BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TPHCM KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành Sư phạm Vật lý ĐỀ TÀI BIÊN SOẠN VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ TRUNG H[.]
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TPHCM
KHOA VẬT LÝ
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý
ĐỀ TÀI:
BIÊN SOẠN VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI
HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ
TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
SVTH: Đinh Trung Hưng MSSV: 41.01.102.040 GVHD: TS Đỗ Văn Năng
TP Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2019
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được khóa luận tốt nghiệp này, đầu tiên xin gửi lời cảm ơn sâu
sắc đến Thầy TS Đỗ Văn Năng đã tận tình hướng dẫn và động viên trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp
Xin gửi lời cảm ơn đến Ban Chủ Nhiệm Khoa Vật Lý Trường Đại Học Sư Phạm – TP Hồ Chí Minh, các Thầy (Cô) và các em học sinh Trường THPT Chuyên
Lê Hồng Phong - TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện để khóa luận tốt nghiệp này được thực hiện và thực nghiệm sư phạm
Xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy (Cô) thuộc Khoa Vật Lý Trường Đại Học Sư Phạm – TP Hồ Chí Minh đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn, một phần giúp cho khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thiện
TP Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 04 năm 2019
Sinh viên
Đinh Trung Hưng
Trang 3
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các cơ sở, dấu hiệu nhận biết bài tập vật lý dạng đồ thị 17
Bảng 1.2 Tám cách thể hiện dữ kiện, thông số trên đồ thị 22
Bảng 2.1 Trình tự sắp xếp hệ thống bài tập trong chủ đề bài tập vật lý dạng đồ thị 29
Bảng 2.2 Các câu hỏi và gợi ý trong các bước của quy trình hướng dẫn học sinh (trình độ trung bình yếu) giải bài tập vật lý dạng đồ thị 116
Bảng 2.3 Các câu hỏi và gợi ý trong các bước của quy trình hướng dẫn học sinh (trình độ trung bình khá) giải bài tập vật lý dạng đồ thị 118
Bảng 2.4 Các câu hỏi và gợi ý trong các bước của quy trình hướng dẫn học sinh (trình độ khá giỏi) giải bài tập vật lý dạng đồ thị 120
Bảng 3.1 Thống kê số học sinh đạt điểm số của bài kiểm tra đầu vào 138
Bảng 3.2 Thống kê số học sinh đạt điểm số của bài kiểm tra đầu ra 138
Bảng 3.3 Kết quả các thông số thống kê 139
Trang 4DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1.1 Phương pháp giải bài tập vật lý 11
Sơ đồ 2.1 Quy trình giải bài tập vật lý dạng đồ thị 115
Sơ đồ 2.2 Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị 121
Trang 5MỤC LỤC
1 Lí do chọn đề tài 1
2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2
3 Giả thuyết khoa học 2
4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2
5 Đối tượng nghiên cứu 2
6 Phạm vi nghiên cứu 3
7 Phương pháp nghiên cứu 3
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN, THỰC TIỄN HOẠT ĐỘNG GIẢI, HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ Ở TRƯỜNG THPT 4
1.1 Bài tập vật lý 4
1.1.1 Bài tập vật lý 4
1.1.2 Vai trò của bài tập vật lý 4
1.1.3 Phân loại bài tập vật lý 6
1.1.4 Phương pháp giải bài tập vật lý 9
1.2 Bài tập vật lý dạng đồ thị 12
1.2.1 Đồ thị 12
1.2.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lý 13
1.2.3 Các cơ sở, dấu hiệu nhận biết bài tập vật lý dạng đồ thị 14
1.2.4 Một số cách thể hiện các dữ kiện, thông số trên đồ thị trong bài tập vật lý dạng đồ thị dạng ngược 18
1.3 Thực trạng hoạt động hướng dẫn giải, giải và hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị ở trường THPT 23
1.3.1 Thực trạng 23
1.3.2 Một số thuận lợi và khó khăn 26
1.3.3 Phương hướng khắc phục 27
Trang 6CHƯƠNG 2: BIÊN SOẠN HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ THỊ VÀ QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ
THỊ 28
2.1 Biên soạn hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị 28
2.1.1 Tiêu chí biên soạn hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị 28
2.1.2 Hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị 30
2.2 Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị 110
2.2.1 Quy trình giải bài tập vật lý dạng đồ thị 110
2.2.2 Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị 115
2.3 Vận dụng quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị 122
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 137
3.1 Mục tiêu thực nghiệm sư phạm 137
3.2 Phạm vi và đối tượng thực nghiệm sư phạm 137
3.2.1 Phạm vi thực nghiệm 137
3.2.2 Đối tượng thực nghiệm 137
3.3 Tiến trình thực nghiệm 137
3.3.1 Chọn mẫu thực nghiệm 137
3.3.2 Tổ chức thực nghiệm 137
3.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 137
3.4.1 Phương pháp định lượng 137
3.5 Kết quả thực nghiệm sư phạm 138
3.6 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 139
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 140
TÀI LIỆU THAM KHẢO 141
PHỤ LỤC 142
Trang 71 Lí do chọn đề tài
Giải bài tập vật lý là kĩ năng được rèn luyện chủ yếu và chiếm nhiều thời gian nhất trong nhiều kĩ năng mà bộ môn vật lý bồi dưỡng cho học sinh, việc giải bài tập vật lý mang lại nhiều tác dụng tích cực như giúp cho việc ôn tập, củng cố và mở rộng kiến thức, kĩ năng cho học sinh, bài tập có thể là khởi đầu cho một kiến thức mới hoặc có thể phát triển năng lực tự lực làm việc của học sinh, phát triển tư duy sáng tạo của học sinh,… [2]
Bài tập vật lý được phân loại rõ ràng để giáo viên dễ dàng lựa chọn và sử dụng hợp lí các bài tập vật lý trong dạy học, nếu phân loại dựa trên tiêu chí là phương thức giải thì bài tập vật lý được chia ra làm bốn loại cơ bản là bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập thí nghiệm và bài tập đồ thị (bài tập vật lý dạng đồ thị) [3]
Có nhiều nghiên cứu liên quan đến vấn đề giải bài tập vật lý Nhìn chung các nghiên cứu đã có, dựa trên nguyên tắc sử dụng một phần kiến thức cụ thể của vật lý học như “cơ học” hoặc “dao động cơ” hoặc “dòng điện xoay chiều”, từ đó phân loại các dạng bài tập, nêu phương pháp giải, xây dựng quy trình hướng dẫn giải hoặc phát triển các năng lực khác của học sinh thông qua quá trình giải bài tập đó
Ưu điểm của các nghiên cứu đã có là giúp cho giáo viên, học sinh có nguồn bài tập để rèn luyện, giúp cho giáo viên áp dụng các tiến trình dạy học để hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý logic và hiệu quả, ngoài ra thông qua việc giải bài tập vật lý
mà học sinh có thể nâng cao được các kĩ năng, năng lực khác Tuy nhiên các nghiên cứu đã có vẫn còn dựa nhiều vào hai loại bài tập chính là định tính và định lượng mà chưa có nhiều nghiên cứu về hai loại bài tập thí nghiệm và bài tập đồ thị, đặc biệt là loại bài tập đồ thị Trong khi đó đồ thị là một công cụ toán học quan trọng, đồ thị có nhiều ứng dụng trong các môn khoa học và đời sống, chẳng hạn như phát hiện ra các bệnh liên quan đến tim mạch dựa vào “điện tâm đồ”, tiên đoán được các tiên đề Bo dựa vào “quang phổ”, phát hiện ra các đại lượng vật lý mới dựa vào việc vẽ đồ thị của các kết quả thực nghiệm, đồ thị giúp giải quyết được dễ dàng các bài toán về chuyển động trong thực tế… Những điều đó được thể hiện rõ ràng hơn khi những năm gần đây, đề thi trung học phổ thông quốc gia (THPTQG) môn vật lý đã chú trọng
Trang 8đến các bài tập vật lý dạng đồ thị, điều đó đã gây không ít khó khăn cho học sinh khi chỉ quen với cách giải hai loại bài tập định tính và định lượng, đa số học sinh không
có kĩ năng lấy dữ kiện, thông số từ đồ thị khi giải các bài tập vật lý dạng đồ thị Hiện nay các bài tập vật lý dạng đồ thị vẫn còn rời rạc, chưa có hệ thống bài tập
về đồ thị riêng biệt để giáo viên, học sinh có thể tham khảo, các bài tập vật lý dạng
đồ thị chủ yếu là mảng nhỏ của kiến thức vật lý phổ thông như dao động điều hòa, điện xoay chiều,…
Chính vì những lí do kể trên, việc nghiên cứu đề tài “Biên soạn và hướng dẫn
học sinh giải hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị trung học phổ thông” là cần thiết
2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
+ Biên soạn được hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị
+ Xây dựng được quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị
3 Giả thuyết khoa học
+ Nếu biên soạn được hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị và hướng dẫn học sinh giải được bài tập vật lý dạng đồ thị thì sẽ giúp cho học sinh có được nguồn bài tập vật
lý dạng đồ thị phong phú và nâng cao được khả năng giải bài tập vật lý dạng đồ thị
4 Nhiệm vụ nghiên cứu
+ Nghiên cứu cơ sở lý luận về bài tập vật lý, nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đồ thị - hàm số trong Toán
+ Xác định các cơ sở, dấu hiệu nhận biết bài tập vật lý dạng đồ thị và các cách thể hiện dữ kiện, thông số trên đồ thị, từ đó biên soạn hệ thống bài tập vật lý dạng đồ thị
+ Xây dựng quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị + Vận dụng quy trình để hướng dẫn học sinh giải một số bài tập vật lý dạng đồ thị
+ Thực nghiệm sư phạm để kiểm tra đánh giá quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý dạng đồ thị
5 Đối tượng nghiên cứu
+ Bài tập vật lý dạng đồ thị
Trang 9+ Quy trình hướng dẫn giải bài tập vật lý dạng đồ thị
+ Học sinh trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong, quận 5, TPHCM
6 Phạm vi nghiên cứu
+ Địa bàn nghiên cứu: trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong, quận 5, TPHCM + Nội dung chương trình: Kiến thức vật lý chương trình vật lý phổ thông + Thời gian: Khoảng 9 tháng
7 Phương pháp nghiên cứu
* Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
+ Nghiên cứu các sách, giáo trình, các tạp chí, các nghiên cứu liên quan đến đề tài nghiên cứu
+ Nghiên cứu phần “Đồ thị - hàm số” trong Toán
+ Nghiên cứu kiến thức vật lý chương trình vật lý phổ thông
* Phương pháp nghiên cứu thực tiễn:
+ Điều tra, thu thập ý kiến về thực trạng hoạt động giải, hướng dẫn giải bài tập vật lý dạng đồ thị của giáo viên và học sinh
* Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
+ Thực nghiệm tại trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong, quận 5, TPHCM
Trang 10CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN, THỰC TIỄN HOẠT ĐỘNG GIẢI, HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ DẠNG ĐỒ
THỊ Ở TRƯỜNG THPT 1.1 Bài tập vật lý
1.1.1 Bài tập vật lý
Bài tập vật lý được hiểu là một yêu cầu đặt ra cho người học, được người học giải quyết dựa trên cơ sở các suy luận logic nhờ các phép tính toán, các thí nghiệm, dựa trên những kiến thức về khái niệm, định luật và các thuyết vật lý [2]
1.1.2 Vai trò của bài tập vật lý
Bài tập vật lý giúp cho việc ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức
Trong các giờ lý thuyết trên lớp học, học sinh được trang bị những kiến thức trừu tượng về khái niệm, định luật, thuyết vật lý,… Khi học sinh rèn luyện các bài tập vật lý thì học sinh phải vận dụng những kiến thức trừu tượng đó vào những trường hợp cụ thể, nhờ thế mà học sinh nắm được các biểu hiện cụ thể của chúng trong thực
tế
Ví dụ: Thông qua các bài tập vật lý liên quan đến định luật II Niuton thì học
sinh thấy được định luật này có thể áp dụng để xác định chuyển động của tất cả các vật mà học sinh thấy hàng ngày, từ chuyển động của các hạt đến chuyển động của xe hoặc thậm chí là chuyển động của các hành tinh [3]
Bài tập vật lý là điểm khởi đầu để dẫn dắt đến kiến thức mới
Ở bậc Trung học phổ thông, các kiến thức vật lý, công cụ toán học của học sinh
đã phát triển, khả năng phân tích hiện tượng của học sinh nhạy bén Nếu bài tập vật
lý được giáo viên biên soạn và sử dụng khéo léo trong quá trình dạy học thì có thể dẫn dắt học sinh tự tìm tòi ra một hiện tượng mới, thậm chí học sinh có thể xây dựng một khái niệm mới để giải thích cho hiện tượng mới đó
Ví dụ: Khi vận dụng định luật II Niuton để giải bài toán tính trọng lượng của
một bao gạo khi bao gạo được đặt trên một cái cân và cả hệ cân và bao gạo được đặt trong một thang máy đang di chuyển lên xuống Dựa vào bài tập này học sinh có thể đưa vào khái niệm tăng, giảm trọng lượng [3]
Trang 11Bài tập vật lý giúp rèn luyện kĩ năng vận dụng các kiến thức vào thực tiễn
Các bài tập vật lý có thể liên quan đến các lĩnh vực khác nhau trong thực tiễn như khoa học kĩ thuật, giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp,… Các bài tập loại này giúp học sinh có thể liên hệ giữa lí thuyết và thực hành, giúp học sinh có thể vận dụng các kiến thức đã học vào đời sống
Ví dụ: Vì sao đường ray tàu hỏa không làm nối tiếp nhau mà có những khe nhỏ
giữa các đoạn đường ray” Để trả lời được câu hỏi này học sinh phải dựa vào các tính chất sự giản nở vì nhiệt của vật rắn, như vậy sau khi trả lời được câu hỏi này thì học sinh đã vận dụng kiến thức vật lý đã học vào trong thực tiễn [3]
Bài tập vật lý giúp phát triển tư duy sáng tạo
Khi giải bài tập vật lý, học sinh phải tìm hiểu đề bài, xem đề bài đã cho những giả thuyết gì, cần tìm những đại lượng gì, học sinh phải phân tích hiện tượng vật lý, vận dụng hàng loạt các thao tác tư duy để xác lập các mối quan hệ giữa các đại lượng, thậm chí là tiến hành một số thí nghiệm để cho ra kết quả chính xác và nhanh nhất Chính vì thế nếu giáo viên biết cách lựa chọn loại bài tập có thể tối đa hóa khả năng sáng tạo và tính tò mò của học sinh thay vì những bài tập chỉ yêu cầu áp dụng công thức đơn giản có thể phát triển được tư duy sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú học tập cho học sinh [3]
Bài tập vật lý giúp kiểm tra kiến thức, kĩ năng
Ở tất cả các trường THPT hiện nay, việc kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh đều thông qua các bài tập dưới hình thức các bài kiểm tra như kiểm tra 15 phút, kiểm tra 1 tiết,… Dựa vào các bài kiểm tra đó giáo viên có thể kịp thời chỉnh sửa sai lầm của học sinh mắc phải Giải bài tập vật lý đang là thước đo chính xác nhất để giáo viên có thể kiểm tra được mức độ nắm vững được kiến thức, kĩ năng của học sinh, từ đó giáo viên có thể điều chỉnh nội dung, phương pháp dạy học nhằm giúp quá trình dạy học đạt được hiệu quả cao [3]
Trang 121.1.3 Phân loại bài tập vật lý
Tùy theo mục đích mà bài tập được phân loại theo nhiều cách khác nhau: phân loại theo nội dung, theo phương thức giải, theo yêu cầu định tính hay định lượng của việc nghiên cứu vấn đề, theo yêu cầu luyện tập kĩ năng hay phát triển tư duy sáng tạo của học sinh trong quá trình học tập, theo hình thức làm bài là tự luận hay trắc nghiệm khách quan [5]
* Phân loại theo hình thức làm bài
Phân loại theo hình thức làm bài thì bài tập vật lý gồm hai loại là bài tập tự luận
và bài tập trắc nghiệm
Bài tập trắc nghiệm gồm bốn dạng là “trắc nghiệm đúng – sai”, “trắc nghiệm nhiều lựa chọn”, “trắc nghiệm điền khuyết” và “trắc nghiệm ghép đôi” [5]
* Phân loại theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tư duy
Phân loại theo yêu cầu luyện tập kỹ năng, phát triển tư duy thì bài tập vật lý gồm hai loại là bài tập luyện tập và bài tập sáng tạo
Bài tập sáng tạo gồm hai dạng là “bài tập nghiên cứu” và “bài tập thiết kế” [5]
* Phân loại theo phương thức giải
Bài tập định tính
Bài tập định tính là bài tập mà khi giải, phải vận dụng các khái niệm, định luật, thuyết vật lý,… hoặc thông qua một số phép tính toán đơn giản để giải thích hiện tượng vật lý [5]
Ví dụ: Giải thích tại sao thành ngoài của một cốc đựng nước đá lại ướt, mặc dù
trước khi đổ nước đá vào cốc ta đã lau khô cốc cẩn thận?
Bài tập định lượng
Bài tập định lượng là bài tập mà khi giải, phải vận dụng các khái niệm, định luật, thuyết vật lý,… để thiết lập các phương trình từ hiện tượng vật lý của đề bài, thông qua một loạt các phép biến đổi các phương trình để cho kết quả ở dạng kí hiệu hoặc đáp số định lượng cụ thể
Bài tập định lượng gồm hai dạng là “bài tập cơ bản” và “bài tập tổng hợp” [5]