánh sáng từ thủy tinh vào không khí tại điểm I trên mặt phân cách. + Đặt tờ giấy phẳng sau bản thủy tinh → thấy hình ảnh tia tới và tia khúc xạ trên tờ giấy + Gập đôi tờ giẫy phần phía tia khúc xạ → không quan sát thấy hình ảnh tia khúc xạ trên tờ giấy. → Tia khúc xạ và tia tới cùng nằm trong mặt phẳng chứa tờ giấy (mặt phẳng tới) + Để xác định vị trí tia tới và tia khúc xạ chọn vật mốc là pháp tuyến NN ’ qua điểm I → vị trí của SI r i N ’ N R S I , IR được xác định bởi (i,r) và SI và IR ở hai phía của pháp tuyến NN ’ + Thay đổi i ghi nhận các cặp giá trị (i,r ) ghi vào bảng. Sử lí kết quả TN bằng cách xét tỉ số sini/sinr ta có:  r i sin sin hằng số * Làm TN với các cặp môi trường trong suốt khác cho KQ tương tự * Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và pháp tuyến) và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. * Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sini) va sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi:  1 2 21 sin sin n n n r i hằng số + Nếu n 2 > n 1 → r < i môi trường 2 triết quang hơn môi trường 1 + Nếu n 2 < n 1 → r > i môi trường 2 triết quang kém hơn môi trường 1 Hiện tượng khúc xạ sánh sáng là hiện tượng lệch phương của các tia sáng khi chuyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau. 9 2.4.1.3. Mục tiêu quá trình dạy học Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. Lập luận từ biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng sau đó so sánh với kết quả TN đã làm ở vấn đề 1 Điều kiện để sảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là gì? * Điều kiện để có phản xạ toàn phần: + Ánh sáng chuyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn: n 2 < n 1 + Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ i gh với 1 2 sin n n i gh  * Từ : rnin sinsin 21  + n 1 < n 2 : Khi i tăng r cũng tăng và i luôn lớn hơn r → với mọi giá trị của i luôn xác định được r → vẫn có tia khúc xạ, hiện tượng PXTP không xảy ra. + n 1 > n 2 : Khi i tăng thì r cũng tăng và i luôn nhỏ hơn r, khi i đạt giá trị i gh , r đạt giá trị cực đại 90 0 , khi i > i gh không xác định được r → Xảy ra hiện tượng PXTP * Khi khi i đạt giá trị i gh , r đạt giá trị cực đại 90 0 ta có: 1 2 0 21 sin90sinsin n n inin ghgh  10 Vấn đề 1: Hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần - Đề xuất được phương án làm thí nghiệm khảo sát đường truyền của tia sáng đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. - Nêu được các hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm khảo sát. Vấn đề 2: Định luật khúc xạ ánh sáng - Đề xuất được phương án khảo sát sự phụ thuộc của vị trí tia khúc xạ vào vị trí tia tới. - Từ việc quan sát thí nghiệm và sử lý số liệu lấy được từ thực ngiệm đưa ra nội dung của định luật khúc xạ ánh sáng Vấn đề 3: Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần - Từ biểu thức của định luận khúc xạ ánh sáng HS thảo luận đưa ra được điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, xây dựng được biểu thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần. 2.4.1.4. Xây dựng các tình huống học tập chương “Khúc xạ ánh sáng” Tiết 1: Hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần * Chuẩn bị của GV: PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1. Câu 1: Vẽ tiếp đường đi của tia sáng đơn sắc từ không khí tới các bề mặt sau: Câu 2: Nêu nhận xét - Khi ánh sáng truyền trong môi trường trong suốt dồng tính thì: - Khi ánh sáng tới gặp bề mặt bóng, nhẵn, sáng thì - Khi ánh sáng tới gặp bề mặt sù sì, gồ ghề, không trong suốt thì: - Khi tia sáng chuyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác thì: Câu 3: Hãy đề xuất phương án làm TN để quan sát được hiện tượng sảy ra, khi cho tia sáng đơn sắc đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau? a. Nêu các dụng cụ cần có? b. Cách bố trí thí nghiệm (Vẽ hình)? c. Nêu cách làm thí nghiệm? Câu 4: Hãy tiến hành TN theo phương án đã thiết kế. a. Kết quả TN (mô tả bằng hình vẽ)? Không khí Gương phẳng Tấm bìa tối mầu Nước Không khí [...]... sở lý luận của việc tổ chức hoạt động nhận thức của HS trong dạy học vật lý bằng việc tổ chức các tình huống dạy học theo hướng phát huy tính tích cực tự chủ và rèn luyện năng lực sáng tạo của HS 21 - Nghiên cứu thực trạng dạy học kiến thức phần Quang hình học vật lý 11 ở trường THPT, tìm ra những tồn tại và xác định nguyên nhân của chúng để làm cơ sở thực tiễn cho việc thiết kế phương án dạy học. .. các tình huống dạy học theo hướng phát huy tích tích cực, tự chủ và năng lực sáng tạo của HS - Thực nghiệm sư phạm đã khẳng định được tính đúng đắn của giả thuyết khoa học, tính khả thi của của tiến trình dạy học đã soạn thảo trong luận văn 2 Khuyến nghị Để việc tổ chức tình huống dạy học đạt hiệu quả cao người GV cần: - Căn cứ vào chuẩn kiến thức, kỹ năng của chương trình để xác định mục tiêu bài dạy. .. nghiên cứu khoa học dạy học Vật lí Bài giảng chuyên đề Cao học, Đại học sư phạm Hà Nội 8 Phạm Hữu Tòng (2004), Dạy học vật lý ở trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động tích cực, tự chủ, sáng tao và tư duy khoa học, NXB ĐHSP Hà Nôi 9 Phạm Hữu Tòng (2008), Lí luận dạy học Vật lí 1, NXB Đại học sư phạm 10 Nguyễn Văn Khải, Nguyễn Duy Chiến, Phạm Thị Mai (2008), Lí luận dạy học Vật lí ở trường... Cáp quang, lăng kính phản xạ toàn phần * Ghi nhận CHƢƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.5 Đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm 3.5.1 Sơ bộ đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo với việc phát huy tính tích cực, tự chủ, bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh Tiêu chí đánh giá Lớp thực nghiệm Lớp đối chứng - Mặc dù đã thay đổi tiến trình dạy học các nội dung trong SGK, nhưng chúng tôi vẫn của. .. động trong việc phát hiện - Các em có ít cơ hội được Năng lực sáng các vấn đề học tập của mình, mạnh dạng đề đề xuất ý kiến của mình tạo của học suất các phương án giải quyết vấn đề và tự Chỉ chả lời khi được GV đặt sinh trong các đưa ra được những kết luận của bài học câu hỏi hoạt động học tập 3.5.2 Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm bằng việc kiểm tra chất lượng nắm vững kiến thức của học sinh. .. giải đáp gian của GV - Không khí học tập sôi nổi, vui vẻ và thoải mái Đặc biệt HS tham ra rất tích cực trong tự chủ của HS trong học tập sôi nổi, các em chỉ thụ động những tình huống “nẩy sinh vấn đề” Tính tích cực, - Không khí học tập không ngồi nghe, ghi chép, không - Ban đầu, trước những nhiệm vụ như thiết tự tin khi vận dụng các kiến kế phương án học tập, hay trình bày một vấn thức đã học đề trước... mà em biết Tình huống làm nẩy sinh vấn đề (5 phút) 17 Hoạt động của GV Hoạt động của HS * Phát phiếu học tập số 3 và để nghị HS làm * Vận dụng kiến thức đã học, thảo luận nhóm việc nhóm trả lời câu hỏi (1) trong phiếu trả lời câu hỏi (1) của GV trên phiếu học tập học tập * Cử đại diện trả lời câu hỏi (1) trên phiếu học * Đề nghị các nhóm cử đại diện trả lời câu tập hỏi (1) trên phiếu học tập * Câu trả... - Trong các hoạt động nhóm Nhưng khi đã làm quen với phương pháp mà GV tổ chức chỉ có một mới, HS rất tự tin, thích thú học tập, chịu khó vài cá nhân tham gia tích suy nghĩ và đề suất ý kiến, HS đã chủ động, cực tích cự hơn trong hoạt động của mình 20 - Do tạo được hứng thu trong học tập nên hầu hết các em đều tham gia tích cực vào hoạt động của nhóm, kể cả các em có sức học yếu hơn - HS hoàn toàn chủ. .. Giáo dục 11 Ngô Diệu Nga (2009), Chiến lược dạy học Vật lí ở trường THCS Bài giảng chuyên đề Cao học, Đại học sư phạm Hà Nội 12 Hồ Ngọc Đại, Tâm lý dạy học – NXB Giáo dục 13 Lƣơng Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (Chủ biên), Nguyễn Xuân Chi, Đàm Trung Đồn, Bùi Quang Hân, Đoàn Duy Hinh (2007), Vật lí 11 NXB Giáo Dục, Hà Nội 14 Ngô Diệu Nga, Bài giảng chuyên đề phân tích chương trình Vật lý phổ thông... với mặt phân cách? Tình huống làm nảy sinh vấn đề (10 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS * Phát phiếu học tập số 1 và để nghị HS làm * Vận dụng kiến thức đã học, thảo luận nhóm việc nhóm thực hiện nhiệm vụ (1) và (2) trả lời câu hỏi (1) và (2) của GV trên phiếu * Đề nghị các nhóm cử đại diện trả lời câu học tập hỏi (1) và (2) trên phiếu học tập * Cử đại diện trả lời câu hỏi (1) và (2) trên * Tổ . Xây dựng tình huống học tập trong dạy học phần Quang hình học Vật lý 11 nhằm phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học. huống học tập trong dạy học vật lý 1.3.3. Tiêu chuẩn của một tình huống học tập nhằm giúp HS phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo