Tải bản đầy đủ

SOẠN THẢO VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP THỰC NGHIỆM PHẦN QUANG HÌNH LỚP 11 NÂNG CAO NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vật lý là môn học có tính thực tiễn cao. Giáo viên thường cố gắng hướng dẫn
học sinh làm thật nhiều bài khó nhưng những bài tập ấy nó hiện hữu ở đâu trong
cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của học sinh thì khó trả lời được. Việc dạy học vật
lý hiện nay vẫn gắn quá nhiều vào kiến thức mà ít đề cập tới kĩ năng của người học;
gắn người học, người dạy vào nội dung tiết học – bài học trên lớp, với mục tiêu thi
cử,… Việc gắn kết các bài tập vật lý với những kiến thức thực tiễn là một yêu cầu
không thể thiếu trong dạy học vật lý, đặc biệt là bài tập vật lý thực nghiệm [13].
Bài tập thực nghiệm là dạng bài tập gắn liền với phương pháp thực nghiệm,
nó được hiểu là loại bài tập khi giải phải tiến hành hoặc đề xuất giả thuyết hoặc đề
xuất phương án thí nghiệm, có khi phải tiến hành thí nghiệm để đi tới kết quả, có
khi phải tiến hành thí nghiệm để lấy số liệu giải bài tập, có khi phải dùng thí nghiệm
để kiểm chứng phương án đã đề xuất. Khi giải các bài tập thực nghiệm học sinh
luôn phải vận dụng tổng hợp các kiến thức lý thuyết và thực nghiệm, kết hợp các kỹ
năng hoạt động trí óc và thực hành, các vốn hiểu biết về vật lí, kỹ thuật và thực tế
đời sống. Vì vậy có thể vận dụng các bài tập thực nghiệm nhằm bồi dưỡng năng lực
thực nghiệm cho học sinh.
Trong chương trình vật lý THPT, phần Quang hình có nhiều bài tập mô tả
các hiện tượng vật lý, tuy nhiên hầu hết các hiện tượng đều được mô tả trong điều
kiện lý tưởng, ít gắn với thực tiễn. Vấn đề đặt ra là chuyển các bài tập này thành các

bài tập thực nghiệm, cùng với việc mở rộng hiện tượng vật lý trong bài để đỏi hỏi
học sinh không những phải tính toán, giải thích hiện tượng dựa trên kiến thức đã
biết mà còn phải đề xuất được các phương án thực nghiệm, tiến hành thí nghiệm để
xem xét hiện tượng vật lý dưới các góc độ khác nhau.
Xuất phát từ những lý do trên, tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Soạn thảo và
hướng dẫn giải hệ thống bài tập thực nghiệm phần Quang hình lớp 11 nâng cao
nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh”.
1
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Soạn thảo hệ thống bài tập thực nghiệm phần Quang hình và đề xuất phương án
sử dụng vào dạy học phần Quang hình lớp 11 nâng cao nhằm góp phần bồi dưỡng năng
lực thực nghiệm cho học sinh.
3. Giả thuyết khoa học của đề tài
Nếu soạn thảo và hướng dẫn giải hệ thống bài tập thực nghiệm phần Quang
hình lớp 11 nâng cao đáp ứng các yêu cầu của hoạt động nhận thức vật lí thì sẽ bồi
dưỡng được năng lực thực nghiệm cho học sinh.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
4.1. Đối tượng nghiên cứu
- Hệ thống bài tập thực nghiệm thuộc nội dung kiến thức phần Quang hình
sách giáo khoa Vật lý 11 nâng cao.
- Hoạt động dạy học về bài tập vật lí thực nghiệm.
4.2. Phạm vi nghiên cứu
- Phần Quang hình lớp 11 nâng cao.
- Bài tập thực nghiệm.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu cơ sở lý luận về hoạt động nhận thức vật lí, về bài tập vật lí,
đặc biệt là các bài tập thực nghiệm, về việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm.
- Thực trạng dạy học bài tập vật lý phần Quang hình lớp 11.
- Soạn thảo hệ thống bài tập thực nghiệm phần Quang hình lớp 11 nâng cao.
- Đề xuất các phương án dạy học sử dụng bài tập thực nghiệm đã soạn thảo.
- Tiến hành thực nghiệm sư phạm kiểm tra tính khả thi và hiệu quả của hệ
thống bài tập đã biên soạn.
6. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
+ Nghiên cứu các tài liệu lý luận dạy học để làm rõ về mặt lý luận các vấn đề
có liên quan đến đề tài.
2
+ Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa, sách bài tập, các tài liệu tham khảo
để phân tích cấu trúc lôgic, nội dung kiến thức phần Quang hình 11.
- Điều tra thực trạng dạy học vật lý ở trường THPT.
- Tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
- Phương pháp thực nghiệm sư phạm:
+ Thực nghiệm sư phạm.
- Phương pháp thống kê toán học: Xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm.
7. Cấu trúc luận văn
Mở đầu.
Chương 1: Cơ sở lý luận của việc soạn thảo và hướng dẫn giải hệ thống bài
tập thực nghiệm.
Chương 2: Soạn thảo và hướng dẫn giải hệ thống bài tập thực nghiệm phần
Quang hình lớp 11nâng cao.
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm.
Kết luận.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.
3
Chương 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC SOẠN THẢO VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ
THỐNG BÀI TẬP THỰC NGHIỆM
1.1. Phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý ở trường phổ thông
1.1.1. Khái niệm: thí nghiệm và thực nghiệm khoa học
Thí nghiệm: Thí nghiệm là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con
người vào các đối tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều
kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu
nhận được tri thức mới [15].
Như vậy, thí nghiệm là gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong
điều kiện xác định để quan sát, thu thập dữ liệu (trong thực tế, đôi khi từ thực
nghiệm cũng được dùng với nghĩa này).
Ví dụ: Thí nghiệm kiểm tra giả thuyết “vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ”; thí
nghiệm kiểm tra lí thuyết mới “ánh sáng mang tính chất sóng”; thí nghiệm kiểm tra
một kết quả trước đó “nghiệm lại định luật II Niutơn”.
Thực nghiệm: Thực nghiệm hay phương pháp thực nghiệm là một bước
trong phương pháp khoa học nhằm kiểm tra một giả thuyết, nghiệm lại một định
luật, tìm ra một đại lượng vật lý hay quy luật vật lý. Thực nghiệm là dựa trên việc
tiến hành thí nghiệm để đề xuất hoặc xác minh một giả thuyết, một phỏng đoán
khoa học nào đó. (Khi nói tới phương pháp thực nghiệm với tư cách là một phương
pháp nhận thức khoa học thì từ “thực nghiệm” được dùng với nghĩa này. Còn nếu
nói phương pháp thí nghiệm thì từ “thí nghiệm” được dùng với nghĩa đã nói ở trên:
tạo ra hiện tượng, quan sát đo đạc thu thập dữ liệu).
Như vậy, trong việc tiến hành thực nghiệm khoa học thì nhất thiết phải tiến
hành thí nghiệm. Nhưng chỉ riêng việc tiến hành thí nghiệm đơn thuần thì không
nhất thiết là việc thực nghiệm khoa học. Mục đích của thí nghiệm là tạo ra được
hiện tượng và thu được các dữ liệu quan sát đo đạc. Còn mục đích của thực nghiệm
khoa học là dựa trên việc tiến hành thí nghiệm, đề xuất hoặc kiểm tra xác minh giả
thuyết khoa học.
4
1.1.2. Khái niệm phương pháp thực nghiệm
Phương pháp thực nghiệm: Là một phương pháp nghiên cứu các hiện tượng
tự nhiên bằng cách chủ động tác động vào đối tượng nghiên cứu. Khi thực nghiệm
người ta tạo ra những điều kiện mới để xem hiện tượng thay đổi như thế nào? Có
thể nói phương pháp thực nghiệm là phương pháp thu lượm thông tin bằng cách sắp
đặt các sự kiện để chúng bộc lộ những quy luật tự nhiên của chúng [20].
Phương pháp thực nghiệm do Galilê sáng lập ra và được các nhà khoa học
khác hoàn chỉnh. Spaski đã nêu lên thực chất của phương pháp thực nghiệm như
sau: “Xuất phát từ quan sát và thực nghiệm, người nghiên cứu xây dựng một giả
thuyết (dự đoán). Giả thuyết đó không chỉ đơn thuần là sự tổng quát hóa các sự
kiện thực nghiệm đã làm. Nó còn chứa đựng một cái gì mới mẻ, không có sẵn trong
từng thí nghiệm cụ thể. Bằng phép suy luận lôgic và bằng toán học, người nghiên
cứu có thể từ giả thuyết đó mà rút ra một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện mới
trước đó chưa biết đến. Những hệ quả và sự kiện mới đó lại có thể dùng thực
nghiệm mà kiểm tra lại được, và nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng định một
giả thuyết, biến giả thuyết thành định luật vật lí chính xác”.
Như vậy, phương pháp thực nghiệm không phải là làm thí nghiệm đơn thuần,
không phải là sự quy nạp giản đơn (như chủ nghĩa quy nạp thực nghiệm) mà là sự
phân tích sâu sắc các sự kiện thực nghiệm, tổng quát hóa nâng lên mức lí thuyết và
phát hiện ra bản chất của sự vật. Đó là sự thống nhất giữa thí nghiệm và lí thuyết
nhằm mục đích nhận thức thế giới xung quanh ta.
1.1.3. Cấu trúc các khâu của phương pháp thực nghiệm
Việc thực hiện phương pháp thực nghiệm bao gồm các khâu sau đây [18]:
- Xử lí một giả thuyết hoặc dự đoán đã có để đưa vào kiểm tra, xem xét bằng
thực nghiệm: điều gì cần tới việc khảo sát thực nghiệm? Cần tạo ra, quan sát biến cố
thực nghiệm nào?
- Lựa chọn điều kiện thí nghiệm để có được hiện tượng dưới dạng thuần
khiết: phương tiện, máy móc thiết bị thích hợp; phương pháp tiến hành thí nghiệm;
phương pháp quan sát, đo đạc cụ thể.
5
- Tiến hành thí nghiệm: Lắp ráp máy móc thiết bị và kiểm tra khả năng vận
hành; tiến hành các thao tác thí nghiệm theo kế hoạch đã vạch ra; quan sát, đo đạc,
ghi chép các dữ liệu.
- Xử lí kết quả: Chuyển từ số đo biểu kiến sang trị số thực; xác định độ chính
xác của phép đo; lập bảng; vẽ đồ thị; rút ra kết luận về các thuộc tính, mối liên hệ,
định luật.
1.1.4. Vận dụng phương pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý
Phỏng theo PPTN của các nhà vật lí. GV tổ chức cho HS hoạt động theo các
giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: Làm xuất hiện vấn đề.
Giai đoạn 2: Đưa ra dự đoán (giả thuyết).
Giai đoạn 3: Suy luận hệ quả (nếu có).
Giai đoạn 4: Đề xuất và tiến hành phương án thí nghiệm kiểm tra.
Giai đoạn 5: Hợp thức hóa kết quả nghiên cứu.
Giai đoạn 6: Vận dụng kiến thức mới.
Ví dụ: Bài học nghiên cứu về hiện tượng phản xạ toàn phần. (Học sinh mới
vừa học xong định luật khúc xạ ánh sáng).
Xuất phát từ bài tập: Một khối bán trụ
trong suốt có chiết suất n = 1,41 =
2
. Một tia
sáng trong một mặt phẳng của tiết diện vuông
góc được chiếu tới bán trụ như trong hình vẽ.
Xác định đường đi của tia sáng với các giá trị
sau đây của góc α:
a. α = 60
0
b. α = 45
0
c. α = 30
0
+ Để giải bài tập này, HS vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng tìm ra được
góc khúc xạ.
- Với α = 60
0
 r =45
0
. Khi đó, tia sáng đi ra ngoài không khí với góc tạo
với pháp tuyến là 45
0
.
6
- Với α = 45
0
 r = 90
0
. Khi đó,tia sáng đi ra ngoài không khí sát mặt phẳng
phân cách giữa bán trụ với không khí.
- Với α = 30
0
. Khi đó không tìm được góc khúc xạ.
Như vậy, vấn đề đặt ra là: khi chiếu tia sáng vào khối bán trụ như hình vẽ
với góc 30
0
đã xảy ra hiện tượng gì?
+ Dự đoán:
- Tia sáng biến mất.
- Tia sáng quay trở lại khối bán trụ (bị phản xạ tại mặt phân cách phẳng giữa
khối bán trụ và không khí).
+ Thí nghiệm kiểm tra
Dụng cụ: khối bán trụ, đèn, khe chắn để tạo ra một tia sáng, bảng từ.
Đặt khối bán trụ và đèn lên bảng từ, lắp khe chắn, điều chỉnh để đèn tạo ra
một tia sáng chiếu đến khối bán trụ như trong trường hợp c. Quan sát thấy tia sáng
lúc đầu đi từ không khí vào khối bán trụ, tại mặt phân cách phẳng giữa khối bán trụ
và không khí thì tia sáng phản xạ lại đến mặt phân cách cong giữa khối bán trụ và
không khí thì truyền thẳng ra ngoài.
Lúc này, GV đưa ra định nghĩa về hiện tượng phản xạ toàn phần.
+ Vấn đề đặt ra là: Khi nào thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần?
+ Suy luận lý thuyết: Khi bắt đầu xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì
góc khúc xạ bằng 90
0
khi đó tính được góc tới giới hạn sin i
gh
= 1/n →i
gh
= 45
0
. Như
vậy, với các góc tới > i
gh
mà được chiếu như hình vẽ thì xảy ra hiện tượng phản xạ
toàn phần (tức là nếu xét tại mặt phân cách phẳng thì tia sáng đi từ môi trường chiết
quang hơn sang môi trường kém chiết quang). Ngoài ra, nếu chỉ thỏa mãn một trong
các điều kiện trên thì không xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.
+ Thí nghiệm kiểm tra:
Bố trí thí nghiệm như hình vẽ với góc tới 45
0
, quan sát hiện tượng thấy tia khúc xạ
đi sát mặt phân cách phẳng. Thay đổi góc tới sao cho 45
0
< i < 90
0
, giữ nguyên cách
chiếu tia ta thấy vẫn xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Thay đổi cách chiếu tia
(chiếu từ không khí tới mặt phân cách phẳng), giữ nguyên góc i (45
0
< i < 90
0
) thấy
không xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.
+ Kết luận:
- Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng: Khi chiếu tia sáng tới mặt phân
cách giữa 2 môi trường thì toàn bộ tia sáng bị phản xạ quay trở lại môi trường cũ.
- Điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần:
7
+ Tia sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết
quang.
+ Góc tới lớn hơn góc giới hạn:
1.2. Năng lực thực nghiệm
1.2.1. Khái niệm năng lực
Khái niệm năng lực (competency) có nguồn gốc tiếng La tinh “competentia”.
Ngày nay, khái niệm năng lực được hiểu theo nhiều nghĩa:
- Năng lực là một thuộc tính tâm lí phức hợp, là điểm hội tụ của nhiều yếu tố
như tri thức, kĩ năng, kĩ xảo, kinh nghiệm, sự sẵn sàng hành động và trách nhiệm
đạo đức.
- Năng lực gồm những kĩ năng và kĩ xảo học được hoặc sẵn có của cá thể
nhằm giải quyết các tình huống xác định, cũng như sự sẵn sàng về động cơ, xã
hội… và khả năng vận dụng các cách giải quyết vấn đề một cách có trách nhiệm và
hiệu quả trong những tình huống linh hoạt. (Weinert 2001).
- Năng lực là biết sử dụng các kiến thức và các kĩ năng trong một tình huống
có ý nghĩa (Rogiers, 1996).
- Năng lực là một tập hợp các kiến thức, kĩ năng và thái độ phù hợp với một
hoạt động thực tiễn (Barnert, 1992).
- Năng lực là khả năng đáp ứng thích hợp và đầy đủ các yêu cầu của một lĩnh
vực hoạt động (Từ điển Webster’s New 20
th
Century, 1965).
Như vậy, năng lực là một tổng thể của nhiều yếu tố có liên hệ tác động qua
lại và hai đặc điểm phân biệt cơ bản của năng lực là: tính vận dụng và tính có thể
chuyển đổi và phát triển. Có thể đưa ra định nghĩa năng lực như sau:
Năng lực là khả năng thực hiện có hiệu quả và có trách nhiệm các hành
động, giải quyết các nhiệm vụ, vấn đề thuộc các lĩnh vực nghề nghiệp, xã hội hay cá
nhân trong những tình huống khác nhau trên cơ sở hiểu biết, kĩ năng, kĩ xảo và kinh
nghiệm, cũng như sự sẵn sàng hành động [2].
1.2.2. Năng lực thực nghiệm
Năng lực thực nghiệm, với tư cách là một năng lực nhận thức khoa học, được
hiểu là năng lực nghĩ ra (thiết kế) phương án thí nghiệm khả thi cho phép đề xuất hoặc
kiểm tra những giả thuyết hay phỏng đoán khoa học và thực hành được thí nghiệm
thành công để rút ra kết luận cần thiết. (Chứ không phải đơn thuần là năng lực thao tác
8
Sin i
gh
=
Chiết suất của môi trường chiết quang hơn
Chiết suất của môi trường kém chiết quang
thí nghiệm, hiểu theo nghĩa là năng lực thực hiện các thao tác bằng tay, quan sát, đo
đạc) [18].
Như vậy, năng lực thực nghiệm bao gồm: năng lực đưa ra các dự đoán (giả
thuyết), năng lực nghĩ ra (thiết kế) các phương án thí nghiệm khả thi và năng lực
thực hành các phương án thí nghiệm đã thiết kế.
Năng lực đưa ra các dự đoán (giả thuyết):
Đưa ra được các dự đoán (giả thuyết) có căn cứ.
Năng lực thiết kế các phương án thí nghiệm bao gồm:
- Xác định mục đích thí nghiệm cần tiến hành: thí nghiệm khảo sát hay thí
nghiệm kiểm tra, minh họa.
- Xác định các biến số, các chỉ số cần quan sát hoặc đo đạc (các phương án
thí nghiệm): Cụ thể là phải xác định rõ đại lượng cần đo hoặc tính toán hay còn gọi là
các biến số. Có hai loại biến số: biến số độc lập và biến số phụ thuộc. Biến độc lập là
nhân tố thực nghiệm có thể điều khiển được, kiểm tra được, biến số phụ thuộc là
những diễn biến sự kiện do các biến độc lập quy định và là kết quả của sự tác động
thực nghiệm. Công việc này đòi hỏi suy luận lôgíc hay toán học và phải đảm bảo:
+ Đúng quy tắc, quy luật suy luận lôgíc hay toán học.
+ Mô tả hệ thống biến số, chỉ số có thể quan sát, đo đạc, kiểm tra được.
Ví dụ: trong thí nghiệm kiểm nghiệm lại định luật II Niutơn, kiểm nghiệm lại
biểu thức
m
F
a


=
, vì trong mỗi thí nghiệm chỉ nên có một biến số độc lập và một
biến số phụ thuộc nên ta thực hiện hai thí nghiệm kiểm nghiệm:
1. Kiểm nghiệm a ~ F
2. Kiểm nghiệm a ~ 1/m
Trong thí nghiệm 1, biến số độc lập là F, biến số phụ thuộc là a. Như vậy
phương án thí nghiệm là: giữ nguyên các đại lượng khác, thay đổi F, đo a để rút ra
kết luận.
Đối với thí nghiệm 2, biến số độc lập là m, biến số phụ thuộc là a. Như vậy
phương án thí nghiệm là: giữ nguyên các đại lượng khác, thay đổi m, đo a để rút ra
kết luận.
9
- Lựa chọn dụng cụ thí nghiệm: Cần dựa vào mục đích thí nghiệm, các biến
số cần quan sát, đo đạc để chọn những dụng cụ thí nghiệm thích hợp.
- Xây dựng sơ đồ thí nghiệm: Việc bố trí thí nghiệm phải sáng sủa, dễ hiểu,
có thể nhận thấy rõ ràng kết quả thí nghiệm, loại bỏ tối đa các hiện tượng không
mong muốn. Kết quả thể hiện ở sơ đồ bố trí dụng cụ thí nghiệm.
- Xây dựng quy trình tiến hành thí nghiệm: Tức là xác định trình tự các thao
tác với các dụng cụ thí nghiệm: bao gồm:
+ Quy trình lắp đặt dụng cụ thí nghiệm theo sơ đồ đã lập.
+ Quy trình thao tác tiến hành sao cho có thể quan sát rõ hiện tượng, số liệu
cần đo và loại bỏ những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của thí nghiệm.
Đồng thời, trong việc xây dựng các quy trình này cũng đòi hỏi nhận biết
những mối nguy hiểm trong quá trình tiến hành và sử dụng thí nghiệm (vật bắn ra,
laser, dòng điện, vật liệu phóng xạ, nitơ lỏng…) để đảm bảo an toàn dụng cụ thí
nghiệm và con người.
- Xác định cách thức quan sát, thu thập số liệu và trình bày số liệu. Để thực
hiện công việc này cần:
+ Xác định cách thức, thời điểm quan sát để thu thập được số liệu chính xác.
+ Dự kiến được phạm vi đo các đại lượng.
+ Dự kiến cách thức trình bày số liệu dưới dạng bảng biểu, đồ thị
- Xác định cách thức xử lí và phân tích số liệu để rút ra kết luận: Đối với thí
nghiệm định tính cần phát biểu các kết quả quan sát thấy, phân tích, suy luận lôgíc
suy ra kết quả. Đối với thí nghiệm định lượng, các kết quả phải trình bày mạch lạc,
chính xác, làm tròn có ý nghĩa các kết quả. Biểu diễn kết quả dưới dạng biểu đồ,
bảng biểu, đồ thị, tính toán sai số. Từ kết quả thí nghiệm rút ra kết luận về dấu hiệu,
mối liên hệ bản chất trong hiện tượng, quá trình vật lí đang nghiên cứu, phát biểu
chúng bằng lời hay bằng những biểu thức toán học.
Năng lực thực hiện phương án thí nghiệm đã thiết kế bao gồm:
- Biết sử dụng các dụng cụ thí nghiệm:
+ Sử dụng các thiết bị đúng chức năng.
10
+ Thao tác nhanh, chính xác, đảm bảo đúng nguyên tắc và an toàn cho các
thiết bị.
- Chuẩn bị, lắp đặt thí nghiệm theo sơ đồ đã chuẩn bị: Việc chuẩn bị và lắp
ráp thí nghiệm phải đảm bảo yêu cầu:
+ Chuẩn bị, kiểm tra thử các dụng cụ thí nghiệm, đảm bảo dụng cụ thí
nghiệm hoạt động tốt.
+ Lắp ráp theo sơ đồ thí nghiệm, nhanh chóng, đúng nguyên tắc và đảm bảo
an toàn các thiết bị thí nghiệm.
- Tiến hành thí nghiệm:
+ Thực hiện theo đúng quy trình thao tác.
+ Sử dụng an toàn, bảo quản và tháo lắp vật liệu và thiết bị thí nghiệm.
- Quan sát, thu thập thông tin, số liệu:
+ Chọn vị trí quan sát thích hợp.
+ Tập trung vào dấu hiệu bản chất.
+ Đọc chỉ số trên dụng cụ đo đúng phương pháp.
+ Ghi các giá trị đo đúng qui tắc.
- Trình bày thông tin, số liệu và xử lí, phân tích thông tin, số liệu: Từ số liệu
thu được, cần tiến hành phân tích, tổng hợp, quy nạp hay diễn dịch để rút ra kết
luận, biện luận để rút ra kết quả cuối cùng.
- Đánh giá kết quả: Đối chiếu kết quả thí nghiệm với giả thuyết, hệ quả và
đưa ra kết luận. Xác định những điểm cần bổ sung, sửa đổi toàn bộ công việc liên
quan đến thí nghiệm từ thiết kế đến tiến hành thí nghiệm.
1.2.3. Các biện pháp bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh
Để hình thành và phát triển được năng lực thực nghiệm cho học sinh cần thực hiện
các biện pháp sau đây:
Tổ chức cho học sinh hoạt động phỏng theo phương pháp thực nghiệm.
Quá trình này được chia thành 6 giai đoạn [20]:
Giai đoạn 1: Làm xuất hiện vấn đề.
11
Vấn đề là những câu hỏi hay nhiệm vụ đặt ra mà việc giải quyết chúng chưa
có quy luật sẵn cũng như những tri thức, kĩ năng sẵn có chưa đủ giải quyết mà còn
khó khăn, cản trở cần vượt qua. Vấn đề phải được đặt ra thế nào cho lí thú, kích
thích tính tích cực nhận thức của học sinh, nghĩa là phải tạo ra tình huống có vấn đề
theo quy trình sau. Để tổ chức và rèn luyện cho học sinh phát hiện, phát biểu vấn
đề giáo viên cần:
- Đặt câu hỏi, khi cần giúp đỡ HS thì gợi ý, định hướng chú ý của các em vào
những điều mâu thuẫn, bất ngờ trong tình huống vừa được tổ chức để HS phát hiện
ra vấn đề.
- Khích lệ HS nói lên cảm nhận, phát hiện của mình về vấn đề được đặt ra,
chưa yêu cầu phải dùng đúng hoặc chính xác ngôn ngữ khoa học. Lưu ý đến các ý
kiến trái ngược hoặc chưa trúng để hướng dẫn HS điều chỉnh hướng suy nghĩ cho
phù hợp.
- Uốn nắn, chỉ dẫn và luyện cho HS phát biểu thành lời vấn đề của bài học,
sử dụng hợp lí ngôn từ vật lí.
- Căn cứ vào trình độ HS, vào nội dung của bài học mà lựa chọn và đưa ra
mức độ thích hợp nhằm yêu cầu HS tự phát biểu vấn đề của bài học. Lúc đầu có thể
đưa ra mức độ cao hơn để thăm dò, sau đó hướng dẫn và giảm bớt khó khăn cho HS
khi cần thiết.
Giai đoạn 2: Đưa ra dự đoán.
Dự đoán, giả thuyết là một giai đoạn rất quan trọng của quá trình nghiên cứu.
Hướng dẫn để các em dự đoán những việc phải làm, những hiện tượng sẽ xảy ra…
sẽ giúp các em tăng cường các hoạt động tư duy và tưởng tượng.
Nội dung dự đoán: Đối với HS các lớp dưới yêu cầu dự đoán định tính là
chủ yếu, có thể có những dự đoán sau đây:
- Dự đoán diễn biến của hiện tượng. Ví dụ: Nếu nước đã sôi mà tiếp tục đun
thì nhiệt độ của nước có tăng lên mãi không và tăng đến đâu?
- Dự đoán nguyên nhân của hiện tượng. Ví dụ: Nguyên nhân vì sao quả bóng
bàn bẹp nhúng vào nước nóng thì phồng trở lại?
12
- Dự đoán mối quan hệ phụ thuộc giữa các yếu tố của một hiện tượng. Ví dụ:
Sự bay hơi nhanh hay chậm phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào?
- Dự đoán mối quan hệ nhân quả của hiện tượng. Ví dụ: Sự biến dạng càng
nhiều thì lực đàn hồi sẽ ra sao?
- Dự đoán về bản chất của hiện tượng. Ví dụ: Tại sao mọi vật đều rơi xuống
đất khi ta thả tay không giữ vật nữa?
Căn cứ để hướng dẫn HS đưa ra dự đoán:
- Dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có, một hoàn cảnh đã gặp.
- Dựa vào sự tương tự.
- Dựa trên nhận xét thấy hai hiện tượng luôn luôn biến đổi đồng thời, cùng
tăng hoặc cùng giảm mà dự đoán về quan hệ nhân quả giữa chúng.
- Dựa trên sự mở rộng phạm vi ứng dụng của một kiến thức đã biết sang một
lĩnh vực khác.
Giai đoạn 3: Suy luận rút ra hệ quả.
Việc suy ra hệ quả được thực hiện bằng suy luận lôgic hay suy luận toán học.
Giai đoạn 4: Đề xuất và thực hiện một phương án thí nghiệm kiểm tra
Những căn cứ để hướng dẫn HS đề xuất phương án thí nghiệm kiểm tra.
- Căn cứ vào vốn sống, sử dụng một kinh nghiệm tích lũy được của HS.
- Căn cứ vào vốn kiến thức đã được học.
- Căn cứ vào sự liên tưởng tới một việc, một cách làm đã biết, đã nghe nói
đến, vận dụng vào một hoàn cảnh mới không hoàn toàn giống như cái cũ.
- Dựa vào sự hướng dẫn của thầy và sự giúp đỡ của bạn bè trong hoạt động
nhóm. Sự gợi mở, hướng dẫn đúng lúc, đúng cách của thầy giáo, sự trao đổi với các
bạn cùng nhóm và khác nhóm, sẽ giúp HS vượt qua những khó khăn tưởng như quá
sức để đi đến những đề xuất, những giải pháp thực nghiệm hợp lí, sáng tạo.
Giai đoạn 5: Hợp thức hóa kết quả nghiên cứu.
- Yêu cầu mỗi nhóm có sự phân công công việc cho từng thành viên, cử đại
biểu nhóm báo cáo kết quả nghiên cứu trước lớp. Việc phân công này cần phải luân
13
phiên để HS nào cũng được rèn luyện. Mặt khác, cần lưu ý giúp đỡ các HS rụt rè,
những em học lực yếu để tạo điều kiện cho các em vươn lên.
- Trong việc tổ chức tranh luận hợp thức hóa kết quả nghiên cứu, GV là
người hướng dẫn và trọng tài, cần giúp HS lập luận có lí lẽ và cơ sở thực tiễn, biết
phân tích kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong những điều kiện cụ thể. Việc chuẩn
xác hóa các kết luận gắn liền với việc rèn luyện cho HS sử dụng ngôn ngữ khoa học
để biểu đạt các hiện tượng, định luật được nghiên cứu. Nó càng quan trọng hơn đối
với các lớp đầu cấp và cần được GV thực hiện thường xuyên qua mỗi bài học.
- Cần dựa vào trình độ thực tế của HS và vào tình hình cụ thể của tiến trình
dạy học mà đưa ra mức độ thích hợp đối với từng lớp và từng bài học.
Giai đoạn 6: Ứng dụng kiến thức mới
Để HS có thể vận dụng được kiến thức một cách sáng tạo, làm cho việc nắm
vững kiến thức trở lên sâu sắc, bền vững, GV cần tận dụng tối đa các bài tập vận
dụng đã được chuẩn bị trong SGK và sách bài tập, đồng thời suy nghĩ, tìm tòi để
đưa ra các ứng dụng cụ thể, gần gũi trong đời sống và kĩ thuật; khuyến khích HS
làm các bài tập thực nghiệm, sáng chế các thiết bị vận dụng kiến thức đã học, làm
các đồ chơi; phát hiện, thu thập các tài liệu, tranh ảnh, các thiết bị, dụng cụ có ứng
dụng kiến thức trong thực tế.
Ngoài biện pháp trên, như trong giai đoạn 6 đã trình bày thì việc giải các
bài tập thực nghiệm cũng là một trong những biện pháp bồi dưỡng năng lực
thực nghiệm cho HS, về biện pháp này chúng tôi sẽ trình bày chi tiết ở dưới.
1.3. Bài tập thực nghiệm trong dạy học vật lí
1.3.1. Bài tập vật lí
Bài tập vật lí được hiểu là một vấn đề được giải quyết nhờ những suy nghĩ
lôgic, những phép toán và thí nghiệm trên cơ sở các định luật và các phương pháp
vật lí.
Các bài tập vật lí có thể hiện diện ở tất cả các giai đoạn của quá trình lĩnh hội
môn học này, tức là từ bước đặt vấn đề để bắt đầu nghiên cứu một đề mục, cho đến
bước nghiên cứu giải quyết vấn đề, bước vận dụng để củng cố, luyện tập, ôn tập
14
hoặc mở rộng, đào sâu tri thức và thực hành Tùy theo mục đích sử dụng, các bài
tập vật lí có thể xây dựng với nội dung thích hợp và cách giải tương ứng. Có lúc các
bài tập vật lí xuất hiện tường minh dưới dạng những đề toán quen thuộc như chúng
ta vẫn thường gặp trong các giờ học hoặc các kì thi, nhưng cũng có lúc chúng ta còn
phải phát hiện ra chúng và tự mình nêu thành lời để trở nên một bài tập vật lí quen
thuộc và phải tự mình cung cấp cả số liệu và yêu cầu cần tìm cho bài tập trước khi
có thể giải để đi tới kết quả cuối cùng.
1.3.2. Bài tập thực nghiệm trong hệ thống bài tập vật lí
Trong hoạt động dạy và học vật lý ở trường phổ thông, bài tập vật lý đóng
vai trò vừa là nội dung vừa là phương tiện để truyền tải kiến thức và bồi dưỡng các
năng lực cho HS một cách có hiệu quả nhất. Bài tập không chỉ củng cố, nâng cao
kiến thức mà còn làm xuất hiện những khả năng tư duy độc đáo của HS. Trong quá
trình giải bài tập vật lý, bắt buộc HS phải thực hiện các thao tác tư duy để tái hiện
kiến thức cũ, tìm ra mối liên hệ bản chất giữa các sự vật và hiện tượng, HS phải biết
phân tích, tổng hợp, phán đoán suy luận để tìm ra lời giải. Đặc biệt các bài tập vật lý
có nội dung thực nghiệm, gọi tắt là bài tập vật lý thực nghiệm.
Bài tập thực nghiệm là dạng bài tập gắn liền với phương pháp thực nghiệm,
nó được hiểu là loại bài tập khi giải phải tiến hành hoặc đề xuất giả thuyết hoặc đề
xuất phương án thí nghiệm, có khi phải tiến hành thí nghiệm để đi tới kết quả, có
khi phải tiến hành thí nghiệm để lấy số liệu giải bài tập, có khi phải dùng thí nghiệm
để kiểm chứng phương án đã đề xuất. Khi giải các bài tập thực nghiệm HS luôn
phải vận dụng tổng hợp các kiến thức lí thuyết và thực nghiệm, kết hợp nhiều kiến
thức, kĩ năng khác để đề xuất các giả thuyết, rút ra các hệ quả từ giả thuyết, đề xuất
các phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm kiểm tra tính đúng đắn của các giả
thuyết hoặc các hệ quả của giả thuyết. Như vậy, có thể có những bài tập thực
nghiệm chỉ dừng ở một giai đoạn nào đó của phương pháp thực nghiệm, nhưng
cũng có thể có bài tập đòi hỏi người học trải qua tất cả các giai đoạn của phương
pháp thực nghiệm, khi đó hoạt động của người học giống như hoạt động của nhà
nghiên cứu. Thông qua các bài tập thực nghiệm, HS được bồi dưỡng, phát triển
15
năng lực tư duy, năng lực thực nghiệm, năng lực hoạt động tự lực, sáng tạo, bộc lộ
rõ khả năng sở trường, sở thích về vật lí.
Tùy thuộc vào đối tượng và mục đích dạy học khác nhau mà yêu cầu đòi hỏi
về bài tập vật lí thực nghiệm cũng khác nhau:
Ở các cấp học cao (Cao đẳng, Đại học, sau đại học) thì bài tập vật lí thực
nghiệm thiên về tính chất thực hành, nghiên cứu để xác định nội dung vật lí phức
tạp hoặc để tìm ra một phát hiện mới,…Đây chính là nội dung của các bài thực hành
trong các giáo trình thí nghiệm vật lí hoặc là các đề tài về thực nghiệm của bộ môn
vật lí dành cho sinh viên, học viên cao học. Ở các kì thi Olympic vật lí khu vực và
Quốc tế thường dành riêng một phần thực hành để thi các nội dung này gọi là bài
tập thí nghiệm.
Ở cấp học thấp hơn (THCS và THPT) vì HS mới bắt đầu làm quen với vật lí,
do đó bài tập thực nghiệm cần chú trọng đến phương pháp rèn luyện các kĩ năng cơ
bản về thực hành vật lí (như sử dụng dụng cụ, cách lắp đặt các dụng cụ để tiến hành
một thí nghiệm và cách quan sát, xử lí các kết quả thực nghiệm đơn giản, ứng dụng
trong thực tế…). Rõ ràng với những thí nghiệm có tính chất phức tạp, tốn kém và
mất nhiều thời gian thì yêu cầu làm thực nghiệm để giải bài tập là khó thích hợp với
điều kiện dạy học ở trường phổ thông hiện nay. Trong những trường hợp này, nội
dung bài tập vật lí thực nghiệm có thể được khai thác từ các thí nghiệm mô phỏng,
thí nghiệm ảo (lấy từ các phần mềm thí nghiệm), hoặc là từ các đoạn phim videoclip
mô tả thí nghiệm, hoặc đơn giản hơn đó là các hình vẽ minh họa do GV tự thiết kế.
Cũng có thể dùng lời để mô tả một thí nghiệm rồi đặt ra những yêu cầu mà HS có
khả năng tư duy được. Tất cả các biện pháp hỗ trợ đó đều không ngoài mục đích
giúp HS có điều kiện phát triển tư duy vật lí và rèn luyện các kĩ năng thực hành,
biết phân tích các thao tác đúng sai trong thí nghiệm để khi gặp trong thực tế có thể
vận dụng một cách nhanh chóng.
Trong khuôn khổ của luận văn, chúng tôi đề cập đến các bài tập thực nghiệm
mà khi giải bài tập, người học phải tiến hành thí nghiệm, tức là có khi phải tiến
hành thí nghiệm để mô tả hiện tượng cần quan sát rồi giải thích, có khi phải đưa ra
16
dự đoán rồi tiến hành thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của dự đoán, có khi phải
thiết kế phương án thí nghiệm rồi tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng phương án
thí nghiệm đã đề ra, có khi phải tiến hành thí nghiệm để lấy số liệu giải bài tập. Bên
cạnh đó chúng tôi cũng được ra một số bài tập thực nghiệm có nội dung chế tạo các
dụng cụ thí nghiệm từ các vật liệu đơn giản.
1.3.3. Phân loại bài tập thực nghiệm
Căn cứ vào mục đích thực hiện có thể chia các bài tập thực nghiệm này thành
2 loại cơ bản sau:
- Loại 1: Bài tập quan sát, giải thích hiện tượng thí nghiệm (loại bài tập
này yêu cầu HS trả lời câu hỏi “Tại sao?”. Với những bài tập này HS cần:
+ Tiến hành thí nghiệm theo mô tả ở đề bài, quan sát thí nghiệm rồi giải
thích hiện tượng đã quan sát được.
Ví dụ: Cắm nghiêng 1 chiếc đũa vào cốc. Đặt mắt nhìn dọc theo chiếc đũa
trong 2 trường hợp: cốc không có nước và cốc có nước. Mô tả hiện tượng quan sát
được. Giải thích.
+ Hay: Dự đoán hiện tượng xảy ra dựa trên thí nghiệm được mô tả ở đề bài
rồi làm thí nghiệm kiểm tra, giải thích vì sao lại như thế.
Ví dụ: Đặt một cây nến đang cháy trước một thấu kính hội tụ sao cho hứng
được ảnh trên tường. Hiện tượng quan sát được sẽ như thế nào nếu:
a. Che đi nửa dưới của thấu kính.
b. Che đi ¾ thấu kính.
- Loại 2: Bài tập về thiết kế, chế tạo. Những bài tập này, HS cần:
+ Thiết kế các phương án thí nghiệm dựa trên các dụng cụ đã cho và tiến
hành thí nghiệm để kiểm tra tính khả thi của các phương án đã thiết kế (loại bài tập
này yêu cầu HS trả lời câu hỏi “Làm như thế nào?”).
Ví dụ: Cho các dụng cụ sau: 1 cây kim, 1 chiếc hộp hình chữ nhật có thành
trong suốt, 1 cuộn chỉ, 1 đèn laze, 1 chiếc compa, 1 tấm xốp mỏng phẳng hình chữ
nhật, vài chiếc tăm, nước, kéo, bút bi, thước thẳng chia đến mm, thước đo góc. Hãy
lựa chọn các dụng cụ thí ngiệm để kiểm nghiệm lại định luật khúc xạ ánh sáng. Từ
đó hãy xác định chiết suất của nước.
17
+ Hay: Thiết kế các dụng cụ thí nghiệm đơn giản từ các vật liệu đã cho, sử
dụng dụng cụ đó để quan sát, giải thích hiện tượng (loại bài tập này yêu cầu HS trả
lời cả hai câu hỏi “Làm như thế nào?” và “Tại sao?”).
Ví dụ: Cho các dụng cụ sau: 1 chai nhựa có thành trong suốt, 1 bật lửa, 1
que hương, nước. Hãy nghĩ cách và tiến hành thí nghiệm để tạo ra mô hình mô
phỏng sợi quang học.Giải thích vì sao làm được như vậy.
+ Hay: Tìm các vật liệu có trong cuộc sống hàng ngày để thiết kế, chế tạo
các dụng cụ thí nghiệm đơn giản (loại bài tập này yêu cầu HS trả lời cả hai câu hỏi
“Làm như thế nào?” và “Tại sao?”).
Ví dụ: Bằng các dụng cụ có trong cuộc sống hàng ngày, hãy tạo ra các thấu
kính hội tụ, thấu kính phân kì. Giải thích vì sao thấu kính mình tạo ra là hội tụ hay
phân kì.
1.3.4. Bài tập vật lý thực nghiệm với việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm
Là một dạng của bài tập Vật lý nên bài tập vật lý thực nghiệm cũng có đầy
đủ vai trò và tác dụng của một bài tập vật lý. Vai trò và tác dụng trọng tâm của bài
tập thực nghiệm mà các bài tập luyện tập thông thường không có là hình thành và
phát triển năng lực thực nghiệm của HS.
Năng lực thực nghiệm là một trong những năng lực quan trong nhất cần hình
thành cho HS. Khi giải các bài tập thực nghiệm HS luôn phải vận dụng tổng hợp
các kiến thức lí thuyết và thực nghiệm, kết hợp các kỹ năng hoạt động trí óc và thực
hành, các vốn hiểu biết về vật lí, kỹ thuật và thực tế đời sống. Vì vậy có thể vận
dụng các bài tập thực nghiệm nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS. GV
có thể đưa ra theo tiến trình sau [13]:
Bước 1: GV đưa ra bài tập thực nghiệm gắn với nội dung nghiên cứu.
Bước 2: GV yêu cầu HS phân tích, đánh giá các dữ kiện, các yêu cầu của bài
từ đó lựa chọn phương án thích hợp.
Bước 3: GV yêu cầu HS tiến hành chế tạo sản phẩm hay bố trí thí nghiệm, sử
dụng thử, thu thập, xử lí kết quả, điều chỉnh phương án thiết kế…
Bước 4: HS báo cáo, tổng kết, đánh giá.
Ví dụ 1: Khi nghiên cứu về hiện tượng khúc xạ ánh sáng, GV đưa ra bài tập
sau: Cho một chậu hình hộp chữ nhật có thành trong suốt, một cuộn chỉ, một đèn
18
laze, nước, một chiếc kim. Hãy thiết kế phương án thí nghiệm chứng tỏ tia khúc xạ
và tia tới nằm trong cùng một mặt phẳng.
Khi tiếp cận với bài tập này, HS có hàng loạt câu hỏi được đặt ra như: Với
các dụng cụ đó thì làm thế nào để tạo ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng? Làm thế nào
để xác định được tia tới? Xác định được tia khúc xạ? Làm thế nào để chứng minh
tia tới và tia khúc xạ cùng nằm trong mặt phẳng?
Tất cả những câu hỏi đó sẽ được HS dần trả lời thông qua thảo luận ở bước
2. HS sẽ rút ra cần phải tiến hành theo thứ tự sau:
- Tạo ra hai môi trường trong suốt.
- Tạo ra mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới và tia pháp tuyến).
- Tạo ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
- Chỉ ra tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
Từ đó HS có thể đưa ra phương án bố trí thí nghiệm như hình 1 sau đó tiến
hành thí nghiệm kiểm tra.
Với phương án này, ở bước 3, khi thực hiện
thí nghiệm theo phương án đã đề xuất, HS sẽ thấy:
Khi chiếu tia sáng qua một vị trí trên dây chỉ và
điểm giao giữa kim với mặt nước thì thu được tia
khúc xạ đi qua một vị trí trên dây chỉ nằm ở đáy
của chậu.
Hình 1
Trong quá trình HS thảo luận ở bước 4, GV cũng cần lưu ý học sinh một số
yêu cầu về sử dụng dụng cụ đo, về bố trí thí nghiệm…
Ví dụ 2: Sau khi học về kính thiên văn giáo viên có thể đưa ra bài tập: Hãy
thiết kế, chế tạo kính thiên văn khúc xạ từ những vật liệu đơn giản.
HS đã biết về kính thiên văn: cấu tạo, nguyên lí hoạt động nhưng vẫn đưa ra
một loạt các câu hỏi thắc mắc như: thiết kế kính thiên văn như thế nào (vật kính, thị
kính, thân kính thiên văn, chân đế)? Cần dùng những vật liệu gì? Lắp ráp các vật
liệu đó như thế nào? Cần chú ý gì trong thiết kế, lắp ráp? Có quy định gì về các
thông số kĩ thuật không?
GV đưa ra các yêu cầu chung:
- Yêu cầu về thiết kế: Gọn, tiết kiệm, sử dụng dễ dàng.
- Yêu cầu về chất liệu: làm từ ống nhựa, hoặc ống tre.
19
- Yêu cầu khi trình bày: lí giải được cách tạo ra kính thiên văn đơn giản, cách
sử dụng kính thiên văn để quan sát.
- Yêu cầu về thời gian địa điểm: 7 ngày, trình bày tại phòng thí nghiệm của
nhà trường.
Yêu cầu học sinh báo cáo thường xuyên theo lịch 2 ngày/ lần để giám sát
hoặc điều chỉnh tiến trình làm việc của học sinh. Kết quả thu được là sản phẩm kính
thiên văn khúc xạ đơn giản đảm bảo các yêu cầu đã đề ra cùng với việc giải thích
cách thiết kế và nguyên tắc hoạt động của nó.
Qua các ví dụ trên ta thấy, việc giải các bài tập thực nghiệm đòi HS phải tự
mình xây dựng các phương án thí nghiệm, lựa chọn các phương tiện, xác định các
điều kiện thích hợp, tự mình thực hiện thí nghiệm theo quy trình, quy tắc phù hợp
do mình đề ra để thu thập, xử lí các kết quả nhằm giải quyết một cách khoa học, tối
ưu bài toán cụ thể đã được đặt ra.
Loại bài tập này vì vậy có tác dụng toàn diện trong việc đào tạo, giúp HS
nắm vũng các kiến thức, kỹ năng cơ bản về lý thuyết và thực nghiệm của môn vật lí.
HS không chỉ vận dụng giới hạn một kiến thức mà còn vận dụng kết hợp nhiều kiến
thức, kĩ năng khác. Thông qua các bài tập thực nghiệm, HS được bồi dưỡng, phát
triển các năng lực tư duy, năng lực thực nghiệm, sáng tạo, bộc lộ rõ khả năng sở
trường, sở thích về vật lí. Giải các bài tập thực nghiệm là một hình thức hoạt động
nhằm nâng cao chất lượng học tập, tăng cường hứng thú, gắn học với hành, lí luận
với thực tế, kích thích tính tích cực tự lực, tư duy phê phán, tư duy sáng tạo của
từng HS. Đây cũng là một trong những biện pháp để phát hiện ra những HS khá,
giỏi và có lòng say mê với vật lí học.
1.3.5. Soạn thảo hệ thống bài tập thực nghiệm trong dạy học vật lí
a. Các yêu cầu của hệ bài tập
Để có một hệ thống bài tập tốt thì mỗi bài tập phải được biên soạn tốt và phải
thỏa mãn các yêu cầu sau [20]:
- Mỗi bài tập phải có một nhiệm vụ, một vị trí nhất định trong bài học.
- Mỗi bài tập phải chứa đựng những kiến thức cơ bản trong chương trình
phải đảm bảo tính chính xác, khoa học.
20
- Bài tập phải chứa đựng một mâu thuẫn vừa sức và hứng thú đối với các em.
- Về hình thức: phải diễn đạt rõ ràng, súc tích các yêu cầu đặt ra, ngôn ngữ
chính xác, uyển chuyển, phản ánh được sự vận động của hiện tượng, quá trình.
- Bảo đảm tính hệ thống: các bài tập phải có quan hệ chặt chẽ với nhau và
gắn chặt với mục đích, yêu cầu của giờ lên lớp, phục vụ nội dung mỗi bước của quá
trình dạy học.
- Góp phần tăng cường tư duy tích cực, sáng tạo.
- Bảo đảm tính đa dạng để phục vụ các yêu cầu về nội dung và ở các bước
của quá trình dạy học.
- Số lượng câu hỏi và bài tập cho mỗi giờ lên lớp không quá nhiều, có trọng
tâm và được đưa ra hợp lí, phù hợp với logic của bài học, bảo đảm để các em có
điều kiện học tập tập trung, nhưng nhẹ nhàng, thư thái, tư duy của các em không rơi
vào tình trạng bị động bởi những câu hỏi tủn mủn của thầy.
b. Nguyên tắc soạn thảo hệ bài tâp
Khi soạn thảo bài tập cần đảm bảo những nguyên tắc sau [20]:
- Phải có một mâu thuẫn, một vấn đề hoặc một yêu cầu với những điều kiện
được diễn đạt rõ ràng.
- Hệ thống bài tập phải gắn với nội dung, giải mỗi bài tập phải đem lại cho
học sinh một hiểu biết mới, phải làm sao để khi học sinh hoàn thành hệ thống câu
hỏi và bài tập có thể xem là hoàn thành nhiệm vụ của học tập.
- Hệ thống bài tập phải đảm bảo tính đa dạng: Có bài tập lí thuyết, có bài tập
thực hành, có bài tập tái hiện, có bài tập sáng tạo, có bài tập vận dụng, có bài tập
kiểm tra, đánh giá…
- Số lượng bài tập cần vừa phải gọn nhẹ, không ôm đồm nặng nề.
c. Quy trình soạn thảo bài tập
Khi soạn thảo hệ thống bài tập cần thực hiện các bước cơ bản sau [20]:
- Phân tích nội dung rồi từ đấy xây dựng một sơ đồ (grap) để làm bộc lộ cấu
trúc nội dung của bài học.
21
- Xác định vị trí, nhiệm vụ, số lượng câu hỏi và bài tập.
- Soạn thảo câu hỏi, bài tập.
- Sắp xếp lại các câu hỏi, bài tập, chú ý xác định đâu là câu hỏi chính, đâu là
câu hỏi phụ.
- Rà soát lại để đảm bảo sự cân đối giữa bài tập cơ bản, bài tập nâng cao, bài
tập thực hành, bài tập tái hiện, bài tập sáng tạo.
d. Soạn thảo bài tập vật lí thực nghiệm nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm
cho học sinh
Trước hết, cần phải khẳng định lại rằng bài tập thực nghiệm chỉ là một phần
trong hệ thống các bài tập vật lý và không thể thay thế cho các dạng bài tập khác
trong dạy học vật lý được, nên việc soạn thảo các bài tập thực nghiệm ở đây chủ
yếu nhằm đến mục tiêu bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS, góp phần nâng
cao chất lượng dạy học ở trường THPT.
Xuất phát từ những yêu cầu và nguyên tắc soạn thảo bài tập đã nêu trên việc
xây dựng các bài tập thực nghiệm có thể thực hiện theo quy trình gồm các bước sau:
Bước1: Căn cứ vào nội dung chương trình và sách giáo khoa để phân tích nội
dung kiến thức vật lý của giờ học, từ đó làm bộc lộ cấu trúc của nội dung trong đó
chỉ rõ trình tự xây dựng các đơn vị kiến thức cụ thể, những kiến thức nào là trọng
tâm, chúng có mối liên hệ gì với những kiến thức của những giờ học trước và
những giờ học kế tiếp.
Bước 2: Xác định vị trí, nhiệm vụ của của các bài tập thực nghiệm trong tiến
trình dạy học, chỉ rõ chúng sẽ được đặt ra trong những hoạt động cụ thể nào, rèn
luyện cho HS những năng lực thực nghiệm gì, từ đó xác định số lượng các bài tập
thực nghiệm cho từng hoạt động đó.
Bước 3: Thu thập thông tin và biên soạn các bài tập thực nghiệm. Trong bước
này, GV phải đọc nhiều tài liệu, tham khảo nhiều sách bài tập vật lý đã được biên
soạn, hoặc xem những đoạn video về các bài tập thực nghiệm ở trên mạng internet,
suy nghĩ tìm tòi những yếu tố, những mối liên hệ cơ bản đang bị che lấp, từ đó tổng
22
hợp lại để biên soạn được những bài tập thực nghiệm hay và thích hợp với tiến trình
dạy học.
Bước 4: Sắp xếp lại các bài tập thực nghiệm trong hệ thống đã biên soạn. Chú
ý xác định những câu hỏi, bài tập chính và phụ để sử dụng chúng đúng mục đích đề
ra. Rà soát lại hệ thống các bài tập thực nghiệm để đảm bảo sự cân đối giữa các loại
bài tập lý thuyết và thực nghiệm.
Tất cả các bước trên được chúng tôi áp dụng và tiến hành soạn thảo hệ
thống bài tập thực nghiệm phần Quang hình lớp 11 nâng cao được trình bày chi
tiết trong chương 2.
1.4. Hướng dẫn học sinh giải bài tập thực nghiệm trong dạy học vật lí
1.4.1. Cơ sở định hướng khi giải bài tập vật lí
Mục tiêu cần đạt tới khi giải một bài tập vật lí là tìm câu trả lời đúng, giải đáp
được vấn đề đặt ra một cách có căn cứ khoa học chặt chẽ. Quá trình giải một bài tập
vật lí thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tượng vật lí
được đề cập và dựa trên kiến thức vật lí, toán để nghĩ tới những mối liên hệ có thể có
của các cái đã cho và các cái phải tìm, sao cho có thể thấy được mối liên hệ trực tiếp
hoặc gián tiếp với cái đã cho. Từ đó chỉ rõ được mối liên hệ tường minh trực tiếp của
cái phải tìm với những cái đã biết, tức là tìm được lời giải đáp.
Vì vậy, hoạt động giải bài tập vật lí có hai công việc cơ bản sau [22]:
- Xác lập cho được các mối liên hệ cơ bản dựa trên sự vận dụng trực tiếp các
kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập.
- Luận giải, tính toán để từ các mối liên hệ đã xác lập đi đến kết quả cuối
cùng. Sự thực hiện hai công việc này có thể lần lượt những cũng có thể xen kẽ
nhau, trong đó quan trọng nhất là xác lập cho được mối liên hệ giữa cái phải tìm với
cái đã cho.
Việc nắm vững như vậy của giáo viên sẽ giúp cho sự định hướng phương
pháp dạy giải bài tập vật lí một cách đúng đắn và hiệu quả. Đối với các bài tập đơn
giản khi vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập, ta có thể thấy
ngay được mối liên hệ trực tiếp của cái phải tìm với những cái đã cho. Nhưng đối
23
với những bài tập phức tạp hơn, thường không thể dẫn ra ngay được mối liên hệ
trực tiếp giữa cái phải tìm với cái đã cho.Vì vậy giáo viên cần có sự hướng dẫn giúp
đỡ học sinh đúng lúc và đúng chỗ.
Đối với các bài tập thực nghiệm, quá trình giải bài tập chính là quá trình làm
rõ những điều kiện, mà trong đó mối liên hệ phụ thuộc cần nghiên cứu có thể xảy
ra, phải xác định được phương án thí nghiệm cho phép thu thập những thông tin cần
thiết cho sự khảo sát về mối liên hệ phụ thuộc đó, từ đó phải bố trí và tiến hành
được thí nghiệm, quan sát – đo và xử lí kết quả, rút ra được kết luận về sự liên hệ
phụ thuộc cần nghiên cứu. Đồng thời dựa vào điều kiện đã có và yêu cầu của đề bài
(làm như thế nào? hay tại sao?) mà ta có cơ sở định hướng giải.
- Đối với loại bài tập trả lời câu hỏi “Tại sao?”: Phải xác định được phương
án thí nghiệm, tìm hiểu về các dụng cụ thí nghiệm và biết bố trí thí nghiệm. Sau đó
tiến hành thí nghiệm để quan sát hiện tượng, tìm mối liên hệ của hiện tượng với các
nguyên lí, các định luật có liên quan. Cuối cùng giải thích hiện tượng đã cho.
Ví dụ: Cho một viên kẹo coolair vào trong một chiếc chai không, có thành
trong suốt (không đậy nắp, sao cho viên kẹo nằm ở đáy, sát với thành chai). Quay
chai, phía có viên kẹo về trước mặt, ấn từ từ chai vào trong một ca nước. Nhìn vào
đáy chai với góc nghiêng nhỏ, so với phương thẳng đứng. Mô tả hiện tượng quan
sát được. Giải thích.
Với bài tập này HS cần:
- Xác định các dụng cụ thí nghiệm có trong bài: viên kẹo coolair, chai có
thành trong suốt, ca nước.
- Tiến hành thí nghiệm để quan sát hiện tượng từ đó tìm ra được mối liên hệ
giữa hiện tượng quan sát được với hiện tượng đã có của vật lý. Từ đó giải thích
được được hiện tượng quan sát.
- Đối với loại bài tập trả lời câu hỏi làm thế nào?”: Phải xác định được các
mối liên hệ phụ thuộc cần nghiên cứu xảy ra như thế nào và trong điều kiện nào?
Phải xác định được phương án thí nghiệm, bố trí và tiến hành thí nghiệm, xử lí và
rút ra kết luận.
24
Ví dụ: Cho các dụng cụ sau: 1 khối nhựa hình hộp chữ nhật, 1 compa, 1 thước
thẳng chia milimet, 3 chiếc tăm, 1 tờ giấy trắng, 1 thước đo góc, 1 tấm xốp phẳng, 1
đèn laze, 1 chiếc bút. Hãy lựa chọn dụng cụ để thiết kế và tiến hành thí nghiệm xác
định chiết suất của khối nhựa.
Để xác định được chiết suất của khối nhựa học sinh cần xác định được mối
liên hệ phụ thuộc giữa góc tới và góc khúc xạ. Việc đo góc tới và góc khúc xạ có
thể dùng thước đo góc. Cái khó chính là làm thế nào để xác định được các góc này.
Lúc này cần có sự định hướng của GV như: Có thể xác định được tia khúc xạ truyền
trong khối nhựa với tia tới bất kì truyền đến khối nhựa từ không khí không? Có
những cách nào để tạo ra tia tới bất kì? Có những cách nào để xác định được tia
khúc xạ truyền trong khối nhựa?
1.4.2. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí thực nghiệm
a. Các bước chung khi giải bài tập vật lí thực nghiệm
* Loại bài tập quan sát, giải thích hiện tượng:
+ Bước 1: Đọc kĩ đề bài, tìm hiểu từng dụng cụ đề bài đã cho. Đọc kĩ cách
tiến hành và bố trí thí nghiệm. Dự đoán hiện tượng có thể xảy ra.
+ Bước 2: Bố trí và tiến hành thí nghiệm theo mô tả ở đề bài. Quan sát hiện tượng.
+ Bước 3: Đối chiếu những hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm với điều đã
dự đoán và với các kiến thức liên quan. Tìm mối liên hệ của hiện tượng với các
nguyên lí, các định luật vật lí có liên quan để giải thích hiện tượng.
+ Bước 4: kiểm tra xem trả lời hết câu hỏi, hết các trường hợp chưa.
Ví dụ: Cho một viên kẹo coolair vào trong một chiếc chai không, có thành
trong suốt (không đậy nắp, sao cho viên kẹo nằm ở đáy, sát với thành chai). Quay
chai, phía có viên kẹo về trước mặt, ấn từ từ chai vào trong một ca nước. Nhìn vào
đáy chai với góc nghiêng nhỏ, so với phương thẳng đứng. Mô tả hiện tượng quan
sát được. Giải thích.
Khi giải bài tập này, trước hết cần xác định yêu cầu của đề bài: Mô tả hiện
tượng quan sát được. Giải thích . Do đó: cần tìm hiểu kĩ các dụng cụ mà đề bài đã
cho, đọc kĩ cách tiến hành thí nghiệm mà đề bài đã mô tả. Sau đó, tiến hành thí
25

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×