Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong giảng dạy vật lý ở phổ thông

Quan điểm hiện đại của dạy học vật lýTỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Mục tiêu giáo dục trong thời đại mới Mục tiêu giáo dục trong thời đại mới là không chỉ

Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong giảng dạy vật lý ở phổ thông

Biên tập bởi:

Nguyễn Xuân Thành

Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong giảng dạy vật lý ở phổ thông

Biên tập bởi:

Nguyễn Xuân Thành

Các tác giả:

Nguyễn Xuân ThànhphamxuanquePGS.T.S Nguyễn Ngọc Hưng

Phiên bản trực tuyến:

http://voer.edu.vn/c/3498af71

MỤC LỤC

1 Quan điểm hiện đại của dạy học vật lý

2 Cơ sở khoa học của việc tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vậtlí

3 Các pha của tiến trình dạy học giải quyết vấn đề

4 Thiết kế tiến trình dạy học bài: chuyển động thẳng biến đổi đều gia tốc

5 Thiết kế tiến trình dạy học bài: đường đi trong chuyển động biến đổi đều

6 Thiết kế tiến trình dạy học bài: chuyển động ném ngang, ném xiên

7 Thiết kế tiến trình dạy học bài: dao động điều hòa con lắc lò xo

8 Thiết kế tiến trình dạy học bài: định luật bảo toàn động lượng

9 Tài liệu tham khảo Giáo trình tổ chức hoạt động nhân thức

Tham gia đóng góp

Quan điểm hiện đại của dạy học vật lý

TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

Mục tiêu giáo dục trong thời đại mới

Mục tiêu giáo dục trong thời đại mới là không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ những kiếnthức, kỹ năng có sẵn cho học sinh mà điều đặc biệt quan trọng là phải bồi dưỡng cho

họ năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề, để từ đó có thể sáng tạo ra những trithức mới, phương pháp mới, cách giải quyết vấn đề mới, góp phần làm giàu thêm nềnkiến thức của nhân loại Vì vậy việc dạy học nói chung và dạy học vật lý nói riêng cầnphải đổi mới mạnh mẽ về nội dung và phương pháp, nhất là đổi mới phương pháp dạy

và học sao cho vai trò tự chủ của học sinh trong hoạt động xây dựng kiến thức ngày mộtnâng cao, để từ đó năng lực sáng tạo của họ được bộc lộ và ngày càng phát triển Để đạtđược điều đó, trong quá trình dạy học ở trường phổ thông cần phải tổ chức sao cho họcsinh được tham gia vào quá trình hoạt động nhận thức phỏng theo hoạt động của các nhàkhoa học, qua đó ngoài việc có thể giúp học sinh trang bị kiến thức cho mình, đồng thờicòn cho họ được tập luyện hoạt động sáng tạo khoa học, rèn luyện năng lực giải quyếtvấn đề để sau này họ đáp ứng được những đòi hỏi cao trong thời kỳ mới

Bản chất của quá trình dạy học hiện đại

Để đạt được mục tiêu giáo dục, chiến lược dạy học, phương pháp dạy học mới hiện nayđược xây dựng trên tinh thần dạy học giải quyết vấn đề thông qua việc tổ chức cho họcsinh hoạt động tự chủ chiếm lĩnh kiến thức mà cơ sở của nó là hai lý thuyết phát triểnnhận thức của Jean Piaget (1896-1980) và Lép Vưgôtski (1896-1934) Việc học tập củahọc sinh có bản chất hoạt động, thông qua hoạt động của bản thân mà chiếm lĩnh kiếnthức, hình thành và phát triển năng lực trí tuệ cũng như quan điểm đạo đức, thái độ Nhưvậy, dạy học là dạy hoạt động Trong quá trình dạy học, học sinh là chủ thể nhận thức,giáo viên có vai trò tổ chức, kiểm tra, định hướng hoạt động học tập của học sinh theomột chiến lược hợp lý sao cho học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức Quá trìnhdạy học các tri thức thuộc một môn khoa học cụ thể được hiểu là quá trình hoạt độngcủa giáo viên và của học sinh trong sự tương tác thống nhất biện chứng của ba thành

phần trong hệ dạy học bao gồm: Giáo viên, học sinh và tư liệu hoạt động dạy học.

Hoạt động dạy và hoạt động học

Hoạt động học của học sinh bao gồm các hành động với tư liệu dạy học, sự trao đổi,tranh luận với nhau và sự trao đổi với giáo viên Hành động học của học sinh với tư liệuhoạt động dạy học là sự thích ứng của học sinh với tình huống học tập đồng thời là hành

động chiếm lĩnh, xây dựng tri thức cho bản thân mình Sự trao đổi, tranh luận giữa họcsinh với nhau và giữa học sinh với giáo viên nhằm tranh thủ sự hỗ trợ xã hội từ phía giáoviên và tập thể học sinh trong quá trình chiếm lĩnh tri thức Thông qua các hoạt độngcủa học sinh với tư liệu học tập và sự trao đổi đó mà giáo viên thu được những thông tinliên hệ ngược cần thiết cho sự định hướng của giáo viên đối với học sinh.

Hoạt động của giáo viên bao gồm hành động với tư liệu dạy học và sự trao đổi,định hướng trực tiếp với học sinh Giáo viên là người tổ chức tư liệu hoạt động dạy học,cung cấp tư liệu nhằm tạo tình huống cho hoạt động của học sinh Dựa trên tư liệu hoạtđộng dạy học, giáo viên có vai trò tổ chức, kiểm tra, định hướng hoạt động của học sinhvới tư liệu học tập và định hướng sự trao đổi, tranh luận của học sinh với nhau

Tóm lại, theo quan điểm hiện đại thì dạy học là dạy giải quyết vấn đề, quá trình

dạy - học bao gồm "một hệ thống các hành động có mục đích của giáo viên tổ chức hoạtđộng trí óc và tay chân của học sinh, đảm bảo cho học sinh chiếm lĩnh được nội dungdạy học, đạt được mục tiêu xác định" Trong quá trình dạy học, giáo viên tổ chức địnhhướng hành động chiếm lĩnh tri thức vật lý của học sinh phỏng theo tiến trình của chutrình sáng tạo khoa học Như vậy, chúng ta có thể hình dung diễn biến của hoạt độngdạy học như sau:

- Giáo viên tổ chức tình huống (giao nhiệm vụ cho học sinh): học sinh hăng háiđảm nhận nhiệm vụ, gặp khó khăn, nảy sinh vấn đề cần tìm tòi giải quyết Dưới sự chỉđạo của giáo viên, vấn đề được diễn đạt chính xác hóa, phù hợp với mục tiêu dạy học vàcác nội dung cụ thể đã xác định

- Học sinh tự chủ tìm tòi giải quyết vấn đề đặt ra Với sự theo dõi, định hướng,giúp đỡ của giáo viên, hoạt động học của học sinh diễn ra theo một tiến trình hợp lí, phùhợp với những đòi hỏi phương pháp luận

- Giáo viên chỉ đạo sự trao đổi, tranh luận của học sinh, bổ sung, tổng kết, kháiquát hóa, thể chế hóa tri thức, kiểm tra kết quả học phù hợp với mục tiêu dạy học cácnội dung cụ thể đã xác định

Cơ sở khoa học của việc tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lí

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ

Chu trình sáng tạo khoa học

Cơ sở lý thuyết của việc phát triển khả năng sáng tạo của học sinh trong quá trình dạyhọc là sự hiểu biết những quy luật của sự sáng tạo khoa học tự nhiên Chúng ta đã biếtrằng nhiều nhà khoa học như A Einstein, M Planck, M Born, V.G Razumôpxki đều

có những lời phát biểu giống nhau về quá trình sáng tạo khoa học Trên cơ sở những lờiphát biểu đó, có thể trình bày quá trình sáng tạo khoa học dưới dạng chu trình gồm bốngiai đoạn chính (Hình 1): Từ sự khái quát hoá những sự kiện khởi đầu đi đến xây dựng

mô hình trừu tượng của hiện tượng (đề xuất giả thuyết); từ mô hình suy ra các hệ quảlôgíc; từ hệ quả đi đến thiết kế và tiến hành kiểm tra bằng thực nghiệm; nếu các sự kiệnthực nghiệm phù hợp với hệ quả dự đoán thì giả thuyết trở thành chân lý khoa học, mộtđịnh luật, một thuyết vật lý và kết thúc một chu trình Những hệ quả như thế ngày mộtnhiều, mở rộng phạm vi ứng dụng của các thuyết và định luật vật lý Cho đến khi xuấthiện những sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với các hệ quả rút ra từ lý thuyếtthì điều đó dẫn tới phải xem lại lý thuyết cũ, cần phải chỉnh lý lại hoặc phải thay đổi môhình giả thuyết, và như thế lại bắt đầu một chu trình mới, xây dựng những giả thuyếtmới, thiết kế những thiết bị mới để kiểm tra và như vậy mà kiến thức của nhân loại ngàymột phong phú thêm

Tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề

Tương ứng với chu trình sáng tạo khoa học, đối với việc xây dựng một kiến thức vật lí

cụ thể thì tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề được mô tả như sau:"đề xuất vấn đề suy đoán giải pháp - khảo sát lí thuyết và / hoặc thực nghiệm - kiểm tra, vận dụng kếtquả"

Đề xuất vấn đề: Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu vềmột cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn, nhưng hi vọng có thể tìmtòi, xây dựng được Diễn đạt nhu cầu đó thành câu hỏi

- Suy đoán giải pháp: Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất phát chophép đi tìm lời giải: chọn hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành được để đi tới cái cầntìm; hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể xảy ra mà nhờ đó có thể khảo sátthực nghiệm để xây dựng cái cần tìm

- Khảo sát lí thuyết và / hoặc thực nghiệm: Vận hành mô hình rút ra kết luận lôgíc về cái cần tìm và / hoặc thiết kế phương án thực nghiệm, tiến hành thực nghiệm, thulượm các dữ liệu cần thiết và xen xét, rút ra kết luận về cái cần tìm

- Kiểm tra, vận dụng kết quả: xem xét khả năng chấp nhận được của các kết quảtìm được, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích / tiên đoán các sự kiện và xem xét sựphù hợp của lí thuyết và thực nghiệm Xem xét sự cách biệt giữa kết luận có được nhờsuy luận lí thuyết với kết luận có được từ các dữ liệu thực nghiệm để quy nạp chấp nhậnkết quả tìm được khi có sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, hoặc để xét lại, bổsung, sửa đổi đối với thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng và vận hành mô hình xuấtphát khi chưa có sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, nhằm tiếp tục tìm tòi xâydựng cái cần tìm

Sơ đồ tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề

Theo tác giả Phạm Hữu Tòng, có thể khái quát tiến trình khoa học giải quyết vấn đề khixây dựng, kiểm nghiệm hoặc ứng dụng thực tiễn một kiến thức cụ thể bởi sơ đồ hình 2

Vai trò của tương tác xã hội trong tiến trình giải quyết vấn đề

Sự xây dựng tri thức khoa học như trên không phải là công việc chỉ của riêng một nhàkhoa học mà là một quá trình mang tính xã hội Nhận thức của mỗi cá nhân, thành viên

xã hội, tiến triển trong sự tương tác xã hội và xung đột xã hội - nhận thức Kết quảnghiên cứu của mỗi cá nhân nhà khoa học có sự hỗ trợ của người khác Kết quả đó đượcthông báo và trải qua sự tranh luận, phản bác, bảo vệ trong cộng đồng các nhà khoa học.Nhờ đó kết quả nghiên cứu được chỉnh lí, bổ sung, hoàn thiện và được cộng đồng khoahọc chấp nhận Chính vì vậy, từ sơ đồ trên và có kể đến cả vai trò của tương tác xã hộitrong quá trình xây dựng tri thức, thì có thể minh họa tiến trình xây dựng và bảo vệ trithức khoa học bằng sơ đồ hình 3

Sự khác biệt giữa nghiên cứu khoa học và dạy học

Trong quá trình dạy học, muốn thành công trong việc tổ chức hoạt động nhận thức củahọc sinh phỏng theo hoạt động của các nhà khoa học, chúng ta cần phải xem xét kỹ sựkhác biệt giữa quá trình hoạt động của học sinh trong học tập và quá trình sáng tạo củacác nhà khoa học Đó là sự khác biệt rất lớn giữa học sinh và các nhà khoa học về đặcđiểm tâm sinh lý cũng như điều kiện làm việc

Về nội dung kiến thức: Nhà khoa học phải tìm ra cái mới, giải pháp mới mà trước

đó loài người chưa hề biết đến, còn học sinh thì tìm lại cho bản thân kiến thức đã biếtcủa nhân loại Trong học tập, học sinh tự "khám phá lại" các kiến thức để tập làm cáicông việc khám phá đó trong hoạt động thực tiễn sau này

Về thời gian: Nhà khoa học có thời gian dài để khám phá một kiến thức, còn họcsinh thì chỉ có thời gian rất ngắn trên lớp.

Về phương tiện: Nhà khoa học có các thiết bị thí nghiệm, máy móc hiện đại, cònhọc sinh, trong điều kiện của trường phổ thông chỉ có những thiết bị đơn giản

Chính vì sự khác biệt rất lớn đó cho nên trong dạy học, giáo viên phải từng bướctập dượt cho học sinh vượt qua những khó khăn trong hoạt động giải quyết vấn đề Đểđạt được mục tiêu đó, người giáo viên cần phải vận dụng được lý thuyết về "vùng pháttriển gần" của Vưgôtxki để tạo ra những điều kiện thuận lợi để học sinh tình nguyệntham gia vào hoạt động nhận thức và thực hiện thành công nhiệm vụ được giao

Về mặt tâm lý, cần phải tạo được mâu thuẫn nhận thức, gợi động cơ, hứng thú tìmcái mới bằng cách xây dựng các tình huống có vấn đề, đồng thời tạo ra một môi trường

sư phạm thuận lợi để học sinh tin tưởng vào khả năng của mình trong việc giải quyếtnhiệm vụ được giao và tình nguyện tham gia vào hoạt động nhận thức

Về nội dung và biện pháp hỗ trợ hoạt động nhận thức, giáo viên cần phải tạo mọiđiều kiện để học sinh có thể giải quyết thành công những nhiệm vụ được giao Điều này

là hết sức quan trọng bởi vì sự thành công của họ trong việc giải quyết vấn đề học tập

có tác dụng rất lớn cho họ tự tin, hứng thú, mạnh dạn suy nghĩ để giải quyết các vấn đềtiếp theo Muốn vậy, trước hết cần phải lựa chọn một lôgíc bài học thích hợp, phân chiabài học thành những nhiệm vụ nhận thức cụ thể phù hợp với năng lực của học sinh saocho họ có thể tự lực giải quyết được với cố gắng vừa phải Bên cạnh đó, cần phải từngbước rèn luyện cho học sinh thực hiện một số kỹ năng cơ bản bao gồm các thao tác chântay và các thao tác tư duy, giúp cho học sinh có khả năng quan sát, sử dụng các phươngtiện học tập Cuối cùng là phải cho học sinh làm quen với các phương pháp nhận thứcvật lý phổ biến như phương pháp thực nghiệm, phương pháp tương tự, phương pháp môhình

Các pha của tiến trình dạy học giải quyết

vấn đề

CÁC PHA CỦA TIẾN TRÌNH DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Để phát huy đầy đủ vai trò tự chủ của học sinh trong hoạt động cá nhân và thảo luận tậpthể nhằm giải quyết vấn đề cũng như vai trò của giáo viên trong việc tổ chức, kiểm tra,định hướng các hoạt động đó thì với mỗi nhiệm vụ nhận thức cần phải được thực hiệntheo các pha như sau:

Pha "Chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hoá tri thức, phát biểu vấn đề"

- Pha thứ nhất: "Chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hoá tri thức, phát biểu vấn đề" Trong

pha này, giáo viên giao cho học sinh một nhiệm vụ có tiềm ẩn vấn đề Dưới sự hướngdẫn của giáo viên, học sinh quan tâm đến nhiệm vụ đặt ra, sẵn sàng nhận và tự nguyệnthực hiện nhiệm vụ Trong quá trình giải quyết nhiệm vụ đó, quan niệm và giải pháp banđầu của học sinh được thử thách và học sinh ý thức được khó khăn Lúc này vấn đề đốivới học sinh xuất hiện, dưới sự hướng dẫn của giáo viên vấn đề đó được chính thức diễnđạt

Pha "Học sinh hành động độc lập, tự chủ, trao đổi, tìm tòi giải quyết vấn đề"

- Pha thứ hai: "Học sinh hành động độc lập, tự chủ, trao đổi, tìm tòi giải quyết vấn đề".

Sau khi đã phát biểu vấn đề, học sinh độc lập hoạt động, xoay trở để vượt qua khó khăn.Trong quá trình đó, khi cần phải có sự định hướng của giáo viên Trong quá trình tìmtòi giải quyết vấn đề, học sinh diễn đạt, trao đổi với người khác trong nhóm về cách giảiquyết vấn đề của mình và kết quả thu được, qua đó có thể chỉnh lý, hoàn thiện tiếp Dưới

sự hướng dẫn của giáo viên, hành động của học sinh được định hướng phù hợp với tiếntrình nhận thức khoa học và thông qua các tình huống thứ cấp khi cần Qua quá trìnhdạy học, cùng với sự phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh, các tình huốngthứ cấp sẽ giảm dần Sự định hướng của giáo viên chuyển dần từ định hướng khái quátchương trình hoá (theo các bước tuỳ theo trình độ của học sinh) tiệm cận dần đến địnhhướng tìm tòi sáng tạo, nghĩa là giáo viên chỉ đưa ra cho học sinh những gợi ý sao chohọc sinh có thể tự tìm tòi, huy động hoặc xây dựng những kiến thức và cách thức hoạtđộng thích hợp để giải quyết nhiệm vụ mà họ đảm nhận Nghĩa là dần dần bồi dưỡngcho học sinh khả năng tự xác định hành động thích hợp trong những tình huống khôngphải là quen thuộc đối với họ Để có thể thực hiện tốt vai trò định hướng của mình trongquá trình dạy học, giáo viên cần phải nắm vững quy luật chung của quá trình nhận thứckhoa học, lô gíc hình thành các kiến thức vật lý, những hành động thường gặp trongquá trình nhận thức vật lý, những phương pháp nhận thức vật lý phổ biến để hoạch định

những hành động, thao tác cần thiết của học sinh trong quá trình chiếm lĩnh một kiếnthức hay một kỹ năng xác định.

Pha "Tranh luận, thể chế hoá, vận dụng tri thức mới"

- Pha thứ ba: "Tranh luận, thể chế hoá, vận dụng tri thức mới" Trong pha này, dưới

sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh tranh luận, bảo vệ cái xây dựng được Giáo viênchính xác hoá, bổ sung, thể chế hóa tri thức mới Học sinh chính thức ghi nhận tri thứcmới và vận dụng

Sơ đồ tiến trình dạy học giải quyết vấn đề

Tổ chức dạy học theo tiến trình trên, giáo viên đã tạo điều kiện thuận lợi để học sinhphát huy sự tự chủ hành động xây dựng kiến thức đồng thời cũng phát huy được vai tròtương tác của tập thể học sinh đối với quá trình nhận thức của mỗi cá nhân học sinh.Tham gia vào quá trình giải quyết vấn đề như vậy, hoạt động của học sinh đã được địnhhướng phỏng theo tiến trình xây dựng kiến thức trong nghiên cứu khoa học Như vậykiến thức của học sinh được xây dựng một cách hệ thống và vững chắc, năng lực sángtạo của học sinh từng bước được phát triển.

Thiết kế tiến trình dạy học bài: chuyển động thẳng biến đổi đều gia tốc

THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI: CHUYỂN ĐỘNG THẲNG

BIẾN ĐỔI ĐỀU GIA TỐC

Lập sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức của bài học.

Lựa chọn dụng cụ thí nghiệm để hỗ trợ hoạt động của học sinh trong dạy học

Để có thể tổ chức cho học sinh hoạt động nhận thức theo tiến trình xây dựng kiếnthức trong sơ đồ trên, phương tiện thí nghiệm phải giúp cho học sinh có thể xác địnhđược vận tốc của các vật theo thời gian Với các dụng cụ thí nghiệm như bộ cần rungđiện, bộ dùng tia lửa điện hay đồng hồ thời gian thì việc xác định nhiều giá trị vận tốctrong quá trình chuyển động của vật đòi hỏi phải tốn nhiều thời gian đo đạc, tính toánnên không thể thực hiện trong một tiết học Hơn nữa với việc sử dụng đồng hồ đo thờigian thì việc xác định nhiều vận tốc tức thời trong một chuyển động lại phải thông quanhiều chuyển động được coi là giống nhau Như vậy, việc xác định vận tốc của đồngthời hai vật chuyển động để có thể so sánh chúng với nhau càng khó khăn hơn gấp bội

Để giải quyết vấn đề đó, chúng ta sử dụng phần mềm phân tích video xác định được tọa

độ của các vật chuyển động tại mỗi thời điểm, sau đó máy tính sẽ giúp học sinh trongviệc tính toán vận tốc tức thời và cho các bảng số liệu v-t và vẽ các đồ thị v-t Căn cứvào đó học sinh có thể đưa ra nhận xét về sự biến đổi của vận tốc theo thời gian cũngnhư so sánh sự biến đổi vận tốc của hai chuyển động mà đưa ra khái niệm gia tốc

Theo định nghĩa vận tốc trung bình, vận tốc tức thời, chúng ta có thể tính gầnđúng vận tốc của vật chuyển động tại mỗi thời điểm bằng cách tính vận tốc trung bìnhtrên quãng đường rất ngắn giữa hai điểm lân cận

Ví dụ một vật chuyển động có các vị trí sau những khoảng thời gian bằng nhau

Δ t rất nhỏ là A, B, C, D thì vận tốc tức thời của chuyển động đó tại các điểm B, C cóthể được tính gần đúng theo công thức: VB= AC/2Δ t = (xC- xA)/2Δ t; VC= BD/2Δ t =(xD- xB)/2Δ t

Trình bày kết quả thí nghiệm cần đạt được trong bài học.

Bảng tọa độ - thời gian và vận tốc - thời gian của hai xe trên đệm khí

Phân tích tiến trình dạy học

Để chuyển giao nhiệm vụ cho học sinh, phát biểu vấn đề, giáo viên bắt đầu từ việcđưa ra một số ví dụ về chuyển động của các vật trong tự nhiên và yêu cầu học sinh sosánh chuyển động của hai vật cùng chuyển động trên hai đệm khí đặt song song vớinhau Bằng trực giác và kinh nghiệm của mình, học sinh trước hết có thể nhận thấy rằngcác chuyển động khác nhau là ở vận tốc và sự biến đổi vận tốc của chúng Từ đó xuấthiện nhu cầu tìm xem trong mỗi chuyển động biến đổi có thuộc tính gì đặc trưng cho sựbiến đổi vận tốc

Nhằm giúp học sinh xác định điều kiện phải sử dụng để tìm hiểu về chuyển động,giáo viên gợi ý học sinh tìm phương án thí nghiệm nghiên cứu sự biến đổi của vận tốctheo thời gian Học sinh đưa ra rằng thí nghiệm cần phải xác định được vận tốc của vậtchuyển động tại mỗi thời điểm và có thể sử dụng các bộ thí nghiệm mà học sinh đãbiết khi học chương trước như bộ thí nghiệm dùng cần rung điện hay dùng đồng hồ thờigian Việc tiến hành thí nghiệm với các bộ thí nghiệm này gặp khó khăn và cần nhiềuthời gian, hơn nữa do đã được làm quen với phần mềm phân tích video khi khảo sátchuyển động thẳng đều nên học sinh cũng có thể nhanh chóng lựa chọn và sử dụng phầnmềm phân tích video để khảo sát các chuyển động biến đổi Giáo viên giao cho học sinh

sử dụng phần mềm để phân tích đồng thời hai vật chuyển động tăng tốc trong cùng mộttệp phim nhằm so sánh chúng với nhau.

Học sinh hoạt động theo nhóm với phần mềm phân tích video, trong quá trình thaotác với phần mềm, học sinh phải lần lượt trả lời các câu hỏi trắc nghiệm do phần mềmđưa ra về dạng chuyển động, sự biến đổi của vận tốc Ngoài việc tránh không để họcsinh chỉ biết kích chuột vào các núm chức năng khi sử dụng phần mềm thì những câuhỏi này cũng góp phần rèn luyện cho học sinh phương pháp tư duy khoa học khi nghiêncứu bằng thực nghiệm Kết quả hoạt động với phần mềm phân tích video, học sinh sẽthu được đồng thời hai đồ thị vận tốc là những đường thẳng đi lên So sánh hai chuyểnđộng này, học sinh thấy được sự giống nhau của chúng là vận tốc tăng tỉ lệ thuận vớithời gian Điểm khác nhau là một vật có vận tốc tăng nhanh hơn vật kia Chính vì sựkhác nhau này dẫn đến việc cần phải tìm đại lượng đặc trưng cho sự biến đổi vận tốccủa chuyển động, đó là độ biến thiên vận tốc trong một đơn vị thời gian Từ đồ thị vậntốc tà đường thẳng đi lên, học sinh viết được công thức vt = v0 + at và suy ra a = (vt -

v0)/Δ t chính là độ tăng vận tốc trong một đơn vị thời gian So sánh hai đồ thị trên mànhình, chuyển động nào có đồ thị dốc hơn thì có a lớn hơn và vận tốc tăng nhanh hơn

Trong phần báo cáo kết quả và thảo luận, nếu học sinh mới chỉ dừng lại ở nhậnxét rằng hai chuyển động giống nhau ở chỗ đều có vận tốc tăng tỉ lệ thuận với thời giancòn khác nhau ở chỗ vật nọ tăng tốc nhanh hơn vật kia thì giáo viên sẽ tiếp tục đưa rayêu cầu để học sinh đi tìm đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên vận tốc của chúng nhưtrên Cuối cùng, giáo viên thông báo với học sinh rằng chuyển động của các vật như trêngọi là chuyển động nhanh dần đều Ngược lại, những chuyển động có vận tốc giảm tỉ lệnghịch với thời gian được gọi là chuyển động chậm dần đều Cả hai loại chuyển độngđược gọi chung là chuyển động biến đổi đều Đại lượng a mà các em vừa tìm được gọi

là gia tốc của chuyển động Do vận tốc là đại lượng véc tơ nên trong trường hợp tổngquát, gia tốc là đại lượng véc tơ đặc trưng cho sự biến đổi của vận tốc cả về hướng và độlớn Sau phần thông báo đó, giáo viên yêu cầu học sinh tự phát biểu định nghĩa chuyểnđộng biến đổi đều, định nghĩa và đơn vị của gia tốc

Hoạt động của giáo viên và học sinh

{Đề xuất vấn đề}

GV: Chuyển động của các vật trong tự nhiên nói chung đều là những chuyển động cóvận tốc biến đổi theo thời gian Quan sát chuyển động của các vật, em có nhận xét gì vềvận tốc của chúng?

HS: Vận tốc của các vật khác nhau, sự biến đổi của vận tốc cũng khác nhau

GV: Làm thế nào để có thể so sánh một cách định lượng sự biến đổi vận tốc của các vật?

HS: Cần phải tìm hiểu xem sự biến đổi vận tốc của một chuyển động có những đặc điểm

gì phân biệt với chuyển động khác.

{Xác định điều kiện cần sử dụng để giải quyết vấn đề}

GV: Đồng ý Để tìm hiểu sự biến đổi vận tốc của một chuyển động theo thời gian thìchúng ta cần phải tiến hành thí nghiệm như thế nào?

HS: Do không có dụng cụ đo trực tiếp vận tốc tức thời của chuyển động nên chúng taphải dựa vào biểu thức định nghĩa v = Δ s/Δ t Vậy phải xác định được tọa độ của vậttheo thời gian rồi suy ra vận tốc Có thể sử dụng phương pháp dùng đồng hồ cần runghoặc phần mềm phân tích video

GV: Đồng ý Dùng đồng hồ cần rung, chúng ta có thể xác định được vị trí của vật saunhững khoảng thời gian bằng nhau Khoảng cách giữa hai chấm liên tiếp chính là quãngđường vật đi được trong thời gian đó Vận tốc tức thời tại thời điểm đó gần đúng bằng

Δ s/Δ t Tuy nhiên, với bộ thí nghiệm dùng cần rung điện thì việc khảo sát đồng thời haichuyển động và so sánh sự biến đổi vận tốc của chúng gặp nhiều khó khăn Chúng ta

có thể sử dụng phần mềm phân tích video để thực hiện việc đó dễ dàng và nhanh chóng

hơn Hãy sử dụng phần mềm để khảo sát các chuyển động đã cho trong tệp phim "Haivật chuyển động" và nhận xét về sự biến đổi vận tốc của chúng

{Học sinh hoạt động tìm tòi giải quyết vấn đề}

HS: Vận tốc của các vật đều tăng tỷ lệ thuận theo thời gian vì có đồ thị v-t là đườngthẳng đi lên (Hình 11)

GV: Như vậy, hai chuyển động này khác nhau ở điểm nào? Có thể dùng thuộc tính nào

để phân biệt chúng?

HS: Hai chuyển động khác nhau ở chỗ chúng có tốc độ tăng vận tốc khác nhau Để phânbiệt hai chuyển động, chúng ta cần phải so sánh độ tăng vận tốc của chúng trong mộtđơn vị thời gian

động nhanh dần đều Ngược lại, những chuyển động có vận tốc giảm tỷ lệ nghịch vớithời gian gọi là chuyển động chậm dần đều Hai loại chuyển động này được gọi chung

là chuyển động biến đổi đều

Công thức tính gia tốc tìm được ở trên là gia tốc của chuyển động biến đổi đều Trongcác công thức đó, b chính là vận tốc ở thời điểm t = 0 Do vận tốc là đại lượng véc tơnên gia tốc cũng là đại lượng véc tơ

Thiết kế tiến trình dạy học bài: đường đi

trong chuyển động biến đổi đều

THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI: ĐƯỜNG ĐI TRONG CHUYỂN ĐỘNG BIẾN ĐỔI ĐỀU

Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức

Lựa chọn dụng cụ thí nghiệm để hỗ trợ hoạt động của học sinh trong dạy học

Theo lô gíc hình thành kiến thức như trong sơ đồ trên thì trong thí nghiệm cần phảixác định được tọa độ của vật chuyển động theo thời gian, vẽ được đồ thị tọa độ và chứng

tỏ được đồ thị đó có dạng là một parabol Để xác định tọa độ của vật tại mỗi thời điểmsau những khoảng thời gian bằng nhau ta có thể thực hiện được bằng phương pháp dùngđồng hồ cần rung điện hay dùng tia lửa điện Tuy nhiên, từ kết quả thí nghiệm thu đượctrên băng giấy, để có được bảng số liệu và đồ thị thì cần rất nhiều thời gian để đo và vẽnên không thể hoàn thành trong một tiết học Chính vì lý do này mà chúng có thể dùngphần mềm phân tích video để học sinh sử dụng trong giờ học Nhờ sự trợ giúp của máytính mà việc xác định tọa độ của vật và vẽ các đồ thị được thực hiện nhanh chóng, dànhthời gian cho các thao tác trí tuệ của học sinh Học sinh sẽ sử dụng các bộ thí nghiệmthực trong các buổi làm thí nghiệm thực hành

Kết quả thí nghiệm:

Phân tích tiến trình dạy học

Trong pha chuyển giao nhiệm vụ cho học sinh, giáo viên đặt ra cho học sinh bàitoán cần xác định vị trí tại thời điểm t của một vật chuyển động nhanh dần đều với vậntốc ban đầu v0, gia tốc a Với bài toán này, học sinh thấy rằng cần phải tìm hiểu xemquãng đường mà vật chuyển động nhanh dần đều đi được phụ thuộc như thế nào vàothời gian chuyển động Học sinh phát biểu được vấn đề cần nghiên cứu là tìm công thứctính đường đi trong chuyển động nhanh dần đều

Để xây dựng được công thức đường đi trong chuyển động biến đổi đều, học sinhcần phải nắm được cách biểu diễn đường đi trong chuyển động thẳng đều để từ đó suyluận tương tự và đưa ra cách biểu diễn đường đi trên đồ thị vận tốc Vì vậy, trước hếtgiáo viên phải yêu cầu học sinh nhắc lại công thức tính đường đi trong chuyển độngthẳng đều, vẽ đồ thị vận tốc - thời gian trên hệ trục tọa độ v-t và cho học sinh thấy rằng

có thể biểu diễn đường đi bằng diện tích của hình chữ nhật giới hạn bởi đồ thị vận tốc

và các trục tọa độ Sau khi học sinh đã nắm được cách biểu diễn đường đi như trên, giáoviên gợi ý học sinh suy luận tương tự để đưa ra cách biểu diễn đường đi trong chuyểnđộng nhanh dần đều trên đồ thị vận tốc

Học sinh được phân công thành các nhóm, có thể trao đổi và thảo luận để giảiquyết nhiệm vụ Kết thúc phần này, học sinh đưa ra đường đi trong chuyển động thẳngbiến đổi đều được biểu diễn bởi diện tích của hình thang trên đồ thị vận tốc và xây dựngđược công thức đường đi s = v0t + at2/2.

Sau khi thành lập được công thức đường đi thì vấn đề đặt ra là phải kiểm tracông thức đó bằng thực nghiệm Một mặt, từ công thức đường đi, học sinh suy ra đượcphương trình chuyển động, mặt khác do đã được làm quen với phần mềm phân tíchvideo trong các bài học trước nên học sinh có thể nhanh chóng lựa chọn phần mềm này

để giải quyết vấn đề đặt ra Sử dụng phần mềm phân tích video khảo sát chuyển độngcủa một vật, học sinh thu được đồ thị v-t là đường thẳng chứng tỏ chuyển động là nhanhdần đều Sau khi vẽ đồ thi x-t và sử dụng đồ thị của hàm chuẩn trong phần mềm để đốichiếu, học sinh kết luận được đồ thị x-t của chuyển động đó là một parabol Kết quả nàyphù hợp với công thức suy luận bằng lí thuyết, cho phép thừa nhận công thức đường đi

và phương trình chuyển động nêu trên

Sau phần báo cáo và thảo luận, giáo viên xác nhận kết quả đó để học sinh chínhthức sử dụng trong việc giải các bài tập về chuyển động của các vật Học sinh cũng sẽđược tiếp tục sử dụng phần mềm phân tích video để khảo sát chuyển động của vật rơi tự

do, chuyển động của một vật bị ném thẳng đứng lên trên trong các bài học sau

Hoạt động của giáo viên và học sinh

{Đề xuất vấn đề}

GV: Một vật chuyển động nhanh dần đều trên một đường thẳng AB với gia tốc a Tạithời điểm t = 0 vật đi qua điểm A và có vận tốc v0 Xác định vị trí của vật ở thời điểm t

HS: Để xác định được vị trí của vật tại thời điểm t, cần phải tính được quãng đường mà

vật đi được trong thời gian t Tức là phải tìm hiểu xem quãng đường mà một vật chuyển

động nhanh dần đều đi được phụ thuộc như thế nào vào thời gian.

{Tìm điều kiện cần sử dụng để giải quyết vấn đề}

GV: Với chuyển động thẳng đều ta có s = vt, x = x0 + vt Như vậy quãng đường mà vật

đi được phụ thuộc vào thời gian chuyển động và vận tốc của vật Từ công thức s = vt tathấy có thể biểu diễn đường đi trên đồ thị vận tốc bởi diện tích của hình chữ nhật giớihạn bởi đồ thị vận tốc và trục thời gian Liệu có thể biểu diễn đường đi trong chuyểnđộng nhanh dần đều trên đồ thị vận tốc tương tự như trong chuyển động đều không?Chú ý rằng nếu xét trong khoảng thời gian rất nhỏ thì vận tốc của chuyển động thay đổirất ít và chuyển động có thể coi gần đúng là đều

{Học sinh hoạt động tìm tòi giải quyết vấn đề}

HS: Chia chuyển động của vật thành nhiều phần trong thời gian rất nhỏ Tương tự nhưchuyển động đều, quãng đường đi trong thời gian rất nhỏ đó được biểu diễn bởi diện tíchhình chữ nhật nhỏ tương ứng Quãng đường mà vật đi được bằng tổng đường đi trongcác khoảng thời gian nhỏ được biểu diễn bằng hình thang giới hạn bởi đồ thị vận tốc vàtrục thời gian.

GV: Từ cách biểu diễn đó, có thể suy ra công thức tính đường đi của chuyển động nhưthế nào?

HS: Từ công thức tính diện tích hình thang, suy ra công thức đường đi là s=v0t + at2/2.{Đề xuất vấn đề đòi hỏi phải kiểm nghiệm kiến thức}

GV: Bây giờ chúng ta cần phải kiểm tra kết quả tính toán đó bằng thực nghiệm Để thựchiện được điều đó thì phải có thí nghiệm như thế nào?

HS: Thí nghiệm phải xác định được x theo t Có thể sử dụng phần mềm phân tích video

GV: Đồng ý Các em hãy lập phương trình chuyển động sau đó sử dụng phần mềm phântích video để khảo sát chuyển động đã cho trong tệp phim "Chuyển động nhanh dầnđều", đối chiếu với kết quả suy ra từ lý thuyết và đưa ra kết luận

{Học sinh sử dụng phần mềm phân tích video để khảo sát chuyển động}

Thiết kế tiến trình dạy học bài: chuyển động ném ngang, ném xiên

THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI: CHUYỂN ĐỘNG NÉM

NGANG, NÉM XIÊN

Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức

Lựa chọn thí nghiệm hỗ trợ hoạt động của học sinh trong dạy học

Để có thể tổ chức cho học sinh hoạt động tự chủ trong việc tìm hiểu quy luậtchuyển động của các vật bị ném ngang và ném xiên thì cần phải có phương tiện hỗ trợgiúp học sinh có thể xác định được tọa độ của vật chuyển động theo thời gian Các bộthí nghiệm thông thường như phương pháp dùng đồng hồ cần rung, đồng hồ hiện số hay