BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ---------------- PHẠM THỊ THUỲ BÍCH XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP SÁNG TẠO DẠY HỌC PHẦN “DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI” VẬT LÍ 11 THPT CHƯƠNG TRÌNH NÂNG CAO CHUYÊN NGÀNH: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC MÔN VẬT LÍ MÃ SỐ : 60.14.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. PHẠM THỊ PHÚ VINH - 2008 1 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Khoa đào tạo Sau đại học, tổ bộ môn phương pháp giảng dạyVật lí Trường Đại học Vinh, các thầy giáo, cô giáo khoa Vật lí Trường Đại học Vinh cùng Trường THPT Lê Hồng Phong - huyện Hưng Nguyên - Tỉnh Nghệ An. Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với cô giáo, PGS.TS Phạm Thị Phú, người đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả chân thành cảm ơn cán bộ phản biện, các thầy giáo, cô giáo đã trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, ban bè và những người thân yêu đã động viên, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Do thời gian không nhiều, trình độ và khả năng còn nhiều hạn chế, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp chân thành của các thầy giáo, cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp. Tác giả Phạm Thị Thuỳ Bích MỞ ĐẦU 2 1. Lí do chọn đề tài: Bài tập là một trong những phương tiện dạy học vật lí rất quan trọng. Nhiều tài liệu lí luận dạy học vật lí coi bài tập vật lí là một trong những phương tiện thực hành, hoặc một trong những phương tiện dạy học vật lí. Chúng ta có thể coi bài tập vật lí (BTVL) với tính cách là một phương pháp dạy học tích cực, giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phổ thông. Hiện nay, trong nghiên cứu lí luận và thực tiễn dạy học đang hướng đến việc tích cực hoá người học, biến quá trình dạy học thành tự học có hướng dẫn. Hoạt động học không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ cho học sinh những kiến thức, kĩ năng cơ bản mà còn quan tâm đến việc hình thành và phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh một cách có hiệu quả. Điều mà giáo viên quan tâm là làm sao để sử dụng BTVL trong các phương pháp dạy học của bộ môn đạt hiệu quả cao nhất. Việc khai thác những thế mạnh của BTVL trong các tình huống dạy học vật lí là hoạt động sáng tạo và linh hoạt của giáo viên, nó luôn gắn liền với việc củng cố, khắc sâu, hoàn thiện tri thức và rèn luyện kĩ năng vận dụng cho học sinh. Việc xây dựng và khai thác các BTVL sáng tạo theo các phương pháp khác nhau có khả năng rất lớn trong việc bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo cho học sinh. Nghiên cứu, xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo (BTST) trong dạy học vật lí ở trường phổ thông góp phần nâng cao hiệu quả dạy học là một vấn đề có tính mới mẻ và cấp thiết ở nước ta. Xuất phát từ cơ sở lí luận và thực tiễn nói trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo trong dạy học phần dòng điện không đổi Vật lí 11 THPT chương trình nâng cao”. 2. Mục đích nghiên cứu: Xây dựng hệ thống BTST phần “dòng điện không đổi” và đề xuất phương án sử dụng vào dạy học Vật lí góp phần bồi dưỡng tư duy cho học sinh. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 - Đối tượng : * Phương pháp dạy học vật lí ở trường THPT * Quá trình dạy học vật lí (nói chung) và dạy học chương “dòng điện không đổi” - Phạm vi nghiên cứu: Dạy học chương “dòng điện không đổi” Vật lí 11 THPT chương trình nâng cao. 4. Giả thuyết khoa học Có thể xây dựng được hệ thống bài tập sáng tạo về dòng điện không đổi đảm bảo các yêu cầu về khoa học cơ bản, về tâm lí học và lí luận dạy học. Sử dụng BTST chương dòng điện không đổi trong quá trình dạy học sẽ góp phần bồi dưỡng năng lực tư duy, năng lực sáng tạo cho học sinh, từ đó góp phần nâng cao chất lượng dạy học. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1. Nghiên cứu lí luận dạy học vật lí, Phương pháp giảng dạy vật lí và phương pháp dạy học BTVL ở trường phổ thông. 5.2. Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo cho học sinh. 5.3. Nghiên cứu, tìm hiểu lí thuyết về bài tập sáng tạo 5.4. Tìm hiểu thực trạng dạy học BTST ở trường THPT hiện nay. 5.5. Tìm hiểu mục tiêu dạy học chương Dòng điện không đổi vật lí 11 THPT chương trình nâng cao, nội dung dạy học, cơ sở vật lí cho việc xây dựng BTST phần Dòng điện không đổi. 5.6. Xây dựng hệ thống BTST chương “Dòng điện không đổi” Vật lí 11 5.7. Đề xuất các phương án dạy học sử dụng các bài tập sáng tạo đã xây dựng, thiết kế một số bài học vật lí. 5.8. Thực nghiệm sư phạm. 6. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lí thuyết * Nghiên cứu các tài liệu lí luận dạy học để làm sáng tỏ về mặt lí luận các vấn đề có liên quan đến đề tài. 4 * Nghiên cứu chương trình SGK và sách bài tập, các tài liệu tham khảo để phân tích cấu trúc logic, nội dung của các kiến thức thuộc chương Dòng điện không đổi. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sư phạm: kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài. * Tìm hiểu, điều tra thăm dò thực trạng học sinh * Xây dựng tiến trình dạy học * Thực nghiệm sư phạm ở một số lớp học * Xử lí kết quả thực nghiệm sư phạm 7. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Cấu trúc của luận văn gồm 3 phần: Mở đầu Nội dung Chương I: Cơ sở lí luận của đề tài Chương II: Xây dựng hệ thống BTST chương “Dòng điện không đổi” và đề xuất các hình thức sử dụng trong dạy học vật lí ở trường THPT Chương III: Thực nghiệm sư phạm • Phương pháp và tiến trình thực nghiệm sư phạm • Kết quả thực nghiệm sư phạm Kết luận CHƯƠNG I 5 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Trong đề tài này, khái niệm bài tập sáng tạo là khái niệm trung tâm, là nội dung nghiên cứu và vận dụng. Bài tập sáng tạo là phương tiện có hiệu quả để bồi dưỡng tư duy sáng tạo và năng lực sáng tạo cho học sinh trong quá trình dạy học. Luận điểm này được xây dựng từ các cơ sở lí luận về dạy học bài tập vật lí, bồi dưỡng tư duy và năng lực sáng tạo trong dạy học vật lí. Dạy học sinh giải bài tập vật lí là một công việc khó khăn và ở đó bộc lộ rõ nhất trình độ của người giáo viên trong việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ của học sinh. Vì thế, chương I này trình bày những cơ sở lí luận về bài tập vật lí, về bài tập sáng tạo, và về việc bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo cho học sinh cần thiết cho nhiệm vụ dạy học về bài tập vật lí. 1.1. Cơ sở lí luận về dạy học bài tập Vật lí 1.1.1. Vai trò của bài tập vật lí Trong quá trình dạy học vật lí, các bài tập vật lí có tầm quan trọng đặc biệt. Chúng được sử dụng theo các mục đích khác nhau.[24,7] - Bài tập vật lí được hiểu là một vấn để đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờ những suy nghĩ lôgic, những phép toán và thí nghiệm trên cơ sở định luật và các phương pháp vật lí. - Bài tập vật lí là phương tiện nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức mới cho học sinh ở những lớp trên của bậc trung học phổ thông với trình độ toán học đã khá phát triển. Một khi các bài tập được vận dụng một cách khéo léo thì có thể dẫn dắt suy nghĩ của học sinh tới các hiện tượng mới từ đó bắt đầu xây dựng khái niệm mới để giải thích được hiện tượng mới vừa phát hiện. Như vậy đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức mới một cách sâu sắc, vững chắc. - Bài tập vật lí là một phương tiện ôn tập, đào sâu, củng cố và mở rộng kiến thức. Bài tập vật lí giúp cho học sinh thấy được những ứng dụng muôn hình, muôn vẻ trong thực tiễn của các kiến thức đã học. Giúp luyện tập cho học sinh óc phân tích để nhận biết được các hiện tượng phức tạp bị chi phối bởi nhiều định 6 luật, nhiều nguyên nhân. Khi giải các bài tập đòi hỏi học sinh không những phải tái hiện các kiến thức mà còn phải vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức đã học, do đó học sinh sẽ hiểu rõ hơn và ghi nhớ vững chắc hơn kiến thức đó. - Bài tập vật lí là một phương tiện giúp học sinh rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lí thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát. Bằng việc xây dựng các bài tập có nội dung sát với thực tiễn đời sống, trong đó để giải được nó yêu cầu học sinh phải vận dụng kiến thức đã học để giải thích các hiện tượng hoặc dự đoán các hiện tượng có thể xảy ra với những điều kiện cho trước. - Bài tập vật lí là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh giải bài tập là một hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh. Do phải tự mình phân tích các điều kiện đã cho trong đề bài, tự xây dựng những lập luận, tự thực hiện các thao tác tính toán, có khi phải tiến hành các thao tác thí nghiệm để xác định mối quan hệ giữa các đại lượng để kiểm tra các kết luận của mình nên tư duy lôgic, tư duy sáng tạo của học sinh được phát triển, năng lực giải quyết các vấn đề được nâng cao. - Bài tập vật lí là một phương tiện có hiệu quả để giáo dục tình yêu lao động, tinh thần tự lập, ý chí kiên trì vượt khó cho học sinh. - Bài tập vật lí là một phương tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức của học sinh. Tuỳ theo cách thức đặt câu hỏi kiểm tra có thể đánh giá được mức độ nắm vững kiến thức của học sinh, đánh giá được chất lượng kiến thức học sinh khá chính xác. 1.1.2. Phân loại bài tập vật lí Các bài tập vật lí được phân loại dựa theo nhiều đặc điểm: Theo nội dung, theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải, theo phương pháp nghiên cứu các vấn đề, theo yêu cầu luyện tập kĩ năng hay phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh… - Theo nội dung, các bài tập được chia theo các tài liệu vật lí, như bài tập cơ học, bài tập điện học, bài tập quang học, bài tập vật lí hạt nhân… Sự phân 7 chia này chỉ có tính chất tương đối. Theo nội dung, người ta còn phân biệt các bài tập có nội dung trừu tượng hoặc cụ thể, bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp, bài tập có nội dung lịch sử, bài tập vui. - Theo phương pháp nghiên cứu các vấn đề, người ta chia ra các bài tập định tính và bài tập định lượng. Các bài tập định tính khi giải chúng chỉ yêu cầu xác lập các mối quan hệ phụ thuộc về bản chất giữa các đại lượng vật lí mà không phải tính toán phức tạp. Các bài tập định lượng khi giải phải xác định mối quan hệ phụ thuộc về lượng giữa các đại lượng phải tìm và kết quả thu được là một đáp số định lượng. Khi giải bài tập loại này, buộc phải tính toán, không thể có câu trả lời cuối cùng cho câu hỏi đã đặt ra nếu không tiến hành các phép toán thích hợp. - Theo phương pháp cho điều kiện hoặc phương thức giải, người ta phân biệt bài tập miệng, bài tập thực nghiệm, bài tập tính toán, bài tập đồ thị. Sự phân chia này chỉ có tính quy ước vì khi giải chúng có thể phải sử dụng vài phương thức. Ví dụ như khi giải các bài tập thí nghiệm phải lập luận bằng miệng, cũng như trong nhiều trường hợp tính toán phải vẽ đồ thị. Các bài tập được coi là thực nghiệm thì khi giải phải sử dụng thí nghiệm để đi tới mục đích nào đó. Các bài tập mà trong đó đồ thị được sử dụng với mục đích nào đó thì được gọi là những bài tập đồ thị. - Theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tư duy học sinh trong quá trình dạy học, người ta phân biệt các bài tập luyện tập và bài tập sáng tạo. Các bài tập luyện tập thường dùng để luyện tập cho học sinh những kiến thức để giải các bài tập theo mẫu, không đòi hỏi tư duy sáng tạo của học sinh mà chủ yếu giúp học sinh rèn luyện để nắm vững phương pháp giải đối với một loại bài tập nhất định đã được chỉ dẫn. Các bài tập sáng tạo, khi giải chúng đòi hỏi ở học sinh tư duy sáng tạo, có tác dụng hình thành và phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh. Trong luận văn này, chúng tôi nghiên cứu về bài tập sáng tạo. 1.1.3. Tư duy trong quá trình giải bài tập vật lí Quá trình giải bài tập vật lí chính là quá trình tìm hiểu các dữ kiện đã cho ở trong bài tập, xem xét các hiện tượng vật lí nào được đề cập tới và vận dụng 8 những kiến thức vật lí, kiến thức toán học để tìm ra các mối liên hệ khả dĩ giữa cái đã cho và cái phải tìm. Các mối liên hệ này có thể là gián tiếp hoặc trực tiếp. Từ đó tiếp tục luận giải để chỉ ra được mối liên hệ một cách tường minh giữa cái phải tìm và cái đã cho. Bài tập vật lí rất đa dạng, vì vậy mà cách thức giải chúng cũng rất phong phú. Có thể vạch ra một dàn bài chung gồm các bước sau: - Tìm hiểu đầu bài - Phân tích hiện tượng - Xây dựng lập luận - Biện luận Trải qua các bước này học sinh phải thực hiện các thao tác tư duy như: Phân tích, phân tích - tổng hợp, so sánh, khái quát hoá, cụ thể hoá, phán đoán và các thao tác thực hành như: Xây dựng phương án thí nghiệm, lựa chọn thiết bị thí nghiệm, quan sát, đo đạc, xử lí số liệu, để rút ra kết luận. Đặc biệt là thao tác tư duy phân tích, thao tác tư duy tổng hợp, thao tác phân tích tổng hợp được sử dụng nhiều nhất ở bước xây dựng lập luận. - Với bài tập định tính, thường có hai dạng là giải thích hiện tượng và dự đoán hiện tượng sẽ xảy ra. Khi giải, học sinh phải thực hiện phép suy luận lôgic, đó là luận ba đoạn. Trong đó, với dạng thứ nhất, tiên đề thứ nhất là môt đặc tính chung của sự vật hoặc định luật vật lí có tính tổng quát, tiên đề thứ hai là những điều kiện cụ thể, còn kết luận chính là hiện tượng đã được nêu ra. Với dạng thứ hai, học sinh phải thực hiện một thiết lập luận ba đoạn, trong đó mới biết trước tiên đề thứ hai (phán đoán khẳng đinh riêng), cần phải đi tìm tiên đề thứ nhất (là phán đoán khẳng định chung) và kết luận (là phán đoán khẳng định riêng). Ví dụ: Vì sao trong các nguồn điện hoá học, hai cực của nguồn điện nhất thiết phải làm từ 2 kim loại khác nhau? Giải thích: Tiên đề thứ nhất học sinh phải khôi phục được là: một thanh kim loại tiếp xúc với một chất điện phân thì xuất hiện hiệu điện thế điện hoá, hiệu điện thế này phụ thuộc vào bản chất kim loại, bản chất và nồng độ dung dịch điện phân. 9 Tiên đề thứ hai là: khi nhúng hai thanh kim loại khác nhau vào dung dịch điện phân thì hiệu điện thế điện hoá giữa mỗi thanh và dung dịch điện phân khác nhau Kết luận: Giữa hai thanh đó có một hiệu điện thế xác định, tạo thành một nguồn điện. - Với bài tập tính toán, để giải nó trước hết phải hiểu rõ hiện tượng xảy ra vì phần đầu của bài tập tính toán thường là một bài tập định tính. Khi xây dựng lập luận bằng phương pháp phân tích thường bắt đầu bằng việc xác định một định luật, một quy tắc diễn đạt bởi những công thức mà trong đó có chứa các đại lượng cần tìm và một vài đại lượng khác chưa biết. Tiếp theo là tìm ra những định luật, quy tắc khác cho biết mối quan hệ giữa những đại lượng chưa biết này với các đại lượng đã biết trong đề ra. Cuối cùng tìm được một công thức trong đó chỉ chứa đại lượng cần tìm với các đại lượng đã biết. Ví dụ: Có 7 nguồn điện giống nhau, mỗi nguồn có e = 6V, r o = Ω 3 2 mắc như hình 1. R 1 = 3Ω; R 2 = 6Ω; R 3 = 2Ω; R A = 0. Tìm số chỉ của Ampe kế. Hướng dẫn giải: Gọi cường độ dòng điện chạy qua nguồn 1 là I 1 , chạy qua Ampe kế là I A . Cường độ dòng điện chạy qua mỗi dãy nguồn là I o . Ta có I 1 = I o + I A . Suy ra I A = I 1 - I o . Ta lần lượt tính I 1 ,I o. Tính I o : Do am pe kế lí tưởng, điện trở không đáng kể nên hai đầu nguồn điện 1 được nối tắt, nguồn điện này không tham gia vào mạch điện. Vậy, bộ nguồn gồm 6 nguồn điện mắc thành hai dãy, mỗi dãy gồm 3 nguồn. Bộ nguồn tương đương có: - Suất điện động E = 3e = 3.6 = 18V - Điện trở trong r = 2 3 o r = 1Ω . Cường độ dòng điện chạy qua mạch ngoài là: I = n Rr E + Với điện trở tương đương của mạch ngoài: 10 I A Hình 2 I o I 1 R 3 R 2 R 1 A R 3 R 2 R 1 A Hình 1