Xây dựng tình huống học tập trong dạy học phần quang hình vật lý 11 nhằm phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh

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 sá

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

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

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 ”

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THƯC 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 trường 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 hướng 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 trường 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

CHƯƠNG 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

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

Kính lúp

Kính hiển vi

Kính thiên văn

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”

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

Vấn đề 2: Định luật khúc xạ ánh sáng

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

, 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

* 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

1

2 21

sin

sin

n

n n r

i

hằng số + Nếu n2 > n1 → r < i môi trường 2 triết quang hơn môi trường 1

+ Nếu n2 < n1 → 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

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:

n2 < n1

+ Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ igh với

1

2sin

n

n

i gh 

* Từ : n1sin i  n2sin r

+ n1 < n2 : 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

+ n1 > n2 : Khi i tăng thì r cũng tăng và i luôn nhỏ hơn r, khi i đạt giá trị igh, r

đạt giá trị cực đại 900

, khi i > igh không xác định được r

→ Xảy ra hiện tượng PXTP

* Khi khi i đạt giá trị igh, r đạt giá trị cực đại 900

ta có:

1

2 0

2

n

n i n

i

- 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

- 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?

b Nhận xét về hiện tượng xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường:

+ Khi tia tới đi vuông góc với mặt phân cách?

+ Khi tia tới không vuông góc với mặt phân cách?

Tình huống làm nảy sinh vấn đề (10 phút)

* Phát phiếu học tập số 1 và để nghị HS làm

việc nhóm thực hiện nhiệm vụ (1) và (2)

* Đề nghị các nhóm cử đại diện trả lời câu

hỏi (1) và (2) trên phiếu học tập

* Tổ chức thảo luận, nhận xét, bổ sung, xác

nhận ý kiến đúng

* Đề nghị một HS phát biểu vấn đề cần

nghiên cứu

- Qua việc trả lời phiếu học tập trên theo em

chúng ta cần tìm hiểu vấn đề gì trong bài hom

nay?

* Vận dụng kiến thức đã học, thảo luận nhóm trả lời câu hỏi (1) và (2) của GV trên phiếu học tập

* Cử đại diện trả lời câu hỏi (1) và (2) trên phiếu học tập

* Câu trả lời mong đợi

- Ánh sáng truyền thẳng trong môi trường trong suốt, đồng tính

- Ánh sáng bị phản xạ khi gặp bề mặt nhẵn, bóng, sáng

- Khi gặp bề mặt sù sì, gồ ghề một phần ánh sáng bị hấp thụ, một phần bị tán xạ

- Khi tia sáng qua mặt phân cách giữa hai môi

trường trong suốt: (Câu trả lời có thể là bất

kì)

* Chữa bài trên phiếu học tập

* Câu trả lời mong đợi

- Tìm hiểu hiện tượng gì xảy ra khi chiếu tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt

Tình huống giải quyết vấn đề (15 phút)

* Đề nghị HS làm việc nhóm trả lời câu hỏi

số (3) trên phiếu học tập

* Đề nghị các nhóm cử đại diện trả lời câu

hỏi (3) trên phiếu học tập

* Tổ chức thảo luận, nhận xét, bổ sung, xác

- Cách bố trí TN: SGK

- Cách làm TN: Thay đổi hướng chiếu và quan sát hiện tượng sảy ra khi chiếu ánh sáng

từ không khí vào thủy tinh và ngược lại

* Chữa bài trên phiếu học tập

Tình huống rút ra nhận xét hoặc kết luận (15 phút)

* Phát dụng cụ TN và đề nghị HS làm việc

nhóm trả lời câu hỏi số (4) trên phiếu học tập

* Đề nghị các nhóm cử đại diện trả lời câu hỏi

* Khái quát hóa kiến thức

- Tia sáng đi từ thủy tinh vào không khí

b Nhận xét: 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

+ Toàn bộ ánh sáng phản xạ lại môi trường thứ

nhất không có tia khúc xạ đi vào môi trường hai

* Chữa bài trên phiếu học tập

* Ghi nhận

Vấn đề 2: Định luật khúc xạ ánh sáng

* Chuẩn bị của GV:

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 Câu 1: Vẽ đường đi của tia khúc xạ IJ trong các trường hợp sau:

Không khí

Nước

Không khí Không khí

Nước Thủy tinh

Câu 2: Đề xuất phương án khảo sát sự phụ thuộc của vị trí tia khúc xạ vào vị trí tia tới tương ứng?

a Trong TN tiến hành ở tiết trước tia tới và tia khúc xạ có đồng phẳng không? Nếu có, hãy tìm cách chứng minh?

b Để xác định vị trí tia khúc xạ và vị trí tia tới một cách định lượng ta phải đo đại lượng nào? Nêu cách đo?

c Có thể dùng các TN đã làm ở bài trước để khảo sát mối quan hệ định lượng giữa vị trí tia tới và vị trí tia khúc xạ được không? Nếu được, cách tiến hành như thế nào? Khi đó, ta cần bổ sung thêm dụng cụ gì?

Câu 3: Hãy tiến hành thí nghiệm theo phương án đã thiết kế

a Nghiệm lại tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới, ở bên kia pháp tuyến so với tia tới

b Đo các giá trị của i và r tương ứng và ghi vào bảng sau:

r

c Dựa vào bảng số liệu đã cho dự đoán mối quan hệ giữa i và r?

Câu 4: Vị trí tia khúc xạ phụ thuộc vào vị trí tia tới tương ứng theo quy luật nào?

- Hai tia có đồng phẳng không, mặt phẳng đó được xác định như thế nào?

- Vị trí tia khúc xạ và tia tới so với pháp tuyến NN’?

- Biểu thức định lượng mối quan hệ giữa i và r?

Tình huống làm nảy sinh vấn đề (5 phút)