Luận văn thạc sĩ sư phạm vật lý xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập các định luật bảo toàn nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh giỏi vật lí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THẾ LÂM XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC VÀO THỰC TIỄN CHO HỌC SINH GIỎI[.]

NGUYỄN THẾ LÂM

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP

“CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC VÀO THỰC TIỄN

CHO HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ

LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

Mã số: 8140111

HÀ NỘI – 2019

NGUYỄN THẾ LÂM

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP

“CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC VÀO THỰC TIỄN

CHO HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ

LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

BỘ MÔN VẬT LÍ

Mã số: 8.14.01.11

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Đinh Văn Dũng

HÀ NỘI – 2019

i

LỜI CẢM ƠN

Lời cảm ơn đầu tiên, em xin được gửi tới thầy hướng dẫn của mình - PGS.TS Đinh Văn Dũng, người đã giao đề tài luận văn và trực tiếp hướng dẫn

em Trong suốt quá trình thực hiện, em đã luôn luôn nhận được sự hướng dẫn tận

tình và lĩnh hội những kiến thức sâu rộng từ thầy

Nhân dịp này, em xin bày tỏ lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, các cán bộ công nhân viên đã tham gia công tác và giảng dạy tại Khoa sư phạm - Trường Đại H c Giáo Dục - Đại h c Quốc gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy và gi p đ

em trong quá trình h c tập và nghiên cứu

Và cũng xin cảm ơn sự quan tâm, động viên, gi p đ và tạo điều kiện tốt nhất từ gia đình, bạn bè và thầy cô cho em trong suốt quá trình h c tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài của mình

Hà Nội, tháng 09 năm 2019

Tác giả

Nguyễn Thế Lâm

ii

DANH MỤC VIẾT TẮT

6 NLVDKT Năng lực vận dụng kiến thức

iii

DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tr c nội dung chương “Các định luật bảo toàn” …… 27

Hình 2.2: Thí nghiệm kiểm chứng ĐLBT động lượng ……… 30

Hình 2.3: Tên lửa nhiều tầng ……….…… 31

Hình 2.4: Tên lửa chuyển động bằng phản lực ……… 31

Hình 2.5: Lực thực hiện công ……….….32

Hình 2.6: Hộp số của động cơ ô tô ……….….33

Hình 2.7: Cần cẩu văng quả nặng để phá bức tường ……….35

Hình 2.8: Người cử tạ ……….………36

Hình 2.9: Vật có thế năng tr ng trường ……… 36

Hình 2.10: Vận động viên nhảy sào ……… 37

Hình 2.11: Con lắc lò xo ……….…38

Hình 2.12: Đồ thị tính công của lực đàn hồi ……… 39

Hình 2.13: Các hành tinh chuyển động xung quanh mặt trời ……….43

Hình 2.14: "Tốc độ" diện tích của hành tinh bằng hằng số ……….…43

Hình 2.15: Các vệ tinh nhân tạo chuyển động xung quanh Trái Đất ……….….44

Bảng 1.1: Bảng tiêu chí đánh giá năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn của h c sinh 24

Bảng 1.2: Bảng thống kê số lượng h c sinh đạt theo các tiêu chí đánh giá ……24

Bảng 1.3: Bảng thống kê điểm số ………24

Bảng 2.1 Lịch và nội dung cụ thể dạy nhóm thực nghiệm 68

Bảng 3.1: Bảng thống kê điểm số ……… 74

Bảng 3.2: Bảng thống kê h c sinh đạt từ điểm xi trở xuống ……… 75

Bảng 3.3: Bảng các tham số thống kê ……….…77

Biểu đồ 3.1: Đường phân bố tần suất ………… ………75

Biểu đồ 3.2: Đường phân bố tần suất lũy tích hội tụ lùi … ……… 76

iv

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ……… i

DANH MỤC VIẾT TẮT ……… ii

DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG VÀ SƠ ĐỒ ……… iii

MỤC LỤC ……… iv

MỞ ĐẦU ……… ………1

1 Lí do ch n đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 1

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu 2

5 Vấn đề nghiên cứu 2

6 Giả thuyết khoa h c 2

7 Giới hạn về phạm vi nghiên cứu 2

8 Ý nghĩa khoa h c và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 2

9 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 3

10 Cấu tr c luận văn 3

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 4

1.1 Vấn đề bồi dư ng h c sinh giỏi ……… ……… 4

1.1.1 Quan điểm về vai trò của người tài đối với sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước ……… …… 4

1.1.2 Bồi dư ng h c sinh giỏi phát triển thành người tài cho sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước ……… ……… 5

1.1.3 Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi …… …….5

1.1.4 Một số biện pháp bồi dư ng h c sinh giỏi nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn ……… ……… 8

1.2 Bồi dư ng h c sinh giỏi Vật lí ……… ……….…9

v

1.2.1 Khái niệm về h c sinh giỏi Vật lí ………9

1.2.2 Bồi dư ng năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật lí thông qua dạy h c giải bài tập Vật lí ……… ………10

1.2.3 Phương pháp giải các BTVL ……….………12

1.2.4 Các hình thức hướng dẫn h c sinh giải BTVL ………….………15

1.3 Tìm hiểu đối tượng h c sinh lớp 10 trường THPT Quế Võ số 3 để bồi dư ng thành h c sinh giỏi vật lí ……….………17

1.3.1 Khả năng phân tích hiện tượng vật lí ……… …… 17

1.3.2 Khả năng sử dụng công cụ toán h c ……….……17

1.3.3 Khả năng sáng tạo, phát triển ý tưởng ……… ……….18

1.3.4 Kết quả điều tra 17

Kết luận chương 1 ……… ……… …… 25

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP ….………26

2.1 Nội dung kiến thức phần Các định luật bảo toàn ……….……26

2.1.1 Cấu tr c nội dung phần Các định luật bảo toàn ………26

2.1.2 Phân tích nội dung chương “Các định luật bảo toàn” ……… ……28

2.1.2.1 Định luật bảo toàn động lượng ……… ……28

2.1.2.2 Ứng dụng của ĐLBT động lượng: chuyển động bằng phản lực … … 31

2.1.2.3 Công và công suất ……… ……32

2.1.2.4 Động năng và Định lý biến thiên động năng ……… …………35

2.1.2.5 Khái niệm thế năng ………36

2.1.2.6 Cơ năng và Định luật bảo toàn cơ năng ……….……39

vi

2.1.2.7 Va chạm đàn hồi và va chạm không đàn hồi ……….……42

2.1.2.8 Các định luật Kê-ple ……… ………42

2.1.2.9 Vệ tinh nhân tạo Vận tốc vũ trụ 44

2.2 Mục tiêu dạy h c của chương Các định luật bảo toàn ……….………44

2.2.1 Kiến thức ……… ……….45

2.2.2 Kỹ năng ……….………46

2.3 Một số nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập để bồi dư ng h c sinh giỏi … 46

2.4 Hệ thống bài tập ……… ………47

2.4.1 Bài tập định tính ……… ………….47

2.4.1.1 Bài tập có hướng dẫn giải ……… ………47

2.4.1.2 Bài tập tự giải ……….…………52

2.4.2 Bài tập định lượng ……….…………53

2.4.2.1 Bài tập có hướng dẫn ……… ……53

2.4.2.2 Bài tập tự giải ……….……65

2.5 Sử dụng hệ thống bài tập ……… 67

Kết luận chương 2 ……… ……… …… 69

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 70

3.1 Mục đích, đối tượng, nội dung thực nghiệm sư phạm 70

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 70

3.1.2 Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm 70

3.1.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm ……… ……….70

3.1.2.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm ……… ………70

3.1.2.3 Tiêu chí đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ……… ……71

3.1.2.4 Thời gian tiến hành thực nghiệm ……… ………72

3.2 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 72

vii

3.3 Kết quả thực nghiệm sư phạm 73

3.3.1 Phân tích định tính 73

3.3.2 Phân tích kết quả định lượng 74

3.3.2.1 Đề kiểm tra chất lượng ……… ……….74

3.3.2.2 Kết quả thực nghiệm sư phạm ………74

3.3.2.3 Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm ………76

3.4 Hiệu quả của việc sử dụng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn trong việc phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật lí 78

Kết luận chương 3 ……… ……… …… 79

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ……… 81

1 Kết luận …… ……….81

2 Khuyến nghị ……… … 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

1

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Từ xưa đến nay, ở các quốc gia khác nhau đều hết sức coi tr ng việc đào tạo nhân tài trẻ, coi đó là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến sự thịnh vượng của Quốc gia Vì vậy việc phát hiện và bồi dư ng h c sinh giỏi (HSG) để các em trở thành những người có đủ đức, đủ tài là nhiệm vụ của người giáo viên, góp phần vào công tác đào tạo nhân tài cho đất nước

Ở trường THPT nếu lựa ch n, xây dựng được hệ thống bài tập Vật lí và thiết kế được phương án hướng dẫn h c sinh giải bài tập Vật lí phù hợp thì sẽ góp phần vào việc nâng cao chất lượng bồi dư ng HSG Quan tr ng hơn, các em biết vận dụng các kiến thức đã được h c vào thực tiễn để phục vụ chính cuộc

sống con người Từ lí do trên tôi đã ch n đề tài: “Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh giỏi Vật lí”

2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn (ĐLBT) nhằm bồi dư ng năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật

lí

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về bồi dư ng HSG Vật lí, bài tập

và phương pháp giải bài tập Vật lí, việc sử dụng các bài tập Vật lí trong ôn thi HSG

- Nghiên cứu nội dung kiến thức, mục tiêu cần đạt khi nghiên cứu phần Các định luật bảo toàn

- Nghiên cứu lí luận về năng lực vận dụng kiến thức chuyên môn vào thực tiễn

2

- Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn nhằm bồi

dư ng năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật lí

- Thực hiện việc thực nghiệm sư phạm để xem xét khả năng thực thi của

đề tài

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

- Khách thể: HSG lớp 10 tại trường THPT Quế Võ số 3 – Bắc Ninh

- Đối tượng: Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn nhằm bồi dư ng năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật

lí

5 Vấn đề nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu hai nội dung sau:

- Xây dựng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn như thế nào để đáp ứng được với yêu cầu bồi dư ng h c sinh giỏi ở trường THPT?

- Việc sử dụng hệ thống bài tập đó như thế nào để gi p h c sinh giỏi Vật lí phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn?

6 Giả thuyết khoa học

Nếu xây dựng được hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn và sử dụng hợp lí sẽ giúp h c sinh giỏi Vật lí phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn

7 Giới hạn về phạm vi nghiên cứu

Đối tượng khảo sát là HSG Vật lí lớp 10 của trường THPT Quế Võ số 3 – Bắc Ninh

8 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa lý luận của đề tài: Đề tài phát triển lí luận về rèn luyện kĩ năng giải bài tập Vật lí, khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi

Vật lí

3

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng

trong công tác bồi dư ng h c sinh giỏi môn Vật lí ở trường THPT

9 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài, em đã dùng các phương pháp sau đây:

- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu lý luận về HSG, HSG môn Vật lí, bài tập Vật lí, năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn

- Phương pháp nghiên cứu trực tiếp từ thực tiễn cuộc sống:

Nghiên cứu thực tiễn về hệ thống bài tập đã có và việc sử dụng các bài tập

về “Các định luật bảo toàn” trong công tác bồi dư ng HSG Nghiên cứu về năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn của HSG

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng:

Tiến hành dạy đồng thời hai nhóm: nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng Một lớp sử dụng hệ thống bài tập được xây dựng mới và một lớp sử dụng hệ thống bài tập đã có từ trước

- Phương pháp thống kê toán h c: nhằm kiểm tra, phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm đã đạt được ở trên

10 Cấu trúc luận văn

Luận văn bao gồm: phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập Các định luật bảo toàn nhằm bồi dư ng năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho h c sinh giỏi Vật

lí

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

4

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Vấn đề bồi dưỡng học sinh giỏi

1.1.1 Quan điểm về vai trò của người tài đối với sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước

Về tiêu chí đối với người tài: Điều kiện tiên quyết đối với h là phải có lòng yêu Tổ quốc, dân tộc, có tính sáng tạo, có đóng góp xứng đáng, có kết quả

cụ thể được cộng đồng công nhận và suy tôn H có tài năng thực sự trong một lĩnh vực nào đó có thể là khoa h c công nghệ, kinh tế, kinh doanh, quân sự, chính trị, giáo dục, y h c, nghệ thuật, thể thao… H xuất hiện ở m i lứa tuổi,

m i tầng lớp trong xã hội, có bằng cấp hay không có bằng cấp, h xuất thân từ nông thôn đến thành thị, từ miền n i đến hải đảo, từ Trung ương đến địa phương Trong số người tài có thể có những người có những cá tính đặc biệt, có những khiếm khuyết trong quan hệ gia đình, bạn bè hoặc h không quan tâm đến thời cuộc mà chỉ tập trung vào chuyên môn sáng tạo… Vì thế trong xã hội ta người dân đề cập đến khái niệm “người tài thường hay có tật”, không vì cái tật mà phủ nhận cái tài Do đó cộng đồng vẫn công nhận h là Người tài

Người tài đòi hỏi chỉ số thông minh IQ (Intelligence Quotient), chỉ số cảm

x c EQ (Emotional Quotient) phải đạt cao hơn so với người bình thường Ngày nay chỉ số thông minh IQ đã có hệ thống trắc nghiệm đo bằng con số cụ thể, còn chỉ số cảm x c EQ chưa có được một công thức tính toán riêng… EQ thể hiện khả năng của một người hiểu rõ chính bản thân mình và thấu hiểu người khác, luôn thích nghi, luôn tìm được sự hòa hợp trong tập thể của mình Ở một số nước trong tuyển ch n cán bộ, người ta thường nói “với IQ người ta tuyển lựa bạn nhưng với EQ người ta đề bạt bạn”

5

Để tránh tụt hậu và bắt kịp xu thế phát triển của thời đại, nước ta cần phải tái cấu tr c lại nguồn nhân lực, đây là khâu yếu nhất hiện nay, vì vậy đòi hỏi phải có nhiều người tài, hiền tài và lao động có chất lượng cao như Bác Hồ đã dạy: “… tài to ta dùng vào việc to, tài nhỏ ta cắt làm việc nhỏ, ai có năng lực về việc gì, ta đặt ngay vào việc ấy…” Đây chính là chiếc chìa khóa vàng cho dân tộc ta phát triển bền vững và giàu mạnh, hội nhập với nền kinh tế quốc tế, từng bước tiến vào nền kinh tế tri thức

1.1.2 Bồi dưỡng học sinh giỏi phát triển thành người tài cho sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước

Cần có chiến lược phát hiện, tìm ra h c sinh giỏi bằng việc tổ chức thi

ch n l c h c sinh giỏi, quan sát hành vi hứng thứ, thử sức qua công việc hay trắc nghiệm kiến thức…

Khi đã phát hiện, tìm được h c sinh giỏi thì việc bồi dư ng, vun đắp thành người tài phục vụ cho sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước là nhiệm vụ cấp thiết Bản thân tôi luôn suy nghĩ: không phát hiện được người tài, hoặc phát hiện

ra người tài mà không bồi dư ng, không sử dụng thì đó là một sự lãng phí rất lớn

Cần bồi dư ng cho h c sinh giỏi có một hệ thống kiến thức cơ bản, vững vàng và chuyên sâu Cần phát triển khả năng tư duy, phán đoán khoa h c, khả năng sáng tạo phát triển ý tưởng Xây dựng cho h c sinh giỏi khả năng tự h c, làm việc độc lập, sự quyết đoán trong công việc, dám làm và dám bảo vệ kết quả

do mình nghiên cứu tìm ra

1.1.3 Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh giỏi

1.1.3.1 Định nghĩa

Năng lực vận dụng kiến thức (NLVDKT) vào thực tiễn là khả năng của cá nhân có thể thực hiện thuần thục một hay một chuỗi hành động dựa trên kiến

6

thức, kinh nghiệm đã có của bản thân hoặc tìm tòi, khám phá kiến thức mới để giải quyết được các vấn đề thực tiễn một cách có hiệu quả

1.1.3.2 Vai trò của phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn

NLVDKT vào thực tiễn là một thành tố trong năng lực tìm hiểu tự nhiên -

là năng lực chuyên môn trong chương trình giáo dục phổ thông môn Khoa h c tự nhiên Do đó, phát triển NLVDKT vào thực tiễn là mục tiêu cần đạt của dạy h c

ở trường phổ thông, góp phần hình thành năng lực chung trong chuẩn đầu ra chương trình giáo dục phổ thông

Phát triển NLVDKT vào thực tiễn không chỉ giải quyết các vấn đề thực tiễn liên quan đến kiến thức trong nhà trường mà còn hướng đến đào tạo cho người h c tiếp cận với các vấn đề đa dạng phong phú của cuộc sống, tiếp cận với quá trình sản xuất vật chất và quá trình nghiên cứu khoa h c

Phát triển NLVDKT vào thực tiễn không chỉ gi p người h c tự mình chiếm lĩnh, củng cố tri thức mà còn gi p người h c thích nghi linh hoạt trong các điều kiện h c tập, điều kiện sống Điều này làm cho tri thức người h c chiếm lĩnh được trở nên có ý nghĩa đối với người h c, làm cho người h c yêu thích môn h c hơn, bài h c sinh động hơn thông qua tổ chức giải quyết vấn đề thực tiễn

Phát triển NLVDKT vào thực tiễn cho HS trong dạy h c sẽ làm thay đổi nhận thức của giáo viên (GV) Để thực hiện được mục tiêu này, GV phải thiết kế được các hoạt động phù hợp với sự phát triển tư duy, phù hợp với quy luật toán

h c và các mảng kiến thức

1.1.3.3 Biểu hiện các tiêu chí của NLVDKT vào thực tiễn

Những tiêu chí Biểu hiện cụ thể của từng tiêu chí

Phát hiện được - HS nhận diện được vấn đề thực tiễn, nhận ra được những